14.1热机（讲义）教师版

人教版八年级物理上册第14章《内能的利用》第1节热机讲义（知识点总结+例题讲解）序号知识点难易程度例题数变式题数合计一热机：汽油机★3328二内燃机的四个冲程★★77三柴油机、汽油机和柴油机的区别★44一、热机：1.内能的利用方式：热传递和做功；（1）利用内能来加热：从能的角度看，这是内能的转移过程；（2）利用内能来做功：从能的角度看，这是内能转化为机械能。2.热机是利用内能做功的机械：热机：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等；3.内燃机分为汽油机和柴油机两大类；4.汽油机：①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，活塞移动带动曲轴转动；②活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程；③多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作；一个工作循环，曲轴和飞轮转动2周，活塞往复2次（4冲程），对外做功1次。【例题1】热机工作时，内能被转化为（）A．核能B．电能C．机械能D．化学能【答案】C【解析】解：热机是在做功冲程中将蒸汽或燃气的内能转化成机械能的装置。故选：C。【变式1】下面有关内能和热机说法正确的是（）A．温度高的物体比温度低的物体内能大B．做功改变内能的效果比热传递好C．燃料的热值是这种燃料完全燃烧放出的热量D．汽轮机是利用内能做功的机械【答案】D【解析】解：A、内能的大小与物体的质量、温度有关，故温度高的物体不一定比温度低的物体内能大，故A错误；B、改变内能的方式有做功和热传递，它们在改变内能上是等效的，故B错误；C、1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，故C错误；D、汽轮机是热机的一种，是利用内能做功的机械，工作时将内能转化成机械能，故D正确。故选：D。【例题2】内燃机问世100多年来，经过不断地改进与发展，应用范围越来越广，并极大地改善了陆地、海洋，乃至空中的交通运输方式。下列机器应用了内燃机的是（）A．喷气式飞机B．洗衣机C．电动自行车D．电饭煲【答案】A【解析】解：A、喷气式飞机是将内能转化为机械能的装置，故A符合题意；BC、洗衣机和电动自行车都是将电能转化为了机械能，故BC不合题意；D、电饭煲是利用电流的热效应，故D不符合题意。故选：A。【变式2】关于内燃机的下列说法中正确的是（）A．汽油机顶部有喷油嘴B．在柴油机的压缩冲程中，机械能转化为柴油和空气混合物的内能C．进、排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程D．柴油机在吸气冲程中吸入柴油和空气【答案】C【解析】解：A、汽油机的顶部有火花塞，柴油机的顶部有喷油嘴，故A错误；B、因为柴油机吸入气缸的只有空气，在柴油机的压缩冲程中，机械能转化为空气的内能，故B错误；C、四冲程汽油机在工作过程，进、排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程，故C正确；D、柴油机在吸气冲程中吸入气缸的只有空气，故D错误。故选：C。【例题3】以下机械属于热机的是（）A．喷气发动机B．滑轮组C．洗衣机D．螺旋式千斤顶【答案】A【解析】解：A、喷气发动机是把内能转化成机械能的装置，属于热机，故A符合题意；B、滑轮组是简单的机械，不属于热机，故B不合题意；C、洗衣机是电能转化为机械能的装置，不属于热机，故C不合题意；D、螺旋式千斤顶是利用帕斯卡原理，不属于热机，故D不合题意。故选：A。【变式3】下列所示的交通工具工作过程中使用热机的是（）A．自行车B．柴油车C．电动自行车D．皮筏艇【答案】B【解析】解：热机是把内能转化为机械能的装置；AD、自行车、皮筏艇是消耗人体的化学能转化为机械能，故AD错误；B、柴油车是热机的一种，将内能转化为机械能，故B正确；C、电动自行车是把电能转化为机械能，故C错误。故选：B。二、汽油机的四个冲程：1.吸气冲程：进气阀门打开，排气阀门关闭，活塞向下运动。（同时吸入汽油与空气）2.压缩冲程：进气阀门、排气阀门都关闭；活塞向上运动；机械能转化为内能。3.做功冲程：进气阀门、排气阀门都关闭；火花塞点火；汽油燃烧放热膨胀，推动活塞向下运动，对外做功；内能转化为机械能。(只有做功冲程对外做功)4.排气冲程：进气阀门关闭，排气阀门打开；活塞向上运动；排出废气。一个工作循环，曲轴和飞轮转动2周，活塞往复2次（4冲程），对外做功1次。【例题4】有关四冲程内燃机的叙述中，不正确的是（）A.工作中只有做功冲程把内能转化为机械能B.工作开始时要靠外力启动C.工作中压缩冲程是把内能转化为机械能D.每一个工作循环，燃气只做功一次【答案】C【解析】压缩冲程是将机械能转化为内能；内燃机工作开始时要靠外力启动。【变式4】内燃机在压缩冲程末，汽缸内的（）A．内能增大，温度升高 B．内能不变，温度升高 C．