14.2 热机-2025-2026学年九年级物理全一册同步讲义人教版（2024）

第十四章 内能的利用 课题2 热机 模块导引： 学习目标 思维导图 知识精讲 考点解析 课后作业 1. 通过实验，知道利用内能可以做功，初步了解热机的工作原理。 2. 了解四冲程汽油机的基本结构、工作过程及能量转化。 3. 了解柴油机与汽油机的工作过程的异同。 一、热机 1. 实验探究：利用内能做功 实验装置 注意事项:实验时，橡胶塞不要塞得太紧，避免橡胶塞不能冲出，导致试管炸裂伤人，同时试管口不能对着人，以防试管内的水沸腾时橡胶塞冲出试管口而伤人 实验过程 在试管内装些水，用橡胶塞塞住试管口，用酒精灯给水加热至沸腾 实验现象 橡胶塞被冲出，试管口出现“白雾” 交流与论证 酒精燃烧放出热量，热量通过试管传递给水使其内能增加、温度升高，产生大量的水蒸气。水蒸气膨胀对橡胶塞做功，将橡胶塞推出试管口，同时，在试管口观察到大量的“白雾”，说明水蒸气的内能减少，温度降低 能量转化 结论 利用内能可以做功 2. 热机 （1）定义：如车、船、飞机等的发动机通过燃料燃烧，获得内能，并利用内能做功，像这样的机械叫热机。 （2）工作原理：利用内能来做功 （3）热机的工作原理： （4）热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。它们构造不同，但它们有一个共同特点，那就是利用内能做功。 23 常见的热机——内燃机 （1）燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。 （2）分类：内燃机中最常见的是汽油机和柴油机两类。 二、汽油机 1.工作原理 利用气缸内汽油燃烧产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。 2.构造 （1）主要结构：如图所示，汽油机的主体是气缸。气缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞，下部有活塞，活塞通过连杆与曲轴相连。 （2）冲程：活塞在气缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 利用气缸内汽油燃烧产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。 3.工作过程 （1）汽油机的一个工作循环：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。通过四个冲程的不断循环来连续工作。 次序 1 2 3 4 冲程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 工作 示意图 气门开闭 进开、排闭 进闭、排闭 进闭、排闭 进闭、排开 活塞运动方向 向下 向上 向下 向上 曲轴的运动 半周 半周 半周 半周 冲程的 作用 吸入汽油和空气的混合物 压缩空气和汽油的混合物，使其内能增加、温度升高 火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体，高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功 排出废气 能的转化 机械能转化成内能 内能转化成机械能 说明 1个工作循环，包含4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴和飞轮运转2周，对外做功1次 1. 判断内燃机处于哪个工作冲程应抓住两点：一是气门的开与关；二是活塞的运动方向。有火花塞的就是做功冲程，两个气门都关闭，无火花塞，就是压缩冲程，若是吸气冲程，进气门打开，排气冲程，排气门打开。 2. 汽油机在开始工作时，要靠外力先使曲轴、连杆转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动以后，汽油机才能连续工作； 3. 在汽油机的一个工作循环中，包含4个冲程，活塞往复运动两次（两圈），曲轴转动两周，对外做功一次，巧记为“1-4-2-2-1”； 4. 在四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，将内能转化为机械能，其他三个冲程是靠飞轮的惯性来完成的，故飞轮的质量要足够大； 三、柴油机 1.工作原理 利用柴油在气缸内燃烧所产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。 2.构造 3.汽油机和柴油机的异同点： 不同点 相同点 项目 汽油机 柴油机 （1）构造基本相同都是燃料在气缸内燃烧，都是内燃机。 （2）都将内能转化为机械能。 （3）每一个工作循环都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。 构造 汽缸顶部有火花塞 汽缸顶部有喷油嘴 点火 方式 压缩冲程末由火花塞放出电火花点燃，称点燃式 压缩冲程末由喷油嘴向汽缸内喷雾状柴油遇到高温高压的空气自动燃烧，称压燃式 燃料 汽油、吸气冲程吸进汽油和空气混合物 柴油、吸气冲程吸进汽缸的只是空气 压缩比 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1/9至1/6 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1/22至1/16 做功 做功冲程初燃气压强为30至50个大气压，温度2000℃至2500℃，高温高压的气体推动活塞做功 做功冲程初燃气压强为50至100个大气压，温度1700℃至2000℃，高温高压的气体推动活塞做功 效率 效率较低20％至30％ 效率较高30％至45％ 用途 轻便，多用于汽车、飞机、小型农机具 笨重，多用于拖拉机、载重汽车、轮船等重型机械 考点一：热机的种类 1.