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14.2 熱機
第十四章 內能的利用
授課教師： .
班 級： .
時 間： .
物理觀念 知道熱機的概念，初步了解熱機的工作原理；知道內燃機是熱機的一種；了解四沖程內燃機的構造及工作過程。
科學思維 知道內燃機各沖程的工作狀態和能量轉化；體會內能的利用對人類發展的重要作用。
科學探究 通過演示實驗了解可以利用內能做功；通過實物模型結合課堂活動，自主探究學習理解四沖程內燃機的基本結構和原理。
科學態度 與責任 通過演示實驗培養學生觀察和分析問題的能力；通過閱讀“科學世界——現代汽車”擴展學生的知識面。
學習目標
①了解熱機的概念、工作原理、種類。
①四沖程汽油機的基本工作原理。
②熱機在工作過程中的能量轉化。
②知道壓縮沖程和做功沖程中的能量轉化。
③汽油機和柴油機的主要區別。
教學重難點
現在的汽車能爬山能涉水力大無窮，請問他是如何做到的呢？
熱機
——各種利用內能做功的機械叫做熱機。
情景導入
現象：
① ;
② 。
瓶塞被沖出來
管口出現“白霧”
蒸汽機模型
基本展示了蒸汽機的工作原理
實驗中的能量轉化過程為：
① 酒精燃燒放出熱量，酒精的_______能轉化為水的 能；
② 水吸熱沸騰，產生大量水蒸氣，氣體膨脹對瓶塞做功，氣體的 能轉化為
瓶塞的 能 .
化學
內
內
機械
利用內能做功的機械
演示實驗
筆記：
1.定義：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。
2.工作原理：
熱機利用內能做功，將內能轉化為機械能。
3.種類：
蒸氣機、內燃機、汽輪機、噴氣發動機等。
熱機
1.如圖所示實驗，在橡膠塞受到水蒸氣的壓力而沖出的過程中，以下說法正確的是（　　）
A．試管口出現的“白霧”是氣體
B．水蒸氣對外做功，內能增加
C．水蒸氣對外做功，溫度升高
D．這個實驗基本展示了蒸汽機的工作原理
【解析】A．試管口出現的“白霧”是小液滴，即水蒸氣遇冷液化而成的小液滴，故A錯誤；BC．水蒸氣對外做功，內能轉化為機械能，內能減小，溫度降低，故BC錯誤；D．蒸汽機的工作原理，是把內能轉化為機械能.試管內水蒸氣的內能可以轉化為塞子的機械能，與做功沖程相同，故該實驗基本展示了蒸汽機的工作原理，故D正確。
D
練習1
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
汽油機以汽油為燃料
柴油機以柴油為燃料
一種內燃機的剖面圖
內燃機
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。
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
要使汽油機連續工作，活塞必須能在氣缸內往復運動。
①沖程：
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。
②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。
汽油機
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 。
· 汽油和空氣的混合物從進氣門進入 。
· 曲軸轉動： 圈。
打開
關閉
向下
汽缸
半
增大
減小
汽油機
【壓縮沖程】
· 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
汽油機
【做功沖程】
· 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
汽油機
【排氣沖程】
· 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
演示實驗
沖程名稱 進氣門 排氣門 活塞 運動 沖程的作用 能量轉化
吸氣沖程 開 閉 向下 吸入燃料和空氣的混合物
壓縮沖程 閉 閉 向上 壓縮燃料和空氣的混合物， 使其內能增大，溫度升高 機械能轉化為內能
做功沖程 閉 閉 向下 火花塞產生電火花，點燃燃料，高溫高壓的燃氣推動活塞做功，通過連桿、曲軸帶動飛輪轉動 內能轉化為機械能
排氣沖程 閉 開 向上 排出廢氣
4.汽油機四個沖程工作情況總結
汽油機
對外做功1次
飛輪轉動2周
活塞往復2次
有4個沖程
1個工作
循環
在這個四個沖程中，利用曲軸的慣性來完成的是吸氣、壓縮和排氣沖程。
5.汽油機一個工作循環情況總結
某四沖程汽油機,飛輪轉速1200轉/分,則該汽油機每秒做功_______次,有________個沖程，飛輪轉________周。
10
40
20
汽油機總結
筆記：
2.內燃機有四個工作沖程，如圖所示是內燃機的_______沖程，活塞上升時，汽缸內氣體的內能______（選填“減少”或“增加”），_______能轉化為________能。
【解析】從圖中可以看出進氣門和排氣門都是關閉的，活塞向上運動，所以是壓縮沖程。壓縮沖程活塞向上運動，壓縮氣體，使氣體的體積減小、溫度升高、機械能轉化為內能。
壓縮
增加
機械
內
練習2
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。
1.工作原理：
2.柴油機的構造
與汽油機大致相同，不同的是柴油機氣缸頂部沒有火花塞，而有一個噴油嘴。
3.柴油機的工作過程
柴油機的工作過程也分為吸氣、壓縮、做功、
排氣四個沖程。
柴油機
項目 汽油機 柴油機
構造 氣缸頂部有一個火花塞 氣缸頂部有一個噴油嘴
燃料 汽油 柴油
吸氣沖程 吸入汽油與空氣的混合物 只吸入空氣
壓縮沖程 壓縮程度較小 4----6 壓縮程度較大 15-----18
做功沖程 點燃式，內能轉化為機械能 壓燃式，內能轉化為機械能
排氣沖程 排出廢氣 特點與應用 輕巧、功率小；小汽車、摩托車等. 笨重、功率大；載重汽車、輪船等.
