第五节热机

第五节热机

一、学习目标

1、了解可以利用内能来做功，了解四冲程汽油机的基本工作原理。

2、了解内能的利用在人类发展史上的重要意义，了解汽车的一些常识。

3、通过能量的转化和转移，了解燃料的热值和热机的效率。

4、学会用物理图分析问题的能力，提高联系实际思考问题的能力

二、学习内容

内燃机

预习形成一

1、热机：定义：利用燃料的燃烧来做功的装置。

能的转化：内能转化为机械能

蒸气机——内燃机——喷气式发动机

2、内燃机：将燃料燃烧移至机器内部燃烧，转化为内能且利用内能来做功的机器叫内燃机。它主要有汽油机和柴油机。

3、内燃机大概的工作过程：内燃机的每一个工作循环分为四个阶段：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。在这四个阶段，吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，而做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程，是由内能转化为机械能。另外压缩冲程将机械能转化为内能。

合作展示一

通过看图讨论吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程的各自特点

燃料的热值

预习形成二

1内能的获得——燃料的燃烧

燃料燃烧：化学能转化为内能。

2、定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。

3、单位：J/kg

4、关于热值的理解：

①对于热值的概念，要注重理解三个关键词“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是针对燃料的质量而言，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不是热值。某种燃料：说明热值与燃料的种类有关。完全燃烧：表明要完全烧尽，否则1kg燃料化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。

②热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小，也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。

5、公式：Q＝mq（q为热值）。

实际中，常利用Q吸＝Q放即cm(t-t0)=ηqm′联合解题。

6、酒精的热值是3.0×107J/kg，它表示：1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J。煤气的热值是3.9×107J/m3，它表示：1m3煤气完全燃烧放出的热量是3.9×107J。

7、火箭常用液态氢做燃料，是因为：液态氢的热值大，体积小便于储存和运输

合作展示二

1为什么热机的效率比较低？答：根据热机效率的定义可知，热机的效率比较低，说明热机中燃料完全燃烧放出的能量中用来做有用功的部分比较少．为什么会比较少呢？要回答这个问题，先要弄清热机工作过程中有哪些损失能量的原因，归纳起来应该有以下几个原因：

（1）燃料并未完全燃烧，使部分能量白白浪费掉了．例如，一辆汽车从身边驶过，有时我们从汽车排出的气体中嗅到了汽油味，这说明汽油机中的汽油未完全燃烧．（2）热机工作的排气冲程要将废气排出，而排出的气体中还具有内能，另外汽缸壁等也会传走一部分内能．

（3）由于热机各零部件之间有摩擦，需要克服做功而消耗部分能量．

（4）曲轴获得的机械能也未完全用来对外做功，而有一部分传给飞轮以维持其继续转动，这部分虽然是机械能，但不能称之为有用功．据上所述，热机中能量损失的原因这么多，所以热机的效率一般都比较低．

2在热机的整个工作过程中，哪些方面可能造成热量损失？燃料的不完全燃烧;热机部件散热;克服摩擦做功消耗能量;废气带走一部分热量.

3我们经常可以看到汽车喷黑烟的情景，其主要原因是汽油燃烧不充分.试分析这对热机的效率有何影响？汽油燃烧不充分,降低了热机的效率

4问：怎样从热机的效率来理解提高燃料的利用率？答：我们知道，热机的效率

= ，其中，燃料完全燃烧放出的能量即为热机的燃气内能，燃气内能=散热损失能量+机械损失能量（克服摩擦）+有用机械能．

从上面的等式中可看出，要提高热机效率可尽量减少各种能量损失，其中减少燃气的内能损失是有效措施就是重新利用燃气内能（如热电站），这样可提高燃料利用率．当然，现代化的新型热机（比如课本P117介绍的现代汽车的发动机利用微电脑控制）的喷油系统，可提高燃油在汽车中的燃烧效率，从而业可提高燃料的利用率．

作为当今石油等能源物质的严重匮乏而又必须面临的严峻事实，提高燃料的利用率的问题就显得尤为重要．我们作为新世纪祖国建设的接班人，在这个问题上有着很广阔的探索空间，我们希望有更多的同学将来在汽车工业、能源开发遇利用等方面做一个科技型的节能专家．

三、检测反馈

1．内能的重要应用：一是可以用它，二是可以用它。2．用水壶烧水时，壶中水蒸气将壶盖顶起，这是消耗水蒸气的能对外做功，水蒸气的能转化为壶盖的能。

3．用炉火烧水，是用的方法增加水的内能。这是利用内能来的

例子。4．热机是把能转化为能的机器。这是利用内能来的例子。5．常见的内燃机有和两种。四冲程内燃机的一个工作循环是由、、和四个冲程组成的。在一个工作循环中，曲轴转动周，燃气对活塞做功次。

6．在内燃机工作的四个冲程中，只有冲程对外做功，其他三个辅助冲程要靠飞轮的来完成。

7．在汽油机的压缩冲程中，能转化能；在做功冲程中，能转化能。

8如图12-3所示，在试管中装些水，用软木塞塞住，

加热使水沸腾，水蒸气会把软木塞冲出．在这个过

程中，燃料的能转化为能，传给

水和水蒸气。水蒸气把塞子冲出时，水蒸气的

能转化为塞子的能。

9试用能量的角度分析，一壶水放在火上烧，过一会儿水烧开了，水蒸气将壶盖顶起的整个过程。

燃料的燃烧是化学能转化为内能，一壶水放在火上烧是内能的转移；水开了是内能从壶底转移到水，使水沸腾；水沸腾剧烈汽化是内能从水转移到水蒸气，水蒸气将壶盖顶起，是水蒸气做功，内能转化为机械能．

四、学习小结

亲爱的同学们，通过这节课的学习你一定收获很多，写出来我们一起分享吧！

图12-3