师：同学们，大家好。这节课我们来复习第十四章《内能的利用》。本节课的学习目标如下：一、知道热机的工作原理，以及汽油机和柴油机的构造、工作过程；二、了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义，认识燃料的热值，明确什么是热机的效率，并会计算效率；三、知道能量的转化和转移，理解能量守恒定律。
火，能驱散寒冷与黑暗，带来温暖和光明。从燃料的燃烧中获取内能，是人类利用能量的主要来源。通过热传递来加热物体，实现了内能的转移；利用内能做功，人类发明了热机，实现了内能向其他形式能量的转化。
热机，就是利用内能做功的机械。它是如何获取机械能的呢？请同学们一起来回顾一个实验。这个实验基本反映了热机的工作原理，将燃料燃烧获得的内能转化为机械能，从而获得动力。
热机的种类繁多，例如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。尽管它们的构造各不相同，但都是利用内能做功的机械。在现代社会中，内燃机是最常见的一种热机。绝大多数汽车的动力机械，也就是我们常说的发动机的引擎，就是内燃机。顾名思义，燃料直接在发动机气缸内燃烧，产生动力的热机叫内燃机。
内燃机最常见的例子是车用汽油机与柴油机，它们分别以汽油和柴油作为燃料。一般的工作原理为：燃料与空气混合燃烧，气体受热膨胀，内能增加，通过机械装置对外做功，将内能转化为机械能。
内燃机分为汽油机和柴油机两大类。这是四冲程汽油机剖面图，这里是气缸，气缸上部有进气门、排气门，顶部有火花塞，下部有活塞，活塞用连杆与曲轴相连。
汽油在气缸内燃烧时产生高温高压的燃气，推动活塞做功，活塞移动带动曲轴转动。要使汽油机连续工作，活塞必须能在气缸内往复运动。活塞在气缸内往复运动时，从气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、排气四个冲程不断循环来保证其连续工作的。
需要注意的是，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程叫一个冲程，而一个完整的工作循环则包括吸气、压缩、做功、排气这四个冲程。接下来我们具体研究一下这四个冲程。
吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入气缸。提醒同学们，吸气冲程中，进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，气缸内压强减小，汽油和空气的混合物被吸入气缸。
压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩成高温高压的燃料混合气。此冲程中，进气门、排气门都处于关闭状态，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，体积变小，压强变大，温度升高，这个过程中将机械能转化为内能。
做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料混合气猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并带动曲轴转动，实现对外做功。做功冲程中，进气门和排气门都关闭，火花塞点火，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，在这个冲程中将内能转化为机械能，获得动力。
排气冲程：进气门保持关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。排气冲程中，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
四冲程汽油机一个完整的工作循环，包括吸气、压缩、做功、排气这四个冲程。吸气冲程，进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入汽油和空气的混合物进入气缸；压缩冲程，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，温度升高；做功冲程，在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体，这些气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功；排气冲程，进气门保持关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
