2.1 热机-【指南针·课堂优化】2026-2027学年九年级全一册物理（教科版·新教材）

指南针·课堂优化·九年纸·物理(JK) 第2章 改变 第1节 课 前自 主 导 学 知识点① 利用内能做功 利用内能来做功的过程就是把燃料燃烧时 释放的内能转变为机械能的过程。 知识点2热机 (1)定义：热机是通过燃料燃烧获取内能并 将其转化为机械能的装置。 (2)原理： 燃料的燃烧内能做功，机械能 化学能 (3)蒸汽机是最早的热机。 蒸汽机用煤或燃油作燃料，燃料燃烧加热 锅炉中的水，水汽化成水蒸气进入汽缸推动活 塞往复运动，再通过连杆和曲柄带动轮子转动 对外做功。 知识点③内燃机 (1)热机的种类较多，燃料直接在发动机汽 缸内燃烧产生动力的热机叫作内燃机。 (2)燃料在汽缸内燃烧，产生的燃气直接推 动活塞做功，因此叫作活塞式内燃机。 (3)内燃机工作时，汽油、柴油等燃料与空 气混合，在汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气， 推动活塞做功，而活塞通过连杆、曲轴与飞轮相 连，从而使活塞的移动带动飞轮转动对外做功， 将内能转化为机械能。 (4)常见的活塞式内燃机有汽油机和柴 ·2 世界的热机 热机 油机。 以汽油作为燃料的内燃机叫作汽油机；以 柴油作为燃料的内燃机叫作柴油机。 知识点④汽油机的工作过程 (1)汽油机的构造如图所示 火花塞 汽 进气门 排气门 活塞 连杆 曲轴 飞轮 (2)活塞在往复运动中从汽缸一端运动到 另一端叫作一个冲程。多数汽油机是由吸气、 压缩、做功和排气四个冲程的不断循环来保证 连续工作的。这四个冲程叫作一个工作循环。 (3)四冲程汽油机的工作过程。 冲程 吸气 压缩 做功 排气 进气阀 开启 关闭 关闭 关闭 排气阀 关闭 关闭 关闭 开启 活塞 运动 向下 向上 向下 向上 情况 燃料混合 吸人空气 火花塞点 把废气 工作 物被压缩， 和汽油混 火，燃气 排出汽 情况 压强增大， 合物 膨胀做功 缸 温度升高 能量 消耗机 机械能转 内能转化 消耗机 情况 械能 化为内能 为机械能 械能 (4)在每个工作循环中，完成四个冲程，活 塞往复两次，曲轴（飞轮）转动两周，对外做功一 次。在四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外 做功，把内能转化为机械能，其他三个冲程是辅 助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮转动的能量 来完成。 (5)多缸汽油机 在实际应用中，为了增大功率和减小震动， 常把四个或更多的汽缸组合在一起，它们的做 功冲程是轮流进行的。由于所有汽缸的连杆都 与同一根曲轴（飞轮）相连，所以n缸汽油机飞 轮转动相同转数，对外做功次数是单缸的n倍。 课 学 法 指 导 1.正确分析利用内能来做功的过程，从而 认识热机的工作原理 如图所示，通过实验我们会发现试管内产 生的水蒸气驱动叶轮转动，在这个实验过程中， 酒精燃烧把化学能转化为内能，使水的温度升 高，最后沸腾，产生高温高速的水蒸气气流，驱 动叶轮转动，对叶轮做功，又把内能转化为机械 能。热机的工作原理与此实验相同。 【例1】如图所示，在 试管内装一些水，用软木塞 塞住，拿到酒精灯上加热， 使水沸腾起来，水蒸气会把 木塞冲出去，从能量转化和 转移的角度，可用下面的三句话来概括：甲：水 和水蒸气吸热，内能增加；乙：酒精燃烧，酒精的 化学能转化为内能，传给水和水蒸气；丙：水蒸 气对木塞做功，内能转化为木塞的机械能。以 上三句话正确的顺序是 () A.甲、乙、丙 B.乙、丙、甲 C.乙、甲、丙 D.丙、乙、甲 【答案】C 2 第2章改变世界的热机 2.内燃机四冲程的判断方法 一看活塞运动方向，二看气门开闭。活塞 向下运动，若一气门打开，一气门关闭为吸气冲 程；若两气门关闭为做功冲程；活塞向上运动， 若两气门关闭为压缩冲程，若一气门关闭，一气 门打开为排气冲程。 