14.3热机（讲义）- 2025-2026学年九年级物理沪科版全一册

14.3热机 本节聚焦 1. 了解热机的工作原理。 2. 知道四冲程内燃机工作时的能量转化。 3. 能领内能的利用在人类社会发展中的重要意义。 情景导入 汽车奔驰，列车飞驰，舰船劈波斩浪，飞机凌空穿云。 人们日行千里的愿望已成为现实。 车、船和飞机之所以能大展神威，就是因为有了发动机。 发动机是怎样产生机械能的？ 知识精讲 1、 热机 1. 探究内能做功过程中的能量转化 【演示实验】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能量之间转化的情况。 【实验现象】①瓶塞被冲出来；②管口附近出现“白雾”。 【实验分析】实验中的能量转化过程为： ① 酒精燃烧放出热量，酒精的化学能转化为水的内能； ②水吸热沸腾，产生大量水蒸气，水蒸气膨胀对瓶塞做功，水蒸气的内能转化为塞子的机械能。 【实验结论】利用内能可以做功。 这个实验虽然简单，却基本展示了蒸汽机的工作原理。 2. 热机 (1) 定义：利用内能做功的机械。 (2) 种类：热机的种类很多，例如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。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。 3. 内燃机： 燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。内燃机的能量转化：化学能转化为内能，内能再转化为机械能。 二、汽油机 1. 构造 （1）工作原理：利用汽油在汽缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。 （2）主要结构：由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆组成。 2. 工作过程 （1）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。 （2）多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 （3）汽油机的工作过程 重点提醒 汽油机工作冲程的判断： 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 第三步看火花塞 火花塞点燃一定是做功冲程 第四步综合分析 综合两个气门和活塞的工作情况得出结论 重点提醒 汽油机一个工作循环包括：4个冲程，活塞往复2次，飞轮转动2周，对外做功1次。在四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性带动活塞完成，周而复始，使汽油机连续转动下去。 三、柴油机 1. 主要构造：与汽油机的大致相同，不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞而是一个喷油嘴。 2.工作过程 （1）柴油机的工作过程与汽油机大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。 （2）柴油机和汽油机构造及工作过程的不同点： ①汽油机汽缸顶部有火花塞，在压缩冲程末，火花塞产生电火花，使燃料燃烧，产生高温高压的气体（俗称“点燃式”）；柴油机汽缸顶部没有火花塞，只有喷油嘴，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（俗称“压燃式”）。 ②汽油机吸气冲程吸入空气和汽油的混合物；柴油机吸入气缸内的物质只有空气。 汽油机 柴油机 不同点 结构图 吸气冲程 吸入的是空气和汽油的混合物 吸入的只有空气 压缩冲程 压缩程度较柴油机低 压缩程度高 做功冲程 火花塞点火（点燃式） 喷油嘴喷出柴油（压燃式） 相同点 排气冲程 把废气排出气缸 . 经典例题 【热机的工作原理】 1. （2024·甘肃兰州·中考真题）如图所示，用酒精灯对试管加热，等水沸腾后，可以看到蒸汽把软木塞顶跑。下列说法正确的是（　　） A．用酒精灯加热试管，水内能的增加是通过做功的方式实现的 B．蒸气把软木塞顶跑的过程，实现了内能向机械能的转化 C．蒸气把软木塞顶跑的过程，相当于汽油机的排气冲程 D．试管口出现的白雾是水汽化后形成的水蒸气 【答案】B 【详解】A．加热水的过程中，酒精灯火焰的温度较高，水温较低，热量从火焰转移到水，通过热传递的方式，使水的内能增加，故A错误； BC．蒸气把软木塞顶跑的过程，水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，在汽油机的做功冲程中，内能转化为机械能，故B正确，C错误； D．