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第十四章 内能的利用
第2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。
18世纪第一辆汽车问世时，它的速度只有几千米每小时，而目前最快汽车的速度已经超过了声速（如图）。汽车是如何获得机械能的呢
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。
水蒸气将橡胶塞推出试管口
酒精燃烧释放热量
实验现象
用酒精灯加热试管中的水
橡胶塞冲了出去
试管口出现大量“白雾”
实验分析
（化学能→内能）
（内能→机械能）
水内能↑，温度↑，产生越来越多的水蒸气，对橡胶塞的压力↑
热传递
水蒸气内能↓，温度↓ ，
水蒸气液化成小水珠（白雾）
能量转化
酒精的化学能→水蒸气内能→橡胶塞的机械能
蒸汽机的工作原理
2.热机的种类包括：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
1.利用内能做功的机械就是热机。
蒸汽机
内燃机
汽轮机
喷气发动机
知识点一：热机
3.内燃机：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
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：柴油机
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
现代汽车
汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分。
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(图示为四缸发动机)，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。
汽车的动力系统
现代汽车
随着电子技术的发展，许多燃油汽车已经采用了电子燃油喷射系统。微电脑可以根据内燃机的工作状态和
空气的温度等多种因素精确控制喷油
的数量和时机，以提高燃烧效率，减
少有害气体的排放，降低燃料的消耗，
同时提高发动机的功率。电子技术的
应用，使燃油汽车有了更广阔的发展空间。此外，利用电能、氢能等的各种新能源汽车也在快速发展。未来的汽车将更加节能、安全，对环境的影响会更小。
电子燃油喷射系统
趣味记忆四冲程：
利用内能做功的机械就是热机
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
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.如图所示，是单缸四冲程汽油机的________冲程，如果该单缸四冲程汽油机在某工作状态下飞轮的转速为2400r/min，则汽油机在该工作状态下1s内对外做功 _____次。
压缩
20
3.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
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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