【例2】如图所示，汽油机的一个工作循环 中四个冲程按正确的顺序排列是 A.甲乙丙丁 B.乙甲丙丁 C.乙甲丁丙 D.甲丁乙丙 【答案】B 课 后 巩固提 升 【基础训练】 1.用水壶烧水时，壶中水蒸气将壶盖顶起，这是 消耗水蒸气的 对外做功，水蒸气的 能转化为壶盖的 能。 2.现代的交通工具要使用热机，热机就是把 能转化为 能的机器。现代 的火电站和热电站也要靠热机把内能转化 为机械能，然后再带动发电机发电。所以利 用内能做功的过程，实质是内能转化为 能的过程。 3.(2025·乐山)如图所示，试管内的水沸腾后， 塞子受到水蒸气的压力而冲出去，这个过程 中能量转化的情况与汽油机 冲程能 3 ● 指南针·课堂优化·九年纸·物理(JK) 量转化的情况相同；课前准备时，给酒精灯添 加酒精，闻到了酒精味，这是 现象。 4.内燃机的活塞在汽缸内由 叫作一个冲程。它的工作过程分为 四个冲 程。只有 冲程是燃气对活塞做功， 其他三个冲程要靠飞轮转动的 来完 成。在每个工作循环中，活塞往复 次， 曲轴（飞轮）转动 周，对外做功 次。 5.汽油机一个工作循环有四冲程：(1)吸气冲 程：进气门 ,排气门 ,活 塞由 问 运动， 和 的混合物被吸入汽缸。 (2)压缩冲程：进气门和排气门都 ,活 塞向 运动，燃料混合物被压缩， 压强 ,温度 (3)做功冲 程：在压缩冲程的末尾， 产生电火 花，使燃料燃烧， 推动活塞向 运动，并通过连杆带 动曲轴运动。(4)排气冲程：进气门 排气门 活塞向 运动， 把废气排出汽缸。 6.(2024·聊城)在一个配有活塞的厚玻璃筒内 放一小团硝化棉，把活塞迅速压下去，棉花燃 烧起来，说明通过 的方式可以改变 物体的内能，这一过程与汽油机的 冲程具有相同的能量转化： 7.(2024·内江)汽车发动机散热降温，常用水作 为冷却液是因为水的 (选填“比热 容”或“热值”)较大；在汽油机的一个工作循 环中，将内能转化为机械能的冲程是 (选填“做功”或“压缩”)冲程。 2 8.(2025·南京)如图所示是一台四冲程汽油机 的某个冲程，在此冲程中 能转化为 能；若飞轮转速为1800r/min,则 该汽油机每秒钟完成 个工作循环； 在一段时间内消耗了500g汽油，若这些汽油 完全燃烧，则放出的热量是 J。 (q汽油=4.6×107J/kg) 二、选择题 9.热机的工作过程可以概括为：①工作物质获 得内能，膨胀做功，把一部分内能转化为机械 能；②燃料燃烧释放热量；③热量传递给工作 物质；④工作物质内能减小，温度降低。按照 热机工作流程排列四个过程的顺序是() A.①③②④ B.③②①④ C.②③①④ D.②①④③ 10.(2025·内蒙古)如图，物理兴趣小组制作了 一个简易汽轮机装置。在易拉罐中装入适 量的水，用酒精灯加热，水沸腾后从管口喷 出蒸汽使风车转动。简易汽轮机工作过程 中 () A.酒精燃烧将内能转化为化学能 B.水的内能增加的方式是热传递 C.蒸汽被喷出后内能保持不变 D.蒸汽的内能全部转化为风车的机械能 11.(2025·深圳)晓凤同学提出问题：收割机用 四冲程柴油机提供动力，其中压缩冲程过程 中，柴油机汽缸内气体 () A.质量变大 B.内能减小 C.体积变大 D.温度升高 12.(2024·新疆)下列运载工具中，不需要利用 热机的是 () A.喷气式飞机 B.柴油拖拉机 C.纯电动汽车 D.长征系列火箭 13.(2025·伊春)一台单缸四冲程汽油机的飞轮 的转速是2400r/min,则此汽油机每秒完成 的冲程个数和对外做功次数分别是() A.完成80个冲程，对外做功20次 B.完成80个冲程，对外做功40次 C.完成40个冲程，对外做功10次 D.完成40个冲程，对外做功40次 14.(2024·广元)1883年人类发明了汽油机。 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.活塞依靠飞轮的动能而运动 D.气体对外做功，气体的内能增加 15.