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生活中你见过哪些热机？
气缸体
四行程二行程
不仅前面出现的这些，我们生活中的处处都有热机的，下面就让我们系统学习一下热机的工作原理。
第二章能量的守恒与耗散
教学目标
1. 知识与能力
?了解蒸汽机、内燃机、制冷机的原理。?认识热机中的能量转化过程及其效率。
2 . 过程与方法
?了解提高热机效率的重要性
?理解热机中的能量转化和转移的方向性
3. 情感态度与价值观
?了解热机的发明和利用在人类文明发展史上的重要作用
?培养热爱生活的情趣
热机的工作原理
如何提高热机的工作效率教学重难点
重点
难点
汽油机根据这个原理可以制造出
一种将内能转化为机械能
的机器。
热机是热力发动机的简称
热机是将燃料燃烧产生的
高温、高压燃气的内能转
化为机械能装置。
本节导航
1﹑蒸汽机和蒸汽轮机2﹑内燃机和燃气轮机3﹑制冷机
1.蒸汽机和蒸汽轮机
蒸汽机是一种广泛应用与工业、农业和运输业的热力机械。
资料
瓦
特
和
蒸
汽
机
经过瓦特的研制和改进，是蒸汽机成为一种可以广泛应用的动力机械。
既然蒸汽机那么早就被研发出来，呢吗它的工作原理是什么呢？
知识要点
蒸汽机的工
作原理：
锅炉中的水受
热变成水蒸气，水
蒸气经过管道进入
汽室，通过滑动阀
控制，进入气缸，
驱动活塞往复运动，
对外做功。
资料
蒸汽机的效率很低，它逐渐被内燃机所代替，但是采用新型整齐技术的热机-蒸汽轮机仍然有很广泛的用处，它可以输出很强大的动力，火力发电站大都采用它。
逐渐淡出人们视线的蒸汽机车
蒸汽机模型活塞的往复运动
2.内燃机和燃气轮机
14.4热机与社会发展 一、教学目标： 1．知识与技能 （1）知道热机工作过程中的能量转化过程。 （2）了解汽油机的工作原理和工作过程，提高读图能。 （3）了解热机效率。知道热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道可以怎样提高热机效率，及提高热机效率的意义所在。 （4）了解热机使用所带来的环境污染问题和目前的对策。 2．过程与方法 利用图片和动画，研究并认识汽油机和柴油机的基本结构、工作原理和工作过程。 3．情感态度与价值观 （1）通过对热机效率和热机与环境等问题的分析和讨论，树立效率意识和环保意识，培养学生通过交流讨论来学习的习惯。 （2）通过介绍热机的发明和发展，树立科学技术是第一生产力的观点。通过介绍我国长征系列火箭的伟大成就及火箭升空视频，激发学生的爱国主义情感，树立为祖国强盛做出自己贡献的信心。 二、教学重点与难点 重点：热机的共同特点，汽油机的构造、工作原理和过程，热机效率，热机与环境保护。 难点：热机工作过程的能量转化情况，汽油机的构造、工作过程。 三、教学程序 （一）引入新课 通过PPT课件图片《从镰刀到收割机》、《从木帆船到远洋巨轮》、《从马车到小汽车》引入新课并启发学生思考：什么推动了人类的文明和进步？ （二）新课教学 1、热机的种类及其共同特点 设问：热机有哪些种类？它们有什么共同特点？ 补充图片资料蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气发动机、火箭发动机，初步了解热机对促进生产力发展与社会进步的作用。 学生回答：有蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气发动机和火箭发动机等。 共同特点：通过燃料燃烧把化学能转化为内能，又通过做功方式，把内能转化为机械能。 2、汽油机 （1）汽油机的应用： 汽油机是用汽油作燃料的内燃机，它常应用在汽车、飞机、摩托车和小型农业机械上。 （2）汽油机的构造（每四个学生一小组,每小组一台汽油机模型）
河南省人教版物理高二选修1-2第二章第三节热机的工作原理同步训练 姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、选择题 (共15题；共30分) 1. （2分） (2018高二上·台州月考) 如图所示，一很长的、不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮，绳两端各系一小球a和b.a球质量为m，静置于地面；b球质量为3m，用手托住，高度为h，此时轻绳刚好拉紧．从静止开始释放b后，a可能达到的最大高度为（） A . h B . 1.5h C . 2h D . 2.5h 2. （2分）(2017·揭阳模拟) 用长为l、不可伸长的细线把质量为m的小球悬挂于O点，将小球拉至悬线偏离竖直方向α角后放手，运动t时间后停在最低点．则在时间t内（） A . 小球重力做功为 mgl（1﹣cosα） B . 空气阻力做功为﹣mglcosα C . 小球所受合力做功为mglsinα D . 绳拉力做功的功率为
3. （2分）磊磊陪爸爸看车展，看到了新款红旗轿车，他想知道中国生产的第一辆红旗轿车四冲程热机工作时提供动力的是（） A . 做功冲程 B . 吸气冲程 C . 压缩冲程 D . 排气冲程 4. （2分）根据热力学定律，下列说法正确的是（） A . 第二类永动机违反能量守恒定律，因此不可能制成 B . 热效率为100%的热机是可能制成的 C . 电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 D . 从单一热源吸收热量，使之完全变为功是提高机械效率的常用手段 5. （2分） PM2.5主要来自化石燃料、生物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，要求我们节约及高效利用能源．关于能源和能量，下列说法中正确的是（） A . 自然界中的石油、煤炭等能源可供人类永久使用 B . 能量被使用后就消灭了，所以要节约能源 C . 人类应多开发与利用太阳能、风能等新能源 D . 能量耗散说明自然界的能量在不断减少 6. （2分）下列关于热学知识的说法正确的是（） A . 在一个孤立系统中，一个自发过程中的熵总是向减少的方向进行 B . 在使两个分子间的距离由很远（r＞10﹣9m）减小到很难再靠近的过程中，分子间的作用力先减小后增大，分子势能不断增大 C . 由于液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，所以液体表面存在表面张力
