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第三节 热机
第十四章 内能与热机
1. 通过观察、分析内能转化为机械能的实验，知道热机的概念，初步了解其工作原理。
2．借助于模型、挂图和动画视频，了解汽油机和柴油机的构造和工作过程。利用对比的方法来认识这两种内燃机的异同点。
3.知道内燃机各冲程的工作状态和能量转化。
学 习 目 标
镰刀
联合收割机
马车
小轿车
木帆
远洋巨轮
哪些是热机？有什么共同的特点？
收割机
小轿车
巨轮
它们都安装有热机
新 课 引 入
【思考】
A. 酒精燃烧时，燃料的化学能转化为内能，内能以热传递的方式传给水和水蒸气；
B.水蒸气对活塞做功，水蒸气的内能转化成活塞的机械能，从而使活塞获得了动力。
把燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的装置称为热机。
【总结】
讨论这个过程中不同形式的能量之间转化的情况。
【活动】
如图所示，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。
一、热机
新 课 讲 解
燃气
废气
热机种类
蒸汽机
内燃机
汽轮机
在生产生活中，常见的热机有哪些？
燃料的化学能
内能
燃烧
做功
机械能
热机的共同特点（能的转化）
第一台蒸汽机
世界上第一台蒸汽机是由古希腊数学家希罗于公元1 世纪发明的汽转球，但它只不过是一个玩具而已。
瓦特在前人的启迪下，对蒸汽机作出一系列重大改进，在工业上得到广泛应用。他开辟了人类利用能源的新时代，标志着工业革命的开始。
内燃机
1.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。
2.内燃机分为汽油机和柴油机两大类，它们分别用汽油和柴油作为燃料。
内燃机的剖面图
二、汽油机
燃气内能的转化
【实验过程】如图所示，在圆筒内加入适量酒精，用橡胶塞塞紧筒口，筒内形成酒精蒸气和空气的混合气体，用电火花点火。
【实验分析】酒精燃烧产生的燃气对外做功，燃气的内能减少，转化为橡胶塞的机械能。
【实验结论】热机工作时燃料产生的燃气对外做功，将内能转化为机械能。
利用汽油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机
1. 汽油机的构造及作用
火花塞
气缸
汽油在气缸的顶部燃烧而产生高温、高压燃气
进气道
汽油和空气形成的燃料混合物的进口
活塞
在气缸内，高温、高压燃气推动活塞做功，将燃气的内能转化为机械能
连杆
连杆跟活塞相连
排气道
燃料燃烧后废气的出口
曲轴
旋转的曲轴通过连杆带动活塞
进气阀
排气阀
2.汽油机的工作原理
汽油机工作时，活塞在气缸里做往复运动，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程叫做一个冲程。
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。
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
一个循环
吸气冲程
进气阀开启，排气阀关闭。活塞由上部向下运动，空气和汽油的混合气体通过进气道进入缸内。
压缩冲程
进气阀和排气阀都关闭，活塞向上运动，缸内混合气体被压缩，机械能转化为内能，内能增加，温度升高，压强增大。
做功冲程
压缩冲程结束后做功冲程开始时，火花塞产生电火花，缸内气体爆发性燃烧，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。
排气冲程
进气阀关闭，排气阀打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
1.在四个冲程中，哪些冲程发生了能量的转化？
2.哪个冲程使汽车获得了动力？
3.哪个冲程排出了汽车的尾气？
吸气
压缩
做功
排气
机械能转化为内能
内能转化为机械能
获得动力
排出尾气
得出结论：
在压缩冲程，活塞的机械能转化为燃料混合物的内能；做功冲程燃气对活塞做功，内能转化为机械能。
做功冲程使汽车获得动力，其余三个冲程依靠曲轴的惯性来完成。
想一想
_____冲程 _____冲程 _____冲程 _____冲程
进气阀
排气阀
活塞运动方向
能量转化
吸气
压缩
做功
排气
开
闭
闭
闭
闭
闭
闭
开
向上
向下
向上
向下
机械能转化为内能
内能转化为机械能
总 结
3.汽油机的启动
内燃机不能自行启动。开始运转时，要靠外力使曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，以后内燃机才能自己工作。
一个工作循环有四个冲程:
吸气、
压缩、
做功、
排气
活塞往复 次，曲轴转动 周，对外做功 次。
两
两
一
例题：一台柴油机曲轴的转速为2400r/min,则在1s内，柴油机完成 个冲程，对外做功的次数是 次。
