14.2 热机 暑期预习导学案（附同步作业）-2026-2027学年九年级全一册物理人教版

14.2 热机 一、学习目标 1. 熟记热机的定义、种类以及整体的能量转化全过程，明白内能如何转化为机械能； 2. 认清汽油机的全部构造，熟练分辨吸气、压缩、做功、排气四个冲程的气门状态、活塞运动方向； 3. 分清压缩冲程、做功冲程的能量转化形式，理解飞轮的惯性作用； 4. 对比汽油机与柴油机在结构、进气物质、点火方式、使用场景上的区别； 5. 牢记四冲程内燃机的循环规律，根据飞轮转速，准确计算冲程数量、做功次数； 6. 掌握冲程识图判断技巧，规避转速换算、能量转化类常见错题。 二、课前自主预习 1、利用 做功的机械叫做热机；燃料直接在气缸内部燃烧的热机称为 。 2、内燃机分为两大类：和柴油机；汽油机气缸顶端安装的是。 3、汽油机的一个工作循环包含四个冲程：吸气、 、做功、 。 4、压缩冲程： 能转化为内能；做功冲程：内能转化为 _能。 5、一个完整的工作循环，飞轮转动 圈，活塞往复 2 次，对外做功 次。 6、柴油机的点火方式为 式，吸气冲程吸入气缸的只有 。 模块一：热机的基本原理（基础知识点） 知识点 1：热机概念与分类 1、定义：把内能拿来做功，将内能转化为机械能的机械，统称为热机。 2、常见种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机。 3、内燃机特点：燃料在气缸内部燃烧，是汽车、拖拉机最常用的动力装置。 知识点 2：完整的能量转化链条 燃料储存的化学能 → 燃烧释放内能 → 推动活塞做功转化为机械能 实验原型：试管冲塞实验 试管内水加热汽化为水蒸气，把木塞顶出去；瓶口出现白雾，水蒸气遇冷液化。 原理：水蒸气的内能转化成塞子的机械能，完美体现热机的工作原理。 模块二：汽油机的构造与四冲程工作过程（核心考点） 知识点 1：汽油机结构组成 气缸、进气门、排气门、火花塞、活塞、连杆、曲轴、飞轮。 知识点 2：冲程的定义 活塞从气缸一端移动到另一端，叫做一个冲程。 知识点 3：四个冲程详细特点对照表 1、吸气冲程 进气门打开，排气门关闭；活塞向下运动；吸入汽油与空气的混合气体；无能量转化。 2、压缩冲程（蓄能过程） 两气门全部关闭；活塞向上运动；混合气体被强力压缩； 能量转化：机械能 → 内能，气缸内气压、温度大幅升高。 3、做功冲程（唯一动力冲程） 两个气门同时关闭；火花塞打火点燃混合气，燃气急剧膨胀；活塞向下运动，带动曲轴旋转； 能量转化：内能 → 机械能，车辆获得前进的动力。 4、排气冲程 排气门打开，进气门关闭；活塞向上运动；把燃烧后的废气全部排出气缸；无能量转化。 知识点 4：飞轮的作用 四个冲程中，只有做功冲程主动输出动力；吸气、压缩、排气三个冲程，依靠飞轮储存的惯性带动活塞运转，保证发动机可以连续循环工作。 冲程识图判断口诀（做题专用） 一开一关往下走，吸气混合气进缸； 两门全关活塞上，压缩升温机械能藏； 两门紧闭火花亮，内能推动车轮扬； 排门开启活塞上，废气全部往外放。 模块三：汽油机与柴油机对比（易考辨析题） 对比项目 汽油机 柴油机 气缸顶端部件 火花塞 喷油嘴 吸气冲程吸入物质 汽油、空气混合物 只有纯净空气 点火方式 点燃式（电火花引燃） 压燃式（压缩空气高温自燃） 压缩程度 偏小 压缩比大，缸内温度更高 特点 轻巧、转速高 动力大、效率高、笨重 使用场景 小轿车、摩托车 货车、拖拉机、轮船、挖掘机 易错提醒：柴油机吸气不会吸入柴油，柴油是在压缩冲程末尾高压喷入气缸的。 模块四：内燃机转速计算（难点计算题） 固定规律（必须背诵） 1 个工作循环 = 4 个冲程 = 活塞往复 2 次 = 飞轮转 2 圈 = 对外做功 1 次 解题步骤： 1、先把转速单位统一：r/min 换算成每秒转多少圈； 2、做功次数 = 飞轮转圈数 ÷ 2； 3、总冲程数量 = 飞轮转圈数 × 2。 标准例题示范 例题：一台四冲程汽油机飞轮转速 2400r/min，求每秒的冲程数和做功次数。 解： ① 每秒转速：2400÷60=40 圈 / 秒 ② 每秒做功次数：40÷2=20 次 ③ 每秒冲程总数：40×2=80 个 常见计算陷阱 1、忘记分钟换算成秒，直接用分钟的数值计算； 2、误认为飞轮转 1 圈就能对外做功 1 次； 3、分不清冲程数量和做功次数的倍数关系。 模块五：本课时全部易错点总结 1、看得见气门开闭、活塞运动方向，是判断冲程的唯一标准，不要凭记忆乱猜； 2、只有做功冲程对外做功，其余冲程全部依靠飞轮惯性完成； 3、压缩冲程一定是机械能转内能，做功冲程才是内能转为机械能，二者不要写反； 4、柴油机不存在火花塞，也不会吸入燃油； 5、热机的最终能量转化是内能变机械能，不是化学能直接变成机械能； 6、白雾不是气体，是水蒸气液化形成的小水珠。 三、当堂课堂练习题 填空题 1、汽油机工作时，将内能转化成机械能的是 冲程；机械能转化为内能的是 冲程。 2、柴油机吸气冲程吸入的是 ，依靠 的方式点火燃烧。 3、四冲程汽油机飞轮转速 1800r/min，飞轮每秒转动 圈，每秒对外做功 次。 