14.2 热机 讲义-2025-2026学年九年级全一册物理人教版

14.2 热机 【思维导图+知识讲解+例题讲解+巩固练习】 同学们，大家好！在上一节课我们学习了能量的转化与守恒定律。我们知道，内能可以通过热传递的方式转移，也可以通过做功的方式转化为其他形式的能。那么，生活中有没有什么装置能够持续地将燃料燃烧产生的内能转化为我们需要的机械能呢？这就是我们今天要学习的——热机。 思维导图 知识讲解 知识点一、什么是热机？ 1.定义：热机是利用燃料燃烧时释放的内能来做功的机械。 2.工作原理：燃料的化学能 → 燃烧 → 内能 → 做功 → 机械能。 （即：通过燃料燃烧获取内能，并将内能转化为机械能的机器。） 3.常见热机：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。我们重点学习内燃机。 知识点二、内燃机 1.内燃机的定义：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。 2.内燃机的种类：最常见的是汽油机和柴油机。 （1）汽油机：用汽油作为燃料的内燃机。（如：小汽车、摩托车的发动机） （2）柴油机：用柴油作为燃料的内燃机。（如：卡车、拖拉机、轮船的发动机） 知识点三、汽油机 我们以四冲程汽油机为例，学习内燃机的构造和工作原理。 1.汽油机的构造（如图所示，需结合课本插图理解）： （1）汽缸：燃料燃烧和气体膨胀做功的场所。 （2）活塞：在汽缸内做往复运动，将气体的推力传递给曲轴。 （3）连杆：连接活塞和曲轴，将活塞的直线运动转变为曲轴的旋转运动。 （4）曲轴：将活塞的往复运动转化为旋转运动，并输出动力。 （5）进气门：吸入汽油和空气的混合物。 （6）排气门：排出燃烧后的废气。 （7）火花塞：产生电火花，点燃汽缸内的燃料混合物。 2.汽油机的工作过程： 汽油机的一个工作循环由四个冲程组成，分别是：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 曲轴旋转两周，活塞往复两次，完成一个工作循环，对外做一次功。 （1）吸气冲程： ①进气门打开，排气门关闭。 ②活塞由上端向下端运动（汽缸容积增大）。 ③汽缸内气压减小，外界空气和汽油的混合物通过进气门被吸入汽缸。 ④能量转化：无（主要是吸气动作）。 （2）压缩冲程： ①进气门和排气门都关闭。 ②活塞由下端向上端运动（汽缸容积减小）。 ③汽缸内的燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高。 ④能量转化：机械能 → 内能（活塞的机械能转化为混合物的内能）。 （3）做功冲程（对外做功的冲程）： ①进气门和排气门都关闭。 ②在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，点燃汽缸内高温高压的燃料混合物。 ③燃料燃烧产生高温高压的燃气，推动活塞由上端向下端运动。 ④活塞通过连杆带动曲轴转动。 ⑤能量转化：内能 → 机械能（燃气的内能转化为活塞的机械能，进而带动曲轴转动对外做功）。 ⑥注意：这是唯一对外做功的冲程，也是热机获得动力的冲程。 （4）排气冲程： ①进气门关闭，排气门打开。 ②活塞由下端向上端运动（汽缸容积减小）。 ③汽缸内燃烧后的废气通过排气门被排出汽缸。 ④能量转化：无（主要是排气动作）。 小结四冲程： 1.一个工作循环：4个冲程，活塞往复2次，曲轴转动2周，对外做功1次。 2.除了做功冲程是燃气对外做功，其他三个冲程（吸气、压缩、排气）都是靠飞轮的惯性来完成的。 知识点四、柴油机 1.柴油机的构造：与汽油机相似，但没有火花塞，而在相应位置有一个喷油嘴。 2.柴油机的工作过程： 柴油机的工作过程也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。 （1）吸气冲程：吸入汽缸的只有空气（没有燃料）。 （2）压缩冲程：压缩的是空气。由于压缩程度比汽油机更大，空气被压缩后温度更高（可达700℃-800℃）。 （3）做功冲程：当压缩冲程接近结束时，喷油嘴向汽缸内喷射雾状柴油。柴油遇到高温空气立即燃烧，产生高温高压燃气推动活塞做功。（压燃式，无需火花塞点火） （4）排气冲程：与汽油机相似，排出废气。 3.汽油机与柴油机的比较： 比较项目 汽油机 柴油机 燃料 汽油 柴油 构造 有火花塞 无火花塞，有喷油嘴 吸入气体 汽油和空气的混合物 只吸入空气 点火方式 点燃式（火花塞点火） 压燃式（压缩空气升温点燃柴油） 压缩比 较小 较大 效率 较低（20%-30%） 较高（30%-45%） 功率 通常较小 通常较大 应用 小汽车、摩托车、飞机等 载重汽车、拖拉机、轮船、坦克等 特点 轻巧、转速快 笨重、经济、功率大 本节小结： 1.