专题13.3 内燃机【三大题型】（举一反三）-2024-2025学年九年级物理全一册举一反三系列（沪科版）

专题13.3 内燃机【三大题型】 【沪科版】 【题型1 汽油机的工作过程及能量转化】 3 【题型2 柴油机的构造与工作过程】 6 【题型3 综合实验】 8 知识点1：内燃机 一、热机： 1.定义：把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置称为热机。热机包括蒸汽机，汽轮机，内燃机，喷气发动机等。 2.原理： 燃料燃烧释放化学能产生高温高压气体，推动活塞对外做功转化成机械能。 二、内燃机 1.定义：燃料燃烧释放化学能产生高温高压气体，推动活塞对外做功转化成机械能。 2.分类：汽油机与柴油机 三、汽油机 1.构造：汽油机主要由气缸、活塞、进气道、进气阀、排气道、排气阀、曲轴连杆、飞轮和火花塞组成。 2.汽油机工作四冲程： ①吸气冲程：进气阀开启，排气阀关闭。活塞依靠惯性向下运动，吸入汽油与空气的混合物。 ②压缩冲程：进气阀关闭，排气阀关闭。活塞依靠惯性向上运动，压缩内部气体，对气体做功，使气体温度升高。 ③做功冲程：进气阀关闭，排气阀关闭。在压缩冲程末，做功冲程初火花塞点火，内部气体燃烧产生高温高压气体。高温高压气体对活塞做功，使活塞向下运动，进而实现对外做功。 ④排气冲程：进气阀关闭，排气阀打开。活塞依靠惯性向上运动，排出内部高温气体。（然后进入吸气冲程） 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 除了做功冲程靠高温高压气体对活塞做功外，其他冲程都是靠飞轮惯性完成。 3.能量转化： 压缩冲程：机械能转化成内能 做功冲程：内能转化成机械能 4. 比例关系 1个工作循环要经历四个冲程，活塞往复运动2次，曲轴要转2圈，对外做功1次 四、柴油机 1.柴油机与汽油机的四个冲程一样，只不过柴油机的做功冲程不需要火花塞点火，采用压燃式。 2.柴油机与汽油机的联系和区别 机种 项目 汽油机 柴油机 构造 气缸顶部有火花塞 气缸顶部有喷油嘴 燃料 汽油 柴油 点燃方式 点燃式 压燃式 工作过程 吸气冲程 吸入汽油与空气的混合物 只吸入空气 压缩冲程 燃料被压缩后，缸内压强较高 空气被压缩后，缸内压强很高 做功冲程 压缩冲程末火花塞点火 压缩冲程末喷油嘴喷出雾状柴油 效率 20%—30% 30%—45% 用途 轻巧、体积小，常用于小型汽车、飞机和小型农业器械 笨重、经济、功率大，主要用于载重汽车、轮船、坦克 【题型1 汽油机的工作过程及能量转化】 【例1】（2022·湖南邵阳·中考真题）图是四冲程汽油机其中一个冲程的工作示意图，它表示的是（ ） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】C 【解析】 如图所示，进气门排气门都关闭，活塞向下运动，火花塞处有火花，是做功冲程，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 【变式1-1】（2022·广西来宾·九年级期末）下列四种设备中，其中利用内能转化为机械能实现对外做功的是（ ） A．洗衣机 B．电视机 C．收音机 D．柴油机 【答案】D 【解析】A．洗衣机工作过程中将电能转化为机械能，故A不符合题意； B．电视机工作过程中将电能转化为光能和声能，故B不符合题意； C．收音机工作过程中将电能转化为机械能，故C不符合题意； D．柴油机工作过程中柴油燃烧释放的内能转化为机械能，从而实现对外做功，故D符合题意。 故选D。 【变式1-2】（2022·广西南宁·九年级期末）如图所示四个图分别是汽油机的四个冲程，其中压缩冲程是（ ） A． B． C． D． 【答案】C 【解析】A．进气阀开启，活塞下行，气体流入汽缸，是吸气冲程，故A不符合题意； B．两气阀都关闭，火花塞点火，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，故B不符合题意； C．两气阀都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，故C符合题意； D．排气阀开启，活塞上行，气体流出汽缸，是排气冲程，故D不符合题意。 故选C。 【变式1-3】（2022·江苏镇江·九年级期末）如图所示，机械能与内能相互转化的事例中，与图中内燃机工作冲程相同的是（ ） A．瓶塞飞出 B．弯折铁丝 C．压缩气体 D．钻木取火 【答案】A 【解析】由图可知，内燃机两气阀关闭，活塞下行，是做功冲程，对外做功时，内能转化为机械能。 A．当瓶塞跳起时，同时还能看到瓶口出现“白雾”的现象，说明水蒸气对塞子做功，内能减少，温度降低，这一过程的能量转化为内能转化为机械能，与内燃机的做功冲程的能量转化相同。