（24-25九年级上·广西防城港·期中）以下机械属于内燃机的是（　　） A．电风扇 B．汽油机 C．滑轮组 D．洗衣机 【答案】B 【详解】AD．电风扇和洗衣机的主要部件电动机，不是内燃机，故AD不符合题意； B．内燃机是一种热机，汽油机和柴油机都是内燃机，故 B符合题意； C．滑轮组是一种简单机械，不是内燃机，故C不符合题意。 故选B。 2.（24-25九年级上·吉林·期中）下列装备的动力装置不是热机的是（　　） A．电动汽车 B．海缆施工船 C．国产飞机C919 D．长征五号运载火箭 【答案】A 【详解】A．电动汽车的动力装置主要是电动机，它利用的是电能转化为机械能，而不是通过燃料燃烧产生的内能转化为机械能，所以电动汽车的动力装置不是热机。故A符合题意； B．海缆施工船通常使用柴油机等内燃机作为动力装置，内燃机是热机的一种，故B不符合题意； C．国产飞机C919通常使用涡扇发动机等燃气轮机作为动力装置，燃气轮机也是热机的一种，故C不符合题意； D．长征五号运载火箭使用的是液体火箭发动机，它通过燃烧燃料产生高温高压的燃气，推动火箭前进，火箭发动机也是热机的一种。  故D不符合题意。 故选A。 考点二：热机在工作过程中的能量变化 3．如图所示描述的物理过程，下列分析正确的是（　　） A．图甲：厚玻璃筒内的空气被压缩时，空气的温度升高，内能不变 B．图乙：瓶子内的空气推动塞子做功后，瓶子内空气的内能增大 C．图丙：试管内的水蒸气推动塞子冲出时，水蒸气的内能增加 D．图丁：汽缸内的气体推动活塞向下运动，内能转化为机械能，气体内能减少 【答案】D 【详解】A．图甲中厚玻璃内的空气被压缩时，活塞对空气做功，瓶内空气温度升高，空气的内能增加，故A错误； B．图乙中瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气对活塞做功，内能转化为机械能，空气的内能减小，故B错误； C．试管内的水蒸气推动塞子冲出时，水蒸气对活塞做功，内能转化为机械能，水蒸气的内能减小，故C错误； D．图丁中汽缸内的气体推动活塞向下运动时，即做功冲程，内能转化为机械能，气体的内能减少，故D正确。 故选D。 4．下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况。关于对图中①②③④的补充正确的是（     ） A．①做功冲程②内能转化为机械能③压缩冲程④机械能转化为内能 B．①压缩冲程②内能转化为机械能③做功冲程④机械能转化为内能 C．①压缩冲程②机械能转化为内能③做功冲程④内能转化为机械能 D．①做功冲程②机械能转化为内能③压缩冲程④内能转化为机械能 【答案】C 【详解】汽油机的四个冲程分别是吸气冲程，压缩冲程，做功冲程和排气冲程，所以①压缩冲程，把机械能转化为内能，也就是压缩对气体做功使其内能增大温度升高 ③是做功冲程，把内能转化为机械能．对照答案C对． 5．喜欢思考的小明用塑料矿泉水瓶子进行了如下游戏探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（如图甲）；扭转瓶子（如图乙）；轻轻扰动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾（如图丙）。图乙和图丙所示的过程，分别与四冲程内燃机连续的两个冲程相似，这两个冲程是（　　） A．吸气冲程和压缩冲程 B．压缩冲程和做功冲程 C．做功冲程和排气冲程 D．压缩冲程和排气冲程 【答案】B 【详解】扭转瓶子（如图乙），对气体做功，机械能转化为内能，相当于为压缩冲程；如图丙，膨胀的气体对外做功，内能转化为机械能，相当于热机的做功冲程，故B符合题意；ACD不符合题意。 故选B。 考点三：汽油机 6．如图所示是我国古代劳动人民的智慧成果“取火器”的模型图，把木质推杆迅速推入内壁光滑的牛角套筒时，杆前端的艾绒立刻燃烧起来。汽油机的下列冲程中与“取火器”能量转化相同的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】封闭的气体被推杆压缩过程中，活塞对气体做功，所以气体内能增加，则温度升高，达到艾绒的着火点，使艾绒着火达到去火的目的；此过程中是机械能转化为内能，与汽油机的压缩冲程的能量转化相同。 A．图中两个气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程，故A错误； B．图中排气门打开，是排气冲程，故B错误； C．图中两气门都关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，故C正确； D．图中进气门打开，是吸气冲程，故D错误。 故选C。 7．小华用塑料矿泉水瓶子进行了如下实践探究实验：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（如图a）；扭转瓶子压缩瓶内的气体（如图b）；轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾（如图c）。图b和图c所示的过程分别与下列所示的四冲程内燃机示意图中相对应的两个冲程是（　　） A．甲和乙 B．丁和乙 C．丙和甲 D．丁和甲 【答案】B 【详解】图a：瓶中留有少量水，盖上瓶盖，此时瓶内气体处于初始状态。图b：扭转瓶子，压缩瓶内的气体，此时外力对瓶内气体做功，气体的内能增加，温度升高。 图c：轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的高压气体冲出，同时瓶内出现白雾。这是由于瓶内气体膨胀对外做功，内能减少，温度降低，水蒸气液化形成白雾；图甲为吸气冲程，无能量转化。图乙为做功冲程，将高温高压燃气的内能转化为活塞的机械能。图丙为排气冲程，排出废气，无能量转化。图丁为压缩冲程，将活塞的机械能转化为气体的内能。