第03讲 热机及其工作原理（暑假预习讲义）新九年级物理新教材沪科版（五四学制）

第03讲 热机及其工作原理 内容导航 01 预习航标→ 析目标·明方向：预习导航精准定向 02 教材全解 → 析教材·学新知：情境概念深度构 情境启思：从生活或问题出发，激发兴趣 概念构建：梳理核心概念，形成知识框架 考点精讲：聚焦常考要点，讲清逻辑 例题精析：典型题目带路，学会解题思路 即练固基：趁热打铁练一练，巩固刚学内容 03过关检测 → 练考点·强落实：过关检测分层提 关键词 学习目标导航 热机 做功 热传递 1. 通过热机模拟实验，建立热机基本概念，了解热机的基本工作原理。 2. 通过剖析四冲程汽油机结构及工作过程，进一步理解热机的基本原理，掌握热机的具体工作过程及特征，了解热机的分类。 3. 通过“STSE”介绍火箭发动机，拓展热机的种类，巩固热机的概念。 学习重点：四冲程汽油机的工作过程。 学习难点：四冲程汽油机的工作过程。 情｜境｜启｜思 汽车是现代生活中常用的交通工具。发动机是汽车的核心部件（图10-3-1），为汽车提供强劲的动力。这个动力从何而来？ 概｜念｜构｜建 1. 热机的概念： （1）我们把利用燃料燃烧释放的能量做功的机械叫做热机。 （2）热机工作原理：热机自高温物体处吸收热量，其中一部分用来对外做功，另一部分流向低温物体。因此热机是将内能转化为机械能的机械。 （3）热机的分类：热机的种类较多，按照燃料燃烧场所的差异，热机可分为外燃机和内燃机两种。 ①外燃机：燃料在发动机外的锅炉内燃烧并产生动力的热机叫做外燃机，蒸汽机就是最早的外燃机，它利用燃料加热锅炉中的水产生高压水蒸气，高压水蒸气推动活塞对外做功。 ②内燃机：燃料直接在发动机内的气缸中燃烧并产生动力的热机叫做内燃机，现代社会中大部分交通工具的发动机都是内燃机。 最常见的内燃机是汽油机和柴油机，它们分别用汽油和柴油作为燃料。 2. 汽油机 （1）主要结构：主要由气缸、活塞、火花塞、进气门、排气门、 曲轴和连杆组成。 （2）工作过程 汽油机工作时，活塞在气缸内做往复运动，图10-3-5是汽油机工作过程示意图。 3. 柴油机 （1）结构：柴油机的结构与汽油机相似，图10-3-6为柴油机的结构示意图，由于柴油机通过压缩空气直接点燃柴油，气缸顶部的火花塞换成了喷油嘴。 （2）工作过程：柴油机的工作循环过程也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。吸气冲程中只有空气进入气 缸。压缩冲程使气缸内的空气温度升高。压缩结束时，气缸内温度超过柴油燃点，此时，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即燃烧起来。做功冲程中气缸内气体的压强、温度急剧增大，从而有力地推动活塞对外做功。 （3）特点：与汽油机相比，柴油机的零件结构强度更高， 也更笨重，但柴油机油耗低、功率大，因此多用于 载重汽车、坦克、轮船及小型发电机。 4. 火箭发动机 火箭发动机是一种新型的热机。由于要在缺氧的高空中工作、火箭发动机与大多数普通热机不同，必须自带氧化剂（如液氧）。燃料和氧化剂在燃烧室内燃烧，产生高温高压燃气，燃气通过喷口向后喷出推动火箭前进。 深｜研｜精｜炼 知识点01 热机 1. 探究热机工作原理 【自主活动】如图10-3-2所示，将适量水注入试管并用橡胶塞塞住试管口。用酒精灯加热试管，直至橡胶塞被“顶出”试管口。讨论并交流橡胶塞被“顶出”试管口的原因。 【分析】在上述实验中，酒精燃烧放出的热量，使水蒸气受热膨胀对橡胶塞做功，使橡胶塞被“顶出”试管口。上述实验可以用来简单模拟热机产生动力的过程。 2. 热机：我们把利用燃料燃烧释放的能量做功的机械叫做热机。 3. 热机工作原理：图10-3-3为热机工作原理的示意图，热机自高温物体处吸收热量，其中一部分用来对外做功，另一部分流向低温物体。因此热机是将内能转化为机械能的机械。 4. 热机的分类 热机的种类较多，按照燃料燃烧场所的差异，热机可分为外燃机和内燃机两种。 （1）外燃机：燃料在发动机外的锅炉内燃烧并产生动力的热机叫做外燃机，蒸汽机就是最早的外燃机，它利用燃料加热锅炉中的水产生高压水蒸气，高压水蒸气推动活塞对外做功。 （2）内燃机：燃料直接在发动机内的气缸中燃烧并产生动力的热机叫做内燃机，现代社会中大部分交通工具的发动机都是内燃机。 【例1】热机工作时，内能被转化为（　　） A．核能 B．电能 C．机械能 D．