(2024·常州)四冲程内燃机工作时，将内能 转化成机械能的冲程是 () A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程 16.(2025·镇江)下列汽油机工作的冲程中，压 缩冲程是 【能力提高】 17.一台拖拉机的发动机是四汽缸、四冲程的柴 油机，汽缸的横截面积为100cm,活塞冲程 为15cm,第三冲程中气体作用在活塞上的平 ·25 第2章改变世界的热机 均压强是2×10°Pa,飞轮的转速是1200r/min, 这台发动机的功率是多少？ 【拓展应用】 18.（2023·常州)压缩空气动力车。 (1)小明将充满气的气球捆绑在小车上，制 成压缩空气动力小车。当气球向右喷气时， 静止的小车向左运动起来，如图甲所示。该 现象说明力的作用是 ;还说明力 可以改变物体的 喷气 甲 压缩空气 压缩空 进气冲程 排气冲程 乙 (2)为制造压缩空气动力汽车，工程师将装 有压缩空气的钢瓶与空气动力发动机连接， 该发动机的一个工作循环分为进气冲程和 排气冲程，如图乙所示。发动机对外做功的 是 (选填“进气”或“排气”)冲程，此 过程中钢瓶内压缩空气的温度 若该发动机的转速为1200r/min,则1s内 发动机对外做功 次。汽车行驶一段 路程后，钢瓶内压缩空气的密度指南针·课堂优化·九年级·物理(JK)·参考答案 指南针·课堂优化·九年级·物理同步答案 第1章内能 m==,1.84X10'J q4.6×10J/kg =0.4kg Q--2.898X101=6.9X10J 42% 答：(1)太阳能汽车行驶的平均速度为15m/s;(2)消耗 该液态燃料的热值为 第1节分子动理论 的电能相当于完全燃烧0.4千克的汽油释放的能量。 能力提高 g-=-69g-2.3X10e 基础训练 23.A24.AD 答：(1)此过程中，烧杯内水吸收的热量为2.898×105J; 一、填空题 1.无规则运动引力斥力 (2)该液态燃料的热值为2.3×10J/kg。 第3节比热容 2.分子在永不停息的无规则运动斥力 能力提高 3.间隙分子在永不停息地做无规则运动 第1课时探究物质的比热容 12.D 4.变大分子间有引力5.固体凝华 基础训练 13.由Q吸=cm△t得， 二、选择题 一、填空题 冷水吸收的热量Q铃=c水m特△ 6.A7.B8.B9.D10.D11.B12.A13.B 1.特性有关无关2.4.2×103改变 热水放出的热量Q做=c水m热△t2 三、简答题 3.加热时间比热容4.高汤高于5.比热容 由于不计热量损失：Q吸=Q做， 14.该说法正确。因为物质是由分子构成的，分子之间存在间 二、选择题 C水m冷△h=C水热△t2 隙，分子在不停地做无规则运动，当瓶内压强足够大，在压 6.C7.A8.D9.C10.C11.B 即m%(50℃-20℃)=m(90℃-50℃)① 力的作用下，油分子会从钢分子的间隙中渗出。 三、简答题 又由题意m十m然=56kg② 四、实验题 12.因为沙子的比热容比海水的小，吸收相同的热量，相同 联解①②得m岭=32kg;m钻=24kg 15.分子在永不停息地做无规则运动 质量的沙子比海水温度升高快，所以他感觉到沙子热 答：需用冷水32kg,热水24kg。 第2节内能和热量 得烫脚而海水却凉凉的 拓展应用 四、实验题 14.(1)丁(2)C(3)3.5 基础训练 13.(1)29(2)强热传递(3)a 第4节跨学科实践：风 一、填空题 第2课时热量的计算 1.所有分子动能分子势能 基础训练 基础训练 2.做功热传递机械内内 一、填空题 一、填空题 3.温度差内能温度 1.比热容4.2×10 1.空气北东南2.上升降低低于低高 4.扩散现象运动快 2.沙子沙子的比热容比水小8.4×103 3.小高降低海陆低降低陆海 5.机械具有无规则6.热传递扩散 二、选择题 3.4.2×1091.25×104 7.热值化学8.