14 第2节 热机-【教材笔记】2026-2027学年九年级全一册物理课前预习笔记（人教版·新教材）

第2节 热机 学习目标 1.通过实验，知道利用内能可以做功，初步了解热机的工作原理。 2.了解四冲程汽油机的构造和工作过程。 3.了解柴油机的构造和工作过程，了解柴油机与汽油机工作过程的异同点。 ?)问题 18世纪第一辆汽车问世时，它的速度只有几千米 每小时，而目前最快汽车的速度已经超过了声速。飞驰 的汽车（图14.2-1）是如何获得机械能的呢？ 图14.2-1飞驰的汽车 知识点1 热机 橡胶塞不要塞得太紧 演示 不同形式能量之间的转化 热传递：内 能转移 如图14.2-2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 程中不同形式能量之间转化的情况。 燃烧：化上 学能转为 内能 在这个实验中，燃料燃烧时产生的热量传给水和 水蒸气，塞子受到水蒸气的压力而冲出去，水蒸气的 内能转化为塞子的机械能。 图14.2-2加热试管中的水 这个实验虽然简单，却基本展示了蒸汽机的工作原理。 人们发现内能可以做功，由此制造了各种利用内 能做功的机械一热机(heat engine)。热机的发明及 温馨提示 广泛使用，使人类迈入了工业化社会，对人类社会的 内能有两方面的利 用，一是利用内能来加 发展起到了重要的作用。蒸汽机、内燃机、汽轮机、热（是内能的转移过 喷气发动机等都是热机。 程)，二是利用内能来做 功（是内能与其他形式 的能的转化过程)。 第十四章内能的利用 25 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。内燃机是现代社会中最常见的一种热机。 燃油汽车作为我们生活中的重要交通工具，它的主要 动力机械之一就是内燃机。图14.2-3是一种内燃机的 剖面图。 图14.2-3一种内燃机的剖面图 内燃机分为汽油机和柴油机两大类，它们分别用 汽油和柴油作为燃料。 知识点2>汽油机 图14.2-4是四冲程汽油机的剖面图。气缸上部有进 气门和排气门，顶部有火花塞，下部有活塞，活塞通过 连杆跟曲轴相连。汽油在气缸里面燃烧时生成高温高压 的燃气，推动活塞做功。活塞运动带动曲轴转动。 缸 火花塞 要使汽油机连续工作，活塞必须能在气缸内往复 排 进气门 运动。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。多数汽油机是由吸 活 气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连 连杆 续工作的。图14.2-5是四冲程汽油机的工作示意图。 曲轴 连杆跟活塞和曲轴相连，将活塞的 上下运动转变成曲轴的旋转运动 图14.2-4四冲程汽油机剖面图 26 教材笔记物理九年级RJ 甲吸气冲程： 乙压缩冲程： 丙做功冲程：在压缩 丁排气冲程： 进气门打开，排 进气门和排气门 冲程结束时，火花塞产 进气门保持关闭 气门关闭，活塞 都关闭，活塞向 生电火花，使燃料猛烈 排气门打开，活 向下运动，汽油 上运动，燃料混 燃烧，产生高温高压的 塞向上运动，把 和空气的混合物 合物被压缩。 气体。高温高压的气体 废气排出气缸。 进入气缸。 推动活塞向下运动，带 动曲轴转动，对外做功。 图14.2-5四冲程汽油机工作示意图 ⊙想想议议 1.在四个冲程中，压缩冲程和做功冲程各发生了怎样的能量转化？ 2.哪个冲程使汽车获得动力？做功冲程 3.哪个冲程排出了气缸的废气？排气冲程 -7 压缩冲程把机械能转化为内能，做功冲程把内能转化为机獭能。上 知识点3》 柴油机 柴油机的构造和汽油机相似，但是柴油机通过压 1.一个工作循环： 缩空气直接点燃柴油，因此柴油机气缸顶部没有火花 冲程 4个 K- 塞，而有一个喷油嘴。 活塞往复 2次 柴油机的工作过程也分为吸气、压缩、做功、排 飞轮转动 2圈 做功 1次 气四个冲程。