水蒸气把软木塞向上冲起时，水蒸气的内能减少，温度降低，液化为小水滴，在试管口形成“白雾”，故D错误。 故选B。 2．（2013·四川自贡·中考真题）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． 3.（2024·四川广元·中考真题）1883年人类发明了汽油机。一台四冲程汽油机的一个冲程中，火花塞点火，燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体推动活塞对外做功，则该冲程（　　） A．是压缩冲程 B．气体对外做功，内能转化为机械能 C．活塞依靠飞轮的惯性而运动 D．气体对外做功，气体的内能增加 【答案】B 【详解】火花塞点火，燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体推动活塞对外做功，燃气的内能转化为活塞的机械能，这是做功冲程。 A．在压缩冲程中，活塞向上运动，压缩混合气体，使其内能增加、温度升高，但此时并没有点火燃烧和对外做功。故A不符合题意； B．在做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞向下运动，通过连杆带动曲轴转动，将内能转化为机械能，故B符合题意； C．在做功冲程中，是高温高压的燃气推动活塞运动，而不是活塞依靠飞轮的惯性运动。飞轮的惯性主要在其他冲程（如吸气冲程、压缩冲程和排气冲程）中起作用，帮助活塞完成这些冲程，故C不符合题意； D．在做功冲程中，气体对外做功，其内能会减小（因为部分内能转化为了机械能），而不是增加，故D不符合题意。 故选B。 4．（2024·山东临沂·中考真题）2024年4月20日，我国研制的全球首款本体热效率达53.09%的柴油机正式亮相世界内燃机大会，刷新了柴油机热效率的世界纪录。下图所示内燃机的四个冲程，气缸内气体的内能最小的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．如图，两气门关闭，活塞下行，为做功冲程，缸内气体推动活塞对外做功； B．如图，进气门关闭，排气门打开，为排气冲程； C．如图，两气门关闭，活塞上行，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； D．如图，进气门打开，排气门关闭，为吸气冲程； 顺序为吸气、压缩、做功、排气，压缩冲程后气体温度都比吸气冲程中气体的温度高，故吸气冲程中气缸内气体的内能最小，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 5．如图所示是四冲程汽油机的一个工作循环示意图，其中属于做功冲程的是 A．B． C． D． 【答案】C 【详解】四冲程汽油机的四个工作冲程是：吸气、压缩、做功、排气，区分它们的依据有活塞的运动方向、进气阀和排气阀的开闭情况，如活塞向下运动、进气阀和排气阀都关闭时，是燃气推动活塞做功，是做功冲程，所以选项C正确． 6．如图，汽油机工作的四个冲程中，内能转化为机械能的冲程是（    ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．如图，进气门打开，排气门关闭，活塞下行，为吸气冲程，不涉及能量转化，故A不符合题意； B．如图，两气门关闭，活塞上行，为压缩冲程，活塞压缩缸内气体，机械能转化为内能，故B不符合题意； C．如图，两气门关闭，活塞下行，为做功冲程，缸内气体推动活塞做功，内能转化为机械能，故C符合题意； D．如图，进气门关闭，排气门打开，活塞上行，为排气冲程，不涉及能量转化，故D不符合题意。 故选C。 7．关于汽油机和柴油机描述正确的是（　　） A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞 B．柴油机在吸气冲程中，柴油和空气的混合物进入汽缸 C．做功冲程中，燃料释放的能量100%转化为机械能 D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的大部分能量 【答案】D 【详解】A．汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，故A错误； B．柴油机在吸气冲程中，将空气吸入汽缸（没有吸入柴油），故B错误； C．在做功冲程中，燃料燃烧释放的内能大部分需要克服摩擦、发生热传递而散失，只有一少部分转化为机械能，故C错误； D．在排气冲程中，排出的废气温度仍很高，废气带走了燃料释放的大部分能量，故D正确。 故选D。 8．