第1节 热机
素材一 新课导入
方式一 【实验导入】
生活中人们常常利用内能来加热物体，比如：生火做饭、取暖、烧制瓷器、冶炼钢铁等，除此以外，人们还能利用内能来做什么呢？我们来看下面一个小实验。
演示实验或播放视频片段：利用内能来做功。(见素材二电子视频之“内能转化为机械能”)
图14－1－1
导入语：内能是如何来做功的呢？它做功的实质又是什么呢？这节课我们就来研究这些问题。
方式二 【情景导入】
多媒体展示以下图片；
图14－1－2
导入语：汽车奔驰、列车飞驶，一日千里！万吨巨轮劈波斩浪、远涉重洋！飞机刺破苍穹、翱翔蓝天！它们为什么能在交通运输方面大展神威呢？好，让我们一起走近热机，了解它们的工作原理吧！
实验改进：内能做功的演示实验改进(教材P17)
[问题] ①该实验中软木塞冲出时间短，不易观察；②存在一定危险性，可能烫伤学生。
[改进方法] 在原实验装置的软木塞中插入一根玻璃管，在玻璃管的出口处放一个纸制小风车。
[实验现象] 水沸腾后，大量热气从玻璃管中冲出，推动小风车转动。
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图14－1－3
[优点] 实验现象更明显，更加直观形象，安全有趣，更好地调动学生的积极性。
[考点小说] 对于热机中的内燃机，必须清楚了解单缸四冲程汽油机的工作过程及压缩、做功冲程中能量的转化情况，这是中考关于热机问题的主要考查点，多以选择题、填空题的形式出现。
[源起教材P19]
图14.1－4 四冲程汽油机工作示意图
例1 [十堰中考] 如图14－1－4所示是四冲程汽油机的一个工作循环示意图，其中属于内能转化为机械能的冲程是( )
图14－1－4
[答案] D
图14－1－5
例2 [黔东南中考] 如图14－1－5所示为汽油机工作过程中某一冲程的示意图，此图是________冲程。有一种单缸汽油机在原有四冲程的基础上增加两个冲程，成为六冲程汽油机，
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也就是在原有四冲程汽油机完成排气冲程后向汽缸内喷水，水在汽缸内汽化成水蒸气，水蒸气膨胀对外做功，这种汽油机一个工作循环有六个冲程，做功________次，这种汽油机这样设计的目的是____________________。
[答案] 压缩 2 提高热机的效率(节约能源)
材料一——内燃机的起源
第一台实际使用过的内燃机，是1859年法国工程师勒努瓦制造的。这是一台煤气机，效率很低。1876年德国工程师奥托制成了按四冲程原理工作的煤气机，称为奥托循环机，这是内燃机划时代的进步。1892年，德国工程师狄塞尔提出了压缩点火式内燃机的设计原理，经过多次试验和改进，于1897年制成第一台压燃式内燃机，使用液体燃料，热效率比以前的内燃机都高。内燃机的发明，使热机的效率由蒸汽机的10%左右，提高到了40%左右。而且由于内燃机轻巧，适于用在交通工具上，对促进交通运输业的发展起了关键的作用。
材料二——蒸汽机工作过程简介
如图14－1－6所示，当煤或燃油燃烧加热锅炉里面的水时，会得到大量的蒸汽，这些蒸汽通过管道、进气管进入图示汽室内，此时滑块阀门处在右边，滑块阀门将上面汽室与下面汽缸连通的左右两管中的右管隔断，只让左管相通，同时滑块阀门下面的一段管道将汽缸的右端与排气管接通，此时进入汽室内的蒸汽只能通过左管进入到汽缸内的左端，蒸汽的内能推动活塞向右运动，活塞便会通过连杆拉动曲柄，从而使轮子向前转动，与此同时，活塞向右运动时，也会通过连杆上面的小杠杆将滑块阀门拉向左边，滑块阀门下面的一段管道将汽缸的左端与排气管接通(滑块阀门下的一段管道是可以同滑块阀门一起左右移动的)，将汽室与汽缸连通的左管隔断，右管接通，使蒸汽只能从右管进入到汽缸的右端，从而再推动活塞向左运动，活塞通过连杆再推动曲柄(此时曲柄已转到轮子的下边)，使轮子继续向前滚动，同时活塞向左运动的过程中，再次将滑块阀门拉到右端，并将汽缸左端的废气通过排气管排出，然后继续进行下一次同样的循环。
图14－1－6