在吸气冲程中吸进气缸的只有空气。在 2.在四个冲程中， 压缩冲程中，活塞把空气的体积压缩得非常小，使得 只有做功冲程燃气对外 空气的温度很高。在压缩冲程结束时，气缸内空气的做功，将内能转化为机 温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状 械能，其他三个冲程 (吸气、压缩、排气)靠 柴油遇到热空气便立刻燃烧起来。在做功冲程中，燃飞轮的惯性来完成，故 烧放出的热使得气体的温度急剧升高、压强急剧增大， 飞轮的质量要足够大 从而推动活塞对外做功。 第十四章内能的利用 27 由于柴油机对空气的压缩程度比汽油机高，因此 在做功冲程中气体的压强也大于汽油机，因而可以输 出更大的功率。 由于柴油机工作过程中气体的压强较大，要求各 有关零件具有较高的结构强度，因此早期的柴油机比 较笨重，主要应用在载重汽车、拖拉机、坦克、火车、 轮船上，有的地方还用它带动发电机发电。随着近年 来柴油机技术的发展，其体积、噪声和污染等方面的 问题都逐步得到了解决。 科学世界 现代汽车 汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分。 燃油汽车由发动机、底盘、 车身和电气设备四大部分组成。 发动机把燃料燃烧产生的内能变 为机械能，再通过底盘上的传动 机构，将动力传给车轮，使汽车 行驶（图14.2-6)。电气设备的 图14.2-6汽车的动力系统 作用主要是产生电火花以，点燃气 缸中的可燃气体、启动发动机时用电机带动飞轮旋转、提供照明等。 燃油汽车一般采用三缸、四缸或六缸等多缸发动机（图14.2-3所示为四缸发 动机)，每个气缸都进行四冲程循环，由于各个气缸交替做功，所以发动机运转比 较平稳。 随着电子技术的发展，许多燃油汽车已经采用了电子燃油喷射系统。微电脑 可以根据内燃机的工作状态和空气的温度等多种因素精确控制喷油的数量和时机， 以提高燃烧效率，减少有害气体的排放，降低燃料的消耗，同时提高发动机的功 率。电子技术的应用，使燃油汽车有了更广阔的发展空间。此外，利用电能、氢 能等的各种新能源汽车也在快速发展。未来的汽车将更加节能、安全，对环境的 影响会更小。 28 教材笔记物理九年级RJ 练习与应用 1.图14.2-7展示的是我国传统的走马灯。点燃底部的蜡烛，上升 扇叶 的热空气驱动扇叶转动，带动纸片小人转动。在这一过程中， 不同形式的能量是如何转化的？这一能量转化过程与四冲程汽 油机的哪个冲程相似？内能转化为机椒能。做功冲程。 2.除了飞机、汽车、摩托车，你还知道哪些地方用到了热机？这 些热机中哪些是内燃机？还有轮船、拖拉机、收割机、推土 机、压路机、坦克、火力发电厂、火箭、火车等都使用了热 机。其中拖拉机、收割机、推土机、压路机、坦克都使用了 图14.2-7 内燃机；有的轮船也使用了内燃机；火车中的内燃机车使用 的也是内燃机。 3.在图14.2-8中，图甲为四冲程内燃机吸气冲程的示意图，图中画出了吸气冲程中活 塞、曲轴的位置和进气门、排气门的开闭情况。请在图乙、丙、丁中，分别画出压 缩、做功、排气冲程中活塞、曲轴的位置和进气门、排气门的开闭情况。 见图14.2-8乙、丙、丁。 甲吸气冲程 乙压缩冲程 丙做功冲程 丁排气冲程 图14.2-8 4.从能量转化的角度看，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？ (1)做功冲程。(2)做功冲程。(3)压缩冲程。 5.某同学看到爸爸启动汽车时，转速表如图14.2-9所示。转 速表的示数反映了发动机曲轴每分钟的转动次数。如果汽车 用的是四冲程汽油机，请根据图中信息计算此时发动机一个 气缸每分钟完成做功冲程的次数。375次。 6.柴油机和汽油机的工作过程有什么相同点？有什么不同点？ 略。 图14.2-9 第十四章 内能的利用 29