第十章

機(jī)械能、內(nèi)能及其轉(zhuǎn)化第4節(jié)

熱機(jī)1.知道熱機(jī)的概念，初步了解熱機(jī)的工作原理。2.了解汽油機(jī)的構(gòu)造和工作過(guò)程。3.知道柴油機(jī)的構(gòu)造和工作過(guò)程。4.認(rèn)識(shí)火箭，知道我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展。觀察思考

如圖所示，在試管內(nèi)裝些水，用膠塞塞住管口，將水加熱一段時(shí)間，觀察現(xiàn)象。討論這個(gè)過(guò)程中不同形式能量之間轉(zhuǎn)化的情況?，F(xiàn)象：橡膠塞飛出

橡膠塞由靜止變?yōu)樾毕蛏巷w出，速度和高度都增大，而質(zhì)量不變，因此機(jī)械能增加。酒精化學(xué)能轉(zhuǎn)化內(nèi)能管內(nèi)氣體增加的內(nèi)能橡膠塞增加的機(jī)械能內(nèi)能。橡膠塞的機(jī)械能是如何變化的？

什么形式的能量轉(zhuǎn)化為橡膠塞的機(jī)械能呢？熱機(jī)的工作原理知識(shí)點(diǎn)一：熱機(jī)的種類(lèi)1.熱機(jī)：將燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器，統(tǒng)稱為熱機(jī)。2.熱機(jī)的種類(lèi)包括：蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等。蒸汽機(jī)內(nèi)燃機(jī)汽輪機(jī)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)

燃料直接在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動(dòng)力的熱機(jī)，叫做內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)汽油機(jī)柴油機(jī)——用汽油做燃料——用柴油做燃料一種內(nèi)燃機(jī)剖面圖內(nèi)燃機(jī)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)

噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料在燃燒室內(nèi)燃燒后產(chǎn)生高溫、高壓的氣體，這種氣體從發(fā)動(dòng)機(jī)尾部以極高的速度噴出，從而產(chǎn)生很大的反沖推力推動(dòng)機(jī)身向前運(yùn)動(dòng)。（1）空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)（2）火箭噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱火箭）

只攜帶燃料，需要利用外界空氣來(lái)助燃，因而飛行的高度受到一定的限制，不宜在空氣稀薄的高空飛行。

本身帶有燃料和氧化劑，不需要依靠外界空氣來(lái)助燃，因而飛行高度不受限制。知識(shí)點(diǎn)二：汽油機(jī)1.汽油機(jī)的構(gòu)造用汽油作燃料的內(nèi)燃機(jī)叫做汽油機(jī)。2.汽油機(jī)的工作原理汽油在汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)活塞做功帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)沖程：活塞在汽缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從汽缸的一端運(yùn)動(dòng)到另一端的過(guò)程，叫做一個(gè)沖程。內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能吸氣沖程：進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)，排氣門(mén)關(guān)閉，活塞向下運(yùn)動(dòng)，汽油和空氣的混合物進(jìn)入汽缸。3.工作過(guò)程

吸氣沖程為什么能將汽油和空氣的混合物吸進(jìn)汽缸？答：當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，汽缸內(nèi)氣體的體積增大，氣壓變小，大氣壓把汽油和空氣的混合物壓進(jìn)汽缸。壓縮沖程：進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)都關(guān)閉，活塞向上運(yùn)動(dòng)，燃料混合物被壓縮。答：壓縮沖程中，活塞壓縮汽油和空氣的混合物做功，使其內(nèi)能增加，溫度升高，這是一個(gè)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過(guò)程。

壓縮沖程中壓縮的是什么？壓縮到最后會(huì)有什么結(jié)果？為什么？能量是如何轉(zhuǎn)化的？做功沖程：在壓縮沖程結(jié)束時(shí)，火花塞產(chǎn)生電火花，使燃料猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的氣體。高溫高壓的氣體推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)外做功。內(nèi)能機(jī)械能（提供動(dòng)力）排氣沖程：進(jìn)氣門(mén)保持關(guān)閉，排氣門(mén)打開(kāi)，活塞向上運(yùn)動(dòng)，把廢氣排出汽缸。答：當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，汽缸內(nèi)氣體的體積變小，氣壓增大，當(dāng)汽缸內(nèi)的氣壓大于大氣壓時(shí)，廢氣被排出汽缸。排氣沖程中是怎樣將廢氣排出的？

（2）汽油機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)（四個(gè)沖程）中，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)2次，汽缸內(nèi)的燃料燃燒1次，曲軸、連桿帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)2周，對(duì)外做功1次。