蒸汽机的工作原理是：燃料燃烧将化学能转化为内能，然后内能对活塞做功，将内能转化为机械能。
材料一 内燃机的起源
第一台实际使用过的内燃机，是1859年法国工程师勒努瓦制造的。这是一台煤气机，效率很低。1876年德国工程师奥托制成了按四冲程原理工作的煤气机，称为奥托循环机，这是内燃机划时代的进步。1892年，德国工程师狄塞尔提出了压缩点火式内燃机的设计原理，经过多次试验和改进，于1897年制成第一台压燃式内燃机，使用液体燃料，热效率比以前的内燃机都高。内燃机的发明，使热机的效率由蒸汽机的10％左右，提高到了40％左右。而且由于内燃机轻巧，适于用在交通工具上，对促进交通运输业的发展起了关键的作用。
材料二 蒸汽机工作过程简介
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如图所示，当最右边燃料燃烧加热锅炉里面的水时，会得到大量的蒸汽，这些蒸汽通过管道、进气管进入这个汽室内，此时滑块阀门处在右边，滑块阀门将上面汽室与下面汽缸连通的左右两管中的右管隔断，只让左管相通，同时滑块阀门下面的一段管道将汽缸的右端与排气管接通，此时进入汽室内的蒸汽只能通过左管进入到汽缸内的左端，蒸汽的内能推动活塞向右运动，活塞便会通过连杆拉动曲柄，从而使轮子向前转动，与此同时，活塞向右运动时，也会通过连杆上面的小杠杆将滑块阀门拉向左边，滑块阀门下面的一段管道将汽缸的左端与排气管接通（滑块阀门下的一段管道是可以同滑块阀门一起左右移动的），将汽室与汽缸连通的左管隔断，右管接通，蒸汽这次只能从右管进入到汽缸的右端，从而再推动活塞向左运动，活塞通过连杆再推动曲柄（此时曲柄已转到轮子的下边），使轮子继续向前滚动，同时活塞向左运动的过程中，再次将滑块阀门拉到右端，并将汽缸左端的废气通过排气管排出，然后继续进行下一次同样的循环。
蒸汽机的工作原理是：燃料燃烧的化学能转化为内能，然后内能对活塞做功，将内能转化为机械能。
1. 热机包括内燃机，柴油机和汽油机都属于内燃机，关于热机的下列说法中正确的是（ ）
A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞
B．柴油机在吸气冲程中将柴油和空气的混合气吸入气缸
C．四冲程汽油机在工作过程中，进、排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程
D．在柴油机的压缩冲程中，机械能转化为柴油和空气混合物的内能
2. 生活中常见的汽车和摩托车大多是采用四冲程汽油机来工作的．四冲程汽油机在一个工作循环中，下列说法不正确的是（ ）
A．对外做功一次 B．有两次能量转化
C．曲轴转动两周 D．压缩冲程把内能转化为机械能
3. 从原理的发现到实际的应用，往往要解决许多技术上的难题．如图所示的汽油机只有在做功冲程中燃气才给活塞一个动力，但汽油机却可以连续工作，其中关键部件是（ ）
A．火花塞 B．连杆 C．曲轴和飞轮 D．进气门和排气门
4. 热机是将________能转化成机械能的机器，如图所示是汽油机的_______冲程．美国《大众科学》杂志评出2006～2007年度奇思妙想十大发明，其中最引人注意的是“六冲程引擎”，这种引擎在完成四冲程工作后，会把水注入汽缸，使水瞬间变成水蒸气，从而带动活塞运动，产生第五冲程，为汽车提供动力．第六冲程是让水蒸气进入冷凝器，变成可再次注入汽缸中的水．请你指出该“六冲程引擎”的一个优点：________．
5. 如图所示，在透明塑料盒的底部钻一个孔，把电子式火花发生器的放电针管紧紧地塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒中滴入数滴酒精，再将盒盖盖紧，然后揿动电火花发生器的按钮．你观察到的现象是________．图中情景演示的是“四冲程”汽油机工作过程中的________冲程，这个情景中________能转化为________能．
【趣味链接】
6. 如图所示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，并使各汽缸的做功过程错开，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．