人教版物理高二选修1-2第二章第三节热机的工作原理同步训练C卷 姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、选择题 (共15题；共30分) 1. （2分）下列车辆中，属于无污染车辆的是（） A . 火车和酒精汽车 B . 太阳能车和氢气汽车 C . 汽油车和柴油车 D . 柴油车和氢气汽车 2. （2分）某物体在运动的过程中，重力对其做功100J ，则物体的 A . 动能一定增加100J B . 动能一定减少100J C . 重力势能一定增加100J D . 重力势能一定减少100J 3. （2分）下列说法中正确的是（） A . 摩托车上的热机工作时提供动力的是做功冲程 B . 一桶水的比热容和一杯水的比热容不同 C . 阳光射入房间内看到尘土飞扬，可以说明分子在不停地做无规则运动 D . 用锯条锯木头时锯条发热，锯条的内能增加，木板的内能减少 4. （2分） (2018高二上·建平期中) 物理量有的属于状态量，有的属于过程量，下列物理量属于过程量的是（） A . 内能
B . 温度 C . 电势能 D . 热量 5. （2分）关于能量和能，下列说法正确的是（） A . 在利用能的过程中，能量在数量上并未减少 B . 由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能 C . 能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性 D . 人类在不断地开发和利用新能，所以能量可以被创造 6. （2分）以下说法正确的是（） A . 布朗运动反映了悬浮小颗粒内部分子在不停地做无规则的热运动 B . 从平衡位置开始增大分子间距离，分子间的引力将增大、斥力将减小 C . 对大量事实的分析表明：热力学零度不可能达到 D . 热量只能由高温物体传递给低温物体 7. （2分）下列说法中正确的是，（） A . 热机从高温热源吸收的热量等于它所输出的机械功 B . 家用空调机向室外释放的热量等于其从室内吸收的热量 C . 热量能自发地从低温物体传到高温物体 D . 热量能自发地从高温物体传到低温物体 8. （2分）有以下说法，其中错误的是（） A . 气体的温度越高，分子的平均动能越大 B . 即使气体的温度很高，仍有一些分子的运动速率是非常小的
12.4热机与社会发展 【学情分析】 本节教材重点讲述汽油机的工作原理，用解剖图引导学生对照插图、模型了解单缸和四缸汽油机的构造，主要部件的作用，用分解图说明汽油机的四个冲程，让学生了解汽油机的工作原理。并要求学生课后进一步分析汽油机工作过程能量的转化情况。对于柴油机的认识，教材侧重介绍与汽油机的不同点，然后根据柴油机工作过程的示意图，与汽油机类比了解柴油机工作原理。 教材从能量转化的角度定义热机的效率，介绍人类在提高热机效率方面取得的成效，激发学生学习自然科学的求知欲。 最后教材介绍了大量使用热机对环境造成的影响情况以及人类保护环境的措施，唤起学生保护环境的意识。 【教材分析】 《课程标准》的要求：了解内能的利用在人类发展史上的重要意义。教材重点介绍了热机的工作原理，汽油机的结构和工作过程，另外教材从环境的角度介绍热机带来的一系列问题，以及我们的对策。教材的编写遵循“从生活走向物理，从物理走向世界”的思路，社会的发展促使热机的诞生，文明的进步对热机提出了更高的要求，我们该如何面对？正因为热机与人类生活有密切的关系，因而容易引起同学们的兴趣。 本节主要内容有：热机的共同特点，汽油机的构造和工作原理，热机效率，热机与环境，热机发展简介。在人类工业化发展的进程中，热机曾经起过而且还在起着非常重要的作用。让学生了解热机的工作原理和作用，树立效率和环保意识，对于提高学生的科学素养，进行STS教育，是非常有必要的。 本节的编写思路是：首先介绍热机的共同特点，即热机工作过程中的能量转化情况，这是后面分析汽油机工作过程的理论依据。然后通过一个学生活动介绍汽油机的构造，工作原理，工作过程，再简单比较柴油机与汽油机的不同。在前面了解热机原理和工作过程的基础上，提出热机效率和环境保护，利用STS栏目介绍热机发展简史，向学生渗透效率意识和环保意识，领悟科学技术对社会发展
郑州市人教版物理高二选修1-2第二章第三节热机的工作原理同步训练 姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、选择题 (共15题；共30分) 1. （2分）下列车辆中，属于无污染车辆的是（） A . 火车和酒精汽车 B . 太阳能车和氢气汽车 C . 汽油车和柴油车 D . 柴油车和氢气汽车 2. （2分）关于下列物理现象的分析，说法正确的是（） A . 鸟儿能欢快地停在高压电线上是因为鸟儿的脚上有一层绝缘皮 B . 能量耗散表明能源在利用过程中能量不断消失，因此要节约能源 C . 车辆在公路弯道允许超过规定速度是防止因离心运动造成交通事故 D . 开关断开时会出现电火花是因为电路中的线圈产生很大的自感电动势 3. （2分）传感器可将非电学量转化为电学量，起自动控制作用．如计算机鼠标中有位移传感器，电熨斗、电饭煲中有温度传感器，电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感器…演示位移传感器的工作原理如图示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆p，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小x．假设电压表是理想的，则下列说法正确的是（） A . 物体M运动时，电源内的电流会发生变化
