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第十二章：內能和熱機
12. 4 熱機和社會發展
滬粵版 新課
新課導入
現代的熱機廣泛使用在汽車、火車、輪船、飛機、火箭上。熱機到底是怎樣將內能轉化為我們需要的能量的呢？
提出問題：
一、熱機的工作原理
如圖所示，在一個試管中裝一些水，用橡膠塞塞緊；然后對試管加熱使水沸騰，請同學們觀察現象。
探究物質的吸、放熱性能
一、探究物質的吸放熱性能
現象：軟木塞沖出；管口有“白汽”產生
實驗中的能量轉化過程為：
① 酒精燃燒放出熱量，酒精的_______能轉化為水的_______能；
②水吸熱沸騰，產生大量水蒸氣，氣體膨脹對瓶塞做功，氣體的_______能轉化為瓶塞的_______ 能.
化學
內
內
機械
熱機就是通過這個過程來工作的，今天一起學習熱機的工作原理。
一、探究物質的吸放熱性能
1.熱機：各種利用內能做功的機械叫做熱機。
2.工作原理：熱機利用內能做功，將內能轉化為機械能。
3.分類：蒸氣機、汽油機、柴油機、噴氣發動機等
探究物質的吸、放熱性能
二、汽油機
汽油機：用汽油做燃料，使汽油在機器內部燃燒，從而將內能轉化為機械能
二、汽油機
火花塞
進氣門
排氣門
氣缸
活塞
連桿
曲軸
二、汽油機
1.一個沖程：活塞從氣缸的一端運動到另一端的過程。
2.汽油機完成吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程，叫做一個工作循環。
多數汽油機是由這四個沖程的不斷循環來保證連續工作的。
名詞解釋：
二、汽油機
吸氣沖程：
___________打開,________關閉。活塞由________ 向 _______ 運動，汽油和空氣組成的燃料混合物從進氣門吸入氣缸。
進氣門
排氣門
上端
下端
進氣門和排氣門都 _____ ，活塞向 ______ 運動，燃料混合物被壓縮， ______增大，________升高機械能轉化為___________。
關閉
上
內能
溫度
壓強
壓縮沖程
二、汽油機
機械能
內能
能量轉化
在壓縮沖程末尾，_______ 產生電火花，使燃料猛烈燃燒，產生高溫高壓的燃氣，推動活塞________運動，并通過連桿帶動曲軸轉動。內能轉化為 ___________。
火花塞
向下
機械能
做功沖程
二、汽油機
內能
機械能
能量轉化
燃燒后的廢氣
________ 關閉，______打開，活塞 ________運動，把廢氣排出氣缸。
進氣門
排氣門
向上
排氣沖程
二、汽油機
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 ——
總結
提示：
1、多數內燃機是由吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和
排氣沖程不斷循環來保證連續工作的。
2、四沖程熱機的一個工作循環中，只有做功沖程是燃氣推動活塞做功，其他三個沖程是輔助沖程，要靠安裝在曲軸上的飛輪的慣性來完成。
二、汽油機
提示：
3、在一個工作循環中，活塞在氣缸內往復兩次，每個工作循環飛輪轉兩圈，完成一個做功沖程。
二、汽油機
現代發動機
噴油嘴
三、柴油機
噴油嘴
進氣門
活塞
連桿
排氣門
氣缸
曲軸
柴油機：用汽油做燃料，使柴油在機器內部燃燒，從而將內能轉化為機械能。
①柴油機氣缸頂部有一個噴油嘴，沒有火花塞。
噴油嘴
②柴油機吸入氣缸內的物質只有空氣，在壓縮沖程結束時，壓縮空氣的溫度已經超過柴油的燃點，此時從噴油嘴噴出的霧狀柴油遇到熱空氣就立刻燃燒起來。
三、柴油機
進氣門打開，排氣門關閉?；钊缮隙讼蛳露诉\動，將空氣吸進氣缸。
空氣
吸氣沖程
三、柴油機
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。
壓縮沖程
三、柴油機
機械能
內能
能量轉化
在壓縮沖程末，從噴油嘴噴出的霧狀柴油遇到空氣立即猛烈燃燒，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。
做功沖程
三、柴油機
內能
機械能
能量轉化
燃燒后的廢氣
進氣門關閉，排氣門打開，活塞向上運動，把廢氣排出氣缸。
排氣沖程
三、柴油機
四、熱機中的能量轉化
（二）熱機的效率： 熱機運轉中，對外做的有用功與燃料完全燃燒所釋放的能量的比值稱為熱機效率，這種定義運用了比值定義法。
熱機工作時，真正轉化為對外做有用功的能量只是燃料燃燒時所釋放能 量的一部分，所以任何熱機的效率都不可能達 100%。
汽油機的效率可達25%～30%，柴油機的效率可達30%～40%。
（三）提高熱機效率的主要途徑是減少熱機工作中的各種能量損失。
提高熱機效率的主要措施是：
①使燃料盡可能充分燃燒；
②盡量減少各種熱量散失；設法利用廢氣能量，
③使用時注意保養，保證良好的潤滑，減少因克服摩擦而額外消耗的能量。
熱機為人類的發展做出了重大貢獻，但也帶來了許多環境污染問題。
不達標的尾氣排放
五、熱機與環境
城市空氣被污染
課堂訓練
1、（2023年湖北潛江、天門、仙桃、江漢油田）一臺單缸四沖程汽油機的飛輪轉速為1200r/min，如圖所示為它工作循環中的一個沖程。下列說法正確的是（ ）
A. 汽油是化石能源
B. 該沖程為做功沖程
C. 該汽油機每秒對外做功24次
D. 熱機的功率越大，效率就越高
B
課堂訓練
2、 (2023年四川宜賓）關于內能及其利用，下列說法正確的是（　?。?br/>A. 一切物體都具有內能
B. 足球運動越慢，它的內能越小
C. 冬天搓手取暖，是通過熱傳遞的方式改變內能
D. 熱機的功率大，效率就一定高
A
課堂訓練
3、（2023年湖南岳陽）小明利用圖示裝置進行實驗，加熱試管使水沸騰是通過___________（選填“熱傳遞”或“做功”）的方式改變水的內能，在水蒸氣驅動下葉輪轉動起來，這個實驗體現了___________（選填“熱機”或“電動機”）的原理。
熱機
熱傳遞
課堂訓練
4、（2023年江蘇蘇州）工地上太陽暴曬的鋼筋熱得燙手，鋼筋內能是通過_________的方式增加的，用切割機切割鋼筋，切割片溫度急劇上升，該過程內能變化情況與熱機的_________沖程相同。
壓縮
熱傳遞
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