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第四节
热机
—第十章—
知道热机的概念，且知道内燃机是热机的一种
1.
学习目标
了解四冲程汽油机和柴油机的构造
2.
能用文字或口头表述内燃机各冲程的工作状态和能量转化
3.
新知导入
用酒精灯对装有水的密闭试管持续加热，随着温度的升高，水蒸气膨胀对外做功，最终将橡胶塞顶出管口。这看似简单的装置，都与热机类似。那么热机的基本工作原理是什么？它又有哪些种类呢
学习新知
知识点一　热机的种类
1.定义：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。
热机的种类很多，如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
内燃机
蒸汽机
汽轮机
喷气发动机
化学能
内能
机械能
燃料燃烧
做功
2.能量的转化
常见的内燃机通过燃料在机器内部燃烧把内能转化为机械能，通常包括汽油机和柴油机两大类。
知识点二　汽油机
1.汽油机的构造
如图所示，汽油机的主体是一个汽缸，汽缸内有一个活塞，活塞通过连杆与曲轴相连。汽缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞。
2.汽油机的工作过程
活塞在汽缸内做往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程叫作一个冲程。四个冲程为一个工作循环。
冲程名称 进气门状态 排气门状态 活塞运动方向 冲程作用 能量转化
吸气冲程 打开 关闭 向下运动 吸入空气与汽油的混合气体 无能量转化，
靠飞轮惯性完成
压缩冲程 关闭 关闭 向上运动 压缩混合气体，提高温度和压力 机械能 → 内能
（混合气内能增加）
冲程名称 进气门状态 排气门状态 活塞运动方向 冲程作用 能量转化
做功冲程 关闭 关闭 向下运动 火花塞点火，混合气燃烧膨胀做功 内能 → 机械能
（推动活塞输出动力）
排气冲程 关闭 打开 向上运动 排出燃烧后的废气 无能量转化，
靠飞轮惯性完成
提示
汽油机在工作时，通过连杆将活塞的平动转化为曲轴的转动，通过飞轮、进气门、排气门等部件的配合自动完成吸气、压缩、排气三个辅助冲程。这些结构使汽油机具有了能连续地将内能转化为机械能的功能。
动画演示汽油机的工作原理
知识点三　柴油机
1.柴油机的构造
从构造上看，柴油机和汽油机的区别主要是柴油机汽缸的顶部有一个喷油嘴，但没有火花塞。
2.柴油机的工作过程
柴油机和汽油机的工作过程基本相同，一个工作循环也包括四个冲程。
冲程名称 进气门状态 排气门状态 活塞运动方向 冲程作用 能量转化
吸气冲程 打开 关闭 向下运动 吸入纯空气 （无燃油） 无能量转化，
靠飞轮惯性完成
压缩冲程 关闭 关闭 向上运动 压缩空气，温度压力急剧升高 机械能 → 内能
（空气内能增加）
冲程名称 进气门状态 排气门状态 活塞运动方向 冲程作用 能量转化
做功冲程 关闭 关闭 向下运动 喷油嘴喷油，柴油自燃膨胀做功 内能 → 机械能
（输出动力）
排气冲程 关闭 打开 向上运动 排出燃烧后的废气 无能量转化，
靠飞轮惯性完成
动画演示柴油机的工作原理
柴油机 汽油机
燃料 柴油（不易挥发） 汽油（易挥发）
构造 无火花塞，有喷油嘴 有火花塞，压缩比较低
吸气冲程 吸入纯空气 吸入空气与汽油的混合气
压缩冲程 压缩空气，温度压力极高（压燃） 压缩混合气，温度压力较低
（需点火）
做功冲程 喷油嘴喷油，柴油自燃膨胀做功 火花塞点火，混合气燃烧膨胀做功
排气冲程 排出燃烧后的废气 排出燃烧后的废气
3.柴油机与汽油机的比较
柴油机 汽油机
主要特点 效率高、噪音大、震动强、寿命长 噪音小、震动轻、启动快、功率高
主要用途 卡车、轮船、拖拉机、发电机等重型机 汽车、摩托车、小型机械等
知识点三　火箭
我国古代最早的实用火箭由箭头、箭杆、箭羽和火药筒四部分组成。火药筒外壳用竹筒或硬纸筒制作，里面填充火药，筒上端封闭、下端开口，筒侧小孔引出导火线。点燃导火线后，火药在筒中燃烧，产生大量气体，高速向后喷射，产生向前的推力。这就是现代火箭的雏形。
阅读教材，思考下列问题。
①喷气发动机的工作原理是什么？
吸入空气压缩后与燃料混合燃烧，高温高压气体向后喷出，反作用力推动飞机前进（牛顿第三定律）。
②喷气发动机分为哪两类？有什么区别？
氧化剂来源：
空气喷气发动机：依赖空气中的氧气燃烧（如飞机发动机）。
火箭喷气发动机：自带氧化剂（如液氧），可在真空中工作（如航天火箭）。
空气喷气发动机，火箭喷气发动机。
适用环境：
空气喷气发动机：仅能在大气层内使用。
火箭喷气发动机：大气层内外均可使用。
燃料效率：
空气喷气发动机：燃料消耗较少（利用空气）。
火箭喷气发动机：燃料消耗极大（需携带氧化剂）。
核心区别：是否依赖外界空气。
③喷气发动机与内燃机有什么相似和不同？
④现代火箭的燃料和特点？
相似：均通过燃烧燃料产生动力。
不同：内燃机驱动活塞/曲轴，喷气发动机直接喷气推进；
喷气机需外部空气，火箭自带氧化剂。
燃料：液氢（+液氧）或煤油（+液氧）；固体燃料（如铝粉+高氯酸盐）。
特点：自带氧化剂，真空可用；能量高但燃烧时间短，需大容量储存。
喷 气 发 动 机 原理 能量转化 优点 分类
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，同时产生很大的反冲推力推动机身向前运动
化学能 内能 机械能
由于它不需要内燃机中的活塞、曲轴等传动装置，从而减少了能量损失，大大提高了机身的飞行速度
空气喷气发动机
火箭喷气发动机
只携带燃料，需要利用外界空气来助燃，飞行高度受限
自带燃料和氧化剂，不需要依靠外界空气来助燃，
飞行高度不受限
课堂练习
1.下列四幅图中，属于做功冲程的是 (　 )
C
2.关于柴油机与汽油机的区别，下列叙述错误的是（ ）
A.柴油机汽缸顶端有一个喷油嘴而没有火花塞
B.柴油机吸气冲程吸入汽缸中的是柴油和空气的混合物
C.柴油机的效率比汽油机的高
D.使用柴油机比汽油机经济，但是比较笨重
B
3.世界上很多发明都是受到生活现象的启发而萌生的创意，如蒸汽机和汽油机。它们在工作时，都是将燃料燃烧释放的　　 能转化为　　 能。如图所示的模拟实验中，图甲中是水蒸气驱动叶轮转动，图乙中是上升的热空气驱动叶轮转动，则图　　 是汽油机的工作原理图。
内
机械
乙
4.汽油机的四冲程示意图如图所示。将四个冲程按吸气、压缩、做功、排气的工作顺序排列起来是_____________________。汽油机每秒对外做功10次，则飞轮转速为________r/min.
丁、甲、丙、乙
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