B . 物体M运动时，电压表的示数会发生变化 C . 物体M不动时，电路中没有电流 D . 物体M不动时，电压表没有示数 4. （2分） (2017高二下·呼图壁期末) 做功和热传递是等效的，这里指的是（） A . 它们能使物体改变相同的温度 B . 它们能使物体改变相同的内能 C . 它们能使物体增加相同的热量 D . 它们本质上是相同的 5. （2分）关于能量和能源，下列说法中正确的是（） A . 能量在转化和转移过程中，其总量有可能增加 B . 能量在转化和转移过程中，其总量只会不断减少 C . 能量在转化和转移过程中总量保持不变，故节约能源没有必要 D . 能量的转化和转移具有方向性，且现有可利用的能源有限，故必须节约能源 6. （2分）以下说法正确的是（） A . 布朗运动反映了悬浮小颗粒内部分子在不停地做无规则的热运动 B . 从平衡位置开始增大分子间距离，分子间的引力将增大、斥力将减小 C . 对大量事实的分析表明：热力学零度不可能达到 D . 热量只能由高温物体传递给低温物体 7. （2分）根据你学的热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是（） A . 机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功以转化成机械能 B . 凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而
热机及热机效率 思考： 如图所示在试管里装些水，用橡皮塞塞住 加热使水沸腾，会看到什么现象？讨论这 个过程中能量的变化？ 这个实验向同学们展示了人类利用内能的过程。 燃料的化学能通过燃料转化为内能，又通过做功， 把内能转化为机械能。热机的种类很多，例如蒸汽机、 内燃机、汽轮机、喷气发动机等，尽管它们的构造各不 相同但都是把内能转化为机械能的机器。热机的广泛使 用，使人类迈入了工业化社会。 【知识梳理】 【基础概念】 1、热机：将内能转化为机械能的机器。 2、内燃机：内燃机是最常见的热机；汽油机、柴油机是最常见的内燃机。 3、四冲程汽油机：活塞在气缸内往复运动是，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做冲程。多数汽油机是由吸气、压缩、燃烧——膨胀做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 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气缸。 内能的利用 热 机 汽油机的工作原理 能 量 的 转 化 热 机 的 效 率 燃料的热值 定 义 单 位 燃料的利用率
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。 做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，是燃料猛烈燃烧，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，从而做功。 排气过程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。压缩冲程把机械能转化为内能，做功冲程把内能转化为机械能。 4、热机的效率 讨论交流：热机工作时，能不能将 燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有 用功呢？ 由图可知，真正能转变为对外做有 用功的能量只占燃料燃烧时所释放能量的一部分。 热机定律 热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧释放的能量的比值称为热机效率，即：
空气热机实验实验原理介原理介原理介绍绍 热机是机是将将热能转换为转换为机械能的机器。机械能的机器。机械能的机器。历历史上史上对热对热对热机循机循机循环过环过环过程及程及程及热热机效率的机效率的研研究，曾究，曾为热为热为热力力学第2定律的定律的确确立 起了奠基性的作用。斯特林1816年发明的空明的空气气热机，以空机，以空气气作为工作介工作介质质，是最古老的，是最古老的热热机之一。机之一。虽虽然现在已 发展了展了内内燃机，燃燃机，燃气气轮机等新型机等新型热热机，但空机，但空气气热机结构简单简单，便于，便于，便于帮帮助理解助理解热热机原理机原理与与卡诺循环等热力学中的重要重要内内容，是很好的容，是很好的热热学实验实验教教学仪器。 【实验实验目的】目的】 1．理解理解热热机原理及机原理及热热循环过环过程程 2．测量不同量不同输输入功率（冷入功率（冷热热端温差改差改变变）下）下热热功转换转换效率，效率，效率，验证验证验证卡卡诺定理 3．测量热机输出功率出功率随随负载负载的的变化关系，系，计计算热机实际实际效率效率 【实验仪实验仪器】器】 空气热机，机，热热源（可源（可选择电选择电选择电加加热或酒精或酒精灯灯加热），），热热机实验仪实验仪，，计算机（或示波器），力矩算机（或示波器），力矩计计 【实验实验原理】原理】 空气热机的机的结结构及工作原理可用及工作原理可用图图1说明。明。热热机主机由高机主机由高温区温区温区，低，低，低温区温区温区，工作活塞及汽缸，位移活塞及汽，工作活塞及汽缸，位移活塞及汽缸，缸，飞轮飞轮飞轮，，连杆，杆，热热源等部分源等部分组组成。 热机中部机中部为飞轮为飞轮为飞轮与与连杆机杆机构构，工作活塞，工作活塞与与位移活塞通位移活塞通过连过连过连杆杆与飞轮连飞轮连接。接。接。飞轮飞轮飞轮的下方的下方的下方为为工作活塞工作活塞与与工作汽缸，缸，飞轮飞轮飞轮的右方的右方的右方为为位移活塞位移活塞与与位移汽缸，工作汽缸位移汽缸，工作汽缸与与位移汽缸之位移汽缸之间间用通用通气气管连接。位移汽缸的右接。位移汽缸的右边边是高是高温区温区温区，，可用可用电热电热电热方式或酒精方式或酒精方式或酒精灯灯加热，位移汽缸左，位移汽缸左边边有散有散热热片，片，构构成低成低温区温区温区。。 工作活塞使汽缸工作活塞使汽缸内内气体封体封闭闭，并在气体的推体的推动动下对外做功。位移活塞是非封外做功。