第二单元改变世界的热机[1](1).doc

第二单元 改变世界的热机【单元概述】本单元是在学习了内能的基础上，讲述热机的工作原理热机是工农业生产和交通运输中广泛使用的动力设备，因此本单元知识，对于我们将来极有实际意义，同时还可以使我们了解物理知识对经济技术发展和生活有重要作用专题专题要点学时热机 内燃机了解四冲程汽油机的基本工作原理从能量转化的角度认识燃料的热值了解内能的利用在人类发展史上的重要意义2热机的效率通过能量的转化和转移，认识效率1专题一 热机 内燃机【问题情境】上面几幅图所展示的几个情景，我们都很熟悉：内能可以用来做功，它在社会实践中应用很广泛，你能说说第二三四幅图中所示的交通工具的用途吗？它们有什么共同特点？生活中还有哪些机器原理与他们是一样的？这就是本专题要解决的问题图式优化】热机在社会生产生活中有什么应用？热机的原理是什么？热机都经历了哪些演变过程？热机的发展对社会的贡献有多大？内燃机的工作循环有哪几个的冲程？汽油机和柴油机有什么不同？【过程支架】1. 热机的原理是什么？我们经常会碰到这样的现象：给锅里的水加热，过一会，会听见也会看见锅盖被水蒸气顶起；暖瓶盖会被壶中的热水冲出；------这说明 能够做功。

做演示实验，重现内能能够做功的情景分析在此过程中，能量的转化情况： 能转化为 能， 能转化为 能人们利用上述能的转化过程制成了很多交通工具-----热机，你能说出他们的工作原理吗？2. 热机都经历了哪些演变过程？每一次演变会给社会带来什么样的进步？生产的发展需要更为强大的动力，17世纪人类发明了热机最早的热机是蒸汽机它的特点是：瓦特改进后的蒸汽机它的特点是：进步在哪里？内燃机它的特点是：进步在哪里？蒸汽轮机它的特点是：进步在哪里？喷气式发动机它的特点是：进步在哪里？热机在社会生产中的应用很多你能说说吗？3.内燃机有汽油机和柴油机两种阅读课本有关内容，回答：汽油机的一个工作循环有几个冲程？每个工作循环活塞往复几次？飞轮转动几周？做功几次？哪两个冲程伴随着能量的转化？如何转化？怎么由图形判断是哪个冲程？柴油机与汽油机工作过程基本相同，但也有不同之处，你能说出几条吗？【素材提供】1. 关于内燃机内燃机是热机的一种，能将燃料的化学能转化机械能一般的实现方式为，燃料与空气混合燃烧，产生热能，气体受热膨胀，通过机械装置转化为机械能对外做功内燃机有非常广泛的应用，汽车、船舶、飞机、火箭等的发动机基本都是内燃机，其最常见的例子即为车用汽油机与柴油机。

内燃机的燃烧气体同时也是工作介质，比如汽油机中，汽油燃烧后的气体直接推动活塞做功与此相对，燃料不作为工作介质的热机则称为外燃机，比如蒸汽机的工作介质（蒸气）并不是燃料2. 汽油机和柴油机的不同之处：项目机种汽油机柴油机构造汽缸顶部有火花塞汽缸顶部有喷油嘴燃料汽油柴油工作过程吸气冲程吸进汽油和空气的混合物吸进空气压缩冲程燃料被压缩后，压强达6~15atm,温度达250~300℃空气被压缩后，压强达35~45atm,温度达500~700℃做功冲程压缩冲程末火花塞点火，燃料燃烧压缩冲程末喷油嘴喷出雾状柴油，遇高温燃烧用途轻巧、体积小，常用于汽车、轻型飞机等笨重、经济、功率大，主要用于载重汽车、轮船、坦克、带动发电机等3. 蒸汽机 　蒸汽进入汽缸内，利用蒸汽膨胀推动汽缸内的活塞作往复运动，并由曲柄将活塞的往复运动转换为旋转运动蒸汽机的特点是构造简单、工作可靠，并容许超负荷40％～50％较长时间工作虽然其效率不超过10％～14％，比内燃机和汽轮机低，但由于可使用价格较低的煤，在一些工业、铁路及水路运输部门中，目前还在使用 　　汽轮机 　是一种旋转式蒸汽动力装置，它利用通过固定喷嘴加速的汽流喷射到叶片上，使装有叶片排的转轴旋转，同时对外作功。

汽轮机常作为大型动力设备而应用于冶金工业、化学工业和舰船动力装置，并且是现代火力发电厂的主要设备为了节约能源，正发展热－电联产型汽轮机及蒸汽和燃气联合循环装置这些措施都将进一步提高火力发电厂的经济性  喷气推进发动机 　把燃料和氧化剂送入燃烧室内燃烧，产生高温高压气体，在喷管内燃料燃烧产生的热能转变为高速喷出气流的动能，根据动量守恒定律，反作用力沿气流运动相反的方向作用于发动机上，喷气发动机就利用这反作用力作功当用空气做氧化剂时，就称为空气喷气发动机，这种发动机需要机外供给空气，只使用在大气层内高速飞行的喷气式飞机中由于大气外层空间没有空气，因而火箭发动机本身既要携带燃料又要携带氧化剂由于它工作时不需外界供给空气，因此是惟一适用于宇宙航行的发动机 【归纳迁移】 随着科学技术的发展，热机由火车到汽车，由汽车到飞机，再到火箭，给人们的生活生产带来了极大的方便但是，这些燃料在燃烧时给环境造成了严重的污染，也使能源更加紧缺所以我们在享受热机给带来方便的同时，要注意对环境的治理和对新能源的开发因此，提倡绿色出行，保护环境「归纳梳理」热机的原理热机工作过程中能的转化形式热机在社会生活中的作用汽油机和柴油机的工作过程及其不同之处【研学点拨】讨论交流：汽油机的工作过程单缸汽油机的一个工作循环有四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。