故A符合题意； B．弯折铁丝是机械能转化为内能，与图中内燃机工作冲程不同，故B不符合题意； C．压缩气体做功，机械能转化为内能，与图中内燃机工作冲程不同，故C不符合题意； D．钻木取火是机械能转化为内能，与图中内燃机工作冲程不同，故D不符合题意。 故选A。 【变式1-4】（2022·山东济南·一模）2022春节期间，济南市全域全时段禁售、禁燃、禁放烟花爆竹。燃放鞭炮实质上是鞭炮内的化学物质发生爆燃，产生高压燃气瞬间冲破鞭炮的过程。这个过程和热机哪个工作冲程的原理相似（ ） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】C 【解析】ABCD．高压燃气瞬间冲破鞭炮的过程是将内能转化为机械能，与热机的做功冲程的原理相似，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 【变式1-5】（2022·内蒙古赤峰·中考真题）汽油机的四个冲程中，哪个冲程存在着化学能转化为内能的过程（ ） A． B． C． D． 【答案】C 【解析】 A．进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，没有能量转化，故A不符合题意； B．两气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，机械能转化为内能，故B不符合题意； C．两气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程，此冲程燃料燃烧时，化学能转化为内能，然后对外做功时内能转化为机械能，故C符合题意； D．进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，没有能量转化，故D不符合题意。 故选C。 【题型2 柴油机的构造与工作过程】 【例2】（2024·黑龙江·九年级月考）关于热机，下列说法是正确的是（ ） A. 汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞。 B. 柴油机在吸气冲程中，将柴油和空气的混合气吸入气缸。 C. 柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大 D. 汽油机在做功冲程中，是把内能转化为机械能 【答案】D 【解析】 A．汽油机为火花塞，柴油机为喷油嘴，故A错误； B．柴油机吸入的只是空气，故B错误； C．柴油机的效率比汽油机的高，主要是因为柴油机为压燃式，压缩的程度更高，气缸内温度更高，能量转化的程度更高，和热值无关，故C错误； D．汽油机在做功冲程中，高温高压燃气推动活塞做功，是将把内能转化为机械能，故D正确。 故选D。 【变式2-1】（2022·广东深圳·二模）（多选）如图所示的轮船，动力是由柴油机提供的，下列说法正确的是（ ） A．柴油机利用水做冷却液是因为水蒸发吸热 B．柴油机做功冲程中，内能转化为机械能 C．柴油机是利用内能做功的机器 D．柴油机效率高，是因为柴油的热值大 【答案】BC 【解析】 A．柴油机利用水做冷却液是因为水比热容较大，改变相同的温度，相同质量的水比其他液体吸收的热量更多，故A错误； B．柴油机做功冲程中，高温高压燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，故B正确； C．柴油机工作时，利用燃料燃烧产生的内能，推动活塞做功，是利用内能做功的机器，故C正确； D．柴油的热值与柴油机效率高低无关，故D错误。 故选BC。 【变式2-2】（2022·四川省内江市第二中学一模）在热机的工作循环中，以下说法正确的是（ ） A．做功冲程是将机械能转化为内能 B．柴油机顶部是喷油嘴，汽油机顶部是火花塞 C．汽油机的吸气冲程中，吸入的是空气 D．内燃机的工作循环中四个冲程都是依靠飞轮的惯性来完成的 【答案】B 【解析】 A．做功冲程是将内能转化为机械能，故A错误； B．柴油机是压燃式，顶部是喷油嘴，汽油机顶部是火花塞，故B正确； C．汽油机的吸气冲程中，吸入的是空气和汽油混合气，故C错误； D．内燃机的工作循环中吸气冲程、压缩冲程、排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，故D错误。 故选B。 【变式2-3】（2022·全国·九年级）关于热机，下列说法正确的是（ ） A．汽油机气缸顶部有喷油嘴，柴油机气缸顶部有火花塞 B．汽油机在吸气冲程中，将空气吸入气缸 C．热机是利用内能做功的装置，可将内能转化为机械能 D．一般情况下汽油机的压缩比大于柴油机，其功率也更大 【答案】C 【解析】 A．汽油机是点燃式，气缸顶部有火花塞，柴油机吸气冲程吸入是空气，燃料通过喷油嘴喷入气缸内，气缸顶部有喷油嘴，故A错误； B．