化学能 【答案】C 【详解】热机是通过燃料燃烧获取内能并转化为机械能的装置。故ABD错误，C正确，符合题意。 故选C。 【探究归纳】 1. 判断汽油机工作的冲程 2. 内燃机“两冲程”的能量转化 （1）将机械能转化为内能的是压缩冲程； （2）将内能转化为机械能的是做功冲程； （3）只有做功冲程对外做功，其他三个冲程均依靠飞轮惯性完成。 【即练1】下列设备不属于热机的是（    ） A．洗衣机 B．汽油机 C．柴油机 D．蒸汽机 【答案】A 【详解】汽油机、柴油机、蒸汽机都是燃料燃烧产生的内能最终转化为机械能，都属于热机，而洗衣机是将电能转化为机械能，不属于热机。故选A。 【即练2】热机是各种将燃气或蒸汽的__________能转化为_________能的发动机，汽油机和柴油机统称为__________。 【答案】 内 机械 内燃机 【详解】各种将燃气或蒸汽的内能转化为机械能的发动机被称为热机。 汽油机和柴油机都是燃料在汽缸内燃烧，统称为内燃机。 知识点02 汽油机与柴油机 最常见的内燃机是汽油机和柴油机，它们分别用汽油和柴油作为燃料。 1. 汽油机 （1）主要结构：主要由气缸、活塞、火花塞、进气门、排气门、 曲轴和连杆组成。 （2）工作过程 汽油机工作时，活塞在气缸内做往复运动，图10-3-5是汽油机工作过程示意图。 ①冲程：活塞做一次单向运动的过程称为一个冲程。 ②四个冲程：汽油机的一个工作循环过程包括四个冲程，分别 是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。完成一个工作循环，活塞往复运动2次，飞轮转动2周，对外做功1次。 2. 柴油机 （1）结构：柴油机的结构与汽油机相似，图10-3-6为柴油机的结构示意图，由于柴油机通过压缩空气直接点燃柴油，气缸顶部的火花塞换成了喷油嘴。 （2）工作过程：柴油机的工作循环过程也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。吸气冲程中只有空气进入气缸。压缩冲程使气缸内的空气温度升高。压缩结束时，气缸内温度超过柴油燃点，此时，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即燃烧起来。做功冲程中气缸内气体的压强、温度急剧增大，从而有力地推动活塞对外做功。 （3）特点：与汽油机相比，柴油机的零件结构强度更高，也更笨重，但柴油机油耗低、功率大，因此多用于载重汽车、坦克、轮船及小型发电机。 4. 火箭发动机 火箭发动机（图10-3-7）是一种新型的热机。由于要在缺氧的高空中工作、火箭发动机与大多数普通热机不同，必须自带氧化剂（如液氧）。燃料和氧化剂在燃烧室内燃烧，产生高温高压燃气，燃气通过喷口向后喷出推动火箭前进。 “长征”系列运载火箭（图10-3-8）是我国自行研制的航天运载工具，有力支撑了以“中国载人航天工程”“北斗卫星导航系统”和“中国探月工程”为代表的国家重大工程的成功实施，为我国航天事业的发展提供了强有力的保障。 【例1】下图为四冲程内燃机的工作示意图，下列说法正确的是（　　） A．在一个工作循环中的工作冲程依次是丁、丙、甲、乙 B．依靠曲轴的惯性完成的冲程是甲、乙、丁 C．甲冲程能获得动力 D．丁冲程的能量转化是内能转化为机械能 【答案】C 【详解】A．题图甲进气门和排气门都关闭，活塞向下运动，火花塞点火，该冲程是做功冲程。题图乙进气门打开排气门关闭，活塞向下运动，汽缸吸入汽油和空气的混合气，该冲程是吸气冲程。题图丙进气门关闭排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸，该冲程是排气冲程。题图丁进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，该冲程是压缩冲程。故一个工作循环中的工作冲程依次是乙、丁、甲、丙，故A错误； B．在四个冲程中，只有做功冲程是主动进行的，其他三个冲程为辅助冲程，不能主动进行，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成动作，即乙、丙、丁，故B错误； C．做功冲程中，火花塞点火引燃燃料，高温、高压的燃气推动活塞对外做功，通过连杆和曲轴带动飞轮和机械转动，此时获得动力，故C正确； D．压缩冲程活塞向上运动，压缩汽油和空气的混合气使其压强增大，温度升高，该过程的能量转化是机械能转化为内能，故D错误。 故选C。 