【课堂讲义】2.1 热机2025-2026学年物理九年级上册教（科版2024）

初中物理 九年级（上） 教科版（2024） 2.1 热机 知识点精讲 1. 热机原理 酒精燃烧，酒精的 转化为水的 ，水汽化变成水蒸气，水蒸气增多，气压 ，推动活塞喷出，实现水蒸气的 转化为活塞的 . 2. 蒸汽机 3. 活塞式内燃机 （1） 立体构造图 （2） ★内燃机工作原理 1 冲程： 进气阀打开，排气阀关闭，活塞 运动，通过 作用将汽油和空气的混合气体吸入气缸； 2 冲程： 进气阀、排气阀关闭，飞轮带动活塞 运动，压缩气体，活塞对气体做功，气体内能 ，温度 .此过程中，活塞 转化为气体的 . 3 做功冲程： 汽油机火花塞点燃气体，气体燃烧体积膨胀，气体推动活塞 运动，气体对活塞做功，实现气体 转化为活塞的 . 4 排气冲程： 进气阀关闭，排气阀打开，飞轮带动活塞 运动，将废气排出. 总结： a. 内燃机一次工作循环有4个冲程，飞轮转 圈，活塞往返运动2次，对外做功 次. b. 有能量转化的冲程：压缩冲程- 转化为 ；做功冲程- 转化为 c. 4个冲程中，仅有做功冲程活塞被气体推动做功.其他三个冲程活塞运动均是依靠飞轮 完成. （3） 四缸内燃机构造图 例题1．图甲与图乙是四冲程汽油机一个工作循环中的两个冲程，下列判断正确的是（　　） A．甲图为做功冲程，其能量转化情况与图丙中压活塞引燃硝化棉过程相同 B．乙图为压缩冲程，其能量转化情况是机械能转化为内能 C．甲图为压缩冲程，其能量转化情况与图丁中向瓶内打气最终瓶塞弹起的过程相同 D．乙图为做功冲程，其能量转化情况是内能转化为机械能 例题2．一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速是1800r/min，则它每秒钟向汽缸喷油的次数、对外做功的次数分别是（　　） A．30次，15次 B．15次，15次 C．30次，30次 D．15次，30次 例题3．如图，某一台单缸四冲程汽油机的工作示意图，下列说法正确的是（　　） A．甲图冲程汽油和空气的混合物进入汽缸 B．乙图冲程能获得动力 C．丙图冲程有明显机械能转化为内能的过程 D．丁图冲程存在内能转化为机械能的过程 随堂测 1．如图所示是内燃机工作循环中的四个冲程，做功冲程是（　　） A．甲 B．乙 C．丙 D．丁 2．柴油机压缩冲程中，汽缸中空气的温度、压强、体积的变化情况是（　　） A．温度升高、压强减小、体积增大 B．温度降低、压强减小、体积减小 C．温度升高、压强增大、体积减小 D．温度降低、压强减小、体积增大 3．如图所示是内燃机工作循环中的四个冲程，其中图甲是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 4．图甲是小田用可乐瓶制作的水火箭，图乙是水火箭的示意图。小田先在瓶里装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中。下列分析正确的是（　　） A．使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的图丙冲程相同 B．水从水火箭中喷出相当于内燃机的排气冲程 C．水火箭飞向空中的过程中，水的内能转化为水火箭的机械能 D．在整个过程中，火箭的机械能保持不变 5．如图所示，烧开水时壶盖可能被顶开，这个过程与内燃机的某个冲程类似。下列说法正确的是（　　） A．该过程是机械能转化为内能 B．该过程与内燃机的做功冲程类似 C．内燃机处于与该过程类似的冲程时进气门是打开的 D．内燃机与该过程类似的冲程是依靠飞轮惯性完成工作的 6．如图所示，将试管中的水加热一段时间后，塞子被冲出去，四冲程汽油机工作循环中，与该过程能量转化情况类似的是 　 　 （填“压缩”或“做功”）冲程；管口出现的“白雾”是水蒸气 　 　 （填“吸热”或“放热”）液化形成的。 7．如图为四缸发动机的工作原理图：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功冲程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气冲程。 排量 2.0L 输出功率 120kW 转速 6000r/min （1）发动机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将 　 　 能转化为 　 能。 （2）有一台四缸发动机，其主要技术指标如表所示。其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（即冲程长）。