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第十章 机械能、内能及其转化
第四节 热机
1.知道热机的概念，知道内燃机是热机的一种。
2.了解四冲程汽油机和柴油机的构造。
3.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。
【重点】汽油机的工作原理及能的转化过程。
【难点】内燃机的工作原理。
一、新课导入
[课件展示]
飞驰的汽车 高速的列车
飞行的客机 航行的舰船
[提出问题]汽车、列车、客机、舰船等在各自领域大显神威，它们是如何获得机械能的呢？
二、新知探究
（一）热机
[演示实验]在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，用酒精灯将水加热，观察现象。
[提出问题]你看到了什么现象？该过程中涉及到哪些形式的能量之间的转化和转移？
[现象分析]酒精燃烧时化学能转化为内能，传递给水，使水的内能增大，温度升高，产生大量水蒸气，水蒸气把塞子冲出去，水蒸气的内能转化为塞子的机械能。
[总结说明]这个演示实验说明内能可以做功。
教师总结出热机的定义。
[板书]热机：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。
课件展示热机的种类及应用，加深学生对热机的认识和理解，热机的种类有很多，如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。热机的发明和使用，对人类社会的发展起到了重要作用。内燃机是现代热机中最常见的交通工具，下面我们来重点了解一下内燃机。
[板书]
1.内燃机：燃料在机器内部燃烧把内能转化为机械能的热机。
2.内燃机分为汽油机和柴油机两大类。
（二）汽油机
[课件展示]四冲程汽油机的剖面图。
1.汽油机的构造：汽缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞，下部有活塞，活塞用连杆跟曲轴
相连。
2.工作原理：汽油在汽缸里面燃烧时生成高温高压的燃气，推动活塞做功。活塞移动带动曲轴转动。
[提出问题]汽油机是怎样实现连续工作的？
[播放视频]课件播放汽油机的工作原理。
[介绍说明并板书]四冲程汽油机通过活塞在汽缸内往复运动，实现连续工作。
[板书]
1.冲程：活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。
2.工作过程：汽油机通过吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作。
[课件展示]汽油机的工作示意图：汽油机的一个工作循环有四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
[师生讨论]根据工作示意图分析各冲程，并讨论：
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？
答：压缩冲程：机械能转化为内能；做功冲程：内能转化为机械能。
2.哪个冲程使汽车获得动力？
答：做功冲程。
3.哪个冲程排出了汽车的废气？
答：排气冲程。
[课件展示]总结汽油机的一个工作循环，并课件
展示：
1.汽油机一个工作循环包括吸气、压缩、做功和排
气四冲程，活塞往复2次，曲轴转动2圈，与曲
轴相连的飞轮也转2圈，做功1次，有2次能量
转化。
2.汽油机工作的四个冲程中，只有做功冲程燃气对
外做功，其他三个冲程都是辅助冲程，要靠安装
在曲轴上的飞轮的惯性来完成。
3.四个冲程比对：
工作过程 进气门 排气门 活塞运动方向 说明
一个循环 吸气冲程 打开 关闭 向下 把汽油和空气混合物吸入汽缸
压缩冲程 关闭 关闭 向上 能量转化：机械能转化为内能
做功冲程 关闭 关闭 向下 能量转化：内能转化为机械能
排气冲程 关闭 打开 向上 把废气排出汽缸
（三）柴油机
[课件展示]柴油机的工作过程。
[工作循环介绍]柴油机结构和汽油机相似，一个工作循环也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。它们的主要区别是：柴油机通过压缩空气直接点燃柴油。柴油机的汽缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。吸气冲程吸入物质也只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来。
[总结板书]汽油机和柴油机的异同及应用：
项目 汽油机 柴油机
相同点 都是内燃机，一个工作循环包 含四个冲程
不同点 构造 火花塞 喷油嘴
燃料 汽油 柴油
吸气冲程 吸入汽油和空气的混合物 吸入空气
压缩冲程 压缩程度较 小 压缩程度较大
做功冲程 （点火方式） 点燃式 压燃式
特点 轻巧、效率较 低 笨重、效率较高
用途 汽车、飞机和小型农业机 械等 载重汽车、拖拉机、坦克、轮船 等
（四）火箭
1.火箭的结构：液体燃料火箭喷气发动机主要由：燃料箱、氧化剂箱、输送装置、燃烧室和喷口组成。
2.液体燃料火箭的工作原理：输送装置按时按量地把燃料和氧化剂输送到燃烧室中，经过电火花点燃，进入燃烧室的燃料和氧化剂可以自行燃烧。燃烧产生的气体以很大的速度从喷口喷出，同时对火箭产生强大的反冲推力，使火箭前进。
三、课堂小结
1.热机
（1）热机：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。
（2）内燃机：燃料在机器内部燃烧把内能转化为
机械能的热机。
（3）内燃机的分类：汽油机和柴油。
2.汽油机
（1）汽油机的结构。
（2）汽油机的四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、
做功冲程、排气冲程。
（3）能量转化：①压缩冲程：机械能转化为内能；②做功冲程：内能转化为机械能。
（4）汽油机的应用。
3.柴油机
（1）柴油机的结构、冲程、能量转化及与汽油机
的异同。
（2）柴油机的应用。
4.火箭
（1）火箭的结构：液体燃料火箭喷气发动机主要由：燃料箱、氧化剂箱、输送装置、燃烧室和喷口组成。
（2）火箭的工作原理。
四、课堂训练
1.热机是利用内能工作的机器。四冲程汽油机在工作过程中，获得动力的过程是在 做功 冲程中发生的，获得动力时把 内 能转化为 机械 能。
2.柴油机和汽油机在构造上有什么不同？在点火方式上又有什么不同？
答：汽油机汽缸顶部有火花塞；柴油机汽缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。汽油机点火方式是点燃式；柴油机是压燃式。
3.如图所示为四冲程汽油机工作过程中的一个状态，由图可知此时它正处于 压缩 冲程，该冲程将 内 能转化为 机械 能。若该汽油机飞轮的转速是3600转/分，则汽油机每秒对外做功 30 次。
4.据报道，有人提出了一个奇妙的发明——“六冲程引擎”。这种引擎在完成四冲程工作后，会把水注入汽缸，使水瞬间变成水蒸气，从而带动活塞运动，产生第五冲程，为汽车提供动力。第六冲程是让水蒸气进入冷凝器，变成可再次注入汽缸的水。其中第五冲程相当于四冲程汽油机的哪个冲程？在第六冲程中发生了什么物态变化？请你指出该“六冲程引擎”的优点。
答：做功冲程，第六冲程中发生液化现象。
六冲程发动机利用了部分散发的热能去制造蒸汽，以回收部分本来会损失的能量，从而提高了能量利用率。
五、布置作业
本节课要通过四冲程内燃机工作原理的学习,使学生理解内燃机的主要构造,大致理解内燃机工作时,能量的转化与转移情况,理解内燃机的开展对人类进步起到的作用及对环境的影响。

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