【探究归纳】转数与做功次数和工作循环个数的关系 做功冲程中燃气对活塞的平均压力F=pS； 一个做功冲程中燃气对活塞做的功W=Fs； 汽油机的功率P=W/t。 【即练1】如图所示，汽油机在该冲程过程中，将_______能转化为_____能．一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1200r／min，则汽油机每秒钟完成_____个冲程，汽油机每秒钟对外做功___次。 【答案】 内 机械 40 10 【详解】由图可以看出，进气门关闭，排气门关闭，火花塞点火，活塞向下运动，故为做功冲程，此过程将内能转化为机械能。 由题意可知，汽油机的飞轮转速是1200r/min，即每秒钟转20圈，完成40个冲程，做功10次。 【即练2】为了更好地理解热机工作原理，晓华利用如图1所示的实验装置进行了实验，实验中通过________（选填“做功”或“热传递”）的方式使试管内水和水蒸气的内能不断增加，水沸腾后，盖在试管口上的塞子会受到水蒸气的压力而冲出，水蒸气的内能转化为塞子的________能，此过程的能量转化情况与四冲程汽油机的________冲程相似，是图2中的________（选填“甲”或“乙”）冲程。 【答案】 热传递 机械 做功 乙 【详解】实验中，试管从火焰处吸收热量传给水，使试管内水和水蒸气的内能不断增加，这是通过热传递的方式实现的。 水沸腾后，水蒸气越来越大，当压强达到一定程度时，将试管口上的塞子喷出，水蒸气对塞子做功，内能减小，水蒸气的内能转化为塞子的机械能。 在四冲程汽油机的做功冲程中，燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，故此过程的能量转化情况与四冲程汽油机的做功冲程相似。 甲图中，进气门、排气门都关闭，活塞向上移动，是压缩冲程； 乙图中，进气门、排气门都关闭，活塞向下移动，是做功冲程，故是图2中的乙冲程。 1．汽车上的热机工作时，使汽车获得动力的冲程是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】C 【详解】热机的四个冲程分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 吸气冲程：吸入燃料和空气的混合物（汽油机）或空气（柴油机），没有能量转化，也不提供动力。 压缩冲程：活塞压缩气体，机械能转化为内能，为做功冲程做准备，不提供动力。 做功冲程：燃料燃烧产生高温高压气体，推动活塞做功，内能转化为机械能，使汽车获得动力。 排气冲程：排出废气，没有能量转化，也不提供动力。 综上所述，使汽车获得动力的冲程是做功冲程，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 2．关于图所示的某单缸四冲程汽油机的工作过程，下列说法正确的是（　　） A．依靠飞轮惯性完成冲程的是①②③ B．在一个工作循环中，工作过程依次是③④①② C．①中能量的转化是内能转化为机械能 D．④中气缸内气体温度会下降 【答案】C 【详解】AB．由图可知②中进气门开，活塞向下是吸气冲程，④两气门关闭，活塞向上是压缩冲程，①两气门关闭，活塞向下是做功冲程，③排气门开，活塞向上是排气冲程，在一个工作循环中，工作过程依次是②④①③，其中②③④三个冲程依靠飞轮的惯性来完成。故AB错误； C．①两气门关闭，活塞向下是做功冲程，其将内能转化为机械能，带动机械运动，故C正确； D．④两气门关闭，活塞向上是压缩冲程，活塞的机械能转化为混合气体的内能，混合气体温度会升高，故D错误。 故选C。 3．检修汽车发动机时，师傅拍摄了某一冲程工作的示意图，如图所示，关于该冲程的名称及其能量转化，下列说法中正确的是（ ） A．做功冲程，机械能转化为内能 B．做功冲程，内能转化为机械能 C．压缩冲程，内能转化为机械能 D．压缩冲程，机械能转化为内能 【答案】D 【详解】进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，气体被压缩，为压缩冲程，此冲程机械能转化为内能。故选D。 4．内燃机是现代交通运输工具的动力源，四种交通运输工具中，适合使用汽油机来提供动力的是（　　） A．载重汽车 B．内燃机车 C．小轿车 D．轮船 【答案】C 【详解】小轿车是消耗汽油的，发动机一般使用汽油机作为动力装置；载重汽车、轮船和内燃机车都是消耗柴油的，柴油机提供的动力大，一般使用柴油机作为动力装置，故C符合题意，ABD不符合题意。