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14.2 热机
第十四章 内能的利用
授课教师： .
班 级： .
时 间： .
物理观念 知道热机的概念，初步了解热机的工作原理；知道内燃机是热机的一种；了解四冲程内燃机的构造及工作过程。
科学思维 知道内燃机各冲程的工作状态和能量转化；体会内能的利用对人类发展的重要作用。
科学探究 通过演示实验了解可以利用内能做功；通过实物模型结合课堂活动，自主探究学习理解四冲程内燃机的基本结构和原理。
科学态度 与责任 通过演示实验培养学生观察和分析问题的能力；通过阅读“科学世界——现代汽车”扩展学生的知识面。
学习目标
①了解热机的概念、工作原理、种类。
①四冲程汽油机的基本工作原理。
②热机在工作过程中的能量转化。
②知道压缩冲程和做功冲程中的能量转化。
③汽油机和柴油机的主要区别。
教学重难点
现在的汽车能爬山能涉水力大无穷，请问他是如何做到的呢？
热机
——各种利用内能做功的机械叫做热机。
情景导入
现象：
① ;
② 。
瓶塞被冲出来
管口出现“白雾”
蒸汽机模型
基本展示了蒸汽机的工作原理
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 .
化学
内
内
机械
利用内能做功的机械
演示实验
笔记：
1.定义：通过长期的经验积累，人们发现内能可以做功，由此制造了各种利用内能做功的机械——热机。
2.工作原理：
热机利用内能做功，将内能转化为机械能。
3.种类：
蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
热机
1.如图所示实验，在橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出的过程中，以下说法正确的是（　　）
A．试管口出现的“白雾”是气体
B．水蒸气对外做功，内能增加
C．水蒸气对外做功，温度升高
D．这个实验基本展示了蒸汽机的工作原理
【解析】A．试管口出现的“白雾”是小液滴，即水蒸气遇冷液化而成的小液滴，故A错误；BC．水蒸气对外做功，内能转化为机械能，内能减小，温度降低，故BC错误；D．蒸汽机的工作原理，是把内能转化为机械能.试管内水蒸气的内能可以转化为塞子的机械能，与做功冲程相同，故该实验基本展示了蒸汽机的工作原理，故D正确。
D
练习1
①定义：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫作内燃机。
内燃机是现代社会中最常见的一种热机。
②分类：汽油机和柴油机
汽油机以汽油为燃料
柴油机以柴油为燃料
一种内燃机的剖面图
内燃机
利用汽油在汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气,
燃气推动活塞做功。
1.工作原理
2.汽油机的构造
由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆等组成。
化学能转化为内能
内能转化为机械能
四冲程汽油机剖面图
3.汽油机的工作过程
要使汽油机连续工作，活塞必须能在气缸内往复运动。
①冲程：
活塞在气缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。
②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。
汽油机
③汽油机的工作过程分析
【吸气冲程】
· 进气门 ，排气门 。
· 活塞 运动。
· 汽缸内气体的体积 ，气压 。
· 汽油和空气的混合物从进气门进入 。
· 曲轴转动： 圈。
打开
关闭
向下
汽缸
半
增大
减小
汽油机
【压缩冲程】
· 进气门 ，排气门 。
· 活塞 运动。
· 汽缸内气体的体积 ，温度 。
· 活塞的 能转化为燃料混合物的 能。
· 曲轴转动： 圈。
关闭
关闭
向上
机械
半
压缩
升高
内
汽油机
【做功冲程】
· 进气门 ，排气门 。
· 火花塞产生电火花点燃燃料，使燃料猛烈燃烧，
产生高温高压的燃气。
· 燃气推动活塞 运动，带动曲轴转动，对外做功。
· 燃气的 能转化为活塞的 能。