对比实验过程与内燃机冲程：图b扭转瓶子压缩气体，机械能转化为内能，与内燃机的压缩冲程相似。图c气体膨胀对外做功，内能转化为机械能，与内燃机的做功冲程相似。故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 8．如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是（　　） A．一个工作循环的正确顺序是：甲乙丙丁 B．图乙冲程是做功冲程 C．图甲冲程是将所有的内能转化为机械能的过程 D．图丁冲程是机械能转化为内能的过程 【答案】D 【详解】ABD．甲图中两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，此冲程将内能转化为机械能；乙图中进气门打开，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；丁图中两个气门都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，是机械能转化为内能。一个工作循环的正确顺序是：乙丁甲丙。故AB错误，D正确； C．甲图为做功冲程，此冲程将内能转化为机械能，但转化过程中会有能量损失，因此不可能所有的内能都转化为机械能，故C错误。 故选D。 考点四：柴油机 9．小红到乡村参加劳动实践，发现农用拖拉机使用的是柴油机，其结构原理如图，关于其四冲程柴油机的描述正确的是（　　） A．吸气冲程中吸入汽缸的只有空气 B．压缩冲程中机械能转化为柴油和空气混合物的内能 C．做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的 D．排气冲程中，废气带走的能量最少 【答案】A 【详解】A．柴油机在吸气冲程中，进气门开启，排气门关闭，活塞向下运动，吸入气缸的是空气，故A正确； B．在柴油机的压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩汽缸内的空气，使空气的温度升高、内能增大。此过程中是将活塞的机械能转化为空气的内能，由于此时还没有喷入柴油，所以不存在柴油和空气混合物，故B错误； C．做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞向下运动，带动曲轴旋转对外做功，将内能转化为机械能的过程，不是依靠飞轮的惯性完成的。而吸气、压缩和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，故C错误； D．因为燃料燃烧后产生的废气温度较高，含有大量的内能，这些内能随着废气的排出而损失掉。在柴油机的能量损失中，排气冲程中废气带走的能量是主要部分之一，故D错误。 故选A。 10．我国在柴油机的研制上已将本体热效率突破53%。在柴油机的四个冲程中，内能转化为机械能的是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】C 【详解】柴油机的四个冲程中有两个冲程发生能量转化，一是压缩冲程中机械能转化为内能；二是做功冲程中内能转化为机械能，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 11．如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 （填“汽油机”或“柴油机”）。 （2）在这个冲程中的能量转化是 。 【答案】 柴油机 内能转化为机械能 【详解】[1]汽油机的气缸顶部是火花塞，柴油机气缸顶部是喷油嘴。由此我们可以判断出这种内燃机是柴油机。 [2] 观察此图我们可以发现，两个气门都是关闭的，且活塞正在向下运动，因此可以判断它正处于做功冲程。此冲程中，能量转化是内能转化为机械能。 考点五：内燃机的工作循环中计算问题 12．如图甲所示，用酒精灯加热试管中适量水。当塞子被推开时，可以看到试管口有“白气”产生。这是由于试管内气体对塞子做功，使得试管内气体内能 （选填“增大”或“减小”或“不变”），此过程发生的能量转化与图乙中的内燃机在 （选填“A”或“B”）图所示的能量转化是一致的，某四冲程汽车飞轮转速为3000r/min，则每秒钟对外做功 次。 【答案】 减小 A 25 【详解】[1]试管内气体对塞子做功，将内能转化为机械能，因此试管内气体内能减小。 [2]乙图中A为热机的做功冲程，将内能转化为机械能；B为压缩冲程，将机械能转化为内能，因此上述的能量转化与图乙中的内燃机在A图所示的能量转化是一致的。 [3]四冲程汽车飞轮转速为3000r/min，即，已知飞轮每转2圈对外做功1次，则该四冲程汽车每秒钟对外做功25次。 13．图1甲为注射器，在室温恒为T₁的环境中，老师快速向下推动活塞压缩针筒内的气体后松手，活塞即刻被向上弹起，此过程中针筒内均处于密封，针筒内物质均处于气态，针筒内气体温度随时间变化图像如图1乙，（由于气体分子间距比较大，此实验过程不考虑分子势能的变化），则说法正确的个数是（    ） ①活塞下压时，是通过做功改变针筒内气体的内能 ②t1-t2过程的能量转化与图2中丙相同 ③密封气体在t2时刻的内能小于t3时刻的内能 ④活塞静止后，密封气体的温度最终保持在 T₂ ⑤图2丙存在化学能能转化成内能的过程 ⑥若图 2 内燃机飞轮转动速度为3600r/ min，则每秒完成涉及内能和机械能相互转化的冲程有30次 A．2个 B．3 个 C．4个 D．5个 【答案】A 【详解】塞下压时，压缩气体做功，是通过做功改变针筒内气体的内能，故①正确； ②乙图是内燃机的压缩冲程，该过程是机械能转为内能，应该对应的是密封气体内能增加的那一段过程，即t1～t2过程，故②错误； ③由图知道，密闭气体的质量不变，t2时刻温度比t3时刻的高，因此t2时刻气体内能更大，故③错误； ④装置会与周围的空气发生热传递，最终会与室温平衡，温度相等，所以最终温度为T1，故④错误； ⑤图2丙中，两气门都关闭，活塞下行，是做功冲程，将内能转化为机械能，故⑤正确； ⑥若图2内燃机飞轮转动速度为 3600r/min=60r/s 表示每秒飞轮转动60周，完成30个工作循环，对外做功30次，由于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，则每秒完成内能和机械能相互转化的冲程有60次，故⑦错误。 