（1）做功沖程將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，為汽車(chē)等提供動(dòng)力；其它三個(gè)沖程都是依靠飛輪的慣性來(lái)完成的。相關(guān)說(shuō)明：知識(shí)點(diǎn)三：汽油機(jī)用柴油作燃料的內(nèi)燃機(jī)叫做柴油機(jī)。1.柴油機(jī)的構(gòu)造：與汽油機(jī)的區(qū)別：汽缸頂部沒(méi)有火花塞，而有一個(gè)噴油嘴。2.工作原理：

用柴油在汽缸內(nèi)燃燒所產(chǎn)生的高溫高壓的燃?xì)鈦?lái)推動(dòng)活塞做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。3.柴油機(jī)的工作過(guò)程吸氣沖程壓縮沖程做功沖程排氣沖程（1）

吸氣沖程空氣

進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)，排氣門(mén)關(guān)閉?；钊缮隙讼蛳露诉\(yùn)動(dòng)，將空氣吸進(jìn)汽缸。（2）

壓縮沖程

進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)都關(guān)閉，活塞向上運(yùn)動(dòng)，活塞把空氣壓縮得很小，空氣的壓強(qiáng)更大，溫度更高。在壓縮沖程末，缸內(nèi)空氣溫度已超過(guò)柴油的著火點(diǎn)。機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。（3）做功沖程

從噴油嘴噴出的霧狀柴油遇到熱空氣立即猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?，推?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)連桿帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。（4）排氣沖程燃燒后的廢氣

進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉，排氣門(mén)打開(kāi)，活塞向上運(yùn)動(dòng)，把廢氣排出汽缸。汽油機(jī)柴油機(jī)燃料結(jié)構(gòu)工作循環(huán)吸氣沖程點(diǎn)火方式能量轉(zhuǎn)換優(yōu)缺點(diǎn)汽油柴油火花塞噴油嘴吸進(jìn)汽缸的是汽油和空氣的混合物吸進(jìn)汽缸的只有空氣點(diǎn)燃式壓燃式均有四個(gè)沖程。一個(gè)工作循環(huán)中，活塞往復(fù)2次，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)2周，做功1次。四個(gè)沖程中，只有做功沖程對(duì)外做功，其余三個(gè)沖程靠飛輪慣性完成壓縮沖程：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能做功沖程：內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能汽油機(jī)比柴油機(jī)輕巧，柴油機(jī)比汽油機(jī)效率高汽油機(jī)和柴油機(jī)的異同點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)四：火箭

現(xiàn)代火箭使用的燃料多為液體燃料，液體燃料火箭主要由燃料箱、氧化劑箱、輸送裝置、燃燒室和尾部噴口組成,如圖所示。

現(xiàn)代火箭的特點(diǎn)是功率巨大，不僅可以在高空飛行，還可以飛出大氣層。

多級(jí)火箭可以作為星際航行的運(yùn)載工具。

我國(guó)的航天事業(yè)起步較晚，但經(jīng)過(guò)我國(guó)航天人幾十年的努力，現(xiàn)在已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭是我國(guó)自行研制的航天運(yùn)載工具，具備發(fā)射低、中、高不同地球軌道，不同類(lèi)型衛(wèi)星及載人飛船的能力。

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭是我國(guó)目前運(yùn)載能力最強(qiáng)的火箭，主要承擔(dān)空間站建設(shè)、探月探火等深空探測(cè)重大工程的發(fā)射任務(wù)，已圓滿完成了天問(wèn)一號(hào)、嫦娥五號(hào)，以及中國(guó)空間站天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的發(fā)射任務(wù)。將燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器，統(tǒng)稱為熱機(jī)。熱機(jī)熱機(jī)的分類(lèi)內(nèi)燃機(jī)蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)等汽油機(jī)柴油機(jī)火花塞點(diǎn)燃式吸入空氣和汽油混合物噴油嘴壓燃式只吸入空氣火箭1.如圖所示是單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程的示意圖，下列四組關(guān)于這種內(nèi)燃機(jī)一個(gè)工作循環(huán)中四個(gè)沖程的順序排列，正確的是（

）A.丙、丁、乙、甲B.乙、丁、甲、丙C.乙、甲、丁、丙D.甲、乙、丙、丁B甲乙丙丁2.單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)完成40個(gè)沖程,關(guān)于做功和飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的情況,下列說(shuō)法正確的是()A.做功10次,飛輪轉(zhuǎn)40周B.做功40次,飛輪轉(zhuǎn)20周C.做功10次,飛輪轉(zhuǎn)20周D.做功20次,飛輪轉(zhuǎn)10周C3.發(fā)射火箭時(shí)，點(diǎn)火后，高溫、高壓氣體迅速膨脹向外噴出，氣體的溫度下降，火箭則獲得推力高速上升，并達(dá)到一定速度.在這個(gè)過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()A.氣體的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為火箭的機(jī)械能B.氣體的全部?jī)?nèi)能轉(zhuǎn)化為火箭的機(jī)械能C.氣體的一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能