基本要求：
1. 体会现代交通工具对人们生活的影响。
2. 初步认识发动机的作用，知道热机的概念，了解内燃机是热机的一种。
3. 通过模型、挂图了解汽油机的构造。
4. 通过模型、挂图了解柴油机的构造。
5. 能用文字或口头表述内燃机各冲程的工作状态和能量转化。
6. 知道内燃机工作时有废气污染，树立环保意识。
7. 从生活中体会不同燃料燃烧释放热能的本领不同，建立燃料热值概念。
8. 会查燃料的热值表。能根据燃料的热值计算一定质量的燃料xx燃烧所释放的热量。
9. 能说出热机工作时燃料释放的能量的主要流向。对热机的效率有一个初步的认识，能大致说出提高热机效率的途径。
10. 能举例说明燃料燃烧产生的排放物对环境的影响，能从科学的角度读懂媒体对与热机有关的环境方面的报道，培养自觉的环保意识。
11. 能大致说出燃料内能的利用与人类社会的关系。
二. 重点、难点
重点内容：内燃机的构造与工作过程；热值概念的建立及有关热量的计算；初步认识热机的效率；树立环保意识。
难点内容：内燃机工作过程中能量的转化；有关热值的计算等。
重点内容讲解：
一. 内能的来源和利用。
（一）燃料的燃烧与热值
人要生存，离不开能量，机器要运转，也离不开能量，而内能又是人类和各种动力机械主要利用的能量形式之一。接下来我们就来认识一下人们是如何利用内能的。说到内能的利用，首先要考虑内能的来源，而燃料的利用正是这一来源的主要途径。下面我们先来讨论燃料及与燃料有关的问题。
（1）燃料的特点
我们都知道，煤炭、汽油、柴油是燃料，除此之外还有很多燃料。如柴火、酒精、蜡烛、煤气、天然气等等。
燃料在燃烧时发生剧烈的氧化反应。xx变成了另一种物质，所以燃料的燃烧是一种化学变化。在燃料燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能。也就是我们常说的释放热量。人类使用的能量绝大部分是从燃料燃烧中获得的内能。所以燃烧的过程就是把燃料的化学能转化为内能的过程。
（2）燃料的热值
燃料的共同特点是都能燃烧。那么不同燃料在燃烧时有什么不同呢？煮饭时用煤为什么比用柴草好呢？可能同学们会说，煤比柴草放出的热量多。煤一定比柴草放出的热量多吗？怎样比较才更合适？当然应取相同质量的煤与柴草相比才合适。它们质量相同，就一定是煤放出的热量多吗？还应补充一条：要让它们都充分燃烧。在它们都烧完、烧尽的条件下，才有可比性。（一个四口之家一月需要的内能，即吸收的热量是一定的，这些热量由燃料燃烧放出。燃料燃烧放出的热量与燃料的种类和质量有关。月需木柴150多千克，而煤只需约75千克左右，石油液化气30千克左右。显然，取相同质量的柴和煤，在它们xx燃烧时煤比木柴放出的热量要多。为了比较和计算质量相同的各种燃料xx燃烧时放出的热量，物理学里引入了燃料的热值概念。）
为了比较不同燃料的这一差异，我们引入一个新的概念：燃料的热值
1. 定义：1千克的某种燃料xx燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值。1千克干木柴xx燃烧放出约1.2×107焦的热量。则干木柴的热值是1.2×107焦/千克。
对于气体燃料而言，热值的定义是1m3的某种燃料xx燃烧时放出的热量。
2. 单位：J/kg。对于气体燃料而言就是J/m3。
3. 物理意义：
热值直接反映了燃料的燃烧特性。热值大，反映单位质量的该种燃料xx燃烧时放出的热量多（化学能转化成的内能多）。
