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第4节　热机
重点：四冲程内燃机的构造和工作原理。
难点：热机中每个过程的能量转化。
教师准备：汽油机模型、柴油机模型、多媒体课件。
学生准备：搜集生活中应用热机的装置、图片和视频。
如图所示，在透明塑料盒的底部钻一个孔，把电子式火花发生器的放电针管紧紧地塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒中滴入数滴酒精，再将盒盖盖紧，然后按动电火花发生器的按钮。
现象：我们看到塑料盒盖飞出去了。
分析：在此过程中，酒精燃烧后的燃气对外做功，燃气的内能减少，转化为机械能，此实验可以得出怎样的结论？
结论：内能也可以转化为机械能。
知识点一　汽油机
【教材助学】
1．将由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________。
2．汽油机是利用燃烧来工作的。汽油机的主要结构有________、________、________、________、________、连杆和曲轴。
3．活塞在气缸内从一端运动到另一端叫作一个________，四冲程汽油机的工作过程由________、________、________和________四个冲程组成。汽油机的四个冲程中，只有________冲程中燃气对外做功，其他三个冲程都是依靠飞轮的________来完成。
【合作解疑】
任务一　认识内燃机
学生讨论：用酒精灯给试管中的水加热，由于燃料在试管外燃烧，热量损失较大，燃料的利用率较低。能不能把燃料移到内部去燃烧以获得更大的动力？
由此得到内燃机的定义：
内燃机：燃料在汽缸内燃烧的热机。
任务二　认识汽油机
学生阅读第20页汽油机的相关知识，回答下面的问题：
1．热机的分类。
最常见的内燃机，以汽油或柴油为燃料，分别叫作汽油机和柴油机。2.汽油机的定义。汽油机：用汽油作燃料的内燃机。
3．汽油机的构造。
进气门、排气门、火花塞、气缸、活塞、连杆、曲轴。
4．冲程。
活塞从气缸一端运动到另一端叫作一个冲程。
5．工作原理。
吸气冲程：内燃机的工作过程以一个循环为一个单元，一个循环又分为四个冲程。
开始工作前，活塞位于气缸上端，进、排气门均关闭工作，活塞由上向下运动，进气门打开，排气门仍关闭，由于缸内体积增大，压强减小，空气和汽油的混合气体被吸入气缸，这是第一个冲程。
压缩冲程：活塞运动到最下端，就开始转为向上运动。这时进气门、排气门都关闭，混合气体被强行压缩，使气体的温度升高，压强增大这是第二个冲程。
做功冲程：压缩结束时虽然温度较高，但未能达到燃料的燃点。在压缩冲程结束的瞬间，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体，高温高压燃气推动活塞由上向下运动，通过连杆带动曲轴转动，实现了内能向机械能的转化，这是第三个冲程。
排气冲程：做功冲程结束，活塞继续由下向上运动，进气门关闭，排气门打开，燃烧后的废气被活塞推出缸外，这是最后一个冲程。
此后，活塞又由上向下运动，从此进入下一轮循环。
6．能量转化。
汽车在开动前，是如何使内燃机起动的？
学生讨论回答：接通电源，开动“马达”，用手“摇车”。
教师总结：“马达”也好，“摇车”也好，都是为了给内燃机输入能量，通过外力先使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，消耗机械能来帮助内燃机完成吸气、压缩两个冲程，内燃机一旦开始做功，内能就会转化成曲轴的机械能，这时曲轴获得的机械能一部分用于做功，一部分通过飞轮(与曲轴相连的质量较大的轮子)保存起来。然后依靠飞轮的惯性再反过来向外输出带动曲轴转动，靠消耗飞轮的机械能完成排气以及下一循环的吸气、压缩。这样内燃机就可以连续工作下去了。
做功冲程燃气对活塞做功，内能转化为机械能。其余三个冲程靠消耗飞轮的机械能来完成。
【教师点拨】
汽油机的工作过程
进气阀
开关
排气阀
开关
活塞
运动
曲轴
运动
冲程
作用
能量的
转化
吸气
冲程
开
关
向下
半周
吸入汽油和空气的混合物
—
压缩
冲程
关
关
向上
半周
燃料混合物被压缩，温度升高，压强增大
机械能→内能
做功
冲程
关
关
向下
半周
燃烧产生的高温高压燃气推动活塞向下运动，通过连杆带动曲轴对外做功
内能→机械能
排气
冲程
关
开
向上
半周
排除废气
—
说明
一个工作循环中，有两次内能与机械能的转化：压缩冲程机械能转化为内能，做功冲程内能转化为机械能
知识点二　柴油机
【教材助学】
柴油机与汽油机在构造上的主要区别是柴油机汽缸顶部有一个________，
没有________。柴油机比汽油机笨重，但是柴油机的功率比汽油机________，效率________，柴油的价格比汽油便宜，因此柴油机多用在拖拉机等重型机械上。
【合作解疑】
教师提问：除了汽油机，常见的内燃机还有哪一类？
学生回答：
柴油机：用柴油做燃料的内燃机。
学生讨论：柴油机与汽油机有哪些共同的地方和不同之处？
学生回答：
【教师点拨】
柴油机和汽油机的区别：
汽油机
柴油机
构造不同
汽缸顶部有火花塞
汽缸顶部有喷油嘴
燃料不同
汽油
柴油
吸气
冲程
汽油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物
柴油机在吸气冲程中只吸入空气
点火
方式
不同
压缩冲程末，火花塞产生电火花点燃燃料，称为点燃式
压缩冲程末，喷油嘴向汽缸内喷出雾状柴油，遇到温度超过柴油燃点的空气而自动点燃，称为压燃式
效率
效率低20%～30%
效率高30%～45%
应用
自重轻便，主要用于汽车、飞机、摩托车等
机体笨重，主要用于载重汽车、火车、轮船等

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