· 曲轴转动： 圈。
关闭
关闭
向下
内
机械
半
汽油机
【排气冲程】
· 进气门 ，排气门 。
· 活塞 运动，将废气排出汽缸。
· 由于安装在曲轴上的飞轮转动具有的动能，可以带动活塞继续运动，再次进入到吸气冲程，这样汽油机就实现了连续工作。
· 曲轴转动： 圈。
打开
关闭
半
向上
演示实验
冲程名称 进气门 排气门 活塞 运动 冲程的作用 能量转化
吸气冲程 开 闭 向下 吸入燃料和空气的混合物
压缩冲程 闭 闭 向上 压缩燃料和空气的混合物， 使其内能增大，温度升高 机械能转化为内能
做功冲程 闭 闭 向下 火花塞产生电火花，点燃燃料，高温高压的燃气推动活塞做功，通过连杆、曲轴带动飞轮转动 内能转化为机械能
排气冲程 闭 开 向上 排出废气
4.汽油机四个冲程工作情况总结
汽油机
对外做功1次
飞轮转动2周
活塞往复2次
有4个冲程
1个工作
循环
在这个四个冲程中，利用曲轴的惯性来完成的是吸气、压缩和排气冲程。
5.汽油机一个工作循环情况总结
某四冲程汽油机,飞轮转速1200转/分,则该汽油机每秒做功_______次,有________个冲程，飞轮转________周。
10
40
20
汽油机总结
笔记：
2.内燃机有四个工作冲程，如图所示是内燃机的_______冲程，活塞上升时，汽缸内气体的内能______（选填“减少”或“增加”），_______能转化为________能。
【解析】从图中可以看出进气门和排气门都是关闭的，活塞向上运动，所以是压缩冲程。压缩冲程活塞向上运动，压缩气体，使气体的体积减小、温度升高、机械能转化为内能。
压缩
增加
机械
内
练习2
通过压缩空气直接点燃柴油，生成高温高压的燃气，推动活塞做功。
1.工作原理：
2.柴油机的构造
与汽油机大致相同，不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。
3.柴油机的工作过程
柴油机的工作过程也分为吸气、压缩、做功、
排气四个冲程。
柴油机
项目 汽油机 柴油机
构造 气缸顶部有一个火花塞 气缸顶部有一个喷油嘴
燃料 汽油 柴油
吸气冲程 吸入汽油与空气的混合物 只吸入空气
压缩冲程 压缩程度较小 4----6 压缩程度较大 15-----18
做功冲程 点燃式，内能转化为机械能 压燃式，内能转化为机械能
排气冲程 排出废气 特点与应用 轻巧、功率小；小汽车、摩托车等. 笨重、功率大；载重汽车、轮船等.
相同点 一个工作循环均有四个冲程组成，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。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. 汽油机、柴油机的异同点
笔记：
3. 如图某一台单缸四冲程汽油机的工作示意图，下列说法正确的是（　　）
A．甲图冲程汽油和空气的混合物进入汽缸
B．乙图冲程能获得动力
C．丙图冲程有明显机械能转化为内能的过程
D．丁图冲程存在内能转化为机械能的过程
解：A、甲图，进气门打开，排气门关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，汽油机吸气冲程，汽油和空气的混合物进入汽缸，故A正确。
B、乙图，两气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，将机械能转化为了内能，故B错误。
C、丙图，两气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，将内能转化为了机械能，故C错误。
D、丁图，排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，此冲程没有能量转化，故D错误。故选：A。
A
练习3
4.柴油机与汽油机的区别，下列叙述错误的是（　　）
A.构造，柴油机汽缸顶端有一个喷油嘴而没有火花塞
B.柴油机吸气冲程中吸入汽缸中的是柴油和空气的混合物
C.柴油机效率比汽油机高
D.使用柴油机比汽油机经济，但是比较笨重
解：A、汽油机与柴油机的结构上不同：汽油机顶部是个火花塞，柴油机的顶部是和喷油嘴，故A项正确；