内能减小，温度升高 D．内能减小，温度降低【答案】A【解析】解：压缩冲程是机械能转化为内能的冲程，内能增加，温度升高，故A正确。故选：A。【例题5】如图所示的某单缸四冲程汽油机说法正确的是（）A．飞轮惯性完成冲程的是乙、丙、丁B．四冲程内燃机在一个工作循环中工作过程依次是丁丙乙甲C．甲图中能量的转化是内能转化为机械能D．乙图中汽缸内气体温度会下降【答案】D【解析】解：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，故C错误；乙图：排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，气缸内气体温度会下降，故D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，将化学能转化为内能，内能再转化为机械能；丁图：进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程；热机的四个冲程依次是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，即丁甲丙乙，故B错误；在热机的四个冲程中，只有做功冲程做功，其他三个冲程是靠飞轮的惯性完成的，依靠飞轮惯性完成的冲程是：甲、乙、丁冲程，故A错误。故选：D。【变式5】如图所示是四冲程汽油机的剖面图，关于其四个冲程的描述错误的是（）A．吸气冲程中，汽油和空气的混合物进入汽缸B．压缩冲程中，活塞的机械能转化为燃料混合物的内能C．做功冲程中，具有很明显的机械能转化为内能的过程D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量中很大部分【答案】C【解析】解：A、在汽油机在吸气冲程中，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，故A正确；B、在压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，则燃料混合物的内能变大，此过程是机械能转化为内能的过程，故B正确；C、在做功冲程中，燃气对活塞做功，内能转化为机械能，故C错误；D、在排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的大部分，故D正确。故选：C。【例题6】如图表示四冲程内燃机的某个冲程示意图，关于这个冲程下列分析正确的是（）A．活塞正向上运动B．这是做功冲程C．工作时将机械能转化为内能D．气缸内燃气的温度升高，压强增大【答案】B【解析】解：AB、由图可知，进气门、排气门都关闭，活塞向下运动，为做功冲程，故A错误，B正确；CD、在做功冲程中，气缸内的气体膨胀做功，将气体的内能转化为活塞的机械能，气缸内气体内能减小、温度较低，故CD错误。故选：B。【变式6】如图是内燃机工作循环中的一个工作冲程，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【答案】C【解析】图中的气门关闭，活塞下行，并且电火花打火，这是做功冲程的特点；在做功冲程中，能量转化关系是气体的内能转化为机械能；故选C。【例题7】如图所示，将铁丝快速弯折十余次，弯折处温度升高，该过程与四冲程汽油机哪一个冲程能量转化相同？（）A．吸气冲程 B．压缩冲程C．做功冲程 D．排气冲程【答案】B【解析】解：将铁丝快速弯折十余次，对铁丝做功，铁丝的内能增加，温度升高，此过程中机械能转化为内能；汽油机的压缩冲程是机械能转化为内能的冲程，与上述能量转化相同。故选：B。【变式7】如图所示，用热水壶烧水至沸腾时，水蒸气会顶开壶盖。热机工作中，与此能量转化相同的冲程是（）A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程【答案】C【解析】解：烧开水时，壶盖被水蒸气顶起，是水蒸气对壶盖做功的结果，该过程中水蒸气的内能转化为壶盖的机械能；热机在做功冲程中高温高压的燃气对活塞做功，将内能转化为机械能，所以二者的能量转化情况相同。故选：C。【例题8】某汽油机的转速为2400r/min，则在1s内汽油机对外做功的次数是（）A．2400次B．1200次C．40次D．20次【答案】D【解析】解：汽油机的转速n＝2400r/min＝40r/s，即1s内飞轮转40圈，因一个工作循环飞轮转2圈，对外做功1次，所以，在1s内汽油机对外做功的次数是20次。故选：D。【变式8】某单缸四冲程汽油机工作过程中，转数稳定在“3000r/min”，说法错误的是（）A．在压缩冲程中，是机械能转化为内能B．汽油机每秒钟完成100个冲程，做功25次C．只有做功冲程是燃气对外做功D．汽油在气缸中燃烧的过程中，热值逐渐减小【答案】D【解析】解：AC、汽油机四个冲程中，只有做功冲程燃气对外做功，将内能转化为机械能；在压缩冲程中将机械能转化为内能，故AC正确；B、四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min，则该飞轮1s转50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1s飞轮转50圈，共25个工作循环，共100个冲程，共做功25次，故B正确；D、热值的大小只与燃料的种类有关，与燃烧情况无关，故D错误。