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第十四章 内能的利用
第2节 热机
18世纪第一辆汽车，速度还没有马车跑得快，而目前最快汽车的速度已经超过了声速。飞驰的汽车是如何获得机械能的呢？
发动机
演示不同形式能量之间的转化
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：
能量转化：
分析现象：
观察到橡胶塞突然被推出
燃料燃烧产生的热量传给水和水蒸气，塞子受到水蒸气压力而冲出去。
内能转化为机械能
蒸汽机的工作原理
通过长期的经验积累，人们发现内能可以做功，由此制造了各种利用内能做功的机械——热机。
1.工作原理：
2.种类：
热机利用内能做功，将内能转化为机械能。
蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
3.内燃机
①定义：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫作内燃机。
内燃机是现代社会中最常见的一种热机。
②分类：汽油机和柴油机
一种内燃机的剖面图
利用汽油在汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气,燃气推动活塞做功。
1.工作原理
2.汽油机的构造
由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆等组成。
化学能转化为内能
内能转化为机械能
四冲程汽油机剖面图
3.汽油机的工作过程
①冲程：
要使汽油机连续工作，活塞必须能在气缸内往复运动。
②工作循环：
活塞在气缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。
多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。
③汽油机的工作过程分析
【吸气冲程】
· 进气门 ，排气门 。
· 活塞 运动。
· 汽缸内气体的体积 ，气压 。
· 从进气门进入 。
· 曲轴转动： 圈。
打开
关闭
向下
汽缸
半
增大
减小
汽油和空气的混合物
· 进气门 ，排气门 。
· 活塞 运动。
· 汽缸内气体的体积 ，温度 。
· 活塞的 能转化为燃料混合物的 能。
· 曲轴转动： 圈。
关闭
关闭
向上
机械
半
压缩
升高
内
③汽油机的工作过程分析
【压缩冲程】
· 进气门 ，排气门 。
· 火花塞产生电火花点燃燃料，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气。
· 燃气推动活塞 运动，带动曲轴转动，对外做功。
· 燃气的 能转化为活塞的 能。
· 曲轴转动： 圈。
关闭
关闭
向下
内
机械
半
③汽油机的工作过程分析
【压缩冲程】
· 进气门 ，排气门 。
· 活塞 运动，将废气排出汽缸。
· 由于安装在曲轴上的飞轮转动具有的动能，可以带动活塞继续运动，再次进入到吸气冲程，这样汽油机就实现了连续工作。
· 曲轴转动： 圈。
打开
关闭
半
向上
③汽油机的工作过程分析
【排气冲程】
1. 在四个冲程中，压缩冲程和做功冲程各发生了怎样的能量转化？
压缩冲程：
做功冲程：
3. 哪个冲程排出了气缸的废气？
2. 哪个冲程使汽车获得动力？
机械能转化为内能
内能转化为机械能
做功冲程
排气冲程
【归纳总结】
1.汽油机一个工作循环由 、 、 、 四个冲程组成。
2.一工作循环中，活塞往复运动 次，曲轴转动 周，对外做功 次。
3.只有 燃气推动活塞做功，其他三个冲程靠飞轮转动的 来完成。
做功冲程
吸气
压缩
做功
排气
2
2
1
动能
1.通过压缩空气直接点燃柴油，因此柴油机气缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。
2.柴油机的工作过程也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。
吸气冲程
吸进气缸的
只有空气
压缩冲程
活塞把空气的体积压缩得很小，空气温度升高，温度超过柴油燃点，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气便立刻燃烧起来。
做功冲程
燃烧放出的热使得气体的温度急剧升高 、压强急剧增大 ，从而推动活塞对外做功。
做功冲程
把废气排出气缸。
项目
汽油机
柴油机
燃料
构造
吸气冲程
点火方式
效 率
主要应用
汽油
汽缸顶部有火花塞
吸入汽油和空气的混合物
点燃式点火
26%-40%
小汽车、低速飞机等
柴油
汽缸顶部有喷油嘴
只吸入空气
压燃式点火
34%-45%
载重汽车、火车等
汽油机和柴油机的区别
1.如图，某一台单缸四冲程汽油机的工作示意图，下列说法正确的是（　　）
A．甲图冲程汽油和空气的混合物进入汽缸
B．乙图冲程能获得动力
C．丙图冲程有明显机械能转化为内能的过程
D．丁图冲程存在内能转化为机械能的过程
A
2.柴油机与汽油机的区别，下列叙述错误的是（　　）
A.构造，柴油机汽缸顶端有一个喷油嘴而没有火花塞
B.柴油机吸气冲程中吸入汽缸中的是柴油和空气的混合物
C.柴油机效率比汽油机高
D.使用柴油机比汽油机经济，但是比较笨重
B
3. 用酒精灯给试管内的水加热至一定程度，发现在试管口的木塞被冲出，如图所示。下列描述正确的是（　　）
A．试管中的水是靠做功的方式增加内能的
B．水蒸气对木塞做功，把机械能转化为内能
C．水蒸气对木塞做功，与汽油机做功冲程的原理相同
D．水蒸气对木塞做功，水蒸气内能增加
C
4. 关于汽油机，下列说法正确的是（　　）
A．汽油机工作时，在压缩冲程，气缸内的工作物质内能减小
B.汽油机在做功冲程用来做功的能量，主要是来自于压缩冲程中压缩气体产生的内能
C．用来冷却汽车的发动机，水的冷却效果比冰块更好
D．柴油机的效率比汽油机高，是因为柴油的热值比汽油的热值大
C
6.如图所示是某单缸四冲程汽油机的__________冲程；若该汽油机每秒钟对外做功次，那么该汽油机飞轮的转速为__________。
5.如图甲所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，快速压下活塞，可观察到棉花着火燃烧。此过程与四冲程汽油机的 冲程能量转化相同；如乙图所示的是汽油机的 冲程，若飞轮的转速为，在内，汽油机做功 次。
压缩
排气
15
压缩
3000
热机
热机
定义：把内能转化为机械能的机器叫热机。
制造原理：利用内能做功，将内能转化为机械能。
工作原理：
种类：蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
内燃机
内燃机是现代社会中最常见的一种热机。
分类：汽油机和柴油机
定义：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。
汽油机
利用汽油在汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气，燃气推动活塞做功。
汽油机的构造
工作过程：
吸气、压缩、做功、排气冲程
工作原理：
柴油机
通过压缩空气直接点燃柴油，生成高温高压的燃气，推动活塞做功。
柴油机的构造
工作过程：
吸气、压缩、做功、排气冲程
1.完成动手动脑学物理；
2.完成同步练习册；

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