第11讲热机-2022年九年级物理暑假课（人教版）

第11讲热机(原卷版)【学习目标】.了解四冲程热机的构造和工作原理；.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；.了解四冲程热机各冲程工作过程；.了解汽油机和柴油机异同。【基础知识】知识点一、热机.实验探究一热机工作原理【实验现象】如图所示，在试管中装一些水，用橡皮塞塞住试管口，固定在铁架台上，用酒精灯给试管加热，水沸腾后，水蒸气会把橡皮塞冲出去，试管口观察到大量“白雾”出现。【实验分析】酒精燃烧释放出热量(化学能转化为内能)，通过热传递将一部分内能转移给水，水的内能增加，温度升高，产生大量水蒸气。水蒸气越来越多，对橡皮塞的压力越来越大，最后将橡皮塞冲出，这时水蒸气对橡皮塞做功。同时，水蒸气内能减小，温度降低，水蒸气液化成小水滴，在试管口可以观察到“白雾”。【探究归纳】该实验装置就是一个简单的热机。其工作过程是：燃料燃烧，化学能转化为内能，一部分内能通过热传递方式传递给工作物质一水，水内能增大，温度升高，产生大量水蒸气，水蒸气将橡皮塞冲出，水蒸气内能转化为橡皮塞机械能。特别提醒(1)实验时，橡皮塞不要塞得太紧，否则橡皮塞不易冲出，可能因试管气压太大导致试管炸裂而伤到人；(2)试管口不能对着人，以防试管内的水沸腾时冲出试管□伤到人。利用内能的两种方式(1)利用内能加热；(2)利用内能做功。其中利用内能加热是内能转移过程，利用内能做功是内能转化过程。.热机(1)热机：利用内能做功的机械叫热机。汽车、轮船和飞机等的发动机都是利用燃烧燃料释放的内能做功的装置，都是热机。(2)热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。它们构造不同，但它们有一个共同特点，那就是利用内能做功。(3)内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。知识点二、汽油机.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。.构造(1)主要结构：如图所示，汽油机的主体是气缸。气缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞，下部有活塞，活塞通过连杆与曲轴相连。(2)冲程：活塞在气缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。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。(3)试管实验与汽油机构造比较：如图。.工作过程(1)汽油机的一个工作循环：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。通过四个冲程的不断循环来连续工作。(2)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完成，周而复始，使汽油机连续转动下去。(3)汽油机工作过程如下：1.吸气冲程：进气门打开、排气门关闭。靠惯性运动，吸进汽油与空气的混合物2.压缩冲程：进气门关闭、排气门关闭。外界对气体做功，机械能转化为内能，气体温度升高3.进气门关闭、排气门关闭。化学能转化为内能，气体温度升高，气体对外做功，内能转化为机械能4.进气门关闭、排气门打开。靠惯性运动，排出废气知识点三、柴油机.工作原理利用柴油在气缸内燃烧所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。.构造柴油机构造和汽油机构造相似，所不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。.工作过程柴油机与汽油机工作过程大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，在一个工作循环中，曲轴连续转动两周，活塞往复两次，对外做功一次。见下表:1.吸气冲程：进气门打开、排气门关闭。活塞向下运动，吸入空气2.压缩冲程：进气门关闭、排气门关闭。活塞向上运动，压缩空气，气体温度升高，超过柴油燃点3.进气门关闭、排气门关闭。喷油嘴喷出雾状柴油，遇到热空气立即猛烈燃烧，差高温高压气体，推动活塞向下运动4.进气门关闭、排气门打开。活塞向上运动，排出废气4.汽油机与柴油机的异同相同点：（1）基本构造和主要部件作用相似。