位移活塞是非封闭闭的占位活塞，其作用是在循环过环过程中使程中使程中使气气体在高体在高温区温区温区与与低温区温区间间不断交换，气体可通体可通过过位移活塞位移活塞与与位移汽缸位移汽缸间间的间隙流隙流动动。工作活塞。工作活塞与与位移活塞的移活塞的运动运动运动是不同是不同是不同步步的，的，当当某一活塞某一活塞处处于位置于位置极值极值极值时时，它本身的速度最小，而本身的速度最小，而另另一个活塞的速度最大。 图1空气热机工作原理 当工作活塞工作活塞处处于最底端于最底端时时，位移活塞迅速左移，使汽缸，位移活塞迅速左移，使汽缸内内气体向高体向高温区温区温区流流动，如，如图图1 a 所示；所示；进进入高入高温区温区温区的的气体温度升高，使汽缸度升高，使汽缸内内压强增大增大并并推动工作活塞向上工作活塞向上运动运动运动，如，如，如图图1 b 所示，在此在此过过程中程中热热能转换为飞轮转动的机械能；工作活塞在最的机械能；工作活塞在最顶顶端时，位移活塞迅速右移，使汽缸，位移活塞迅速右移，使汽缸内内气体向低体向低温区温区温区流流动，如，如图图1 c 所示；所示；进进入低入低温温 区的气体温度降低，使汽缸度降低，使汽缸内内压强减小，同小，同时时工作活塞在工作活塞在飞轮惯飞轮惯飞轮惯性力的作用下向下性力的作用下向下性力的作用下向下运动运动运动，完成循，完成循，完成循环环，如，如图图1 d 所示。在一次循所示。在一次循环过环过环过程中程中程中气气体对外所作外所作净 净功等于P-V 图所围的面的面积积。根据根据卡卡诺对热诺对热机效率的机效率的机效率的研研究而得出的究而得出的卡卡诺定理，热机的机的热热功转换转换效率：效率： η ∝（T 1-T 2）/T 1 = ΔT/ T 1 式中式中T T 2为冷源的冷源的绝对绝对绝对温温度，度，T T 1为热为热源的源的源的绝对绝对绝对温温度，度，热热机冷机冷热热源的源的温温度比度比值值越小，越小，热热机的机的热热功效率越高。本实验实验中，中，中，电热电热电热功率可以功率可以功率可以计计算，由算，由热热能转换转换的机械功率由的机械功率由P-V 图面积与热机每秒转速相乘而得，速相乘而得，测测量并计算不同冷算不同冷热热端温度时热时热功功转换转换效率，可效率，可效率，可验证验证验证卡卡诺定理。 当热机带负载时带负载时，，热机向机向负载输负载输负载输出的功率可由力矩出的功率可由力矩出的功率可由力矩计测计测计测量量计算而得，且算而得，且热热机实际输实际输出功率的大小出功率的大小出功率的大小随随负载负载的的变化而化而变变化。在化。在这这种情况下，可同下，可同时测时测时测量量计算出不同算出不同负载负载负载大小大小大小时时的热功转换转换效率和效率和效率和热热机实际实际效率。效率。 【仪器介器介绍绍】 1. 实验实验装装置介置介绍绍 整套实验实验装装置以置以电电加热器为例进行介绍，如，如图图2所示。
第十四章内能的利用 第1节热机 知识要点课标要求 1．热机知道热机的概念，初步了解热机的工作原理 2．汽油机了解汽油机的构造和工作过程 3．柴油机了解柴油机的构造和工作过程 教学过程 情景导入 燃料燃烧时释放大量的内能，如何使这些内能为人类做功服务呢？ 如图所示中，a图和b图是常用的交通工具轿车和飞机，c图是军事上用的坦克，d图是把卫星发送上天的火箭，它们有什么共同点呢？ 合作探究 探究点一热机 演示：如图所示，在试管内装些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气会把木塞冲开，让学生交流、讨论分析出此过程中能量的转化。 根据学生的交流讨论总结：燃料在燃烧时将化学能转化为水的内能；当水蒸气会把木塞冲开时将水的内能转化为瓶塞的机械能。 展示问题：这个实验虽然简单，却展示了蒸汽机的工作原理，那么蒸汽机的具体工作过程是怎样的？自学课本18页的热机部分，分析出热机的概念及其工作原理． 课件展示：把内能转化为机械能的机器叫热机，热机种类很多，有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机、火箭等。 探究点二汽油机 活动1：展示内燃机剖面图，让学生明确燃料直接在汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气，推动活塞做功。 活动2：观察汽油机模型，自己试着找出汽缸、进气门、排气门、活塞、连杆、曲轴、火花塞等各部分构造的位置。
归纳总结：（1）汽油机的构造汽缸、进气门、排气门、活塞、连杆、曲轴、火花塞等；（2）活塞从汽缸一端运动到另一端叫作一个冲程。 : 活动3：利用汽油机活动模型，操作并观察汽油机工作中每一个冲程的工作情况，并试着完 活动4：让每一组学生根据手中的模型上台扮演汽油机的工作过程。（边扮演边讲解） 归纳总结：（1）内燃机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的。（2）在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲柄转动两周，燃气对外做功一次。在压缩冲程中，机械能转化为内能，在做功冲程中，内能转化为机械能。（3）在这个四个冲程中，利用曲轴的惯性来完成的冲程是吸气、压缩和排气冲程。 典例剖析 汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分，现代汽车多数采用汽油机作为发动机，如图是四冲程汽油机的工作循环示意图，下列说法中正确的是（ ）
绝热过程复习和热机一、绝热过程 二、封闭气体的热循环过程 热机的工作原理 热机的效率 三、卡诺循环 P-V图像 对外做功 吸收热量 卡诺循环的效率 例题1一定量理想气体经过下列准静态循环过程： （1）由状态V1、T A绝热压缩到状态V2、T B； （2）由状态V2、T B经等体吸热过程达到状态V2、T C； （3）由状态V2、T C绝热膨胀到状态V1、T D； （4）由状态V1、T D经等体放热过程达到状态V1、T A． 例题2一定量理想气体经过下列准静太循环过程： （1）由状态V1、T A绝热压缩到状态V2、T B； （2）由状态V2、T B经等压吸热过程达到状态V3、T C； （3）由状态V3、T C绝热膨胀到状态V1、T D； （4）由状态V1、T D经等体放热过程达到状态V1、T A．
