第1节 热机
教学目标
1.了解四冲程汽油机的基本工作原理。
2.能说出柴油机与汽油机在构造和工作过程中的不同。
3.通过能量的转化和转移认识热机的工作过程。
4.通过阅读科学世界“现代汽车”扩展学生的知识面。
重点
汽油机的工作原理及能的转化过程
教学
四冲程汽油机的基本工作原理
18 世纪第一辆汽车问世时，它的速度只有数千米每小时，而目前最快的汽车速度已经超过了声速。汽车是如何获得机械能的呢？
热 机
演示
如下图，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间，观察现象。
讨论这个过程中不同形式的能量之间转化的情况。
在这个实验中，燃料燃烧时产生的热量传给水和水蒸气；塞子受到水蒸气的压力而冲出去，水蒸气的内能转化为塞子的动能。
这个实验虽然简单，却基本展示了蒸汽机的工作原理。
人们发现内能可以做功，并制造了各种利用内能做功的机械——热机（heat engine）。热机的发明及广泛使用，使人类迈入了工业化社会，对人类社会的发展起到了重要的作用。
热机的种类很多，例如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
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。内燃机是现代社会中最常见的一种热机。汽车作为我们生活中不可缺少的交通工具，它的动力机械就是内燃机。下图是一种内燃机的剖面图。
内燃机分为汽油机和柴油机两大类，它们分别用汽油和柴油作为燃料。
一种内燃机剖面图
汽油机
下图是四冲程汽油机的剖面图。汽缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞，下部有活塞，活塞用连杆跟曲轴相连。汽油在汽缸里面燃烧时生成高温高压的燃气，推动活塞做功。活塞移动带动曲轴转动。
四冲程汽油机的剖面图
要使汽油机连续工作，活塞必须能在汽缸内往复运动。活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。
想想议议
1. 在四个冲程中，压缩冲程和做功冲程各发生了怎样的能量转化？
2. 哪个冲程使汽车获得动力？
3. 哪个冲程排出了汽车的废气？
柴油机
柴油机的构造和汽油机相似，但是柴油机通过压缩空气直接点燃柴油，因此柴油机汽缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。
柴油机的工作过程也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。在吸气冲程里吸进汽缸的只有空气。在压缩冲程中，活塞把空气的体积压缩得非常小，使得空气的温度很高。在压缩冲程结束时，汽缸内空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气便立刻燃烧起来。在做功冲程中，燃烧放出的热使得气体的压强和温度急剧升高，从而推动活塞对外做功。由于柴油机对空气的压缩程度比汽油机更高，因此在做功冲程中气体的压强也大于汽油机，因而可以输出更大的功率。
由于柴油机工作的过程中压强较大，要求各有关零件具有较高的结构强度，因此柴油机比较笨重，主要应用在载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮船上，有的地方还用它带动发电机发电。随着近年来柴油机技术的发展，其体积、噪声和污染等方面的缺点都逐步得到了改善， 越来越多的汽车也开始使用柴油发动机了。
汽车的动力系统
动手动脑学物理
从能量转化的角度看，一台四冲程内燃机在一个循环中
（1）哪个冲程存在着化学能转化为内能的过程？
（2）哪个冲程存在着内能转化为机械能的过程？
（3）哪个冲程具有很明显的机械能转化为内能的过程？
参考答案
（1）做功冲程中，燃料燃烧，化学能转化为内能。
（2）做功冲程中，内能转化为机械能。
（3）压缩冲程中，机械能转化为内能。
谢谢！