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第三節 熱機
第十四章 內能與熱機
1. 通過觀察、分析內能轉化為機械能的實驗，知道熱機的概念，初步了解其工作原理。
2．借助于模型、掛圖和動畫視頻，了解汽油機和柴油機的構造和工作過程。利用對比的方法來認識這兩種內燃機的異同點。
3.知道內燃機各沖程的工作狀態和能量轉化。
學 習 目 標
鐮刀
聯合收割機
馬車
小轎車
木帆
遠洋巨輪
哪些是熱機？有什么共同的特點？
收割機
小轎車
巨輪
它們都安裝有熱機
新 課 引 入
【思考】
A. 酒精燃燒時，燃料的化學能轉化為內能，內能以熱傳遞的方式傳給水和水蒸氣；
B.水蒸氣對活塞做功，水蒸氣的內能轉化成活塞的機械能，從而使活塞獲得了動力。
把燃料燃燒時釋放的內能轉化為機械能的裝置稱為熱機。
【總結】
討論這個過程中不同形式的能量之間轉化的情況。
【活動】
如圖所示，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。
一、熱機
新 課 講 解
燃氣
廢氣
熱機種類
蒸汽機
內燃機
汽輪機
在生產生活中，常見的熱機有哪些？
燃料的化學能
內能
燃燒
做功
機械能
熱機的共同特點（能的轉化）
第一臺蒸汽機
世界上第一臺蒸汽機是由古希臘數學家希羅于公元1 世紀發明的汽轉球，但它只不過是一個玩具而已。
瓦特在前人的啟迪下，對蒸汽機作出一系列重大改進，在工業上得到廣泛應用。他開辟了人類利用能源的新時代，標志著工業革命的開始。
內燃機
1.燃料直接在發動機氣缸內燃燒產生動力的熱機，叫做內燃機。
2.內燃機分為汽油機和柴油機兩大類，它們分別用汽油和柴油作為燃料。
內燃機的剖面圖
二、汽油機
燃氣內能的轉化
【實驗過程】如圖所示，在圓筒內加入適量酒精，用橡膠塞塞緊筒口，筒內形成酒精蒸氣和空氣的混合氣體，用電火花點火。
【實驗分析】酒精燃燒產生的燃氣對外做功，燃氣的內能減少，轉化為橡膠塞的機械能。
【實驗結論】熱機工作時燃料產生的燃氣對外做功，將內能轉化為機械能。
利用汽油在氣缸內燃燒產生高溫高壓的燃氣來推動活塞做功的內燃機
1. 汽油機的構造及作用
火花塞
氣缸
汽油在氣缸的頂部燃燒而產生高溫、高壓燃氣
進氣道
汽油和空氣形成的燃料混合物的進口
活塞
在氣缸內，高溫、高壓燃氣推動活塞做功，將燃氣的內能轉化為機械能
連桿
連桿跟活塞相連
排氣道
燃料燃燒后廢氣的出口
曲軸
旋轉的曲軸通過連桿帶動活塞
進氣閥
排氣閥
2.汽油機的工作原理
汽油機工作時，活塞在氣缸里做往復運動，活塞從氣缸的一端運動到另一端的過程叫做一個沖程。
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。
吸氣沖程
壓縮沖程
做功沖程
排氣沖程
一個循環
吸氣沖程
進氣閥開啟，排氣閥關閉。活塞由上部向下運動，空氣和汽油的混合氣體通過進氣道進入缸內。
壓縮沖程
進氣閥和排氣閥都關閉，活塞向上運動，缸內混合氣體被壓縮，機械能轉化為內能，內能增加，溫度升高，壓強增大。
做功沖程
壓縮沖程結束后做功沖程開始時，火花塞產生電火花，缸內氣體爆發性燃燒，產生高溫高壓的燃氣，推動活塞向下運動，并通過連桿帶動曲軸轉動，內能轉化為機械能。
排氣沖程
進氣閥關閉，排氣閥打開，活塞向上運動，把廢氣排出氣缸。
1.在四個沖程中，哪些沖程發生了能量的轉化？
2.哪個沖程使汽車獲得了動力？
3.哪個沖程排出了汽車的尾氣？
吸氣
壓縮
做功
排氣
機械能轉化為內能
內能轉化為機械能
獲得動力
排出尾氣
得出結論：
在壓縮沖程，活塞的機械能轉化為燃料混合物的內能；做功沖程燃氣對活塞做功，內能轉化為機械能。
做功沖程使汽車獲得動力，其余三個沖程依靠曲軸的慣性來完成。
想一想
_____沖程 _____沖程 _____沖程 _____沖程
進氣閥
排氣閥
活塞運動方向
能量轉化
吸氣
壓縮
做功
排氣
開
閉
閉
閉
閉
閉
閉
開
向上
向下
向上
向下
機械能轉化為內能
內能轉化為機械能
總 結
3.汽油機的啟動
內燃機不能自行啟動。開始運轉時，要靠外力使曲軸轉動起來，由曲軸通過連桿帶動活塞運動，以后內燃機才能自己工作。
一個工作循環有四個沖程:
吸氣、
壓縮、
做功、
排氣
活塞往復 次，曲軸轉動 周，對外做功 次。
兩
兩
一
例題：一臺柴油機曲軸的轉速為2400r/min,則在1s內，柴油機完成 個沖程，對外做功的次數是 次。
80