课本中有几种常见燃料的热值表。同学们要明确其物理意义。如汽油的热值为4.6×107焦/千克。其物理意义是一千克汽油xx燃烧时，放出的热量为4.6×107焦耳。再如煤气的热值是1.8×107J/m3。其物理意义是1m3的煤气xx燃烧时放出的热量是1.8×107J。
另外燃烧的热值是燃料的一种特性，与燃料质量、是否燃烧、燃烧程度等因素无关。所以一筒汽油与半筒汽油相比，热值一样大。
如果用Q表示燃料xx燃烧放出的热量，用q表示燃料的热值，用m表示燃料的质量，那么可用公式Q＝mq来计算其放出的热量。
（3）燃料的有效利用
①影响燃料有效利用的因素
按热值来计算，1千克干木柴xx燃烧能放出1.2×107焦耳的热量。这些热量若全部被水吸收，可把35千克左右的水由20℃烧开。而实际生活中1千克干木柴是不能把35公斤20℃的水烧开的。那是为什么呢？因为燃料不可能做到xx燃烧，同时热量有散失，水吸不到那么多热量。
燃料燃烧时需氧气助燃，供氧不足是燃料不能xx燃烧的主要原因。另外，烟气也会带走大量热量，炉壁还会传走一部分热量。这样就使得真正传给水的热量仅占燃料放出热量的一小部分。当然不能烧开那么多水。
②提高炉子效率的措施
为了反映炉子对燃料的利用率，我们经常用炉子的效率来描述。
炉子有效利用的热量与燃料xx燃烧放出的热量之比，叫做炉子的效率。
为了提高炉子的效率，人们做了种种努力，主要措施有：
增加供氧量。如用风箱、吹风机就起了这一作用。大型工业锅炉还采用把煤粒用鼓风机吹起来烧，使效率大大提高。
炉壁选用隔热材料。这主要是为减少炉壁向外传热。
增大受热面积。大型锅炉采用供水管道直接分布在炉膛内，使其充分受热，减小了烟气的热损失。
目前，我国炉具的平均效率还较低，若平均效率能提高1%。全国每年节省的燃料相当于一个大型煤矿的年产量。可见。改造炉具，提高炉子的效率具有巨大的节能潜力。
（二）内能的利用
人类生产和生活中燃烧大量的燃料，利用燃料燃烧释放出热量、从燃料的燃烧中获得内能来加热工件、生火取暖、煮饭。所以内能的一个重要应用就是用它来加热物体。
1. 利用内能来加热
如图所示，用酒精灯加热试管中的水。酒精燃烧时，酒精的化学能转化为内能，释放出热量。通过热传递将一部分内能从温度高的火焰传给温度低的试管和水，试管和水吸收热量温度升高，内能增加。
利用内能加热的过程，内能并没有转化成其他形式的能，只是内能从一个物体转移到另一个物体上。如煮饭，生炉子取暖等。
城市冬季取暖采用暖气设备、热电站集中供热的好处：可以提高炉子的效率，减小废渣废气对环境的污染、改善环境卫生。提高节约能源和搞好环境保护的认识。
2. 利用内能来做功
实验：在上述实验基础上进行：用软木塞塞住试管口，加热使水沸腾，直到水蒸气把软木塞冲出。
加热试管中水的过程中，水的内能不断增加，温度升高直到沸腾，水剧烈汽化，产生大量的水蒸气，对软木塞的压力不断增大，{zh1}将软木塞冲出试管口。水蒸气膨胀对软木塞做功，水蒸气的部分内能转化为塞子的机械能。
利用内能来做功是内能的另一个重要应用。
物体的内能可以对外做功、这时它的内能减少。上述实验中，水蒸气对软木塞做功，这时水蒸气的温度降低，内能减少。所以我们会发现试管口出现大量的白气。
人类历史上发现内能可以做功并制造出利用内能来做功的机器──热机。
利用内能做功的过程，是内能转化为其它形式能的过程。热机就是将内能转化为机械能的机器。现代的交通工具要使用热机，现代的火电站和热电站也要靠热机把内能转化为机械能，然后再带动发电机发电。
三. 内燃机
通常根据燃料燃烧方式，将热机分为内燃机与蒸气发动机两类。凡是燃料直接在气缸内燃烧，全部能量转化过程在气缸内完成的热机称为内燃机，先把燃料燃烧时释放的能量的一部分传给工作物质，再由工作物质把得到的能量的一部分转化为机械能的称蒸气发动机，又称外燃式热机。内燃机的工作物质是燃烧的烟气，而蒸气发动机似的工作物质是水蒸气。今天我们主要来学习内燃机。
