热机循环-讲稿

热机循环-讲稿（共9篇）

篇1：热机循环-讲稿

热机循环

热力发动机（热机）是指各种利用内能做功的机械，其原理是将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能的机器动力机械的一类，如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机、内燃机、喷气发动机等。热机通常以气体作为工质（传递能量的媒介物质叫工质），利用气体受热膨胀对外做功。自热机出现以来，人们一直从实验和理论上研究其效率问题。大量研究工作一方面为提高热机效率指明了的方向，另一方面推动了热学理论的发展。

【实验目的】

（1）研究热机将热转换为功的过程和原理（2）学会计算热机循环的效率（3）探索提高热机循环效率的方法

【实验原理】

热机是依靠从热源吸收热量，向低温热源释放热量来工作一种的装置。其理论基础为：

(一)理想气体方程式：PV=nRT，将热力系统视为理想气体，再经热力过程变化时，将满足理想气体方程式。

(二)热力学第一定律：热力过程的变化，由能量守恒的推导，可得：

dU = dQ-dW。dU为系统内能变化，dQ为加入系统的热能，dW为系统对外界所做的功。1.内能函数U为状态函数，故热力系统经一循环过程，末状态等于初状态，其内能相同，故dU = 0。

2.dQ为热力过程加入系统的热能，其值和变化的过程有关：

绝热过程：dQ = 0。

等压过程：dQ = nCpdT。定容过程：dQ = nCvdT。

其中Cp、Cv分别为气体的定压比热及定容比热。若系统吸热，dQ为正值；若排热，dQ为负值。

3.dW为热力系统在热力过程中对外界所做的功，其形式为：

dW = PdV，dW为微量变化的功，在这一完整过程种做功为W即热力系统P-V图曲线下面积。故： 等压过程：W = P∆V = P(V2dWPdV，V1)。

V2等温过程：WPdVV2nRTdVnRTlnVV1V1。若系统膨胀，W为正值；若系统压缩，W为负值。

(三)热力学第二定律：热机在一热力循环过程中，要将能量全部转换为功，这是不可能的，讨论其能量转换的比例，定义热机的效率

本实验利用两个等压过程，两个等温过程构成一个循环(如图一)。

WtotalQin，故热机的效率无法达到100%。

图一

其热机循环的过程为：

A→B：等温压缩，在固定温度下(室温TL)，使压力由PLPH。此等温过

程，W1nRTLlnVAVB。

B→C：等压膨胀，在固定压力(PH)下，温度由TL为W2TH，此过程对外作功

PH(VCVB)，所加热为Q1nCP(THTL)。

C→D：等温膨胀，在固定温度(TH)下，压力由PH降为PL，此过程作功为

D→A：等压压缩，在固定压力(PL)下，温度由TH其作功为W4

其所作总功WTL，构成一循环过程，PL(VAVD)。

W1W2W3W4

VAVPH(VCVB)nRTHlnDPL(VDVA)VBVC

nRTLln加入热量QinQ1nCP(THTL)CPPH(VCVB)

R

CPPH(VCVB)PH(VCVB)PH(VCVB)1CPCV11其中CPCV，空气(双原子气体)之1.40

故热机效率WQin

nRTLlnVAVPH(VCVB)nRTHlnDPL(VDVA)VBVC。

PH(VCVB)1

【实验仪器】

热机TD-8572、大支架ME-8735、200g奥豪斯开槽配重砝码SE-8726、钻孔配重（10g和20g）648-06508、塑料容器740-183、拉线699-011、旋转运动传感器CI-6538、温度传感器CI-6505B、压力传感器CI-6534A。

【实验内容及步骤】

在本实验中，热机由一种中空的圆筒构成。当铝制空罐子侵入热水时，罐子中的空气开始膨胀，膨胀的空气推动活塞，活塞向上举起重物以此做功。当然，热机循环实验也可以将罐子侵入冷水中，以此来实现气压和圆筒中空气的体积回到实验开始的状态。(一)计算机的安装

1.将ScienceWorkshop750接口匣电源打开，再开计算机主机。2.将温度、压强及滑轮转动感应器接到正确的插口，如图二所示。

3.启动计算机桌面上DataStudio软件，在弹出的对话框中选择第二个选项进入“实验设置”页面，点击SW图标，分别对孔1、2、A、B和C在选项框中选择正确的输入，具体按照图二接口的标注。

图二 Science Workshop750接口闸和窗口接口模拟图(二)仪器的安装和使用

B:把200g重物放置于平台上；（2）BC:把铝制空气罐子从冷水移动到热水中；（3）CD:把200g重物从平台上移开；（4）DA: 把罐子从热水移动到冷水中。下面详细介绍整个实验过程。

1.各准备大约20℃冷水及80℃热水，约至容器的四分之三。2.将活塞调至刻度20ml左右，再将右边的插孔接上压力感应器。

3.活塞仪左边的插孔接上铝制罐子，并将其放入20℃的冷水中，此时温度感应器也一并放在冷水中，同时按下电脑上的“启动”键，迅速把200g砝码放在活塞仪上。(两人协作，这三个动作同时进行。)4.等到活塞不再移动后，迅速将铝制空气室移至80℃的热水中。5.待活塞停止上升后，移走其上所有的砝码。

6.再次等待活塞停止上升，再迅速将铝制空气室移至20℃的冷水中。

7.直到活塞不再下降，按下电脑上的“停止”键，实验结束，至左下角“显示”窗口中读取所得的数据。“显示”中选择“图表”，选择“压力通道”，出现压力（纵轴）和时间（横轴）的关系图，左键点击横轴的时间，选择体积“V=pi*r*r*x*100”,这时出现P-V图。