（请根据图1、图2和图3所示的实验，回答下列问题： （1）如图1所示，用毛皮摩擦过的橡胶棒接触验电器的金属球时，验电器的两片金属箔张开。这是因为两片金属箔均带 （选填“正”或“负”）电荷，同种电荷互相 ； （2）如图2所示，用酒精灯给试管加热，酒精燃烧将 能转化为 能，使试管内水的温度升高直至沸腾，试管内的水蒸气把软木塞崩出，将水蒸气的 能转化为塞子的 能； （3）如图3所示，在厚壁玻璃筒中放入小块硝化棉，用力迅速压下活塞，可以观察到硝化棉燃烧，这是由于活塞对密闭在玻璃筒内的 （选填“空气”或“硝化棉”）做功，使其内能 ，温度 ，使硝化棉被点燃。这个实验与图4中图 （选填“甲”或“乙”）能量转化情况相同，是汽油机四个冲程中 冲程。 【答案】 负 排斥 化学 内 内 机械 空气 变大 升高 乙 压缩 【详解】（1）[1]用毛皮摩擦过的带负电的橡胶棒接触验电器的金属球时，金属箔片带负电。 [2]同种电荷互相排斥，验电器的两片金属箔张开。 （2）[3][4]用酒精灯给试管加热，酒精燃烧经历化学反应，产生内能，将内能转化为机械能。 [5][6]试管内的水蒸气把软木塞崩出，水蒸气对软木塞做功，将水蒸气的内能转化为塞子的机械能。 （3）[7][8][9]在厚壁玻璃筒中放入小块硝化棉，活塞对密闭的空气做功，将机械能转化为空气的内能，空气的内能增大，温度升高，当温度达到硝化棉燃点时，硝化棉被点燃。 [10][11]图4中图甲的两气阀关闭，活塞向下运动，是做功冲程，将内能转化为机械能；图乙中两气阀关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能。 【热机计算】 9．某四冲程内燃机的飞轮转速为 ，则在每秒钟内 A．曲轴转120转 B．对外做功60次 C．完成120个冲程 D．完成60个工作循环 【答案】C 【分析】在四冲程汽油机曲轴转一圈，完成2个冲程，1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次． 【详解】四冲程内燃机的飞轮转速为3600r/min=60r/s，表示每秒飞轮转动60圈，故1s内活塞往复60次，曲轴转动60周，对外做功30次，完成30个工作循环，完成120个冲程，故C正确． 故选C． 【点睛】解决此题要结合内燃机的四个冲程工作特点进行分析解答，记住相关的数据大小，会根据转速进行相关计算． 10．下列关于四冲程内燃机的说法中正确的是（　　） A．热机效率越高，所做的有用功就越多 B．汽油机在吸气冲程中吸入汽缸的是空气 C．汽车在行驶时，内燃机把油料中的化学能全部转化成有用的机械能 D．一单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min，则1s内该汽油机活塞做功25次 【答案】D 【详解】A．机械效率是指有用功占总功的比例大，而不是有用功，故所做的有用功越多，机械效率不一定越高，故A 选项错误； B．汽油机在吸气冲程中吸入汽缸的是油和空气，故B选项错误； C．汽车在行驶时，内燃机把油料中的化学能一部分转化为内能，一部分转化为机械能，还有没有燃烧的油料，化学能没有释放，故C选项错误； D．一单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min，则 /s 每转两圈做功一次，故一共做功25次，D选项正确。 故选D。 实战演练 1．（2025·山东淄博·二模）如图为一位同学用自制“空气炮”进行实验时的情景：在一个空易拉罐的底部钻一个小孔，从易拉罐开口端向罐内喷适量酒精喷雾，将点燃的打火机靠近易拉罐底部的小孔，然后将一个空纸杯迅速套上，纸杯会向上飞出。以下说法正确的是（　　） A．酒精燃烧越充分，其热值越大 B．纸杯向上飞出的过程中，易拉罐对纸杯做了功 C．纸杯向上飞出的过程中，易拉罐内气体的内能减小 D．纸杯飞出过程中的能量转化，与丙图相同 【答案】C 【详解】A．热值是物体本身的一种属性，与燃烧程度无关，故A错误； BC．纸杯向上飞出的过程中，易拉罐内的气体对纸杯做功，气体内能减小，故B错误，C正确； D．纸杯飞出过程中的能量转化气体的内能转化为纸杯的机械能，丙是压缩冲程，是将机械能转化为内能，两者能量转化不同，故D错误。 故选C。 2．如图所示是某小组制作的实验装置．燃料燃烧将试管中的水加热后，水蒸气从橡皮塞的小孔冲出推动风车转动，水蒸气推动风车转动过程中的能量转化与汽油机四个冲程中能量转化相同的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】水沸腾后，水蒸气推动风车转动的过程中，是水蒸气的内能转化为机械能，与做功冲程中的能量转化相同。 A．图中，排气门开启，活塞上行，气体流出汽缸，是排气冲程； B．