B、柴油机吸入气缸的是空气，汽油机吸入气缸的是空气和汽油的混合物，故B项说法错误；
C、由于柴油机和汽油机的结构和点燃方式不同，使得柴油机的效率比汽油机的效率高，此项说法正确；
D、柴油机比汽油机的效率高，但不如汽油机轻便，故此项说法正确；
故选：B。
B
练习4
现代汽车
汽车的动力系统
　　在现代生活中汽车已经成了不可缺少的一部分。
　　燃油汽车由发动机、底盘、车身和电气设备四大部分组成。
　　发动机把燃料燃烧产生的内能变为机械能，再通过底盘上的传动机构，将动力传给车轮，使汽车行驶。电气设备的作用主要是产生电火花以点燃气缸中的可燃气体、启动发动机时用电机带动飞轮旋转、提供照明等 。
　　燃油汽车一般采用三缸、四缸或六缸等多缸发动机，每个气缸都进行四冲程循环，由于各个气缸交替
做功，所以发动机运转比较平稳 。
科学世界
热机
热机
定义：把内能转化为机械能的机器叫热机。
制造原理：利用内能做功，将内能转化为机械能。
工作原理：
种类：蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
内燃机
内燃机是现代社会中最常见的一种热机。
分类：汽油机和柴油机
定义：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。
汽油机
利用汽油在汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气，燃气推动活塞做功。
汽油机的构造
工作过程：
吸气、压缩、做功、排气冲程
工作原理：
柴油机
通过压缩空气直接点燃柴油，生成高温高压的燃气，推动活塞做功。
柴油机的构造
工作过程：
吸气、压缩、做功、排气冲程
课堂总结
5. （2021 百色）用酒精灯给试管内的水加热至一定程度，发现在试管口的木塞被冲出，如图所示。下列描述正确的是（　　）
A．试管中的水是靠做功的方式增加内能的
B．水蒸气对木塞做功，把机械能转化为内能
C．水蒸气对木塞做功，与汽油机做功冲程的原理相同
D．水蒸气对木塞做功，水蒸气内能增加
C
解：A、用酒精灯加热水的过程中，水从酒精灯火焰吸收热量，是通过热传递的方式使水的内能增加的，故A错误；
BCD、木塞冲出试管口时，水蒸气对木塞做功，水蒸气的内能转化为木塞的机械能，水蒸气的内能减少，同汽油机的做功冲程原理，故BD错误，C正确。故选：C。
点评：本题考查了做功与热传递，以及有关热机的知识，难度不大。
练习5
6. （2024秋 丰南区期中）关于汽油机，下列说法正确的是（　　）
A．汽油机工作时，在压缩冲程，气缸内的工作物质内能减小
B．汽油机在做功冲程用来做功的能量，主要是来自于压缩冲程中压缩气体产生的内能
C．用来冷却汽车的发动机，水的冷却效果比冰块更好
D．柴油机的效率比汽油机高，是因为柴油的热值比汽油的热值大
C
解：A、汽油机的压缩冲程中，机械能转化为内能，气缸内的工作物质内能增大；故A错误；
B、汽油机在做功冲程用来做功的能量，主要是来自高温高压的燃气产生的能量；故B错误；
C、因为水的比热容较大，相同质量的水和其它物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多，所以发动机中用水做冷却剂冷却效果最好；故C正确；
D、柴油机的效率比汽油机高，是因为柴油机用来做有用功的能量占燃料完全燃烧释放的总能量的比值大，与燃料本身的热值无关，故D错误。故选：C。
点评：本题考查了我们对比热容、热机的效率、热机工作中各冲程的特点的理解与判断。
练习6
1.基础性作业：完成课件中的课堂练习。
2.拓展性作业：查阅资料，了解汽车驱动装置的发展。
自汽车诞生以来，其动力装置有：电动机、蒸汽机、汽油机、柴油机、喷气机等。
思路指导
　　1834年，美国制造出第一辆直流电机驱动电动车。1881年，世界上第一辆铅酸电池三轮电动汽车诞生。
　　1920-1990阶段：随着石油的开发和内燃机技术提高，市场逐步被内燃机驱动的汽车所取代，电动汽车发展开始停滞不前。汽油机和柴油机驱动的汽车相继出现。
　　1990-至今：随着石油资源减少、大气环境污染，让人们重新开始关注电动汽车。
布置作业
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