14.2 热机 导学案-2025-2026学年物理人教版九年级上册

　　　　　　　　　　　　　第2节　热机 1．知道热机的概念，了解四冲程热机的构造和工作原理。 2．(重点)认识热机四冲程工作过程中的能量转化；能识别热机四冲程。 3．(重难点)在探究四冲程内燃机工作原理时，通过观察工作示意图、分析每个冲程的能量转化，能更清晰地理解热机是如何将燃料的内能转化为机械能的，从而对热机的工作过程有更直观、深刻的认识。 4．了解汽油机和柴油机的异同，体会内能的利用对人类发展的重要作用。 1．热机 热机是利用内能做功的机械。蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等都是热机。 燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫作内燃机。内燃机分为汽油机和柴油机两大类。 2．汽油机 汽油机的构造：由进气门、排气门、火花塞、气缸、活塞、连杆、曲轴等组成的。 活塞在气缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。多数汽油机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的。 3．柴油机 柴油机的构造和汽油机相似，但是柴油机通过压缩空气直接点燃柴油，因此柴油机气缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。柴油机吸气冲程中吸进气缸的只有空气。 重难突破 1．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)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。下图是四冲程汽油机的工作示意图。 ①吸气冲程(图甲)：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动。②压缩冲程(图乙)：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动。此冲程将机械能转化为内能。③做功冲程(图丙)：进气门和排气门都关闭，活塞向下运动。此冲程将内能转化为机械能。④排气冲程(图丁)：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动。 (3)汽油机每完成一个工作循环，曲轴和飞轮均转动两周，活塞往返两次，对外做功一次。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上下运动，周而复始，使汽油机连续转动下去。 【典例1】汽油机有四个工作冲程，如图所示是汽油机的________冲程，活塞上升时，气缸内气体的内能________(选填“减少”或“增加”)，________能转化为________能。这台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1 200 r/min，则汽油机每秒钟对外做功________次。 解析　从图中可以看出进气门和排气门都是关闭的，活塞向上运动，所以是压缩冲程。压缩冲程活塞向上运动，压缩气体，使气体的体积减小，温度升高，机械能转化为内能。内燃机的一个工作循环曲轴转动两周，对外做功一次。汽油机的飞轮转速是1 200 r/min＝＝＝20 r/s，汽油机每秒钟对外做功的次数为＝10。 答案　压缩　增加　机械　内　10 2．柴油机 (1)工作原理：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。 (2)柴油机的构造：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。 (3)工作过程：柴油机的工作过程与汽油机大致相同。 (4)柴油机和汽油机的不同点。 ①构造不同：汽油机气缸顶部有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。 ②燃料不同：汽油机燃烧汽油，而柴油机燃烧柴油。 ③吸气冲程不同：汽油机吸进汽油和空气的混合物，柴油机只吸进空气。 ④点火方式不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。 【典例2】关于热机，下列说法正确的是(　　) A．汽油机气缸顶部有喷油嘴，柴油机气缸顶部有火花塞 B．汽油机在吸气冲程中，将空气吸入气缸 C．热机是利用内能做功的装置，可将内能转化为机械能 D．一般情况下汽油机的压缩比大于柴油机，可输出更大的功率 解析　汽油机是点燃式，气缸顶部有火花塞，柴油机吸气冲程吸入的是空气，燃料通过喷油嘴喷入气缸内，气缸顶部有喷油嘴，故A错误；汽油机在吸气冲程中，将汽油和空气的混合物吸入气缸，故B错误；热机是利用内能做功的装置，燃料燃烧产生高温高压的气体，推动活塞做功，可将内能转化为机械能，故C正确；一般情况下柴油机的压缩比大于汽油机，其输出功率也更大，故D错误。故选C。 答案　C 随堂练习 知识点一　热机 1．热机是利用________能做功的机械。热机的种类有蒸汽机、________、汽轮机、____________等。 【答案】内　内燃机　喷气发动机 2．下列交通工具没有利用热机的是(　D　) A．喷气式飞机 B．燃油汽车 C．越野摩托车 D．山地自行车 知识点二　汽油机 3．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一个工作循环示意图，下列说法正确的是(　A　) 　　　 A．汽油机在图丙冲程能获得动力 B．图丙冲程中没有能量的转化 C．图丁冲程中将内能转化为机械能 D．