内燃机是指燃料直接在气缸内燃烧的热机。内燃机有两种，汽油机和柴油机。
（1）汽油机
汽油机指汽油在汽油机气缸内燃烧、生成高温高压燃气，燃气推动活塞而做功。燃气的内能转化为活塞运动的机械能。
（2）汽油机的构造：
汽油机的构造：气缸、活塞、连杆、曲轴、进气道、排气道、进气门、排气门、火花塞。
活塞在汽缸里往复运动，活塞从气缸的一端运动到另一端叫做一个冲程。
火花塞能产生电火花，它的主要功能是点燃汽油。曲轴转动，活塞在汽缸中往复运动，通过曲轴变成转动。进气门和排气门的开合，是由齿轮巧妙组合控制的。
（3）汽油机的工作原理
多数汽油机是由吸气、压缩、做功和排气四个冲程不断循环工作的。
①吸气冲程：
吸气冲程中，活塞由上端向下端运动，此时进气门打开，排气门关闭。活塞向下运动使气缸里的气体体积变大，压强减小（低于大气压），于是汽油和空气组成的混合物从进气门被吸入气缸里。
②压缩冲程：
压缩冲程中进气门和排气门都关闭，活塞向上运动压缩汽油和空气燃料的混合物做功，活塞的机械能转化为燃料混合物的内能，压强变大，温度升高。
③做功冲程：
压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压燃气。高温高压燃气对活塞做功，推动活塞向下运动，并通过连杆带动轴转动。此时进气门和排气门均关闭。在做功冲程中，燃气的内能转化为活塞运动的机械能。
④排气冲程：
排气冲程中，活塞向上运动。进气门关闭、排气门打开。废气被排到气缸外。
汽油机就是由吸气、压缩、做功和排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。
在开始运转时，要靠外力先使曲轴转动起来。由曲轴通过连杆带动活塞运动，待汽油机发动起来，它才能自己工作。
四冲程内燃机的工作过程是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的。这四个冲程叫做一个工作循环。在每个工作循环中，气缸内的活塞往复两次，曲轴转动两周。在四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。
（4）应用：根据汽油机轻巧的特点，它常用在汽车、飞机和小型动力机械上面。
2. 柴油机与汽油机的异同
①汽油机和柴油机在构造上的异同：柴油机的构造和汽油机相似，主要的不同是柴油机气缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。由此喷油嘴可向气缸内喷入雾状柴油。
②柴油机与汽油机工作过程的异同：柴油机的工作过程与汽油机一样也分为吸气、压缩、做功、排气冲程。不同的是：柴油机在吸气冲程吸入气缸的是新鲜空气、而汽油机吸入的则是汽油和空气的混合燃料。在压缩冲程末汽油机是靠火花塞产生电火花，使燃料燃烧。而柴油机是在压缩冲程末、从喷油嘴喷出雾状柴油遇到热空气立即燃烧（汽油机的点火方式叫点燃式，柴油机的点火方式叫压燃式）。由于柴油机中燃气的温度和压强比汽油机中燃气的温度和压强高，所以做功冲程里柴油机燃气做的功也比较多。
③柴油机吸气冲程中吸入气缸里的只有空气。
④柴油机的点火方式叫压燃式。汽油机的点火方式叫点燃式。
⑤柴油机燃气做的功较汽油机燃气做的功多。
⑥汽油机和柴油机的相同之处