故选 C。 5．关于汽油机和柴油机的区别，下列说法错误的是（　　） A．汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴 B．汽油机用压燃式点火，柴油机用点燃式点火 C．吸气冲程中，汽油机吸入汽油和空气混合物，柴油机只吸入空气 D．小汽车、摩托车通常用汽油机做发动机；卡车、挖掘机用柴油机做发动机 【答案】B 【详解】A．汽油机汽缸顶部有火花塞，柴油机汽缸顶部有喷油嘴，故A正确； B．柴油机与汽油机采用的点火方式不同，柴油机采用压燃式，汽油机采用点燃式，故B错误； C．在热机的吸气冲程中，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，故C正确； D．柴油机一般用于大型机械，例如卡车、挖掘机；汽油机用于小型机械，例如小汽车、摩托车，故D正确。 故选B。 6．如图（a）所示，水沸腾后，盖在试管口上的塞子会受到水蒸气的压力而冲出，此过程中，水蒸气的内能转化为塞子的_______能。图（b）所示为四冲程汽油机的_______冲程，其顶部中间的这一部件叫做________，这一冲程的能量转化情况与图（a）中情况______（选填“相同”或“不同”）。 【答案】 机械 压缩 火花塞 不同 【详解】图a中，水吸热迅速的汽化，形成大量的水蒸气，水蒸气对塞子做功，木塞冲出，将水蒸气的内能转化为木塞的机械能。 图b中，两个气门关闭，活塞向上运动，所以是压缩冲程；在汽油机顶部的物件是火花塞；在汽油机的压缩冲程中，压缩气体时对气体做功，气体的内能增大，气体的温度升高，是机械能转化为内能；这一能量转化与图a中情况不同。 7. 从牛顿提出蒸汽机模型，到瓦特将之变为现实，到后来的内燃机，热机的发展历程倾注了无数科学家的努力。 （1）如图1所示，水蒸气使叶轮转动，实现了________能转化为________能，该过程相当于内燃机四冲程中的___________冲程； （2）请将图2中的内燃机四冲程工作流程排序：___________（填字母顺序）； （3）某汽油机飞轮每分钟转3600圈，则该汽油机每秒对外做功______次。 【答案】（1）内；机械；做功；（2）ABDC；（3）30 【详解】（1）由图可知，从玻璃管口喷出的水蒸气驱动叶轮转动，水蒸气会对叶轮做功，将水蒸气的内能转化为风车的机械能；此过程与四冲程内燃机的做功冲程类似，因为内燃机的做功冲程中也是内能转化为机械能。 （2）图A进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，为吸气冲程；图B进气门和排气门关闭，活塞向上运动，为压缩冲程；图C进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，为排气冲程；图D进气门和排气门关闭，活塞向下，火花塞点火，为做功冲程；所以图2中的内燃机四冲程工作流程排序为ABDC。 （3）四冲程汽油机一个工作循环完成四个冲程、飞轮转2圈，对外做功一次。某汽油机飞轮每分钟转3600圈，则该汽油机每秒转60圈。所以每秒钟对外做功30次。 8. 如图所示，是四冲程汽油机工作时的其中两个冲程示意图。获得动力的冲程对应的图序号是________。图丁的冲程，是________能转化为________能。若该汽油机每1秒钟对外做功15次，那么该汽油机飞轮的转速为________r/min。 【答案】 乙 机械 内 1800 【详解】图甲进气门开启，排气门关闭，活塞下行，是吸气冲程；图乙火花塞点燃，活塞下行，气缸容积变大，是做功冲程，燃料的内能转化为机械能；图丙进气门关闭，排气门开启，活塞上行，是排气冲程；图丁两气门都关闭，活塞上行，气缸容积变小，是压缩冲程，机械能转化为内能；故获得动力的冲程是做功冲程，对应的图序号是乙。 汽油机的飞轮每转动2圈，对外做功1次，若该汽油机每1秒钟对外做功15次，那么该汽油机飞轮的转速为30r/s=1800r/min。 9. 冬天人们常用热水袋取暖，主要是利用______改变物体内能。如图是某台汽油机工作的四个冲程（顺序已打乱），其中将内能转化为机械能的冲程是______，（用字母表示）请按一个工作循环的过程，将四个图重新排序______。（用字母表示） 【答案】 热传递 D BADC 【详解】人们用热水袋取暖时，人体从热水中吸收热量，使人体的内能增加、温度升高，这是通过热传递的方式改变人体的内能。 