故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 14．一台单缸四冲程汽油机的飞轮的转速是2400r/min，则此汽油机每秒完成的冲程个数和对外做功次数分别是（　　） A．完成80个冲程，对外做功20次 B．完成80个冲程，对外做功40次 C．完成40个冲程，对外做功10次 D．完成40个冲程，对外做功40次 【答案】A 【详解】四冲程内燃机一个工作循环，活塞往复两次、飞轮转两周，完成四个冲程，对外做功一次，当飞轮的转速是2400r/min，即40r/s时，每秒内完成80个冲程，对外做功20次，故A正确，BCD错误。 故选A。 一、单选题 1．汽车已经成为现代生活不可缺少的一部分，汽车多数采用汽油机作为发动机，如图是四冲程汽油机的工作循环示意图，下列说法中正确的是（　　） A．图甲是压缩冲程，是将内能转化为机械能 B．在一个工作循环中，活塞上下往复一次 C．图丙冲程中，汽缸内的内能减小、温度降低 D．图丁是吸气冲程，吸入汽缸的物质是汽油 【答案】C 【详解】A．图甲是压缩冲程，活塞压缩气体做功，是将机械能转化为内能，故A错误； B．在一个工作循环中，活塞上下往复两次，故B错误； C．图丙冲程是做功冲程，燃料燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功，汽缸内的内能减小、温度降低，故C正确； D．图丁是汽油机的吸气冲程，吸入汽缸的物质是汽油和空气的混合物，故D错误。 故选C。 2．关于热机，下列说法正确的是（    ） A．四冲程汽油机在工作过程中，进气门和排气门同时关闭的冲程是压缩冲程和做功冲程 B．热机做功冲程中把机械能转化为内能 C．柴油机上安装一个笨重的飞轮，是为了提高它的效率 D．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 【答案】A 【详解】A．由内燃机的工作过程可知，压缩冲程进、出气门关闭，机械能转化成内能；做功冲程进、出气门关闭，内能转化成机械能；因此进、排气门都关闭的是压缩冲程和做功冲程，故A正确； B．热机的做功冲程是进、出气门关闭，把内能转化为机械能的过程，故B错误； C．柴油机上的飞轮质量大，旋转产生的惯性带动曲轴旋转，从而产生更大的动力和节省能源，有利于完成排气、吸气、压缩三个辅助冲程，不是为了提高效率，故C错误； D．柴油机的效率比汽油机的高，主要是因为柴油机为压燃式，吸气冲程吸入的是纯空气，所以在压缩冲程，可以把空气压缩的体积更小，压强更大，压缩的程度更高，缸内温度更高，能量转化的程度更高，和热值无关，故D错误。 故选 A。 3．如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，塞子受到水蒸气的压力会冲出去，这个过程与选项所示汽油机的四个冲程原理相同的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】用酒精灯加热试管中的水，当水沸腾一段时间以后，塞子受到水蒸气的压力会冲出去，该过程中水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能，与汽油机做功冲程能量转化相同。 A．图中，进气门打开，排气门关闭，是吸气冲程，故A不符合题意。 B．图中，进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，故B不符合题意。 C．图中，进气门关闭，排气门关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，故C符合题意。 D．图中，进气门关闭，排气门打开，是排气冲程，故D不符合题意。 故选C。 4．如图所示为某单缸四冲程内燃机工作示意图，下列说法中正确的是（　　） A．一个完整的工作循环顺序是：乙甲丁丙 B．丁冲程发生的能量转化为内能转化为机械能 C．丙冲程中排出的废气没有任何利用的价值 D．只有甲冲程获得动力，其他冲程都是靠惯性运转的 【答案】D 【详解】甲中的两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，所以为做功冲程，是第三冲程；乙中进气门打开，活塞向下运行，汽缸容积增大，是吸气冲程，是第一冲程；丙中排气门打开，活塞向上运动，汽缸容积减小，是排气冲程，是第四冲程；丁中，两气门都关闭，活塞向上运行，汽缸容积减小，是压缩冲程，是第二冲程。 A．由上述分析可知，一个完整的工作循环顺序是：乙丁甲丙，故A错误； B．丁图是压缩冲程，将机械能转化为内能，故B错误； C．丙冲程中排出的废气温度较高，具有内能，有做功的本领，可以再利用，故C错误； D．只有做功冲程对外做功，即甲冲程对外做功，获得动力，其他冲程都是靠惯性完成运转的，故D正确。 故选D。 5．一台单缸四冲程内燃机的飞轮转速为3600 r/ min，那么每秒钟内 （　　） A．活塞完成60个冲程 B．燃气对活塞做功30次 C．曲轴转动240转 D．完成120个工作循环 【答案】B 【详解】由题意知，飞轮转速是3600转/分钟=60转/秒， 因为飞轮转动2转为一个工作循环，对外做功1次，完成4个冲程，所以内燃机每秒钟曲轴转动60转，完成30个工作循环，燃气对外做功30次，完成120个冲程。 故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 6．