热机 人教版九年级物理 知识精细梳理与培优拓展提升

热机【学习目标】1.了解四冲程热机的构造和工作原理；2.认识热机四冲程工作过程中的能量转化；3.能识别热机四冲程；4.了解四冲程热机各冲程工作过程；5.了解汽油机和柴油机异同。【知识导图】【基础知识】知识点一、热机1.实验探究—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—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口伤到人。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。2.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。【典例】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，水蒸气内能增加知识点二、汽油机1.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。2.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。3.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【典例】如图是四冲程汽油机一个工作循环中的两个冲程，下列判断正确的是（）。A．甲图为吸气冲程，燃气的内能转化为活塞的机械能；B．乙图为压缩冲程，活塞的机械能转化为燃气的内能；C．甲图为做功冲程，活塞的机械能转化为燃气的内能；D．乙图为排气冲程，燃气的内能转化为活塞的机械能知识点三、柴油机1.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。2.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。3.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1.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。2.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。3.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。4.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。【典例】列关于内燃机说法正确的是()。A．柴油机吸气冲程吸入的是柴油和空气的混合物；B．汽油机气缸顶部有喷油嘴；C．做功冲程中内能转化为机械能；D．内燃机功率越大，效率越高【方法帮】题型一：分子热运动【角度1】热机工作原理热机和人力机械、电动机械的主要区别热机利用“内能”来做功，最终将内能转化为机械能，而不是利用其他能量来做功。【典例】如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（）。A．压缩冲程，将化学能转化成内能；B．压缩冲程，将机械能转化成内能；C．做功冲程，将内能转化成机械能；D．做功冲程，将机械能转化成内能题型二：内燃机工作冲程的判断第一步看气门看两气门开、闭情况。若两气门都关闭，则内燃机处于压缩或做功冲程；若有一个气门打开，内燃机处于吸气或排气冲程第二步看活塞看活塞运动方向。活塞向上运动时，内燃机处于压缩或排气冲程；若活塞向下运动，内燃机处于吸气或做功冲程第三步综合分析综合两个气门和活塞的工作情况得出结论【典例】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；B．丙图所示的是压缩冲程，其工作原理如乙图所示的实验；C．丁图所示的是压缩冲程，其工作原理如甲图所示的实验；D．丁图所示的是做功冲程，其工作原理如乙图所示的实验题型三：汽油机与柴油机的区别汽油机与柴油机的判断汽油机柴油机结构气缸顶部有火花塞气缸顶部有喷油嘴吸气冲程吸进空气和汽油的混合物吸进空气点火方式点燃式压缩式【典例】关于热机，下列说法正确的是（）。A.气冲程中，汽油机和柴油机吸入的都是空气；B.做功冲程是把机械能转化为内能；C.柴油机有喷油嘴而没有火花塞；D.做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的题型四：内燃机工作循环及做功几点计算内燃机做功中的关联条件内燃机的一个工作循环完成四个冲程，曲轴和飞轮转动两周，活塞往返两次，对外做功一次。【典例】我国自主生产的“吉利金刚”小轿车，发动机正常怠速为1200转/分钟，怠速指汽车不前进时发动机的转速．则对于怠速说法正确的是（）。A．发动机1秒钟完成20个工作循环；B．发动机1分钟完成吸气冲程1200次；C．发动机1秒钟完成做功冲程10次；D．发动机1秒钟共完成80个冲程【中考帮】考点一：内燃机工作原理【典例】（2022·山东泰安）如图所示，用酒精灯给试管中的水加热，水温上升，直至沸腾一段时间后，会看到试管口的橡皮塞被冲出。下列描述正确的是（）。A.试管中的水在升温过程中是通过做功的方式增加内能的；B.试管中的水沸腾时吸收热量，温度升高；C.水蒸气对橡皮塞做功，水蒸气的内能增加；D.水蒸气对橡皮塞做功，其能量转化与汽油机做功冲程的能量转化相同考点二：内燃机做功的简单计算【典例】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______%。（ρ汽油

=0.8×103

kg/m3

；q汽油

=4.5×107

J/kg；g取10N/kg）【作业帮】一、基础练（知识巩固）1.2019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2.关于四冲程汽油机和柴油机的工作过程有以下几种说法：①在吸气冲程中，都会吸入空气；②在做功冲程中，是机械能转化为内能；③只有做功冲程是燃气对外做功；④汽油机和柴油机的点火方式相同；以上说法中正确的是（）。A．只有①②③ B．只有①③ C．只有②④ D．只有②③④3.下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况．关于对图中①②③④的补充正确的是（）A．①做功冲程②内能转化为机械能③压缩冲程④机械能转化为内能B．①压缩冲程②内能转化为机械能③做功冲程④机械能转化为内能C．①压缩冲程②机械能转化为内能③做功冲程④内能转化为机械能．D．①做功冲程②机械能转化为内能③压缩冲程④内能转化为机械能4.内燃机一个工作循环有吸气、压缩、做功、排气四个冲程，实现将机械能转化为内能的是冲程，选择水作为发动机的冷却液，是利用水的较大的特点。一台单缸四冲程内燃机正常工作时的转速为1800r/min，该内燃机每分钟对外做了次功。5.如图甲所示，小明在吹气球时，被吹大了的气球没能用手握住，呼啸着飞了出去，若他及时捡拾起气球，将会感觉到它喷气的嘴部温度和原来相比（选填“变高”、“变低”或“没有变化”），发生的能量转化与汽油机的冲程的能量转化是一致的。6.如图所示是汽油机的冲程。在压缩冲程中，是通过方式增加燃气的内能。汽油机的转速为3000r/min，则1s内汽油机对外做功次。二、综合练（能力提升）7.（2022·湖南郴州）水壶内的水沸腾时，壶盖被水蒸气顶起，此过程中能量转化关系与内燃机工作的哪个冲程相同（）。A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程8.（2022·四川内江）如图所示，在试管里盛适量的水，用带玻璃管的胶塞塞住试管口，加热试管使水沸腾，玻璃管口冒出的“白气”推动管口处的小叶轮转动。下列说法正确的是（）。A.水在沸腾过程中，不断吸收热量，温度升高；B.实验过程中通过热传递使试管内水的内能增大；C.玻璃管口冒出的“白气”是水汽化形成的水蒸气；D.“白气”使小叶轮转动的过程相当于汽油机的压缩冲程9.（2022·四川自贡）如图所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒底部放一小团硝化棉，快速压下活塞。可观察到硝化棉___________的现象。此快速压下活塞过程能量转化情况与汽油机的___________冲程是相同的。10.（2022·四川南充）小华发现家中正在煮饭的高压锅限压阀被气流项起，这一现象与热机的工作循环中的___________冲程原理相同，这一过程内能转化为___________能。三、培优练（挑战自我）11.（2022·青海省）如图所示，在四冲程汽油机工作过程中，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12.（2022·湖北省黄冈市、孝感市、咸宁市）如图甲所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，给水加热。这是通过___________的方式改变水的内能。加热一段时间后，橡胶塞在水蒸气压力的作用下冲出去。其能量转化情况与四冲程热机___________冲程相同。如图乙所示，在测量滑动