汽油机的一个工作循环，包括4个冲程，依次是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。图A中，两个气门都关闭，活塞向上运动，所以是压缩冲程；图B中，进气门打开、排气门关闭，活塞向下运动，因此是吸气冲程；图C中，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，因此是排气冲程；图D中，两气门都关闭，火花塞点火，将汽缸内的混合气体点燃，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，将内能转化为机械能，此冲程是做功冲程。按一个工作循环的过程，将四个图重新排序的顺序是BADC。 10. 如图所示的“喷气小船”中，易拉罐中的水吸收热量后从____态变成____态（均填写物态），水蒸气从小孔中冲出时，相当于热机中的____冲程，这一过程中水蒸气的内能____（填涂“变大”“变小”或“不变”），而热机的能量来源是在吸气冲程吸入的____（选填字母）。 A．空气    B．汽油或柴油    C．燃油和空气的混合物 【答案】 液 气 做功 变小 C 【详解】易拉罐中的水吸收热量，由液态变成气态，发生汽化现象。 水蒸气从小孔中冲出时，水蒸气对周围物体做功，内能转化为机械能，这相当于热机的做功冲程。 因为水蒸气对外做功，所以它的内能变小。 热机分为汽油机和柴油机，汽油机在吸气冲程中吸入的是燃油和空气的混合物，柴油机在吸气冲程中吸入的是空气，热机的能量来源是燃料燃烧释放的内能。综上所述，故选C。 11. 汽车是现代生活中常用的交通工具。 （1）以下机械中，属于热机的有___________。 A．洗衣机 B．蒸汽机 C．电视机 D．柴油机 E．电动机 （2）如图是汽油机工作的_________冲程，气缸内的汽油和空气的混合气体处于_____（选填“a”或“b”）位置内，此冲程是通过______的方式改变混合气体的内能。使汽车获得动力的是_____冲程。 【答案】（1）BD；（2）压缩；a；压缩气体做功；做功 【详解】（1）热机是将燃料燃烧产生的内能转化为机械能的装置。洗衣机：靠电动机驱动，将电能转化为机械能，不是热机；蒸汽机：燃烧燃料将内能转化为机械能，属于热机；电视机：将电能转化为光能、声能等，不是热机；柴油机：燃烧柴油将内能转化为机械能，属于热机；电动机：将电能转化为机械能，不是热机。故BD正确，ACE错误。 故选BD。 （2）由图可知，气门都关闭，活塞向上运动，故可以判断这个冲程是压缩冲程；a是气缸，b是飞轮，汽油机工作时，吸入气缸内的汽油和空气的混合气体处于a位置内；压缩冲程是通过压缩气体做功将机械能转化为内能，此冲程中混合气体的内能增加。 热机的四个冲程中，只有做功冲程对外做功，将内能转化为机械能，则使汽车获得动力的是做功冲程。 12. 如图所示是简单的热机工作模拟实验：用酒精灯加热试管中的水，一段时间后橡胶塞被“顶出”。 （1）该实验中，水蒸气膨胀对橡胶塞________，内能转化为橡胶塞的________能，这个过程与四冲程汽油机的________（选填图中编号）冲程能量转化相同。 A B C D （2）关于温度、热量、内能，下列说法正确的是（　　） A．物体的温度越高，含有的热量就越多 B．物体的内能增加，温度一定升高 C．物体温度升高，一定吸收了热量 D．两个内能相同的物体相互接触时，也可能发生热传递 （3）一台单缸四冲程柴油机飞轮的转速是3600r/min，下列说法正确的是（　　） A．每秒对外做功60次 B．对外做功越快，柴油机效率越高 C．每秒有120个冲程 D．每秒活塞往复60次 【答案】(1) 做功；机械；C；(2)D；(3)CD 【详解】（1）实验中，橡胶塞被“顶出”时，水蒸气膨胀对橡胶塞做功，将水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能。 A．图中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，没有能量转化，故A不符合题意； B．图中进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能，故B不符合题意； C．图中进气门和排气门都关闭，活塞向下运动，是做功冲程，将内能转化为机械能，故C符合题意； D．图中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，没有能量转化，故D不符合题意。 