第三节 热机（举一反三讲义）物理沪科版2024九年级全一册

第三节 热机 目录 【学习目标】..............................................................................1 【思维导图】..............................................................................2 【知识梳理】..............................................................................2 知识点1. 热机............................................................................2 知识点2. 汽油机 ..................................................................................................................................................4 知识点3. 柴油机..........................................................................7 【方法技巧】.............................................................................10 方法技巧1. 判断内燃机工作冲程的方法 ....................................................10 方法技巧2. 汽油机与柴油机的判断.........................................................10 方法技巧3. 根据内燃机飞轮转速的物理意义求解内燃机对外做功问题思维方法...................11 【巩固训练】...................................................................11 【学习目标】 课节核心素养目标 物理观念：了解热机的工作原理,知道四冲程内燃机工作时的能量转化,能体会内能的利用在人类社会发展中的重要意义。 科学思维：通过模型、图片了解汽油机和柴油机的构造。 科学探究: 能用文字或口头表述内燃机各冲程的工作状态和能量转化。 科学态度与责任担当：能了解能量转化的意义,体会热机对于人类文明进程的推动作用。知道内燃机工作时有废气污染,树立环保意识。 课节重点难点 重点：知道四冲程内燃机工作原理及能量转化。 难点：能了解能量转化的意义,体会热机对于人类文明进程的推动作用。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1. 热机 把其他形式的能量转化为机械能的机器，称为发动机。列车风驰电掣，舰船劈波斩浪，飞机凌空穿云，车船飞机能大展神威，都是因为有了发动机的缘故。看下面的演示实验：  如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间，观察现象。讨论这个过程中不同形式的能量之间转化的情况。 酒精燃烧时，燃料的化学能转化为内能，内能以热传递的方式传给水和水蒸气；水蒸气对活塞做功，水蒸气的内能转化成活塞的机械能，从而使活塞获得了动力。把这种能够将内能转化为机械能的装置统称为热机. 1. 热机：是把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置。 2. 热机的能量转化（共同点）：燃料的化学能（燃烧）→内能（做功）→机械能 3. 热机的种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机、火箭发动机等都属于热机。 4. 内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。常见的内燃机有汽油机和柴油机两类。 【例题1】除了飞机、汽车、摩托车之外，你还知道哪些地方用到了热机？你列举的这些热机中哪些是内燃机？ 【答案】拖拉机、火箭、轮船、火车等。 拖拉机和火车属于内燃机。 【解析】把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置。燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。常见的内燃机有汽油机和柴油机两类。 拖拉机和火车属于内燃机类型，是因为它们均以燃料在机器内部燃烧产生动力为核心工作原理，符合内燃机的定义。具体分析如下： 动力来源：两者均通过燃烧燃料（拖拉机多为柴油，火车多为柴油或汽油）释放热能，推动活塞运动，进而通过曲轴或传动装置输出机械能。 工作循环：均遵循“进气-压缩-做功-排气”四冲程（或二冲程）循环，通过燃料燃烧的爆发力驱动机械运转。 能量转换：燃料的化学能直接转化为机械能，无需外部热源（如蒸汽机需外部加热水产生蒸汽），属于典型的内燃机工作模式。 其中，拖拉机多采用柴油机直接驱动车轮或通过机械传动带动农具；火车内燃机车则通过柴油机驱动发电机，再由电动机驱动车轮，属于“内燃机+电传动”的复合动力形式，但仍属于内燃机范畴。 （变式训练1）（23-24九年级上·福建宁德·期末）近年来我国先进装备层出不穷，民族自豪感倍增。以下装备的动力装置不属于是热机的是（    ） A．玉兔号月球车 B．山东舰 C．歼20 D．长征五号火箭 （变式训练2）（2023·新疆）人类最早发明的热机是（　　） A．蒸汽机 B．内燃机 C．喷气发动机 D．火箭发动机 （变式训练3）（2025安徽一模）2022珠海航展，大国重器“歼﹣20”的“双机对冲”、“旱地拔葱”成为全场的焦点（如图所示），换装后的中国心“国产涡扇﹣10”航空发动机在工作时，燃料燃烧产生的高温高压气体通过 的方式将内能转化为 ，所以也属于热机的一种。 知识点2. 汽油机 1. 汽油机。利用汽油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机。 2. 汽油机的构造及作用 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。 3. 工作过程（原理） （1）汽油机工作时，活塞在气缸内做一次单向运动叫做一个冲程（或行程）。 （2）四个冲程 汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 ①吸气冲程。旋转的飞轮通过曲轴连杆带动活塞，使活塞从气缸上部向下运动，进气阀开启，空气和汽油的混合气体通过进气道进入缸内。 ②压缩冲程。两个气阀关闭，活塞在飞轮带动下，从气缸下部向上运动，缸内混合气体被压缩，机械能转化为内能，因此，内能增加、温度升高、压强增大。 ③做功冲程。压缩冲程结束后做功冲程开始时，气缸顶部的火花塞发出电火花，缸内气体爆发性燃烧，高温高压气体迅速膨胀，使活塞向下运动，内能转化为机械能。 ④排气冲程。飞轮因为惯性继续转动使活塞上升，排气阀打开，将燃烧后的废气排出缸外。 （3）汽油机一个工作循环情况总结 一个工作循环，有4个冲程，活塞往复2次，飞轮转动2周，对外做功1次。在这个四个冲程中，利用曲轴的惯性来完成的是吸气、压缩和排气冲程。发生能量转化的有两个冲程：压缩和做功冲程。 【例题2】（2025江苏扬州） 如图是单缸四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，它是（ ） A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程 【答案】B 【解析】由图可知，进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，压缩汽缸内气体，火花塞未点火，即为压缩冲程，故ACD不符合题意，B符合题意。故选B。 （变式训练1）（23-24九年级上·贵州黔东南·期中）如图所示，分别表示内燃机工作过程中的四个冲程，其中将内能转化为机械能的冲程是（　　） A． B． C． D． （变式训练2）（23-24九年级上·广东河源·期中）如图所示是四冲程汽油机工作时的 冲程，此过程中通过做功方式使气缸内燃料混合物的内能 （选填“增大”或“减小”），若其工作时，曲轴转速为，此汽油机1s内完成 个排气冲程。 （变式训练3）（23-24九年级上·江西南昌·期末）如图所示是演示点火爆炸实验装置，在演示前先给装置内喷少量的酒精，按动电火花发生器开关按钮，盒盖被打出去，这是因为酒精燃烧产生的热气对外 ；这过程与图中汽油机图 （选填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”）工作冲程的能量转化相同。 知识点3. 柴油机 1. 柴油机：利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机。 2. 构造：它与汽油机在结构上的主要不同是气缸顶部的火花塞换成了喷油嘴。 3. 工作过程 柴油机的一个工作循环与汽油机相类似，也是由四个冲程组成的。每完成一个工作循环曲轴和飞轮均转两周，对外做功一次，活塞往复运动两次，除做功冲程外的其他三个冲程，是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成的。 柴油机吸入气缸内的物质只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来。 4. 柴油机和汽油机的异同点 项目 汽油机 柴油机 构造 气缸顶部有一个火花塞 气缸顶部有一个喷油嘴 燃料 汽油 柴油 吸气冲程 吸入汽油与空气的混合物 只吸入空气 压缩冲程 压缩程度较小 压缩程度较大 做功冲程 点燃式，内能转化为机械能 压燃式，内能转化为机械能 排气冲程 排出废气 特点与 适用范围 轻巧、功率小； 小汽车、摩托车等 笨重、功率大； 载重汽车、轮船等 相同点 一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次； 压缩冲程把机械能转化为内能，做功冲程把内能转化为机械能。 注意：汽油机与柴油机的启动 内燃机的启动：开始运转时，要靠外力使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，靠飞轮的惯性完成后面的工作循环。 【例题3】（2025广东深圳）晓凤同学提出问题：收割机用四冲程柴油机提供动力，其中压缩冲程过程中，柴油机汽缸内气体（　　） A. 质量变大 B. 内能减小 C. 体积变大 D. 温度升高 【答案】D 【解析】四冲程柴油机中的压缩冲程，活塞向上移动，汽缸内气体体积变小，气体质量不变，压缩冲程将机械能转化为内能，内能变大，温度升高，故D符合题意，ABC不符合题意。故选D。 （变式训练1）1876年，德国工程师奥托制造了第一台新型的以煤气为燃料的四冲程内燃机。如图为四冲程柴油机的工作过程。下列关说法正确的是（　　） A．汽油机和柴油机都是内燃机，吸入汽缸的物质相同 B．燃料在汽缸内猛烈燃烧，燃料热值迅速减小 C．压缩冲程主要是通过做功的方式增大缸内气体的内能 D．柴油机降温常用水做冷却剂是因为水的比热容小 （变式训练2）（2025·辽宁葫芦岛·一模）如图为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。问： （1）从能量转化的角度解释艾绒燃烧的原因； （2）点燃艾绒的过程与四冲程柴油机哪个冲程的工作原理相同。    （变式训练3）（23-24九年级上·广东广州·期末）如图，将活塞迅速向下压，玻璃筒底部的火柴头烧着了。这是因为活塞压缩空气时，空气的内能 ，温度 ；火柴头 （选填“吸收”“放出”） 热量，内能 ，温度达到燃点开始燃烧。此实验使火柴头燃烧起来的方式与 （选填“汽油机”“柴油机”）中燃料燃烧起来的方式相同。 【方法技巧】 方法技巧1. 判断内燃机工作冲程的方法 第一步看气门 看两气门开、闭情况。若两气门都关闭，则内燃机处于压缩或做功冲程；若有一个气门打开，内燃机处于吸气或排气冲程 第二步看活塞 看活塞运动方向。活塞向上运动时，内燃机处于压缩或排气冲程；若活塞向下运动，内燃机处于吸气或做功冲程 第三步综合分析 综合两个气门和活塞的工作情况得出结论 方法技巧2. 汽油机与柴油机的判断 汽油机 柴油机 结构 气缸顶部有火花塞 气缸顶部有喷油嘴 吸气冲程 吸进空气和汽油的混合物 吸进空气 点火方式 点燃式 压缩式 方法技巧3. 根据内燃机飞轮转速的物理意义求解内燃机对外做功问题思维方法 基本思路： （1）比如单缸四冲程汽油机飞轮转速是2400r/min，也就是60s飞轮转动2400r，1s飞轮转动40r， （2）内燃机的一个工作循环完成四个冲程，曲轴和飞轮转动两周，活塞往返两次，对外做功一次。 （3）那么曲轴和飞轮转动40周，也就是40r，活塞往返40次，对外做功20次。即汽油机每秒对外做功20次。 汽油机飞轮转速不同，每秒对外做功次数也不同。 （4）若果能知道每次对外做功的大小，就可以求解一定时间内对外做功得多少。进一步还可以求解其他的相关物理量。 【巩固训练】 一、热机 1. （23-24九年级上·辽宁营口·期末）下列实例中，属于内能转化为机械能的是（　　） A．搓手取暖 B．瓶塞冲出 C．压缩气体 D．钻木取火 2．2024年5月3日，搭载嫦娥六号探测器的长征五号遥八运载火箭，在中国文昌航天发射场点火发射。火箭 （选填“属于”或“不属于”）热机， （选填“能”或“不能”）在大气层外工作。 3. （2025·甘肃陇南一模）我国航天事业快速发展，长征系列火箭做出了巨大贡献！火箭的发动机属于 （选填“热机”或“电动机”）。火箭发射时，向发射塔喷射大量的水，利用水的 较大的性质带走大量的热，防止发射塔被烧坏。 4. 2022年4月16日，神州十三号载人飞船返回舱进入大气层后下落（如图所示）。接近地面时反推发动机点火，最终返回舱在东风着陆场预定区内实现软着陆。 （1）返回舱刚进入大气层下落时，机械能大小如何变化，为什么？ （2）反推发动机属于喷气式发动机，反推发动机是否属于热机？ 二、汽油机 5.如图所示，试管里盛有适量的水，加热试管使水沸腾，试管口冒出的“白气”推动管口处的小风车转动。选择下列说法中正确的选项并说明理由。 A. 水在沸腾过程中，不断吸收热量，温度升高 B.实验过程中通过做功使试管内水的内能增大 C. 试管口冒出的“白气”是水汽化形成的水蒸气 D.“白气”使小风车转动的过程相当于汽油机的做功冲程 6. （2025黑龙江龙东）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 7．家用燃油汽车的发动机主要是汽油机，下列说法正确的是（　　） A．汽油机的效率能达到100% B．汽油机燃烧汽油会造成环境污染 C．汽油机的一个工作循环中，对外做功4次 D．汽油机在吸气冲程中只吸入汽油 8. （2025江苏南通一模）如图所示，是四冲程内燃机其中一个冲程的示意图，该冲程的能量转化情况 是（ ） A. 化学能转化成内能 B. 机械能转化成内能 C. 机械能转化成化学能 D. 内能转化成机械能 9．如图所示，四冲程内燃机工作循环中一个冲程的示意图，它是（　　） A．压缩冲程，将内能转化为机械能 B．压缩冲程，将机械能转化为内能 C．做功冲程，将内能转化为机械能 D．做功冲程，将机械能转化为内能 10. （2025湖南衡阳一模）汽车的发动机大多数是内燃机，内燃机是热机的一种，下列关于热机和环境保护的说法，正确的是（　　） A. 热机排出的尾气没有内能 B. 热机的效率能达到100% C. 热机的大量使用会造成环境污染 D. 汽油机的做功冲程是将机械能转化成内能 11．如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，不是靠飞轮惯性完成的冲程是（　　） A． B． C． D． 12．（23-24九年级上·福建莆田·期末）如图所示是四冲程汽油机工作时各冲程的示意图，其中与汽车刹车过程中能量转化相同的是（　　） A． B． C． D． 13. （23-24九年级上·山东德州·阶段练习）如图所示是汽油机工作时的四个冲程，下列说法正确的是（　　） A．汽油机吸气冲程汽缸吸进的物质是汽油 B．活塞在汽缸内往复运动一次，该汽油机对外做功一次 C．该汽油机的四个冲程正确的工作顺序是乙→甲→丁→丙 D．甲是压缩冲程，将内能转化为机械能；丁是做功冲程，将机械能转化为内能 14. 关于单缸四冲程汽油机，下列说法正确的是（　　） A. 加润滑油可以减小汽油机零部件间的摩擦 B. 通过改进可以使汽油机的效率达到100% C. 除做功冲程外，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的 D. 