汽油机在吸气冲程中，将汽油与空气的混合气体吸入气缸，故B错误； C．热机是利用内能做功的装置，燃料燃烧产生高温高压的气体，推动活塞做功，可将内能转化为机械能，故C正确； D．一般情况下柴油机的压缩比大于汽油机，其功率也更大，故D错误。 故选C。 【题型3 综合实验】 【例3】（2024·广东佛山·月考）如图甲，反复弯折铁丝后，发现铁丝折处温度___________（选填“升高”或“降低”），如图乙中___________图所对应的能量转化过程与此实验相同。若该汽油机飞轮转速为2400r/min，则汽油机每秒对外做功___________次。 【答案】 升高 B 20 【解析】 [1][2]反复弯折铁丝时，人对铁丝做功，将机械能转化为铁丝的内能，铁丝内能增大，温度升高，A图为吸气冲程，B图为压缩冲程，将机械能转化为内能，C图为做功冲程，将内能转化为机械能，D图为排气冲程，故与B原理相同。 [3]由题意可知，汽油机飞轮转速为 2400r/min=40r/s 一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，做功1次，所以该汽油机对外做功20次。 【变式3-1】（2022·上海·八年级练习）现代生活越来越离不开热机，因此全面了解和认清热机的结构和工作过程对我们的生活至关重要，请你完成下面围绕“热机”展开的一些问题： （1）如图所示的流程图是用来说明汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况，请将其补充完整，①____________；②____________；③____________；④____________； （2）如图所示，在试管中装些水，用橡皮塞塞住，加热使水沸腾后，水蒸气把橡皮塞冲出的过程中是________能转化为__________能，图中情景可用来演示四冲程汽油机工作过程中的_________冲程； （3）单缸四冲程汽油机工作时，有些冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的____来完成，只有一个冲程不是这样，这个冲程是________冲程； （4）我们发现热机工作时，一般要在汽缸的外面安装一个水箱用来降低汽缸的温度，是利用水______________的特性，这是采用__________的方式来减小汽缸的内能。的． 【答案】 压缩冲程 机械能转化为内能 做功冲程 内能转化为机械能 内 机械 做功 惯性 做功 比热容大 热传递 【解析】（1）[1][2][3][4]内燃机的四个冲程是吸气冲程、压缩冲程(压缩冲程活塞压缩燃料混合物做功，将机械能转化为内能)、做功冲程(做功冲程高温高压的燃气推动活塞对活塞做功，将内能转化为机械能)、排气冲程。 （2）[5][6][7]当加热试管到一定程度时，水蒸气的内能足够大会将塞子冲出，将水蒸气的内能转化为塞子的机械能；此过程的能量转化关系是内能转化为机械能，与内燃机的做功冲程类似。 （3）[8][9]在内燃机的做功冲程中，燃气的内能转化为活塞的机械能，而吸气冲程、压缩冲程、排气冲程都是靠飞轮的惯性完成的。 （4）[10][11]一般要在汽缸的外面安装一个水箱用来降低汽缸的温度，是因为水的比热容相对较大，所以在质量相同的情况下可以吸收更多的热量，这是采用热传递的方式来减小汽缸的内能的。 【变式3-2】（2024·湖南汝城·月考）图所示是某种内燃机某一冲程的示意图，由图可知： （1）这种内燃机是 ___________ 机； （2）它表示的是 ___________ 冲程； （3）在这个冲程中能量转化 ___________ ； （4）仔细观察其铭牌，可看见“1800r/min“字样，则它正常工作时，1秒钟对外做功___________ 次。 【答案】 ①. 柴油 ②. 压缩 ③. 机械转化成内能 ④. 15 【解析】 （1）[1]柴油机和汽油机的主要区别是：柴油机的顶端是喷油嘴，而汽油机的顶端是火花塞。由图可知，内燃机的顶端是喷油嘴，所以该内燃机是柴油机。 （2）[2]由图可知，图中的两气门都关闭，活塞向上运动，所以是压缩冲程。 （3）[3]在柴油机压缩冲程的过程中，压缩空气做功，将机械能转化为内能，使空气的内能增加、温度升高。 （4）[4]四冲程内燃机曲轴转一圈，完成2个冲程；在1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次。由题意知，该内燃机曲轴转速是 1800 r/min=30r/s 所以此汽油机每秒钟转30圈，可完成15个工作循环，60个冲程，对外做15次功。 【变式3-3】（2022·辽宁锦州·中考真题）2022年6月5日10时44分，搭载着神舟十四号载人飞船的长征二号F火箭成功发射。