第十四章 內(nèi)能的利用 第 1 節(jié) 熱機 學習目標 了解內(nèi)燃機是熱機的一種 ,知道熱機的種類。 道熱機中能量的轉(zhuǎn)化。 自主探究 做功的機械叫做熱機 ,燃料直接在發(fā)動機 內(nèi)燃燒產(chǎn)生動力的熱機叫內(nèi)燃機。 運動時 ,從汽缸的一端運動到另一端的過程叫做一個沖程。 沖程、 沖程、 沖程、 沖程。 沖程內(nèi)燃機中 ,吸氣沖程、壓縮沖程和排氣沖程是依靠飛輪的 來完成的 ,而 沖程是內(nèi)燃機中唯一對外做功的沖程 ,將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為 。另外壓縮沖程將機械能轉(zhuǎn)化為 。 合作探究 一、熱機 活動體驗 :在試管內(nèi)裝少許水 ,用一層紅色塑料薄紙裹著的棉花塞塞在試管中上部 ,利用點燃的酒精燈對封閉試管中的水加熱一段時間 ,當水沸騰時 ,水蒸氣會慢慢推動塞子向試管口運動。 提出問題 :塞子被頂向試管口 ,推動塞子的能量來自哪里 ? 答案點撥 :酒精燃燒的化學能 水和水蒸氣的內(nèi)能 塞子的機械能。 思考討論 :生活中有 哪些內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的實例呢 ? 答案點撥 :用水壺燒水 ,水沸騰后壺蓋會被頂起來 ;裝有半瓶水的熱水瓶 ,瓶塞有時會 “ 跳 ” 出來等。 自主學習 :閱讀課本 熱機 ” 的內(nèi)容 ,學習有關的知識。 有蒸汽機、 、 、噴氣發(fā)動機等。 和 兩大類 ,它們分別用 和 作為燃料。 二、汽油機 活動體驗 :轉(zhuǎn)動汽油機的手柄 ,觀察活塞在汽缸內(nèi)的運動情況。 活塞在汽缸內(nèi)往復運動時 ,從汽缸一端運動到另一端的過程叫做一個沖程。仔細觀察四個沖 程的工作過程 ,并完成下表。 沖程名稱 進氣門開閉情況 排氣門開閉情況 活塞運動方向 吸氣沖程 壓縮沖程 做功沖程 排氣沖程 答案點撥 : 沖程名稱 進氣門開閉情況 排氣門開閉情況 活塞運動方向 吸氣沖程 打開 關閉 向下 壓縮沖程 關閉 關閉 向上 做功沖程 關閉 關閉 向下 排氣沖程 關閉 打開 向上 提出問題 : (1)在四個沖程中 ,哪些沖程發(fā)生了能量轉(zhuǎn)化 ? (2)哪個沖程使機械獲得動力 ?其他幾個沖程中活塞的運動是靠什么來完成的 ? (3)哪個沖程排出了 廢氣 ? 答案點撥 : (1)壓縮沖程是把機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 ;做功沖程是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。 (2)做功沖程使機械獲得動力 ,其他沖程靠飛輪的慣性完成。 (3)排氣沖程排出廢氣。 三、柴油機 活動體驗 :把汽油機模型和柴油機模型的構造進行對比 ,會發(fā)現(xiàn)汽油機汽缸頂部有火花塞 ,而柴油機汽缸頂部有噴油嘴。動手操作柴油機模型 ,完成下列問題。 (1)你能描述柴油機的工作過程嗎 ? (2)請分析柴油機和汽油機的區(qū)別 ,完成下表。 項目 汽油機 柴油機 構造 吸氣沖程 壓縮沖程 點火方式 效率 應用 答案點撥 : (1)柴油機的工作過程也分為吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程。在吸氣沖程吸進汽缸里的只有空氣。在壓縮沖程中 ,活塞把空氣的體積壓縮得非常小 ,使得空氣的溫度很高。壓縮沖程結束時 ,汽缸內(nèi)空氣的溫度已經(jīng)超過了柴油的燃點 ,此時從噴油嘴噴出的霧狀柴油遇到空氣立刻燃燒。在做功沖程中 ,燃燒放出的熱使得氣體的壓強和溫度急劇升高 ,從而推動活塞對外做功。在排氣沖程中 ,曲軸推動活塞向上運動 ,把產(chǎn)生的廢氣排出汽缸。 (2) 項目 汽油機 柴油機 構造 汽缸頂部有火花塞 汽缸頂部有噴油嘴 吸氣沖程 吸 入汽油和空氣的混合物 只是吸入空氣 續(xù)表 項目 汽油機 柴油機 壓縮沖程 氣體體積壓縮為 吸進體積的 氣體體積壓縮為 吸進體積的 點火方式 點燃式 壓燃式 效率 低 高 應用 汽車、飛機、摩托 車等 火車、輪船、載重汽車等 自主學習 :閱讀課本 20“ 柴油機 ” 的內(nèi)容 ,學習有關的知識。 ,因此在做功沖程中氣體的壓強 汽油機中氣體的壓強 ,因而可以輸出 的功率。 ,要求各有關零件具有較高的結 構強度 ,因此柴油機比較 。 課堂檢測 該沖程是 ( ) 機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的沖程為 ( ) 多數(shù)汽油機是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程的不斷循環(huán)來連續(xù)工作的。關于壓縮沖程的作用 ,下列說法正確的是 ( ) 正確的是 ( ) 曲軸就要轉(zhuǎn)動 4 周 柴油機有火花塞 柴油機利用點燃式點火 是為了 ( ) 縮和排氣三個輔助沖程 發(fā)生內(nèi)能和機械能相互轉(zhuǎn)化的是 ( ) 和排氣沖程 ) 可以用柴油機的噴油嘴代替 其余沒有區(qū)別 其中左門為進氣門 ,右門為排氣門 ,則甲為 沖程 ,乙為 沖程 ,丙 為 沖程 ,丁為 沖程。正常工作次序 為 。其中乙實現(xiàn) 能向 能的轉(zhuǎn)化 , 丁實現(xiàn) 能向 能 的轉(zhuǎn)化。 它利用壓縮空氣膨脹推動活塞做功提供動力 ,這種車在開動時將空氣的 能轉(zhuǎn)化為 能 ,這種車與汽油機相比優(yōu)點是 (說出一點 )。 汽缸內(nèi)汽油和空氣混合物的壓強 ,溫度 。 汽油在汽缸內(nèi)燃燒時將 能轉(zhuǎn)化為 能 ,如圖所示是四沖程汽油機工作狀態(tài)示意圖 ,由圖可以看出 ,此時它正處在 沖程。 請你用連線的方式來反映出該同學聯(lián)想的思維過程。 酒精燃燒 堅固汽缸 高溫高壓水蒸氣 活塞運動做功 試管 燃料燃燒 木塞沖出 高溫高壓燃氣 參考答案 自主探究 汽缸 壓縮 做功 排氣 做功 機械能 內(nèi)能 合作探究 一、熱機 汽輪機 柴油機 汽油 柴油 三、柴油機 大于 更大 笨重 課堂檢測 析 :汽油機的吸氣沖程吸入的是空氣和汽油的混合物 ,壓縮沖程是將空氣和汽油的混合物壓縮 ,使之壓強 增大 ,溫度升高。 析 :根據(jù)熱機的定義可知 ,A 項正確 ;內(nèi)燃機每經(jīng)過一個工作循環(huán) ,活塞往復運動 2 次 ,曲軸轉(zhuǎn) 2 周 ,B 項錯誤 ;在做功沖程中 ,汽油機是用火花塞點火 ,是點燃式 ;柴油機是由噴油嘴向缸內(nèi)噴出霧狀柴油 ,霧狀柴油遇到遠遠高于它的燃點溫度的空氣 ,立即燃燒 ,是壓燃式 ,C、 D 兩項錯誤。 析 :柴油機工作前要靠外力使飛輪旋轉(zhuǎn) ,儲存一定量的機械能。吸氣和壓縮沖程消耗飛輪的機械能。做功沖程中內(nèi)能轉(zhuǎn)化為活塞的機械能 ,并有一部分機械能由飛輪貯存 ,提供排氣沖程及下一循環(huán)的吸氣和壓縮沖程中活塞的運動。 析 :內(nèi)燃機工作過程中發(fā)生內(nèi)能與機械能之間相互轉(zhuǎn)化的有兩個沖程 :壓縮沖程中機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 ,做功沖程中內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。 析 :汽油機的火花塞用來產(chǎn)生電火花 ,柴油機的噴油嘴是噴油用的 ,二者不可互換 ;因為汽油機與柴油機工作過程有差異 ,所以燃料不可用柴油代替 ;汽油機與柴油機在構造、工作過程中有所不同 ,在特意制造的情況下 ,汽油機和柴油機的功率完全可以一樣大。 排氣 做功 吸氣 壓縮 丙、丁、乙、甲 內(nèi) 機械 機械 內(nèi) 內(nèi) 機械 環(huán)保 解析 :壓縮空氣膨脹時推動活塞做功 ,消耗了內(nèi)能 ,得到了機 械能 ,即將空氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能 ,由于汽油機在燃燒時要排出有毒廢氣 ,所以與汽油機相比 ,這種車更環(huán)保。 增大 升高 解析 :壓縮沖程中 ,活塞向上運動 ,壓縮汽油和空氣的混合物 ,使氣體壓強增大 ,同時壓縮氣體做功 ,會使氣體內(nèi)能增加 ,溫度升高。 化學 內(nèi) 做功 解析 :燃氣燃燒 ,將燃料的化學能轉(zhuǎn)化為燃氣的內(nèi)能 ;火花塞點火后 ,汽油在汽缸內(nèi)燃燒 ,產(chǎn)生高溫高壓的燃氣 ,推動活塞運動 ,這屬于做功沖程。 解析 :由該裝置的工作 過程及其原理知 ,木塞沖出是因為試管