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第二章 改变世界的热机
第2节 内燃机
赛车场上，一辆辆赛车发出阵阵轰鸣，闪电般地飞驰。或许你不知道，赛车的强劲动力来自赛车内的一系列燃烧。
情境导入
1. 活塞式内燃机 燃料在汽缸内燃烧，产生的高温高压的燃气直接推动活塞做功，因此叫做活塞式内燃机。
知识点
活塞式内燃机
1
感悟新知
2. 活塞式内燃机的工作原理 汽油、柴油等燃料与空气混合，如果遇到火花或遇到高温达到着火点，就会发生燃烧。在活塞式内燃机里，这样的燃烧是在汽缸内进行的。汽缸内的每次燃烧，都会生成高温高压的燃气，推动活塞做功，而活塞通过连杆、曲轴与飞轮相连，从而使活塞的移动带动飞轮转动。
3. 活塞式内燃机的种类 常见的活塞式内燃机有汽油机和柴油机两种，以汽油为燃料的是汽油机，以柴油为燃料的是柴油机。
知识拓展
内燃机的类型很多，按照以下的基本特征可将内燃机分为各种类型：
(1)按照结构特点可分为：筒形活塞式内燃机、十字头活塞式内燃机。
(2)按照汽缸数可分为：单缸机、多缸机。
(3)按照所使用的燃料可分为：汽油机、柴油机和煤气机等。
(4)按照点火方式可分为：点燃式内燃机、压燃式内燃机。
(5)按照用途可分为：固定式内燃机、移动式内燃机。
内燃机的特点： 燃料在________内燃烧， 生成________的燃气，燃气推动活塞________ ，将________能转化为________能。
例1
汽缸
高温高压
做功
内
机械
解析：内燃机属于热机的一种，内燃机的特点是燃料在汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气，燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能。
1. 主要结构 进气门、排气门、火花塞、汽缸、活塞、连杆、曲轴、飞轮等。
知识点
汽油机
2
2. 四冲程汽油机的工作过程 (工作示意图见图1)
冲程名称 进气门 排气门 活塞的运动 能的转化
吸气冲程 开 闭 向下
压缩冲程 闭 闭 向上 机械能转化为内能
做功冲程 闭 闭 向下 化学能转化为内能，
内能转化为机械能
排气冲程 闭 开 向上
3. 要点提示
(1)多数汽油机是由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程不断循环来保证连续工作的。
(2)四冲程汽油机的一个工作循环中，只有做功冲程是燃气推动活塞做功，把内能转化成机械能，其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮转动的动能来完成。
(3)识别汽油机工作所处的冲程，主要是区分吸气冲程与排气冲程，压缩冲程与做功冲程。区分时通常采用对比法。
方法详解
对比法识别冲程：
◆区分吸气冲程与排气冲程，可以不看活塞的运动情况，只需看打开了哪个气门。
◆识别做功冲程与压缩冲程，在确定两个气门都关闭的前提下，只需看活塞的运动方向。活塞向上运动为压缩冲程，活塞向下运动为做功冲程。
◆做功冲程的最明显标志是火花塞点火。
如图1所示。
[中考·邵阳] 如图2 是四冲程汽油机其中一个冲程的工作示意图，它表示的是( )
A. 吸气冲程
B. 压缩冲程
C. 做功冲程
D. 排气冲程
例2
解析：根据气门开、闭情况和活塞运动方向进行判断。图中进气门、排气门都关闭，活塞向下运动，火花塞产生电火花，是做功冲程。
答案：C
方法技巧
冲程类型的判断方法：
一看气门，二看活塞。
门开活塞下，是吸气；
门关活塞上，是压缩；
门关活塞下，是做功；
门开活塞上，是排气。
1. 主要结构 进气门、排气门、喷油嘴、汽缸、活塞、连杆、曲轴等。
知识点
柴油机
3
2. 利用对比法分析汽油机和柴油机的不同点
延伸拓展
两种内燃机的优缺点：
1. 柴油机
优点：热机效率高，故障较少，保养容易等。
缺点：转速低，质量大，制造和维修费用高，噪声大，启动困难等。
2. 汽油机