图中，两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，此冲程将内能转化为机械能； C．图中，两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，此冲程将机械能转化为内能； D．图中，进气门开启，活塞下行，气体流入汽缸，是吸气冲程。 综上所述，故B符合题意，ADC不符合题意。 故选B。 3．（2021·山东菏泽·中考真题）热学知识在日常生活中有广泛的应用，下列说法正确的是（　　） A．四月的菏泽牡丹飘香，说明分子间有空隙 B．摩擦生热是通过热传递改变了物体的内能 C．热机通过压缩冲程将机械能转化为内能 D．暖气片内用水作为导热介质是因为水的沸点较高 【答案】C 【详解】A．四月的菏泽牡丹飘香，说明分子在不停地坐无规则运动，故A错误； B．摩擦生热，克服摩擦力做功产生热量，是通过做功改变了物体的内能，故B错误； C．热机通过压缩冲程对热机内气体做功，将机械能转化为内能，故C正确； D．暖气片内用水作为导热介质是因为水的比热容较大，当质量与降低相同温度时，水比其他液体放出的热量多，故D错误。 故选C。 4．下列关于内能、热量和热机的说法正确的是（　　） A．冬天跑步，身体就感觉暖和，是通过做功的方式改变身体的内能 B．夏天洒水降温是利用了水的比热容大的特点 C．柴油机在吸气冲程中吸入汽缸的是柴油和空气的混合物 D．汽油机的压缩冲程将内能转化为机械能 【答案】A 【详解】A．跑步时，人做了功，是通过做功的方式增大了身体的内能，身体的温度升高，故A正确； B．夏天洒水降温是利用了水蒸发吸热的原理，故B错误； C．柴油机在吸气冲程中只吸入空气，故C错误； D．汽油机的压缩冲程将机械能转化为内能，故D错误。 故选A。 5．如图甲、乙、丙、丁是单缸内燃机一个工作循环有四个冲程，该内燃机工作时以下说法正确的是（　　） A．该内燃机一个工作循环有四个冲程正确的顺序是丙、甲、丁、乙 B．如图丁是压缩冲程，机械能转化为内能 C．汽油机和柴油机的吸气冲程吸入的都只是空气 D．汽油机和柴油机的构造相似，柴油机在压缩冲程中对气体的压缩程度更高 【答案】D 【详解】A．甲图中两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程；乙图是进气门打开，排气门关闭，此时活塞向下运动，是吸气冲程；丙图中进气门关闭，排气门打开，此时活塞向上运动，是排气冲程；丁图中两个气门都关闭，火花塞点火，此时活塞向下运动，是做功冲程；所以该内燃机一个工作循环有四个冲程正确的顺序是乙、甲、丁、丙，故A错误； B．图丁是做功冲程，在做功冲程中，内能转化为机械能，故B错误； C．在吸气冲程中，汽油机吸入的是汽油和空气的混合物，柴油机吸入的只是空气，故C错误； D．汽油机和柴油机的构造相似，在压缩冲程末，柴油机在压缩冲程中对气体的压缩程度更高，柴油机汽缸内的温度比汽油机的高，故D正确。 故选D。 6．柴油机和汽油机在一个工作循环中的四个冲程完全相同的冲程是（　　） A．吸气、压缩 B．压缩、排气 C．吸气、压缩、排气 D．排气 【答案】D 【详解】吸气冲程中，汽油机吸入的是汽油和空气的混合气体，柴油机吸入的只有空气，所以吸气冲程不同；柴油机属于压燃式点火，所以在压缩冲程中，柴油机比汽油机压缩程度高，所以压缩冲程不同；汽油机汽缸顶部有个火花塞，柴油机汽缸顶部有个喷油嘴，柴油机采用压燃式点火，汽油机采用点燃式点火，所以做功冲程不同；排气冲程只是将废气排出，所以柴油机和汽油机在一个工作循环中的四个冲程完全相同的冲程是排气冲程；通过以上分析可知，故选D。 7．列关于内燃机说法正确的是(      ) A．柴油机吸气冲程吸入的是柴油和空气的混合物 B．汽油机汽缸顶部有喷油嘴 C．做功冲程中内能转化为机械能 D．内燃机功率越大，效率越高 【答案】C 【详解】A．柴油机在吸气冲程中，吸入汽缸的是空气，故A错误； B．柴油机汽缸顶部有喷油嘴，汽油机汽缸顶部有火花塞，故B错误； C．内燃机的做功冲程中，内能转化成了机械能，对外做功，故C正确； D．功率表示做功的快慢，与热机效率是两个不同的概念，两者没有关系，故D错误． 8．一台单缸四冲程柴油机飞轮的转速是3 600 r/min，则柴油机每秒钟 A．完成60个循环，120个冲程 B．做功30次，活塞往复60次 C．完成60个循环，60个冲程 D．做功1 200次，活塞往复1 200次 【答案】B 【详解】内燃机的一个工作循环有四个冲程，飞轮转2圈；即：飞轮每转2圈，完成一个工作循环，对外做功1次； 单缸四冲程内燃机飞轮的转速为3600r/min，则该柴油机每秒钟转60圈，即活塞往复60次，完成120个冲程，30个工作循环，对外做30次功， 故B． 