5.5 熱機—滬教（上海）版八年級物理下冊學案

1、第五章 熱與能5.5 熱機學習目標1. 知道熱機的概念。2. 知道四沖程內(nèi)燃機的工作過程及能量轉(zhuǎn)化的情況。3.了解熱機的發(fā)展歷史和對人類文明進步的重要意義知識解讀1、熱機熱機是指各種利用內(nèi)能做功的機械。是將燃料的化學能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能再轉(zhuǎn)化成機械能的機器動力機械的一類，如蒸汽機、汽輪機、燃氣輪機、內(nèi)燃機、噴氣發(fā)動機。熱機的工作原理：由內(nèi)能通過做功轉(zhuǎn)化為機械能（例：酒精燃燒，化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，熱量傳給水，水沸騰后將瓶塞頂出去，水蒸氣的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為瓶塞的機械能。）2、熱機發(fā)展的歷史在人類近400年的快速發(fā)展中，熱機發(fā)揮了非常重要的作用被稱為第一次工業(yè)革命動力源的蒸汽機屬于熱機的外燃發(fā)動機，而汽車中廣

2、泛使用的汽油機和柴油機屬于熱機的內(nèi)燃發(fā)動機。你一定聽過“瓦特和水壺”的故事:瓦特年輕的時候，他看到爐子上水壺里的水在沸騰。蒸汽掀開了水壺的蓋子，瓦特受到了啟發(fā)。當他長大后，他發(fā)明了蒸汽機，并成為一名著名的發(fā)明家。事實上，這只是一個傳說。瓦特發(fā)明蒸汽機并不是他年輕時的靈感，而是他吸收了前任的成就和個人努力工作的結(jié)果。為了紀念這位偉大的發(fā)明家，國際單位制中的功率單位“瓦特”是以瓦特命名的。1862年，法國工程師德羅查在國家科學家卡諾對熱力學研究的基礎(chǔ)上，提出了四沖程內(nèi)燃機的工作原理， 1876年，德國發(fā)明家奧托設(shè)計并制造了第一臺四沖程內(nèi)燃機(以氣體為燃料)。它具有體積小、轉(zhuǎn)速快的優(yōu)點。后來這種機器

3、經(jīng)常使用汽油作為燃料，所以也被稱為汽油發(fā)動機。它常用于汽車、飛機、摩托車和小型農(nóng)業(yè)機械。后來德國柴油機提出了壓燃式內(nèi)燃機的原理，并于1897年成功地制造了一種以柴油為燃料的柴油機。19世紀末，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，中央電站迅速崛起。蒸汽輪機因此誕生并發(fā)展起來。20世紀初，美國人柯蒂斯(Curtis)制造了具有多級速度的蒸汽渦輪機，這提高了它們的性能，并且一直使用到現(xiàn)在。燃氣輪機是后來發(fā)展起來的熱力發(fā)動機。目前，燃氣輪機廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域，包括渦輪噴氣發(fā)動機、渦輪風扇發(fā)動機、渦輪軸發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機等。3、內(nèi)燃機的工作過程內(nèi)燃機的四個沖程包含：四沖程內(nèi)燃機： 吸氣沖程進氣門打開，排氣門關(guān)閉，

4、活塞向下運動，汽油和空氣混合物進入氣缸四沖程內(nèi)燃機： 壓縮沖程進氣門和排氣門都關(guān)閉，活塞向上運動，汽油與空氣混合物被壓縮。把機械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。四沖程內(nèi)燃機： 做功沖程壓縮沖程結(jié)束時，火花塞產(chǎn)生電火花，使燃料猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的氣體。高溫高壓氣體推動活塞向下運動，帶動曲軸轉(zhuǎn)動，對外做功。四個沖程中只有做功沖程對外做功，其他三個沖程都是靠做功沖程的慣性完成的。把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機械能。四沖程內(nèi)燃機： 排氣沖程進氣門關(guān)閉，排氣門打開，活塞向上運動，把廢氣排出氣缸【經(jīng)典例說】【例1】如圖所示的四種交通工具，不用熱機作為動力機械的是（）A自行車B輪船C卡車D飛機【思路點撥】熱機是利用了燃料燃燒時化學能轉(zhuǎn)化

5、為內(nèi)能，產(chǎn)生高溫高壓的燃氣，推動活塞做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能?！窘獯稹拷猓鹤孕熊囀窍娜说纳镔|(zhì)能，轉(zhuǎn)化為自行車的機械能；輪船、卡車、飛機工作時都要使用化石能源作燃料，燃料燃燒時將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能驅(qū)使它們運動，所以它們都是使用熱機工作的。故選：A。【例2】如圖所示為內(nèi)燃機工作時的某沖程示意圖，關(guān)于該沖程，下列說法正確的是（）A該沖程燃氣對外做功內(nèi)能減少B氣缸內(nèi)燃氣分子熱運動加劇C該沖程內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能D氣缸內(nèi)燃氣從外界吸收熱量【思路點撥】（1）汽油機的四個沖程，可根據(jù)氣閥和活塞的狀態(tài)判斷是哪個沖程；（2）汽油機的四個沖程中只有做功沖程對外做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能；（3）一切物質(zhì)的分子都在不停地