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 【答案】B 【详解】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。 7．2024年11月30日，我国新型运载火箭长征十二号成功实现首飞。火箭燃料燃烧产生的高温燃气对火箭产生反推力，推动火箭升空，此能量转化过程相当于热机的哪个冲程（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．火箭燃料燃烧产生的高温燃气对火箭产生反推力，推动火箭升空，将内能转化为机械能，相当于热机的做功冲程。图中两气门都关闭，活塞向上运动，将机械能转化为内能，是压缩冲程，故A不符合题意； B．图中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，此冲程没有明显的能量转化，是排气冲程，故B不符合题意； C．图中两气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，将内能转化为机械能，是做功冲程，故C符合题意； D．图中排气门关闭，进气门打开，活塞向下运动，此冲程没有明显的能量转化，是吸气冲程，故D不符合题意。 故选C。 8．如图所示，迅速压下活塞的过程相当于柴油机的（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】B 【详解】迅速压下活塞，会发现筒的棉花燃烧起来。下压活塞时，活塞对筒内的空气做功，机械能转化为空气的内能，柴油机的压缩冲程将机械能转化为内能，所以与该实验的能量转化相同的是压缩冲程。 故选B。 9．下列汽油机工作的一个循环中，对外做功之后的冲程是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】对外做功之后的冲程是排气冲程。 A．图中的进气门打开，活塞下行，是吸气冲程，故A不符合题意； B．图中的气门关闭，活塞上行，是压缩冲程，故B不符合题意； C．图中的气门关闭，活塞下行，火花塞打火，是做功冲程，故C不符合题意； D．图中的排气门打开，活塞上行，是排气冲程，故D符合题意。 故选D。 10．一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速为1200r/min，则1秒内该柴油机完成了（　　） A．80个冲程，做功20次 B．20个冲程，做功5次 C．40个冲程，做功10次 D．10个冲程，做功40次 【答案】C 【详解】柴油机的飞轮转速是1200r/min，表示飞轮每分钟转1200转，则每秒转数 因为一个工作循环，飞轮转2转，因此该柴油机每秒完成工作循环 该柴油机每秒完成工作循环为10个； 因为一个工作循环包括四个冲程，对外做功一次，因此每秒完成40个冲程，做功10次；故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 11．关于四冲程汽油发动机内部工作描述正确的是（　　） A．吸气冲程时，吸入的是空气 B．通过喷油嘴压燃点火，在压缩冲程时，将机械能转化为内能， C．做功冲程时，若每次对外做功1000J，则2400r/min的发动机的额定功率为20kW D．排气冲程时，排出的废气已经没有内能了全转化为机械能了 【答案】C 【详解】A．吸气冲程时，汽油机吸入的是汽油和空气，柴油机吸入的是空气，故A错误； B．压缩冲程结束时，汽油机是利用火花塞点火，柴油机通过压燃点火，故B错误； C．2400r/min的发动机1s转40r，而汽油机2r对外做功一次，每次对外做功1000J，故1s对外做功 故其功率为 故C正确； D．排气冲程时，排出的废气温度很高，内能并没有全转化为机械能，故D错误。 故选C。 二、填空题 12．某四冲程汽油机，曲轴转速为1200r/min，则该汽油机每秒做功 次，经历 个冲程，飞轮转 周。 【答案】 10 40 20 【详解】[1] [2][3]曲轴转速为1200r/min=20r/s，一个工作循环，四个冲程，曲轴转两转，飞轮转两圈，做功一次，所以每秒做功10次经历40个冲程，飞轮转20周。 13．某单缸柴油机的转速是1200r/min，在1s内这台柴油机要经过 个做功冲程，除做功冲程以外的其他冲程是依靠 来完成的。 【答案】 10 飞轮的惯性 【详解】[1][2] 柴油机的一个工作循环，有四个冲程，飞轮转两周，活塞往复两次。除做功冲程外，其它三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的。单缸柴油机的转速为 柴油机每秒转转，所以要完成10个工作循环，所以要经过10个做功冲程。只有做功冲程将内能转化为机械能，其它三个冲程都是靠飞轮的惯性完成的。 14．一台四冲程柴油机的曲轴转速是3000r/min，它1秒钟对外做功 次。 【答案】25 【详解】柴油机的飞轮转速是3000r/min=50r/s，表示每秒飞轮转动50圈；热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2圈，所以每秒飞轮转动50圈，对外做功25次。 15．一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为，若做功冲程中燃气推动活塞一次做功1500J，那么这台汽油机的功率为 。 【答案】 【详解】飞轮转速为 1200r/min=20r/s 因单缸四冲程柴油机的一个工作循环包括四个冲程，飞轮转两周，对外做功一次，所以，该柴油机每秒内飞轮转动20周，完成10个工作循环，对外做功10次，即完成10个做功冲程；该柴油机1s内做的总功为 W=nW1=10×1500J=1.5×104J 柴油机的功率为 16．