接下来请同学们注意观察一个工作循环曲轴转动的圈数，我们可以发现一个工作循环曲轴转动两圈。刚才我们研究了单缸四冲程的汽油机，一个完整的工作循环包括四个冲程，吸气、压缩、做功、排气，活塞往返两次，曲轴转动两周，对外做功一次。只有做功冲程对外做功，将内能转化为机械能获得动力，其余冲程依靠飞轮的惯性完成。飞轮是与曲轴同轴的一个质量较大的圆盘，飞轮的转速是一个重要的参数。某飞轮转速为1600转每分钟，它表示每分钟飞轮转动1600转，那么每分钟有多少个工作循环？每分钟燃气又做多少次功呢？同学们可以暂停视频思考一下，做出你的判断。我们知道一个工作循环曲轴转动两周，1600转除以2就得到每分钟是800个工作循环。而一个工作循环只有做功冲程对外做功一次，这样800个工作循环自然就是800次功。我们刚才研究的是单缸四冲程的汽油机，而多数汽油机是由四缸或者六缸等多缸发动机，每个气缸都进行四个冲程的循环，每个气缸都交替做功，这样车辆才能获得较为强大的动力，并且运转起来更加平稳。
学习内燃机，我们要学会辨认不同的冲程。接下来我们来看一道例题，判断各冲程的正确排列顺序，同学们可以暂停视频思考一下，做出你的判断。此类题我们需要关注的是进气门和排气门的打开和关闭情况，同时还要关注活塞的运动方向。我们看甲图，进气门、排气门都关闭，活塞向上运动，不难发现这是压缩冲程；乙图，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，所以这是排气冲程；丙图，进气门、排气门都关闭，活塞向下运动，所以这是做功冲程，并且大家会注意到火花塞在点火；丁图，进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，所以这是吸气冲程。这样我们就不难得出正确答案。
我们知道单缸四冲程汽油机顶部是火花塞，而柴油机的气缸顶部则是喷油嘴。柴油机的工作过程也分为吸气、压缩、做功、排气这四个冲程。但是具体情况与汽油机有所区别。吸气冲程，汽油机吸入的是汽油和空气的混合物，而柴油机吸入的只是空气；压缩冲程，汽油机压缩的是汽油和空气的混合物，压缩以后体积变小，压强变大，温度变高，而柴油机压缩的只是空气，体积变得更小，压缩程度更高，压强更大，温度更高，所以柴油机的构造要做得牢固，因此柴油机显得笨重。
柴油机和汽油机在压缩冲程中都是将机械能转化为内能。做功冲程，汽油机是火花塞点火燃料燃烧，称为点燃式，而柴油机则是喷油嘴喷出雾状柴油，遇高温而燃烧，称为压燃式。最后我们将汽油机和柴油机的区别做一下列表分析。在构造上，汽油机顶部有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴；在燃料上，汽油机燃烧的是汽油，而柴油机燃烧的是柴油；在吸气冲程中，汽油机吸入的是汽油和空气的混合物，而柴油机吸入的只是空气；压缩冲程，汽油机是燃料混合物被压缩体积变小，压强变大，温度变高，而柴油机压缩的只是空气，压缩的体积更小，压强更大，温度更高；做功冲程，汽油机靠火花塞点火燃料燃烧，称为点燃式，而柴油机则喷出雾状柴油，遇高温而燃烧，称为压燃式；在用途上，汽油机比较轻巧，体积小，常用于家用轿车、摩托车、小型农业设备、轻型飞机等，而柴油机比较笨重，但是经济功率大，主要用于载重汽车、轮船、坦克、带动发电机工作等。
从笨重的蒸汽锅炉到小巧的内燃机，汽车的诞生之路曲折而危险，它的发明和改进是智慧的结晶，也是应时代而生的产物。它不仅让汽车走得更远、更快、更稳定，还推动了经济的发展，改变了文明的格局。未来面对能源的越来越紧缺，或许会有一种新型动力之源推动我们在路上行驶。
热机的出现改变了人类的历史，科技的进步加速了人类文明的进程。随着科技的不断进步，人类生活也随之发生着改变，从开始时用木柴烧火做饭，逐渐发展到使用煤、液化气、天然气等。这是因为人们逐渐发现不同的燃料燃烧时放出的热量也不同。
人们发现燃料燃烧时放出的热量与燃料的多少，也就是燃料的质量有关，还与燃料是否充分、完全地燃烧有关，也就是燃烧情况有关。人们还发现，即使燃料质量相同，在都完全燃烧时，不同种类的燃料释放热量的多少也是不一样的。由此，人们认识到不同燃料燃烧释放热量的能力是不太一样的。为了表示燃料这一特性，引入了燃料的热值这一名词。我们把某种燃料完全燃烧时放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值，用字母q表示。热值在数值上等于1千克某种燃料完全燃烧放出的热量。不同的燃料燃烧释放热量的能力不同，热值的单位是焦每千克，对于气体燃料是焦每立方米。这是一些燃料的热值，例如柴油，它的热值是4.3×10?焦每千克，它的物理意义表示1千克的柴油完全燃烧时放出的热量是4.3×10?焦耳。