在一个工作循环过程正确顺序是：乙、甲、丁、丙 【解析】丙冲程，气门都关闭，活塞向下运动，气缸容积增大，是做功冲程，将内能转化为机械能，为汽油机提供动力，A正确，B错误；丁冲程，排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，该冲程排出废气，带走大部分热量，没有能量的转化，C错误；甲冲程，进气门打开，活塞向下运动，气缸容积增大，是吸气冲程，乙冲程，气门都关闭，活塞向上运动，气缸容积减小，是压缩冲程，故在一个工作循环过程正确顺序是：甲、乙、丙、丁，D错误。故选A。 知识点三　柴油机 4．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________机。 (2)它表示的是________冲程。 (3)在这个冲程中____________能转化为________能。 (4)完成这一冲程，曲轴和飞轮转________转。 【答案】(1)柴油　(2)压缩　(3)机械　内　(4)半 5．如图所示的内燃机它正处在________冲程，若其上方安装有喷油嘴，那么该内燃机应该是________(选填“汽油”或“柴油”)机；已知内燃机的转速为600 r/min，它1秒钟对外做功________次。 【答案】吸气　柴油　5 基础巩固 1．如图所示为汽油机工作过程的示意图，其中表示做功冲程的是(　B　) 2．如图所示是四冲程汽油机工作过程中的某一冲程的示意图。关于这一冲程，下列说法正确的是(　B　) A．这是吸气冲程，气缸内吸进混合气体 B．这是压缩冲程，把机械能转化为内能 C．这是做功冲程，把内能转化为机械能 D．这是排气冲程，排出气缸中的废气 3．如图所示是一个四冲程柴油机的剖面图，关于柴油机和汽油机工作的相关说法正确的是(　B　) A．柴油机和汽油机的吸气冲程吸进的都是空气 B．除了做功冲程外，其余冲程都需要依靠惯性完成 C．柴油机顶部的喷油嘴可以替换成火花塞 D．柴油机和汽油机气缸内的燃料都是点燃的 4．在实际使用的场景中，汽油机与柴油机不相同，通常在一些重载汽车、大型轮船上使用________(选填“柴油机”或“汽油机”)，因为该内燃机的冲程行程长，压缩程度大，需要更________的体积和结构强度。 【答案】柴油机　大 5．(2024·黑龙江鸡西)汽油机将内能转化为机械能的是________冲程。某单缸四冲程汽油机飞轮转速是2 400 r/min，则此汽油机每秒对外做功________次。 【答案】做功　20 能力达标 6．古代的人们曾发明一种活塞式点火器，如图所示，以牛角作套筒，木质推杆前端黏附艾绒。取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，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(　B　) A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【解析】封闭的气体被推杆压缩过程中，活塞对气体做功，气体内能增加，是机械能转化为内能，汽油机的压缩冲程是机械能转化为内能的冲程，与上述能量转化相同，故B符合题意，A、C、D不符合题意。故选B。 7．水壶中的水烧开后，壶盖会向上跳动，以下四个事例中能量转化与之相同的是(　A　) 按动电火花发生器按钮，盒盖飞出 活塞迅速下压棉花燃烧 甲 乙 汽油机做功冲程 汽油机压缩冲程 丙 丁 A．甲、丙 B．甲、丁 C．乙、丙 D．乙、丁 8．某热机的其中一个冲程如图所示。由图可知，该热机是________(选填“汽油机”或“柴油机”)。若该内燃机一个工作循环对外做功40 J，则燃料完全燃烧所放出的热量一定________(选填“大于”“等于”或“小于”)40 J。该热机飞轮的转速为3 000 r/min，则每秒对外做功________次。 【答案】汽油机　大于　25 【解析】由题图可知，内燃机的顶端是火花塞，所以该内燃机是汽油机。热机在工作过程中，排放废气等会带走大量的热量，所以内燃机一个工作循环对外做功40 J，则燃料完全燃烧所放出的热量没有全部转化为机械能，因此一定大于40 J。该热机飞轮的转速为3 000 r/min，则每秒飞轮转50 r，由于飞轮每转两圈对外做一次功，因此每秒做功25次。 学科网（北京）股份有限公司 $ 　　　　　　　　　　　　　14.2　热机 1．热机 热机是利用内能做功的机械。蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等都是热机。 燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫作内燃机。内燃机分为汽油机和柴油机两大类。 2．汽油机 汽油机的构造：由进气门、排气门、火花塞、气缸、活塞、连杆、曲轴等组成的。 活塞在气缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。多数汽油机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的。 3．柴油机 柴油机的构造和汽油机相似，但是柴油机通过压缩空气直接点燃柴油，因此柴油机气缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。柴油机吸气冲程中吸进气缸的只有空气。 重难突破 1．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)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。下图是四冲程汽油机的工作示意图。 ①吸气冲程(图甲)：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动。