80
20
三、柴油机
进气门
活塞
连杆
排气门
气缸
曲轴
喷油嘴
1.柴油机构造
利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机
火花塞
注意区分
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
一个循环
2.柴油机工作原理
空气
吸气冲程
进气门打开，排气门关闭。活塞由上部向下运动，将空气吸进气缸。
压缩冲程
进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气压缩得体积很小，机械能转化为内能，内能增加，温度升高，空气的压强很大。在压缩冲程末，气缸内空气温度已超过柴油的着火点。
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。
燃烧后的废气
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。
种类 汽油机 柴油机
不同点 燃料 汽油 柴油
结构 火花塞 喷油嘴
吸气冲程 吸入的是汽油和空气的混合气体 吸入的是空气
压缩冲程 气压、温度相对较低 气压、温度相对较高
点火方式 点燃式 压燃式
相同点 工作循环 都有四个冲程
能量转化 （1）压缩冲程：机械能转化成内能 （2）做功冲程：内能转化成机械能
活塞、曲轴运动 每一个工作循环，活塞往复两次， 曲轴转动两周，对外做功一次
优缺点 汽油机比柴油机轻巧，柴油机比汽油机效率高 但两者都带来了废气和噪声污染
汽油机和柴油机的异同
想一想
汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞机和小型农业机械上面。
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、坦克上面。
历史：走马灯在北宋时期已较为常见 。据《武林旧事》等古籍记载，在当时的京城临安（今杭州），每逢元宵节等重大节日，民间就有制作走马灯来增添节日氛围的习俗。南宋到元明时期，走马灯的制作工艺逐渐成熟和丰富。不仅在结构上更加精巧，能展现出更复杂的动态画面，而且在装饰和题材上也更加多样化，从简单的人物、动物图案，发展到描绘历史故事、神话传说等 。
工作原理：基于热空气对流与力的作用。燃料燃烧加热空气，热空气密度变小上升，流动的热空气推动叶轮（连带着画面）转动 ，实现光影动态效果。过程涉及热传递（燃料燃烧产生的内能传递给空气 ）、机械能转移（热空气的动能转移给叶轮 ）、能量转化（内能转化为机械能）。
学科综合
调研并制作神奇“走马灯”
课 堂 小 结
热机
概念：把燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的装置
分类：蒸汽机、内燃机、气轮机、喷气发动机、火箭发动机等
内燃机
汽油机
柴油机
构造：气缸、活塞、连杆和曲轴、进气阀、排气阀、火花塞
工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程
构造：气缸、活塞、连杆和曲轴、进气门、排气门、喷油嘴
工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程
1.内燃机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀而做功，此过程中气体的温度、内能、压强的变化的情况是（ ）
A．温度升高，内能增大，压强增大
B．温度升高，内能增大，压强减小
C．温度降低，内能减小，压强减小
D．温度降低，内能减小，压强增大
C
当 堂 检 测
2.如图为四冲程汽油机工作过程的示意图。其中表示做功冲程的是（　 ）
A
3.将如图所示试管里的水加热一段时间后，塞在管口的橡皮塞会冲出去，汽油机的四个冲程中与此现象的能量转化情况相同的是（ ）
A．吸气冲程
B．压缩冲程
C．做功冲程
D．排气冲程
C
5.汽油机的工作过程中，将机械能转化为内能的是______冲程。一台单缸四冲程汽油机，曲轴转速是1200r/min，该汽油机每秒钟内做功______次，活塞往复______次，完成______个冲程。
压缩
10
20
40
4.关于汽油机和柴油机，下列说法正确的是（ ）
A．汽油机气缸顶部有喷油嘴，柴油机气缸顶部有火花塞
B．柴油机吸入的是柴油和空气的混合物，汽油机吸入的是空气
C．汽油机在做功冲程中，进气阀关闭，排气阀打开
D．汽油机在做功冲程中，是把内能转化为机械能
D
6.热机是把内能转化为_____能的装置。如图是某内燃机的构造示意图，则该内燃机为_______（选填“汽油机”或“柴油机”），此时为______冲程。
机械
柴油机
压缩
再见

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