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数。 ①该发动机在1s内做功 　 　 J，单缸排量V＝ 　 　 L。 ②在每个做功冲程里，发动机做功W＝ 　 　 J。 （3）在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为W＝pV，式中p表示燃气对活塞的压强，则p＝　 Pa．（1L＝10﹣3m3） 学科网（北京）股份有限公司 $$ 初中物理 九年级（上） 教科版（2024） 2.1 热机 知识点精讲 1. 热机原理 酒精燃烧，酒精的化学能转化为水的内能，水汽化变成水蒸气，水蒸气增多，气压增大，推动活塞喷出，实现水蒸气的内能转化为活塞的机械能. 2. 蒸汽机 3. 活塞式内燃机 （1） 立体构造图 （2） ★内燃机工作原理 1 吸气冲程： 进气阀打开，排气阀关闭，活塞向下运动，通过大气压作用将汽油和空气的混合气体吸入气缸； 2 压缩冲程： 进气阀、排气阀关闭，飞轮带动活塞向上运动，压缩气体，活塞对气体做功，气体内能增大，温度升高.此过程中，活塞机械能转化为气体的内能. 3 做功冲程： 汽油机火花塞点燃气体，气体燃烧体积膨胀，气体推动活塞向下运动，气体对活塞做功，实现气体内能转化为活塞的机械能. 4 排气冲程： 进气阀关闭，排气阀打开，飞轮带动活塞向上运动，将废气排出. 总结： a. 内燃机一次工作循环有4个冲程，飞轮转2圈，活塞往返运动2次，对外做功1次. b. 有能量转化的冲程：压缩冲程-机械能转化为内能；做功冲程-内能转化为机械能 c. 4个冲程中，仅有做功冲程活塞被气体推动做功.其他三个冲程活塞运动均是依靠飞轮惯性完成. （3） 四缸内燃机构造图 例题1．图甲与图乙是四冲程汽油机一个工作循环中的两个冲程，下列判断正确的是（　　） A．甲图为做功冲程，其能量转化情况与图丙中压活塞引燃硝化棉过程相同 B．乙图为压缩冲程，其能量转化情况是机械能转化为内能 C．甲图为压缩冲程，其能量转化情况与图丁中向瓶内打气最终瓶塞弹起的过程相同 D．乙图为做功冲程，其能量转化情况是内能转化为机械能 【分析】根据气门和活塞的运动情况判断出甲图为哪一冲程，做功冲程将内能转化为机械能，压缩冲程将机械能转化为内能；图丙中将火花塞下压。 【解答】解：甲图火花塞点燃，活塞下行是汽油机的做功冲程，将内能转化为机械能；乙图为两气门关闭，活塞上行是压缩冲程，将机械能转化为内能；图丙中将活塞下压，与压缩冲程能量转化相同，丁图压缩气体对外做功，内能转化为机械能，与甲图不同，故ACD错误、B正确。 故选：B。 例题2．一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速是1800r/min，则它每秒钟向汽缸喷油的次数、对外做功的次数分别是（　　） A．30次，15次 B．15次，15次 C．30次，30次 D．15次，30次 【分析】根据柴油机的飞轮转速求出飞轮每秒的转数，柴油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，在做功冲程开始通过喷油嘴向汽缸喷油，做功一次。 【解答】解：四冲程柴油机的飞轮转速是1800r/min＝30r/s，即柴油机每秒飞轮的转30圈， 由于柴油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，在做功冲程开始通过喷油嘴向汽缸喷油，做功一次， 则该柴油机每秒钟向汽缸喷油15次，对外做功15次。 故选：B。 例题3．如图，某一台单缸四冲程汽油机的工作示意图，下列说法正确的是（　　） A．甲图冲程汽油和空气的混合物进入汽缸 B．乙图冲程能获得动力 C．丙图冲程有明显机械能转化为内能的过程 D．丁图冲程存在内能转化为机械能的过程 【分析】判断汽油机的四个冲程，先看进气门和排气门的关闭情况，进气门打开的是吸气冲程，排气门打开的是排气冲程，进气门和排气门都关闭的是压缩冲程或者做功冲程；活塞上行为压缩冲程和排气冲程；活塞下行为吸气冲程和做功冲程。 【解答】解： A、甲图中，进气门打开，排气门关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，汽油机吸气冲程，汽油和空气的混合物进入汽缸，故A正确。 B、乙图中，两气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，将机械能转化为了内能，故B错误。 C、丙图中，两气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，将内能转化为了机械能，故C错误。 