8.绘出的P-V图，显示出整个循环过程。计算循环路径所包围的面积(即热机循环对外所作的功)，并和理论值比较。

图三 热机装置 总的实验过程分为四步，（1）A9.计算出本热机的效率，并与理想热机效率1TLTH比较。

【数据处理】

1.将循环图表打印出来。在图表的四个角上面标明A,B,C和D。确定A,B,C,D点的温度。在图表上标注箭头以此显示出循环过程的方向。

2.确定A-B,B-C,C-D,D-A这四个过程属于哪种类型（例如：等温）,确定这些过程中有哪些物理过程（例如：放上重物，放入热水中）。

3.确定并且标注哪两个过程中气体热能增加。4.在B-C过程中气体等压膨胀，气体从热源吸热，计算此过程中气体热量增加QH，然后计算以下参数：

a)我们不知道初始体积V，但我们可以根据测量罐子的体积和圆筒里面初始空气的体积从而计算出V，当然塑料管中的体积是被忽略的。

V(r2h)can(Aho)cylinder

这里A是活塞的横截面积。

VAVDTTD来计算V。A用等压条件下理想气体定律Db)c)用等温条件下理想气体定律计算VC：PCVC =PDVD。

计算QC→D。在等温条件下，Q = nRT ln(Vf /Vi)，因为PV = nRT, 所以QC→D = PD VD ln(VD /VC)，绝对压强P=P仪表 + P大气。

d)计算QB→C，在等压条件下，Q = nCp∆T，并且因为空气为二原子分子气体，Cp = 5/2 R, nR = PV/T,QBC7PDVD(TCTD)。

2TDe)计算QH = QB→C + QC→D。

5．根据测量到曲线内的面积来计算气体所做的功W。

6.计算效率eWx100%。QH

【注意事项】

（1）配重砝码为200g，禁止超重。

（2）旋转运动传感器、温度传感器和低压传感器均为精密电子仪器，禁止对其碰撞。（3）铝制空罐子在冷热水中转换时，动作要迅速，以免外界对其影响，引入实验误差。【思考题】

（1）经过热机做功A→B→C→D→A循环后，理论上会回到A点，但实验的结果并没有回到A点，试着讨论其原因并提出改善的方法。

（2）热机在循环过程中，如果其效率e=1，并不违反热力学第一定律，但为什么实际做不到？（3）为什么P-V图的面积等于热机在一次循环过程中将热能转换为机械能的数值？（4）若B-C的循环步骤温度差异愈大，将对整个实验有何影响？试讨论之。（5）如何提高热机的效率？

篇2：热机循环-讲稿

第四节

热机

设计教师：王莉云

【教学目标】 知识与技能：

1、了解四冲程汽油机的工作原理；

2、从能量转化的角度认识燃料的热值；

3、了解内能的利用在人类发展史上的重要意义；

3、通过能量的转化和转移，认识效率。过程与方法：

1、通过演示实验使学生了解可以利用内能来做功；

2、利用模型和课件动画演示并讲解四冲程汽油机的基本结构和工作原理；

3、通过学生讨论和教师讲解了解燃料的热值和热机的效率。情感态度与价值观：

1、通过演示实验培养学生观察和分析问题的能力；

2、通过阅读“科学世界

现代汽车”扩展学生的知识面。

【教学重点】了解四冲程汽油机的基本工作原理。【教学难点】热值、热机的效率

【教学准备】酒精灯、铁架台、试管、塞子、水 【教学程序】

一、复习内能：

1、改变内能的方法有哪些？

2、发生热传递的条件是什么？物体发生热传递后，能量有什么变化？

3、做功改变内能实质是什么能量发生转化？

二、实验引入：

演示课本P135 图16.4－1的实验，引导学生观察现象，分析原因：酒精燃烧的化学能→水蒸气的内能→塞子运动的机械能 说明：这个实验，展示了人类利用内能的过程。热机就是应用之一。热机——把内能转化为机械能的机器。

三、热机和种类及原理：

1、热机的种类：蒸汽机、内燃机（汽车发动机）、汽轮机、喷气发动机等。

2、提出问题：为什么热机可以提供动力？（燃烧燃料获得内能，利用内能做功）

热机的原理：把内能转化为机械能。

四、内燃机：

汽车是我们生活中不可缺少的交通工具，用在汽车上的动力机械，就是内燃机。内燃分有汽油机和柴油机。

教师展示汽油机和柴油机的活动模型，引导学生了解它们的结构及各部件的配合。

教师利用课件演示四冲程汽油机工作过程，并分步讲解：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。

提出问题让学生思考：①吸气冲程为什么能把混合物吸进气缸？②压缩冲程中能量是如何转化的？③做功冲程是能量是如何转化的？④排气冲程中为什么能将废气排出？

指导学生阅读“科学世界——现代汽车”

五、燃料的热值

1、要求学生说出家里使用哪种主要燃料，并讨论用木柴、煤炭、液化石油气烧水做饭，消耗量一样吗？为什么？

2、燃料燃烧中能量如何转化？

3、热值——1kg燃料完全燃烧放出的热量

单位：焦/千克（J/kg）

4、指导学生看热值表，对常用燃料的热值有一定的了解。

5、燃料完全燃烧产生的热量计算：Q=qm或Q=qV

六、热机的效率：

1、引导学生讨论日常生活中的热效率：①用煤气灶烧开水时，煤气能完全燃烧吗？②煤气燃烧放出的热量能全部被水吸收吗？③什么叫热效率？

2、利用教材图16.4－6所示的内燃机的能流图启发学生思考：在内燃机中燃料燃烧产生的热量到哪里去了？

3、引出热机的效率：

4、启发学生从热机的能量损失寻找提高热机效率的途径。【板书设计】 第四节

热机

1、热机：把内能转化为机械能的机械

2、热机的种类：蒸汽机、内燃机（汽车发动机）、汽轮机、喷气发动机

3、内燃机的四个冲程： 吸气冲程：

压缩冲程：机械能→内能 做功冲程：内能→机械能 排气冲程：

4、热值：1kg燃料完全燃烧放出的热量 单位：焦/千克（J/kg）

5、燃料完全燃烧产生的热量计算：Q=qm或Q=qV

6、热机的效率：

篇3：初三物理热机教案

2、柴油机：用柴油作燃料的内燃机。

①构造(观看课件。边指示边讲解)。

进气门，排气门，喷油嘴，气缸，活塞，连杆，曲轴。(介绍名称的同时，介绍各部分的功能)。 ②工作原理。

(讲解时提醒学生注意观察活塞、气门、连杆、曲轴的运动情况)

柴油机的工作过程也以一个循环为一个单元，一个循环又分为四个冲程。

开始工作前，活塞位于气缸上端，进、排气门均关闭。工作时，活塞由上向下运动，进气门打开，排气门仍关闭。由于缸内体积增大，压强减小，空气被吸入气缸。这是第一个冲程，吸气冲程。

进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气压缩得很小，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点。这是第二个冲程，压缩冲程。

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。这是第三个冲程，做功冲程。

进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。这是最后一个冲程，排气冲程。 此后，活塞又由上向下运动，从此进入下一轮循环。

汽油机和柴油机有什么相同点，有什么不同点?