若飞轮转动速度为1200r/min，则该汽油机每秒钟对外做功40次 15．一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为每分钟1200r/min，则汽油机2秒内（　　） A．完成20个冲程，做功20次 B．完成40个冲程，做功40次 C．完成40个冲程，做功10次 D．完成80个冲程，做功20次 16．（23-24九年级上·贵州遵义·期中）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 17. 内燃机的工作过程由 、 、 、 冲程组成，其中，将机械能转化为内能的是 冲程，将内能转化为机械能的是 冲程。 18．2024年5月，比亚迪推出DM-i超级混动技术能够切换电力和汽油，发动机热效率最高可达到40%，成为全球量产车的领先技术，其发动机是汽油发动机，通过汽油燃烧产生高压气体推动活塞做功。如图是汽油机一个冲程示意图，该冲程是 ，该冲程是将 能转化成 能。 19. （2025甘肃威武、临夏州等）用打气筒打气时，气筒壁会发热，这主要是因为活塞对筒内气体______（选填“做功”或“热传递”），使筒内气体内能增大，温度升高，此过程中的能量转化与四冲程汽油机________冲程的能量转化相同。 20. （23-24九年级上·江西吉安·期末）一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是6000r/min，该汽油机每秒内做功 次。除做功冲程外，四冲程汽油机的其它三个冲程是靠安装在曲轴上的飞轮的 来完成的。 21．（23-24九年级下·河南南阳·开学考试）如图所示是四冲程汽油机的 冲程，若该汽油机每分钟内做功600次，则汽油机飞轮的转速是 r/min。 22. 图1为充满气的气球放气的过程，此时气嘴处温度将 （选填“升高”或“降低”），如图2所示是汽油机的两个工作过程，其中图 （选填“甲”或“乙”）所示的冲程与图1实验过程中能量的转化是一致的。若汽油机飞轮转速为1200r/min，该汽油机每秒对外做功 次。 23. （2025·江苏泰州·二模）小明把一个刚喝完的纯净水瓶拧紧瓶盖，先用双手使劲扳弯纯净水瓶，然后快速松开左手，瓶内出现大量白雾，如图所示。白雾是 （填物质名称），在松手的过程中水蒸气的内能 （填变化情况）；松手后纯净水瓶内部物质发生物理变化的过程中，其能量转化过程与汽油机 冲程的能量转化过程相同。 24.阅读理解，回答问题。 汽油机 内燃机就是指燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。最常见的内燃机，以汽油或柴油为燃料，分别叫做汽油机和柴油机。汽油机指汽油在汽缸内燃烧、生成高温高压燃气，燃气推动活塞而做功，燃气内能转化为活塞运动的机械能。 （1）构造：进气门，排气门，火花塞，气缸，活塞，连杆，曲轴。冲程：活塞从气缸一端运动到另一端的单向运动叫做一个冲程。 （2）工作原理。内燃机的工作过程以一个循环为一个单元，一个循环又分为四个冲程。 吸气冲程：开始工作前，活塞位于气缸上端，进、排气门军关闭。工作时，活塞由上向下运动，进气门打开，排气门仍关闭。由于缸内体积增大，压强减小，空气和汽油的混合气体被吸入气缸。这是第一个冲程。 压缩冲程：活塞运动到最下端，就开始转为向上运动。这时进气门、排气门都关闭，混合气体被强行压缩，使气体的温度升高，压强增大。这是第二个冲程。 做功冲程：压缩结束时虽然温度较高，但未能达到燃料的燃点。在压缩冲程结束的瞬间，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体，高温高压燃气推动活塞向上向下运动，通过连杆带动曲轴转动。实现了内能向机械能的转化。这是第三个冲程。 排气冲程：做功冲程结束，活塞继续向下向上运动，进气门关闭，排气门打开，燃烧后的废气被活塞推出缸外。这是最后一个冲程。 此后，活塞又由上向下运动，从此进入下一轮循环。在一个工作循环中有四个冲程，活塞往复两次，曲轴转两周，对外做一次功。 （3）能的转化：在做功冲程燃气对活塞做功，内能转化为机械能。其余三个冲程靠消耗飞轮的机械能来完成。 问题： A.内能转化为机械能的过程是　　 冲程完成的。 B. 汽油机的构造由进气门，排气门，　　 ，气缸，活塞，连杆，　　 组成。 C.活塞从气缸一端运动到另一端的　　 运动叫做一个冲程。 D.活塞在一个工作循环中有四个冲程，活塞往复　　 次，曲轴转　　 周，对外做一次功。 三、柴油机 25. （23-24九年级上·湖南郴州·期末）关于柴油机和汽油机的下列说法中正确的是（　　） A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞 B．进、排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程 C．柴油机在吸气冲程中将柴油和空气吸入汽缸 D．柴油机的压缩冲程中，内能转化为机械能 26．如图是一种常用“柴油平板夯机”，广泛应用于路面施工、场地填土等多个方面。使用时柴油发动机提供动力，激荡器带动夯板上下运动。下列关于使用该夯机说法正确的是（　　） A．可通过火花塞点火启动 B．发动机将内能转化为机械能 C．利用水比热容小的特性降温 D．行走轮辅助移动可减小压力 27．在一个配有活塞的厚玻璃筒内放一小团硝化棉，把活塞迅速压下去，棉花燃烧起来，说明通过 的方式可以改变物体的内能，这一过程与柴油机的 冲程具有相同的能量转化。 28．一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为，该柴油机在1s对外做功 次，该柴油机在吸气冲程吸入的是 。 29. 能量转化的角度看，一台四冲程内燃机在一个循环中 （1）哪个冲程存在着化学能转化为内能的过程？ （2）哪个冲程存在着内能转化为机械能的过程？ （3）哪个冲程具有很明显的机械能转化为内能的过程？ 四、综合创新问题30．如题图所示，“脚踏冲天炮”是一种户外玩具，通过脚踩踏板压缩空气的方式发射小火箭。空气推动小火箭升空的过程相当于如图中的哪个冲程（　　） A．B．C．D． 31．氢发动机是用气态氢作为燃料，代替传统以汽油、柴油为燃料的内燃机，氢气燃烧的生成物为水。某氢气发动机汽车的四冲程内燃机转速为。下列说法正确的是（　　） A．氢气燃烧的越充分，它的热值越高 B．四冲程内燃机的压缩冲程将内能转化为机械能 C．该车内燃机1s对外做功20次 D．氢气燃烧的生成物为水，所以氢发动机的效率可达100% 32．涡扇喷气式发动机是现代飞机“心脏”，是热机的一种，其关键材料耐高温。如图所示，发动机结构由进气道、压气机、燃烧室、涡轮机、喷口五部分组成。其中压气机压缩空气，燃烧室喷油与高压空气混合燃烧产生高温高压燃气，推动涡轮机转动并从喷口喷出。下列关于涡扇喷气式发动机的说法不正确的是（　　） A．发动机内部耐高温的材料具有熔点高的特点 B．吸入发动机的空气被压缩机压缩后内能增大 C．发动机内，燃料和压缩空气混合后燃料的热值增大 D．高温高压的燃气经过涡轮机后燃气的内能减小，温度降低 33．如图是明朝时期万户利用火药制作的一个由47支火箭推动的装置。万户的火箭原理与现代火箭发动机相似，通过点燃火药产生的高温气体从后端喷出，从而获得前进的动力，这说明力的作用是 的；该过程类似于内燃机的 冲程。 34．（23-24九年级上·江苏苏州·期末）阅读材料，回答问题 空气动力是指空气与物体相对运动时作用在物体上的力，简称气动力。经过长时间探索，人们已经成功制造出使用空气作为动力的活塞式发动机。 如图甲是某新型空气动力汽车，储气罐总容量为80L，可储存标准大气压下90m3的空气，其设计最高速度可达144km/h，平均每加满一次气能行驶200km。该车发动机的工作原理如图乙和图丙所示。由于空气发动机不直接使用燃料，因而具有体积小、结构简单和“零”排放等优点。 虽然因为技术不成熟还存在某些缺点，但是这项技术仍然具有广阔的发展前景。 （1）空气动力汽车发动机工作时，将 能转化为机械能； （2）空气发动机在工作过程中，曲轴转动一圈完成一个工作循环，当转速表显示3000r/min时，该空气发动机活塞每秒经历 个冲程，对外做功 次； （3）若该车在水平地面上以最高速度向前匀速行驶5min，受到的阻力为1000N，则牵引力对汽车做功 为 J。