D、丁图中，排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，此冲程没有能量转化，故D错误。 故选：A。 随堂测 1．如图所示是内燃机工作循环中的四个冲程，做功冲程是（　　） A．甲 B．乙 C．丙 D．丁 【分析】根据曲轴的转动方向判断活塞的运行方向，再根据气门的关闭情况就可以确定是哪一个冲程。 【解答】解：A、甲图气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，故A错误； B、乙图排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，故B错误； C、丙图气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，故C正确； D、丁图进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，故D错误。 故选：C。 2．柴油机压缩冲程中，汽缸中空气的温度、压强、体积的变化情况是（　　） A．温度升高、压强减小、体积增大 B．温度降低、压强减小、体积减小 C．温度升高、压强增大、体积减小 D．温度降低、压强减小、体积增大 【分析】（1）一定质量的气体，体积越大、压强越小，体积越小、压强越大； （2）改变物体内能的方式：一是做功，对物体做功（压缩气体做功），物体的内能增加、温度升高；二是热传递。 【解答】解：在汽油机压缩冲程中，汽油和空气的总量不变，活塞上移压缩汽油和空气的混合物，体积减小、压强增大，将机械能转化为内能，使混合物的内能增加、温度升高。 故选：C。 3．如图所示是内燃机工作循环中的四个冲程，其中图甲是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【分析】本题应抓住汽油机的一个工作循环由如图所示的四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程；根据曲轴的转动方向判断活塞的运行方向，再根据气门的关闭情况就可以确定是哪一个冲程。 【解答】解：甲图中的气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程； 乙图中的进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程； 丙图中的排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程； 丁图中的气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程； 故选：B。 4．图甲是小田用可乐瓶制作的水火箭，图乙是水火箭的示意图。小田先在瓶里装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中。下列分析正确的是（　　） A．使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的图丙冲程相同 B．水从水火箭中喷出相当于内燃机的排气冲程 C．水火箭飞向空中的过程中，水的内能转化为水火箭的机械能 D．在整个过程中，火箭的机械能保持不变 【分析】（1）汽油机的压缩冲程中，机械能转化为内能； （2）内燃机的做功冲程将内能转化为机械能； （3）做功可以改变物体的内能，物体对外做功，内能减少，外界对物体做功，内能增加； （3）在能量的转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 【解答】解：A、向打气筒内打气的过程是机械能转化为内能，汽油机的压缩冲程中机械能转化为内能；使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的图丙冲程相同，故A正确； B、水从水火箭中喷出，是里面的气体对外做功，相当于内燃机的做功冲程，故B错误； C、水火箭升空过程中高压气体的内能转化为水火箭的机械能，故C错误； D、根据能量守恒定律可知，在整个过程中，能量总量是保持不变的，由于在火箭升空过程中要克服摩擦做功，有机械能转化为内能，所以机械能不守恒，故D错误。 故选：A。 5．如图所示，烧开水时壶盖可能被顶开，这个过程与内燃机的某个冲程类似。下列说法正确的是（　　） A．该过程是机械能转化为内能 B．该过程与内燃机的做功冲程类似 C．内燃机处于与该过程类似的冲程时进气门是打开的 D．