【点睛】四冲程内燃机的一个工作循环，曲轴转过两周，由四个冲程组成，分别为吸气、压缩、做功、排气四个冲程，且要知道其中做功和压缩冲程有能的转化．考题中常出现要牢记． 9．（1）图甲是一台单缸四冲程汽油机 冲程的示意图，其能量转化情况与 （选填“乙”或“丙”）图相同。 （2）汽车冷却系统用水冷却发动机，这是利用水 的特点来工作的； （3）在紧急刹车时，刹车片会发烫，这是通过 方式增加物体内能的，转化得到的内能 再转化为机械能（选填“可以”或“不可以”）。 （4）科学家设计了一款六冲程汽油机，它的构造和工作循环的前四个冲程与四冲程汽油机相似，在第四冲程结束后，再完成两个冲程。 ①第五冲程中，向汽缸内喷水，水在汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，则第五冲程为 （选填“吸气”、“压缩”、“做功”或“排气”）冲程； ②第六冲程中活塞向 运动。（选填“上”或“下”） 【答案】 压缩 丙 比热容大 做功 不可以 做功 上 【详解】（1）[1]如图甲所示，汽缸的进气孔和排气孔关闭，活塞向上运动，是压缩冲程的示意图。 [2]汽油机的压缩冲程将将机械能转化为内能，图乙中是将内能转化为机械能，图丙中是将机械能转化为内能，故其能量转化情况与丙图相同。 （2）[3]汽车冷却系统用水冷却发动机，这是利用水的比热容较大，升高相同的温度，水吸收的热量多，因此这是利用了水的比热容较大的性质。 （3）[4][5]改变内能的两种方式分别是做功和热传递，在紧急刹车时，刹车片会发烫，这是通过做功方式增加物体内能的，根据能量转化过程中的不可逆性，转化得到的内能不可以再转化为机械能。 （4）[6]在第四冲程结束后，第五冲程中，向汽缸内喷水，水在汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，将内能转化为机械能，则第五冲程为做功冲程。 [7]为了进入下一个工作循环，这款内燃机第六冲程应该是排气冲程，活塞向上运动，排出汽缸内的气体。 10．（2024·山东烟台·一模）阅读短文，回答问题： 空气的动力 空气动力是指空气与物体做相对运动时作用在物体上的力，简称气动力。当我们快速地松开鼓起来的气球时，气球会“嗖”的一下飞出去了，这时气球获得了气动力，我们再观察一个实验：如图甲所示，将一个针管的活塞推到底端，并通过一个胶管与一个吹了气的气球相连。用力挤压气球、发现活塞被顶起，这个实验说明空气作为动力对活塞做了功。 被压缩的气体压强变大，能对外做功，那么在生活中是否能将空气作为一种“能源”。变成一种推动物体前进的动力呢？经过长时间探索，人们已经成功制造出多种使用压缩空气为动力，推动叶片或者活塞运动的发动机，即叶片式，活塞式空气发动机。 图乙是某新型的以空气发动机为动力的汽车。它共有4个压缩空汽缸，总容量为90L，可储存标准大气压下的空气，其设计最高速度可达154km/h，平均每加一次气能行驶200km或10h，压缩空气动力汽车的充气方式有两种：一是使用车辆自带的空气压缩机，使用家庭电路作为电源，就可在4个小时内完成充气；二是到指定的加气站。可在短短3分钟内完成充气。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，维修成本低、操控方便、“零”排放的优点，即使因为技术不成熟导致某些缺点，在科学界引起不小的争议，但这项技术仍然具有广阔的发展空间。 根据上述材料，回答下列问题： (1)压缩空气动力汽车与汽油机汽车相比优点是 （说出一点即可）； (2)空气动力汽车工作时， 能转换为 能；与四冲程汽油机的 冲程的能量转换相同； (3)资料表明，空气发动机排出的尾气温度低于周围空气的温度，对于产生此现象的原因，请你提出合理的解释 。 【答案】(1)不直接使用燃料 (2) 内 机械 做功 (3)气体对外做功，内能减小，温度降低 【详解】（1）由材料内容的介绍可知，压缩空气动力汽车与汽油机相比的优点主要有：不直接使用燃料、体积小、结构简单、维修成本低等。 （2）[1][2][3]热机的原理是利用燃烧产生的高温燃气推动活塞做功，从而把内能转化为机械能，与四冲程汽油机的做功冲程的能量转换相同。 （3）空气发动机排出的尾气温度低于周围空气的温度，这主要是因为气体对外做功，内能减小，温度降低。 学霸笔记 1.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 )热机的种类较多，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，内燃机中最常见的是 汽油 机和 柴油机 . 2.汽油机 (1)汽油机一个工作循环有四个冲程，分别为 吸气 冲程、 压缩 冲程、 做功 冲程、 排气 冲程。 (2)汽油机压缩冲程中 机械 能转化为 内 能，做功冲程中 内 能转化为 机械 能。 3.柴油机 (1)柴油机气缸顶部是 喷油嘴 ， 压燃 式点火，吸气冲程吸入的只有 空气 。 (2)汽油机气缸顶部是 火花塞 ，点燃 式点火，吸气冲程吸入的是 空气和汽油的混合气体 。 3汽油机柴油机对比 （1）在汽油机的一个工作循环中，活塞往复运动 2 次，曲轴转动两周，气缸内的燃油燃烧爆发 1 次，对外做功 1 次。 （2）工作效率不同，柴油机工作效率 高 ，汽油机工作效率 低 。 （3）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，其他冲程都是依靠 飞轮惯性 来完成的。 2 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 14.3热机 本节聚焦 1. 了解热机的工作原理。 2. 知道四冲程内燃机工作时的能量转化。 3. 能领内能的利用在人类社会发展中的重要意义。 情景导入 汽车奔驰，列车飞驰，舰船劈波斩浪，飞机凌空穿云。 人们日行千里的愿望已成为现实。 车、船和飞机之所以能大展神威，就是因为有了发动机。 发动机是怎样产生机械能的？ 知识精讲 1、 热机 1. 探究内能做功过程中的能量转化 【演示实验】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能量之间转化的情况。 【实验现象】①瓶塞被冲出来；②管口附近出现“白雾”。 【实验分析】实验中的能量转化过程为： ① 酒精燃烧放出热量，酒精的化学能转化为水的内能； ②水吸热沸腾，产生大量水蒸气，水蒸气膨胀对瓶塞做功，水蒸气的内能转化为塞子的机械能。 【实验结论】利用内能可以做功。 这个实验虽然简单，却基本展示了蒸汽机的工作原理。 2. 热机 (1) 定义：利用内能做功的机械。 (2) 种类：热机的种类很多，例如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。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。 3. 内燃机： 燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。内燃机的能量转化：化学能转化为内能，内能再转化为机械能。 二、汽油机 1. 构造 （1）工作原理：利用汽油在汽缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。 （2）主要结构：由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆组成。 2. 工作过程 （1）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。 （2）多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 （3）汽油机的工作过程 重点提醒 汽油机工作冲程的判断： 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 第三步看火花塞 火花塞点燃一定是做功冲程 第四步综合分析 综合两个气门和活塞的工作情况得出结论 重点提醒 汽油机一个工作循环包括：4个冲程，活塞往复2次，飞轮转动2周，对外做功1次。在四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性带动活塞完成，周而复始，使汽油机连续转动下去。 三、柴油机 1. 主要构造：与汽油机的大致相同，不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞而是一个喷油嘴。 2.工作过程 （1）柴油机的工作过程与汽油机大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。 （2）柴油机和汽油机构造及工作过程的不同点： ①汽油机汽缸顶部有火花塞，在压缩冲程末，火花塞产生电火花，使燃料燃烧，产生高温高压的气体（俗称“点燃式”）；柴油机汽缸顶部没有火花塞，只有喷油嘴，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（俗称“压燃式”）。 ②汽油机吸气冲程吸入空气和汽油的混合物；柴油机吸入气缸内的物质只有空气。 汽油机 柴油机 不同点 结构图 吸气冲程 吸入的是空气和汽油的混合物 吸入的只有空气 压缩冲程 压缩程度较柴油机低 压缩程度高 做功冲程 火花塞点火（点燃式） 喷油嘴喷出柴油（压燃式） 相同点 排气冲程 把废气排出气缸 . 