小白对家中的小汽车进行了一些研究：供汽车动力的是发动机的做功冲程，汽油在汽缸内燃烧时将化学能转化为内能；若飞轮的转速为2400r/min，则在1s内汽油机对外做功 次；在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放入一小团干燥的硝化棉，用力把活塞迅速压下，硝化棉燃烧，该过程中是通过的 方式来改变筒内空气的内能，其能量转化情况与图 （选填“A”“B”“C”“D”）所示汽油机冲程中的能量转化情况是一致的。 【答案】 20 做功 B 【详解】[1]依据题目所给数据，时间单位为分钟，现将其化为秒，则 因为一个工作循环中飞轮转2次，对外做功1次，现在1s内飞轮转40次，则做功20次。 [2]用力把活塞压下，硝化棉燃烧，活塞对空气施加力的作用，使空气在力的方向上移动距离，该过程是通过做功的方式来改变内能的。 [3]甲图是机械能转化为内能，与之相同的是压缩冲程，压缩冲程中进气门和排气门都关闭，火花塞不点火，为图B。 17．热机是把内能转化为 能的装置，图是汽油机工作时的 冲程，汽油机的每一个工作循环活塞对外做功 次，曲轴转动 周． 【答案】 机械能 压缩 1 2 【详解】热机是把内能转化为机械能的装置;汽油机的四个冲程为吸气、压缩、做功和排气;一个工作循环中,只有做功冲程对外做功,曲轴转动两周. 故答案是: 机械能    压缩    1     2 18．在如图所示的四幅图中，甲、乙是两个演示实验示意图；丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图，与压缩冲程原理相同的是 图所示的演示实验；汽油机利用内能来做功的冲程是 图。此单缸四冲程汽油机，飞轮转速是2400r/min，该汽油机每秒钟内完成 个冲程。 【答案】 乙 丙 80 【详解】[1]压缩冲程是机械能转化为内能，与之相同的只有图乙，甲是内能转化为机械能； [2]图丙火花塞点火是做功冲程，利用内能做功，图丁，是压缩冲程； [3]问每秒完成多少冲程，给的数据是分钟，先将分钟化成秒 因为一个工作循环内，飞轮转2转，对应4个冲程，现在1s内转40r，对应80个冲程。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十四章 内能的利用 课题2 热机 模块导引： 学习目标 思维导图 知识精讲 考点解析 课后作业 1. 通过实验，知道利用内能可以做功，初步了解热机的工作原理。 2. 了解四冲程汽油机的基本结构、工作过程及能量转化。 3. 了解柴油机与汽油机的工作过程的异同。 一、热机 1. 实验探究：利用内能做功 实验装置 注意事项:实验时，橡胶塞不要塞得太紧，避免橡胶塞不能冲出，导致试管炸裂伤人，同时试管口不能对着人，以防试管内的水沸腾时橡胶塞冲出试管口而伤人 实验过程 在试管内装些水，用橡胶塞塞住试管口，用酒精灯给水加热至沸腾 实验现象 橡胶塞被冲出，试管口出现“白雾” 交流与论证 酒精燃烧放出热量，热量通过试管传递给水使其内能增加、温度升高，产生大量的水蒸气。水蒸气膨胀对橡胶塞做功，将橡胶塞推出试管口，同时，在试管口观察到大量的“白雾”，说明水蒸气的内能减少，温度降低 能量转化 结论 利用内能可以做功 2. 热机 （1）定义：如车、船、飞机等的发动机通过燃料燃烧，获得内能，并利用内能做功，像这样的机械叫热机。 （2）工作原理：利用内能来做功 （3）热机的工作原理： （4）热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。它们构造不同，但它们有一个共同特点，那就是利用内能做功。 23 常见的热机——内燃机 （1）燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。 （2）分类：内燃机中最常见的是汽油机和柴油机两类。 二、汽油机 1.工作原理 利用气缸内汽油燃烧产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。 2.构造 （1）主要结构：如图所示，汽油机的主体是气缸。气缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞，下部有活塞，活塞通过连杆与曲轴相连。 （2）冲程：活塞在气缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 利用气缸内汽油燃烧产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。 3.工作过程 （1）汽油机的一个工作循环：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。通过四个冲程的不断循环来连续工作。 次序 1 2 3 4 冲程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 工作 示意图 气门开闭 进开、排闭 进闭、排闭 进闭、排闭 进闭、排开 活塞运动方向 向下 向上 向下 向上 曲轴的运动 半周 半周 半周 半周 冲程的 作用 吸入汽油和空气的混合物 压缩空气和汽油的混合物，使其内能增加、温度升高 火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体，高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功 排出废气 能的转化 机械能转化成内能 内能转化成机械能 说明 1个工作循环，包含4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴和飞轮运转2周，对外做功1次 1. 判断内燃机处于哪个工作冲程应抓住两点：一是气门的开与关；二是活塞的运动方向。有火花塞的就是做功冲程，两个气门都关闭，无火花塞，就是压缩冲程，若是吸气冲程，进气门打开，排气冲程，排气门打开。 2. 