第三节　热机的工作原理

学习目标： 1.知道什么是热机以及热机的工作原理． 2．了解内燃机的工作原理． 3．了解燃气轮机和制冷机的工作原理．

学习目标 课前自主学案 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第三节 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练

1．热机是把_______转化为_______的一种装置． 课前自主学案 一、热机 1．热机是把_______转化为_______的一种装置． 2．蒸汽机和蒸汽轮机是把_______的内能转化为机械能，内燃机和燃气轮机是把________的内能转化为机械能． 二、蒸汽机和蒸汽轮机 1．蒸汽机：工作物质是________，它是从加热器吸收热量，其中部分热量用于推动活塞_______，剩余的热量排入冷凝器． 2．蒸汽轮机：它是用高压水蒸气驱动_______，带动转子高速旋转，能输出强大动力． 内能 机械能 水蒸气 燃气 水蒸气 做功 叶轮

三、内燃机和燃气轮机 1．内燃机 (1)燃料在汽缸内燃烧，直接利用汽缸内生成的高温高压气体推动活塞做功． (2)工作原理 ①内燃机的一个工作循环一般由______、_____、_______和_______四个冲程组成．四个冲程循环往复，内燃机持续工作．内燃机的一个工作循环，活塞往复____次，做功____次，飞轮转____转． ②能量转化 在内燃机工作的四个冲程中，只有______冲程燃气对外做功，完成______向_______的转化；压缩冲程是将_________转化为____能的过程． 吸气 压缩 做功 排气 一 两 两 做功 机械能 内能 机械能 内

2．燃气轮机 燃气轮机没有汽缸和活塞，工作时将燃油喷入__________，燃烧后产生高温高压燃气，驱动涡轮旋转，将燃气的_______转化为________． 四、制冷机 　制冷机跟蒸汽机、内燃机一样都属于_____，只是两者的作用正相反．热机利用吸收的热量的一部分做功，同时将另一部分排放；而制冷机则利用外界对它所做的功，从待冷却物体中吸收热量，同时向高温物体排放． 燃烧室 内能 机械能 热机

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如蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能；内燃机是把燃烧后的高温高压气体的内能转化为机械能；燃气轮机把燃气的内能转化为机械能． 核心要点突破 一、热机 1．热机 热机是把内能转化成机械能的一种装置． 如蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能；内燃机是把燃烧后的高温高压气体的内能转化为机械能；燃气轮机把燃气的内能转化为机械能． 2．热机的组成部分 热源：指燃烧燃料而获得能量的部件． 工作物质：指利用获得的热量来做功的物质．如蒸汽机里的蒸汽，内燃机里燃烧后的高温气体，燃气轮机内的燃气．

冷凝器：把工作物质做功后所剩余的热量进行再吸收的部分．如推动活塞做功后放出的蒸汽的温度也很高，如果把这种蒸汽直接放入大气中，则大气就是冷凝器．当然这样就白白浪费了剩余蒸气所具有的能量，通常把这种工作后的剩余蒸汽通过管道送入居民区用于烧水、做饭、取暖等． 3．热机的工作原理 工作物质从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到冷凝器中． 根据能量守恒，有Q1＝W＋Q2.

4．热机的种类 热机分为外燃机和内燃机两种．如蒸汽机、蒸汽轮机属于外燃机；内燃机包括柴油机、汽油机、燃气轮机． 特别提醒：热机必须有热源和冷凝器，工作时总要向冷凝器中散热，总有Q1＞W.即使是理想热机，无摩擦、无漏气，也不可能把吸收的热量Q1全部转化为机械能，因此η＜1.

二、内燃机的工作原理 1．内燃机的四冲程 内燃机的一个工作循环一般由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程四个冲程组成． 注意：活塞由最上端运动到最下端或最下端运动到最上端叫做一个冲程． (1)吸气冲程：此时，进气门打开，排气门关闭，在飞轮作用下，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入汽缸，混合气体体积增大，温度近似看做不变，即工作物质没有传热和做功效应，其内能近似不变．