火箭起飞过程中，以发射塔为参照物，火箭是______（选填“运动”或“静止”）的；火箭喷气发动机将燃料燃烧后燃气的内能转化为______能，此能量转化过程与四冲程汽油机的______冲程相同。 【答案】 运动 机械 做功 【解析】[1]火箭起飞过程中，以发射塔为参照物，火箭的位置在不断变化，所以，以发射塔为参照物，火箭是运动的。 [2]火箭喷气发动机利用燃料燃烧后燃气推动火箭运动，对火箭做功，将燃气的内能转化为机械能。 [3]四冲程汽油机的做功冲程中，燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，与此相同。 【变式3-4】（2022·辽宁丹东·九年级期末）内燃机一个工作循环有四个冲程，某单缸四冲程汽油机的飞轮每分钟转动3000转，则该汽油机每秒对外做功________次。四冲程柴油机在压缩冲程中________（选填“燃料”、“空气”或“燃料和空气的混合物”）的温度和压强增大。 【答案】 25 空气 【解析】[1]若飞轮转速是 3000r/min＝50r/s 表示每秒飞轮转动50圈，要完成25个工作循环，一个工作循环，对外做一次功，所以该汽油机每秒对外做功25次。 [2]由于柴油机吸入气缸的是只有空气，所以在压缩冲程中活塞压缩空气对空气做功，空气的内能增加，温度升高，压强增大。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题13.3 内燃机【三大题型】 【沪科版】 【题型1 汽油机的工作过程及能量转化】 3 【题型2 柴油机的构造与工作过程】 4 【题型3 综合实验】 5 知识点1：内燃机 一、热机： 1.定义：把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置称为热机。热机包括蒸汽机，汽轮机，内燃机，喷气发动机等。 2.原理： 燃料燃烧释放化学能产生高温高压气体，推动活塞对外做功转化成机械能。 二、内燃机 1.定义：燃料燃烧释放化学能产生高温高压气体，推动活塞对外做功转化成机械能。 2.分类：汽油机与柴油机 三、汽油机 1.构造：汽油机主要由气缸、活塞、进气道、进气阀、排气道、排气阀、曲轴连杆、飞轮和火花塞组成。 2.汽油机工作四冲程： ①吸气冲程：进气阀开启，排气阀关闭。活塞依靠惯性向下运动，吸入汽油与空气的混合物。 ②压缩冲程：进气阀关闭，排气阀关闭。活塞依靠惯性向上运动，压缩内部气体，对气体做功，使气体温度升高。 ③做功冲程：进气阀关闭，排气阀关闭。在压缩冲程末，做功冲程初火花塞点火，内部气体燃烧产生高温高压气体。高温高压气体对活塞做功，使活塞向下运动，进而实现对外做功。 ④排气冲程：进气阀关闭，排气阀打开。活塞依靠惯性向上运动，排出内部高温气体。（然后进入吸气冲程） 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 除了做功冲程靠高温高压气体对活塞做功外，其他冲程都是靠飞轮惯性完成。 3.能量转化： 压缩冲程：机械能转化成内能 做功冲程：内能转化成机械能 4. 比例关系 1个工作循环要经历四个冲程，活塞往复运动2次，曲轴要转2圈，对外做功1次 四、柴油机 1.柴油机与汽油机的四个冲程一样，只不过柴油机的做功冲程不需要火花塞点火，采用压燃式。 2.柴油机与汽油机的联系和区别 机种 项目 汽油机 柴油机 构造 气缸顶部有火花塞 气缸顶部有喷油嘴 燃料 汽油 柴油 点燃方式 点燃式 压燃式 工作过程 吸气冲程 吸入汽油与空气的混合物 只吸入空气 压缩冲程 燃料被压缩后，缸内压强较高 空气被压缩后，缸内压强很高 做功冲程 压缩冲程末火花塞点火 压缩冲程末喷油嘴喷出雾状柴油 效率 20%—30% 30%—45% 用途 轻巧、体积小，常用于小型汽车、飞机和小型农业器械 笨重、经济、功率大，主要用于载重汽车、轮船、坦克 【题型1 汽油机的工作过程及能量转化】 【例1】（2022·湖南邵阳·中考真题）图是四冲程汽油机其中一个冲程的工作示意图，它表示的是（ ） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【变式1-1】（2022·广西来宾·九年级期末）下列四种设备中，其中利用内能转化为机械能实现对外做功的是（ ） A．洗衣机 B．电视机 C．收音机 D．柴油机 【变式1-2】（2022·广西南宁·九年级期末）如图所示四个图分别是汽油机的四个冲程，其中压缩冲程是（ ） A． B． C． D． 【变式1-3】（2022·江苏镇江·九年级期末）如图所示，机械能与内能相互转化的事例中，与图中内燃机工作冲程相同的是（ ） A．瓶塞飞出 B．弯折铁丝 C．压缩气体 D．