6、做無規(guī)則運動，且溫度越高，分子運動越劇烈?！窘獯稹拷猓河蓤D可知，此時內(nèi)燃機的工作特點是進氣門和排氣門都關(guān)閉，活塞向上運動，所以是壓縮沖程；活塞對空氣和汽油的燃料混合物做功，將機械能轉(zhuǎn)化為混合物的內(nèi)能，故AC錯誤；B、在壓縮沖程中，氣缸內(nèi)空氣的溫度升高，空氣分子熱運動加劇，故B正確；D、壓縮沖程中氣缸內(nèi)燃氣溫度升高，燃氣通過氣缸向外界放出熱量，故D錯誤。故選：B?！纠?】關(guān)于汽油機和柴油機，下列說法正確的是（）A汽油機吸入的是汽油和空氣的混合物，點燃方式是壓燃式B汽油機吸入的是空氣，點燃方式是點燃式C柴油機吸入的是空氣，點燃方式是壓燃式D柴油機吸入氣缸的是空氣和柴油的混合物【思路點撥】柴油機和汽

7、油機的主要區(qū)別：（1）汽油機在吸氣沖程中吸入了汽油和空氣的混合氣體，在壓縮沖程中，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能增大，溫度升高，汽油機氣缸頂端有個火花塞，此時火花塞噴出電火花，點燃汽油，產(chǎn)生高溫高壓的燃氣推動活塞做功。（2）柴油機在吸氣沖程中吸入空氣，在壓縮沖程中，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，空氣的內(nèi)能增大；柴油機氣缸頂端有個噴油嘴，此時噴油嘴噴出霧狀的柴油，柴油遇到高溫的空氣，達到著火點而燃燒，點燃方式是壓燃式。燃燒產(chǎn)生高溫高壓的燃氣推動活塞做功。柴油機的壓縮比例更大、溫度更高、做功更多，效率更高?！窘獯稹拷猓篈B汽油機吸入的是汽油和空氣的混合物，點燃方式是點燃式，故AB錯誤；CD柴油機吸入的是空氣，點燃方式

8、是壓燃式，故C正確、D錯誤。故選：C。跟蹤訓練1 燃料燃燒時消耗的是_能，熱機是將蒸汽或燃氣的 能轉(zhuǎn)化為 能的發(fā)動機。最早的熱機是18世紀時由_改良的蒸汽機，19世紀時出現(xiàn)了轉(zhuǎn)化效率更高的_。 2 汽油機的一次工作循環(huán)包括_沖程、_沖程、_沖程和_沖程。其中活塞獲得動力的沖程是_，其他沖程都是靠飛輪的_在工作。3 汽油機一個工作循環(huán)包括 個沖程，活塞往復 次，曲軸轉(zhuǎn)動 圈，燃氣推動活塞做功 次。整個過程中有 次能量轉(zhuǎn)化。 4 如圖1所示，這是內(nèi)燃機工作時的_沖程。當活塞下降時，氣缸中氣體的內(nèi)能_（選填“減少”或“增加”），氣體的溫度_（選填“降低”或“升高”）。5 如圖2所示，根據(jù)圖片信息填寫

9、相對應(yīng)的沖程名稱。 _沖程 _沖程 _沖程 _沖程圖26 四沖程汽油機在工作過程中，將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的沖程是 （ ）A吸氣沖程 B壓縮沖程 C做功沖程 D排氣沖程7如圖3是內(nèi)燃機的某個沖程,下列幾種情況中與該沖程能的轉(zhuǎn)化方式一致的是（）8 如圖4所示,在一個配有活塞的厚玻璃筒內(nèi)放一小團硝化棉,用力迅速下壓,使活塞下移一段距離,硝化棉燃燒.這個過程中推力對活塞_做功,(選填“有”或“沒有”)這是通過_方式改變筒內(nèi)空氣內(nèi)能,四沖程內(nèi)燃機工作過程中的_沖程與此現(xiàn)象相似.9如圖5(a)所示,水沸騰后,蓋在試管口上的塞子會受到水蒸氣的壓力而沖出,此過程中,水蒸氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為塞子的_能。圖5(b)所示為

10、四沖程汽油機的_沖程,這一沖程的能量轉(zhuǎn)化情況與圖5(a)中情況_(選填“相同”或“不同”)。10閱讀短文,回答問題:熱機 能源 環(huán)境今天，熱機的廣泛使用已成為一個國家工業(yè)化程度的標志，也導致了世界能源結(jié)構(gòu)的巨大變化。熱機工作時要燃燒煤、汽油和柴油，它們都是不可再生資源，目前世界能源消耗85%以上是不可再生的化石能源，圖6是“1997年世界能源消耗結(jié)構(gòu)圖”。目前，熱機排放出的空氣污染物71%來自交通，排放出一氧化碳、二氧化硫會引發(fā)酸雨；燃料燃燒也不充分，大量內(nèi)能通過廢氣被排入空氣中，會像“厚厚的毛毯”一樣加劇溫室效應(yīng)，全球氣溫逐年升高，導致極端氣候異常和海平面上升。 熱機工作時，做功沖程將_能轉(zhuǎn)化為_能； 溫室效應(yīng)會導致地球溫度_，進而_(選填“加快“或”減緩“)有害氣體分子的運動。 分析圖10的世界能源消耗結(jié)構(gòu)圖，寫出當今世界可利用的“可再生能源”或“新