故选：D。【例题9】某四冲程汽油机的转速是1500R/min，那么1min里，该汽油机的冲程数和燃气做功次数分别是（）A.3000个，6000次B.6000个，3000个C.3000个，750次D.750个，3000次【答案】C【解析】单缸四冲程汽油机一个工作循环（4个冲程），曲轴和飞轮转动2周，活塞往复2次，对外做功1次。飞轮转速是1500R/min，则有750个工作循环；所以该汽油机在1min内可以完成750×4=3000个冲程，可以做750次功。故选C。【变式9】一台内燃机的转速是1440转/分，那么在每秒钟内（）A.转轴转动24转，燃气对活塞做功12次，活塞完成48个冲程B.转轴转动1440转，燃气对活塞做功720次，活塞完成2880个冲程C.转轴转动1440转，燃气对活塞做功1440次，活塞完成1440个冲程D.转轴转动24转，燃气对活塞做功24次，活塞完成24个冲程【答案】A【解析】四冲程汽油机完成1个工作循环，要经过四个冲程，飞轮转动2转，对外做功1次。由题知，飞轮转速是1440转/分钟=24转/秒；因为飞轮转动2转为一个工作循环，对外做功1次，完成4个冲程，所以内燃机每秒钟曲轴转动24转，燃气对外做功12次，完成48个冲程。故选A。【例题10】如图所示为汽油机的四个冲程，其中机械能转化为内能的冲程是图。1min内汽油机完成2400个工作循环，飞轮的转速为r/s。汽油机完成一个工作循环时，需要吸入2L的燃料，其质量为kg，这些燃料完全燃烧放出的热量为J。（ρ燃料＝1.4kg/m3，q燃料＝4.6×107J/kg）【答案】甲；80；2.8×10﹣3；1.288×105。【解析】解：（1）机械能转化为内能的冲程是压缩冲程，活塞向上运动，进气门、排气门均关闭，故图甲是。（2）一个工作循环飞轮转动两转，所以飞轮的转速为2×2400r60s（3）2L＝2dm3＝2×10﹣3m3，根据密度公式ρ=mm＝ρ燃料V＝1.4kg/m3×2×10﹣3m3＝2.8×10﹣3kg。（4）燃料完全燃烧放出的热量Q＝q燃料m＝4.6×107J/kg×2.8×10﹣3kg＝1.288×105J。故答案为：甲；80；2.8×10﹣3；1.288×105。【变式10】某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），下列说法中正确的是（）A．汽油机每秒内完成30个冲程B．汽油机的功率为2025WC．做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2.7×107ND．一个做功冲程中燃气对活塞做的功为1.35×105J【答案】B【解析】解：A、由四冲程汽油机工作过程知，完成一个工作循环，飞轮转动2周，完成4个冲程，对外做功1次，可知当飞轮1min转动1800周，即每秒钟转动30周，完成60个冲程。故A不正确；BCD、由题可知，p＝9.0×105Pa，S＝30cm2＝3×10﹣3m2，燃气对活塞的平均压力为：F＝pS＝9.0×105Pa×3×10﹣3m2＝2700N。故C不正确；s＝50mm＝0.05m，一个做功冲程中燃气对活塞做的功：W＝Fs＝2700N×0.05m＝135J。故D不正确；飞轮每转两圈对外做功一次，所以飞轮转动1800周，要对外做功900次，燃气对活塞做的总功为：W总＝W×900＝135J×900＝121500J，而t＝1min＝60s，而t＝1min＝60s，汽油机的功率为：P=W故选：B。三、柴油机、汽油机和柴油机的区别：1.汽油机和柴油机剖面图：（1）汽油机的构造（2）柴油机的构造2.柴油机的工作原理：（1）柴油机的工作过程也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程；（2）在吸气冲程里，吸进气缸的只有空气；（3）在压缩冲程中，活塞把空气的体积压缩得非常小，使得空气的温度很高；（4）在压缩冲程结束的时候，气缸内空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油，遇到热空气便立刻燃烧起来；（5）柴油机工作过程中压强比较大，要求各有关零部件具有较高的结构强度，因此柴油机比较笨重。3.柴油机和汽油机的区别：①汽油机气缸顶部有火花塞，柴油机气缸顶部有喷油嘴；②汽油机吸气冲程吸入的是汽油与空气的混合物，柴油机吸气冲程只吸入空气；③汽油机点火方式为点燃式，柴油机点火方式压燃式；④汽油机的效率低，柴油机效率高；⑤汽油机机体较轻，柴油机机体较重。【例题11】关于热机，下列说法正确的是（ ）A.汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞B.柴油机在吸气冲程中，将柴油和空气的混合气吸入气缸C.