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第三节 热机 目录 【学习目标】..............................................................................1 【思维导图】..............................................................................2 【知识梳理】..............................................................................2 知识点1. 热机............................................................................2 知识点2. 汽油机 ..................................................................................................................................................4 知识点3. 柴油机..........................................................................8 【方法技巧】.............................................................................12 方法技巧1. 判断内燃机工作冲程的方法 ....................................................12 方法技巧2. 汽油机与柴油机的判断.........................................................12 方法技巧3. 根据内燃机飞轮转速的物理意义求解内燃机对外做功问题思维方法...................12 【巩固训练】...................................................................12 【学习目标】 课节核心素养目标 物理观念：了解热机的工作原理,知道四冲程内燃机工作时的能量转化,能体会内能的利用在人类社会发展中的重要意义。 科学思维：通过模型、图片了解汽油机和柴油机的构造。 科学探究: 能用文字或口头表述内燃机各冲程的工作状态和能量转化。 科学态度与责任担当：能了解能量转化的意义,体会热机对于人类文明进程的推动作用。知道内燃机工作时有废气污染,树立环保意识。 课节重点难点 重点：知道四冲程内燃机工作原理及能量转化。 难点：能了解能量转化的意义,体会热机对于人类文明进程的推动作用。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1. 热机 把其他形式的能量转化为机械能的机器，称为发动机。列车风驰电掣，舰船劈波斩浪，飞机凌空穿云，车船飞机能大展神威，都是因为有了发动机的缘故。看下面的演示实验：  如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间，观察现象。讨论这个过程中不同形式的能量之间转化的情况。 酒精燃烧时，燃料的化学能转化为内能，内能以热传递的方式传给水和水蒸气；水蒸气对活塞做功，水蒸气的内能转化成活塞的机械能，从而使活塞获得了动力。把这种能够将内能转化为机械能的装置统称为热机. 1. 热机：是把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置。 2. 热机的能量转化（共同点）：燃料的化学能（燃烧）→内能（做功）→机械能 3. 热机的种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机、火箭发动机等都属于热机。 4. 内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。常见的内燃机有汽油机和柴油机两类。 【例题1】除了飞机、汽车、摩托车之外，你还知道哪些地方用到了热机？你列举的这些热机中哪些是内燃机？ 【答案】拖拉机、火箭、轮船、火车等。 拖拉机和火车属于内燃机。 【解析】把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置。燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。常见的内燃机有汽油机和柴油机两类。 拖拉机和火车属于内燃机类型，是因为它们均以燃料在机器内部燃烧产生动力为核心工作原理，符合内燃机的定义。具体分析如下： 动力来源：两者均通过燃烧燃料（拖拉机多为柴油，火车多为柴油或汽油）释放热能，推动活塞运动，进而通过曲轴或传动装置输出机械能。 工作循环：均遵循“进气-压缩-做功-排气”四冲程（或二冲程）循环，通过燃料燃烧的爆发力驱动机械运转。 能量转换：燃料的化学能直接转化为机械能，无需外部热源（如蒸汽机需外部加热水产生蒸汽），属于典型的内燃机工作模式。 其中，拖拉机多采用柴油机直接驱动车轮或通过机械传动带动农具；火车内燃机车则通过柴油机驱动发电机，再由电动机驱动车轮，属于“内燃机+电传动”的复合动力形式，但仍属于内燃机范畴。 （变式训练1）（23-24九年级上·福建宁德·期末）近年来我国先进装备层出不穷，民族自豪感倍增。以下装备的动力装置不属于是热机的是（    ） A．玉兔号月球车 B．山东舰 C．歼20 D．长征五号火箭 【答案】A 【解析】山东舰、歼20、长征五号火箭都是利用热机提供动力的。因为月球上没有空气，且对动力要求是非常高，所以玉兔号月球车是利用电动机来提供动力的。故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。 （变式训练2）（2023·新疆）人类最早发明的热机是（　　） A．蒸汽机 B．内燃机 C．喷气发动机 D．火箭发动机 【答案】A 【解析】热机是指各种利用内能做功的机械，17世纪人类发明了热机，最早的热机是蒸汽机；内燃机、喷气发动机、火箭发动机都是19世纪后期发明出来的，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。 （变式训练3）（2025安徽一模）2022珠海航展，大国重器“歼﹣20”的“双机对冲”、“旱地拔葱”成为全场的焦点（如图所示），换装后的中国心“国产涡扇﹣10”航空发动机在工作时，燃料燃烧产生的高温高压气体通过 的方式将内能转化为 ，所以也属于热机的一种。 【答案】 做功 机械能 【解析】改变内能的方式：做功和热传递。燃料在飞机发动机内燃烧，产生的高温高压气体利用内能做功，将燃料的内能转化为机械能，推动飞机前进。 知识点2. 汽油机 1. 汽油机。利用汽油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机。 2. 汽油机的构造及作用 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。 3. 工作过程（原理） （1）汽油机工作时，活塞在气缸内做一次单向运动叫做一个冲程（或行程）。 （2）四个冲程 汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 ①吸气冲程。旋转的飞轮通过曲轴连杆带动活塞，使活塞从气缸上部向下运动，进气阀开启，空气和汽油的混合气体通过进气道进入缸内。 ②压缩冲程。两个气阀关闭，活塞在飞轮带动下，从气缸下部向上运动，缸内混合气体被压缩，机械能转化为内能，因此，内能增加、温度升高、压强增大。 ③做功冲程。压缩冲程结束后做功冲程开始时，气缸顶部的火花塞发出电火花，缸内气体爆发性燃烧，高温高压气体迅速膨胀，使活塞向下运动，内能转化为机械能。 ④排气冲程。飞轮因为惯性继续转动使活塞上升，排气阀打开，将燃烧后的废气排出缸外。 （3）汽油机一个工作循环情况总结 一个工作循环，有4个冲程，活塞往复2次，飞轮转动2周，对外做功1次。在这个四个冲程中，利用曲轴的惯性来完成的是吸气、压缩和排气冲程。发生能量转化的有两个冲程：压缩和做功冲程。 