例题3一定量理想气体经过下列准静态循环过程： （1）由状态V1、T1等温压缩到状态V2、T1； （2）由状态V2、T1等体降温到状态V2、T2； （3）由状态V2、T2等温膨胀到状态V1、T2； （4）由状态V1、T2等体升温到状态V1、T1． 求此循环的制冷系数。 巩固 1 、设氦气可看作理想气体，0.020Kg的氦气温度由170C升为27C。试分别求出下列三种情况下气体内能的改变，吸收的热量，外界对气体所做的功。 （1）体积保持不变； （2）压强保持不变； （3）不与外界交换热量， 2、氮气可看作理想气体，分别通过下列三个过程把标准状态下的0.014Kg氮气压缩为原体积的一半：（1）等温过程；（2）绝热过程；（3）等压过程。 试分别求出在这些过程中气体内能的改变，传递的热量和外界对气体所做的功。 3、氧气可以看作理想气体，0.0080Kg氧气，原来温度为27C，体积为0.41L。试分别计算下列两种过程中外界对气体所做的功。 （1）经过绝热膨胀体积增加为4.1L； （2）先经过等温过程再经过等容过程达到与（1）同样的终态。 4、在标准状态下的0.016Kg的氧气，分别经过下列过程从外界吸收了80cal的热量。（1）若为等温过程，求终态体积。（2）若为等容过程，求终态压强。（3）若为等压过程，求气体内能的变化。设氧气可看作理想气体，
STL-M史特林热机(斯特林发动机)工作原理 物理演示厅有一个奇怪的设备，下面是一个圆盘，上面是一个大轮子。奇怪的是，当你在原盘下面放上一杯热水甚至有时候用手托着原盘，它上面的轮子就会呼呼的转，这是为什么呢？到底是什么东西给轮子提供了动力？？！想要了解它就请继续往下看吧，效率秒杀内燃机的发动机——斯特林发动机！ 物理背景 卡诺循环(Carnot cycle) 是只有两个热源（一个高温热源温度T1和一个低温热源温度T2）的简单循环。由于工作物质只能与两个热源交换热量，所以可逆的卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成。
卡诺循环是由法国工程师尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺于1824年提出的，以分析热机的工作过程，卡诺循环包括四个步骤：可逆定温吸热，可逆绝热膨胀，可逆定温放热，可逆绝热压缩。即理想气体从状态1（P1，V1，T1）定温吸热到状态2（P2，V2，T2），再从状态2绝热膨胀到状态3（P3，V3，T3），此后，从状态3定温放热到状态4（P4，V4，T4），最后从状态4绝热压缩回到状态1。这种由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程所构成的循环称为卡诺循环。 通过热力学相关定理我们可以得出，卡诺循环的效率ηc=1-T2/T1，由此可以看出，卡诺循环卡诺循环的效率只与两个热源的热力学温度有关，如果高温热源的温度T1愈高，低温热源的温度T2愈低，则卡诺循环的效率愈高。因为不能获得T1→∞的高温热源或T2=0K（-273℃）的低温热源，所以，卡诺循环的效率必定小于1。 正卡诺循环的热经济指标用卡诺循环热效率ηt表示： 结构简介 外燃机： 斯特林发动机外燃机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机，有别于依靠燃料在发动机内部燃烧获得动力的内燃机。新型外燃机使用氢气作为工质，在四个封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。 热气机： 热气机(StirlingEngine)是一种由外部供热使气体在不同温度下作周期性压缩和膨胀的闭式循环往复式发动机，由苏格兰牧师 RobertStirling 在十九世纪初发明，所以又称斯特林发动机。相对于内燃机燃料在气缸内燃烧的特点热气机又被称作外燃机。现在热气机特指按闭式回热循环工作的热机，不包括斯特林热泵或斯特林制冷机。 工作原理 斯特林发动机通过气体吸收热源的内能，热胀冷缩做功，然后接触冷源，气体压缩，使活塞复位。发动机内的工作气体处于封闭中，因此可以用惰性气体来作为工质。以简单的活塞斯特林为例，斯特林发动机的工作过程可以分为如下几个阶段：
主要结构与工作原理 主要结构： SH93型叶丝高速膨胀干燥机主要由进料罩、进料气锁、喷射式松蒸装置、紊流装置、干燥装置、物料管道、旋风分离装置、回风管道、循环风机、排潮管道、分配管道、间接式热风发生炉、混合箱、检修平台、电控以及水气汽管路系统等组成 工作原理： 叶丝经超级回潮机充分加温加湿后（22～35%MC，55±5℃）。由进料振槽均匀地将叶丝送入进料气锁，然后由气锁落入松散装置内。期间高温蒸汽不断地喷入松散装置里，使叶丝不但快速松散，而且温度得以升高。 由松散装置落下的叶丝接着被高速度的过热蒸汽流带入干燥机内，叶丝与高温蒸汽充分接触迅速进行热交换，其内部水份的瞬间蒸发的速度远比从叶丝壁排出的速度要快，因此叶丝在干燥的同时得以迅速膨化。(同时叶丝中的部分青杂气被去除)。其后叶丝在重力和风力的作用下，进入物料管道进一步干燥。最后，叶丝进入旋风分离装置，与蒸汽分离的同时冷却部分定型，并从旋风分离装置下部的出料气锁排出，输送到下一工序进行处理。而分离出的温度下降的蒸汽则进入回风管道和循环风机（主风机），在风机下部的排潮管排出部分的潮湿废蒸汽后，进入热风发生炉加热，经混
合箱被循环使用。 使用与操作： 1. 操作规程 1.1 开机前应检查蒸汽、水、气等的供应是否正常。 1.2 排放蒸气管道内的冷凝水（一般排放5～10min）。 1.3 检查系统的所有的排污球阀（热风发生炉排污球阀、紊流装置排污球阀、干燥装置排污球阀）和检修门是否关闭到位。 1.4 检查燃料（油、天然气或液化气）的供应是否完全符合国家标准的要求，否则将会造成一系列严重后果。 1.5 叶丝高速膨胀干燥机的烘丝温度（即混合风温）与炉温的关系 一般炉温比烘丝温度高20℃～35℃之间为好，而且温差越小越好。特别注意不要用调节风门来较大幅度的降低温度，否则将会造成炉温设定的很高，烘丝温度与炉温之间的温差过大，系统内大量的循环风不经过热风发生炉，这样一来热风发生炉内的热量就不能及时有效的被带走，最终导致热风发生炉烧损。 1.6 SH9叶丝高速膨胀干燥机的生产进行分三个阶段，分别在主控电脑的控制界面上进行操作 1.6.1 预热阶段 当准备生产时，通过选择“预热”按钮而使设备进入预