减小做功 4.D5.D6.A 4.8.4×1053.696×10544% 9.180 能力提高 二、选择题 5.1.68×1050.056.不相等1.8×105酒精 7这是因为火场周围的空气受热膨胀，密度减小而上升，气压 10.C11.D12.D13.A14.C15.D16.BD17.C 7.3.0×103×103 降低，形成低压区，离火场较远的地方气压较高，冷空气从 18.A 二、选择题 离火场较远的地方流向火场再受热而上升，从而形成了风。 三、简答题 8.D9.B 所以有火的地方就有风。 19,使图钉帽在粗糙的硬纸板上来回摩擦，克服摩擦做功，使三、计算题 拓展应用 图钉帽发热，温度升高，这一过程中将机械能转化为内能， :10.(1)水吸收的热量 8.(1)城市热岛效应是指城市区域的气温显著高于周边乡村 这是通过做功方式来改变了物体的内能。 Q吸=c水m水(t一t) 地区的现象 四、实验题 =4.2X103J/(kg·℃)×4kg×(70℃一20℃) (2)B(3)CD 20.(1)①② (2)不变 =8.4×105J 五、计算题 (2)煤气完全燃烧放出的热量 第2章 改变世界的热机 21.由g=9得，无烟煤的热值 Q=mg=0.05 kgX4.2X10 J/kg=2.1X105 J (3)煤气炉加热的效率 第1节热机 9=Q=6.8X10j =3.4×10°J/kg 98×10%=2x18 ×100%=40% 基础训练 m 20 kg 一、填空题 答：无烟煤的热值为3.4×10J/kg。 答；(1)水吸收的热量为8.4×10J;(2)煤气完全燃烧放1.内能内机械 22.(1)太阳能汽车行驶的平均速度 出的热量为2.1×10°J;(3)煤气炉加热的效率为40%。2.内机械机械3.做功扩散 u==2X10m=15m/s 11.(1)烧杯内水吸收的热量为 4.一端运动到另一端吸气压缩做功排气做功能 t 30×60s Q级=c*m水(t-t)=4.2X103J/(kg·℃)X1kgX 量221 (2)由Q做=mg得，要释放1.84×10J的热量需要燃烧 (100℃-31℃)=2.898×105J 5.(1)打开关闭汽缸上部汽缸下部空气汽油 汽油的质量 (2)该液态燃料完全燃烧放出的热量为 (2)关闭汽缸上部增大升高 49 (3)火花塞形成的高温高压的燃气汽缸下部关闭 打开汽缸上部 6.做功压缩7.比热容做功 8.内机械152.3×10 二、选择题 9.C10.B11.D12.C13.A14.B15.C16.B 能力提高 17.活塞上的平均压力 F=pS=2×10Pa×0.01m2=2X104N 一次做功冲程所做的功 W1=Fs=2×104N×0.15m=3×103J 由于单缸四冲程的柴油机飞轮转2转做1次功，四汽缸、 四冲程的柴油机1min做功的次数 n=4X7×N=4X2X1200=2400 四汽缸、四冲程的柴油机1min内所做的功 W=nW=2400X3×103J=7.2×108J 发动机的功率 P=Y=7.2X10J=1.2X10w=120kw 60s 答：这台发动机的功率是120kW。 拓展应用 18.(1)相互的运动状态 (2)进气降低20减小 第2节热机效率 基础训练 一、填空题 1.做有用功燃料完全燃烧所释放 2.汽缸散热能量高温废气的能量 、克服摩擦的能量 高温废气带走 3.蒸汽机柴油机4.做功2 5.1.61×105机械3.5X10-3 二、选择题 6.A7.B8.C9.D10.A 三、计算题 11.(1)消耗柴油的质量 m=p袋满V=0.8X10kg/mX0.5X10-3m=0.4kg (2)牵引力功率 P=W=E=Fu=1600NX20m/s=3.2X10W t t (3)柴油机做的有用功 W有=Fs=1600N×4300m=6.88×105J 柴油完全燃烧放出的热量 Q放=m9柴袖=0.4kg×4.3×10J/kg=1.72×10J 柴油机效率 ×10%-是8×1号×1o0%=40% n一Qs 答：(1)消耗柴油的质量是0.4kg:(2)牵引力的功率是3.2 50