热机：利用内能做功的机械。能量转化：内能 → 机械能。 2.内燃机：燃料在汽缸内燃烧。常见：汽油机、柴油机。 3.四冲程汽油机：吸气、压缩（机械能→内能）、做功（内能→机械能）、排气。一个工作循环，4冲程，对外做功1次，曲轴转2周。 4.汽油机与柴油机：主要区别在燃料、吸气、点火方式、效率、应用等。 例题讲解 考点一：热机 【例题1】下列设备不属于热机的是（　　） A．电风扇 B．汽油机 C．柴油机 D．蒸汽机 【答案】A 【解析】【解答】汽油机、柴油机和蒸汽机，都是通过燃料在气缸内燃烧推动活塞做功的机械，都属于热机；而电风扇通入电流，将电能转化为机械能，不属于热机，故A符合题意，而B、C、D不合题意。 故选A。 【分析】根据热机的定义和分类判断。 【例题2】2022年11月12日搭载天舟五号货运飞船的长征七号遥六运载火箭，在文昌航天发射场准时点火发射，取得圆满成功。火箭发动机　 　（选填“属于”或“不属于”）热机。 【答案】属于 【解析】【解答】火箭发动机利用燃料燃烧获取内能再通过做功的方式转化为机械能，火箭发动机属于热机。 【分析】火箭的发动机属于热机。 二、考点二：热机的四个冲程 【例题1】某汽油机的四个冲程如图所示，在该汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下个冲程是（　　） A．① B．② C．③ D．④ 【答案】C 【解析】【解答】A．汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下个冲程是做功冲程，有图①可知，活塞向上运动，排气门打开，所以图①是排气冲程，A不符合题意； B．汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下个冲程是做功冲程，有图②可知，活塞向下运动，进气门打开，所以图②是吸气冲程，B不符合题意； C．汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下个冲程是做功冲程，有图③可知，活塞向下运动，两门关闭，所以图③是做功冲程，C符合题意； D．汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下个冲程是做功冲程，有图④可知，活塞向上运动，两门关闭，所以图④是压缩冲程，D不符合题意。 故答案为：C。 【分析】汽油机一个工作循环有四个冲程，分别是吸气、做功、压缩和排气，各冲程的特点不同，因此根据气门的状态和活塞的运行方向确定冲程；并且只有做功冲程对外做功，将内能转化为机械能；另外还有压缩冲程有能量转化，将机械能转化为内能。 【例题2】如图是汽油机两个冲程的示意图，下列说法正确的是（　　） A．甲是吸气冲程 B．乙是做功冲程 C．甲将内能转化为机械能 D．若该汽油机飞轮转速是3600r/min，则每秒钟燃气做功60次 【答案】B 【解析】【解答】AC.甲图中，两气门全部关闭，活塞向上运动，那么为压缩冲程，将活塞的机械能转化为内混合气的内能，故A、C错误； B.乙图中，两气门全部关闭，活塞向下运动，那么为做功冲程，故B正确； D.一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3600r/min，说明1min飞轮转3600r，则每秒钟飞轮转：3600r÷60=60r。因飞轮转2圈对外做功一次做，每秒钟燃气做功：600÷2=30次，故D错误。 故答案为：B。 【分析】根据活塞的运行方向，再根据气门的关闭情况就可以确定是哪一个冲程；在做功冲程中是高温高压的燃气对活塞做功，把燃气的内能转化成活塞的机械能；在压缩冲程中是活塞对气体做功，是机械能转化成内能；在四冲程内燃机的一个工作循环中，完成4个冲程，并对外做功1次，曲轴和飞轮转2圈。 【例题3】如图所示是四冲程汽油机工作过程的　 　冲程，该冲程是机械能转化为　 　能。 【答案】压缩；内 【解析】【解答】根据图像，气门关闭，活塞向上，是压缩冲程。活塞压缩气体做功，气体内能增加，温度升高，机械能转化为内能。 【分析】汽油机的气门关闭活塞向上，是压缩冲程，将机械能转化为内能。 考点三：汽油机与柴油机的区别 【例题1】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】【解答】A．汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，故A错误； B． 进、排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程 ，故B正确； C． 