①柴油机与汽油机的相同点：

1.基本构造和主要部件的作用相似。

2 .每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。

3 .四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。

4 .一个工作冲程中，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次。

②柴油机与汽油机的不同点：

1.构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。

2 .燃料不同：汽油机的燃料是汽油，而柴油机的燃料是柴油。

3 .吸气不同：汽油机吸进汽油和空气的混合气体，柴油机只吸进空气。

篇4：空气热机实验报告

关键词：卡诺定理;空气热机;卡诺循环

热机是将热能转换为机械能的机器。历史上对热机循环过程及热机效率的研究为热力学第二定律的确立起了奠基性的作用。斯特林18发明的空气热机，以空气作为工作介质，是最古老的热机之一。虽然现在已发展了内燃机，燃气轮机等新型热机，但空气热机结构简单，便于帮助理解热机原理与卡诺循环等热力学知识。 空气热机的结构如图一所示，热机主机主要有高温区、低温区、工作活塞和位移活塞、气缸、飞轮、连杆，热源等组成。

由电热方式加热位移活塞，其作用是在循环过程中使气体在高温区与低温区间不断交换，气体可通过位移活塞与位移气缸间的间隙流动，提高高温与低温间的温度差可以提高热机效率。位移活塞与工作活塞通过连杆与飞轮连接，他们的运动是不同步的，其中一个处于极值时，速度最小，另一个活塞速度最大。

图一 空气热机工作原理示意图

当工作活塞向下移时，位移活塞迅速左移，使汽缸内气体向高温区流动，如图1 a所示;进入高温区的气体温度升高，使汽缸内压强增大并推动工作活塞向上运动，如图1 b 所示，在此过程中热能转换为飞轮转动的机械能;工作活塞向顶端移动时，位移活塞迅速右移，使位移汽缸内气体向低温区流动，如图1 c所示;进入低温区的气体温度降低，使汽缸内压强减小，同时工作活塞在飞轮惯性力的作用下向下运动，完成循环，如图1 d 所示。在一次循环过程中气体对外所作净功等于P-V图所围的面积。

根据卡诺对热机效率的研究而得出的卡诺定理，对于可逆循环的理想热机，热功转换效率为：

A/Q1Q1Q2/Q1(T1T2)/T1T/T1

式中A为每一个循环中热机做的功，Q1为热机每一循环从热源吸收的热量，Q2为热机每一个循环向冷源放出的热量，T1为热源的绝对温度，T2为冷源的绝对温度。

由于热量损失，实际的热机都不可能是理想热机，循环过程也不是可逆的，所以热机转化效率：

T/T1，只要使循环过程接近可逆循环，就是尽量提高冷源与热源的温度差。

热机循环过程从热源吸收的热量正比于nA/T，n为热机转速，所以：正比于nA/T。测量不同热

端温度时的nA/T，观察与T/T1的关系，可验证卡诺定理。同一功率下，调节力矩计与转轴的摩擦改变热机实际输出功率P0，计算出不同负载大小时的热机效率。同时转速n也会改变，观察P0n

关系图，表示同一输出功率下，输出耦合不同时输出功率随耦合的关系。

一、实验仪器与方法：

电热ZKY-RJ型空气热机实验仪如图二示

图二 电加热型热机实验装置图

飞轮下部装有双电门，上面的一个用于定位工作活塞的最低位置，下面一个用于测量飞轮转动角度。气缸的体积随工作活塞的位移而改变，活塞的位移改变通过飞轮测得，在飞轮边缘均匀排列45个挡片，由光电门信号确定飞轮位置，进而计算气缸体积。压力传感器与工作汽缸底相通，测量汽缸的压力得到体积变化。底座的三个插座分别与实验测试仪相连，在仪器显示窗口显示热机转速、高低温区的温度、P-V图。加热器输出电压24V-36V可调，可根据实验的实际需要调节加热电压。

力矩计悬挂在飞轮轴上，调节螺钉可调节力矩计与转轴之间的摩擦力，由力矩计可读出摩擦力矩M，可得出热机输出功率P2nM，即单位时间内的角位移与力矩的乘积。

二、试验内容、步骤:

第一部分:测量不同热端温度的热功转换值，验证卡诺定理。

连接测试仪面板和电脑的，各仪器之间的`端口，开始试验。将加热电压加之最大档(11档)，等待6~10分钟(大约在温差在100K以上)，加热电阻丝已发红后，用手顺时针拨动飞轮，热机即可运转。减小加热电压至第一档，打开电脑辅助软件，观察压力和容积信号，并把P-V图调节到最适合观察的位置。等待大约10

分钟，温度和转速平衡后，记录加热电压，读取温度和转速，记于表一中。逐步加大加热功率，重复上

述测量过程4次以上，在表一中记录数据。以ΔT/ T为纵坐标，在坐标纸上作nA/ΔT与ΔT/ T1的关系图，验证卡诺定理。

第二部分：测量不同输出功率下，转速和实际效率的变化。

在最大加热功率下，触动飞轮停止转动，在飞轮上装上力矩计，拨动飞轮，让热机继续运动。调节力矩计的摩擦力(不要停机)，待输出力矩、转速、温度稳定后，在表二中读取记录各项参数。保持输出功率不变，逐步增大输出力矩，重复以上实验步骤5次以上。以n为横坐标，P0为纵坐标，作出n与P0的关系图。表示同一输出功率下，输出耦合不同时输出功率或效率随耦合的变化关系。

