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第十四章 內能的利用
第2節 熱機
18世紀第一輛汽車，速度還沒有馬車跑得快，而目前最快汽車的速度已經超過了聲速。飛馳的汽車是如何獲得機械能的呢？
發動機
演示不同形式能量之間的轉化
在試管內裝些水，用橡膠塞塞住管口，將水加熱一段時間，觀察現象。 討論這個過程中不同形式能量之間轉化的情況。
實驗現象：
能量轉化：
分析現象：
觀察到橡膠塞突然被推出
燃料燃燒產生的熱量傳給水和水蒸氣，塞子受到水蒸氣壓力而沖出去。
內能轉化為機械能
蒸汽機的工作原理
通過長期的經驗積累，人們發現內能可以做功，由此制造了各種利用內能做功的機械——熱機。
1.工作原理：
2.種類：
熱機利用內能做功，將內能轉化為機械能。
蒸氣機、內燃機、汽輪機、噴氣發動機等。
3.內燃機
①定義：燃料直接在發動機氣缸內燃燒產生動力的熱機，叫作內燃機。
內燃機是現代社會中最常見的一種熱機。
②分類：汽油機和柴油機
一種內燃機的剖面圖
利用汽油在汽缸內燃燒，生成高溫高壓的燃氣,燃氣推動活塞做功。
1.工作原理
2.汽油機的構造
由氣缸、火花塞、進氣門、排氣門、活塞、曲軸、連桿等組成。
化學能轉化為內能
內能轉化為機械能
四沖程汽油機剖面圖
3.汽油機的工作過程
①沖程：
要使汽油機連續工作，活塞必須能在氣缸內往復運動。
②工作循環：
活塞在氣缸內往復運動時，從氣缸的一端運動到另一端的過程，叫作一個沖程。
多數汽油機是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程的不斷循環來保證連續工作的。
③汽油機的工作過程分析
【吸氣沖程】
· 進氣門 ，排氣門 。
· 活塞 運動。
· 汽缸內氣體的體積 ，氣壓 。
· 從進氣門進入 。
· 曲軸轉動： 圈。
打開
關閉
向下
汽缸
半
增大
減小
汽油和空氣的混合物
· 進氣門 ，排氣門 。
· 活塞 運動。
· 汽缸內氣體的體積 ，溫度 。
· 活塞的 能轉化為燃料混合物的 能。
· 曲軸轉動： 圈。
關閉
關閉
向上
機械
半
壓縮
升高
內
③汽油機的工作過程分析
【壓縮沖程】
· 進氣門 ，排氣門 。
· 火花塞產生電火花點燃燃料，使燃料猛烈燃燒，產生高溫高壓的燃氣。
· 燃氣推動活塞 運動，帶動曲軸轉動，對外做功。
· 燃氣的 能轉化為活塞的 能。
· 曲軸轉動： 圈。
關閉
關閉
向下
內
機械
半
③汽油機的工作過程分析
【壓縮沖程】
· 進氣門 ，排氣門 。
· 活塞 運動，將廢氣排出汽缸。
· 由于安裝在曲軸上的飛輪轉動具有的動能，可以帶動活塞繼續運動，再次進入到吸氣沖程，這樣汽油機就實現了連續工作。
· 曲軸轉動： 圈。
打開
關閉
半
向上
③汽油機的工作過程分析
【排氣沖程】
1. 在四個沖程中，壓縮沖程和做功沖程各發生了怎樣的能量轉化？
壓縮沖程：
做功沖程：
3. 哪個沖程排出了氣缸的廢氣？
2. 哪個沖程使汽車獲得動力？
機械能轉化為內能
內能轉化為機械能
做功沖程
排氣沖程
【歸納總結】
1.汽油機一個工作循環由 、 、 、 四個沖程組成。
2.一工作循環中，活塞往復運動 次，曲軸轉動 周，對外做功 次。
3.只有 燃氣推動活塞做功，其他三個沖程靠飛輪轉動的 來完成。
做功沖程
吸氣
壓縮
做功
排氣
2
2
1
動能
