2019秋教科版初中物理2.1-2.21热机与内燃机(导学案)

2.1-2.2热机与内燃机

知识点一：热机

1.热机：将燃料燃烧时放出的内能转化为机械能的机器，统称为热机。热机的种类很多，如蒸汽机、汽轮机、喷气式发动机、内燃机等

2.内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。内燃机可分为汽油机和柴油机。

（1）虽然各式热机的构造不相同，但都是把内能转化为机械能的机器。 （2）汽油机是同汽油为燃料的内燃机，柴油机是以柴油为燃料的内燃机。

拓展：最早的热机是蒸汽机，在锅炉里把水加热成水蒸气，水蒸气在汽缸里推动活塞做功；蒸汽机过于笨重，效率很低，人们又发明了内燃机，让燃料直接在汽缸里燃烧，产生高温燃气推动活塞做功；随着科技的发展，人们在十九世纪初发明了喷气式发动机，它靠向后高速喷出气体而前进，比内燃机更轻便，广泛应用于飞机和火箭上。 名题诠释

【例1】利用以下机器都能得到机械能，其中不属于热机的是（ ） A ．水轮机B ．喷气式飞机 C ．汽油机D ．蒸汽机

妙解：热机是将燃料烧烤时放出内能转化为机械能的机器，而水轮机是利用水的机械能做功，不属于机器。故选A 。 答案：A

方法总结：热机是将燃料烧烤时放出内能转化为机械能的机器. 变式训练

1.关于“热机”，下列说法中错误的是

汽油机的工作过程

冲程名称

吸气冲程

压缩冲程

做功冲程

排气冲程

图示

进气门开闭情况 打开 关闭 关闭 关闭 排气门开闭情况 关闭 关闭 关闭 打开 活塞运动方向

向下

向上

向下

向上

冲程作用

吸入燃料和空气的混合物

压缩燃料和空气混合物，使其压强增大，温度升高。压缩冲程末，火花塞产生电火花，点燃燃料 高温高压燃气推动活塞做功，通过连杆驱使曲轴转动

排出废气

能的作用

压缩燃料和空气的混合物，机械能转化为燃气的内能

内能转化为机械能

( )

A.通过技术改进，可以使热机的效率达到100%

B.减少城市热岛效应的措施之一就是倡导“绿色出行”

C.用水而不用其他循环物质降低热机的温度，主要是利用水的比热容较大的特性

D.严寒的冬天，有人晚上把热机水箱中的水放出，是防止气温降低时，水凝固而胀坏水箱知识点二：汽油机

1.汽油机：利用汽缸内燃烧的汽油产生高温高压的燃气来推动活塞做功的热机。汽油机构造：汽油机的主体是一个汽缸，汽缸内有一个活塞，活塞通过连杆与曲轴相连。汽缸上都有进气门和排气门，顶部有火花塞。

2.汽油机工作过程

注意：吸压做排四冲程，一个循环一次功，曲轴刚好转两圈，活塞往复两次行。

（1）每个工作循环曲轴转两圈，完成一次做功冲程；

（2）一个工作循环中，只有做功冲程燃气对外做功，其他三个辅助冲程不但不做功，还消耗机械能；

（3）做功冲程为其他三个冲程提供能量，其他三个冲程为做功提供保障；

（4）依靠曲轴的惯性完成吸气、压缩、排气冲程。

拓展：启动内燃机，要靠外力（人力或电动机的驱动力）先使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞转动，消耗机械能来帮助内燃机完成吸气、压缩两个冲程。在做功冲程，燃气对活塞做功，内能转化为活塞的机械能，并有一部分机械能通过飞轮储存起来，然后依靠飞轮的惯性带动活塞，完成排气冲程及下一循环的吸气和压缩冲程。

【例2】下图是四冲程汽油机的工作示意图，按吸气、压缩、做功、排气顺序排列正确的是（）

A．甲乙丙丁 B．甲丙乙丁

C．甲丁乙丙D．甲丙丁乙

妙解：甲图中，进气门开启，活塞下行，气体流入汽缸，是吸气冲程；乙图中，排气门开启，活塞上行，气体流出汽缸，是排气冲程；丙图中，两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程；丁图中，两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程．因此按吸气、压缩、做功、排气顺序排列正确的是：甲丙丁乙．故选D．

答案：D

方法总结：判断汽油机的四个冲程，先看进气门和排气门的关闭情况，进气门打开的是吸气冲程，排气门打开的是排气冲程，进气门和排气门都关闭的是压缩冲程或者做功冲程；活塞上行为压缩冲程和排气冲程；活塞下行为吸气冲程和做功冲程．

变形训练

2.如图2-1-2所示为内燃机工作时的某冲程示意图，该冲程是________冲程，将________能转化为________能．汽油机在吸气冲程中吸入________气体．

知识点三：柴油机

1.柴油机

利用汽缸内燃烧的柴油产生高温高压的燃气来推动活塞做功的热机。

柴油机的构造：内部有活塞，活塞通过连杆与曲轴相连，汽缸上都有进气门和排气门，顶部有喷油嘴。柴油机的工作过程汽油类似。

2.柴油机与汽油机的比较

柴油机与汽油机的比较

汽油机柴油机

不

同

点

燃

料

汽油柴油

构

造

汽缸顶部有一个火花塞汽缸顶部有一个喷油嘴点

火

方

式

点燃式点火压燃式点火

吸

气

过

程

吸入汽油和空气的混合物吸入的只有空气

压

缩

冲

程

压缩程度较小，气体体积被压缩为吸

进体积的

1

9

～

1

6

压缩程度较大，气体体积被

压缩为吸进体积的

1

22

～

1

16做

功

冲

程

燃气压强30～50atm 燃气压强50～100atm

效

率

效率低，20%～30% 效率高，30%～50% 特

点

轻便、小巧经济、功率大、笨重应

用

应用于汽车、飞机、摩托车和小型农

业机械等

用于拖拉机、轮船、坦克等相同点

（1）都是在汽缸中燃烧

（2）都是高温、高压气体推动活塞做功，由内能转化为机械能

（3）都是由四个冲程：吸气、压缩、做功、排气构成一个工作循环

，活塞往复运动两次，曲轴和飞轮转动两周

（4）排气冲程排出废气相同