三、实验结果：

表一 测量不同冷热端温度时的热功率转换值

表二 测量热机输出功率、效率随负载及转速的变化关系

图一 电脑观察到的热机实验P_V实验图图二 电脑观测到的容积和压力变化曲线

四、分析与结论：

由表格数据可作图结果分析，在外加负载不变的情况下，随着热功率增大，nA/ΔT与ΔT/ T1基本具有线性关系，验证了卡诺定理。在同一加热功率下，随摩擦力矩加大，转速降低，热端温度升高，温度差加大，输出效率加大。对于输出力矩继续加大时，输出功率如何变化，是继续变大还是转折本实验未能涉及，也是实验要改进的地方。

五、参考文献:

[1] [2] [3] [4] [5] [6]

《大学物理综合设计实验》，中国海洋大学物理实验教学中心，.1; 张玉民，热学，中国科学技术出版社，. 5; 常树仁，热学，南开大学出版社，.7;

包科达，热物理学基础，高等教育出版社，2001.12;

篇5：热机的效率

热机效率是指热机工作部分中转变为机械功的热量和工质从发热器得到的热量的比。如果用ηt表示，则有ηt=W/Q1=(Q1-Q2)/Q1=1-Q2/Q1。

从式中很明显地看出Q1越大，Q2越小，热效率越高，这是热机效率中的主要部分，它表明了热机中热量的.利用程度。

热机的机械效率是指推动机轴做功所需的热量和热机工作过程中转变为机械功的热量的比，如果用ηm表示，则有ηm=Q3/(Q1-Q2)等。

篇6：热机教案

一、知识与技能

1.了解四冲程汽油机的基本工作原理。2.从能量转化的角度认识燃料的价值。3.了解内能的利用在人类发展史上的重要意义。4.通过能量的转化和转移，认识效率。

二、过程与方法

1.通过演示实验使学生了解可以利用内能来做功。

2.利用挂图或者模型讲解四冲程汽油机的基本结构和工作原理。3.通过阅读了解汽车的一些常识。

三、情感、态度与价值观

1.通过演示实验培养学生观察和分析问题的能力。2.通过阅读扩展学生的知识面。

教学重点：四冲程汽油机的基本工作原理。教学难点：四冲程汽油机的基本结构和工作原理。教学过程

一、引入新课

演示实验引入：加热到水沸腾的过程中，你看到了什么现象？说一说这个过程中能量是怎样转化的。酒精燃烧放出热量，通过热传递将一部分内能转移给水，水的内能增加使其温度升高至沸腾，产生大量水蒸气，水蒸气越来越多，对木塞的压力增大，最后将软木塞推出试管口，这就是水蒸气的膨胀对木塞做功，看来内能是可以做功的。热机就是把内能转化为机械能的装置，我们这节课就来认识热机。

二、新课学习1.内燃机

汽车在我们的日常生活中的作用越来越大作用，而汽车的动力机械就是内燃机，内燃机就是最常见的热机。方法1.教师简介汽油机，指出汽油在汽油机汽缸中燃烧，高温高压的燃气推动活塞做功，能量转化是内能转化为机械能．运用挂图表现汽油机的四个冲程，分析每个过程和四

个冲程之间的逻辑联系，学生在观察和分析的过程中可以思考下面的问题： a．汽油机的结构主要有哪些；每部分的用途是什么。b．运动四个冲程，说明汽油机的曲轴能带动活塞连续转动。c．四个冲程的特点是什么。

学生理解了四个冲程后，教师可以讲解汽油机的应用，可以提供关于汽油机的资料，学生阅读，提高利用信息学习的能力．

方法2.对于基础和设备条件较好的班级，教师可以利用多媒体资料辅助学习，例如可以用电话展示，学生利用课件的交互功能，自主的学习汽油机的结构、作用、各个冲程的工作情况等．对于汽油机的应用，仍可以向学生提供资料，学生利用信息学习，提高采集信息和处理信息的能力。

三、小结

这节课我们知道了汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环来保证连续工作。

四、板书设计

五、作业布置：

（l）简述四冲程内燃机的工作过程。

（2）回答下列问题： ①内燃机的四个冲程顺序能颠倒吗？为什么？ ②内燃机一个工作循环活塞往复运动几次？曲轴转动几周？

六、课后反思：

说一说热机的发明为人来社会带来了什么变化，这些变化是好还是坏？

四、热机 学习目标：

1、知道什么是热机、热机中的能量转化、四冲程内燃机的构造和工作原理。

2、了解汽油机和柴油机的工作过程和在实际中的应用。

3、提高学习兴趣，养成乐于讨论、乐于交流的习惯。重难点：汽油机，柴油机的工作原理及过程。热机学案：

一、汽油机：

1。进气门，排气门，活塞由汽缸最 向 运动，和 的混合物从 被吸入汽缸。当活塞运动到汽缸的最下端，关闭，曲轴转动 圈。.进气门和排气门，活塞由汽缸最 向 运动，燃料的混合物被，汽缸内温度，气压。曲轴转动 圈。在此过程中，转化。

3。在压缩冲程末，火花塞产生电火花（点燃式），燃料混合物剧烈燃烧，产生 的燃气，推动活塞由汽缸向 运动，并通过连杆驱使曲轴转动，曲轴转动 圈。在此冲程中，转化。进气门，排气门，活塞由汽缸最 向 运动，把废气排出汽缸。当活塞运动到汽缸的最上 端，关闭，曲轴转动 圈。