汽油机在开始工作时，要靠外力先使曲轴、连杆转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动以后，汽油机才能连续工作； 3. 在汽油机的一个工作循环中，包含4个冲程，活塞往复运动两次（两圈），曲轴转动两周，对外做功一次，巧记为“1-4-2-2-1”； 4. 在四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，将内能转化为机械能，其他三个冲程是靠飞轮的惯性来完成的，故飞轮的质量要足够大； 三、柴油机 1.工作原理 利用柴油在气缸内燃烧所产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。 2.构造 3.汽油机和柴油机的异同点： 不同点 相同点 项目 汽油机 柴油机 （1）构造基本相同都是燃料在气缸内燃烧，都是内燃机。 （2）都将内能转化为机械能。 （3）每一个工作循环都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。 构造 汽缸顶部有火花塞 汽缸顶部有喷油嘴 点火 方式 压缩冲程末由火花塞放出电火花点燃，称点燃式 压缩冲程末由喷油嘴向汽缸内喷雾状柴油遇到高温高压的空气自动燃烧，称压燃式 燃料 汽油、吸气冲程吸进汽油和空气混合物 柴油、吸气冲程吸进汽缸的只是空气 压缩比 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1/9至1/6 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1/22至1/16 做功 做功冲程初燃气压强为30至50个大气压，温度2000℃至2500℃，高温高压的气体推动活塞做功 做功冲程初燃气压强为50至100个大气压，温度1700℃至2000℃，高温高压的气体推动活塞做功 效率 效率较低20％至30％ 效率较高30％至45％ 用途 轻便，多用于汽车、飞机、小型农机具 笨重，多用于拖拉机、载重汽车、轮船等重型机械 考点一：热机的种类 1.以下机械属于内燃机的是（　　） A．电风扇 B．汽油机 C．滑轮组 D．洗衣机 2.下列装备的动力装置不是热机的是（　　） A．电动汽车 B．海缆施工船 C．国产飞机C919 D．长征五号运载火箭 考点二：热机在工作过程中的能量变化 3．如图所示描述的物理过程，下列分析正确的是（　　） A．图甲：厚玻璃筒内的空气被压缩时，空气的温度升高，内能不变 B．图乙：瓶子内的空气推动塞子做功后，瓶子内空气的内能增大 C．图丙：试管内的水蒸气推动塞子冲出时，水蒸气的内能增加 D．图丁：汽缸内的气体推动活塞向下运动，内能转化为机械能，气体内能减少 4．下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况。关于对图中①②③④的补充正确的是（     ） A．①做功冲程②内能转化为机械能③压缩冲程④机械能转化为内能 B．①压缩冲程②内能转化为机械能③做功冲程④机械能转化为内能 C．①压缩冲程②机械能转化为内能③做功冲程④内能转化为机械能 D．①做功冲程②机械能转化为内能③压缩冲程④内能转化为机械能 5．喜欢思考的小明用塑料矿泉水瓶子进行了如下游戏探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（如图甲）；扭转瓶子（如图乙）；轻轻扰动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾（如图丙）。图乙和图丙所示的过程，分别与四冲程内燃机连续的两个冲程相似，这两个冲程是（　　） A．吸气冲程和压缩冲程 B．压缩冲程和做功冲程 C．做功冲程和排气冲程 D．压缩冲程和排气冲程 考点三：汽油机 6．如图所示是我国古代劳动人民的智慧成果“取火器”的模型图，把木质推杆迅速推入内壁光滑的牛角套筒时，杆前端的艾绒立刻燃烧起来。汽油机的下列冲程中与“取火器”能量转化相同的是（　　） A． B． C． D． 7．小华用塑料矿泉水瓶子进行了如下实践探究实验：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（如图a）；扭转瓶子压缩瓶内的气体（如图b）；轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾（如图c）。图b和图c所示的过程分别与下列所示的四冲程内燃机示意图中相对应的两个冲程是（　　） A．甲和乙 B．丁和乙 C．丙和甲 D．丁和甲 8．如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是（　　） A．一个工作循环的正确顺序是：甲乙丙丁 B．图乙冲程是做功冲程 C．图甲冲程是将所有的内能转化为机械能的过程 D．图丁冲程是机械能转化为内能的过程 考点四：柴油机 9．小红到乡村参加劳动实践，发现农用拖拉机使用的是柴油机，其结构原理如图，关于其四冲程柴油机的描述正确的是（　　） A．吸气冲程中吸入汽缸的只有空气 B．压缩冲程中机械能转化为柴油和空气混合物的内能 C．做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的 D．排气冲程中，废气带走的能量最少 10．我国在柴油机的研制上已将本体热效率突破53%。在柴油机的四个冲程中，内能转化为机械能的是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 11．如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 （填“汽油机”或“柴油机”）。 （2）在这个冲程中的能量转化是 。 考点五：内燃机的工作循环中计算问题 12．如图甲所示，用酒精灯加热试管中适量水。当塞子被推开时，可以看到试管口有“白气”产生。