20
三、柴油機
進氣門
活塞
連桿
排氣門
氣缸
曲軸
噴油嘴
1.柴油機構造
利用柴油在氣缸內燃燒產生高溫高壓的燃氣來推動活塞做功的內燃機
火花塞
注意區分
吸氣沖程
壓縮沖程
做功沖程
排氣沖程
一個循環
2.柴油機工作原理
空氣
吸氣沖程
進氣門打開，排氣門關閉。活塞由上部向下運動，將空氣吸進氣缸。
壓縮沖程
進氣門和排氣門都關閉，活塞向上運動，活塞把空氣壓縮得體積很小，機械能轉化為內能，內能增加，溫度升高，空氣的壓強很大。在壓縮沖程末，氣缸內空氣溫度已超過柴油的著火點。
做功沖程
在壓縮沖程末，從噴油嘴噴出的霧狀柴油遇到熱空氣立即猛烈燃燒，產生高溫高壓的燃氣，推動活塞向下運動，并通過連桿帶動曲軸轉動，內能轉化為機械能。
燃燒后的廢氣
排氣沖程
進氣門關閉，排氣門打開，活塞向上運動，把廢氣排出氣缸。
種類 汽油機 柴油機
不同點 燃料 汽油 柴油
結構 火花塞 噴油嘴
吸氣沖程 吸入的是汽油和空氣的混合氣體 吸入的是空氣
壓縮沖程 氣壓、溫度相對較低 氣壓、溫度相對較高
點火方式 點燃式 壓燃式
相同點 工作循環 都有四個沖程
能量轉化 （1）壓縮沖程：機械能轉化成內能 （2）做功沖程：內能轉化成機械能
活塞、曲軸運動 每一個工作循環，活塞往復兩次， 曲軸轉動兩周，對外做功一次
優缺點 汽油機比柴油機輕巧，柴油機比汽油機效率高 但兩者都帶來了廢氣和噪聲污染
汽油機和柴油機的異同
想一想
汽油機比較輕巧，常用在汽車、飛機和小型農業機械上面。
1.汽油機的應用
2.柴油機的應用
柴油比較便宜，但柴油機比較笨重，主要用在載重汽車、拖拉機、坦克上面。
歷史：走馬燈在北宋時期已較為常見 。據《武林舊事》等古籍記載，在當時的京城臨安（今杭州），每逢元宵節等重大節日，民間就有制作走馬燈來增添節日氛圍的習俗。南宋到元明時期，走馬燈的制作工藝逐漸成熟和豐富。不僅在結構上更加精巧，能展現出更復雜的動態畫面，而且在裝飾和題材上也更加多樣化，從簡單的人物、動物圖案，發展到描繪歷史故事、神話傳說等 。
工作原理：基于熱空氣對流與力的作用。燃料燃燒加熱空氣，熱空氣密度變小上升，流動的熱空氣推動葉輪（連帶著畫面）轉動 ，實現光影動態效果。過程涉及熱傳遞（燃料燃燒產生的內能傳遞給空氣 ）、機械能轉移（熱空氣的動能轉移給葉輪 ）、能量轉化（內能轉化為機械能）。
學科綜合
調研并制作神奇“走馬燈”
課 堂 小 結
熱機
概念：把燃料燃燒時釋放的內能轉化為機械能的裝置
分類：蒸汽機、內燃機、氣輪機、噴氣發動機、火箭發動機等
內燃機
汽油機
柴油機
構造：氣缸、活塞、連桿和曲軸、進氣閥、排氣閥、火花塞
工作過程：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程
構造：氣缸、活塞、連桿和曲軸、進氣門、排氣門、噴油嘴
工作過程：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程
1.內燃機在做功沖程中，高溫氣體迅速膨脹而做功，此過程中氣體的溫度、內能、壓強的變化的情況是（ ）
A．溫度升高，內能增大，壓強增大
B．溫度升高，內能增大，壓強減小
C．溫度降低，內能減小，壓強減小
D．溫度降低，內能減小，壓強增大
C
當 堂 檢 測
2.如圖為四沖程汽油機工作過程的示意圖。其中表示做功沖程的是（　 ）
A
3.將如圖所示試管里的水加熱一段時間后，塞在管口的橡皮塞會沖出去，汽油機的四個沖程中與此現象的能量轉化情況相同的是（ ）
A．吸氣沖程
B．壓縮沖程
C．做功沖程
D．排氣沖程
C
5.汽油機的工作過程中，將機械能轉化為內能的是______沖程。一臺單缸四沖程汽油機，曲軸轉速是1200r/min，該汽油機每秒鐘內做功______次，活塞往復______次，完成______個沖程。
壓縮
10
20
40
4.關于汽油機和柴油機，下列說法正確的是（ ）
A．汽油機氣缸頂部有噴油嘴，柴油機氣缸頂部有火花塞
B．柴油機吸入的是柴油和空氣的混合物，汽油機吸入的是空氣
C．汽油機在做功沖程中，進氣閥關閉，排氣閥打開
D．汽油機在做功沖程中，是把內能轉化為機械能
D
6.熱機是把內能轉化為_____能的裝置。如圖是某內燃機的構造示意圖，則該內燃機為_______（選填“汽油機”或“柴油機”），此時為______沖程。
機械
柴油機
壓縮
再見

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