【例题2】（2025江苏扬州） 如图是单缸四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，它是（ ） A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程 【答案】B 【解析】由图可知，进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，压缩汽缸内气体，火花塞未点火，即为压缩冲程，故ACD不符合题意，B符合题意。故选B。 （变式训练1）（23-24九年级上·贵州黔东南·期中）如图所示，分别表示内燃机工作过程中的四个冲程，其中将内能转化为机械能的冲程是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【解析】A．图中进气门打开，活塞向下运动，所以为吸气冲程，吸气冲程没有能量的转化，故A不符合题意； B．图中排气门打开，活塞向上运动，所以为排气冲程，排气冲程没有能量转化，故B不符合题意； C．图中的两个气门都关闭，活塞向下运动，所以为做功冲程，即内能转化为机械能，故C符合题意； D．图中的两个气门都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，即机械能转化为内能，故D不符合题意。 故选C。 （变式训练2）（23-24九年级上·广东河源·期中）如图所示是四冲程汽油机工作时的 冲程，此过程中通过做功方式使气缸内燃料混合物的内能 （选填“增大”或“减小”），若其工作时，曲轴转速为，此汽油机1s内完成 个排气冲程。 【答案】 压缩 增大 10 【解析】如图，两气门关闭，活塞上行，是压缩冲程。 在压缩冲程中，活塞压缩缸内气体，对气体做功，将机械能转化为内能，通过做功方式使气缸内燃料混合物的内能增大，温度升高。 汽油机的一个工作循环包含四个冲程，只有一个排气冲程，飞轮、曲轴转两周。若汽油机工作时，曲轴转速为 此汽油机1s内完成10个排气冲程。 （变式训练3）（23-24九年级上·江西南昌·期末）如图所示是演示点火爆炸实验装置，在演示前先给装置内喷少量的酒精，按动电火花发生器开关按钮，盒盖被打出去，这是因为酒精燃烧产生的热气对外 ；这过程与图中汽油机图 （选填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”）工作冲程的能量转化相同。 【答案】做功 丙 【解析】酒精燃烧后的燃气对盒盖做功，将燃气的内能转化为盒盖的机械能；四冲程汽油机的做功冲程就是利用内能来做功的冲程，将内能转化为机械能；题中甲是排气冲程，乙是压缩冲程，丙是做功冲程，丁是吸气冲程，所以与丙冲程的能量转化相同。 知识点3. 柴油机 1. 柴油机：利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机。 2. 构造：它与汽油机在结构上的主要不同是气缸顶部的火花塞换成了喷油嘴。 3. 工作过程 柴油机的一个工作循环与汽油机相类似，也是由四个冲程组成的。每完成一个工作循环曲轴和飞轮均转两周，对外做功一次，活塞往复运动两次，除做功冲程外的其他三个冲程，是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成的。 柴油机吸入气缸内的物质只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来。 4. 柴油机和汽油机的异同点 项目 汽油机 柴油机 构造 气缸顶部有一个火花塞 气缸顶部有一个喷油嘴 燃料 汽油 柴油 吸气冲程 吸入汽油与空气的混合物 只吸入空气 压缩冲程 压缩程度较小 压缩程度较大 做功冲程 点燃式，内能转化为机械能 压燃式，内能转化为机械能 排气冲程 排出废气 特点与 适用范围 轻巧、功率小； 小汽车、摩托车等 笨重、功率大； 载重汽车、轮船等 相同点 一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次； 压缩冲程把机械能转化为内能，做功冲程把内能转化为机械能。 注意：汽油机与柴油机的启动 内燃机的启动：开始运转时，要靠外力使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，靠飞轮的惯性完成后面的工作循环。 【例题3】（2025广东深圳）晓凤同学提出问题：收割机用四冲程柴油机提供动力，其中压缩冲程过程中，柴油机汽缸内气体（　　） A. 质量变大 B. 内能减小 C. 体积变大 D. 温度升高 【答案】D 【解析】四冲程柴油机中的压缩冲程，活塞向上移动，汽缸内气体体积变小，气体质量不变，压缩冲程将机械能转化为内能，内能变大，温度升高，故D符合题意，ABC不符合题意。故选D。 （变式训练1）1876年，德国工程师奥托制造了第一台新型的以煤气为燃料的四冲程内燃机。如图为四冲程柴油机的工作过程。下列关说法正确的是（　　） A．汽油机和柴油机都是内燃机，吸入汽缸的物质相同 B．燃料在汽缸内猛烈燃烧，燃料热值迅速减小 C．压缩冲程主要是通过做功的方式增大缸内气体的内能 D．柴油机降温常用水做冷却剂是因为水的比热容小 【答案】C 【解析】A．柴油机和汽油机都属于内燃机，工作过程中，汽油机吸入的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入的是空气，故A错误； B．燃料在汽缸内猛烈燃烧，燃料热值跟燃料的种类、物态有关，保持不变，故B错误； C．做功和热传递都可以改变内能，压缩冲程中，活塞压缩气体，对气体做功，气体的内能变大，故C正确； D．柴油机降温常用水做冷却剂是因为水的比热容大，吸收相同的热量时温度升高小，故D错误。 故选C。 （变式训练2）（2025·辽宁葫芦岛·一模）如图为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。问： （1）从能量转化的角度解释艾绒燃烧的原因； （2）点燃艾绒的过程与四冲程柴油机哪个冲程的工作原理相同。    【答案】（1）见解析；（2）见解析 【解析】（1）封闭的气体被推杆压缩过程中，推杆对气体做功，所以气体内能增加，则温度升高，达到艾绒的着火点，使艾绒着火达到取火的目的； （2）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。 （变式训练3）（23-24九年级上·广东广州·期末）如图，将活塞迅速向下压，玻璃筒底部的火柴头烧着了。这是因为活塞压缩空气时，空气的内能 ，温度 ；火柴头 （选填“吸收”“放出”） 热量，内能 ，温度达到燃点开始燃烧。此实验使火柴头燃烧起来的方式与 （选填“汽油机”“柴油机”）中燃料燃烧起来的方式相同。 【答案】 增加 升高 吸收 增加 柴油机 【解析】活塞压缩空气，对空气做功，空气的内能增加，温度升高。 原来火柴头与筒内空气温度相等，后来空气温度升高了，火柴头从空气中吸收热量，内能增加。 通过压缩的方式使物体温度升高达到物质的燃点，使物质燃烧，这与柴油机中柴油燃烧方式相同。 【方法技巧】 方法技巧1. 判断内燃机工作冲程的方法 第一步看气门 看两气门开、闭情况。若两气门都关闭，则内燃机处于压缩或做功冲程；若有一个气门打开，内燃机处于吸气或排气冲程 第二步看活塞 看活塞运动方向。活塞向上运动时，内燃机处于压缩或排气冲程；若活塞向下运动，内燃机处于吸气或做功冲程 第三步综合分析 综合两个气门和活塞的工作情况得出结论 方法技巧2. 汽油机与柴油机的判断 汽油机 柴油机 结构 气缸顶部有火花塞 气缸顶部有喷油嘴 吸气冲程 吸进空气和汽油的混合物 吸进空气 点火方式 点燃式 压缩式 方法技巧3. 根据内燃机飞轮转速的物理意义求解内燃机对外做功问题思维方法 基本思路： （1）比如单缸四冲程汽油机飞轮转速是2400r/min，也就是60s飞轮转动2400r，1s飞轮转动40r， （2）内燃机的一个工作循环完成四个冲程，曲轴和飞轮转动两周，活塞往返两次，对外做功一次。 （3）那么曲轴和飞轮转动40周，也就是40r，活塞往返40次，对外做功20次。即汽油机每秒对外做功20次。 汽油机飞轮转速不同，每秒对外做功次数也不同。 （4）若果能知道每次对外做功的大小，就可以求解一定时间内对外做功得多少。进一步还可以求解其他的相关物理量。 【巩固训练】 一、热机 1. （23-24九年级上·辽宁营口·期末）下列实例中，属于内能转化为机械能的是（　　） A．搓手取暖 B．瓶塞冲出 C．压缩气体 D．钻木取火 【答案】B 【解析】A．搓手取暖，克服摩擦做功，机械能转化为内能，故A不符合题意； B．瓶塞冲出，气体对外做功，内能转化为机械能，故B符合题意； C．压缩气体，外界对气体做功，机械能转化为内能，故C不符合题意； D．