第04讲热机(原卷版+解析)-【暑假自学课】2023年新九年级暑假精品课(人教版).docxVIP

第04讲热机

了解热机及其工作原理；

掌握汽油机的构造和工作过程；

区分汽油机和柴油机的异同点。

一、热机

1.探究实验—：热机工作原理

【实验现象】如图所示，在试管中装一些水，用橡皮塞塞住试管口，固定在铁架台上，用酒精灯给试管加热，水沸腾后，水蒸气会把橡皮塞冲出去，试管口观察到大量“白雾”出现。

【实验分析】酒精燃烧释放出热量（化学能转化为内能），通过热传递将一部分内能转移给水，水的内能增加，温度升高，产生大量水蒸气。水蒸气越来越多，对橡皮塞的压力越来越大，最后将橡皮塞冲出，这时水蒸气对橡皮塞做功。同时，水蒸气内能减小，温度降低，水蒸气液化成小水滴，在试管口可以观察到“白雾”。

【探究归纳】该实验装置就是一个简单的热机。其工作过程是：燃料燃烧，化学能转化为内能，一部分内能通过热传递方式传递给工作物质—水，水内能增大，温度升高，产生大量水蒸气，水蒸气将橡皮塞冲出，水蒸气内能转化为橡皮塞机械能。

【特别提醒】

（1）实验时，橡皮塞不要塞得太紧，否则橡皮塞不易冲出，可能因试管气压太大导致试管炸裂而伤到人；

（2）试管口不能对着人，以防试管内的水沸腾时冲出试管口伤到人。

利用内能的两种方式

（1）利用内能加热；

（2）利用内能做功。

其中利用内能加热是内能转移过程，利用内能做功是内能转化过程。

2.热机

（1）定义：利用内能做功的机械叫热机。汽车、轮船和飞机等的发动机都是利用燃烧燃料释放的内能做功的装置，都是热机。

（2）热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。它们构造不同，但它们有一个共同特点，那就是利用内能做功。

（3）内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。

二、汽油机

1.工作原理

利用气缸内汽油燃烧产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。

2.构造

（1）主要结构：如图所示，汽油机的主体是气缸。气缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞，下部有活塞，活塞通过连杆与曲轴相连。

（2）冲程：活塞在气缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。

利用气缸内汽油燃烧产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。

（3）试管实验与汽油机构造比较：如图。

3.工作过程

（1）汽油机的一个工作循环：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。通过四个冲程的不断循环来连续工作。

次序

1

2

3

4

冲程

吸气冲程

压缩冲程

做功冲程

排气冲程

工作

示意图

气门开闭

进开、排闭

进闭、排闭

进闭、排闭

进闭、排开

活塞运动方向

向下

向上

向下

向上

曲轴的运动

半周

半周

半周

半周

相同原理的实验

个冲程的

作用

吸入汽油和空气的混合物

压缩空气和汽油的混合物，使其内能增加、温度升高

火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体，高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功

排出废气

能的转化

机械能转化成内能

内能转化成机械能

说明

1个工作循环，包含4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴和飞轮运转2周，对外做功1次

【特别提示】

判断内燃机处于哪个工作冲程应抓住两点：一是气门的开与关；二是活塞的运动方向。有火花塞的就是做功冲程，两个气门都关闭，也无火花塞，就是压缩冲程，若是吸气冲程，进气门打开，排气冲程，排气门打开。

①汽油机在开始工作时，要靠外力先使曲轴、连杆转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动以后，汽油机才能连续工作；

②在汽油机的一个工作循环中，包含4个冲程，活塞往复运动两次（两圈），曲轴转动两周，对外做功一次，巧记为“4-2-2-1”；

③在四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，将内能转化为机械能，其他三个冲程是靠飞轮的惯性来完成的，故飞轮的质量要足够大；

④在没有特别说明情况下，四冲程指的是单缸四冲程。

三、柴油机

1.工作原理

利用柴油在气缸内燃烧所产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。

构造

3.汽油机和柴油机的异同点：

不同点

相同点

项目

汽油机

柴油机

（1）构造基本相同都是燃料在气缸内燃烧，都是内燃机。

（2）都将内能转化为机械能。

（3）每一个工作循环都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。

构造

汽缸顶部有火花塞

汽缸顶部有喷油嘴

点火

方式

压缩冲程末由火花塞放出电火花点燃，称点燃式

压缩冲程末由喷油嘴向汽缸内喷雾状柴油遇到高温高压的空气自动燃烧，称压燃式

燃料

汽油、吸气冲程吸进汽油和空气混合物

柴油、吸气冲程吸进汽缸的只是空气

压缩比

压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1/9至1/6

压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1/22至1/16

做功

做功冲程初燃气压强为30至50个大气压，温度2000℃至2500℃，高温高压的气体推动活塞做功

做功冲程初燃气压强为50