改正技术后，热机的效率可以达到100%D.汽油机和柴油机除了做功冲程外，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的【答案】D【解析】A.汽油机汽缸顶部有一个火花塞，柴油机汽缸顶部是一个喷油嘴，故A错误；B.工作过程中，汽油机吸入的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入的是空气，故A错误；C.热机在工作时不可避免地有能量的损耗与散失，故热机的效率不可能达到100%，故C错误；D.汽油机和柴油机除了做功冲程外，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的，故D正确。故选D。【变式11】下列关于热机的描述正确的是（）A．汽油机和柴油机点火都靠的是火花塞B．汽油机的活塞运动一个周期对外做一次功C．柴油机比汽油机效率高，是因为它对空气的压缩比更大D．热机在工作过程中，把活塞的内能转化为机械能【答案】C【解析】解：A、汽油机依靠火花塞点火，柴油机依靠压缩自燃，故A错误。B、汽油机的活塞运动两个周期是一个工作循环，燃气对外做功一次，故B错误。C、柴油机比汽油机对空气的压缩比更大，效率更高，故C正确。D、热机在工作过程中，在做功冲程中把燃气的内能转化为活塞的机械能，故D错误。故选：C。【例题12】下列关于汽油机和柴油机的说法，正确的是（）A.柴油机的工作过程分为吸气、压缩、排气三个冲程B.汽油机和柴油机都属于内燃机C.在吸气冲程中，汽油机吸入的是汽油和空气的混合物，而柴油机吸入的是柴油和空气的混合物D.汽油机顶部有喷油嘴，而柴油机顶部有火花塞【答案】B【解析】A.柴油机的工作过程分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程；选项A错误。B.柴油机和汽油机都属于内燃机；选项B正确。C.工作过程中，汽油机吸入的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入的是空气；此选项C错误；D.汽油机汽缸顶部有一个火花塞，柴油机汽缸顶部是一个喷油嘴；选项D错误；故选B。【变式12】与汽油机相比较，柴油机（）A．气缸顶部无火花塞，吸入气缸的是空气，效率较高B．气缸顶部无火花塞，吸入气缸的是柴油，效率较高C．气缸顶部有火花塞，吸入气缸的是空气，效率较低D．有火花塞，吸入气缸的是柴油和空气的混合燃料，效率高【答案】A【解析】解：汽油机顶部有火花塞，柴油机为喷油嘴，汽油机吸入的是空气和汽油的混合物物质，柴油机吸入的空气，柴油机效率高，故BCD不符合题意，A符合题意。故选：A。【例题13】下列关于汽油机和柴油机的主要区别，说法正确的是（）A．构造上，汽油机气缸顶部有喷油嘴，柴油机气缸顶部有火花塞 B．吸气冲程中，柴油机吸入汽缸的是柴油和空气的混合物，汽油机吸入汽缸的是空气 C．在压缩冲程末，柴油机的点火方式是点燃式，汽油机的点火方式是压燃式 D．在做功冲程中，柴油机的燃气温度和压强比汽油机里的高【答案】D【解析】解：A、柴油机和汽油机的结构不同：柴油机的气缸上是喷油嘴，汽油机的顶部有火花塞，故A错误；B、在吸气冲程，柴油机吸入气缸的只是空气，汽油机吸入气缸的是汽油和空气的混合物，故B错误；C、在做功冲程，汽油机的点火方式叫点燃式，柴油机的点火方式叫压燃式，故C错误；D、柴油机的压缩比例更大，柴油机燃气压强比汽油机的更高，故D正确。故选：D。【变式13】柴油机和汽油机的区别：在构造上的主要区别是：柴油机汽缸顶部有，汽油机汽缸顶部有。在吸气冲程中的不同是：汽油机吸入气缸里的是，柴油机吸入汽缸里的是。目前我国正在研发一款以压缩空气为动力的环保车。汽车使用前需要压缩存储，这一过程通过的方式使气体内能增加。开动时，释放的气体推动发动机，将气体的内能转化为能；此车紧急刹车时，刹车片和轮胎都变热，汽车的机械能转化为能。当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率（选填“升高”“不变”或“降低”）。发动机散热器常用水做冷却剂，这是因为水的大。【答案】喷油嘴；火花塞；汽油与空气的混合物；空气；空气；做功；机械；内；降低；比热容。【解析】解：（1）柴油机和汽油机构造上的区别：柴油机气缸顶部有喷油嘴，而汽油机顶部有火花塞；（2）汽油机和柴油机工作时，吸气冲程吸入气体的区别：汽油机吸入的是汽油与空气的混合物，而柴油机吸入的是空气；（3）该环保车是以压缩空气为动力，所以使用前要储存空气；压缩气体时，对气体做功，使气体的内能增加，是机械能转化为内能的过程，所以该过程是通过做功的方式增加气体的内能；（4）开动时，释放的气体推动发动机，将气体的内能又转化为机械能；刹车时，汽车的轮胎与地面摩擦，此过程中克服摩擦做功，汽车的机械能转化为内能；（5）汽车发动机工作时将内能转化为机械能，冒“黑烟”说明燃烧不充分，用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出的总能量的比值就小，所