师：各位同学，大家好。今天我们一起来学习第十四章内能的利用第一节第二课时柴油机。在学习新课之前，我们先通过一个实验回顾热机是如何使机械运转起来的。该实验有一定风险，请同学们不要模仿。老师提前在有机玻璃桶内注入一些燃料，然后用橡胶塞堵住玻璃管的上端，接着点火。请同学们一边观察之后的现象，一边思考：热机是如何使机械运转起来的？
生：（观察实验）
师：在刚才的实验中我们看到了什么现象呢？我们看到燃料在玻璃桶内燃烧，产生内能很大的气体，推动活塞做功，将内能转化为活塞、连杆、曲轴、飞轮等的机械能。因此，热机是通过将内能转化为机械能使机械运转起来的。这个实验相当于我们学习过的汽油机的四冲程中的哪一个冲程呢？
生：做功冲程。
师：非常好。在日常生产和生活中，人们加工石油后，得到了汽油、柴油等不同产品的燃料。我们能否用与汽油机相同的工作方式燃烧柴油，使机械运转呢？首先我们要了解汽油和柴油的特点。它们与空气的混合能力不同，汽油容易与空气混合，而柴油相对粘稠，难与空气混合。它们在相同体积内的含碳量也不同，汽油的含碳量较少，而柴油的含碳量比较多。那么，相同体积内的燃料在充分燃烧时所需的氧气含量及空气的含量哪个更多呢？
生：柴油所需的空气较多。
师：对。要解决这个问题，如果在汽油机吸气冲程的基础上进行改进，你想到该怎么办吗？
生：（思考并回答）
师：工程师们想到的其中一个办法，就是在吸气冲程时不再像汽油机那样吸入汽油和空气的混合气，而是只吸入空气。另一方面，由于汽油和柴油与空气的混合能力不同，汽油容易汽化，与空气形成混合气，而柴油相对粘稠，难与空气混合，那它们谁更容易被点燃呢？
生：汽油与空气的混合气容易被火花塞点燃。
师：很显然是这样。然而，柴油难与空气混合，通常为液态，所以难被火花塞点燃。但人们发现，相同气压下柴油的燃点却比汽油的低。燃点是指物质着火燃烧时所需要的最低温度值。在标准气压下，汽油的燃点约427摄氏度，而柴油的燃点约220摄氏度。基于这一点，你想到如何解决柴油点火的问题了吗？
生：（思考并回答）
师：是的，人们采取的措施就是在做功冲程时不再像汽油机那样用火花塞点火。那同学们可以想一想，没有了火花塞怎样点燃柴油呢？
生：（思考并回答）
师：看来我们只好设法让柴油快速达到它的燃点才行。那么在不另外添加热装置的前提下，有什么简单的方法可以提高气缸内的温度呢？
生：在压缩冲程时将空气压缩的程度更大。
师：对了，最简单的方法就是在压缩冲程时将空气压缩的程度更大，达到甚至超过柴油的燃点，柴油就会燃烧了，就像我们学习过的压缩引燃仪那样的方式，即压燃。依据以上分析，要设计一台柴油机，首先在吸气冲程时，气缸中只吸入空气，压缩冲程时空气的内能增大，温度升高。但问题是如何将柴油注入气缸呢？
生：（思考并回答）
师：人们可以加装喷油嘴，在压缩冲程末段将柴油通过喷油嘴喷入气缸即可。而且设计师要设计活塞，在压缩冲程时将空气压缩的程度更大，使内能更大，空气的温度更高。柴油在喷入气缸后就会自动点燃。研究表明，提升燃料的温度会使燃料燃烧更充分，释放出更多的能量，机器的效率也提高了。而且相同体积的柴油含碳量比汽油更高，因此燃烧时会释放出更多的能量。汽缸规格相同时，燃气产生的压强也会更大，燃气对活塞的推力会更大，相同时间内对外做的功就会越多，即输出功率增大。可是又有新的问题出现了，零部件无法承受燃烧的燃气产生的强大气压，应该怎么办呢？
生：（思考并回答）
师：工程师们就会进一步改进机器来增强机器的结构强度，因此柴油机相对于汽油机就会显得笨重一些了。那么四冲程柴油机是怎样连续工作的呢？下面我们通过动画来模拟演示完整的柴油机连续工作的过程，请同学们一边观看，一边思考比较柴油机与汽油机工作时有何相同和不同之处。
（播放动画）
师：通过动画演示，我们进一步明确了四冲程柴油机的工作过程。吸气冲程，进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，气缸中只吸入空气。然后是压缩冲程，两个气门都关闭，活塞向上运动，将空气压缩到很小的空间，此时活塞、飞轮等的机械能转化为空气的内能，空气的温度升高，超过柴油的燃点。在压缩冲程结束时，向气缸内喷入柴油，与高温的空气混合，柴油自动点燃，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，对外做功，即为做功冲程，柴油燃烧产生的内能就转化为活塞的机械能。排气冲程时，排气门打开，进气门关闭，活塞在飞轮的带动下向上运动，排出废气。就这样，柴油机就完成了一个工作循环。如此往复，柴油机就可以连续运转起来了。汽油机和柴油机各有不同，它们主要用于哪些地方呢？