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初中物理课件热机及其效率

发布时间:2014-01-10 11:48:19  

第十六章

热和能

16.4





1、热机
在试管内装些水,用橡皮塞塞住, 加热使水沸腾,会看到什么现象?

塞子被冲出!

推动塞子的能量来自哪里?

能量转化:

燃料的化学能

水蒸气的内能

塞子运动的机械能

热 机
燃料的化学能 燃烧
内能

做功

机械能

热机是把内能转化为机械能的机器。

热机的种类:

蒸汽机 内燃机 燃气轮机 喷气发动机 火箭发动机

共同特点: 燃料的 化学能 燃烧 做功

内能

机械能

2、内燃机种类

汽油机
(以汽油为燃料)

柴油机
(以柴油为原料)

活塞在汽缸内往复运 动时,从汽缸的一端运 动到另一端的过程,叫 做一个冲程。

吸气 压缩 做功 排气

内燃机的冲程 和工作循环

汽油机的构造
主体是气缸,它的顶部有进气门和排气门,顶部有火 花塞,下部有活塞,它通过连杆与 曲轴 相连,它的 移动通过连杆带动曲轴转动。 火花塞 气缸

进气门 活塞 连杆

排气门

曲轴

汽油机工作原理
燃料在汽缸中燃烧时,,将存储的化学能转变为 高温高压的燃气(蒸汽)的内能,又通过燃气(蒸汽) 推动活塞做功,由内能转变为机械能。

吸气冲程

压缩冲程

做功冲程

排气冲程

吸气冲程
进气门打开,排
气门关闭。活塞由上
汽 油 和 空 气

端向下端运动,汽油
和空气组成的燃料混 合物从进气门吸入气 缸。

压缩冲程
进气门和排气门
都关闭,活塞向上运

动,燃料混合物被压
缩,压强增大,温度

升高。

将机械能转化为内能

做功冲程
在压缩冲程末尾,火花 塞产生电火花,使燃料猛烈 燃烧,产生高温高压的燃气

,推动活塞向下运动,并通
过连杆带动曲轴转动。

将内能转化为机械能

排气冲程
进气门关闭,排
气门打开,活塞向上
燃 烧 后 的 废 气

运动,把废气排出气
缸。

说明:
汽油机工作时,四个冲程周 而复始,然而只有第三个冲程 是对外做功的,其余的三个冲 程是辅助冲程,要靠装在曲轴 上的大飞轮的惯性来带动的。

4、研究汽油机的工作原理:
在表格中填写汽油机四冲程的特点
冲程名称 进气门 排气门

活塞运 动方向

作用

有无能量的转化

吸气冲程 压缩冲程
做功冲程

开 关 关 关



向下


关 开

吸入汽油 和空气 压缩气体 向上 提高温度 向下 高温气体膨胀 推动活塞做功


机械能转 化为内能 内能转化 为机械能

排气冲程

向上

排出废气



看一看,想一想: 一个工作循环里,活塞往返 两 次,曲轴转动 两 周。

做功 冲程是燃气对外做功,其他三个冲程是靠 飞轮的惯性 来完成的。

柴油机的构造
喷油嘴 进气门 活塞 排气门 气缸

连杆 曲轴

柴油机工作原理

气冲程

压缩冲程
做功冲程 排气冲程

做功冲程
在压缩冲程末,从喷油嘴

喷出的雾状柴油遇到热空气立
即猛烈燃烧,产生高温高压的

燃气,推动活塞向下运动,并
通过连杆带动曲轴转动。

想想议议:
汽油机和柴油机的工作过程有什 么相同点,有什么不同点?

汽油机和柴油机的异同表
汽油机 柴油机

燃料
结构

汽油
火花塞 吸入的是汽油和空气的混合气体 气压、温度相对较低 点燃式 都有四个冲程 (1)压缩冲程:机械能转化成内能 (2)做功冲程:内能转化成机械能 每一个工作循环,活塞往复两次, 曲轴转动两周,对外做功一次。 都需要外力

柴油
喷油嘴 吸入的是空气 气压、温度相对较高 压燃式

不 同 点

吸气冲程 压缩冲程 点火方式 工作循环 能量转化

相 同 点

活塞、曲轴运动
运动 优缺点

汽油机比柴油机轻巧,柴油机比汽油机效率高。 但两者都带来了废气和噪声污染。

内燃机的启动
内燃机不能自行启动。开始运转时,要 靠外力使飞轮和曲轴转动起来,由曲轴通过连 杆带动活塞运动,以后内燃机才能自己工作。

内燃机的应用
汽油机: 汽油机比较轻巧,常用在汽车、飞 机和小型农业机械上面。
柴油机: 柴油比较便宜,但柴油机比较笨重, 主要用在载重汽车、拖拉机、坦克上面。

2. 燃料的热值
(1)定义:

