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第十四章 内能与热机
第3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.了解柴油机的构造和工作过程。
问题
1.水沸腾后会怎样？
2.推动塞子的能量来自哪里？
3.简述该过程中能量转化的情况。
现象：软木塞冲出
说明：水蒸气对木塞做功，内能减少
能量转化：燃料燃烧时，化学能转化为内能
软木塞冲出时 ，内能转化为机械能
想一想，现实生活中人们是通过什么装置来利用内能的呢？
1.定义：
把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置，称为热机。
2.分类：
蒸汽机、内燃机、喷气发动机等。
蒸汽机车
火箭发动机
喷气发动机
燃料的化学能
燃气的内能
物体的机械能
燃烧
做功
知识点一：热机
3.内燃机：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。内燃机最常见的是汽油机和柴油机。
汽油机
柴油机
汽油机模型图
活塞在缸内做一次单向运动叫做一个冲程。
飞轮转动一圈，汽油机完成两个冲程。
知识点二：汽油机
（a）吸气冲程
进气阀打开
排气阀关闭
活塞向下运动
汽油和空气的混合物进入汽缸
汽油和空气
汽油机工作过程
旋转的飞轮通过曲轴连杆带动活塞，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。
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。
（b）压缩冲程
进气阀关闭
排气阀关闭
活塞向上运动
汽缸内的燃料混合物被压缩
机械能
内能
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。
（c）做功冲程
进气阀关闭
排气阀关闭
活塞向下运动
对外做功
内能
内能
机械能
飞轮因为惯性继续转动使活塞上升，
排气阀打开，将燃烧后的废气排除缸外。
（d）排气冲程
排气阀打开
活塞向上运动
把废气排出汽缸
进气阀关闭
汽油机工作一个循环
1. 汽油机四个冲程中，只有做功冲程对外做功，将内能转化为机械能，其余三个冲程依靠飞轮的惯性完成
2. 汽油机1个工作循环有4个冲程，活塞上下往复2次，曲轴转动2周，对外做功1次
汽油机工作原理
冲程名称 进气门 排气门 活塞的运动 冲程的作用 能的转化
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 ——
实物图
知识点三：柴油机
柴油机结构示意图
注意：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。
进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，将空气吸进气缸。
空气
（a）吸气冲程
（b）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
点燃方式：压燃式点火
柴油机对空气的压缩程度比汽油机更高
（c）做功冲程
在压缩冲程末，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
（d）排气冲程
进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
燃烧后的废气
(1)汽油机的应用
(2)柴油机的应用
柴油比较便宜，但柴油机比较笨重，主要用在载重汽车、拖拉机、坦克上
汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞机和小型农业机械上
汽油机和柴油机的应用
内燃机 项目 汽油机 柴油机
燃料 汽油 柴油
构造
工作循环 吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
主要特点
主要用途
汽缸顶部是火花塞
汽缸顶部是喷油嘴
吸入汽油和空气的混合物
吸入纯净的空气
压缩程度较小
压缩程度较大
点燃式
压燃式
轻巧、效率较低
笨重、效率较高
小汽车和小型农业机
械、低速飞机等
载重汽车、
拖拉机、火车、轮船等
汽油机与柴油机的区别与联系
走马灯(如图)是节日常见的一种灯饰，是我国具有悠久历史的民间工艺制品。下面通过制作简易的走马灯，了解其工作原理。
学科综合
调研并制作神奇“走马灯”
首先查阅资料了解走马灯历史及制作过程，然后结合热传递、力与运动、工程技术、美术等有关的知识，设计并制作一个简易的走马灯。
展示你的走马灯作品，与同学分享制作经验，交流并评价作品的工艺水平和艺术性。
走马灯
热机原理：把燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的装置
热机
热机种类：蒸汽机、内燃机、喷气发动机等
汽油机
柴油机
构造：火花塞、进气门、排气门、气缸、活塞、曲轴连杆、飞轮
应用：汽车、飞机和小型农业机械
构造：喷油嘴、进气门、排气门、气缸、活塞、连杆、曲轴
应用：载重汽车、拖拉机、坦克等
工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程
工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程
1.如图所示为汽油机工作过程的示意图,下列说法正确的是( )
A.图甲是排气冲程,依靠飞轮的惯性工作
B.图乙是压缩冲程,活塞向上运动
C.图丙是做功冲程,内能转化为机械能
D.图丁是吸气冲程,吸入的只有空气
C
2.汽油机和柴油机的主要不同是(　　)
A．在构造上汽油机汽缸顶部有喷油嘴，而柴油机的汽缸顶部有火花塞
B．在吸气冲程中汽油机吸入汽缸的是汽油，柴油机吸入汽缸的是柴油
C．汽油机采用的是点燃式点火，而柴油机采用的是压燃式点火
D．在压缩冲程中汽油机汽缸里的温度和压强比柴油机里的高
C
3.如图是某水火箭的简易原理图。使用打气筒向水火箭内不断打气,当内部气体压强增大到一定程度时,会使水从水火箭中向下喷出,从而使水火箭升空。该过程能量转化方式与汽油机四冲程中的_______图相同(选填“甲”“乙”“丙”或“丁”),都是将内能转化为_______。
　丙　
机械能
4.如图是我国古代发明的取火器模型图,把推杆迅速推入牛角套筒时,套筒内空气被压缩,推杆前端的艾绒立刻燃烧起来,此过程中机械能转化为_______能,内燃机工作的_________冲程原理与该过程相同。
　内　
　压缩　

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