（2）每个工作循环都一样，有吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。（3）四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。（4）一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两圈，飞轮转两圈，做功一次。不同点：（1）构造不同：汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机汽缸顶部有喷油嘴。（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和燃料混合物，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。※知识拓展：四冲程气缸工作过程.吸气冲程是向气缸内填充新鲜气体的过程。进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。活塞在气缸中由曲轴通过连杆带动从上止点向下止点移动的过程此时进气门打开；排气门关闭。当活塞到达下止点时该过程结束。.压缩冲程是将缸内的气体压缩的过程（为燃烧着火创造基本条件，缸内温度升高）。进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高。活塞在气缸中由曲轴通过连杆带动从下止点向上止点移动的过程此时进气门、排气门均关闭。当活塞到达上止点时该过程结束。.做功冲程在压缩冲程未尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气。高温高压燃气推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。活塞在燃气压力的作用下由上止点向下止点运动，曲轴通过连杆带动旋转输出功。此时进、排气门均关闭。当活塞到达下止点时该过程结束。.排气冲程是为了下一循环工作而清除缸内燃烧后的废气的过程。进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。活塞在气缸中由曲轴通过连杆带动从下止点相上止点运动的过程。当活塞到达上止点时该过程结束。【考点剖析】考点一；热机的工作原理【典例一】“猪脚粉”是广西特有美食，对其烹饪过程的描述，与物理知识相符的是（）。A.燃料燃烧--内能主要转化为化学能；.高汤熬制--通过做功改变汤的内能；C.锅盖被蒸汽顶起--与热机压缩冲程工作原理相同；D.猪脚粉香气四溢--分子在不停地做无规则的运动【典例二】用酒精灯给试管内的水加热至一定程度，发现塞在试管口的木塞被冲出，如图所示。下列描述正确的是（）。A.试管中的水是靠做功的方式增加内能的 B.水蒸气对木塞做功，把机械能转化为内能C.水蒸气对木塞做功，与汽油机做功冲程的原理相同D.水蒸气对木塞做功，水蒸气内能增加考点二：内燃机冲程的判断【典例一】4月16日，神舟十三号载人飞船返回舱成功着陆。穿越大气层时，返回舱与空气剧烈摩擦,宛如一颗“火流星”。汽油机的四个冲程中，内能增大方式与此相同的是（）。A.吸气冲程B.压缩冲程C.做功冲程D.排气冲程【典例二】如图所示是某单缸四冲程汽油机的冲程：若该汽油机每1秒钟对外做功25次，那么该汽油机飞轮的转速为。【典例三】如图所示，甲、乙是两个演示实验的示意图，丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图。下列说法正确的是（）。A.丙图所示的是做功冲程，其工作原理如甲图所示的实验；.丙图所示的是压缩冲程，其工作原理如乙图所示的实验；丁图所示的是压缩冲程，其工作原理如甲图所示的实验；丁图所示的是做功冲程，其工作原理如乙图所示的实验【典例四】如图是汽油机工作的四个冲程，其中表示排气冲程的是（）。A.B.C.D.考点三：汽油机与柴油机的区别【典例一】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，其功率也更大考点四：内燃机工作循环及其简单计算【典例一】一台四冲程汽油机，飞轮转速3600转/分钟，则其活塞1秒内做功次，将内能转化为机械能的冲程是冲程。【典例二】一台单缸内燃机的转速为1800r/min,那么每秒钟内（）。A.活塞完成30个冲程；B.燃气对活塞做功60次；C.曲轴转动30转；D.完成30个工作循环考点五：热机应用综合【典例一】2021年6月17日，我国运载火箭将“神舟十二号”载人飞船准确送入预定轨道。