选择题 1、四冲程汽油机，两个气门全部关闭、活塞向上运动时，该冲程是（） A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程 2、关于汽油机和柴油机，说法正确的是（） A. 柴油机吸气吸入柴油和空气 B. 汽油机采用压燃式点火 C. 做功冲程都是内能转化为机械能 D. 四个冲程都能对外输出动力 3、汽车发动机依靠飞轮惯性完成的冲程是（） A. 吸气、压缩、排气 B. 压缩、做功、排气 C. 吸气、做功、排气 D. 四个冲程全部依靠惯性 简答题 请解释：为什么汽车的发动机都要加装一个质量很大的飞轮？ 四、课后记忆背诵口诀 热机内能变机械，内燃四程来回移； 两门关上往上压，机械能向内能栖； 火花爆发活塞下，动力输出车轮驰； 两圈做功只一回，飞轮惯性不可离； 柴油无火靠压缩，汽油点火用火花。 同步作业 一．选择题（共10小题） 1．内燃机广泛应用于汽车、拖拉机等交通工具，依靠四个冲程循环实现能量转化。下列热机冲程示意图中（火花塞产生电火花未画出），利用机械能转化为内能的冲程是（　　） A． B． C． D． 2．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工作循环示意图，下列说法中不正确的是（　　） A．甲冲程是把机械能转化为内能 B．乙冲程是排气冲程 C．丙冲程是把机械能转化为内能 D．丁冲程是吸气冲程 3．汽油机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀而做功，此时气体的温度和内能的变化情况是（　　） A．温度降低，内能增大 B．温度不变，内能不变 C．温度升高，内能增大 D．温度降低，内能减小 4．水烧开时产生的水蒸气将壶盖顶起，汽油机的四个冲程中，能量转化与之相同的是（　　） A． B． C． D． 5．一个四冲程热机的飞轮转速为1800r/min，它1s完成了（　　） A．30个冲程，做了30次功 B．60个冲程，做了60次功 C．120个冲程，做了30次功 D．60个冲程，做了15次功 6．某单缸四冲程汽油机的转速是600r/min，则下列说法正确的是（　　） A．1min内燃机对外做了600次功 B．1s内完成了10个工作循环 C．燃气做一次功的时间间隔是0.2s D．1s内活塞共来回20次 7．关于功和能，下列说法正确的是（　　） A．0℃的物体没有内能 B．物体的机械能越多，内能就越多 C．物体内能增加，一定是从外界吸收了热量 D．在热机的做功冲程中，内能转化为机械能 8．一台单缸四冲程汽油机，它的转速是800r/min，做功冲程中燃气推动活塞一次做功1500J，那么这台汽油机的功率为（　　） A．10kW B．15kW C．20kW D．1200kW 9．关于内能及其利用，下列说法正确的是（　　） A．温度高的物体内能一定大 B．做功和热传递都可以改变物体的内能 C．比热容跟物体吸收或放出的热量有关 D．热机的做功冲程是将机械能转化为内能 10．喜欢思考的小明用塑料矿泉水瓶子进行了如下游戏探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（如图甲）；扭转瓶子（如图乙）；轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾（如图丙）。图乙和图丙所示的过程，分别与四冲程内燃机连续的两个冲程相似，这两个冲程是（　　） A．吸气冲程和压缩冲程 B．压缩冲程和做功冲程 C．做功冲程和排气冲程 D．压缩冲程和排气冲程 二．填空题（共5小题） 11．一台柴油机飞轮的转速为2400r/min，则在1s内，柴油机完成 　 　 个冲程；对外做功的次数是 　 　 。 12．如图所示，工作中的四冲程汽油机正处于 　 　 冲程，该冲程将 　 　 转化为机械能，若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外做功 　 　 次、飞轮转过 　 　 圈。 13．如图所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，快速压下活塞，可观察到棉花着火燃烧，此过程中活塞对筒内气体做功，气体的内能　 　 ，这与四冲程汽油机的　 　 冲程的能量转化相同，某台汽油机飞轮的转速为2400r/min，在1min内，汽油机完成　 　 个工作循环。 14．如图所示，将水加热至沸腾后，塞子被冲出，此过程的能量转化方式与汽油机的 　 　 冲程相同。若单缸四冲程汽油机飞轮转速为1200r/min，则1s内完成个 　 　 冲程。 15．如图所示，弹簧一端固定于水平面上，另一端与质量为m的活塞拴接在一起，一开口向下、质量为M的气缸与活塞一起封闭了一定质量的气体，气缸和活塞均是热的良导体。若外界环境的温度缓慢降低，则活塞将 　 　 ；气缸将 　 　 （两空均选填“向上移动”、“静止不动”或“向下移动”）。 三．实验探究题（共2小题） 16．