内燃机与该过程类似的冲程是依靠飞轮惯性完成工作的 【分析】在热机的四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程是靠飞轮的惯性完成的。 做功冲程进气门和排气门都关闭，活塞向下运动，内燃机的做功冲程中，内能转化为机械能。 【解答】解：烧开水时壶盖可能被顶开伴随着能量的转化是将内能转化为机械能，内燃机的做功冲程中，内能转化为机械能，所以该过程能量转化跟内燃机的做功冲程相同，做功冲程进气门和排气门都关闭，活塞向下运动，在热机的四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程是靠飞轮的惯性完成的。故ACD错误，B正确。 故选：B。 6．如图所示，将试管中的水加热一段时间后，塞子被冲出去，四冲程汽油机工作循环中，与该过程能量转化情况类似的是 　做功　 （填“压缩”或“做功”）冲程；管口出现的“白雾”是水蒸气 　放热　 （填“吸热”或“放热”）液化形成的。 【分析】做功可以改变物体的内能；汽油机的压缩冲程中，活塞压缩空气和汽油的混合物做功，将机械能转化为内能。物质由气态变成液态的过程叫液化，液化过程需要放热。 【解答】解：水蒸气体积膨胀做功，将内能转化为塞子的机械能，塞子被冲出去，这个过程中水蒸气的内能转化为塞子的机械能。内燃机的做功冲程将内能转化为机械能，压缩冲程将机械能转化为内能，所以此过程的能量转化情况与内燃机的做功冲程相同；试管内的水蒸气内能减少，温度降低，水蒸气液化成小水滴，出现白雾，液化放热。 故答案为：做功；放热。 7．如图为四缸发动机的工作原理图：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功冲程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气冲程。 排量 2.0L 输出功率 120kW 转速 6000r/min （1）发动机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将 　内　 能转化为 　机械　 能。 （2）有一台四缸发动机，其主要技术指标如表所示。其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（即冲程长）。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数。 ①该发动机在1s内做功 　1.2×105　 J，单缸排量V＝ 　0.5　 L。 ②在每个做功冲程里，发动机做功W＝ 　600　 J。 （3）在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为W＝pV，式中p表示燃气对活塞的压强，则p＝ 　1.2×106　 Pa．（1L＝10﹣3m3） 【分析】（1）发动机在做功冲程里，高温、高压的燃气膨胀推动活塞做功，将燃气的内能转化为机械能。 （2）①知道发动机的输出功率，利用功率公式P计算发动机在1s内做功；知道四个缸总排量，可以求单缸排量； ②已求出发动机1s内做功多少，因为有四个缸同时工作，所以可以求出每个缸1s内做功多少，又知道转速（每分钟曲轴或飞轮所转的周数）为6000r/min，而四冲程内燃机每个工作循环曲轴转两周、做功一次，可知1min内做功3000次，得出1s内做功50次，可以求每个做功冲程里发动机做功多少。 （3）上面求出了在每个做功冲程里，燃气对活塞所做的功的大小，又知道单缸排量V，利用W＝pV求燃气对活塞的压强。 【解答】解：（1）在做功冲程里，高温、高压的燃气膨胀做功，将内能转化为机械能； （2）①由P可得，发动机在1s内做功：W＝Pt＝120×103W×1s＝1.2×105J， 因为四缸总排量为2.0L， 则单缸排量：V2.0L＝0.5L， ②发动机在1s内做功1.2×105J，发动机有四个缸同时工作， 每个缸1s内做功：W1.2×105J＝3×104J， 又因为转速为6000r/min，四冲程内燃机每个工作循环曲轴转两周、做功一次， 所以1s内做功50次， 每个做功冲程做功：W′3×104J＝600J。 （3）因为W′＝pV，V＝0.5L＝0.5×10﹣3m3， 所以燃气对活塞的压强：p1.2×106Pa； 故答案为：（1）燃气；内；机械；（2）①1.2×105，0.5，②600；（3）1.2×106。 声明：试题解析著作权属所有，未经书面同意，不得复制发布日期：2025/7/11 20:42:38；用户：杨润东；邮箱：18792810818；学号：58627307 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