汽油机在吸气冲程中将柴油和空气吸入汽缸 ，故C错误； D．柴油机的压缩冲程中，机械能转化为内能，故D错误。 故选B。 【分析】吸气冲程特点：进气后打开，排气口关闭，活塞下移；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；排气冲程：进气后关闭，排气口打开，活塞上移，排除废气。 【例题2】如图所示是内燃机的一个冲程，下列描述正确的是（　　） A．这是柴油机的吸气冲程 B．这是汽油机的排气气冲程 C．这是汽油机的做功冲程，将内能转化为机械能 D．这是柴油机的压缩冲程，将机械能转化为内能 【答案】C 【解析】【解答】A、该内燃机有火花塞，是汽油机，故A错误； BCD、该冲程火花塞点火，活塞下行（汽缸容积变大）两个气门都关闭，是做功冲程，把内能转化为机械能，内能减小，故BD错误，C正确； 故答案为：C。 【分析】柴油机与汽油机的区别：柴油机有喷油嘴，汽油机有火花塞；根据飞轮的转动方向判断活塞的上行与下行（或汽缸容积的增大与减小）将4个冲程分2组，再根据气门的打开与闭合确定是哪个冲程。 【例题3】柴油机构造与汽油机不同之处是柴油机汽缸顶部有一个　 　，而汽油机顶部是　 　；某柴油机飞轮转速是，则柴油机每秒做功　 　次。 【答案】喷油嘴；火花塞；20 【解析】【解答】根据汽油机和柴油机的区别，汽油机顶部是火花塞，柴油机顶部没有火花塞，有喷油嘴。 四个冲程中，飞轮转两圈，做一次功，柴油机飞轮转速是2400r/min=40r/s，柴油机每秒做功20次。 【分析】根据汽油机、柴油机的结构的不同解答；柴油机飞轮转2转做功一次。 巩固练习 一、选择题 1．下列所示的工具工作过程中使用热机的是（　　） A．自行车 B．柴油车 C．脚踏船 D．皮筏艇 2．如图所示是四冲程汽油机的一个工作循环示意图，正确的顺序是（　　） A．甲、乙、丙、丁 B．乙、丁、甲、丙 C．甲、丙、乙、丁 D．丁、丙、甲、乙 3．热机在工作时，能量的转化过程是（　　） A．内能→化学能→机械能 B．化学能→内能→机械能 C．化学能→机械能→内能 D．内能→机械能→化学能 4．如图为四冲程汽油机工作过程中某一冲程的示意图，此冲程的名称及能量转化是（　　） A．吸气冲程，机械能转化为内能 B．压缩冲程，机械能转化为内能 C．做功冲程，内能转化为机械能 D．排气冲程，内能转化为机械能 5．下图是古代的取火器，把推杆推入牛角套筒时，艾绒被点燃。下列汽油机工作四冲程中原理与取火器原理相同的是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 6．下面关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是（　　） A．汽油机和柴油机使用的燃料不同 B．汽油机采用点燃式点火，柴油机采用压燃式点火 C．汽油机汽缸顶部有个火花塞，柴油机汽缸顶部有个喷油嘴 D．汽油机与柴油机除使用的燃料不同外，在构造上完全相同 7．光发动机可用于卫星的能源补充，原理如图，密闭气室中在光照下会分解，使气室气压增大，推动活塞右移，无光条件下发生逆反应；控制光照即可实现活塞往复运动。活塞右移过程相当于汽油机的（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 8．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 二、填空题 9．汽油机是汽车的动力设备，四冲程汽油机的　 　冲程可以使汽车获得动力，该冲程的能量转化情况是　 　。 10．汽油机和柴油机在工作过程中有较多不同，如汽油机在压缩冲程末会由火花塞点火，使汽油燃烧而引发做功冲程，而柴油机在压缩冲程末会从　 　中喷出雾状柴油，使柴油燃烧而引发做功冲程。 11．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。 12．如图所示，给试管内水加热至一定程度，发现试管口木塞会被推出。木塞被推出后水蒸气的内能　 　（选填“增大”“减小”或“不变”），四冲程内燃机的　 　冲程与这个原理相同。 13．一台单缸四冲程汽油机，每秒钟完成120个冲程，每秒钟对外做功　 　次，推导出这台汽油机的飞轮转速为　 　r/min。 14．如图所示的实验装置，塑料瓶内盛少量水。给瓶内打气，当瓶塞跳起时，看到瓶内出现白雾。此时，瓶内气体的内能转化为瓶塞的　 　能，与四冲程内燃机　 　（选填“压缩”或“做功”）冲程的能量转化相同。 三、综合能力题 15．阅读短文，回答问题。 喷气发动机 喷气发动机分为火箭喷气发动机和空气喷气发动机。2023年，我国的长征四号丙运载火箭，成功将一颗卫星送入预定轨道。