14．1 热机
【学习目标】
1．了解热机的工作原理。
2．了解汽油机的基本工作原理。
3．了解柴油机的基本工作原理。
【重点难点】
汽油机与柴油机的工作原理以及工作过程中的能量转化情况。
学习内容一：热机
学习指导：阅读课本P17－P18文字内容与插图，基本概念、定义用红笔作上记号。
【自学检测】
1．人们发现内能可以做功，利用内能做功的机械叫热机。
2．燃料直接在发动机的汽缸内燃烧产生动力的热机，叫内燃机。
3．内燃机分为汽油机与柴油机两大类。它们分别用汽油与柴油作为燃料。
【合作探究】教师巡视辅导。
演示P17图14.1－1，请学生观察后讨论如下问题：
1．点然酒精后，有什么现象发生？
答：听到“呯”的一声，看到塞子飞出去，瓶口附近出现“白雾”。
2．塞子为什么会飞出去？瓶口为什么会出现“白雾”？
答：酒精燃烧给试管中的水加热，试管内产生大量的水蒸汽，当管内的气压大到一定程度时，塞子在水蒸汽压力的作用下就会飞出去。管内的水蒸汽对塞子做了功，内能减少，温度降低，水蒸汽遇冷液化，形成“白雾”。
3．从酒精灯点燃到塞子飞出去，能量是怎么转化与转移的？
答：酒精具有化学能，燃烧后化学能转化为内能 ，内能通过热传递的方式转移给水，水的内能增加，温度升高，产生大量水蒸汽，水蒸汽推动塞子做功，内能转化为塞子的动能。
4．在大屏幕上展示P18图14.1－2，这个内燃机与刚才的演示实验装备在结构上有什么相同点？
活塞——塞子 汽缸——试管
5．它们工作时能量转化有什么共同点？
共同点：能量转化过程相同，都是燃料燃烧后的内能转化为机械能。
【展示交流】教师掌握情况。
【精讲点拨】
1．在演示实验中，塞子不能塞得太紧，否则有可能引起试管爆裂。
2．内燃机与其它热机的能量转化方式一样：内能转化为机械能。不同点在于内燃机的燃料在汽缸内燃烧，所以称之为“内燃”。
【即时练习】
1．完成P21第1题。
2．内燃机的特点是：燃料在汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气，燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能。
学习内容二：汽油机、柴油机
学习指导：阅读课本P18－P20文字内容与插图，二人为一组，相互描述汽油机的工作过程。
【自学检测】
1．汽油机的结构：汽缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞，下部有活塞。
2．汽油在汽缸内燃烧产生高温高压的燃气，推动活塞做功，活塞移动带动曲轴转动。
3．活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫一个冲程。汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。
【合作探究】教师巡视辅导。
1．使用PPT动画展示汽油机工作过程，说说汽油机是怎样工作的，并将下面的空补充完整。
汽油机一个完整的工作循环有四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
A．吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油与空气的混合物进入汽缸。
B．压缩冲程：进气门排气门都关闭，活塞向上运动，燃料与空气的混合物被压缩，温度升高。
C．做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞点火，燃料燃烧，产生高温高压的气体，高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。
D．排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸。
2．讨论并完成“想想议议”
(1)在压缩冲程中，机械能转化为内能，在做功冲程中，内能转化为机械能。
(2)做功冲程使汽车获得动力。
(3)排气冲程排出废气。
3．阅读P19柴油机的相关内容，比较一下汽油机与柴油机的异同并将下列表格补充完整。
相同点
能量转化方式
都是把内能转化为动能
工作过程
都有四个冲程：吸气、压缩、做功、排气。
不同点
吸气冲程：
汽油机吸入是的汽油与空气的混合物。柴油机吸入的是纯净的空气。
压缩冲程：
汽油机在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，是“点燃式”；柴油机在压缩冲程结束时，汽缸内的温度已超过柴油的燃点，此时，喷油嘴喷出雾状的柴油，遇到热空气马上燃烧，是“压燃式”
功率不同：
柴油机功率一般较大，一般应用于大型机械上， 汽油机相对功率较小，一般应用于小型机械上。
效率不同：
柴油机对燃料利用率较高，机械效率较高，汽油机机械效率较低。
4.阅读P20科学世界“现代汽车”，说说现代汽车与过去的汽车相比有哪些优点。
答：减少污染，降低消耗。
【展示交流】教师掌握情况。
【精讲点拨】
1．在四冲程汽油机中，只有做功冲程对外提供了动力，其他三个冲程依靠飞轮的惯性完成。手扶拖拉机在启动时，要用人力转动摇把，带动飞轮转动，完成吸气与压缩冲程、排气冲程，然后发动机才能开始正常工作。小汽车启动时，转动钥匙，电动机开始带动飞轮转动，完成吸气与压缩冲程、排气冲程。
2. 一个工作循环，活塞来回运动二次，曲轴旋转二周，对外做功一次。
【即时练习】
完成课本P21第2、3题。
【当堂练习】见训练案基础部分
课件15张PPT。第十四章 内能的利用§14.1 热机判断内燃机工作在哪个冲程应抓住两点：一是气阀的开与关；二是活塞的运动方向。如下表：易混点：内燃机工作循环的理解