相同點 一個工作循環均有四個沖程組成，活塞往復運動兩次，曲軸轉動兩周，對外做功一次。壓縮沖程把機械能轉化為內能；做功沖程把內能轉化為機械能. 汽油機、柴油機的異同點
筆記：
3. 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（　　）
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
解：A、甲圖，進氣門打開，排氣門關閉，活塞向下運行，氣缸容積增大，是吸氣沖程，汽油機吸氣沖程，汽油和空氣的混合物進入汽缸，故A正確。
B、乙圖，兩氣門都關閉，活塞向上運行，氣缸容積減小，是壓縮沖程，將機械能轉化為了內能，故B錯誤。
C、丙圖，兩氣門都關閉，活塞向下運行，氣缸容積增大，是做功沖程，將內能轉化為了機械能，故C錯誤。
D、丁圖，排氣門打開，進氣門關閉，活塞向上運動，氣缸容積減小，是排氣沖程，此沖程沒有能量轉化，故D錯誤。故選：A。
A
練習3
4.柴油機與汽油機的區別，下列敘述錯誤的是（　　）
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
解：A、汽油機與柴油機的結構上不同：汽油機頂部是個火花塞，柴油機的頂部是和噴油嘴，故A項正確；
B、柴油機吸入氣缸的是空氣，汽油機吸入氣缸的是空氣和汽油的混合物，故B項說法錯誤；
C、由于柴油機和汽油機的結構和點燃方式不同，使得柴油機的效率比汽油機的效率高，此項說法正確；
D、柴油機比汽油機的效率高，但不如汽油機輕便，故此項說法正確；
故選：B。
B
練習4
現代汽車
汽車的動力系統
　　在現代生活中汽車已經成了不可缺少的一部分。
　　燃油汽車由發動機、底盤、車身和電氣設備四大部分組成。
　　發動機把燃料燃燒產生的內能變為機械能，再通過底盤上的傳動機構，將動力傳給車輪，使汽車行駛。電氣設備的作用主要是產生電火花以點燃氣缸中的可燃氣體、啟動發動機時用電機帶動飛輪旋轉、提供照明等 。
　　燃油汽車一般采用三缸、四缸或六缸等多缸發動機，每個氣缸都進行四沖程循環，由于各個氣缸交替
做功，所以發動機運轉比較平穩 。
科學世界
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
課堂總結
5. （2021 百色）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（　　）
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
解：A、用酒精燈加熱水的過程中，水從酒精燈火焰吸收熱量，是通過熱傳遞的方式使水的內能增加的，故A錯誤；
BCD、木塞沖出試管口時，水蒸氣對木塞做功，水蒸氣的內能轉化為木塞的機械能，水蒸氣的內能減少，同汽油機的做功沖程原理，故BD錯誤，C正確。故選：C。
點評：本題考查了做功與熱傳遞，以及有關熱機的知識，難度不大。
練習5
6. （2024秋 豐南區期中）關于汽油機，下列說法正確的是（　　）
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
解：A、汽油機的壓縮沖程中，機械能轉化為內能，氣缸內的工作物質內能增大；故A錯誤；
B、汽油機在做功沖程用來做功的能量，主要是來自高溫高壓的燃氣產生的能量；故B錯誤；
C、因為水的比熱容較大，相同質量的水和其它物質比較，升高相同的溫度，水吸收的熱量多，所以發動機中用水做冷卻劑冷卻效果最好；故C正確；
D、柴油機的效率比汽油機高，是因為柴油機用來做有用功的能量占燃料完全燃燒釋放的總能量的比值大，與燃料本身的熱值無關，故D錯誤。故選：C。
點評：本題考查了我們對比熱容、熱機的效率、熱機工作中各沖程的特點的理解與判斷。
練習6
1.基礎性作業：完成課件中的課堂練習。
2.拓展性作業：查閱資料，了解汽車驅動裝置的發展。
自汽車誕生以來，其動力裝置有：電動機、蒸汽機、汽油機、柴油機、噴氣機等。
思路指導
　　1834年，美國制造出第一輛直流電機驅動電動車。1881年，世界上第一輛鉛酸電池三輪電動汽車誕生。
　　1920-1990階段：隨著石油的開發和內燃機技術提高，市場逐步被內燃機驅動的汽車所取代，電動汽車發展開始停滯不前。汽油機和柴油機驅動的汽車相繼出現。
　　1990-至今：隨著石油資源減少、大氣環境污染，讓人們重新開始關注電動汽車。
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