②压缩冲程(图乙)：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动。此冲程将机械能转化为内能。③做功冲程(图丙)：进气门和排气门都关闭，活塞向下运动。此冲程将内能转化为机械能。④排气冲程(图丁)：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动。 (3)汽油机每完成一个工作循环，曲轴和飞轮均转动两周，活塞往返两次，对外做功一次。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上下运动，周而复始，使汽油机连续转动下去。 【典例1】汽油机有四个工作冲程，如图所示是汽油机的________冲程，活塞上升时，气缸内气体的内能________(选填“减少”或“增加”)，________能转化为________能。这台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1 200 r/min，则汽油机每秒钟对外做功________次。 2．柴油机 (1)工作原理：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。 (2)柴油机的构造：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。 (3)工作过程：柴油机的工作过程与汽油机大致相同。 (4)柴油机和汽油机的不同点。 ①构造不同：汽油机气缸顶部有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。 ②燃料不同：汽油机燃烧汽油，而柴油机燃烧柴油。 ③吸气冲程不同：汽油机吸进汽油和空气的混合物，柴油机只吸进空气。 ④点火方式不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。 【典例2】关于热机，下列说法正确的是(　　) A．汽油机气缸顶部有喷油嘴，柴油机气缸顶部有火花塞 B．汽油机在吸气冲程中，将空气吸入气缸 C．热机是利用内能做功的装置，可将内能转化为机械能 D．一般情况下汽油机的压缩比大于柴油机，可输出更大的功率 随堂练习 知识点一　热机 1．热机是利用________能做功的机械。热机的种类有蒸汽机、________、汽轮机、____________等。 2．下列交通工具没有利用热机的是(　 　) A．喷气式飞机 B．燃油汽车 C．越野摩托车 D．山地自行车 知识点二　汽油机 3．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一个工作循环示意图，下列说法正确的是(　 　) 　　　 A．汽油机在图丙冲程能获得动力 B．图丙冲程中没有能量的转化 C．图丁冲程中将内能转化为机械能 D．在一个工作循环过程正确顺序是：乙、甲、丁、丙 知识点三　柴油机 4．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________机。 (2)它表示的是________冲程。 (3)在这个冲程中____________能转化为________能。 (4)完成这一冲程，曲轴和飞轮转________转。 5．如图所示的内燃机它正处在________冲程，若其上方安装有喷油嘴，那么该内燃机应该是________(选填“汽油”或“柴油”)机；已知内燃机的转速为600 r/min，它1秒钟对外做功________次。 基础巩固 1．如图所示为汽油机工作过程的示意图，其中表示做功冲程的是(　　) 2．如图所示是四冲程汽油机工作过程中的某一冲程的示意图。关于这一冲程，下列说法正确的是( 　) A．这是吸气冲程，气缸内吸进混合气体 B．这是压缩冲程，把机械能转化为内能 C．这是做功冲程，把内能转化为机械能 D．这是排气冲程，排出气缸中的废气 3．如图所示是一个四冲程柴油机的剖面图，关于柴油机和汽油机工作的相关说法正确的是(　 　) A．柴油机和汽油机的吸气冲程吸进的都是空气 B．除了做功冲程外，其余冲程都需要依靠惯性完成 C．柴油机顶部的喷油嘴可以替换成火花塞 D．柴油机和汽油机气缸内的燃料都是点燃的 4．在实际使用的场景中，汽油机与柴油机不相同，通常在一些重载汽车、大型轮船上使用________(选填“柴油机”或“汽油机”)，因为该内燃机的冲程行程长，压缩程度大，需要更________的体积和结构强度。 5．(2024·黑龙江鸡西)汽油机将内能转化为机械能的是________冲程。某单缸四冲程汽油机飞轮转速是2 400 r/min，则此汽油机每秒对外做功________次。 能力达标 6．古代的人们曾发明一种活塞式点火器，如图所示，以牛角作套筒，木质推杆前端黏附艾绒。取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，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 7．水壶中的水烧开后，壶盖会向上跳动，以下四个事例中能量转化与之相同的是(　　) 按动电火花发生器按钮，盒盖飞出 活塞迅速下压棉花燃烧 甲 乙 汽油机做功冲程 汽油机压缩冲程 丙 丁 A．甲、丙 B．甲、丁 C．乙、丙 D．乙、丁 8．某热机的其中一个冲程如图所示。由图可知，该热机是________(选填“汽油机”或“柴油机”)。若该内燃机一个工作循环对外做功40 J，则燃料完全燃烧所放出的热量一定________(选填“大于”“等于”或“小于”)40 J。该热机飞轮的转速为3 000 r/min，则每秒对外做功________次。 学科网（北京）股份有限公司 $