5、汽油机一个工作循环包括冲程，活塞往复 次，曲轴转动 圈，做功次。有次能量转化。

二、柴油机：

1、柴油机工作的四个冲程中，冲程是燃气对活塞做功，此过程是将 能转化为能。

篇7：热机的造句

热机解释

【意思】：各种变热能为机械能的机器的统称，如蒸汽机、内燃机、汽轮机等。

热机造句：

1、在一个真实的热机里，当然，你可以达到可逆极限。

2、就像预先期待的一样，效率小于一，当然如果我们建造一台热机，我们希望效率越高越好，尽可能接近一。

3、你们知道，我们可以设计一个由，很多很多个,循环步骤的热机，但是总可以把它分割成,一系列的绝热,和等温过程。

4、这是一个很典型的热机，我们来分析它是怎么工作的，然后得到效率和其它一些,有用物理量之间的关系。

5、让我们推广卡诺热机的结果。

6、一个是我们已经学过的卡诺热机，另一个是任何一个其它可逆热机。

7、再来看看,不可逆热机的效率。

8、也就是说，这个热机的效率,比卡诺热机低。

9、我们先构造一个,由两个热机组成的热机，并排排列。

10、这就是说,任何可逆热机的效率都是,负T2除以。

11、现在我想做的是,举一个例子,来具体说明热机内部的循环过程，同时我们可以利用热力学定律进行计算,看看热力学参量发生了什么变化。

12、利用右边输出的功,来驱动左边的热机反方向运行。

13、现在我们假设,这两个热机在某些方面是不同的。

14、请记住这个热机是反过来运行的，我们把热量向上传输。

15、这是另一台,利用可逆过程工作的热机。

16、这一个热机,跟我们以前见过的差不多，我们把它确定为,卡诺热机,所以我们之前得到的结果都对它适用。

17、因此，我们可以从这两个热机,得到的总功，一定是零。

18、我们要研究，熵，热机，卡洛循环等概念。

19、对热机系统、传动系统进行了优化设计，增强了整机的可靠性能。

20、这不是某一个,特定热机的结果。

21、热机是指把热能转变为机械功的一种发动机。

22、根据热力学第二定律，一个热机发电可以从这个温差。

23、所有热机都利用气体膨胀来把热能转换为机械能。

24、内燃机是一种热机，燃料在其被称为燃烧室的密封空间内燃烧。

25、该文也将是研究和开发低品位热源液相热声热机的重要参考。

26、但是，在他闲暇之余，他会在自己的工作室建造热机。

27、这关系的表式是：由此，我们便可确定在给定的输出功率，热库温度和热传导系数的情况下，热机的最高效率。

篇8：14.2热机效率教案

【教学目标】

（一）知识与技能

从生活中体会不同燃料燃烧释放热能的本领不同。了解热机效率的含义。

（二）过程与方法

燃料燃烧时能量的主要流向。

（三）情感态度价值观

增强环保意识。

【教学重点】

热机的效率

【教学难点】

热机能量流失的方向

【教学过程】

（一）引入新课

1、复习提问：什么是机械效率？

2、新课引入：热机是内能转化成机械能的机器，它跟所有机械一样，也有效率的问题，这一节我们就来讨论这个问题。

课题：14.3热机的效率

（二）进行新课

(1)热机的能量损失

教师：一辆汽车从身旁驶过，有时根据人的嗅觉就能知道它的发动机是汽油机还是柴油机。这是为什么？ 学生：因为它们排出的气体的味道不同。

教师：说得很对。但你们想过没有，排出的气体中仍有汽油或柴油味这说明了什么？学生：说明汽油或柴油并未完全燃烧。

教师：既然燃料没有完全燃烧，就说明有一部分能量被白白地损失掉了。板书：

一、热机的能量损失 1．燃料未能完全燃烧

教师：再想想，除此之外还有些什么损失？ 学生：排出的气体中还具有内能。

教师：有人曾用汽车的尾气加热饭菜就说明了这一点。除此之外，气缸壁等也会传走一部分内能。板书：2．废气和散热带走一部分内能

教师：以上这些都是没有转化成机械能的内能。那么曲轴获得的机械能是不是全部做了有用功？ 学生：不是，有一部分要传给飞轮以维持其继续转动。

教师：除此之外，由于各零部件之间有摩擦，曲轴还需克服摩擦做功。板书：3．克服摩擦做功

(2)热机的效率

由于以上原因，真正用来做有用功的能量只占燃烧燃料所能提供能量的一部分。所占比例的大小，也就成了热机性能的标志。为此，我们再介绍一个新的概念：

板书：

二、热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率 由于损失的原因比较多，所以热机的效率一般都较低。(参阅课本中的几种热机的效率，内燃机的能流图以及火电站的能流图)教师：热机是人类使用的主要动力机。尽管它的效率还不高。我们仍然离不了它。问题的关键是如何改进和提高它的性能。经过上面的分析，谁能归纳一下改进热机的总体设想？

板书：

三、如何提高热机的效率 学生：让燃料尽可能充分燃烧。(板书)学生：减小各部分之间的摩擦。(板书)教师：让其尽可能完全燃烧，可通过改善燃烧环境，调节油、气比例等来实现。为了减小摩擦需要经常保养机器，适当调节各零部件间间隙，并注意保持润滑等。另外还应下决心关停一些冒黑烟、耗能大的热机，以提高热机的整体水平。

提高热机的效率，并非易事，需要解决的问题还很多，甚至每前进一步都要付出艰苦的努力，不过我们相信，随着科学技术的飞速发展，以及新能源的不断开发，热机的性能一定会得到较大提高。我们也期待着现在的青年中能涌现出更多瓦特式的人才，为人类研制出更新更好的热机

（三）学习小结

1、热机的能量损失包括哪些方面？

2、怎样减小热机的能量损失？

3、热机的使用会带来哪些环境问题？

（四）布置作业

1、课后作业1、2、3

（五）板书设计

第二节

热机的效率

一、热机能量的损失

1、燃料未能完全燃烧

2、废气和散热带走一部分内能

3、克服摩擦做功

二、热机的效率：

来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率

篇9：第1节 热机(教案)