钻木取火，摩擦生热，克服摩擦做功，将机械能转化为内能，故D不符合题意。故选B。 2．2024年5月3日，搭载嫦娥六号探测器的长征五号遥八运载火箭，在中国文昌航天发射场点火发射。火箭 （选填“属于”或“不属于”）热机， （选填“能”或“不能”）在大气层外工作。 【答案】属于 能 【解析】热机是将内能转化为机械能的机械，火箭属于热机。 火箭自带燃料和助燃剂，所以可以在大气层外工作。 3. （2025·甘肃陇南一模）我国航天事业快速发展，长征系列火箭做出了巨大贡献！火箭的发动机属于 （选填“热机”或“电动机”）。火箭发射时，向发射塔喷射大量的水，利用水的 较大的性质带走大量的热，防止发射塔被烧坏。 【答案】热机 比热容 【解析】火箭的发动机利用燃料燃烧产生的高温高压气体推动火箭做功，将内能转化为机械能，是利用内能做功的机械，属热机。 水的比热容大，升高相同的温度，吸收的热量更多，故火箭发射时，向发射塔喷射大量的水，利用水的比热容较大的性质带走大量的热，防止发射塔被烧坏。 4. 2022年4月16日，神州十三号载人飞船返回舱进入大气层后下落（如图所示）。接近地面时反推发动机点火，最终返回舱在东风着陆场预定区内实现软着陆。 （1）返回舱刚进入大气层下落时，机械能大小如何变化，为什么？ （2）反推发动机属于喷气式发动机，反推发动机是否属于热机？ 【答案】（1）见解析（2）是 【解析】（1）机械能减小。原因是返回舱刚进入大气层后，降落伞相继打开，临近地面时，反推发动机启动向下喷气，给气体一个向下的力，由于物体间力的作用是相互的，气体给返回舱一个向上的力，迫使返回舱减速“刹车”，由于速度减小，故动能减小；返回舱下落过程中高度减小，故重力势能减小；由于返回舱与大气摩擦，机械能转化为内能，故机械能减小。 （2）热机的种类很多，例如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机都属于热机。 二、汽油机 5.如图所示，试管里盛有适量的水，加热试管使水沸腾，试管口冒出的“白气”推动管口处的小风车转动。选择下列说法中正确的选项并说明理由。 A. 水在沸腾过程中，不断吸收热量，温度升高 B.实验过程中通过做功使试管内水的内能增大 C. 试管口冒出的“白气”是水汽化形成的水蒸气 D.“白气”使小风车转动的过程相当于汽油机的做功冲程 【答案】D 【解析】A. 水沸腾持续吸热，温度不变； B. 水内能增大使通过热传递的方式改变的； C. 试管口出现的“白雾”是小液滴，即水蒸气遇冷液化而成的小液滴； D. 试管内水蒸气的内能可以转化为小风车的机械能，与做功冲程相同，故该实验基本展示了热机的工作原理。 6. （2025黑龙江龙东）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 【解析】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。 7．家用燃油汽车的发动机主要是汽油机，下列说法正确的是（　　） A．汽油机的效率能达到100% B．汽油机燃烧汽油会造成环境污染 C．汽油机的一个工作循环中，对外做功4次 D．汽油机在吸气冲程中只吸入汽油 【答案】B 【解析】A．由于摩擦等因素的存在，汽油机的效率不可能达到100%，故A错误； B．汽油机燃烧汽油时排放的尾气含有有害气体，会造成环境污染，故B正确； C．汽油机的一个工作循环中包含四个冲程，只有做功冲程对外做功1次，故C错误； D．油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物，故D错误。故选B。 8. （2025江苏南通一模）如图所示，是四冲程内燃机其中一个冲程的示意图，该冲程的能量转化情况 是（ ） A. 化学能转化成内能 B. 机械能转化成内能 C. 机械能转化成化学能 D. 内能转化成机械能 【答案】B 【解析】由图可知，两个气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，该过程消耗机械能获得内能，是将机械能转化为内能．故B符合题意． 9．如图所示，四冲程内燃机工作循环中一个冲程的示意图，它是（　　） A．压缩冲程，将内能转化为机械能 B．压缩冲程，将机械能转化为内能 C．做功冲程，将内能转化为机械能 D．做功冲程，将机械能转化为内能 【答案】C 【解析】解决此题要结合内燃机的做功冲程特点和原理进行分析解答，知道做功冲程和压缩冲程中的能量转化。图中的气门关闭，活塞下行，因此这是做功冲程；在做功冲程中，将内能转化机械能。 10. （2025湖南衡阳一模）汽车的发动机大多数是内燃机，内燃机是热机的一种，下列关于热机和环境保护的说法，正确的是（　　） A. 热机排出的尾气没有内能 B. 热机的效率能达到100% C. 热机的大量使用会造成环境污染 D. 汽油机的做功冲程是将机械能转化成内能 【答案】C 【解析】A．一切物体在任何温度下都有内能，所以热机排放的尾气也有内能，故A错误； B．热机在工作时不可避免地要损失一部分能量（如散热、克服机械部件间的摩擦），所以热机的效率不可能达到100%，故B错误； C．热机在使用时会排放出一些有害的气体，会造成环境污染，故C正确； D．汽油机的做功冲程对外做功，将内能转化为机械能，故D错误。故选C。 11．如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，不是靠飞轮惯性完成的冲程是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【解析】在汽油机的四个冲程中只有做功冲程对外做功，其他三个冲程都是靠飞轮的惯性完成的。 A图：排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，不符合题意； B图：两气门都关闭，活塞向下运行，火花塞点火，气缸容积增大，是做功冲程，符合题意； C图：两气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，不符合题意； D图：进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，不符合题意。 12．（23-24九年级上·福建莆田·期末）如图所示是四冲程汽油机工作时各冲程的示意图，其中与汽车刹车过程中能量转化相同的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【解析】汽车刹车过程中克服摩擦做功，机械能转化为内能。 A．进气门开启，是吸气冲程，无能量转化，故A不符合题意； B．两气门都关闭，汽缸容积变小，是压缩冲程，把机械能转化为内能，故B符合题意； C．两气门都关闭，汽缸容积变大，是做功冲程，把内能转化为机械能，故C不符合题意； D．排气门开启，是排气冲程，无能量转化，故D不符合题意。 故选B。 13. （23-24九年级上·山东德州·阶段练习）如图所示是汽油机工作时的四个冲程，下列说法正确的是（　　） A．汽油机吸气冲程汽缸吸进的物质是汽油 B．活塞在汽缸内往复运动一次，该汽油机对外做功一次 C．该汽油机的四个冲程正确的工作顺序是乙→甲→丁→丙 D．甲是压缩冲程，将内能转化为机械能；丁是做功冲程，将机械能转化为内能 【答案】C 【解析】A．汽油机吸气冲程汽缸吸进物质是汽油和空气的混合物，故A错误； B．在内燃机的一个工作循环中，曲轴转动2周，活塞往复运动2次，对外做功1次，故B错误； CD．甲中的两个气门都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，将机械能转化为内能，是第二冲程；乙中的进气门打开，活塞向下运动，所以为吸气冲程，是第一冲程；丙中的排气门打开，活塞向上运动，所以为排气冲程，是第四冲程；丁中的两个气门都关闭，活塞下运动，所以为做功冲程，将内能转化为机械能，是第三冲程；四个冲程的正确顺序是乙→甲→丁→丙，故C正确，D错误。 故选C。 14. 关于单缸四冲程汽油机，下列说法正确的是（　　） A. 加润滑油可以减小汽油机零部件间的摩擦 B. 通过改进可以使汽油机的效率达到100% C. 除做功冲程外，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的 D. 若飞轮转动速度为1200r/min，则该汽油机每秒钟对外做功40次 【答案】AC 【解析】 A．加入润滑油使各零部件彼此分离，可以减小汽油机零部件间的摩擦，故A正确； B．