经典例题 【热机的工作原理】 1. （2024·甘肃兰州·中考真题）如图所示，用酒精灯对试管加热，等水沸腾后，可以看到蒸汽把软木塞顶跑。下列说法正确的是（　　） A．用酒精灯加热试管，水内能的增加是通过做功的方式实现的 B．蒸气把软木塞顶跑的过程，实现了内能向机械能的转化 C．蒸气把软木塞顶跑的过程，相当于汽油机的排气冲程 D．试管口出现的白雾是水汽化后形成的水蒸气 2．（2013·四川自贡·中考真题）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 3.（2024·四川广元·中考真题）1883年人类发明了汽油机。一台四冲程汽油机的一个冲程中，火花塞点火，燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体推动活塞对外做功，则该冲程（　　） A．是压缩冲程 B．气体对外做功，内能转化为机械能 C．活塞依靠飞轮的惯性而运动 D．气体对外做功，气体的内能增加 4．（2024·山东临沂·中考真题）2024年4月20日，我国研制的全球首款本体热效率达53.09%的柴油机正式亮相世界内燃机大会，刷新了柴油机热效率的世界纪录。下图所示内燃机的四个冲程，气缸内气体的内能最小的是（　　） A． B． C． D． 5．如图所示是四冲程汽油机的一个工作循环示意图，其中属于做功冲程的是 A．B． C． D． 6．如图，汽油机工作的四个冲程中，内能转化为机械能的冲程是（    ） A． B． C． D． 7．关于汽油机和柴油机描述正确的是（　　） A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞 B．柴油机在吸气冲程中，柴油和空气的混合物进入汽缸 C．做功冲程中，燃料释放的能量100%转化为机械能 D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的大部分能量 8．（请根据图1、图2和图3所示的实验，回答下列问题： （1）如图1所示，用毛皮摩擦过的橡胶棒接触验电器的金属球时，验电器的两片金属箔张开。这是因为两片金属箔均带 （选填“正”或“负”）电荷，同种电荷互相 ； （2）如图2所示，用酒精灯给试管加热，酒精燃烧将 能转化为 能，使试管内水的温度升高直至沸腾，试管内的水蒸气把软木塞崩出，将水蒸气的 能转化为塞子的 能； （3）如图3所示，在厚壁玻璃筒中放入小块硝化棉，用力迅速压下活塞，可以观察到硝化棉燃烧，这是由于活塞对密闭在玻璃筒内的 （选填“空气”或“硝化棉”）做功，使其内能 ，温度 ，使硝化棉被点燃。这个实验与图4中图 （选填“甲”或“乙”）能量转化情况相同，是汽油机四个冲程中 冲程。 【热机计算】 9．某四冲程内燃机的飞轮转速为 ，则在每秒钟内 A．曲轴转120转 B．对外做功60次 C．完成120个冲程 D．完成60个工作循环 10．下列关于四冲程内燃机的说法中正确的是（　　） A．热机效率越高，所做的有用功就越多 B．汽油机在吸气冲程中吸入汽缸的是空气 C．汽车在行驶时，内燃机把油料中的化学能全部转化成有用的机械能 D．一单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min，则1s内该汽油机活塞做功25次 实战演练 1．（2025·山东淄博·二模）如图为一位同学用自制“空气炮”进行实验时的情景：在一个空易拉罐的底部钻一个小孔，从易拉罐开口端向罐内喷适量酒精喷雾，将点燃的打火机靠近易拉罐底部的小孔，然后将一个空纸杯迅速套上，纸杯会向上飞出。以下说法正确的是（　　） A．酒精燃烧越充分，其热值越大 B．纸杯向上飞出的过程中，易拉罐对纸杯做了功 C．纸杯向上飞出的过程中，易拉罐内气体的内能减小 D．纸杯飞出过程中的能量转化，与丙图相同 2．如图所示是某小组制作的实验装置．燃料燃烧将试管中的水加热后，水蒸气从橡皮塞的小孔冲出推动风车转动，水蒸气推动风车转动过程中的能量转化与汽油机四个冲程中能量转化相同的是（　　） A． B． C． D． 3．（2021·山东菏泽·中考真题）热学知识在日常生活中有广泛的应用，下列说法正确的是（　　） A．四月的菏泽牡丹飘香，说明分子间有空隙 B．摩擦生热是通过热传递改变了物体的内能 C．热机通过压缩冲程将机械能转化为内能 D．暖气片内用水作为导热介质是因为水的沸点较高 4．下列关于内能、热量和热机的说法正确的是（　　） A．冬天跑步，身体就感觉暖和，是通过做功的方式改变身体的内能 B．夏天洒水降温是利用了水的比热容大的特点 C．柴油机在吸气冲程中吸入汽缸的是柴油和空气的混合物 D．汽油机的压缩冲程将内能转化为机械能 5．如图甲、乙、丙、丁是单缸内燃机一个工作循环有四个冲程，该内燃机工作时以下说法正确的是（　　） A．