資源簡介

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第十四章 內能的利用
第1節 熱機
1.知道熱機的概念，初步了解熱機的工作原理。
2.知道汽油機的構造和工作過程。
3.知道柴油機的構造和工作過程。
學習目標
演示
如圖，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。
現象：軟木塞沖出，試管口處出現“白霧”
說明：水蒸氣對木塞做功，內能減少
工作原理：燃料燃燒時，化學能轉化為內能
軟木塞沖出時 ，內能轉化為機械能
這個實驗，展示了人類利用內能的過程
新知導入
人類是通過什么來利用內能的呢？
1.定義：
把燃料燃燒時釋放的內能轉變為機械能的裝置，稱為熱機。
2.分類：
蒸汽機、內燃機、汽輪機、噴氣發動機、火箭發動機等。
蒸汽機車
火箭發動機
噴氣發動機
火電站的汽輪機
燃料的化學能
燃氣的內能
物體的機械能
燃燒
做功
一、熱機
新知學習
燃料直接在發動機汽缸內燃燒產生動力的熱機，叫做內燃機。內燃機分為汽油機和柴油機兩大類。
汽油機剖面圖
柴油機剖面圖
模擬圖
火花塞
進氣口
排氣口
活塞
連桿
曲軸
二、汽油機
工作原理：活塞在汽缸內往復運動時，從汽缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個沖程。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。
旋轉的曲軸通過連桿帶動活塞從汽缸上部向下運動，進氣閥開啟，空氣和汽油的混合氣體通過進氣道進入缸內。
吸氣沖程
進氣門打開
排氣門關閉
活塞向下運動
汽油和空氣的混合物進入汽缸
汽油和空氣
兩個氣閥關閉，活塞在曲軸帶動下，從汽缸下部向上運動，缸內混合氣體被壓縮，機械能轉化為內能，因此，內能增加、溫度升高、壓強增大。
壓縮沖程
進氣門關閉
排氣門關閉
活塞向上運動
汽缸內的燃料混合物被壓縮
機械能
內能
壓縮沖程結束后做功沖程開始時，汽缸頂部的火花塞發出電火花，缸內氣體爆發性燃燒，高溫高壓氣體迅速膨脹，使活塞向下運動，內能轉化為機械能。
做功沖程
進氣門關閉
排氣門關閉
活塞向下運動
對外做功
內能
點燃方式：點燃式點火
內能
機械能
曲軸因為慣性繼續轉動使活塞上升，
排氣閥打開，將燃燒后的廢氣排除缸外。
排氣沖程
排氣門打開
活塞向上運動
把廢氣排出汽缸
進氣門關閉
汽油機工作一個循環
1. 汽油機四個沖程中，只有做功沖程對外做功，將內能轉化為機械能，其余三個沖程依靠飛輪的慣性完成。
2. 汽油機1個工作循環有4個沖程，活塞上下往復2次，曲軸轉動2周，對外做功1次。
汽油機工作原理
沖程名稱 進氣門 排氣門 活塞的運動 沖程的作用 能的轉化
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 ——
實物圖
模型圖
噴油嘴
進氣門
活塞
排氣門
氣缸
連桿
曲軸
三、柴油機
進氣門打開，排氣門關閉。活塞由上端向下端運動，將空氣吸進汽缸。
空氣
吸氣沖程
柴油機的工作過程也分為吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程。
壓縮沖程
進氣門和排氣門都關閉，活塞向上運動，活塞把空氣壓縮得很小，空氣的壓強更大，溫度更高。在壓縮沖程末，缸內空氣溫度已超過柴油的著火點。
機械能轉化為內能
點燃方式：壓燃式點火
注：柴油機對空氣的壓縮程度比汽油機更高
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
排氣沖程
進氣門關閉，排氣門打開，活塞向上運動，把廢氣排出汽缸。
燃燒后的廢氣
(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
汽油機比較輕巧，常用在汽車、飛機和小型農業機械上
汽油機和柴油機的應用
內燃機 項目 汽油機 柴油機
燃料 汽油 柴油
構造
工作循環 吸氣沖程
壓縮沖程
做功沖程
主要特點
主要用途
汽缸頂部是火花塞
汽缸頂部是噴油嘴
吸入汽油和空氣的混合物
吸入純凈的空氣
壓縮程度較小
壓縮程度較大
點燃式
壓燃式
輕巧、效率較低
笨重、效率較高
小汽車和小型農業機
械、低速飛機等
載重汽車、
拖拉機、火車、輪船等
汽油機與柴油機的聯系
熱機原理：把燃料燃燒時釋放的內能轉化為機械能的裝置
內燃機
熱機種類：蒸汽機、內燃機、汽輪機、噴氣發動機、火箭等
汽油機
柴油機
構造：火花塞、進氣門、排氣門、氣缸、活塞、連桿、曲軸
應用：汽車、飛機和小型農業機械
構造：火花塞、進氣門、排氣門、氣缸、活塞、連桿、曲軸
應用：載重汽車、拖拉機、坦克等
工作過程：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程
工作過程：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程
課堂總結
1.某四沖程汽油機,曲軸轉速1200轉/分,則該汽油機每秒飛輪轉_____周，
有_____個工作循環，有______個沖程,做功______次。
20
10
40
10
課堂練習
2.如圖是四沖程汽油機工作循環中的一個沖程，下列關于該沖程及其能量轉化判斷正確的是(　　)
A．做功沖程，將機械能轉化為內能
B．做功沖程，將內能轉化為機械能
C．壓縮沖程，將機械能轉化為內能
D．壓縮沖程，將內能轉化為機械能
B
3. 關于四沖程內燃機，下列說法正確的是( )
A. 汽油機和柴油機都是內燃機，吸入汽缸的物質相同
B. 汽油機和柴油機都是通過火花塞點火的
C. 做功沖程的能量轉化形式是機械能轉化為內能
D. 壓縮沖程主要是通過做功的方式增大缸內氣體的內能
D
4.汽油機和柴油機的主要不同是(　　 )
A．在構造上汽油機汽缸頂部有噴油嘴，而柴油機的汽缸頂部有火花塞
B．在吸氣沖程中汽油機吸入汽缸的是汽油，柴油機吸入汽缸的是柴油
C．汽油機采用的是點燃式點火，而柴油機采用的是壓燃式點火
D．在壓縮沖程中汽油機汽缸里的溫度和壓強比柴油機里的高
C

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