热机在工作时，总要克服机器零件间的摩擦做功，还有热量的散失，导致热机的热效率总小于1（100%），故B错误； C．四冲程内燃机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功和排气四个冲程组成的；在内燃机工作的四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其它冲程是靠飞轮的惯性来工作的，故C正确； D．若一台汽油机的转速是1200r/min=20r/s，表示每秒飞轮转动20圈，因为一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，所以，1s内飞轮转20圈，活塞往复运动20次，共10个工作循环，40个冲程，做功10次，故D错误。 故选AC。 15．一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为每分钟1200r/min，则汽油机2秒内（　　） A．完成20个冲程，做功20次 B．完成40个冲程，做功40次 C．完成40个冲程，做功10次 D．完成80个冲程，做功20次 【答案】D 【解析】四冲程汽油机一个工作循环飞轮转2圈，完成4个冲程，做功一次。一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为每分钟1200r/min，则汽油机每秒飞轮转20圈，做功10次，完成40个冲程。则汽油机2秒内做功20次，完成80个冲程。故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。 16．（23-24九年级上·贵州遵义·期中）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 【解析】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。 17. 内燃机的工作过程由 、 、 、 冲程组成，其中，将机械能转化为内能的是 冲程，将内能转化为机械能的是 冲程。 【答案】吸气、压缩、做功、排气, 压缩 做功。 【解析】汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。在这个四个冲程中，利用曲轴的惯性来完成的是吸气、压缩和排气冲程。 发生能量转化的有两个冲程：压缩和做功冲程。 18．2024年5月，比亚迪推出DM-i超级混动技术能够切换电力和汽油，发动机热效率最高可达到40%，成为全球量产车的领先技术，其发动机是汽油发动机，通过汽油燃烧产生高压气体推动活塞做功。如图是汽油机一个冲程示意图，该冲程是 ，该冲程是将 能转化成 能。 【答案】做功 内 机械 【解析】如图，两气门关闭，活塞下行，是做功冲程，在这个冲程中，缸内高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能。 19. （2025甘肃威武、临夏州等）用打气筒打气时，气筒壁会发热，这主要是因为活塞对筒内气体______（选填“做功”或“热传递”），使筒内气体内能增大，温度升高，此过程中的能量转化与四冲程汽油机________冲程的能量转化相同。 【答案】做功 压缩 【解析】改变物体内能有两种方法：做功、热传递；用打气筒打气时，活塞对筒内气体做功，使气体的内能增大，温度升高，此过程中机械能转化成内能；汽油机压缩冲程中，活塞对汽缸内的气体做功，机械能转化成内能，打气筒打气的能量转化与四冲程汽油机压缩冲程相同。 20. （23-24九年级上·江西吉安·期末）一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是6000r/min，该汽油机每秒内做功 次。除做功冲程外，四冲程汽油机的其它三个冲程是靠安装在曲轴上的飞轮的 来完成的。 【答案】 50 惯性 【解析】已知飞轮转速是6000r/min，则1s内飞轮的转数为 已知飞轮转两转，汽油机经历一个工作循环，对外做功一次，那么该汽油机每秒内做功50次。 在汽油机工作的四冲程中，除做功冲程外，其它三个冲程是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成的。 21．（23-24九年级下·河南南阳·开学考试）如图所示是四冲程汽油机的 冲程，若该汽油机每分钟内做功600次，则汽油机飞轮的转速是 r/min。 【答案】 做功 1200 【解析】图中所示汽油机该冲程两气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程。 汽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：汽油机每分钟内对外做功600次，则飞轮的转速是1200r/min。 22. 图1为充满气的气球放气的过程，此时气嘴处温度将 （选填“升高”或“降低”），如图2所示是汽油机的两个工作过程，其中图 （选填“甲”或“乙”）所示的冲程与图1实验过程中能量的转化是一致的。若汽油机飞轮转速为1200r/min，该汽油机每秒对外做功 次。 【答案】降低 乙 10 【解析】气球在放气时，气球内气体对外做功，气体内能减小，温度降低，所以此时气嘴处温度将降低。 气球在放气时，气球内气体对外做功，气体的内能转化为机械能。图甲中两气门关闭， 活塞向上运动，为压缩冲程，机械能转化为内能；图乙中两气门关闭，活塞向下运动，为做功冲程，内能转化为机械能，故图乙所示的冲程与图1实验过程中能量的转化是一致的。 汽油机飞轮转速为1200r/min，即每秒转20转。内燃机的一个工作循环中，曲轴转动2周，活塞往复运动2次，对外做功1次，故该汽油机每秒对外做功10次。 23. （2025·江苏泰州·二模）小明把一个刚喝完的纯净水瓶拧紧瓶盖，先用双手使劲扳弯纯净水瓶，然后快速松开左手，瓶内出现大量白雾，如图所示。白雾是 （填物质名称），在松手的过程中水蒸气的内能 （填变化情况）；松手后纯净水瓶内部物质发生物理变化的过程中，其能量转化过程与汽油机 冲程的能量转化过程相同。 【答案】 水 减小 做功 【解析】先用双手使劲扳弯纯净水瓶，然后快速松开左手，瓶内气体对外做功，其内能减小、温度降低，将内能转化为机械能，此时瓶内的水蒸气遇冷液化变成小水珠，形成白雾。在汽油机的做功冲程中，燃料燃烧产生高温高压的气体推动活塞做功，也是将内能转化为机械能，因此松手后纯净水瓶内部物质发生物理变化的过程中，其能量转化过程与汽油机做功冲程的能量转化过程相同。 24.阅读理解，回答问题。 汽油机 内燃机就是指燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。最常见的内燃机，以汽油或柴油为燃料，分别叫做汽油机和柴油机。汽油机指汽油在汽缸内燃烧、生成高温高压燃气，燃气推动活塞而做功，燃气内能转化为活塞运动的机械能。 （1）构造：进气门，排气门，火花塞，气缸，活塞，连杆，曲轴。冲程：活塞从气缸一端运动到另一端的单向运动叫做一个冲程。 （2）工作原理。内燃机的工作过程以一个循环为一个单元，一个循环又分为四个冲程。 吸气冲程：开始工作前，活塞位于气缸上端，进、排气门军关闭。工作时，活塞由上向下运动，进气门打开，排气门仍关闭。由于缸内体积增大，压强减小，空气和汽油的混合气体被吸入气缸。这是第一个冲程。 压缩冲程：活塞运动到最下端，就开始转为向上运动。这时进气门、排气门都关闭，混合气体被强行压缩，使气体的温度升高，压强增大。这是第二个冲程。 做功冲程：压缩结束时虽然温度较高，但未能达到燃料的燃点。在压缩冲程结束的瞬间，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体，高温高压燃气推动活塞向上向下运动，通过连杆带动曲轴转动。实现了内能向机械能的转化。这是第三个冲程。 排气冲程：做功冲程结束，活塞继续向下向上运动，进气门关闭，排气门打开，燃烧后的废气被活塞推出缸外。这是最后一个冲程。 此后，活塞又由上向下运动，从此进入下一轮循环。在一个工作循环中有四个冲程，活塞往复两次，曲轴转两周，对外做一次功。 （3）能的转化：在做功冲程燃气对活塞做功，内能转化为机械能。其余三个冲程靠消耗飞轮的机械能来完成。 问题： A.内能转化为机械能的过程是　　 冲程完成的。 B. 汽油机的构造由进气门，排气门，　　 ，气缸，活塞，连杆，　　 组成。 C.活塞从气缸一端运动到另一端的　　 运动叫做一个冲程。 D.活塞在一个工作循环中有四个冲程，活塞往复　　 次，曲轴转　　 周，对外做一次功。 