【教学目标】

一、知识与技能

1.通过演示实验使学生了解可以利用内能来做功；知道热机的概念，知道内燃机是热机的一种，体会现代化交通工具对人们生活的巨大影响.2.通过模型或挂图了解四冲程汽油机和柴油机的构造.3.能用文字或口头表述内燃机各冲程的工作状态和能量转化.二、过程与方法

1.学生通过观察汽油机、柴油机的工作过程，能够简单地描述它们的主要特征，培养和提高学生的观察能力.2.通过对汽油机、柴油机结构的观察，有对观察到的现象做出判断的意识.3.通过上网等各种途径收集整理有关蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机的原理、特点的相关资料，培养学生收集信息和整理信息的能力.三、情感、态度与价值观

1.通过对本节课的学习，培养学生乐于探究生活中的物理学道理的良好习惯.2.通过学习热机的应用，激发学生的学习兴趣，培养学生将科学知识应用于人类社会的意识，进一步认识科学技术和社会之间的关系.【教学重点】

四冲程汽油机的工作原理及能的转化过程.【教学难点】

汽油机与柴油机之间的区别.【教具准备】

多媒体课件、铁架台、试管、金属网罩、胶塞、酒精灯、水；汽油机与柴油机的实物模型.【教学课时】1.5课时 【巩固复习】

教师引导学生复习上一节所学内容，并讲解学生所做的课后作业（教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.【新课引入】 教师利用音像资料，展示汽车运动，坦克前进的画面，然后设问：你知道汽车、坦克为什么会运动起来吗？汽车、坦克的发动机是怎么获得能量的？

学生思考、讨论、发表各自的看法.师汽车、坦克的发动机其实是个内燃机，它通过将燃料燃烧时产生的内能转化成机械能，从而使汽车、坦克运动起来.下面我们就一起来学习吧.【进行新课】 知识点1 热机

师我们开始做个实验，请大家细心观察，并注意以下几个问题： ①实验中有哪些能量转换？

②用酒精灯给试管中的水加热，有哪些物体吸热？ ③能否把燃料移到容器内部去燃烧来获得更大的动能？ 教师演示教材P17页图14.1-1的实验.（提醒：用金属网罩 套在试管外面，并且胶塞不要塞得太紧，以免试管炸裂伤人）

学生回忆并思考，发表各自的建议：水吸收热量，变成水蒸气推动塞子做功，水蒸气的内能转化为塞子的机械能；塞子冲开时有“白气”产生，这是水蒸气液化放热„„

师同学们回答得很好，酒精燃烧时，将化学能转化为内能，水蒸气推动塞子做功，内能又转化为机械能.通过这个实验我们知道利用内能可以对外做功，那接下来请大家想一想，如果把燃料移到类似试管的容器中燃烧，那么能量的利用率将会更高，推动塞子做的功将会更多.而且如果设法让这种推动塞子的运动往复进行，那就有了真正的利用价值.而科学家早就将这种设想应用到实际当中，我们经常乘坐的汽车中的热机——“发动机”正是利用这种原理来工作的.下面我们一起来认识热机.板书： 热机：

（1）定义：利用内能做功的机械.（2）工作原理：将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，再对外做功，把内能转化为机械能.（3）热机的种类：①蒸汽机；②内燃机；③汽轮机；④喷气发动机等.教师用多媒体播放课件“热机的分类和几种发动机原理”.热机的分类和几种发动机原理（多媒体课件）（1）热机的分类

通常根据燃料燃烧方式，将热机分为内燃机与蒸汽发动机两类.凡燃料直接在汽缸内燃烧，全部能量转变过程在汽缸内完成的热机称内燃机，如汽油机、柴油机等都属于此类.先把燃料燃烧时释放的能量的一部分传给工质，再由工质将得到的能量的一部分转变为机械能的称蒸汽发动机，又称外燃式热机.内燃机的工质是燃烧的烟气，而蒸汽发动机的工质是水蒸气.蒸汽机在热机中是最早出现的，以后是内燃机、汽轮机、燃气轮机、喷气发动机和火箭发动机相继交叉出现.其中内燃机应用范围最广，天空、地上、水中都有内燃机的身影.蒸汽发动机由于笨重、效率低，现在应用已不多.（2）几种发动机原理简介

蒸汽轮机利用锅炉产生的高温、高压蒸汽从喷嘴高速喷出，冲击叶轮，使叶轮与机轴一同旋转.蒸汽轮机的输出功率很大，大型的蒸汽轮机输出功率可达几十万千瓦.燃气轮机基本原理与蒸汽轮机相似，但工质不是蒸汽，而是燃料燃烧后生成的烟气.中国民间工艺品“走马灯”即是一种原始简单的燃气轮机，早在800年前就已在我国出现.燃气轮机不仅输出功率大（可达十几万千瓦），而且效率高，可达50%~60%.空气喷气发动机燃料在发动机的燃烧室内燃烧，生成的烟气从喷口高速喷出，根据反冲原理，发动机机身将向反方向运动.火箭发动机其结构与原理和喷气发动机相似.区别是空气喷气发动机燃料燃烧时的氧化剂（氧气）取自空气，因此空气喷气发动机只能在大气层内工作，主要用在飞机上；火箭发动机则自带氧化剂，燃料燃烧时不依赖于空气，因此可在大气层外工作，是发射人造卫星和宇宙飞船的动力源.中国在节日放的“起花”也即是火箭的原型，中国是火箭的故乡.板书：

（1）内燃机：凡燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机.（2）内燃机主要分为汽油机和柴油机两大类，它们分别用汽油和柴油作为燃料.例题1(多媒体展示)如图所示，在试管内装些水，用橡皮塞塞住，用酒精灯加热一段时间后，会观察到的现象有：①———————————————————————；②————————————————————————.实验中的能量转化过程为：①酒精燃烧放出热量，酒精的——————能转化为水的———————能；②水吸热沸腾，产生大量水蒸气，气体膨胀对瓶塞做功，气体的———————能转化为瓶塞的———————能.答案：现象：①瓶塞被冲出来（向上跳起来）②管口附近出现白雾 过程：①化学内②内机械 课堂演练