如图为四缸发动机的工作原理图：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功冲程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气冲程。 排量 2.0L 输出功率 120kW 转速 6000r/min （1）发动机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将 　 　 能转化为 　 　 能。 （2）有一台四缸发动机，其主要技术指标如表所示。其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（即冲程长）。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数。 ①该发动机在1s内做功 　 　 J，单缸排量V＝ 　 　 L。 ②在每个做功冲程里，发动机做功W＝ 　 　 J。 （3）在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为W＝pV，式中p表示燃气对活塞的压强，则p＝ 　 　 Pa．（1L＝10﹣3m3） 17．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 　 　 圈； （5）仔细观察其铭牌，可看见“1800r/min“字样，则它正常工作时，1秒钟对外做功 　 　 次，完成了 　 　 个循环，　 　 个冲程。 参考答案与试题解析 一．选择题（共10小题） 1．【解答】解： A、图中，进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入汽缸，是吸气冲程，故A错误； B、图中，进气门和排气门都关闭，高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功，是做功冲程，此过程中内能转化为机械能，故B错误； C、图中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，是压缩冲程，此过程是机械能转化为内能的过程，故C正确； D、图中，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸，是排气冲程，故D错误。 故选：C。 2．【解答】解：热机的四个冲程，吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 甲图：气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，将机械能转化为了内能，A正确； 乙图：排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，B正确； 丙图：气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，将内能转化为了机械能，C错误； 丁图：进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，D正确。 故选：C。 3．【解答】解： 汽油机在做功冲程中，汽油机内部的高温气体迅速膨胀对外做功时，内能转化为机械能，故气体的内能会减小，气体的温度会降低。 故选：D。 4．【解答】解：水烧开时产生的水蒸气将壶盖顶起，水蒸气的内能会转化为壶盖的机械能； A、汽油机进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，此冲程机械能转化为内能，故A不符合题意； B、汽油机进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，此冲程没有能量转化，故B不符合题意； C、汽油机进气门和排气门均关闭，活塞向下运动，是做功冲程，此冲程内能转化为机械能，故C符合题意； D、汽油机进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，此冲程没有能量转化，故D不符合题意。 故选：C。 5．【解答】解：四冲程热机的飞轮转速为1800r/min，则该飞轮每秒钟转30圈。 因为一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，所以飞轮转30圈共完成60个冲程，做功15次。 由上述可知选项A、B、C都不正确。 故选：D。 6．【解答】解：飞轮转速为600R/min＝10R/s， 因一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，做功1次，完成4个冲程， 所以，每秒钟可以完成5个工作循环，做功5次，活塞往复10次，故BD错误； 1min内燃机对外做5×60s＝300次，故A错误； 每秒钟做功5次，则燃气做一次功的时间间隔为0.2s，故C正确。 故选：C。 7．