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第十二章：内能和热机
12. 4 热机和社会发展
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现代的热机广泛使用在汽车、火车、轮船、飞机、火箭上。热机到底是怎样将内能转化为我们需要的能量的呢？
提出问题：
一、热机的工作原理
如图所示，在一个试管中装一些水，用橡胶塞塞紧；然后对试管加热使水沸腾，请同学们观察现象。
探究物质的吸、放热性能
一、探究物质的吸放热性能
现象：软木塞冲出；管口有“白汽”产生
实验中的能量转化过程为：
① 酒精燃烧放出热量，酒精的_______能转化为水的_______能；
②水吸热沸腾，产生大量水蒸气，气体膨胀对瓶塞做功，气体的_______能转化为瓶塞的_______ 能.
化学
内
内
机械
热机就是通过这个过程来工作的，今天一起学习热机的工作原理。
一、探究物质的吸放热性能
1.热机：各种利用内能做功的机械叫做热机。
2.工作原理：热机利用内能做功，将内能转化为机械能。
3.分类：蒸气机、汽油机、柴油机、喷气发动机等
探究物质的吸、放热性能
二、汽油机
汽油机：用汽油做燃料，使汽油在机器内部燃烧，从而将内能转化为机械能
二、汽油机
火花塞
进气门
排气门
气缸
活塞
连杆
曲轴
二、汽油机
1.一个冲程：活塞从气缸的一端运动到另一端的过程。
2.汽油机完成吸气、压缩、做功、排气四个冲程，叫做一个工作循环。
多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。
名词解释：
二、汽油机
吸气冲程：
___________打开,________关闭。活塞由________ 向 _______ 运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。
进气门
排气门
上端
下端
进气门和排气门都 _____ ，活塞向 ______ 运动，燃料混合物被压缩， ______增大，________升高机械能转化为___________。
关闭
上
内能
温度
压强
压缩冲程
二、汽油机
机械能
内能
能量转化
在压缩冲程末尾，_______ 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________运动，并通过连杆带动曲轴转动。内能转化为 ___________。
火花塞
向下
机械能
做功冲程
二、汽油机
内能
机械能
能量转化
燃烧后的废气
________ 关闭，______打开，活塞 ________运动，把废气排出气缸。
进气门
排气门
向上
排气冲程
二、汽油机
冲程名称 进气门 排气门 活塞的运动 冲程的作用 能的
转化
吸气冲程 开 闭 向下 吸入燃料和空气的混合物 ——
压缩冲程 闭 闭 向上 压缩燃料和空气的混合物，使其内能增大，温度升高 机械能转化为内能
做功冲程 闭 闭 向下 火花塞产生电火花，点燃燃料，高温高压的燃气推动活塞做功，通过连杆、曲轴带动飞轮转动 内能转化为机械能
排气冲程 闭 开 向上 排出废气 ——
总结
提示：
1、多数内燃机是由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和
排气冲程不断循环来保证连续工作的。
2、四冲程热机的一个工作循环中，只有做功冲程是燃气推动活塞做功，其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。
二、汽油机
提示：
3、在一个工作循环中，活塞在气缸内往复两次，每个工作循环飞轮转两圈，完成一个做功冲程。
二、汽油机
现代发动机
喷油嘴
三、柴油机
喷油嘴
进气门
活塞
连杆
排气门
气缸
曲轴
柴油机：用汽油做燃料，使柴油在机器内部燃烧，从而将内能转化为机械能。
①柴油机气缸顶部有一个喷油嘴，没有火花塞。
喷油嘴
②柴油机吸入气缸内的物质只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来。
三、柴油机
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。
空气
吸气冲程
三、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。
压缩冲程
三、柴油机
机械能
内能
能量转化
在压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到空气立即猛烈燃烧，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。
做功冲程
三、柴油机
内能
机械能
能量转化
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。
排气冲程
三、柴油机
四、热机中的能量转化
（二）热机的效率： 热机运转中，对外做的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量的比值称为热机效率，这种定义运用了比值定义法。
热机工作时，真正转化为对外做有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能 量的一部分，所以任何热机的效率都不可能达 100%。
汽油机的效率可达25%～30%，柴油机的效率可达30%～40%。
（三）提高热机效率的主要途径是减少热机工作中的各种能量损失。
提高热机效率的主要措施是：
①使燃料尽可能充分燃烧；
②尽量减少各种热量散失；设法利用废气能量，
③使用时注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦而额外消耗的能量。
热机为人类的发展做出了重大贡献，但也带来了许多环境污染问题。
不达标的尾气排放
五、热机与环境
城市空气被污染
课堂训练
1、（2023年湖北潜江、天门、仙桃、江汉油田）一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，如图所示为它工作循环中的一个冲程。下列说法正确的是（ ）
A. 汽油是化石能源
B. 该冲程为做功冲程
C. 该汽油机每秒对外做功24次
D. 热机的功率越大，效率就越高
B
课堂训练
2、 (2023年四川宜宾）关于内能及其利用，下列说法正确的是（ ）
A. 一切物体都具有内能
B. 足球运动越慢，它的内能越小
C. 冬天搓手取暖，是通过热传递的方式改变内能
D. 热机的功率大，效率就一定高
A
课堂训练
3、（2023年湖南岳阳）小明利用图示装置进行实验，加热试管使水沸腾是通过___________（选填“热传递”或“做功”）的方式改变水的内能，在水蒸气驱动下叶轮转动起来，这个实验体现了___________（选填“热机”或“电动机”）的原理。
热机
热传递
课堂训练
4、（2023年江苏苏州）工地上太阳暴晒的钢筋热得烫手，钢筋内能是通过_________的方式增加的，用切割机切割钢筋，切割片温度急剧上升，该过程内能变化情况与热机的_________冲程相同。
压缩
热传递
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