14.2 热机 暑期预习讲义-- 2025-2026学年九年级全一册物理人教版

14.2 热机 暑期预习讲义-- 2025-2026学年九年级全一册物理人教版 知识梳理 一、热机的基本概念 定义：将内能转化为机械能的装置，本质是实现能量转化的机器。 核心原理：燃料燃烧释放内能，通过做功冲程转化为机械能。 能量转化链：化学能（燃料）→内能（燃烧）→机械能（做功）。 分类： 蒸汽机：早期热机，利用蒸汽膨胀做功（如瓦特改良的分离式冷凝器蒸汽机）。 内燃机：燃料在汽缸内燃烧，分为汽油机和柴油机。 汽轮机：利用高温高压蒸汽推动叶轮旋转（如发电厂）。 喷气发动机：通过高速喷气产生反作用力推动飞行器（如飞机、火箭）。 社会意义： 推动工业革命，使人类摆脱自然动力制约（如蒸汽机用于火车、轮船）。 现代应用广泛，如汽车、飞机、发电站，但需解决能源消耗与环境污染问题。 二、内燃机的工作过程 （一）四冲程内燃机 冲程定义：活塞在汽缸内往复运动一次的过程称为一个冲程。 四个冲程： 吸气冲程：进气门打开，活塞下行，吸入燃料与空气混合物（汽油机）或空气（柴油机）。 压缩冲程：进气门、排气门关闭，活塞上行，机械能→内能（混合气被压缩，温度升高）。 做功冲程：火花塞点火（汽油机）或喷油嘴喷油压燃（柴油机），高温高压燃气推动活塞下行，内能→机械能（唯一对外做功的冲程）。 排气冲程：排气门打开，活塞上行，排出废气。 循环规律： 一个工作循环包含 4 个冲程，活塞往复 2 次，曲轴转动 2 周，对外做功 1 次。 能量转化：压缩冲程（机械能→内能）、做功冲程（内能→机械能）。 （二）汽油机与柴油机的对比 项目 汽油机 柴油机 构造差异 汽缸顶部有火花塞 汽缸顶部有喷油嘴 燃料 汽油 柴油 吸气冲程 吸入汽油与空气的混合物 仅吸入空气 点火方式 点燃式（火花塞放电） 压燃式（压缩空气升温自燃） 压缩比 较低（约 8:1~12:1） 较高（约 16:1~22:1） 应用场景 汽车、摩托车（需轻便、转速高） 载重汽车、拖拉机、轮船（需大扭矩、低油耗） 三、典型应用与现象解释 汽车发动机： 工作流程：汽油在汽缸内燃烧推动活塞，通过连杆带动曲轴旋转，最终驱动车轮。 能量转化：化学能→内能→机械能，尾气排放含 CO₂、NOx 等污染物。 喷气发动机： 结构：进气道→压气机→燃烧室→涡轮→尾喷管。 原理：吸入空气压缩后与燃料混合燃烧，高温气体高速喷出产生反作用力（牛顿第三定律）。 分类：涡轮喷气发动机（高速战斗机）、涡轮风扇发动机（民航客机）。 蒸汽机的历史贡献： 瓦特改良蒸汽机使热效率从 1% 提升至 3%，推动工业革命。 蒸汽火车、轮船的出现改变了交通运输格局。 四、实验探究与科学方法 模拟热机工作过程： 实验装置：试管内装水，用橡胶塞塞紧，加热至水沸腾，观察塞子被冲出。 现象分析：内能→机械能，模拟蒸汽机做功冲程。 改进实验：用温度传感器监测试管内水温变化，量化内能转化过程。 控制变量法： 应用：研究 “热机效率与燃料热值的关系” 时，控制燃料质量相同。 案例：比较汽油和柴油在相同质量下的做功能力。 五、易错点提醒 能量转化方向混淆： 误区：误认为热机是 “机械能→内能”。 正确理解：热机的核心是内能→机械能（如做功冲程），压缩冲程是机械能→内能。 冲程顺序与状态判断： 误区：混淆压缩冲程与做功冲程的气门状态。 判断方法：压缩冲程气门全关、活塞上行；做功冲程气门全关、活塞下行且火花塞点火（汽油机）。 效率与功率的区别： 效率：反映内能转化为机械能的比例（如 30%）。 功率：表示做功快慢（如 100kW），二者无直接关联。 飞轮的作用： 误区：误认为飞轮增加功率。 正确理解：飞轮利用惯性完成吸气、压缩、排气冲程，使运转平稳。 