1千克某种燃料完全燃烧放出的热量 叫做这种燃料的热值。
(2)单位: 焦耳每千克 J/kg(或 J/m3)

(3)公式:

Q放 = qm
热值 质量

例题:把5kg40℃的水烧开,需要完全燃烧多少kg的干 木柴?(已知干木柴的热值为1.2×107J/kg,外界为标准 大气压,并且燃料完全燃烧放出的热量全部被水吸收)

解:Q =cm(t-t ) 吸 0 0 =4200J/(kg·C)×5kg×600C
=1.26 ×106J; Q放=Q吸

m=Q放/q
= 1.2×106J/(1.2×107J/kg)=0.1kg

猜猜看: 汽油机、柴油机的效率大约是多少? 汽油机的效率:20~30% 柴油机的效率:30~45%

你认为它们的效率比你想象的高?还是低?

思 考:
热机的效率:

用来做有用功的能量,与燃料完全燃烧放出的能 量之比
如何提高热机的效率? 1、尽量使燃料充分燃烧 2、尽量减少热机部件间的摩擦 3、机件间保持良好的润滑以减小摩擦。

例题

巩固练习:
1 、汽油机工作的四个冲程中,内能转化
为机械能的冲程 A 吸气冲程 C 做功冲程 ( B 压缩冲程 D 排气冲程 ) C

巩固练习:
2 、关于热机的工作物质,正确的是
( B) A 热机所使用的燃料就是工作物质 B 汽油机和柴油机的工作物质都是高温 高压燃气 C 热机的工作物质都是活塞 D 汽油机的工作物质是汽油

巩固练习:
3、为节约能源,需提高热机的效率。下 列措施中不能提高

热机效率的是 ( B ) A 尽量使燃料充分燃烧 B 尽量增加热机的工作时间 C 尽量减少废气带走的热量 D 尽量减少热机部件间的摩擦

4、关于燃料的热值正确的是( B ) A.燃料的热值与燃料的燃烧程度有关 B.燃料的热值与燃料的种类有关

C.燃料的热值与燃料的多少有关
D.燃料的热值与上面三个因素都有关 解析:选B.热值是燃料的一种特性,它的大小只与燃 料的种类有关,与燃料的燃烧程度、质量没有关系.

5、下面说法不正确的是( C ) A.燃料燃烧时,将化学能转化为内能 B.人类使用的能量绝大部分是从燃料的燃烧中获 得的

C.l kg的某种燃料燃烧时放出的热量叫做这种燃
料的热值 D.提高燃料的利用率是节约能源的重要措施 解析:选C. l kg的某种燃料完全燃烧时放出的 热量叫做这种燃料的热值,必须加上“完全”两

个字,故C错.

6、下列提高热机效率的方法中,不可行的是( D )

A.减少各种热损失
B.加润滑油减少机器各部件之间的摩擦 C.充分利用废气的能量,如建热电站 D.采取少消耗总能量的办法

解析:选D.提高热机效率的方法是减少各种能量
损失,充分利用燃料放出的能量,减小摩擦尽量 少做额外功等.

巩固练习:
7、以下交通工具中,常用汽油机作为动 力的是 ( A ) A 轻型轿车 B 重型运载卡车 C 手扶拖拉机 D 磁悬浮列车

巩固练习:
8、一台单缸四冲程柴油机飞轮转速为 1800r/min,则柴油机1s内 ( C) A 完成30个冲程,做功30次 B 完成60个冲程,做功60次 C 完成60个冲程,做功15次 D 完成120个冲程,做功30次

练习:
1、如图所示是热机的四个冲程,其中属于做功冲程的是( B )

A

B

C

D

2、汽油机工作过程中,机械能转化为内能的冲程是( A.吸气冲程 B.排气冲程 C.做功冲程

D)

D .压缩冲程

3、汽油机在压缩冲程中,工作物质被压缩,气缸中气体的( A.压强增大,温度降低 C.压强减少,温度降低 B.压强增大,温度升高 D.压强减少,温度升高

B)

D 4、为提高锅炉的效率和燃料的利用率,下列做法不正确的是( )
A.把煤磨成煤粉,用空气吹进炉膛内燃烧 B.加大送风量,把煤粒在炉膛里吹起来燃烧 C.增大受热面积,减少烟气带走的热量

D.用木炭代替烟煤

谢谢

大家!


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