故选C。 （2）A．热量是过程量，只能说放出热量，或吸收热量，不能说含有的热量，故A错误； B．物体的内能增加，温度不一定升高，如晶体熔化过程中，不断吸收热量，内能增大，温度保持不变，故B错误； C．物体温度升高，则内能增大了，可能是吸收了热量，也可能是外界对物体做了功，故C错误； D．内能的影响因素有温度、质量等，所以两个内能相同的物体，温度可能不相等，则相互接触时，可能会发生热传递，故D正确。 故选D。 （3）ACD．一台单缸四冲程柴油机飞轮的转速是3600r/min，合60r/s，由于单缸四冲程柴油机的一个工作循环，完成4个冲程，飞轮转2r，活塞往复2次，对外做1次功，所以柴油机每秒有120个冲程，活塞往复60次，对外做功30次，故A错误，CD正确； B．柴油机对外做功越快，柴油机的功率越大，功率大小不影响柴油机的效率，故B错误。 故选CD。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第03讲 热机及其工作原理 内容导航 01 预习航标→ 析目标·明方向：预习导航精准定向 02 教材全解 → 析教材·学新知：情境概念深度构 情境启思：从生活或问题出发，激发兴趣 概念构建：梳理核心概念，形成知识框架 考点精讲：聚焦常考要点，讲清逻辑 例题精析：典型题目带路，学会解题思路 即练固基：趁热打铁练一练，巩固刚学内容 03过关检测 → 练考点·强落实：过关检测分层提 关键词 学习目标导航 热机 做功 热传递 1. 通过热机模拟实验，建立热机基本概念，了解热机的基本工作原理。 2. 通过剖析四冲程汽油机结构及工作过程，进一步理解热机的基本原理，掌握热机的具体工作过程及特征，了解热机的分类。 3. 通过“STSE”介绍火箭发动机，拓展热机的种类，巩固热机的概念。 学习重点：四冲程汽油机的工作过程。 学习难点：四冲程汽油机的工作过程。 情｜境｜启｜思 汽车是现代生活中常用的交通工具。发动机是汽车的核心部件（图10-3-1），为汽车提供强劲的动力。这个动力从何而来？ 概｜念｜构｜建 1. 热机的概念： （1）我们把利用燃料燃烧释放的能量做功的机械叫做热机。 （2）热机工作原理：热机自高温物体处吸收热量，其中一部分用来对外做功，另一部分流向低温物体。因此热机是将内能转化为机械能的机械。 （3）热机的分类：热机的种类较多，按照燃料燃烧场所的差异，热机可分为外燃机和内燃机两种。 ①外燃机：燃料在发动机外的锅炉内燃烧并产生动力的热机叫做外燃机，蒸汽机就是最早的外燃机，它利用燃料加热锅炉中的水产生高压水蒸气，高压水蒸气推动活塞对外做功。 ②内燃机：燃料直接在发动机内的气缸中燃烧并产生动力的热机叫做内燃机，现代社会中大部分交通工具的发动机都是内燃机。 最常见的内燃机是汽油机和柴油机，它们分别用汽油和柴油作为燃料。 2. 汽油机 （1）主要结构：主要由气缸、活塞、火花塞、进气门、排气门、 曲轴和连杆组成。 （2）工作过程 汽油机工作时，活塞在气缸内做往复运动，图10-3-5是汽油机工作过程示意图。 3. 柴油机 （1）结构：柴油机的结构与汽油机相似，图10-3-6为柴油机的结构示意图，由于柴油机通过压缩空气直接点燃柴油，气缸顶部的火花塞换成了喷油嘴。 （2）工作过程：柴油机的工作循环过程也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。吸气冲程中只有空气进入气 缸。压缩冲程使气缸内的空气温度升高。压缩结束时，气缸内温度超过柴油燃点，此时，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即燃烧起来。做功冲程中气缸内气体的压强、温度急剧增大，从而有力地推动活塞对外做功。 （3）特点：与汽油机相比，柴油机的零件结构强度更高， 也更笨重，但柴油机油耗低、功率大，因此多用于 载重汽车、坦克、轮船及小型发电机。 4. 火箭发动机 火箭发动机是一种新型的热机。由于要在缺氧的高空中工作、火箭发动机与大多数普通热机不同，必须自带氧化剂（如液氧）。燃料和氧化剂在燃烧室内燃烧，产生高温高压燃气，燃气通过喷口向后喷出推动火箭前进。 深｜研｜精｜炼 知识点01 热机 1. 探究热机工作原理 【自主活动】如图10-3-2所示，将适量水注入试管并用橡胶塞塞住试管口。用酒精灯加热试管，直至橡胶塞被“顶出”试管口。讨论并交流橡胶塞被“顶出”试管口的原因。 【分析】在上述实验中，酒精燃烧放出的热量，使水蒸气受热膨胀对橡胶塞 ，使橡胶塞被“顶出”试管口。