该内燃机一个工作循环有四个冲程正确的顺序是丙、甲、丁、乙 B．如图丁是压缩冲程，机械能转化为内能 C．汽油机和柴油机的吸气冲程吸入的都只是空气 D．汽油机和柴油机的构造相似，柴油机在压缩冲程中对气体的压缩程度更高 6．柴油机和汽油机在一个工作循环中的四个冲程完全相同的冲程是（　　） A．吸气、压缩 B．压缩、排气 C．吸气、压缩、排气 D．排气 7．列关于内燃机说法正确的是(      ) A．柴油机吸气冲程吸入的是柴油和空气的混合物 B．汽油机汽缸顶部有喷油嘴 C．做功冲程中内能转化为机械能 D．内燃机功率越大，效率越高 8．一台单缸四冲程柴油机飞轮的转速是3 600 r/min，则柴油机每秒钟 A．完成60个循环，120个冲程 B．做功30次，活塞往复60次 C．完成60个循环，60个冲程 D．做功1 200次，活塞往复1 200次 9．（1）图甲是一台单缸四冲程汽油机 冲程的示意图，其能量转化情况与 （选填“乙”或“丙”）图相同。 （2）汽车冷却系统用水冷却发动机，这是利用水 的特点来工作的； （3）在紧急刹车时，刹车片会发烫，这是通过 方式增加物体内能的，转化得到的内能 再转化为机械能（选填“可以”或“不可以”）。 （4）科学家设计了一款六冲程汽油机，它的构造和工作循环的前四个冲程与四冲程汽油机相似，在第四冲程结束后，再完成两个冲程。 ①第五冲程中，向汽缸内喷水，水在汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，则第五冲程为 （选填“吸气”、“压缩”、“做功”或“排气”）冲程； ②第六冲程中活塞向 运动。（选填“上”或“下”） 10．（2024·山东烟台·一模）阅读短文，回答问题： 空气的动力 空气动力是指空气与物体做相对运动时作用在物体上的力，简称气动力。当我们快速地松开鼓起来的气球时，气球会“嗖”的一下飞出去了，这时气球获得了气动力，我们再观察一个实验：如图甲所示，将一个针管的活塞推到底端，并通过一个胶管与一个吹了气的气球相连。用力挤压气球、发现活塞被顶起，这个实验说明空气作为动力对活塞做了功。 被压缩的气体压强变大，能对外做功，那么在生活中是否能将空气作为一种“能源”。变成一种推动物体前进的动力呢？经过长时间探索，人们已经成功制造出多种使用压缩空气为动力，推动叶片或者活塞运动的发动机，即叶片式，活塞式空气发动机。 图乙是某新型的以空气发动机为动力的汽车。它共有4个压缩空汽缸，总容量为90L，可储存标准大气压下的空气，其设计最高速度可达154km/h，平均每加一次气能行驶200km或10h，压缩空气动力汽车的充气方式有两种：一是使用车辆自带的空气压缩机，使用家庭电路作为电源，就可在4个小时内完成充气；二是到指定的加气站。可在短短3分钟内完成充气。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，维修成本低、操控方便、“零”排放的优点，即使因为技术不成熟导致某些缺点，在科学界引起不小的争议，但这项技术仍然具有广阔的发展空间。 根据上述材料，回答下列问题： (1)压缩空气动力汽车与汽油机汽车相比优点是 （说出一点即可）； (2)空气动力汽车工作时， 能转换为 能；与四冲程汽油机的 冲程的能量转换相同； (3)资料表明，空气发动机排出的尾气温度低于周围空气的温度，对于产生此现象的原因，请你提出合理的解释 。 学霸笔记 1.热机 (1 )热机是把燃料燃烧时释放的______能转变为______能的装置。 (2 )热机的种类较多，燃料直接在发动机______内燃烧产生动力的热机叫做内燃机，内燃机中最常见的是 ______机和______. 2.汽油机 (1)汽油机一个工作循环有四个冲程，分别为 ______冲程、______冲程、______冲程、______冲程。 (2)汽油机压缩冲程中______能转化为______能，做功冲程中______能转化为______能。 3.柴油机 (1)柴油机气缸顶部是______，______式点火，吸气冲程吸入的只有______ 。 (2)汽油机气缸顶部是______，______ 式点火，吸气冲程吸入的是 ________________________ 。 3汽油机柴油机对比 （1）在汽油机的一个工作循环中，活塞往复运动______次，曲轴转动两周，气缸内的燃油燃烧爆发______次，对外做功______次。 （2）工作效率不同，柴油机工作效率 ______，汽油机工作效率______。 （3）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，其他冲程都是依靠_______来完成的。 2 1 学科网（北京）股份有限公司 $