易混点辨析：关于汽油机(柴油机)一个工作循环有几个冲程，活塞往复几次，曲轴转几周，对外做功几次是本节的易误点。汽油机(柴油机)一个工作循环对外做功一次，飞轮转两周，完成四个冲程，活塞往复运动两次。如已知某汽油机的转速为1 800 r/min，则飞轮每秒转30转，完成15个工作循环，对外做功15次，共完成60个冲程。此规律可巧记为：吸、压、做、排四冲程，一个循环一次功，曲轴刚好转两转，活塞往复两次行。【例】如图所示是内燃机的四个冲程，其中属于压缩冲程的是( )【解析】A选项中两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程；B选项中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动。是排气冲程；C选项中两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程；D选项中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程。答案：A1．热机是将燃料燃烧的______能转化为____能，通过做功把____能转化为______能的机器。热机的种类很多，例如_______、________、______和_____________等，常见的内燃机有______和_______。
2．汽油机是燃烧_______的内燃机，它包括______冲程、_____冲程、______冲程、______冲程，在它的一个工作循环中，活塞往复运动____次，飞轮带动曲轴转动____周，做功____次。
3．柴油机与汽油机一样，也有四个冲程，所不同的是柴油机汽缸顶部有个喷油嘴，汽油机是火花塞，柴油机是压燃式，汽油机是点燃式。汽油机吸入汽缸的物质是______________，柴油机吸入汽缸的物质是________。化学内内机械蒸汽机内燃机汽轮机喷气发动机汽油机柴油机汽油吸气压缩做功排气221汽油和空气空气知识点1 热机1．下列机器中不属于热机的是( )
A．发电机 B．蒸汽机 C．火箭 D．内燃机
2．热机工作时能量的转化过程是( )
A．内能→化学能→机械能 B．化学能→内能→机械能
C．化学能→机械能→内能 D．内能→机械能→化学能AB知识点2 汽油机和柴油机3．单缸四冲程内燃机，做功冲程将____能转化为______能，其他三个冲程是靠安装在曲轴上的飞轮的______来完成。内机械惯性4．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时各冲程示意图，排列顺序正确的是( )A．甲、乙、丙、丁 B．丁、丙、乙、甲
C．甲、丙、乙、丁 D．丁、甲、丙、乙D5．关于汽油机和柴油机，下列说法正确的是( )
A．汽油机汽缸顶部有喷油嘴，柴油机汽缸顶部有火花塞
B．柴油机在吸气冲程中，将柴油和空气的混合气吸入汽缸，汽油机吸入汽缸的是空气
C．汽油机在做功冲程中，进气门关门排气门打开
D．汽油机在做功冲程中，是把内能转化为机械能D6．摩托车上的热机工作时提供动力的冲程是( )
A．吸气冲程 B．压缩冲程
C．做功冲程 D．排气冲程7．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CD8．下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况。关于对图中①②③④的补充，正确的是( )A．①做功冲程 ②内能转化为机械能
③压缩冲程 ④机械能转化为内能
B．①压缩冲程 ②内能转化为机械能
③做功冲程 ④机械能转化为内能
C．①做功冲程 ②机械能转化为内能
③压缩冲程 ④内能转化为机械能
D．①压缩冲徎 ②机械能转化为内能
③做功冲程 ④内能转化为机械能D9．如图所示，水沸腾后会将软木塞冲开，其能量转化情况和四冲程内燃机的哪一个工作冲程相似( )
A．吸气冲程 B．压缩冲程
C．做功冲程 D．排气冲程10．如图是四冲程汽油机做功冲程的示意图。汽油燃烧产生高温高压的气体推动活塞向下运动。在活塞向下运动的过程中，汽缸内气体的( )
A．内能减少 B．温度升高
C．密度增大 D．分子热运动加快CA 11.如图甲为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功冲程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作。(1)发动机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将____能转化为__________能。内机械(2)有一台四缸发动机，其主要技术指标如下表所示。其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离(即冲程长)。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数。①该发动机在1 s内做功____________J，单缸排量V＝____L。
②在每个做功冲程里，发动机做功W＝_______J。1.2×1050.5600(3)在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为W＝pV，式中p表示燃气对活塞的压强，则p＝__________Pa。(1 L＝10－3 m3)
(4)图乙为发动机在做功冲程中的示意图。下面给出了公式W＝pV的证明，请将推导过程补充完整(要求各表达式均用S、l或p表示)：
设活塞的面积为S，冲程长为l，燃气对活塞的压强为p，则燃气对活塞的压力F＝____，燃气对活塞所做的功W＝______，又根据数学知识可知发动机的单缸排量V＝____，故W＝pV。1.2×106pSpSlSl