汽油机和柴油机相同之处是：基本构造和主要部件的作用相似；每个工作循环都一样，由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成；在这四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮的惯性来完成；一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两周，飞轮转两圈，做功一次。
四. 热机的效率
一辆汽车从身旁驶过，有时根据人的嗅觉就能知道它的发动机是汽油机还是柴油机。这是因为它们排出的气体的味道不同。它们排出的气体中仍有汽油或柴油味。这说明汽油或柴油并未xx燃烧。既然燃料没有xx燃烧，就说明有一部分能量被白白地损失掉了。
有人曾用汽车的尾气加热饭菜就说明了这一点。除此之外，气缸壁等也会传走一部分内能。
以上这些都是没有转化成机械能的内能。那么曲轴获得的机械能是不是全部做了有用功？当然不是，有一部分要传给飞轮以维持其继续转动。除此之外，由于各零部件之间有摩擦，曲轴还需克服摩擦做功。
热机的效率：
由于以上原因，真正用来做有用功的能量只占燃烧燃料所能提供能量的一部分。所占比例的大小，也就成了热机性能的标志。为此，我们再介绍一个新的概念：
热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料xx燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。
由于损失的原因比较多，所以热机的效率一般都较低。下图是内燃机的能流图以及火电站的能流图。
热机是人类使用的主要动力机。尽管它的效率还不高。我们仍然离不了它。问题的关键是如何改进和提高它的性能。
为了让燃料尽可能xx燃烧，可通过改善燃烧环境，调节油、气比例等来实现。为了减小摩擦需要经常保养机器，适当调节各零部件间间隙，并注意保持润滑等。另外还应下决心关停一些冒黑烟、耗能大的热机，以提高热机的整体水平。
各种热机的效率是不同的，如推动世界{dy}次工业革命的蒸气机的效率只有6%到15%，汽油机的效率约是20%到30%，柴油机的效率约为30%到40%，而飞机上的喷气式发动机的效率能达到50%到60%。由于能量的损失是不可避免的，所以热机的效率永远不可能达到{bfb}。我们只能是想方设法提高其机械效率。
提高热机的效率，并非易事，需要解决的问题还很多，甚至每前进一步都要付出艰苦的努力，不过我们相信，随着科学技术的飞速发展，以及新能源的不断开发，热机的性能一定会得到较大提高。我们也期待着现在的青年中能涌现出更多瓦特式的人才，为人类研制出更新更好的热机。
五. 环境保护
热机为人类的发展做出了重大贡献，但也带来了许多环境污染问题。各种热机排出大量的废气、各种燃料燃烧时排放到大气中的烟尘、及排放的SO2和CO2还会形成酸雨。酸雨被称作“空中死神”。由于本世纪以来全球二氧化硫和氮氧化物的排放量分别增加了6倍和8倍，由此导致酸雨降落范围日益扩大，其酸度不断上升。据报导，欧洲雨水酸度每年增加10%。酸雨使土壤酸化，使林木降低抗病虫害能力。在酸性湖泊中，鱼卵不能孵化，微生物组成发生变化，有机物分解减慢，各级食物链改变，浮游植物和浮游生物减少，从而使鱼类饵料减少，导致鱼的种类和数量减少。据报导，瑞典、挪威由于酸雨危害，已有4万多个湖泊中的鱼类大量死亡。
数量庞大的汽车行驶时，排放的废气污染是不可忽视的，在一些国家就曾发生过汽车排放的废气对城市严重污染的事件。如何在保持工业、交通发展的同时，又能控制废气与粉尘的污染，提高空气质量，保护我们生存的家园，已经引起众多科学工作者和全世界各个国家的xx。我国是一个发展中国家，在发展建设的同时，也应注意到环境的保护。