六、科学史与拓展知识 瓦特改良蒸汽机的意义： 分离式冷凝器减少热量损耗，使蒸汽机实用化，推动工业革命。 引入 “马力” 单位（1 马力≈735W），奠定现代功率计量基础。 热机与社会发展： 积极影响：促进工业化、城市化，提高生产效率。 环境挑战：化石燃料燃烧导致温室效应、酸雨，需发展新能源热机（如太阳能热机、氢能发动机）。 现代热机技术趋势： 高效化：涡轮增压、分层燃烧技术提升热效率。 清洁化：混合动力、纯电动技术减少排放。 智能化：电子燃油喷射系统（EFI）精准控制燃烧过程。 同步练习 一、选择题 1．如图所示是四冲程汽油机的一个工作循环示意图，其中属于利用机械能转化内能冲程的是（　　） A． B． C． D． 2．如图所示，在塑料瓶内装入少量的液态乙醚，待乙醚充满整个塑料瓶后，启动电子打火器，活塞瞬间飞出，下列说法正确的是（　　） A．活塞飞出是机械能转化为内能 B．液态乙醚发生了升华现象 C．乙醚分子在不停地运动 D．此过程相当于热机的压缩冲程 3．科幻大片《流浪地球》讲述了太阳即将毁灭，人类开启“流浪地球”计划带着地球一起逃离太阳系。流浪过程中地球受到木星引力的作用坠向木星，为脱离木星，主人公点燃了木星上的可燃气体，从而将地球推离木星。其中“点燃木星”将地球推开相当于内燃机的（　　） A．吸气冲程 B．做功冲程 C．压缩冲程 D．排气冲程 4．在透明塑料盒的底部钻一个孔，把电子式火花发生器的放电针管紧紧塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒中滴入数滴酒精，再将盒盖盖紧，然后按下电火花发生器的按钮，盒盖被弹飞。下列说法中正确的是（　　） A．图中情境演示的是“四冲程”汽油机工作的压缩冲程 B．电子式火花发生器的放电针相当于汽油机中的活塞 C．塑料盒盖相当于汽油机的曲轴 D．盒盖被弹飞的情境中内能转化为机械能 5．如图所示，用酒精灯给试管中的水加热，水温上升，直至沸腾一段时间后，会看到试管口的塞子被推出。下列描述正确的是（　　） A．酒精燃烧将内能转化为化学能 B．水蒸气推出塞子的过程中水蒸气的内能转化为塞子的机械能 C．水蒸气推出塞子导致水蒸气内能增加 D．水蒸气对塞子做功，其能量转化与汽油机压缩冲程的能量转化相同 6．如图所示，甲装置：在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，把活塞迅速压下去，观察发生的现象；乙装置：烧瓶内盛少量水，给瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化。下列对这两个装置进行的实验认识正确的是（　　） A．甲：迅速向下压活塞的过程中，瓶内空气温度不变 B．乙：给瓶内打气瓶塞跳出前，瓶内空气内能减小 C．甲：活塞下压后反弹的过程相当于内燃机的做功冲程 D．乙：瓶塞跳出的过程相当于内燃机压缩冲程 7．景颇族的祖先曾发明一种活塞式点火器，如图所示，以牛角作套筒，木质推杆前端粘附艾绒。取火时，一手握住套筒，一手猛推推杆，艾绒即燃，随即将杆拔出，口吹立见火苗。手推杆入筒的过程与内燃机工作的哪个冲程相同（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 8．4月16日，神舟十三号载人飞船返回舱在内蒙古东风着陆场成功着陆，中国的航天事业又向前迈了一大步，如图为返回舱着陆时的情景。下列说法正确的是（　　） A．返回舱着陆前，动能转化为重力势能 B．进入大气层之后，若返回舱关闭动力系统，机械能减小 C．从打开降落伞到着陆过程称为着陆段，假如降落伞在某一时刻匀速下落，此过程中返回舱的机械能守恒 D．