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第十章 机械能、内能及其转化
第4节 热机
1.知道热机的概念，初步了解热机的工作原理。
2.了解汽油机的构造和工作过程。
3.知道柴油机的构造和工作过程。
4.认识火箭，知道我国航天事业的发展。
观察思考
如图所示，在试管内装些水，用胶塞塞住管口，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。
现象：橡胶塞飞出
橡胶塞由静止变为斜向上飞出，速度和高度都增大，而质量不变，因此机械能增加。
酒精化学能
转化
内能
管内气体增加的内能
橡胶塞增加的机械能
内能。
橡胶塞的机械能是如何变化的？
什么形式的能量转化为橡胶塞的机械能呢？
热机的工作原理
知识点一：热机的种类
1.热机：将燃料燃烧产生的高温、高压气体的内能转化为机械能的机器，统称为热机。
2.热机的种类包括：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
蒸汽机
内燃机
汽轮机
喷气发动机
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。
内燃机
汽油机
柴油机
——用汽油做燃料
——用柴油做燃料
一种内燃机剖面图
内燃机
喷气发动机
喷气发动机的燃料在燃烧室内燃烧后产生高温、高压的气体，这种气体从发动机尾部以极高的速度喷出，从而产生很大的反冲推力推动机身向前运动。
（1）空气喷气发动机
（2）火箭喷气发动机（简称火箭）
只携带燃料，需要利用外界空气来助燃，因而飞行的高度受到一定的限制，不宜在空气稀薄的高空飞行。
本身带有燃料和氧化剂，不需要依靠外界空气来助燃，因而飞行高度不受限制。
知识点二：汽油机
1.汽油机的构造
用汽油作燃料的内燃机叫做汽油机。
2.汽油机的工作原理
汽油在汽缸内燃烧
产生高温高压燃气
推动活塞做功
带动曲轴转动
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。
内能转化为机械能
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。
3.工作过程
吸气冲程为什么能将汽油和空气的混合物吸进汽缸？
答：当活塞向下运动时，汽缸内气体的体积增大，气压变小，大气压把汽油和空气的混合物压进汽缸。
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。
答：压缩冲程中，活塞压缩汽油和空气的混合物做功，使其内能增加，温度升高，这是一个机械能转化为内能的过程。
压缩冲程中压缩的是什么？压缩到最后会有什么结果？为什么？能量是如何转化的？
做功冲程：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。
内能
机械能
（提供动力）
排气冲程：进气门保持关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸。
答：当活塞向上运动时，汽缸内气体的体积变小，气压增大，当汽缸内的气压大于大气压时，废气被排出汽缸。
排气冲程中是怎样将废气排出的？
（2）汽油机在一个工作循环（四个冲程）中，活塞往复运动2次，汽缸内的燃料燃烧1次，曲轴、连杆带动飞轮转动2周，对外做功1次。
（1）做功冲程将内能转化为机械能，为汽车等提供动力；其它三个冲程都是依靠飞轮的惯性来完成的。
相关说明：
知识点三：汽油机
用柴油作燃料的内燃机叫做柴油机。
1.柴油机的构造：
与汽油机的区别：汽缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。
2.工作原理：
用柴油在汽缸内燃烧所产生的高温高压的燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。
3. 柴油机的工作过程
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
（1） 吸气冲程
空气
进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，将空气吸进汽缸。
（2） 压缩冲程
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。机械能转化为内能。
（3）做功冲程
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。内能转化为机械能。
（4）排气冲程
燃烧后的废气
进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸。
汽油机 柴油机
燃料
结构
工作循环 吸气冲程
点火方式
能量转换 优缺点 汽油
柴油
火花塞
喷油嘴
吸进汽缸的是
汽油和空气的混合物
吸进汽缸的
只有空气
点燃式
压燃式
均有四个冲程。一个工作循环中，活塞往复2次，飞轮转动2周，做功1次。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
压缩冲程：机械能转化为内能
做功冲程：内能转化为机械能
汽油机比柴油机轻巧，柴油机比汽油机效率高
汽油机和柴油机的异同点
知识点四：火箭
现代火箭使用的燃料多为液体燃料，液体燃料火箭主要由燃料箱、氧化剂箱、输送装置、燃烧室和尾部喷口组成,如图所示。
现代火箭的特点是功率巨大，
不仅可以在高空飞行，还可以飞出
大气层。
多级火箭可以作为星际航行的
运载工具。
我国的航天事业起步较晚，但经过我国航天人几十年的努力，现在已达到国际领先水平。长征系列运载火箭是我国自行研制的航天运载工具，具备发射低、中、高不同地球轨道，不同类型卫星及载人飞船的能力。
长征五号运载火箭是我国目前运载能力最强的火箭，主要承担空间站建设、探月探火等深空探测重大工程的发射任务，已圆满完成了天问一号、嫦娥五号，以及中国空间站天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱的发射任务。
将燃料燃烧产生的高温、高压气体的内能转化为机械能的机器，统称为热机。
热机
热机的分类
内燃机
蒸汽机、汽轮机等
汽油机
柴油机
火花塞
点燃式
吸入空气和汽油混合物
喷油嘴
压燃式
只吸入空气
火箭
1.如图所示是单缸四冲程内燃机的四个冲程的示意图，下列四组关于这种内燃机一个工作循环中四个冲程的顺序排列，正确的是（ ）
A.丙、丁、乙、甲
B.乙、丁、甲、丙
C.乙、甲、丁、丙
D.甲、乙、丙、丁
B
甲 乙 丙 丁
2.单缸四冲程内燃机完成40个冲程,关于做功和飞轮转动的情况,下列说法正确的是( )
A.做功10次,飞轮转40周
B.做功40次,飞轮转20周
C.做功10次,飞轮转20周
D.做功20次,飞轮转10周
C
3.发射火箭时，点火后，高温、高压气体迅速膨胀向外喷出，气体的温度下降，火箭则获得推力高速上升，并达到一定速度.在这个过程中，下列说法正确的是 ( )
A.气体的一部分内能转化为火箭的机械能
B.气体的全部内能转化为火箭的机械能
C.气体的一部分机械能转化为内能
D.气体的全部机械能转化为内能
A
4.汽油机和柴油机相比较，下列叙述中正确的是（ ）
A．柴油机吸入汽缸的是柴油和空气的混合物，汽油机吸入的是空气
B．在压缩冲程中它们的压缩程度是一样的
C．柴油机里推动活塞做功的燃气的压强比汽油机里的高
D．在压缩冲程末，汽油机汽缸内的温度比柴油机的高
C

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