【解答】解： A、一切物体的分子都在永不停息地做无规则运动，即一切物体都有内能，故A错误； B、影响机械能的因素是质量、速度、高度以及弹性形变，而影响内能的因素是温度、质量以及状态，因此机械能与内能没有必然的连接，故B错误； C、物体内能增加，可以是从外界吸收了热量，也可以是外界对物体做功，故C错误； D、在热机的做功冲程中，内能转化为机械能，故D正确。 故选：D。 8．【解答】解：汽油机飞轮转速800r/min，每分钟飞轮转动800圈，完成400个工作循环，对外做功400次。 做功冲程工作时，推动活塞一次做功1500J， 1min做功W＝1500J×400＝6×105J， 这台汽油机的功率为： P1×104W＝10kW。 故选：A。 9．【解答】解：A、在状态、质量不确定的情况下，温度高的物体内能不一定大，故A错误； B、做功和热传递都可以改变物体的内能，故B正确； C、每种物质都有自己的比热容，比热容与物体的质量、物体的温度变化和物体吸收热量的多少均无关；故C错误； D、热机的做功冲程是将内能转化为机械能；压缩冲程是将机械能转化为内能；故D错误。 故选：B。 10．【解答】解：如图乙，扭转瓶子时，小明施加的外力压缩瓶内的气体，是机械能转化为内能，这一过程与四冲程内燃机的压缩冲程相似；当瓶盖被瓶内的气体冲出时，是瓶内气体对瓶盖做功，内能转化为机械能，这一过程与四冲程内燃机的做功冲程相似。所以A、C、D都错，B正确。 故选：B。 二．填空题（共5小题） 11．【解答】解： 一台柴油机飞轮的转速为2400r/min，则该柴油机每秒钟转40圈，完成20个工作循环，柴油机完成80个冲程；对外做20次功。 故答案为：80；20。 12．【解答】解：（1）如图，进气门和排气门都是关闭的，火花塞放电，活塞下行，可以判断是做功冲程，做功冲程中内能转化为机械能。 （2）热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周，若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外做功10次，飞轮转动20周。 故答案为：做功；内能；10；20。 13．【解答】解：（1）在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小撮干燥的棉絮，用力将活塞迅速向下压，棉絮燃烧起来；说明压缩筒内空气做功，使空气的内能增加；压火仪实验中，活塞的机械能转化为空气的内能，与内燃机的压缩冲程相似； （2）四冲程汽油机的飞轮转速为2400r/min，则该飞轮每秒钟转40圈。因为一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，所以飞轮转40圈，共20个工作循环，共80个冲程，共做功20次。1min完成1200个工作循环。 故答案为：增加；压缩；1200。 14．【解答】解：（1）将水加热至沸腾后，塞子被冲出，在此过程中内能转化为机械能，做功冲程也是把内能转化为机械能。 （2）飞轮转速是1200r/min＝20r/s，表示每秒飞轮转动20圈，完成10个工作循环，要经过40个冲程。 故答案为：（1）做功；（2）40。 15．【解答】解：以活塞和气缸的整体为研究对象，弹簧受到的压力等于气缸和活塞的总重力，而气缸和活塞的总重力不变，故弹簧所受的压力不变，则弹簧的压缩量不变，所以活塞将静止不动； 由力学知识分析得到，封闭气体的压强不变，外界环境的温度缓慢降低，封闭气体的温度也缓慢降低，根据盖•吕萨克定律分析得知，封闭气体体积减小。此过程，外界对气体做功，由此可知气缸将向下移动。 故答案为：静止不动；向下移动。 三．实验探究题（共2小题） 16．【解答】解：（1）在做功冲程里，高温、高压的燃气膨胀做功，将内能转化为机械能； （2）①由P可得，发动机在1s内做功：W＝Pt＝120×103W×1s＝1.2×105J， 因为四缸总排量为2.0L， 则单缸排量：V2.0L＝0.5L， ②发动机在1s内做功1.2×105J，发动机有四个缸同时工作， 每个缸1s内做功：W1.2×105J＝3×104J， 又因为转速为6000r/min，四冲程内燃机每个工作循环曲轴转两周、做功一次， 所以1s内做功50次， 每个做功冲程做功：W′3×104J＝600J。 （3）因为W′＝pV，V＝0.5L＝0.5×10﹣3m3， 所以燃气对活塞的压强：p1.2×106Pa； 故答案为：（1）燃气；内；机械；（2）①1.2×105，0.5，②600；（3）1.2×106。 17．【解答】解：（1）由图可知，内燃机的顶端是喷油嘴，所以该内燃机是柴油机； （2）图中的气门闭合、活塞上行，所以是压缩冲程； （3）压缩冲程是机械能转化为内能的冲程； （4）曲轴转一圈可以完成2个冲程，所以完成一个压缩冲程时曲轴转动半圈； （5）四冲程汽油机曲轴转速是1800 r/min，所以此汽油机每秒钟转30圈，可完成15个工作循环，60个冲程，对外做15次功； 故答案为：（1）柴油；（2）压缩；（3）机械；内；（4）半；（5）15；15；60 学科网（北京）股份有限公司 $