完成本课时对应课堂练习.知识点2 汽油机

师在现代社会中，内燃机是最常见的热机，内燃机在汽缸内燃烧汽油或柴油.大多数汽车里的内燃机是燃烧汽油的，也叫汽油机.下面我们就一起来学习汽油机.教师展示汽油机的实物模型，讲解结构部件名称（如图），引导学生了解汽油机的构造.板书：

汽油机的构造：排气门、进气门、火花塞、汽缸、活塞、连杆、曲轴.师从汽油机的实物模型中我们知道了汽油机的构造，那汽油机是如何工作的呢？下面我们观看一个动画视频.教师用多媒体播放汽油机工作过程中的flash视频动画：汽油在汽缸里面燃烧时生成高温高压的燃气，推动活塞做功.活塞移动带动曲轴转动.要使汽油机连续工作，活塞必须能在汽缸内往复运动.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.多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的.（启发学生注意四个冲程中工作情况及能量变化）

板书：

（1）冲程：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.（2）汽油机的四个冲程：吸气、压缩、做功、排气.教师再次播放汽油机工作的视频动画，并提醒学生带着以下问题观察和思考：（1）四个冲程中气门开启、闭合状态如何？活塞运动方向如何？（2）吸气冲程中为什么能将汽油和空气的混合物吸进汽缸？（3）压缩冲程中压缩的是什么？压缩到最后会有什么结果？（4）四个冲程中哪些冲程发生了怎样的能量转化？

（5）哪个冲程使机器获得动力？哪个冲程排出了汽车的尾气？ 学生看完视频后分组讨论，并积极回答问题：

生1：①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入汽缸.②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.③做功冲程：进气门和排气门都关闭.在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体.高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功.④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸.生2：吸气冲程中当活塞向下运动时，汽缸内气体的体积增大，压强变小，大气压将油气混合物吸进汽缸.生3：压缩冲程中，活塞对油气混合物进行压缩做功，结果是使油气混合物的内能增加，温度升高.生4：四冲程中“压缩冲程”和“做功冲程”中发生了能量转化，其中“压缩冲程”中是将机械能转化为内能；“做功冲程”中，燃料燃烧，燃料的化学能转化为燃气的内能，产生高温高压气体，推动活塞运动，又使燃气的内能转化为机械能.生5：做功冲程中机器获得动力，排气冲程中排出了汽车的尾气.教师鼓励学生的回答，然后用多媒体展示“四冲程汽油机的工作循环示意图”（如图），并进行比较，强调压缩冲程和做功冲程中的能量转化.↓

板书：

（1）汽油机的一个工作循环由四个冲程组成，曲轴和飞轮均转动两周，对外做功一次.（2）压缩冲程：机械能转化为内能； 做功冲程：内能转化为机械能.（3）汽油机的四个冲程中，只有做功冲程产生动力，其他三个冲程都要靠飞轮的惯性来完成，且消耗机械能.例题2（多媒体展示）如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程,它是()A.压缩冲程,将化学能转化成内能 B.压缩冲程,将机械能转化成内能 C.做功冲程,将内能转化成机械能 D.做功冲程,将机械能转化成内能

解析：判断内燃机工作过程属于哪一个冲程，需分两步：一是看气门开闭状况，二是看活塞运动情况，具体判断方法是：一气门打开，若进气为吸气冲程，若排气为排气冲程；两气门都关闭，活塞向上是压缩冲程，活塞向下为做功冲程.本题是两气门都关闭，活塞向上是压缩冲程.压缩冲程是将机械能转化为内能.答案：B 例题3（多媒体展示）一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为6000r/min，则每秒钟发动机完成————个冲程，对外做功————次.解析：由6000r/min，算出飞轮每秒转动的转数为6000r/60s＝100r/s.飞轮转一周完成2个冲程，一个工作循环为4个冲程，做1次功，飞轮需要转动2周，则每秒完成冲程数为100×2＝200（个），每秒做功次数为1/2×100＝50（次）.答案：200 50 例题4（多媒体展示）如图所示的是汽油机汽化器的工作原理图，油管的喷嘴为什么要安装在进气管的狭窄处？请作出简要解释.解析：在吸气冲程中，空气从进气管进入汽缸，气流在进气管狭窄处的流速较大，压强较小，汽油在气压的作用下流出喷嘴，在高速气流的冲击下变成雾状，与空气混合后进入汽缸，这样有利于燃料的充分燃烧.解：将油管的喷嘴安装在进气管的狭窄处，是因为进气管狭窄处的空气流速较大，压强较小（小于油箱内油面的大气压）汽油才能在气压的作用下流出喷嘴，在高速气流的冲击下变成雾状，与空气混合.课堂演练

完成本课时对应课堂练习.知识点3 柴油机

师坦克和轮船上使用的是柴油机，柴油机是如何工作的？它的构造又如何呢？下面我们就一起来学习“柴油机”.柴油机是利用汽缸内燃烧柴油所产生的高温高压的燃气来推动活塞做功的热机.它的构造和汽油机的构造大致相同，所不同的是柴油机的汽缸顶部无火花塞而有

喷油嘴.（教师可展示柴油机的实物模型，也可以展示图片引导学生观察汽油机与柴油机结构的异同）

教师用多媒体播放课件“柴油机的工作过程”，并讲解.柴油机的工作过程（多媒体课件）

柴油机的一个工作循环也是由四个冲程组成，曲轴和飞轮均转两周，对外做功一次，活塞往复两次，除做功冲程外的其他三个冲程，也是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成.教师引导学生简单叙述汽油机与柴油机的相同点和不同点.（帮助学生了解柴油机的结构，同时增强对四冲程特点的理解）

提示：汽油机与柴油机的比较：

①相同点：都是燃料在汽缸内燃烧；都是将内能转化为机械能的装置；都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，曲轴和飞轮转动两周，对外做功一次；启动时，都是靠外力先使飞轮和曲轴转动起来.②不同点：

