第十四章 内能的利用
第1节 热机
【目标】
1.知道热机中能量的转化。
2.知道四冲程内燃机的构造和工作原理。
3.了解汽油机和柴油机的主要区别。
【重点】
汽油机各冲程的能量转化。
【难点】
汽油机各冲程的工作状态和能量转化。
【自学反馈】 1.热机是指把燃料燃烧时释放的__________转变为_________的装置。热机应用历史上从蒸汽机到内燃机，内燃机有________及________等。
2.内燃机：燃料直接在发动机________燃烧产生动力的热机。最常见的内燃机，以汽油或柴油为燃料，分别叫作______和_______。
3.汽油机和柴油机的主要区分：
不同点 汽油机 柴油机
构造
燃料
吸气冲程吸进的物质
压缩冲程末汽缸内的温度
点火方式
做功冲程燃气的压强
优缺点
应用
相同点 都有 、 、 、 、 、 都分为 、 、 、 四个冲程
知识点一、热机
如图所示，在试管内装些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气会把木塞冲开。燃料在燃烧时将化学能转化为水的内能；当水蒸气会把木塞冲开时将水的内能转化为瓶塞的机械能。
把内能转化为机械能的机器叫热机，热机种类很多，有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机、火箭等。
【典例】以下机械属于热机的是（ ）
A. 喷气发动机 B. 杠杆 C.滑轮组 D. 洗衣机
【变式练习】下列机械中不属于热机的是（ ）
A. 瓦特发明的蒸汽机 B.摩托车的发动机
C.电动汽车上的电动机 D.发射卫星的火箭
知识点二、内燃机
内燃机：燃料直接在气缸内燃烧的热机。最常见的内燃机，以汽油或柴油为燃料，分别叫做汽油机和柴油机。
1. 汽油机
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。
此后，活塞又由上向下运动，从此进入下一轮循环。在一个工作循环中有四个冲程，活塞往复两次，曲轴转两周，对外做一次功。
能的转化：在做功冲程燃气对活塞做功，内能转化为机械能。在压缩冲程，活塞对燃气做功，机械能转化为内能。
汽油机工作时，只有在做功冲程中，活塞靠燃气推动的，其它三个冲程中，活塞的运行靠飞轮的惯性来完成。
【典例】汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分，现代汽车多数采用汽油机作为发动机，如图是四冲程汽油机的工作循环示意图，下列说法中正确的是（ ）
A．甲冲程是把机械能转化为内能
B．乙冲程是把内能转化为机械能
C．丙冲程是把机械能转化为内能
D．丁冲程是把内能转化为机械能
【变式1】我们知道：多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来连续工作的．关于压缩冲程的作用，下列说法正确的是 （ ）
A．将废气排出缸外 B．完成对外做功
C．吸进汽油和空气的混合物 D．压缩燃料和空气的混合物
【变式2】汽油机的一个工作循环的由四个冲程组成，其中在压缩冲程中，气体的温度声高，是通过______方式增加内能的，在压缩冲程结束时，火花塞产生点火花，是燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞做功，为了降低汽缸体的温度，汽缸外有一个水箱体，是汽缸被水包围，这是通过______的方式减少汽缸体的内能的，用水包围汽缸是因为水的______________。
2.柴油机
柴油机与汽油机的区别：
（1）柴油机与汽油机的相同点：都是内燃机；一个工作循环都要经历四个冲程。
（2）柴油机与汽油机的不同点：①构造方面：柴油机没有火花塞，而在相应位置上安装的是喷油嘴。 ②柴油机吸入的是空气，汽油机吸入的是汽油和空气。③柴油机是压燃式，汽油机是点燃式。④柴油机对气体的压缩程度比汽油机大，柴油机压缩冲程的气体压强大于汽油机压强，因此柴油机更笨重。
【典例】关于四冲程汽油机的工作过程有以下几种说法（ ）
①在做功冲程中，是机械能转化为内能 ②在做功冲程中，是内能转化为机械能
③只有做功冲程是燃气对外做功 ④汽油机和柴油机的点火方式相同
以上说法中正确的是
A．只有②③ B．只有①③
C．只有②④ D．只有①④
【变式1】在内燃机工作的四个冲程中，发生内能和机械能相互转化的是（ ）
A 、吸气冲程和压缩冲程 B、 压缩冲程和做功冲程
C 、做功冲程和排气冲程 D、 排气冲程和吸气冲程
【变式2】柴油机和汽油机在一个工作循环中的四个冲程完全相同的冲程是（ ）
A.吸气和压缩 B.压缩和排气 C.吸气、压缩、排气 D.排气
【变式3】某汽油机工作过程有吸气、压缩、做功和排气四个冲程。如图是 冲程，在这个冲程中 能转化为 能。若该汽油机的飞轮转速是4800r/min,则汽油机每秒内做功 次。
【变式4】美国《大众科学》杂志评出年度奇思妙想十大发明，其中最引人注意的是“六冲程引擎”，这种引擎在完成四冲程工作后，会把水注入气缸，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，变成可再次注入气缸的水。其中第五冲程相当于四冲程内燃机的_________冲程，请你指出该“六冲程引擎”的一个优点：__________________。(共24张PPT)
第十四章 内能的利用
14.1 热机
看一看想一想：
如图所示，在试管内装些水，用橡皮塞塞住，加热使水沸腾，会看到什么现象？
在这一过程中能量如何转化呢？
由实验得到了以下结论：
