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第十四章 内能与热机
第三节 热机 （新课）
学习目标
1.了解热机的工作原理，知道四冲程内燃机工作时的能量转化；
2.能领内能的利用在人类社会发展中的重要意义。
01
解决任务
实验方法
任务一、热机
1. 探究内能做功过程中的能量转化
【演示实验】在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间，观察现象。讨论这个过程中不同形式能量之间转化的情况。
【实验现象】
①瓶塞被冲出来；②管口附近出现“白雾”。
01
解决任务
实验方法
【实验分析】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，水蒸气膨胀对瓶塞做功，水蒸气的_______能转化为塞子的_______能。
【实验结论】利用内能可以做功
这个实验虽然简单，却基本展示了蒸汽机的工作原理。
01
解决任务
实验方法
2. 热机
（1）热机：
（2）热机的能量转化
（3）常见的热机
蒸气机、内燃机、喷气发动机、内燃机等。
燃料的化学能（燃烧）→内能（做功）→机械能。
能将燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的发动机。
喷气发动机
汽轮机
蒸气机
01
解决任务
实验方法
（4）内燃机
①内燃机：
②内燃机分类：
燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。
汽油机和柴油机。
01
解决任务
实验方法
任务二、汽油机
1.【实验】如图所示，在圆筒内加入适量酒精，用橡胶塞塞紧筒口，筒内形成酒精蒸气和空气的混合气体。用电火花点火，观察发生的现象并分析原因（注意操作安全）。
【现象与分析】发现橡胶塞跳出。电火花点火，混合气体燃烧产生高温高压的燃气对橡胶塞做功，将燃气的内能转变为橡胶塞的机械能。
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解决任务
实验方法
2. 汽油机
利用汽油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机。
3. 汽油机的构造
汽油机主要由气缸、火花塞、活塞、进气道、进气阀、排气道、排气阀、连杆和曲轴组成。
01
解决任务
实验方法
4. 工作过程
（2）四个冲程
（1）冲程：
汽油机工作时，活塞在气缸内做一次单向运动叫做一个冲程（或行程）。
汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。
多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。
01
解决问题
实验方法
①吸气冲程
旋转的曲轴连杆带动活塞，使活塞从气缸上部向下运动，进气阀开启，空气和汽油的混合气体通过进气道进入缸内。
②压缩冲程
两个气阀关闭，活塞在飞轮带动下，从气缸下部向上运动，缸内混合气体被压缩，机械能转化为内能，因此，内能增加、温度升高、压强增大。
01
解决问题
实验方法
③做功冲程
压缩冲程结束后做功冲程开始时，气缸顶部的火花塞发出电火花，缸内气体爆发性燃烧，高温高压气体迅速膨胀，使活塞向下运动，内能转化为机械能。
④排气冲程
飞轮因为惯性继续转动使活塞上升，排气阀打开，将燃烧后的废气排出缸外。
01
解决问题
实验方法
（3）汽油机一个工作循环情况总结
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。
02
解决问题
实验方法
任务三、柴油机
1. 柴油机:
利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机。
2. 构造：
它与汽油机在结构上的主要不同是气缸顶部的火花塞换成了喷油嘴。
3. 工作过程
柴油机的一个工作循环与汽油机相类似，也是由四个冲程组成的。每完成一个工作循环曲轴和飞轮均转两周，对外做功一次，活塞往复运动两次，除做功冲程外的其他三个冲程，是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成的。
01
解决问题
实验方法
柴油机吸入气缸内的物质只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来
柴油机工作过程示意图
01
解决问题
实验方法
4. 柴油机和汽油机的异同点
项目 汽油机 柴油机
构造
燃料
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程 特点与适用范围
相同点 气缸顶部有一个火花塞
气缸顶部有一个喷油嘴
汽油
柴油
吸入汽油与空气的混合物
只吸入空气
压缩程度较小
压缩程度较大
点燃式，内能转化为机械能
压燃式，内能转化为机械能
排出废气
轻巧、功率小；适用于小汽车、摩托等。
笨重、功率大；适用于载重汽车、轮船等
一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，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。
03
体悟巩固
【例题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热机的工作原理
D
【例题2】内燃机的一个工作循环由_____ 、_____ 、_____ 、______四个冲程组成。一台某型号单缸四冲程汽油机的飞轮速度是1200r/min，则汽油机每秒钟对外做功___次。
04
拓展衍生
【例题3】．国产油电混合动力汽车。
（1）汽油机是热机的一种，如图所示是四冲程汽油机工作状态示意图，此时它正处在______冲程。该冲程将内能转化为______能；
（2）汽油机的飞轮转速为2400r/min，则在1s内，汽油机完成______个冲程，对外做功的次数是______次；
（3）该汽车在高速公路上以108km/h的速度
匀速行驶了1min，发动机的功率始终保持72kW
不变，该过程中发动机做的功为__________J，
发动机牵引力的大小为______ N
05
小结
回顾本节课你学到了什么
分层作业
见校物理课本P49 2题 3题
内燃机
热机
①能将燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的发动机。
②热机工作时的能量转化：燃料的化学能（燃烧）→内能（做功）→机械能
③常见的热机：蒸汽机、喷气发动机、内燃机等。
内燃机
①内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。
②内燃机工作的四冲程：吸气、压缩、做功、排气冲程。
③能量转化：压缩冲程中，机械能转化为内能；做功冲程中，内能转化为机械能。
④柴油机与汽油机的区别：柴油机吸气冲程进入气缸中的只有空气；压缩冲程中，缸内气体被压缩的程度比汽油机更大；压缩冲程末，喷油嘴喷出雾状柴油，进行压燃式点火。
下 课
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