该运载火箭靠火箭喷气发动机获得推进力。 火箭喷气发动机本身带有燃料和氧化剂，不需要外界空气来助燃，其燃料有固体的和液体的。如图甲所示是液体火箭喷气发动机的工作原理示意图，燃料和氧化剂分别装在两个箱子里，由输送系统按时按景地把燃料和氧化剂喷入燃烧室，用电火花点燃，燃烧产生的气体以很高的速度从尾部喷出，对火箭产生强大的反冲推力使它前进。 空气喷气发动机本身只携带燃料，需要从外界空气中获得足够的氧来助燃。空气喷气发动机的种类很多，如图乙所示为空气涡轮喷气发动机结构图。工作过程中，机身在空气中高速前进，空气从进气口进入，被压缩机压缩后进入燃烧室和从喷雾器喷出的燃料混合，由火花塞点火燃烧，产生大量气体向后喷出，冲击燃气轮机叶轮转动，最后气体以极大的速度从尾部喷管喷出，使机身得到巨大的反冲推力向前飞行。 （1）火箭喷气发动机工作时，先将燃料的化学能转化为　 　能，再将其转化为火箭的　 　能，这个过程中相当于汽油机的　 　冲程； （2）　 　（选填“火箭”或“空气”）喷气发动机不能在大气层外工作； （3）如图乙所示的空气涡轮喷气发动机工作过程中，气体温度是不断变化的。下列图像中，能大致反映气体的温度随时间变化的是________。 A． B． C． D． 第 1 页 共 16 页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 14.2 热机 【思维导图+知识讲解+例题讲解+巩固练习】 同学们，大家好！在上一节课我们学习了能量的转化与守恒定律。我们知道，内能可以通过热传递的方式转移，也可以通过做功的方式转化为其他形式的能。那么，生活中有没有什么装置能够持续地将燃料燃烧产生的内能转化为我们需要的机械能呢？这就是我们今天要学习的——热机。 思维导图 知识讲解 知识点一、什么是热机？ 1.定义：热机是利用燃料燃烧时释放的内能来做功的机械。 2.工作原理：燃料的化学能 → 燃烧 → 内能 → 做功 → 机械能。 （即：通过燃料燃烧获取内能，并将内能转化为机械能的机器。） 3.常见热机：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。我们重点学习内燃机。 知识点二、内燃机 1.内燃机的定义：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。 2.内燃机的种类：最常见的是汽油机和柴油机。 （1）汽油机：用汽油作为燃料的内燃机。（如：小汽车、摩托车的发动机） （2）柴油机：用柴油作为燃料的内燃机。（如：卡车、拖拉机、轮船的发动机） 知识点三、汽油机 我们以四冲程汽油机为例，学习内燃机的构造和工作原理。 1.汽油机的构造（如图所示，需结合课本插图理解）： （1）汽缸：燃料燃烧和气体膨胀做功的场所。 （2）活塞：在汽缸内做往复运动，将气体的推力传递给曲轴。 （3）连杆：连接活塞和曲轴，将活塞的直线运动转变为曲轴的旋转运动。 （4）曲轴：将活塞的往复运动转化为旋转运动，并输出动力。 （5）进气门：吸入汽油和空气的混合物。 （6）排气门：排出燃烧后的废气。 （7）火花塞：产生电火花，点燃汽缸内的燃料混合物。 2.汽油机的工作过程： 汽油机的一个工作循环由四个冲程组成，分别是：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 曲轴旋转两周，活塞往复两次，完成一个工作循环，对外做一次功。 （1）吸气冲程： ①进气门打开，排气门关闭。 ②活塞由上端向下端运动（汽缸容积增大）。 ③汽缸内气压减小，外界空气和汽油的混合物通过进气门被吸入汽缸。 ④能量转化：无（主要是吸气动作）。 （2）压缩冲程： ①进气门和排气门都关闭。 ②活塞由下端向上端运动（汽缸容积减小）。 ③汽缸内的燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高。 ④能量转化：机械能 → 内能（活塞的机械能转化为混合物的内能）。 （3）做功冲程（对外做功的冲程）： ①进气门和排气门都关闭。 ②在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，点燃汽缸内高温高压的燃料混合物。 ③燃料燃烧产生高温高压的燃气，推动活塞由上端向下端运动。 ④活塞通过连杆带动曲轴转动。 ⑤能量转化：内能 → 机械能（燃气的内能转化为活塞的机械能，进而带动曲轴转动对外做功）。 ⑥注意：这是唯一对外做功的冲程，也是热机获得动力的冲程。 （4）排气冲程： ①进气门关闭，排气门打开。 ②活塞由下端向上端运动（汽缸容积减小）。 ③汽缸内燃烧后的废气通过排气门被排出汽缸。 ④能量转化：无（主要是排气动作）。 小结四冲程： 1.