补充说明：

（1）汽油容易雾化并汽化，柴油不易雾化，所以汽油机是通过雾化汽油与空气混合后从进气道吸入汽缸，柴油机采用在压缩冲程结束时从汽缸顶部喷入的方式.（2）汽油的燃点高但挥发性强，易于点火，故采用电火花点燃式点火；柴油的燃点低但挥发性差，不易点燃易压燃，故采用压燃式点火，即利用压缩冲程将密闭空气温度压缩到柴油的燃点以上，喷入的柴油遇高温立即燃烧.（3）由于柴油机的压缩程度高于汽油机，燃烧生成的燃气的温度和压强都高于汽油机，从做功的角度来看，在柴油机里作用在活塞上的压力较大，做的功也较多；从能量的转化角度来看，柴油机燃气的温度较高，内能较大，转化成的机械能也较多，单位时间里做功较多.板书：

在一个工作循环中，柴油机的四个冲程和汽油机一样，曲轴转两周，活塞上下往复运动两次，对外做功一次.且开始时都需要外力启动.例题5（多媒体展示）下列关于柴油机的叙述中，正确的是（）A.柴油机是把内能转化为机械能的装置

B.四冲程柴油机每经过一个工作循环，曲轴就要转动四周 C.汽油机有喷油嘴，柴油机有火花塞

D.汽油机用压燃式点火，柴油机用点燃式点火

解析：由热机的概念知，把内能转化为机械能的装置称为热机，柴油机属于热机，故A是正确的；四冲程内燃机每经过一个工作循环，有四个冲程，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次，故B错误；在做功冲程中，汽油机是通过火花塞产生电火花点燃高温高压的油气混合物，是点燃式，而柴油机是用喷油嘴向远高于柴油燃点的空气喷射雾状柴油而使柴油燃烧的，称之为压燃式，故C、D选项错误.答案：A 例题6（多媒体展示）某单缸四冲程柴油机的汽缸活塞面积为30cm2，一个做功冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程中燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周，当柴油机满负荷工作时（不计摩擦），求：

（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力；（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功；（3）柴油机的功率.分析：本题综合考查了压力与压强的关系、功和功率的计算、柴油机的工作原理等知识.（1）已知压强p和受力面积S，根据压强定义式p=F/S的变形F＝pS，可直接求出；（2）根据求出的压力和已知压力移动的距离s，根据公式W＝Fs可求出做的功；（3）柴油机工作时，飞轮转动两周，对外做功一次，由此可根据飞轮的转速求出飞轮1s做功的次数，从而可以求出柴油机的功率.解：（1）做功冲程燃气对活塞的平均压力 F＝pS=9.0×105Pa×30×10-4m2=2.7×103N；（2）一个做功冲程燃气对活塞的功 W＝Fs=2.7×103N×50×10-3m=135J；（3）因为飞轮的转速是1800r/min=30r/s，每秒做功次数n=1/2×30=15次，柴油机的功率P=nWt＝135J×15/1s=2025W.课堂演练

完成本课时对应课堂练习.师请大家阅读教材P20《科学世界》——“现代汽车”.（扩大学生视野，激发学生兴趣，培养学生创新精神）

【教师结束语】

同学们，我们通过这节课的学习，收获了不少知识.我们知道了热机的工作过程和原理，知道了内能的利用在现代生产、生活中有着重要的地位和作用，这节课我们就学到这，谢谢.课后作业

完成本课时对应课后练习.【教学反思】

1.本节课的教学设计通过创设问题情景，提出让学生感兴趣的问题，引导学生思考热机中能量的转化，并通过播放flash动画，让学生认识掌握汽油机和柴油机的构造和工作原理.2.教学时，教师主要从构造、工作过程及优缺点等几个方面对汽油机和柴油机进行介绍，重点讲述汽油机的四个冲程，通过视频和插图对四个冲程逐一进行介绍，使学生对汽油机的工作过程有一个完整的了解.在讲解柴油机时，教师可以采用对比的方法，结合柴油机的构造简图，讲述它与汽油机在构造上的异同，对于它们相似的地方，只需做简略的说明，而重点介绍它们的吸气冲程、压缩程度、点火方式上的不同.这样安排有利于学生抓住重点.最后简单介绍了汽油机和柴油机的优缺点及其运用.3.在帮助学生了解汽车的发展史的过程中，鼓励学生通过多种途径，如采访工人，查阅资料，上网搜集等，了解汽车在现代社会生活中的重要作用，同时给人类生活环境带来的负面影响.明白科学是一把双刃剑.号召同学们刻苦学习，勇攀科学高峰，为人类社会进步做出应有的贡献.【教学板书】

【生活中的物理】

浅谈粉尘燃料内燃机

粉尘燃料属于一种可再生能源和新能源.有人发明了“粉尘燃料内燃机”，已在2004年4月7日向中国知识产权局申请专利，现已授权.内燃机是重要的工业动力之一，现有的内燃机均采用汽油、柴油作燃料，不仅尾气排放污染了环境，而且其资源日益枯竭.专家估计，世界上已探明的石油储量最多够人类使用50年.为解决世界石油危机，人们积极探索以煤代油、天然气代油、电代油、酒精代油、核能代油及生物柴油等多种途径.但时至今日，在替代石油的再生能源的开发上，人类没有根本的进展.粉尘燃料内燃机是一种全新的往复式内燃机.它跟传统的汽油、柴油往复式内燃机截然不同，它利用“粉尘爆炸原理”，既可以直接燃烧精制的木炭粉、竹炭粉、淀粉等再生燃料产生工业动力，也可以直接燃烧精制的焦炭粉、煤炭粉等一次性燃料产生工业动力.100多年前人们从多次的面粉爆炸事故中发现了一个重要的物理学原理——粉尘爆炸原理.科学家发现，粉尘爆炸的发生必须具备三个条件：（1）粉尘燃料能充分地与空气混合；（2）粉尘燃料与空气混合后达到了一定的浓度；（3）粉尘燃料与空气达到了一定的温度