这是由于试管内气体对塞子做功，使得试管内气体内能 （选填“增大”或“减小”或“不变”），此过程发生的能量转化与图乙中的内燃机在 （选填“A”或“B”）图所示的能量转化是一致的，某四冲程汽车飞轮转速为3000r/min，则每秒钟对外做功 次。 13．图1甲为注射器，在室温恒为T₁的环境中，老师快速向下推动活塞压缩针筒内的气体后松手，活塞即刻被向上弹起，此过程中针筒内均处于密封，针筒内物质均处于气态，针筒内气体温度随时间变化图像如图1乙，（由于气体分子间距比较大，此实验过程不考虑分子势能的变化），则说法正确的个数是（    ） ①活塞下压时，是通过做功改变针筒内气体的内能 ②t1-t2过程的能量转化与图2中丙相同 ③密封气体在t2时刻的内能小于t3时刻的内能 ④活塞静止后，密封气体的温度最终保持在 T₂ ⑤图2丙存在化学能能转化成内能的过程 ⑥若图 2 内燃机飞轮转动速度为3600r/ min，则每秒完成涉及内能和机械能相互转化的冲程有30次 A．2个 B．3 个 C．4个 D．5个 14．一台单缸四冲程汽油机的飞轮的转速是2400r/min，则此汽油机每秒完成的冲程个数和对外做功次数分别是（　　） A．完成80个冲程，对外做功20次 B．完成80个冲程，对外做功40次 C．完成40个冲程，对外做功10次 D．完成40个冲程，对外做功40次 一、单选题 1．汽车已经成为现代生活不可缺少的一部分，汽车多数采用汽油机作为发动机，如图是四冲程汽油机的工作循环示意图，下列说法中正确的是（　　） A．图甲是压缩冲程，是将内能转化为机械能 B．在一个工作循环中，活塞上下往复一次 C．图丙冲程中，汽缸内的内能减小、温度降低 D．图丁是吸气冲程，吸入汽缸的物质是汽油 2．关于热机，下列说法正确的是（    ） A．四冲程汽油机在工作过程中，进气门和排气门同时关闭的冲程是压缩冲程和做功冲程 B．热机做功冲程中把机械能转化为内能 C．柴油机上安装一个笨重的飞轮，是为了提高它的效率 D．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 3．如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，塞子受到水蒸气的压力会冲出去，这个过程与选项所示汽油机的四个冲程原理相同的是（　　） A． B． C． D． 4．如图所示为某单缸四冲程内燃机工作示意图，下列说法中正确的是（　　） A．一个完整的工作循环顺序是：乙甲丁丙 B．丁冲程发生的能量转化为内能转化为机械能 C．丙冲程中排出的废气没有任何利用的价值 D．只有甲冲程获得动力，其他冲程都是靠惯性运转的 5．一台单缸四冲程内燃机的飞轮转速为3600 r/ min，那么每秒钟内 （　　） A．活塞完成60个冲程 B．燃气对活塞做功30次 C．曲轴转动240转 D．完成120个工作循环 6．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 7．2024年11月30日，我国新型运载火箭长征十二号成功实现首飞。火箭燃料燃烧产生的高温燃气对火箭产生反推力，推动火箭升空，此能量转化过程相当于热机的哪个冲程（　　） A． B． C． D． 8．如图所示，迅速压下活塞的过程相当于柴油机的（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 9．下列汽油机工作的一个循环中，对外做功之后的冲程是（　　） A． B． C． D． 10．一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速为1200r/min，则1秒内该柴油机完成了（　　） A．80个冲程，做功20次 B．20个冲程，做功5次 C．40个冲程，做功10次 D．10个冲程，做功40次 11．关于四冲程汽油发动机内部工作描述正确的是（　　） A．吸气冲程时，吸入的是空气 B．通过喷油嘴压燃点火，在压缩冲程时，将机械能转化为内能， C．做功冲程时，若每次对外做功1000J，则2400r/min的发动机的额定功率为20kW D．排气冲程时，排出的废气已经没有内能了全转化为机械能了 二、填空题 12．某四冲程汽油机，曲轴转速为1200r/min，则该汽油机每秒做功 次，经历 个冲程，飞轮转 周。 13．某单缸柴油机的转速是1200r/min，在1s内这台柴油机要经过 个做功冲程，除做功冲程以外的其他冲程是依靠 来完成的。 14．一台四冲程柴油机的曲轴转速是3000r/min，它1秒钟对外做功 次。 15．一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为，若做功冲程中燃气推动活塞一次做功1500J，那么这台汽油机的功率为 。 16．小白对家中的小汽车进行了一些研究：供汽车动力的是发动机的做功冲程，汽油在汽缸内燃烧时将化学能转化为内能；若飞轮的转速为2400r/min，则在1s内汽油机对外做功 次；在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放入一小团干燥的硝化棉，用力把活塞迅速压下，硝化棉燃烧，该过程中是通过的 方式来改变筒内空气的内能，其能量转化情况与图 （选填“A”“B”“C”“D”）所示汽油机冲程中的能量转化情况是一致的。 17．热机是把内能转化为 能的装置，图是汽油机工作时的 冲程，汽油机的每一个工作循环活塞对外做功 次，曲轴转动 周． 18．在如图所示的四幅图中，甲、乙是两个演示实验示意图；丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图，与压缩冲程原理相同的是 图所示的演示实验；汽油机利用内能来做功的冲程是 图。此单缸四冲程汽油机，飞轮转速是2400r/min，该汽油机每秒钟内完成 个冲程。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$