【拓展延伸】
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（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．
排 量
2.0 L
输出功率
120 kW
转 速
6000 r/min
（2）有一台四缸发动机，其主要技术指标如右表所示．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（既冲程长）．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．
（3）在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为W=p V，式中 p表示燃气对活塞的压强，则 p=________Pa．（1 L=10-3 m3）
1.C
解析：汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，A选项错误；柴油机吸入的只是空气，B选项错误；进、排气门都关闭的是压缩冲程和做功冲程，C选项正确；在柴油机的压缩冲程，机械能转化为空气的内能，D选项错误．故选C．
2.D
解析：在做功冲程中，气体推动活塞对外做功，将气体的内能转化为活塞的机械能，对外做功一次，选项A说法正确，不符合题意．在压缩冲程中，活塞对气缸内的气体做功，将机械能转化为内能；在做功冲程中，将气体的内能转化为活塞的机械能．故在一个工作循环中有两次能量转化，选项B说法正确，不符合题意．在汽油机的一个工作循环中，可以完成四个冲程，活塞往复两次，曲轴转动两周，选项C说法正确，不符合题意．在压缩冲程中，活塞对气缸内的气体做功，将机械能转化为内能，选项D说法错误，符合题意．故选D．
3.C
解析：解决此题要知道内燃机的工作过程：在一个工作循环中有四个冲程，活塞往复运动两次，曲轴和飞轮转动两周，只有在做功冲程中使机车获得动力，其他三个冲程均为辅助冲程，依靠惯性完成．在汽油机的做功冲程中，燃气给活塞一个动力，汽油机的曲轴和飞轮获得动能，虽然在其他冲程没有动力，但由于惯性汽油机可以连续工作；故选C．
4. 内 做功 提高热机效率（节能、环保）
解析：热机就是利用热来工作的，将内能转化为机械能；图中所示火花塞冒出电火花，活塞向下运动，进气门和排气门关闭，是做功冲程；我们都知道热机在工作时产生了大量的热，“六冲程引擎”可以利用水将这些热量转化为水蒸气，再次利用起来，大大地提高了热机的效率，节约了能源．
5. 盒盖被弹飞，塑料盒口有白雾出现 做功 内 机械
解析：透明的塑料盒相当于一个气缸，塑料盒的盖相当于活塞，酒精在塑料盒内燃烧，产生高温高压的燃气，推动塑料盒盖运动，把内能转化为机械能，内能减小，温度降低，水蒸气液化成小水滴，此过程类似于内燃机中的做功冲程．
6.思维点睛：（1）内 机械 （2）①1.2×105 0.5 ②600 （3）1.2×106
解析：（1）发动机在做功冲程里，高温高压的燃气膨胀推动活塞做功，将燃气的内能转化为机械能．
（2）①发动机在1 s内做功：W=Pt=120×103 W×1 s=1.2×105 J．
因为四缸总排量为2.0 L，单缸排量：V=2.0 L/4=0.5 L．
②因为发动机在1 s内做功1.2×105 J，发动机有四个缸同时工作，
所以每个缸1 s内做功：W=1.2×105 J/4=3×104
6
J．
又因为转速为6000 r/min，四冲程内燃机每个工作循环曲轴转两周，做功一次，
所以1s内做功50次，每个做功冲程做功：W′=3×104 J/50=600 J．
（3）因为W′=pV，V=0.5 L=0.5×10-3 m3，
所以燃气对活塞的压强：p= W′/ V=600 J/0.5×10-3 m3=1.2×106 Pa．
6
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