钻木取火 【变式1-4】（2022·山东济南·一模）2022春节期间，济南市全域全时段禁售、禁燃、禁放烟花爆竹。燃放鞭炮实质上是鞭炮内的化学物质发生爆燃，产生高压燃气瞬间冲破鞭炮的过程。这个过程和热机哪个工作冲程的原理相似（ ） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【变式1-5】（2022·内蒙古赤峰·中考真题）汽油机的四个冲程中，哪个冲程存在着化学能转化为内能的过程（ ） A． B． C． D． 【题型2 柴油机的构造与工作过程】 【例2】（2024·黑龙江·九年级月考）关于热机，下列说法是正确的是（ ） A. 汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞。 B. 柴油机在吸气冲程中，将柴油和空气的混合气吸入气缸。 C. 柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大 D. 汽油机在做功冲程中，是把内能转化为机械能 【变式2-1】（2022·广东深圳·二模）（多选）如图所示的轮船，动力是由柴油机提供的，下列说法正确的是（ ） A．柴油机利用水做冷却液是因为水蒸发吸热 B．柴油机做功冲程中，内能转化为机械能 C．柴油机是利用内能做功的机器 D．柴油机效率高，是因为柴油的热值大 【变式2-2】（2022·四川省内江市第二中学一模）在热机的工作循环中，以下说法正确的是（ ） A．做功冲程是将机械能转化为内能 B．柴油机顶部是喷油嘴，汽油机顶部是火花塞 C．汽油机的吸气冲程中，吸入的是空气 D．内燃机的工作循环中四个冲程都是依靠飞轮的惯性来完成的 【变式2-3】（2022·全国·九年级）关于热机，下列说法正确的是（ ） A．汽油机气缸顶部有喷油嘴，柴油机气缸顶部有火花塞 B．汽油机在吸气冲程中，将空气吸入气缸 C．热机是利用内能做功的装置，可将内能转化为机械能 D．一般情况下汽油机的压缩比大于柴油机，其功率也更大 【题型3 综合实验】 【例3】（2024·广东佛山·月考）如图甲，反复弯折铁丝后，发现铁丝折处温度___________（选填“升高”或“降低”），如图乙中___________图所对应的能量转化过程与此实验相同。若该汽油机飞轮转速为2400r/min，则汽油机每秒对外做功___________次。 【变式3-1】（2022·上海·八年级练习）现代生活越来越离不开热机，因此全面了解和认清热机的结构和工作过程对我们的生活至关重要，请你完成下面围绕“热机”展开的一些问题： （1）如图所示的流程图是用来说明汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况，请将其补充完整，①____________；②____________；③____________；④____________； （2）如图所示，在试管中装些水，用橡皮塞塞住，加热使水沸腾后，水蒸气把橡皮塞冲出的过程中是________能转化为__________能，图中情景可用来演示四冲程汽油机工作过程中的_________冲程； （3）单缸四冲程汽油机工作时，有些冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的____来完成，只有一个冲程不是这样，这个冲程是________冲程； （4）我们发现热机工作时，一般要在汽缸的外面安装一个水箱用来降低汽缸的温度，是利用水______________的特性，这是采用__________的方式来减小汽缸的内能。的． 【变式3-2】（2024·湖南汝城·月考）图所示是某种内燃机某一冲程的示意图，由图可知： （1）这种内燃机是 ___________ 机； （2）它表示的是 ___________ 冲程； （3）在这个冲程中能量转化 ___________ ； （4）仔细观察其铭牌，可看见“1800r/min“字样，则它正常工作时，1秒钟对外做功___________ 次。 【变式3-3】（2022·辽宁锦州·中考真题）2022年6月5日10时44分，搭载着神舟十四号载人飞船的长征二号F火箭成功发射。火箭起飞过程中，以发射塔为参照物，火箭是______（选填“运动”或“静止”）的；火箭喷气发动机将燃料燃烧后燃气的内能转化为______能，此能量转化过程与四冲程汽油机的______冲程相同。 【变式3-4】（2022·辽宁丹东·九年级期末）内燃机一个工作循环有四个冲程，某单缸四冲程汽油机的飞轮每分钟转动3000转，则该汽油机每秒对外做功________次。四冲程柴油机在压缩冲程中________（选填“燃料”、“空气”或“燃料和空气的混合物”）的温度和压强增大。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$