以火箭为参照物，该飞船是的：火箭工作时将能转化为机械能；火箭热机（选填“属于”或“不属于”）。【典例二】小明一家驾车旅行，（1）加油时，闻到汽油味，说明分子在 ;（2）图示为车发动机的一个冲程，其能量转化情况是;（3）若车的总质量为1.5t，匀速直线行驶9km，所受阻力为车重的0.1倍,完全燃烧汽油1L,则1L汽油完全燃烧放出的热量是J,车所受牵引力是N,车的工作效率是%。（ =O.8X1（）3kg/m3； =4.5X107J/kg；g取lON/kg）【真题演练】（2021•湖南怀化市）如图所示是某四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，它是（）。A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程D.排气冲程（2021•海南中考真题）双手相互摩擦时感觉发热，这一过程的能量转化与四冲程汽油机的哪个冲A.吸气冲程 B.压缩冲程C.做功冲程 D.排气冲程（2020•衡阳）如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是（ ）。A.一个工作循环的正确顺序是：甲乙丙丁：B.乙图冲程能获得动力；C.丁图冲程有明显机械能转化为内能的过程；D.丙图冲程存在化学能转化为内能的过程（2020•烟台）如图所示，给试管里的水加热，水沸腾后，水蒸气推动橡皮塞冲出试管口，这个过程与选项四冲程汽油机工作示意图中，哪一个冲程的能量转化过程是相同的（）。A.B.C.D.（2021•黑龙江绥化市）司机在加油站给小轿车加油时闻到汽油味，这是现象,小轿车汽油机在冲程中将机械能转化为内能。（2021•四川眉山市）如图所示是某单缸四冲程汽油机的冲程；若该汽油机每1秒钟对外做功25次，那么该汽油机飞轮的转速为.（2021•山东枣庄市）如图是四冲程汽油机的某个冲程，由图可看出它正处于冲程，该冲程将机械能转化为能，若该汽油机飞轮的转速是60r/s,则汽油机每秒钟对外做功次。（2021•黑龙江齐齐哈尔市）如图所示试管内水蒸气将塞子推出的过程，水蒸气的能转化为塞子的机械能。四冲程汽油机工作过程中的冲程与上述能量转化过程相同。（2020•锦州）新冠疫情过后，同学们回到刚刚消毒过的教室,就能闻到很浓的酒精味,这是现象。酒精也可以和汽油混合作为汽车的燃料。如图是汽油机工作循环中的冲程，该冲程将内能转化为能。.如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是（）。A.一个工作循环的正确顺序是：甲乙丙丁B.甲图冲程能获得动力C.丙图冲程存在化学能转化为内能的过程D.丁图冲程存在内能转化为机械能的过程2.如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是（）。A.一个工作循环的正确顺序是：甲乙丙丁B.乙图冲程能获得动力C.丁图冲程有明显机械能转化为内能的过程D.丙图冲程存在化学能转化为内能的过程.2019年春节期间热映的《流浪地球》被誉为开启了中国科幻电影元年.这部电影讲述了多年以后太阳急速衰老膨胀，无法再给地球提供能量，人类为了拯救地球而点燃木星周围的可燃气体，逃离太阳系的故事.其中“点燃木星”将地球推开相当于内燃机的（）.A.吸气冲程B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程.如图甲所示装置，向盒内滴入数滴酒精，再将盒盖盖紧，然后动电火花发生器的按钮看到盒盖飞出去了，图 （乙/丙）中汽油机的工作过程与这一实验过程中能量的转化是一致的。如果该内燃机每秒钟对外做功15次，该内燃机飞轮转速是转/分钟。.图中单缸四冲程汽油机正处在 冲程。若该汽油机转速为1800r/min,则它每分钟完成—冲程。用水循环带走汽油机产生的热量，这是利用了水的较大的特性。.小华对家中的小汽车进行了一些研究：汽车动力来自一台单缸四冲程汽油机，正常工作时转速为1800r/min,汽缸外面有“水套”循环降温。图中汽油机正处于冲程；汽油机1s对外做功次;汽车上的散热器采用水作为冷却剂，因为水的较大，这是通过方式来改变内能的。.如图，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。在快速下压活塞的过程中筒内气体内能（选填“增大”或“减小”），此过程能量转化与汽油机的冲程是相同的。某汽油机转速为1200r/mino,则每秒内完成冲程个。.如图是四冲