【答案】A.做功。B. 火花塞，曲轴。C.单向。D.2，两。 【解析】阅读短文，认真理解分析。 A.内能转化为机械能的过程是做功冲程完成的。 B. 汽油机的构造由进气门，排气门，火花塞，气缸，活塞，连杆，曲轴组成。 C.活塞从气缸一端运动到另一端的单向运动叫做一个冲程。 D.活塞在一个工作循环中有四个冲程，活塞往复2次，曲轴转两周，对外做一次功。 三、柴油机 25. （23-24九年级上·湖南郴州·期末）关于柴油机和汽油机的下列说法中正确的是（　　） A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞 B．进、排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程 C．柴油机在吸气冲程中将柴油和空气吸入汽缸 D．柴油机的压缩冲程中，内能转化为机械能 【答案】B 【解析】A．汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，故A错误； B．做功冲程和压缩冲程中，进气门和排气门都是关闭的，故B正确； C．柴油机在吸气冲程中将空气吸入汽缸，故C错误； D．柴油机的压缩冲程中，活塞对气缸内的气体做功，将机械能转化为内能，故D错误。 故选B。 26．如图是一种常用“柴油平板夯机”，广泛应用于路面施工、场地填土等多个方面。使用时柴油发动机提供动力，激荡器带动夯板上下运动。下列关于使用该夯机说法正确的是（　　） A．可通过火花塞点火启动 B．发动机将内能转化为机械能 C．利用水比热容小的特性降温 D．行走轮辅助移动可减小压力 【答案】B 【解析】A．柴油机是压燃式点燃柴油，即通过压缩空气直接点燃柴油，故A错误； B．发动机的做功冲程将内能转化为机械能，从而提供动力，故B正确； C．利用水来降温，是因为水的比热容较大，与其它质量相同的液体相比，在吸收相同热量时，升温不明显，故C错误； D．行走轮的受力面积较大，可在压力一定时通过增大受力面积来减小压强，故D错误。故选B。 27．在一个配有活塞的厚玻璃筒内放一小团硝化棉，把活塞迅速压下去，棉花燃烧起来，说明通过 的方式可以改变物体的内能，这一过程与柴油机的 冲程具有相同的能量转化。 【答案】 做功 压缩 【解析】当迅速压下活塞时，可看见筒内硝化棉燃烧起来，这是通过压缩空气做功的方式使玻璃筒内的空气内能增加，温度升高，达到硝化棉的燃点，使硝化棉燃烧，这个过程中，机械能转化为内能。 内燃机的压缩冲程中，活塞压缩汽缸内气体做功，使气体温度升高，内能增大，是机械能转化为内能，所以二者的能量转化形式相同。 28．一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为，该柴油机在1s对外做功 次，该柴油机在吸气冲程吸入的是 。 【答案】 30 空气 【解析】飞轮转速是 表示每秒飞轮转动60圈，已知飞轮每转2圈对外做功1次，则该柴油机在1s对外做功30次。 在四冲程柴油机的吸气冲程中，吸入气缸的气体是空气。 29. 能量转化的角度看，一台四冲程内燃机在一个循环中 （1）哪个冲程存在着化学能转化为内能的过程？ （2）哪个冲程存在着内能转化为机械能的过程？ （3）哪个冲程具有很明显的机械能转化为内能的过程？ 【答案】（1）压缩 （2） 做功 （3） 压缩 【解析】（1）在四冲程内燃机的工作循环中， 压缩冲程 是唯一将化学能转化为内能的冲程。此时，燃料在气缸内燃烧，产生高温高压气体，推动活塞运动。 （2）在做功冲程，内能转化为机械能，推动活塞对外做功。 （3）压缩冲程是化学能转化为内能的关键过程。 四、综合创新问题 30．如题图所示，“脚踏冲天炮”是一种户外玩具，通过脚踩踏板压缩空气的方式发射小火箭。空气推动小火箭升空的过程相当于如图中的哪个冲程（　　） A．B．C．D． 【答案】A 【解析】空气推动小火箭升空的过程中，空气体积膨胀对小火箭做功，内能转化为机械能。 A．如图，为做功冲程，燃气推动活塞做功，内能转化为机械能，故A符合题意； B．如图，为排气冲程，不涉及能量转化，故B不符合题意； C．如图，为吸气冲程，不涉及能量转化，故C不符合题意； D．如图，为压缩冲程，活塞压缩缸内气体，对气体做功，机械能转化为内能，故D不符合题意。 故选 A。 31．氢发动机是用气态氢作为燃料，代替传统以汽油、柴油为燃料的内燃机，氢气燃烧的生成物为水。某氢气发动机汽车的四冲程内燃机转速为。下列说法正确的是（　　） A．氢气燃烧的越充分，它的热值越高 B．四冲程内燃机的压缩冲程将内能转化为机械能 C．该车内燃机1s对外做功20次 D．氢气燃烧的生成物为水，所以氢发动机的效率可达100% 【答案】C 【解析】A．热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧是否充分等均无关 。所以无论氢气燃烧是否充分，其热值都不变，故A错误； B．四冲程内燃机的压缩冲程中，活塞对气缸内的气体做功，将机械能转化为内能，使气体的内能增加、温度升高 。而做功冲程是将内能转化为机械能，故B错误； C．已知内燃机转速为 ， 即每秒飞轮转动40圈。因为飞轮每转2圈，完成4个冲程，对外做功1次，所以每秒对外做功次数 次，故C正确； D．即使氢气燃烧的生成物为水，但在实际工作过程中，氢发动机工作时，由于要克服机械部件间的摩擦做额外功、存在热量散失等，燃料完全燃烧放出的热量并不能全部用来做有用功，所以发动机的效率不可能达到100% ，故D错误。 故选C。 32．涡扇喷气式发动机是现代飞机“心脏”，是热机的一种，其关键材料耐高温。如图所示，发动机结构由进气道、压气机、燃烧室、涡轮机、喷口五部分组成。其中压气机压缩空气，燃烧室喷油与高压空气混合燃烧产生高温高压燃气，推动涡轮机转动并从喷口喷出。下列关于涡扇喷气式发动机的说法不正确的是（　　） A．发动机内部耐高温的材料具有熔点高的特点 B．吸入发动机的空气被压缩机压缩后内能增大 C．发动机内，燃料和压缩空气混合后燃料的热值增大 D．高温高压的燃气经过涡轮机后燃气的内能减小，温度降低 【答案】C 【解析】A．发动机内部耐高温的材料防止因高温熔化，因此应选用熔点高的材料，故A正确，不符合题意； B．吸入发动机的空气被压缩机压缩，压缩机对空气做功，使空气的内能增加，故B正确，不符合题意； C．热值是燃料的属性，与是否加入空气无关，故C错误，符合题意； D．高温高压的燃气经过涡轮机对外做功，内能会减小，温度降低，故D正确，不符合题意。故选C。 33．如图是明朝时期万户利用火药制作的一个由47支火箭推动的装置。万户的火箭原理与现代火箭发动机相似，通过点燃火药产生的高温气体从后端喷出，从而获得前进的动力，这说明力的作用是 的；该过程类似于内燃机的 冲程。 【答案】 相互 做功 【解析】产生的高温气体从后端喷出，火箭喷出气体的反作用力推动火箭前进，从而获得前进的动力，说明物体间力的作用是相互的。 万户的火箭原理与现代火箭发动机相似，工作过程中都是把燃料燃烧的内能转化为火箭的机械能，内燃机的做功冲程与此过程类似。 34．（23-24九年级上·江苏苏州·期末）阅读材料，回答问题 空气动力是指空气与物体相对运动时作用在物体上的力，简称气动力。经过长时间探索，人们已经成功制造出使用空气作为动力的活塞式发动机。 如图甲是某新型空气动力汽车，储气罐总容量为80L，可储存标准大气压下90m3的空气，其设计最高速度可达144km/h，平均每加满一次气能行驶200km。该车发动机的工作原理如图乙和图丙所示。由于空气发动机不直接使用燃料，因而具有体积小、结构简单和“零”排放等优点。 虽然因为技术不成熟还存在某些缺点，但是这项技术仍然具有广阔的发展前景。 （1）空气动力汽车发动机工作时，将 能转化为机械能； （2）空气发动机在工作过程中，曲轴转动一圈完成一个工作循环，当转速表显示3000r/min时，该空气发动机活塞每秒经历 个冲程，对外做功 次； （3）若该车在水平地面上以最高速度向前匀速行驶5min，受到的阻力为1000N，则牵引力对汽车做功 为 J。 【答案】（1）内能 （2）100 50 （3） 1.2×107 【解析】（1）空气动力汽车工作时压缩的气体对外做功，将内能转化为机械能。 （2）空气发动机在工作过程中，曲轴转动一圈完成一个工作循环，1个工作循环2个冲程，对外做功1次；所以，空气发动机的飞轮转速是3000r/min，即每秒钟转50圈，做功50次，完成100个冲程。 （3）因为匀速行驶，牵引力 最高速度可达 匀速行驶5min，通过的路程 牵引力对汽车做功为 1 学科网（北京）股份有限公司 $$