一个工作循环：4个冲程，活塞往复2次，曲轴转动2周，对外做功1次。 2.除了做功冲程是燃气对外做功，其他三个冲程（吸气、压缩、排气）都是靠飞轮的惯性来完成的。 知识点四、柴油机 1.柴油机的构造：与汽油机相似，但没有火花塞，而在相应位置有一个喷油嘴。 2.柴油机的工作过程： 柴油机的工作过程也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。 （1）吸气冲程：吸入汽缸的只有空气（没有燃料）。 （2）压缩冲程：压缩的是空气。由于压缩程度比汽油机更大，空气被压缩后温度更高（可达700℃-800℃）。 （3）做功冲程：当压缩冲程接近结束时，喷油嘴向汽缸内喷射雾状柴油。柴油遇到高温空气立即燃烧，产生高温高压燃气推动活塞做功。（压燃式，无需火花塞点火） （4）排气冲程：与汽油机相似，排出废气。 3.汽油机与柴油机的比较： 比较项目 汽油机 柴油机 燃料 汽油 柴油 构造 有火花塞 无火花塞，有喷油嘴 吸入气体 汽油和空气的混合物 只吸入空气 点火方式 点燃式（火花塞点火） 压燃式（压缩空气升温点燃柴油） 压缩比 较小 较大 效率 较低（20%-30%） 较高（30%-45%） 功率 通常较小 通常较大 应用 小汽车、摩托车、飞机等 载重汽车、拖拉机、轮船、坦克等 特点 轻巧、转速快 笨重、经济、功率大 本节小结： 1.热机：利用内能做功的机械。能量转化：内能 → 机械能。 2.内燃机：燃料在汽缸内燃烧。常见：汽油机、柴油机。 3.四冲程汽油机：吸气、压缩（机械能→内能）、做功（内能→机械能）、排气。一个工作循环，4冲程，对外做功1次，曲轴转2周。 4.汽油机与柴油机：主要区别在燃料、吸气、点火方式、效率、应用等。 例题讲解 考点一：热机 【例题1】下列设备不属于热机的是（　　） A．电风扇 B．汽油机 C．柴油机 D．蒸汽机 【答案】A 【解析】【解答】汽油机、柴油机和蒸汽机，都是通过燃料在气缸内燃烧推动活塞做功的机械，都属于热机；而电风扇通入电流，将电能转化为机械能，不属于热机，故A符合题意，而B、C、D不合题意。 故选A。 【分析】根据热机的定义和分类判断。 【例题2】2022年11月12日搭载天舟五号货运飞船的长征七号遥六运载火箭，在文昌航天发射场准时点火发射，取得圆满成功。火箭发动机　 　（选填“属于”或“不属于”）热机。 【答案】属于 【解析】【解答】火箭发动机利用燃料燃烧获取内能再通过做功的方式转化为机械能，火箭发动机属于热机。 【分析】火箭的发动机属于热机。 二、考点二：热机的四个冲程 【例题1】某汽油机的四个冲程如图所示，在该汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下个冲程是（　　） A．① B．② C．③ D．④ 【答案】C 【解析】【解答】A．汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下个冲程是做功冲程，有图①可知，活塞向上运动，排气门打开，所以图①是排气冲程，A不符合题意； B．汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下个冲程是做功冲程，有图②可知，活塞向下运动，进气门打开，所以图②是吸气冲程，B不符合题意； C．汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下个冲程是做功冲程，有图③可知，活塞向下运动，两门关闭，所以图③是做功冲程，C符合题意； D．汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下个冲程是做功冲程，有图④可知，活塞向上运动，两门关闭，所以图④是压缩冲程，D不符合题意。 故答案为：C。 【分析】汽油机一个工作循环有四个冲程，分别是吸气、做功、压缩和排气，各冲程的特点不同，因此根据气门的状态和活塞的运行方向确定冲程；并且只有做功冲程对外做功，将内能转化为机械能；另外还有压缩冲程有能量转化，将机械能转化为内能。 【例题2】如图是汽油机两个冲程的示意图，下列说法正确的是（　　） A．甲是吸气冲程 B．乙是做功冲程 C．甲将内能转化为机械能 D．若该汽油机飞轮转速是3600r/min，则每秒钟燃气做功60次 【答案】B 【解析】【解答】AC.甲图中，两气门全部关闭，活塞向上运动，那么为压缩冲程，将活塞的机械能转化为内混合气的内能，故A、C错误； B.乙图中，两气门全部关闭，活塞向下运动，那么为做功冲程，故B正确； D.一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3600r/min，说明1min飞轮转3600r，则每秒钟飞轮转：3600r÷60=60r。因飞轮转2圈对外做功一次做，每秒钟燃气做功：600÷2=30次，故D错误。 故答案为：B。 【分析】根据活塞的运行方向，再根据气门的关闭情况就可以确定是哪一个冲程；在做功冲程中是高温高压的燃气对活塞做功，把燃气的内能转化成活塞的机械能；在压缩冲程中是活塞对气体做功，是机械能转化成内能；在四冲程内燃机的一个工作循环中，完成4个冲程，并对外做功1次，曲轴和飞轮转2圈。 【例题3】如图所示是四冲程汽油机工作过程的　 　冲程，该冲程是机械能转化为　 　能。 【答案】压缩；内 【解析】【解答】根据图像，气门关闭，活塞向上，是压缩冲程。活塞压缩气体做功，气体内能增加，温度升高，机械能转化为内能。 【分析】汽油机的气门关闭活塞向上，是压缩冲程，将机械能转化为内能。 考点三：汽油机与柴油机的区别 【例题1】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】【解答】A．汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，故A错误； B． 进、排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程 ，故B正确； C． 汽油机在吸气冲程中将柴油和空气吸入汽缸 ，故C错误； D．柴油机的压缩冲程中，机械能转化为内能，故D错误。 故选B。 【分析】吸气冲程特点：进气后打开，排气口关闭，活塞下移；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；排气冲程：进气后关闭，排气口打开，活塞上移，排除废气。 【例题2】如图所示是内燃机的一个冲程，下列描述正确的是（　　） A．这是柴油机的吸气冲程 B．这是汽油机的排气气冲程 C．这是汽油机的做功冲程，将内能转化为机械能 D．这是柴油机的压缩冲程，将机械能转化为内能 【答案】C 【解析】【解答】A、该内燃机有火花塞，是汽油机，故A错误； BCD、该冲程火花塞点火，活塞下行（汽缸容积变大）两个气门都关闭，是做功冲程，把内能转化为机械能，内能减小，故BD错误，C正确； 故答案为：C。 【分析】柴油机与汽油机的区别：柴油机有喷油嘴，汽油机有火花塞；根据飞轮的转动方向判断活塞的上行与下行（或汽缸容积的增大与减小）将4个冲程分2组，再根据气门的打开与闭合确定是哪个冲程。 【例题3】柴油机构造与汽油机不同之处是柴油机汽缸顶部有一个　 　，而汽油机顶部是　 　；某柴油机飞轮转速是，则柴油机每秒做功　 　次。 【答案】喷油嘴；火花塞；20 【解析】【解答】根据汽油机和柴油机的区别，汽油机顶部是火花塞，柴油机顶部没有火花塞，有喷油嘴。 四个冲程中，飞轮转两圈，做一次功，柴油机飞轮转速是2400r/min=40r/s，柴油机每秒做功20次。 【分析】根据汽油机、柴油机的结构的不同解答；柴油机飞轮转2转做功一次。 巩固练习 一、选择题 1．下列所示的工具工作过程中使用热机的是（　　） A．自行车 B．柴油车 C．脚踏船 D．皮筏艇 【答案】B 【解析】【解答】自行车、脚踏车、皮筏艇是靠人的驱动前进，没有利用热机；柴油车上提供动力的是柴油机，将内能转化为机械能，是热机的一种，故ACD错误； 故选B。 【分析】热机是把内能转化为机械能的装置。 2．如图所示是四冲程汽油机的一个工作循环示意图，正确的顺序是（　　） A．甲、乙、丙、丁 B．乙、丁、甲、丙 C．甲、丙、乙、丁 D．丁、丙、甲、乙 【答案】C 【解析】【解答】解：四冲程汽油机的一个工作循环为：吸气冲程→压缩冲程→做功冲程→排气冲程，根据图示可知：甲图进气门开启，气体流入汽缸，是吸气冲程；乙图两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程；丙图两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程；丁图排气门开启，气体流出汽缸，是排气冲程；则一个工作循环顺序甲丙乙丁；故C正确。 故选：C。【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。 3．热机在工作时，能量的转化过程是（　　） A．内能→化学能→机械能 B．化学能→内能→机械能 C．化学能→机械能→内能 D．内能→机械能→化学能 【答案】B 【解析】【解答】热机工作时，燃料的化学能燃烧转化为内能，通过做功冲程，将内能转化为机械能，使得汽车运动，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 【分析】燃料燃烧时，化学能转化为内能，空气内能增加，在做功冲程中，内能转化为机械能。 4．