学科培训师辅导讲义课题热机及热机效率 教学目标了解热机的工作原理，能量的转化掌握燃料的热值和燃料的利用率 重点、难点汽油机的工作原理及能的转化过程，燃料的热值 考点及考试要求热机中的能量转化及损失，热机效率的计算 教学内容 你知道汽油机的工作原理吗？它在工作过程中能量怎样转化？什么叫热机的效率？怎样提高热机的效率呢？ 问：如何理解燃料的热值？ 答：从我们的生活经验事实可知，做一顿饭所需的热量是一定的，但所需的煤火燃气的质量 大小是不同的．这正好表示质量相同的不同燃料完全燃烧放出的热量是不同的特性，我们就可以用1kg 的某中燃料完全燃烧所放出的热量叫做这种燃料的热值．从这个定义可知，同中燃料的热值相同，不同燃料的热值一般不同．它反映的是燃料的特性，其大小于燃料质量大小、是否完全燃烧、放出的热量大小无关，但在数值上等于一定质量的燃料完全燃烧放出的热量（Q）与其质量（m）的比值． 一、燃料的热值 1、常见的燃料有煤、石油（加工炼制成汽油、煤油、柴油和液化气等）、天燃气等，农村还用草木等植物的秸杆作燃料。质量相等的不同燃料在完全燃烧时所放出的热量是不同的。 2、定义：在物理学中，把1kg某种燃料在完全燃烧时所放出的热量叫做燃料的热值 问：怎样更深刻地理解四冲程汽油机的工作过程？ 答：四冲程汽油机的每一个工作循环包括四个冲程：吸气、压缩、做 功、排气，这四个冲程中只有做功冲程（即燃烧—膨胀做功冲程）对外做功，它是靠燃料（汽油）在汽缸中燃烧，生成高温高压的燃气，燃气推动活塞对外做功，实现了内能转化为机械能，从而使汽车获得信息快递：每完成一个工作循环，活塞在汽缸内往复两次，飞轮转动两周燃气对外做功一次． 内能的利用 热机 汽油机的工作原理 能量的转化 热机的效率燃料的热值 定义 单位 燃料的利用率
热机（基础） 【学习目标】 1、了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义，知道常见的热机——内燃机工作过程及其在历史、现实生活中的应用实例； 2、从能量转化的角度认识燃料的热值； 3、通过能量的转化和转移，进一步认识热机效率的概念。 【要点梳理】 知识点一、内能的利用 两种方式：加热、做功。 要点诠释： 1、利用内能来加热 内能的一个重要应用就是直接用它来加热物体。如：生火煮饭、生火取暖。利用内能加热的过程，内能并没有转化为其他形式的能，只是内能从一个物体转移到另一个物体上。 2、利用内能来做功 内能的另一个重要应用就是用它来做功。如：气体膨胀对外做功。热机就是利用内能做功的机器。它将内能转化为机械能。 知识点二、热机 把内能转化为机械能的发动机统称为热机。热机常见种类有蒸汽机、内燃机、汽轮发动机、喷气发动机，等等。 要点诠释： 1、内燃机及其工作原理 （1）内燃机：内燃机是热机的一种，内燃机在气缸里燃烧燃料，通常为汽油或柴油。 （2）内燃机的工作原理。燃料在气缸里燃烧时生成高温高压的燃气，用来推动活塞做功。活塞通过连杆使内燃机的飞轮转动，从而带动其他机械转动。 （3）内燃机的四个冲程，活塞在气缸内往复运动，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程，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。在一个工作循环中，汽缸内的活塞往复两次，曲轴转动两周。四个冲程中只有做功冲程燃气对外做功，其他三个冲程都是靠飞轮惯性完成的。一个工作循环有两次能量转化，在压缩过程中，机械能转化为内能，在做功过程中，内能转化为机械能。 2
、汽轮发动机：包括蒸汽轮机和燃气轮机两种，通过高温高压的水蒸气或燃烧燃料产生的燃气推动一系列涡轮叶片旋转，从而带动发电机或其他大型机械工作。 4、喷气发动机：空气从喷气发动机的前部进入，并被涡轮机压缩。压缩空气进入燃烧室与燃料混合后燃烧，高温高压燃气向后部喷射产生推动力。它们的工作过程可归纳为进气、压缩、燃烧、排气。 5、火箭发动机：除带有燃料之外，还带有助燃剂，因此可以在地球大气层外工作。燃料和助燃剂混合燃烧产生的高温高压燃气向后喷出，产生巨大的推动力。 知识点三、燃料的热值及热机的效率 1、燃料的热值燃料在燃烧过程中，储藏在燃料中的化学能被释放，转化成周围物体的内能。燃烧质量相同的不同燃料，放出的热量一般不同，物理学中把1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，符号是q，热值的单位是焦每千克（J/kg）。热值是反映燃料燃烧释放能量的本领大小的物理量，所谓“完全燃烧”是指全部烧完烧尽的意思，即燃料的燃烧必须是与充足的氧气发生完全氧化反应，这是一个理想的燃烧过程，在实际中是难以实现的，所以由Q=mq计算出的理论值与实际有较大的差异（与实际燃烧条件有关）。热值是燃料本身的一种特性，同种燃料的热值不随燃烧充分与否而变，不随燃料质量的大小而变，即每种燃料都有一个确定的燃烧值，不同燃料的燃烧值一般不同。 2、热机的效率在热机中，用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。燃料在热机中燃烧时，总有一小部分燃料不能完全燃烧而损失掉，燃料释放出的内能只有一部分用来推动热机的运动，即转化为热机的机械能，其余的能量在废气、散热、机械摩擦中损失掉了，其中废气带走的能量最多，所以设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。热机的效率是热机性能的一个重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。 3、提高热机效率的途径 （1）在设计和制造上，要不断改进和革新，以减少各种能量损失，提高效率。 （2）在使用上，要正确使用，注意保养。例如加润滑剂以保证良好的润滑，减小摩擦；运动零件之间的间隙要调整得当，减小摩擦和防止漏气。 （3）充分利用废气带走的能量。例如热电站就是利用废气来供热的，这种既供电又供热的热电站，比一般的火电站，燃料的利用率将大大提高。 【典型例题】 类型一、热机 1、下列现象中，利用内能做功的是（） A．冬天在户外时两手相互搓一会儿就暖和了 B．刀在砂轮的高速摩擦之下溅出火花 C．火箭在“熊熊烈火”的喷射中冲天而起 D．盛夏在烈日之下的柏油路面被晒熔化了 【思路点拨】本题抓住内能的两个应用：一、利用内能做功；二、利用内能加热物体。 【答案】C 【解析】A、冬天在户外时两手相互搓一会儿就暖和了，属于利用内能加热物体，不符合题意。 B、刀在砂轮的高速摩擦之下溅出火花，属于利用内能加热物体，不符合题意。 C、火箭在“熊熊烈火”的喷射中冲天而起，利用内能做功，符合题意。 D、盛夏在烈日之下的柏油路面被晒熔化了，属于利用内能加热物体，不符合题意。 【总结升华】内能的两个应用：加热、做功。
空气热机实验研究 化学工程学院过程装备与控制工程1班 摘要：掌握空气热机原理及循环过程，测量不同冷热端温度时的热功转换值，作nA/ΔT与ΔT/ T1的关系图，验证卡诺定理。测量并指出热机输出功率随负载及转速的变化关系。 关键词：空气热机、卡诺循环、卡诺定理、输出功率 【前言】 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，曾为热力学第二定律的确立起了奠基性的作用。斯特林1816年发明的空气热机，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中的重要内容，是很好的热学实验教学仪器。 【实验目的】 1.理解热机原理及循环过程 2.测量不同冷热端温度时的热功转换值，验证卡诺定理 3.测量热机输出功率随负载及转速的变化关系，计算热机实际效率 【实验原理】 空气热机的结构及工作原理可用图1说明。热机主机由高温区，低温区，工作活塞及汽缸，位移活塞及汽缸，飞轮，连杆，热源等部分组成。 热机中部为飞轮与连杆机构，工作活塞与位移活塞通过连杆与飞轮连接。飞轮的下方为工作活塞与工作汽缸，飞轮的右方为位移活塞与位移汽缸，工作汽缸与位移汽缸之间用通气管连接。位移汽缸的右边是高温区，可用电热方式或酒精灯加热，位移汽缸左边有散热片，构成低温区。 工作活塞使汽缸内气体封闭，并在气体的推动下对外做功。位移活塞是非封闭的占位活塞，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汽缸间的间隙流动。工作活塞与位移活塞的运动是不同步的，当某一活塞处于位置极值时，它本身 1作者:男，化学工程学院09级过程装备与控制工程1班学生，主要从事化工机械设备控制、设计等方面
辽宁省人教版物理高二选修1-2第二章第三节热机的工作原理同步训练姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、选择题 (共15题；共30分) 1. （2分）汽车关闭发动机后，前进一段距离会停下来，在这一过程中（） A . 汽车的机械能守恒 B . 汽车的势能和动能相互转化 C . 汽车的机械能逐渐转化为内能，总能保持不变 D . 汽车的机械能逐渐转化为内能，总能逐渐减少 2. （2分）下述化学物质中，对大气臭氧层破坏最大的是（） A . 氟利昂 B . 二氧化碳 C . 二氧化硫 D . 一氧化碳 3. （2分）下列说法中正确的是（） A . 一桶水的比热容和一杯水的比热容不同 B . 摩托车上的热机工作时提供动力的是做功冲程 C . 阳光射入房间内看到尘土飞扬，可以说明分子做无规则运动 D . 用锯条锯木板时锯条发热，锯条的内能增加，木板的内能减少 4. （2分）下列关于能源的说法中正确的是（） A . 二次能源是指可重复利用的能源 B . 新能源是指新开采的能源
C . 一次能源是直接来自自然界的能源 D . 石油是二次能源 5. （2分）关于能量和能源，下列说法中正确的是（） A . 能量在转化和转移过程中，其总量有可能增加 B . 能量在转化和转移过程中，其总量只会不断减少 C . 能量在转化和转移过程中总量保持不变，故节约能源没有必要 D . 能量的转化和转移具有方向性，且现有可利用的能源有限，故必须节约能源 6. （2分）以下说法中正确的是（） A . 熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性减小的方向进行 B . 在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定减少 C . 布朗运动是在显微镜中看到的液体分子的无规则运动 D . 水可以浸润玻璃，但是不能浸润石蜡，这个现象表明一种液体是否浸润某种固体与这两种物质的性质都有关系 7. （2分） (2016高一下·武平开学考) 采用下述哪种措施可以提高机械效率？（） A . 总功一定，减小有用功 B . 总功一定，增大额外功 C . 有用功一定，增大总功 D . 额外功一定，增大有用功 8. （2分）内燃机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀而做功，则（） A . 这些气体的内能一定不变 B . 这些气体的内能一定增加