进入大气层之后，返回舱与大气摩擦过程中涉及的能量转化与汽油机做功冲程相同 二、填空题 9．如图所示是汽油机的　 　冲程的示意图，在这个冲程中，汽缸内气体的内能将会　 　（填“增大”成“减小”），这是通过　 　（填“做功”或“热传递”）的方式来改变内能的。 10．微波炉给生鸡蛋加热为什么会发生如图所示的“核”蛋爆炸?鸡蛋内的气体吸热迅速膨胀，来不及从蛋壳和壳膜的孔隙中逸出，最终炸开，将　 　转化为　 　能，汽油机中　 　冲程的能量转化方式与此相同。 11．如图是飞机在高空飞行时产生的尾迹云。其产生的原因是发动机中的燃料燃烧后产生大量的水蒸气，喷出的水蒸气在高空遇到冷空气放热　 　 （物态变化名称），在此过程是水蒸气的内能　 　 。喷气式发动机　 　 （填“是”或“不是”）热机。 12．将两个表面光滑的铅块相互紧压，它们会粘在一起，说明分子间存在　 　；一个单缸四冲程汽油机飞轮转速为3000，则1s对外做功　 　次；据中央电视台报道，同一辆汽车一次加100L天然气能跑300，加入相同体积的可燃冰就能跑50000，这说明可燃冰与天然气相比具有更大的　 　。 13．如图所示是一颗子弹以120 m/s的速度将纸牌击穿瞬间的情形，过会儿闻到一 股焦糊味，这是通过　 　 的方式使纸牌局部的内能增加，温度升高并燃烧造成的。这一过程的能量转化情况与汽油机的 　 　 冲程的能量转化情况相同。 三、实验探究题 14．如图所示是我们在学习热学知识时做过的一些实验。 （1）图甲，将两个底面干净平整的铅块紧压在一起，它们就会结合在一起，该实验说明分子之间存在　 　。 （2）图乙，把试管中的水加热至沸腾，水蒸气推动橡皮塞迅速冲出管口，同时管口出现了白雾。在橡皮塞被推出的过程中，管内水蒸气的　 　能转化为橡皮塞的机械能，这与内燃机 　 　冲程的能量转化相同。 （3）图丙，在厚壁玻璃筒中放入一小团硝化棉，用力迅速压下活塞后，观察到棉花燃烧起来，这是因为活塞压缩筒内气体，使空气内能　 　（选填“增大”或“减少”），温度升高达到硝化棉的燃点。 答案解析部分 1．【答案】B 【解析】【解答】在内燃机的四个冲程中，进气门和排气门均关闭的只有压缩冲程和做功冲程，而在压缩冲程中活塞向上运动，做功冲程中活塞向下运动；一个气门打开，另一个气门关闭的是吸气冲程和排气冲程，而在吸气冲程中活塞向下运动，排气冲程中活塞向上运动；在内燃机的四个冲程（吸气、压缩、做功、排气）中，机械能转化为内能的是压缩冲程；压缩冲程气门都关闭，活塞向上运行，汽缸容积减小．故选B。 【分析】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；判断冲程名称可用口诀：先看气门开关情，再看活塞上下行，开下吸气开上排，关上压缩关下功，进行分析；其中在做功冲程中，是内燃机的内能转化为机械能，在压缩冲程中是机械能转化为内能。 2．【答案】C 【解析】【解答】A．活塞飞出是空气内能转化为瓶塞的机械能，故A错误； B．液态乙醚汽化为气态，故B错误； C．乙醚分子在不停地运动，故C正确； D．此过程和热机的做功冲程能量转化相同，即内能转化为机械能，故D错误。 故选C。 【分析】1、活塞压缩空气，类似打气筒，活塞的机械能转化为空气的内能，空气温度增加，通过热传递使得棉花燃烧； 2、加热水使得瓶塞喷射，通过热传递使得水的温度升高，吸收热量，水不断汽化为水蒸气，水蒸气内能增加，转化为瓶盖的机械能，水的内能减小，温度降低，水蒸气遇冷液化为小水珠。 3．【答案】B 【解析】【解答】“点燃木星”将地球推开，燃料的内能转化为地球机械能，相当于内燃机的做功冲程。 故答案为：B。 