如图为四冲程汽油机工作过程中某一冲程的示意图，此冲程的名称及能量转化是（　　） A．吸气冲程，机械能转化为内能 B．压缩冲程，机械能转化为内能 C．做功冲程，内能转化为机械能 D．排气冲程，内能转化为机械能 【答案】B 【解析】【解答】根据图片可知，活塞向上运动，且两个气门都关闭，那么为压缩冲程，将机械能转化为内能，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 【分析】根据活塞的运行方向和气门的开合确定冲程名称，进而确定能量转化。 5．下图是古代的取火器，把推杆推入牛角套筒时，艾绒被点燃。下列汽油机工作四冲程中原理与取火器原理相同的是（　　） 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】【解答】把推杆迅速推入牛角套筒时，筒内空气被压缩，将机械能转化为内能，空气内能增大，温度升高，达到艾绒燃点而燃烧，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，内能增大，温度升高；汽油机压缩冲程，将机械能转化为内能。 6．下面关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是（　　） A．汽油机和柴油机使用的燃料不同 B．汽油机采用点燃式点火，柴油机采用压燃式点火 C．汽油机汽缸顶部有个火花塞，柴油机汽缸顶部有个喷油嘴 D．汽油机与柴油机除使用的燃料不同外，在构造上完全相同 【答案】D 【解析】【解答】A.汽油机燃烧汽油，柴油机燃烧柴油，使用的燃料不同，正确，A不符合题意； B.汽油机有火花塞，采用点燃式点火，柴油机没有火花塞，是压燃式点火，正确，B不符合题意； C.汽油机汽缸顶部有个火花塞，柴油机汽缸顶部有个喷油嘴，正确，C不符合题意； D.汽油机与柴油机除使用的燃料不同外，构造上有区别，D符合题意。 故答案为：D. 【分析】根据汽油机和柴油机的结构、工作过程、消耗的燃料等区别，进行解答。 7．光发动机可用于卫星的能源补充，原理如图，密闭气室中在光照下会分解，使气室气压增大，推动活塞右移，无光条件下发生逆反应；控制光照即可实现活塞往复运动。活塞右移过程相当于汽油机的（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】C 【解析】【解答】活塞右移时，气体内能转化为装置的机械能，相当于汽油机四个冲程中的做功冲程。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 【分析】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。 8．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 【答案】A 【解析】【解答】A．向打气筒内打气时，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，能量转化方式是相同的，故A正确； B．水从水火箭中喷出，水火箭运动，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．水火箭升空时，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，能量转化时，总量保持不变，水火箭升空过程中要克服摩擦做功，因此机械能不守恒，故D错误。 故选A。 【分析】压缩气体体积时，对物体做功，内能变大；能量在转化时，总量保持不变；运动的物体克服摩擦，消耗机械能，机械能不守恒。 二、填空题 9．汽油机是汽车的动力设备，四冲程汽油机的　 　冲程可以使汽车获得动力，该冲程的能量转化情况是　 　。 【答案】做功；内能转化为机械能 【解析】【解答】 四冲程汽油机中，使汽车获得动力的冲程是做功冲程，做功冲程中高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能。 故答案为：做功；内能转化为机械能。 【分析】工作过程中能量的转化：①压缩冲程：机械能→内能；②做功冲程：先是化学能→内能，再由内能→机械能。 10．汽油机和柴油机在工作过程中有较多不同，如汽油机在压缩冲程末会由火花塞点火，使汽油燃烧而引发做功冲程，而柴油机在压缩冲程末会从　 　中喷出雾状柴油，使柴油燃烧而引发做功冲程。 【答案】喷油嘴 【解析】【解答】柴油机在吸气冲程中吸入空气，在压缩冲程中，机械能转化为内能，空气的内能增大，温度升高达到柴油的着火点，柴油机气缸顶端有个喷油嘴，此时喷油嘴喷出雾状的柴油，柴油依靠压缩时内能增大，温度升高，达到柴油着火点而燃烧。 