空气热机实验 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，曾为热力学第二定律的确立起了奠基性的作用。斯特林1816 年发明的空气热机，以空气作为工作介质，是最古老的热机之一。虽然现在已经发展了内燃机、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中的重要内容，是很好的热学实验教学仪器。 一、实验目的 1、理解热机原理及循环过程； 2、测量不同冷热端温度时的热功转换值，验证卡诺定理； 3、测量热机输出功率随负载及转速的变化关系，计算热机实际效率。 二、实验原理 空气热机的结构及工作原理可用图1说明。热机主机由高温区、低温 区、工作活塞及汽缸、位移活塞，以及汽缸、飞轮、连杆、热源等部分组成。 热机中部为飞轮与连杆机构，工作活塞与位移活塞通过连杆与飞轮连 接。飞轮的下方为工作活塞与工作汽缸，飞轮的右方为位移活塞与位移汽缸，工作汽缸与位移汽缸之间用通气管连接。位移汽缸的右边是高温区，可用电热方式或酒精灯加热，位移汽缸左边有散热片，构成低温区。 工作活塞使汽缸内气体封闭，并在气体的推动下对外做功。位移活塞 是非封闭的占位活塞，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汽缸间的间隙流动。工作活塞与位移活塞的运动是不同步的，当某一活塞处于位置极值时，它本身的速度最小，而另一个活塞的速度最大。 图1 空气热机工作原理 当工作活塞处于最底端时，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
按住Ctrl键单击鼠标打开教学视频动画全册播放 第三届教学中的互联网搜索《热机》教案 教材分析：本节内容主要通过四冲程内燃机工作原理的学习，使学生了解内燃机的主要结构；大致了解内燃机工作时，能量的转化与转移情况；了解内燃机在现代生活中的应用，。通过具体分析，使学生认识到在利用燃料内能方面，也不可避免会带来负面影响，同时要让学生关心科技发展的动态，关注技术应用带来的社会进步和相对产生的问题。 一、教学三维目标： (一)、知识与技能： 1、理解热机的原理。 2、了解历史上和生活中的几种热机。 3、了解汽油机的工作过程 (二)、过程与方法： 1、观察蒸汽吹动纸风轮旋转的实验现象，认识内能转化成内能再转化成机械能的过程。 2、通过关于“能量是怎么转化的”讨论，了解热机是通过做功使内能转化成机械能的。 3、通过分析汽油机的四个过程，了解活塞发动机的工作过程。 (三)、情感态度与价值观： 通过使学生了解蒸汽机的发展历程，认识人类非凡的创造力对世界的影响。 教学重难点： 认识热机的工作过程是“内能变为机械内的过程”。 教具备用：“试管蒸汽机”，蒸汽机的工作视频 二、教学过程： （一）创设问题情景 师问：我们乘坐的公交车，是什么力量驱使这些机械运动起来的呢？ 生答：是发动机。 师问：那么发动机是怎样输出机械能的呢？ 我们这一节就来学习发动机的构造，下面先看一段视频 打开介绍内燃机的视频 https://www.doczj.com/doc/2810997930.html,/ptv/vplay/905464.html （二）进行新授 1、演示热机原理的实验 师：学生仔细观察“试管蒸汽机”的工作过程，问学生：看到了哪些现象？这个实验中出现了哪些形式的能？ 生答：略 师：组织学生讨论：纸风轮为什么会转起来？ 生答后，教师予以评判校正。 2、蒸汽机的工作原理 师：播放蒸汽机工作原理的视频， https://www.doczj.com/doc/2810997930.html,/show/0DhYkk2qcPoXaMOHW7ZApQ...html
吉林省人教版物理高二选修1-2第二章第三节热机的工作原理同步训练 姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、选择题 (共15题；共30分) 1. （2分） (2017高一下·双峰期中) 设质量m=1.0kg的物体从倾角为30°，高 2.0m的光滑斜面由静止开始下滑，那么当它滑到斜面中点时刻所具有的机械能是（取地面为参考平面）（） A . 零 B . 20焦耳 C . 40焦耳 D . 10焦耳 2. （2分） (2017高一下·上饶期中) 关于重力做功和重力势能，下列说法正确的是（） A . 重力做功与物体运动的路径有关 B . 重力对物体做负功时，物体的重力势能一定减小 C . 重力势能为负值说明物体在零势能面以下 D . 重力势能的变化与零势能面的选取有关 3. （2分）有以下说法，其中错误的是（） A . 气体的温度越高，分子的平均动能越大 B . 即使气体的温度很高，仍有一些分子的运动速率是非常小的 C . 对物体做功不可能使物体的温度升高 D . 如果气体分子间的相互作用力小到可以忽略不计，则气体的内能只与温度有关 4. （2分）关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是（） A . 第二类永动机违反能量守恒定律
B . 如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加 C . 外界对物体做功，则物体的内能一定增加 D . 做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的 5. （2分）关于能量和能源，下列说法中正确的是（） A . 能量在转化和转移过程中，其总量有可能增加 B . 能量在转化和转移过程中，其总量只会不断减少 C . 能量在转化和转移过程中总量保持不变，故节约能源没有必要 D . 能量的转化和转移具有方向性，且现有可利用的能源有限，故必须节约能源 6. （2分） (2017·松江模拟) 关于能量转化与守恒的理解，下列说法中正确的是（） A . 凡是能量守恒的过程就一定会发生 B . 摩擦生热的过程是不可逆过程 C . 热传递的过程不存在方向性 D . 由于能量的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机 7. （2分）传感器可将非电学量转化为电学量，起自动控制作用．如计算机鼠标中有位移传感器，电熨斗、电饭煲中有温度传感器，电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感器…演示位移传感器的工作原理如图示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆p，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小x．假设电压表是理想的，则下列说法正确的是（） A . 物体M运动时，电源内的电流会发生变化