1.通過壓縮空氣直接點燃柴油，因此柴油機氣缸頂部沒有火花塞，而有一個噴油嘴。
2.柴油機的工作過程也分為吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程。
吸氣沖程
吸進氣缸的
只有空氣
壓縮沖程
活塞把空氣的體積壓縮得很小，空氣溫度升高，溫度超過柴油燃點，從噴油嘴噴出的霧狀柴油遇到熱空氣便立刻燃燒起來。
做功沖程
燃燒放出的熱使得氣體的溫度急劇升高 、壓強急劇增大 ，從而推動活塞對外做功。
做功沖程
把廢氣排出氣缸。
項目
汽油機
柴油機
燃料
構造
吸氣沖程
點火方式
效 率
主要應用
汽油
汽缸頂部有火花塞
吸入汽油和空氣的混合物
點燃式點火
26%-40%
小汽車、低速飛機等
柴油
汽缸頂部有噴油嘴
只吸入空氣
壓燃式點火
34%-45%
載重汽車、火車等
汽油機和柴油機的區別
1.如圖，某一臺單缸四沖程汽油機的工作示意圖，下列說法正確的是（　?。?br/>A．甲圖沖程汽油和空氣的混合物進入汽缸
B．乙圖沖程能獲得動力
C．丙圖沖程有明顯機械能轉化為內能的過程
D．丁圖沖程存在內能轉化為機械能的過程
A
2.柴油機與汽油機的區別，下列敘述錯誤的是（　?。?br/>A.構造，柴油機汽缸頂端有一個噴油嘴而沒有火花塞
B.柴油機吸氣沖程中吸入汽缸中的是柴油和空氣的混合物
C.柴油機效率比汽油機高
D.使用柴油機比汽油機經濟，但是比較笨重
B
3. 用酒精燈給試管內的水加熱至一定程度，發現在試管口的木塞被沖出，如圖所示。下列描述正確的是（　?。?br/>A．試管中的水是靠做功的方式增加內能的
B．水蒸氣對木塞做功，把機械能轉化為內能
C．水蒸氣對木塞做功，與汽油機做功沖程的原理相同
D．水蒸氣對木塞做功，水蒸氣內能增加
C
4. 關于汽油機，下列說法正確的是（　?。?br/>A．汽油機工作時，在壓縮沖程，氣缸內的工作物質內能減小
B.汽油機在做功沖程用來做功的能量，主要是來自于壓縮沖程中壓縮氣體產生的內能
C．用來冷卻汽車的發動機，水的冷卻效果比冰塊更好
D．柴油機的效率比汽油機高，是因為柴油的熱值比汽油的熱值大
C
6.如圖所示是某單缸四沖程汽油機的__________沖程；若該汽油機每秒鐘對外做功次，那么該汽油機飛輪的轉速為__________。
5.如圖甲所示，在空氣壓縮引火儀的玻璃筒底部放一小團干燥的棉花，快速壓下活塞，可觀察到棉花著火燃燒。此過程與四沖程汽油機的 沖程能量轉化相同；如乙圖所示的是汽油機的 沖程，若飛輪的轉速為，在內，汽油機做功 次。
壓縮
排氣
15
壓縮
3000
熱機
熱機
定義：把內能轉化為機械能的機器叫熱機。
制造原理：利用內能做功，將內能轉化為機械能。
工作原理：
種類：蒸氣機、內燃機、汽輪機、噴氣發動機等。
內燃機
內燃機是現代社會中最常見的一種熱機。
分類：汽油機和柴油機
定義：燃料直接在發動機氣缸內燃燒產生動力的熱機。
汽油機
利用汽油在汽缸內燃燒，生成高溫高壓的燃氣，燃氣推動活塞做功。
汽油機的構造
工作過程：
吸氣、壓縮、做功、排氣沖程
工作原理：
柴油機
通過壓縮空氣直接點燃柴油，生成高溫高壓的燃氣，推動活塞做功。
柴油機的構造
工作過程：
吸氣、壓縮、做功、排氣沖程
1.完成動手動腦學物理；
2.完成同步練習冊；

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