1、酒精燃烧的化学能转化为水和水蒸汽的内能；
2、水蒸汽对活塞做功，又将内能转化成机械能，从而使活塞获得了动力。
热机：煤炭、汽油和柴油等燃料燃烧时，将储存的化学能转化为蒸汽或燃气的内能，各种将蒸汽或燃气的内能转化为机械能的发动机称为热机。
一、热机
热机：蒸气机 、内燃机、喷气发动机、汽轮机火箭等。
蒸汽机车
蒸汽机车
喷气发动机
火箭发动机
火电站的汽轮机
内燃机：
燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力 的热机。
常见的内燃机： 汽油机、柴油机
使用汽油作为燃料的叫汽油机。
使用柴油作为燃料的叫柴油机。
二、内燃机
三、汽油机
1．构造
火花塞
气缸
进气门
活塞
连杆
排气门
曲轴
主体是气缸，它的顶部有进气门和排气门，顶部有火花塞，下部有活塞，它通过连杆与 曲轴 相连，它的移动通过连杆带动曲轴转动。
2．工作过程
第1冲程：吸气冲程
汽油和空气
进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。
三、汽油机
第2冲程：压缩冲程
进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高。
机械能转化为内能。
2．工作过程
三、汽油机
第3冲程：做功冲程
在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。
内能转化为机械能。
2．工作过程
三、汽油机
第4冲程：排气冲程
进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
燃烧后的废气
2．工作过程
三、汽油机
汽油机工作原理
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
燃料在汽缸中燃烧时，，将存储的化学能转变为高温高压的燃气（蒸汽）的内能，又通过燃气（蒸汽）推动活塞做功，由内能转变为机械能。
1．结构
喷油嘴
进气门
活塞
连杆
排气门
气缸
曲轴
四、柴油机
空气
进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，将空气吸进气缸。
2．工作过程
第1冲程：吸气冲程
四、柴油机
进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气压缩得很小，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点。
2．工作过程
第2冲程：压缩冲程
四、柴油机
在压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。
2．工作过程
第3冲程：做功冲程
四、柴油机
燃烧后的废气
进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
2．工作过程
第4冲程：排气冲程
四、柴油机
吸气
压缩
做功
排气
内燃机的
冲程和工作循环
▲汽油机一个工作循环包括4冲程，活塞往复2次，曲轴转动2圈，做功1次。有2次能量转化。
▲四冲程汽油机的四个冲程，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程都是辅助冲程，活塞要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来保持运动。
▲热机是把内能转化为机械能的机器，在压缩冲程中曲轴连杆的机械能转化为气体的内能，在做功冲程中内能转化为机械能。
▲汽油机实际工作时，是靠外力使曲轴和飞轮先转动起来，带动活塞运动后汽油机才自己工作。
五、柴油机和汽油机的异同
（1）构造：汽油机气缸顶部有火花塞;柴油机气缸顶部有喷油嘴。
（2）燃料：汽油机是汽油;柴油机是柴油。
（3）吸气：汽油机吸进汽油和空气的混合气体；柴油机只吸进空气。
（4）点火：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。
1．不同点
五、柴油机和汽油机的异同
2．相同点
（1）都是燃料在汽缸中燃烧。
（2）都是将内能转化为机械能的机器。
（3）都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，曲轴和飞轮转动两周，活塞往复两次，对外做功一次。
（4）都是先靠外力使飞轮和曲轴转动起来，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。
（5）排气冲程排出废气相同。
汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞机和小型农业机械上面。
(1)汽油机的应用
(2)柴油机的应用
柴油比较便宜，但柴油机比较笨重，主要用在载重汽车、拖拉机、坦克上面。
六、内燃机的应用
七、练一练
1、压缩冲程混合气体内能增大的原因是什么？
2、做功冲程中，气体的内能如何转化？为什么被称为做功冲程？
3、在吸气冲程、压缩冲程、排气冲程活塞为什么会运动？
4、排气后，下一个工作过程是什么冲程？
答：混合气体爆发性燃烧，化学能转变为内能；燃烧产生的高温高压气体迅速膨胀，推动活塞运动，内能转变为机械能。
答：活塞压缩混合气体做功，机械能转变为混合气体的内能。
答：在做功冲程，飞轮获得足够的动能而高速转动，在吸气、压缩、排气三个冲程中，活塞的运动都是靠飞轮的惯性来完成的。
答：吸气冲程
你学会了什么？