(2)压缩冲程：在飞轮作用下，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，外界对工作物质做功使工作物质内能增加，温度升高． (3)做功冲程：在压缩冲程结束时由电火花点火，使燃料燃烧，产生高温高压气体，推动活塞向下运动，在此阶段中，工作物质既从高温热源(燃烧的燃料)t1吸热Q1，又对外做负功(－W)，其内能先是在吸热后增加，又在对外做功后减少． (4)排气冲程：此时，进气门关闭，排气门打开，在飞轮作用下，活塞向上运动，把温度较高的废气排出汽缸，同时将一部分热量Q2传递给外界环境(低温热源t2)，其内能继续减少．

2．四冲程柴油机原理图，如图2－3－1. 柴油机工作过程原理图 图2－3－1

3．四冲程汽油机原理图，如图2－3－2. 图2－3－2

三、制冷机 1．工作原理 如图2－3－3所示，制冷机的压缩机在电动机等的带动下做功，将蒸汽状的制冷剂压入冷凝器(散热器)，制冷剂在冷凝器(散热器)中液化，放出热量；液态的制冷剂进入蒸发器后，通过很细的管道后膨胀、汽化，这个过程中冷库的温度降低．其后再次进入压缩机，准备下一次循环过程．

制冷机的结构和工作原理 图2－3－3

特别提醒：制冷机可以使用不同的制冷剂．过去常用氟利昂，但是因为氟利昂会破坏大气的臭氧层，现在已改用R134a了． 2．热机与制冷机的联系与区别 广义地讲，制冷机跟蒸汽机、内燃机一样都属于热机，只是两者的作用正好相反．热机利用吸收的热量的一部分做功，同时将另一部分排放(图2－3－4甲)；而制冷机则利用外界对它所做的功，将待冷却物体中的热量取出，同时向高温物体排放(图2－3－4乙)．

图2－3－4

内燃机工作的四个冲程中，将内能转化为机械能的是( ) 课堂互动讲练 类型一 内燃机工作原理的理解 例1 内燃机工作的四个冲程中，将内能转化为机械能的是(　　) A．吸气冲程　　　　　　 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程

【精讲精析】　内燃机要完成一个工作循环，就要完成吸气、压缩、做功和排气这四个冲程．燃料是在做功冲程中燃烧的．化学能先转化为内能，产生高温高压的气体，推动活塞做功，内能再转化为机械能的．而另外三个冲程是要消耗机械能的．所以选项应为C. 【答案】　C

变式训练1　下列叙述正确的是(　　) A．在构造上，汽油机汽缸顶部有火花塞，柴油机汽缸顶部有喷油嘴 B．在吸气冲程中，汽油机吸入汽缸的是汽油，柴油机吸入汽缸的是柴油 C．在压缩冲程中，汽油机是压燃机点火，柴油机是点燃式点火 D．在做功冲程中，汽油机汽缸里燃气压强比柴油机里的高

解析：选A.由于汽油机与柴油机的区别是：汽油机汽缸顶部有火花塞，柴油机汽缸顶部有喷油嘴；汽油机吸入汽缸的是空气与汽油的混合物，柴油机吸入汽缸的只是空气；在压缩冲程中，汽油机是点燃式点火，柴油机是压燃式点火；在做功冲程中，柴油机燃气压强高，因而效率比汽油机的高．

类型二 对制冷机工作原理的理解 例2 图2－3－5

图2－3－5所示为电冰箱的工作原理．压缩机工作时，使制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环从而达到制冷的效果，那么，下列说法正确的是(　　) A．在冰箱外的管道中，制冷剂迅速膨胀并放出热量 B．在冰箱内的管道中，制冷剂迅速膨胀并吸收热量 C．在冰箱外的管道中，制冷剂被剧烈压缩并放出热量 D．在冰箱内的管道中，制冷剂被剧烈压缩并吸收热量

【精讲精析】　根据制冷机的制冷原理可知，在冰箱内的管道中，制冷剂迅速膨胀是汽化过程要吸收热量，在冰箱外的管道中，制冷剂被剧烈压缩是液化过程要放出热量．故只有B、C两项正确，A、D两项错误． 【方法总结】　记住并理解制冷机的工作原理很重要．

变式训练2　制冷机向空气放出的热量用Q1表示，从冷库吸收的热量用Q2表示，需要外界做功用W表示，关于三者的关系正确的是(　　) A．Q1＝Q2＝W　　　 B．Q1＜Q2＜W C．Q2＞Q1＞W D．Q1＝Q2＋W 答案：D