优点：转速高，适应性好，工作平稳、操作方便省力，质量轻，噪声小，造价低，容易启动等。
缺点：燃料消耗量较高，经济性较差，排气净化指标低。
项目 汽油机 柴油机
结构 汽缸顶部有火花塞 汽缸顶部有喷油嘴
燃料 汽油 柴油
工 作 过 程 吸气冲程 吸进汽油和空气的混合物 吸进空气
压缩冲程 混合物被压缩后， 压强达6~15 atm， 温度达250~300 ℃ 空气被压缩后， 压强达35~45 atm，温度达500~700 ℃
做功冲程 火花塞点火，燃料燃烧，即点燃式 喷油嘴喷出雾状柴油，遇高温空气燃烧，即压燃式
用途 轻巧、体积小，常用于汽车、轻型飞机等 笨重、功率大，主要用于载重汽车、轮船、坦克、带动发电机发电等
3. 柴油机和汽油机的相同点 各冲程中能量转化情况相同。
[中考·自贡] 关于四冲程内燃机，
下列说法正确的是( )
A. 汽油机和柴油机都是内燃机，吸入汽缸的物质相同
B. 汽油机和柴油机都是通过火花塞点火的
C. 燃料在汽缸内猛烈燃烧，燃料热值迅速减小
D. 压缩冲程主要是通过做功的方式增大缸内气体的 内能
例3
解析：柴油机和汽油机都属于内燃机，工作过程中，
汽油机吸入的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入的是空气，故A 错误; 汽油机是通过火花塞点火的，而柴油机是压燃式点火的，故B 错误; 燃料在汽缸内猛烈燃烧，燃料热值保持不变，故C 错误; 压缩冲程中，活塞压缩气体，对气体做功，气体的内能变大，故D 正确。
答案：D
特别提醒
汽油机和柴油机都属于内燃机，但它们的结构、吸气冲程时吸入的工作物质、压缩冲程时的压缩程度及点火方式等都有所不同。
1. 火箭的工作原理
输送系统按时按量地把燃料和氧化剂输送到燃烧室中，最初用电火花点燃燃料，产生高温、高压的气体，随后继续进入燃烧室的燃料和氧化剂，由于燃烧室内的温度已升高，达到着火点，自行燃烧，燃烧产生的气体以很大的速度从喷口喷出，对火箭产生强大的反冲推力，使之升空。
知识点
飞向太空
4
2. 现代火箭的特点
现代火箭的功率巨大，不仅可以在高空飞行，而且还可以飞出大气层，多级火箭还能作为星际航行的运载工具。
拓展延伸
火箭发动机就是利用冲量原理，自带推进剂，不依赖外界空气的喷气发动机。火箭发动机是喷气发动机的一种，将推进剂贮箱或运载工具内的反应物(推进剂)变成高速射流，由于牛顿第三定律而产生推力。火箭发动机可用于航天器推进，也可用于导弹等在大气层内飞行，大部分火箭发动机都是内燃机。
如图3 所示的是火箭发射时的壮观情景。火箭发射升空时，燃料通过燃烧将________能转化为燃气的内能，燃气对火箭做功，又将内能转化为火箭的________能。火箭中用氢做燃料是因为氢的________(填“热值”或“比热容”)大。
例4
化学
机械
热值
解析：火箭发射升空时，燃料通过燃烧将化学能转化为燃气的内能，燃气对火箭做功，又将内能转化为火箭的机械能。火箭中用氢做燃料是因为氢的热值大，完全燃烧相同质量的氢与其他燃料相比，氢放出的热量多。
总结归纳
火箭发动机也是热机的一种，其工作原理是：
1. 四冲程汽油机在工作过程中，将燃气的内能转化为机械能的冲程是(　　)
A．吸气冲程
B．压缩冲程
C．做功冲程
D．排气冲程
C
课堂训练
2. 某单缸四冲程汽油机的转速是1 200 r/min，则下列说法正确的是(　　)
A．1 min内燃机对外做了1 200次功
B．1 s内完成了20个工作循环
C．1 s做功10次
D．1 s内活塞共来回40次
内燃机一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，做功1次。飞轮转速为1 200 r/min＝20 r/s，1 min内燃机对外做功600次，每秒钟可以完成10个工作循环，做功10次，活塞往复20次，故A、B、D错误，C正确。
【点拨】
【答案】 C
常见的活塞式内燃机
柴油机
汽油机
结构
工作过程
相同点和不同点
课堂小结

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