吸气冲程的特点：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入汽油和空气的混合物；压缩冲程的特点：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩气缸内气体，机械能转化为内能；做功冲程的特点：进气门和排气门都关闭，火花塞产生电火花，产生高温高压的燃气推动活塞向下运动，内能转化为机械能；排气冲程的特点：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，排出里面的废气在汽油机工作过程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程都靠飞轮的惯性来完成一个工作循环，四个冲程，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次例题 用酒精灯给试管加热，如图所示，试管口软木塞冲出的过程中，下列说法正确的是A.水蒸气对软木塞做功水蒸气内能增大B.水蒸气的内能转化为软木塞的机械能C.能量的转化与热机压缩冲程能量转化相同D.试管口的“白气”是水蒸气汽化形成的分析：本题考查内能转化方式水蒸气对软木塞做功时，将水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，水蒸气的内能减小；热机压缩冲程是将机械能转化为内能；试管口的“白气”是水蒸气液化形成的小水珠答案：B「难点突破」例题 一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1800r／min，该汽油机每秒钟完成 个工作循环，对外做功 次，完成能量转化 次。

分析：解决此题要知道四冲程汽油机飞轮转一圈，完成两个冲程，一个工作循环中包括四个冲程，对外做功一次，能量转化两次压缩冲程中机械能转化为内能，做功冲程中内能转化为机械能已知四冲程汽油机飞轮转速是1800r／min，所以此汽油机飞轮每秒钟转30圈，可完成15个工作循环，对外做15次功，完成30次能量转化简单地说，就是：一个工作循环，四个冲程，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次，能量转化两次答案： 15；15；30【典题精析】例题 （陕西）科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同，在第四冲程结束后，立刻向汽缸内喷水，水在高温气缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度 （填“升高”“降低”或“不变”），其内能 （填“增大”“减小”或“不变”），这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能；为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是 冲程分析： 在第四冲程结束后，立刻向汽缸内喷水，水在高温气缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度降低，其内能减小；为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是排气冲程。

答案：降低；减小；排气 【自主训练】1.如图所示，是四冲程汽油机工作的部分冲程示意图，其中 图是做功冲程， 图是依靠飞轮的惯性来完成的冲程2.汽车已走进很多家庭，如图为四冲程汽油机汽缸的工作示意图，按吸气、压缩、做功、排气的顺序排列，正确的顺序是 3.下列现象中，利用内能做功的是A.冬天在户外时两手相搓一会儿就暖和B.工件在砂轮的高速摩擦之下溅出火花C.在烈日之下柏油路面被晒熔化了D.火箭在“熊熊烈火”的喷射中冲天而起4.（2011 兰州市）关于热机，下列说法正确的是A.随着科学技术的发展，热机的效率可达到100﹪B.四冲程汽油机在工作过程中，进气门和排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程C.柴油机上安装一个笨重的飞轮，是为了提高它的效率D.柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油机的热值比汽油的大5.下列说法中正确的是A.柴油机的压缩冲程，主要是用热传递的方式增加了气缸内气体的内能B.汽车发动机用水做冷却剂，主要是利用水密度大的特点C.电动车的核心部件电动机属于热机的一种D.液化气是用加压的方法使气体液化后存入储气罐的专题二 热机的效率【问题情境】 热机在社会生活的各个方面发挥着巨大的作用，内燃机更是与我们的生活密切相关。

汽车已走进千家万户我们在享受他们给带来的便利同时，也遇到了一些问题：环境污染、能源浪费、交通堵塞------其中环境、浪费是内燃机工作时不可避免带来的，我们要想办法把这种损失降到最低这就是本专题要解决的问题图式优化】怎样提高热机的效率？什么是燃料的热值？什么是燃料的利用率？什么是热机的效率？怎样提高燃料的利用率、热机的效率？有关效率问题如何计算？【过程支架】1. 什么是燃料的热值？阅读课本有关内容，回答：什么叫热值？结合密度的定义、比热容的定义，你怎样理解热值的定义？由热值表可以得到什么信息？热值的单位是什么？它的物理意义是什么？2.什么是燃料的利用率？思考：生活中用木柴燃烧产生的热量给水加热在此过程中，燃料燃烧产生的热都被水吸收了吗？查看燃烧后的剩余物，你会发现什么？阅读课本，总结：什么是燃料的利用率？你能理解吗？讨论：根据定义如何计算燃料的利用率？结合生活实际，我们怎样才能提高燃料的利用率？3.什么是热机的效率？（模仿“燃料的利用率”学习过程，请你完成“热机的效率”学习过程）【素材提供】1. 燃料的热值1kg某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值热值是为了表示相同质量的不同燃料在燃烧时放出热量不同而引入的物理量。

它反映了燃料通过燃烧放出热量本领大小不同的燃烧持性燃烧的热值是燃料本身的一种燃烧特性，不同燃料的热值一般是不同的，同种燃料的热值是一定的，它与燃料的质量、体积、放出热量多少无关2. 在学习热值的概念时，应注意以下几点：（1）“完全燃烧”是指燃料全部燃烧变成另一种物质2）强调所取燃料的质量为“1kg”，要比较不同燃料燃烧本领的不同，就必须在燃烧质量和燃烧程度完全相同的条件下进行比较3）“某种燃料”强调了热值是针对燃料的特性与燃料的种类有关热值的单位J/kg，读作焦每千克还要注意，气体燃料有时使用J/m3。