【分析】柴油机气缸顶端有个喷油嘴，此时喷油嘴喷出雾状的柴油，柴油依靠压缩时内能增大，温度升高，达到柴油着火点而燃烧。 11．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。 【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。 12．如图所示，给试管内水加热至一定程度，发现试管口木塞会被推出。木塞被推出后水蒸气的内能　 　（选填“增大”“减小”或“不变”），四冲程内燃机的　 　冲程与这个原理相同。 【答案】减小；做功 【解析】【解答】木材被推出的过程中，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，水蒸气的内能减少；在这一过程中内能转化为机械能，四冲程内燃机的做功冲程与这个原理相同。 【分析】做功可以改变物体的内能，在本题中水蒸气的内能转化为塞子的机械能。 13．一台单缸四冲程汽油机，每秒钟完成120个冲程，每秒钟对外做功　 　次，推导出这台汽油机的飞轮转速为　 　r/min。 【答案】30；3600 【解析】【解答】汽油机工作时，一个循环有四个冲程，对外做功1次，则120个冲程，有30个工作循环，对外做功30次。完成2个冲程，飞轮转1圈，完成120个冲程，飞轮转动60圈，则60r/s=3600r/min。 【分析】汽油机工作时，一个循环4个冲程，飞轮转2圈，做功1次。 14．如图所示的实验装置，塑料瓶内盛少量水。给瓶内打气，当瓶塞跳起时，看到瓶内出现白雾。此时，瓶内气体的内能转化为瓶塞的　 　能，与四冲程内燃机　 　（选填“压缩”或“做功”）冲程的能量转化相同。 【答案】机械；做功 【解析】【解答】用气筒向装有少量水的烧瓶里打气，对里面的气体做功，气体的内能变大；瓶内气压增大，当气压把瓶塞从瓶口推出时，瓶内气体对瓶塞做功，内能转化为瓶塞的机械能，内燃机的做功冲程是将内能转化为机械能，故与内燃机做功冲程能量转化相同。 【分析】物体对外做功，物体的内能减小；外界对物体做功，物体的内能增大。 做功冲程对外做功，将内能转化为机械能；另外还有压缩冲程有能量转化，将机械能转化为内能。 三、综合能力题 15．阅读短文，回答问题。 喷气发动机 喷气发动机分为火箭喷气发动机和空气喷气发动机。2023年，我国的长征四号丙运载火箭，成功将一颗卫星送入预定轨道。该运载火箭靠火箭喷气发动机获得推进力。 火箭喷气发动机本身带有燃料和氧化剂，不需要外界空气来助燃，其燃料有固体的和液体的。如图甲所示是液体火箭喷气发动机的工作原理示意图，燃料和氧化剂分别装在两个箱子里，由输送系统按时按景地把燃料和氧化剂喷入燃烧室，用电火花点燃，燃烧产生的气体以很高的速度从尾部喷出，对火箭产生强大的反冲推力使它前进。 空气喷气发动机本身只携带燃料，需要从外界空气中获得足够的氧来助燃。空气喷气发动机的种类很多，如图乙所示为空气涡轮喷气发动机结构图。工作过程中，机身在空气中高速前进，空气从进气口进入，被压缩机压缩后进入燃烧室和从喷雾器喷出的燃料混合，由火花塞点火燃烧，产生大量气体向后喷出，冲击燃气轮机叶轮转动，最后气体以极大的速度从尾部喷管喷出，使机身得到巨大的反冲推力向前飞行。 （1）火箭喷气发动机工作时，先将燃料的化学能转化为　 　能，再将其转化为火箭的　 　能，这个过程中相当于汽油机的　 　冲程； （2）　 　（选填“火箭”或“空气”）喷气发动机不能在大气层外工作； （3）如图乙所示的空气涡轮喷气发动机工作过程中，气体温度是不断变化的。下列图像中，能大致反映气体的温度随时间变化的是________。 A． B． C． D． 【答案】（1）内；机械；做功 （2）空气 （3）C 【解析】【解答】（1）火箭升空时，燃料燃烧，将化学能转化为内能，燃气向后喷出，对火箭产生强大的反冲推力使它前进，内能转化为机械能，汽油机的做功冲程将内能转化为机械能。 （2）空气喷气发动机只携带燃料，从外界空气中获得氧气助燃，大气层外没有氧气，空气喷气发动机不能在大气层外工作。 （3）根据材料内容，从能量转化的角度看，内燃机在压缩冲程中，将机械能转化为内能，燃气的温度升高；在做功冲程中，气体推动活塞对外做功，气体的内能转化为活塞的机械能，燃气温度降低，即气体温度先升高后降低，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 【分析】（1）燃料燃烧时，化学能转化为内能；内能对外做功，转化为机械能； （2）空气喷气发动机需要空气，太空没有空气，不能提供氧气助燃； （3）压缩冲程中，机械能转化为内能，温度升高；做功冲程将内能转化为机械能，内能减小，温度降低。 第 1 页 共 16 页 学科网（北京）股份有限公司 $$