【分析】消耗内能转化为机械能，是热机的做功冲程。 4．【答案】D 【解析】【解答】AD．在透明塑料盒的底部钻一个孔，把电子式火花发生器的放电针管紧紧地塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒中滴入数滴酒精，再将盒盖盖紧，然后按动电火花发生器的按钮，看到盒盖飞出；在此过程中，酒精燃烧后的燃气的内能转化为盒盖的机械能。汽油机做功冲程将内能转化为机械能，与这一实验过程中能量的转化是一致的，故D正确，A错误； B．电子式火花发生器的放电针相当于汽油机中的火花塞，故B错误； C．塑料盒盖相当于汽油机的活塞，故C错误。 故选D。 【分析】改变物体内能的方法：一是做功，克服摩擦做功、压缩空气做功，都可以使物体的内能增加、温度升高；二是热传递，在四冲程内燃机压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程将内能转化为机械能；汽油机的火花塞打出电火花点燃燃料，会产生高温高压气体推动活塞向下运动。 5．【答案】B 【解析】【解答】A.酒精燃烧将化学能转化为内能，故A错误； B.水蒸气推出塞子的过程中，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，故B正确； C.水蒸气推出塞子，导致水蒸气内能减小，故C错误； D.水蒸气对塞子做功，其能量转化与汽油机做功冲程的能量转化相同，故D错误。 故选B。 【分析】ABD.根据图片分析实验过程中包含的能量转化过程即可； C.外界对物体做功，则内能增大；物体对外界做功，则内能减小。 6．【答案】C 【解析】【解答】A.迅速向下压活塞的过程，活塞的机械能转化为空气的内能，空气的温度升高，故A错误； B.给内打气瓶塞跳出之前，空气的内能增加，故B错误； C.活塞下压后反弹的过程中，空气的内能转化为活塞的机械能，相当于内燃机的做功冲程，故C正确； D.瓶塞跳出的过程中，空气的内能转化为活塞的机械能，相当于内燃机的做功冲程，故D错误； 故选C。 【分析】甲图中，向下压活塞的过程中，活塞的机械能转化为空气的内能，此时空气的内能升高，足够引燃硝化棉，在乙图中，向瓶内打气的过程中，瓶内空气内能增加，瓶塞跳出的过程中，空气的内能转化为瓶塞的机械能。 7．【答案】B 【解析】【解答】 手推杆入筒的过程 ，对气体做功，机械能转化为内能，气体内能增加，温度升高；与汽油机的压缩冲程相同，故B符合题意。 故选B。 【分析】外界对物体做功，物体的内能增加，将机械能转化为内能。汽油机的压缩冲程将机械能转化为内能。 8．【答案】B 【解析】【解答】A、 返回舱着陆前，速度保持匀速状态，所以动能不变，A错误 B、 进入大气层之后，返回舱关闭动力系统 ，重力势能减小，动能不变，所以机械能减小，B正确，C错误 D． 返回舱与大气摩擦过程中涉及的能量转化与汽油机压缩冲程相同，故D错误。 故选B。 【分析】1、机械能：机械能为动能和重力势能之和，当质量不变时，动能和速度成正比，速度不变时，动能和质量成正比；当质量不变时，重力势能和高度成正比，高度不变时，重力势能和质量成正比； 2、压缩冲程：进气后关闭，排气口关闭，活塞上移，能量转化为机械能转化为内能，气缸内空气内能增加；做功冲程：进气后关闭，排气口关闭，火花塞点燃，高温高压的气体推动活塞下移，气体内能减小，能量转化为内能转化为机械能 9．【答案】压缩；增大；做功 【解析】【解答】由图可知，进、排气门都关闭，活塞向上运动，属于压缩冲程，将机械能转化为内能，使得缸内气体的内能变大。通过做功的方式改变气体的内能的。 综上 第1空、压缩； 第2空、增大； 第3空、做功。 