上述实验可以用来简单模拟热机产生动力的过程。 2. 热机：我们把利用燃料燃烧释放的 做功的机械叫做热机。 3. 热机工作原理：图10-3-3为热机工作原理的示意图，热机自高温物体处吸收热量，其中一部分用来对外 ，另一部分流向低温物体。因此热机是将内能转化为 能的机械。 4. 热机的分类 热机的种类较多，按照燃料燃烧场所的差异，热机可分为外燃机和内燃机两种。 （1）外燃机：燃料在发动机外的 燃烧并产生动力的热机叫做外燃机， 就是最早的外燃机，它利用燃料加热锅炉中的水产生高压水蒸气，高压水蒸气推动活塞对外做功。 （2）内燃机：燃料直接在发动机内的 中燃烧并产生动力的热机叫做内燃机，现代社会中大部分交通工具的发动机都是内燃机。 【例1】热机工作时，内能被转化为（　　） A．核能 B．电能 C．机械能 D．化学能 【探究归纳】 1. 判断汽油机工作的冲程 2. 内燃机“两冲程”的能量转化 （1）将机械能转化为内能的是压缩冲程； （2）将内能转化为机械能的是做功冲程； （3）只有做功冲程对外做功，其他三个冲程均依靠飞轮惯性完成。 【即练1】下列设备不属于热机的是（    ） A．洗衣机 B．汽油机 C．柴油机 D．蒸汽机 【即练2】热机是将燃气或蒸汽的_____能转化为____能的发动机，汽油机和柴油机统称为____。 知识点02 汽油机与柴油机 最常见的内燃机是汽油机和柴油机，它们分别用汽油和柴油作为燃料。 1. 汽油机 （1）主要结构：主要由气缸、活塞、火花塞、进气门、排气门、 曲轴和连杆组成。 （2）工作过程：汽油机工作时，活塞在气缸内做往复运动，下图是汽油机工作过程示意图。 ①冲程：活塞做一次 运动的过程称为一个冲程。 ②四个冲程：汽油机的一个工作循环过程包括四个冲程，分别是 冲程、 冲程、 冲程和 冲程。完成一个工作循环，活塞往复运动 次，飞轮转动 周，对外做功 次。 2. 柴油机 （1）结构：柴油机的结构与汽油机相似，图10-3-6为柴油机的结构示意图，由于柴油机通过压缩空气直接点燃柴油，气缸顶部的火花塞换成了 。 （2）工作过程：柴油机的工作循环过程也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。吸气冲程中只有 进入气缸。压缩冲程使气缸内的空气温度升高。压缩结束时，气缸内温度超过柴油燃点，此时，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即燃烧起来。做功冲程中气缸内气体的压强、温度急剧增大，从而有力地推动活塞对外做功。 （3）特点：与汽油机相比，柴油机的零件结构强度更高，也更笨重，但柴油机油耗低、功率大，因此多用于载重汽车、坦克、轮船及小型发电机。 4. 火箭发动机 火箭发动机（图10-3-7）是一种新型的热机。由于要在缺氧的高空中工作、火箭发动机与大多数普通热机不同，必须自带 （如液氧）。燃料和氧化剂在燃烧室内燃烧，产生高温高压燃气，燃气通过喷口向后喷出推动火箭前进。 “长征”系列运载火箭（图10-3-8）是我国自行研制的航天运载工具，有力支撑了以“中国载人航天工程”“北斗卫星导航系统”和“中国探月工程”为代表的国家重大工程的成功实施，为我国航天事业的发展提供了强有力的保障。 【例1】下图为四冲程内燃机的工作示意图，下列说法正确的是（　　） A．在一个工作循环中的工作冲程依次是丁、丙、甲、乙 B．依靠曲轴的惯性完成的冲程是甲、乙、丁 C．甲冲程能获得动力 D．丁冲程的能量转化是内能转化为机械能 【探究归纳】转数与做功次数和工作循环个数的关系 做功冲程中燃气对活塞的平均压力F=pS； 一个做功冲程中燃气对活塞做的功W=Fs； 汽油机的功率P=W/t。 【即练1】如图所示，汽油机在该冲程过程中，将_______能转化为_____能．一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1200r／min，则汽油机每秒钟完成_____个冲程，汽油机每秒钟对外做功___次。 【即练2】为了更好地理解热机工作原理，晓华利用如图1所示的实验装置进行了实验，实验中通过________（选填“做功”或“热传递”）的方式使试管内水和水蒸气的内能不断增加，水沸腾后，盖在试管口上的塞子会受到水蒸气的压力而冲出，水蒸气的内能转化为塞子的________能，此过程的能量转化情况与四冲程汽油机的________冲程相似，是图2中的________（选填“甲”或“乙”）冲程。 