【分析】压缩冲程：进气后关闭，排气口关闭，活塞上移，能量转化为机械能转化为内能，气缸内空气内能增加； 改变物体内能的方式有做功和热传递，如钻木取火、搓手取暖属于做功改变物体内能，用酒精灯热水属于热传递改变物体内能。 10．【答案】内能；机械；做功 【解析】【解答】用微波炉加热生鸡蛋，鸡蛋内吸收热量，迅速膨胀，会炸开，将内能转化为机械能。 汽油机的做功冲程中，内能转化为机械能，故汽油机中做功冲程的能量转化方式与此相同。 【分析】物体吸收热量，内能变大，膨胀炸开，内能转化未机械能；汽油机的做功冲程，将内能转化为机械能。 11．【答案】液化；减少；是 【解析】【解答】 喷出的水蒸气在高空遇到冷空气放热 液化形成小水滴，水蒸气内能减小， 喷气式发动机把内能转化成机械能的装置，是热机。 综上 第1空、 液化； 第2空、减少； 第3空、是 【分析】1、液化为气态变为液态会释放热量，如水蒸气、露珠 2、热机：是将内能转化为机械能的装置，喷气机属于热机 12．【答案】引力；25；热值 【解析】【解答】 （1）两个表面光滑的铅块相互紧压后，它们会粘在一起，说明了分子间有引力，很难被压缩，说明分子之间有斥力。 （2）单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3000r/min=50r/s，即每秒转50圈，由于单缸四冲程汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次，所以该汽油机1s对外做功25次。 （3）同一辆汽车一次加100L天然气能跑300km，加入相同体积的可燃冰就能跑50000km，这说明可燃冰与天然气相比，完全燃烧放出的热量更多，具有更大的热值。 【分析】 （1）分子间既有引力也有斥力，很难被压缩表现为斥力，很难被拉伸表现为引力。 （2）一个周期，四个冲程，做功一次，飞轮转动两圈。 （3）某种燃料的热值大，说明完全燃烧相同质量的该燃料和其他燃料相比，会放出更多的热量。 13．【答案】做功；压缩 【解析】【解答】当子弹以高速击穿纸牌时，子弹与纸牌之间的摩擦力会产生大量的热量。这种热量的产生是通过做功的方式实现的，即子弹克服摩擦力做功，将机械能转化为内能，使纸牌局部的内能增加，温度升高，最终燃烧。 这一过程的能量转化情况与汽油机的压缩冲程的能量转化情况相同。在汽油机的压缩冲程中，活塞向上运动，压缩汽缸内的混合气体，使其内能增加，温度升高。这一过程中，活塞克服气体压力做功，将机械能转化为内能。 综上第1空、做功；第2空、压缩 【分析】本题主要考查能量转化和内能增加的方式。当子弹击穿纸牌时，由于子弹与纸牌之间的摩擦，会产生热量，这会导致纸牌局部的内能增加，温度升高，最终燃烧。这一过程的能量转化情况与汽油机的压缩冲程的能量转化情况相同。 14．【答案】（1）引力 （2）内；做功 （3）增大。 【解析】【解答】(1)图甲，将两个底面干净平整的铅块紧压在一起，它们就会结合在一起，该实验说明分子之间存在引力。 (2)图乙，在橡皮塞被推出的过程中，管内水蒸气的内能转化为橡皮塞的机械能，这与内燃机做功冲程的能量转化相同。 (3)图丙，在厚壁玻璃筒中放入一小团硝化棉，用力迅速压下活塞后，观察到棉花燃烧起来，这是因为活塞压缩筒内气体，使空气内能增大，温度升高达到硝化棉的燃点。 【分析】（1）根据分子之间存在引力的知识解答； （2）在四冲程内燃机中，压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程将内能转化为机械能； （3）外界对物体做功，物体的内能增大，温度升高，据此分析解答 学科网（北京）股份有限公司 $$