1．汽车上的热机工作时，使汽车获得动力的冲程是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 2．关于图所示的某单缸四冲程汽油机的工作过程，下列说法正确的是（　　） A．依靠飞轮惯性完成冲程的是①②③ B．在一个工作循环中，工作过程依次是③④①② C．①中能量的转化是内能转化为机械能 D．④中气缸内气体温度会下降 3．检修汽车发动机时，师傅拍摄了某一冲程工作的示意图，如图所示，关于该冲程的名称及其能量转化，下列说法中正确的是（ ） A．做功冲程，机械能转化为内能 B．做功冲程，内能转化为机械能 C．压缩冲程，内能转化为机械能 D．压缩冲程，机械能转化为内能 4．内燃机是现代交通运输工具的动力源，四种交通运输工具中，适合使用汽油机来提供动力的是（　　） A．载重汽车 B．内燃机车 C．小轿车 D．轮船 5．关于汽油机和柴油机的区别，下列说法错误的是（　　） A．汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴 B．汽油机用压燃式点火，柴油机用点燃式点火 C．吸气冲程中，汽油机吸入汽油和空气混合物，柴油机只吸入空气 D．小汽车、摩托车通常用汽油机做发动机；卡车、挖掘机用柴油机做发动机 6．如图（a）所示，水沸腾后，盖在试管口上的塞子会受到水蒸气的压力而冲出，此过程中，水蒸气的内能转化为塞子的_______能。图（b）所示为四冲程汽油机的_______冲程，其顶部中间的这一部件叫做________，这一冲程的能量转化情况与图（a）中情况______（选填“相同”或“不同”）。 7. 从牛顿提出蒸汽机模型，到瓦特将之变为现实，到后来的内燃机，热机的发展历程倾注了无数科学家的努力。 （1）如图1所示，水蒸气使叶轮转动，实现了________能转化为________能，该过程相当于内燃机四冲程中的___________冲程； （2）请将图2中的内燃机四冲程工作流程排序：___________（填字母顺序）； （3）某汽油机飞轮每分钟转3600圈，则该汽油机每秒对外做功______次。 8. 如图所示，是四冲程汽油机工作时的其中两个冲程示意图。获得动力的冲程对应的图序号是________。图丁的冲程，是________能转化为________能。若该汽油机每1秒钟对外做功15次，那么该汽油机飞轮的转速为________r/min。 9. 冬天人们常用热水袋取暖，主要是利用______改变物体内能。如图是某台汽油机工作的四个冲程（顺序已打乱），其中将内能转化为机械能的冲程是______，（用字母表示）请按一个工作循环的过程，将四个图重新排序______。（用字母表示） 10. 如图所示的“喷气小船”中，易拉罐中的水吸收热量后从____态变成____态（均填写物态），水蒸气从小孔中冲出时，相当于热机中的____冲程，这一过程中水蒸气的内能____（填涂“变大”“变小”或“不变”），而热机的能量来源是在吸气冲程吸入的____（选填字母）。 A．空气    B．汽油或柴油    C．燃油和空气的混合物 11. 汽车是现代生活中常用的交通工具。 （1）以下机械中，属于热机的有___________。 A．洗衣机 B．蒸汽机 C．电视机 D．柴油机 E．电动机 （2）如图是汽油机工作的_________冲程，气缸内的汽油和空气的混合气体处于_____（选填“a”或“b”）位置内，此冲程是通过______的方式改变混合气体的内能。使汽车获得动力的是_____冲程。 12. 如图所示是简单的热机工作模拟实验：用酒精灯加热试管中的水，一段时间后橡胶塞被“顶出”。 （1）该实验中，水蒸气膨胀对橡胶塞________，内能转化为橡胶塞的________能，这个过程与四冲程汽油机的________（选填图中编号）冲程能量转化相同。 A B C D （2）关于温度、热量、内能，下列说法正确的是（　　） A．物体的温度越高，含有的热量就越多 B．物体的内能增加，温度一定升高 C．物体温度升高，一定吸收了热量 D．两个内能相同的物体相互接触时，也可能发生热传递 （3）一台单缸四冲程柴油机飞轮的转速是3600r/min，下列说法正确的是（　　） A．每秒对外做功60次 B．对外做功越快，柴油机效率越高 C．每秒有120个冲程 D．每秒活塞往复60次 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $