【暑期特训】九年级第04讲 热机

第04讲热机模块一思维导图串知识模块二基础知识全梳理（吃透教材）模块三教材习题学解题模块四核心考点精准练（5大考向）模块五小试牛刀过关测（16题）了解热机及其工作原理；掌握汽油机和柴油机的构造及工作过程；区分汽油机和柴油机的异同点。■知识点一：热机1.热机（1）定义：如车、船、飞机等的发动机通过燃料燃烧，获得内能，并利用内能做功，像这样的机械叫热机。（2）工作原理：利用内能来做功（3）能量转化：（4）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。2.内燃机燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机中最常见的是汽油机和柴油机两类。■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。次序1234冲程吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程工作示意图气门开闭进开、排闭进闭、排闭进闭、排闭进闭、排开活塞运动方向向下向上向下向上曲轴的运动半周半周半周半周冲程的作用吸入汽油和空气的混合物压缩空气和汽油的混合物，使其内能增加、温度升高火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体，高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功排出废气能的转化机械能转化成内能内能转化成机械能说明1个工作循环，包含4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴和飞轮运转2周，对外做功1次判断内燃机处于哪个工作冲程应抓住两点：一是气门的开与关；二是活塞的运动方向。有火花塞的就是做功冲程，两个气门都关闭，也无火花塞，就是压缩冲程，若是吸气冲程，进气门打开，排气冲程，排气门打开。（1）汽油机在开始工作时，要靠外力先使曲轴、连杆转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动以后，汽油机才能连续工作；（2）在汽油机的一个工作循环中，包含4个冲程，活塞往复运动两次（两圈），曲轴转动两周，对外做功一次，巧记为“1-4-2-2-1”；（3）在四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，将内能转化为机械能，其他三个冲程是靠飞轮的惯性来完成的，故飞轮的质量要足够大；■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。构造汽油机和柴油机的异同点：不同点相同点项目汽油机柴油机（1）构造基本相同都是燃料在气缸内燃烧，都是内燃机。（2）都将内能转化为机械能。（3）每一个工作循环都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。构造汽缸顶部有火花塞汽缸顶部有喷油嘴点火方式压缩冲程末由火花塞放出电火花点燃，称点燃式压缩冲程末由喷油嘴向汽缸内喷雾状柴油遇到高温高压的空气自动燃烧，称压燃式燃料汽油、吸气冲程吸进汽油和空气混合物柴油、吸气冲程吸进汽缸的只是空气压缩比压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1/9至1/6压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1/22至1/16做功做功冲程初燃气压强为30至50个大气压，温度2000℃至2500℃，高温高压的气体推动活塞做功做功冲程初燃气压强为50至100个大气压，温度1700℃至2000℃，高温高压的气体推动活塞做功效率效率较低20％至30％效率较高30％至45％用途轻便，多用于汽车、飞机、小型农机具笨重，多用于拖拉机、载重汽车、轮船等重型机械扩散现象的认识和理解（1）扩散现象只能发生在两种不同的物质之间，同种物质之间不能发生扩散现象；（2）不同物质只有相互接触时，才能发生扩散现象，没有相互接触的物质，是不会发生扩散现象的；（3）扩散现象是两种物质的分子彼此进入对方，而不是单一的某种物质的分子进入另一种物质；教材习题01除了飞机、汽车、摩托车之外，你还知道哪些地方用到了热机？你列举的这些热机中哪些是内燃机？解题方法①思考：什么是热机，内燃机和热机间是什么关系？②举例说明【答案】拖拉机、火箭、轮船、火车等拖拉机和火车属于内燃机教材习题02从能量转化的角度看，一台四冲程内燃机在一个循环中（1）哪个冲程存在着化学能转化为内能的过程？（2）哪个冲程存在着内能转化为机械能的过程？（3）哪个冲程具有很明显的机械能转化为内能的过程？解题方法①思考：内燃机的一个工作循环包括哪些，在转动过程中，能量是如何转化的？②作答【答案】做功做功压缩教材习题03在如图中，甲为四冲程内燃机吸气冲程的示意图，图中画出了吸气冲程中活塞和曲轴的位置和进气门、排气门的开闭情况．请在图乙、丙、丁中，分别画出压缩、做功、排气冲程中活塞和曲轴的位置和进气门、排气门的开闭情况．解题方法①思考：四冲程内燃机的四个冲程，气门的闭合状态以及转轴所处的位置。②画出气门的闭合状态、活塞连杆及曲柄的大致位置。【答案】因为玻璃和水接触在一起，并且玻璃分子和水分子间的距离在引力作用的范围内，故水分子和玻璃分子之间存在相互作用的引力，故向上拉玻璃板时，弹簧测力计的读数将变大。考向1：热机的种类【例1】（23-24九年级上·福建宁德·期末）近年来我国先进装备层出不穷，民族自豪感倍增。以下装备的动力装置不属于是热机的是（

）A．玉兔号月球车B．山东舰C．歼20 D．长征五号火箭【变式1-1】（2023·新疆·中考真题）人类最早发明的热机是（）A．蒸汽机 B．内燃机 C．喷气发动机 D．火箭发动机【变式1-2】（2024·甘肃陇南·模拟预测）我国航天事业快速发展，长征系列火箭做出了巨大贡献！火箭的发动机属于（选填“热机”或“电动机”）。火箭发射时，向发射塔喷射大量的水，利用水的较大的性质带走大量的热，防止发射塔被烧坏。考向2：热机工作过程中的能量转化问题【典例2】（23-24九年级上·安徽淮南·阶段练习）2022珠海航展，大国重器“歼﹣20”的“双机对冲”、“旱地拔葱”成为全场的焦点（如图所示），换装后的中国心“国产涡扇﹣10”航空发动机在工作时，燃料燃烧产生的高温高压气体通过的方式将内能转化为，所以也属于热机的一种。【变式2-1】（23-24九年级上·辽宁营口·期末）下列实例中，属于内能转化为机械能的是（）A．搓手取暖B．瓶塞冲出C．压缩气体 D．钻木取火【变式2-2】（2024·江苏泰州·二模）小明把一个刚喝完的纯净水瓶拧紧瓶盖，先用双手使劲扳弯纯净水瓶，然后快速松开左手，瓶内出现大量白雾，如图所示。白雾是（填物质名称），在松手的过程中水蒸气的内能（填变化情况）；松手后纯净水瓶内部物质发生物理变化的过程中，其能量转化过程与汽油机冲程的能量转化过程相同。考向3：汽油机的构造与工作过程【典例3】（23-24九年级上·贵州黔东南·期中）如图所示，分别表示内燃机工作过程中的四个冲程，其中将内能转化为机械能的冲程是（）A．B． C． D．【变式3-1】（23-24九年级上·山东德州·阶段练习）如图所示是汽油机工作时的四个冲程，下列说法正确的是（）A．汽油机吸气冲程汽缸吸进的物质是汽油B．活塞在汽缸内往复运动一次，该汽油机对外做功一次C．该汽油机的四个冲程正确的工作顺序是乙→甲→丁→丙D．甲是压缩冲程，将内能转化为机械能；丁是做功冲程，将机械能转化为内能【变式3-2】（23-24九年级上·江西南昌·期末）如图所示是演示点火爆炸实验装置，在演示前先给装置内喷少量的酒精，按动电火花发生器开关按钮，盒盖被打出去，这是因为酒精燃烧产生的热气对外；这过程与图中汽油机图（选填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”）工作冲程的能量转化相同。考向4：柴油机的构造与工作过程【典例4】（23-24九年级上·湖南郴州·期末）关于柴油机和汽油机的下列说法中正确的是（）A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞B．进、排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程C．柴油机在吸气冲程中将柴油和空气吸入汽缸D．柴油机的压缩冲程中，内能转化为机械能【变式4-1】（23-24九年级上·陕西西安·期末）1876年，德国工程师奥托制造了第一台新型的以煤气为燃料的四冲程内燃机。如图为四冲程柴油机的工作过程。下列关说法正确的是（）A．汽油机和柴油机都是内燃机，吸入汽缸的物质相同B．燃料在汽缸内猛烈燃烧，燃料热值迅速减小C．压缩冲程主要是通过做功的方式增大缸内气体的内能D．柴油机降温常用水做冷却剂是因为水的比热容小【变式4-2】（23-24九年级上·广东广州·期末）如图，将活塞迅速向下压，玻璃筒底部的火柴头烧着了。这是因为活塞压缩空气时，空气的内能，温度；火柴头（选填“吸收”“放出”）热量，内能，温度达到燃点开始燃烧。此实验使火柴头燃烧起来的方式与（选填“汽油机”“柴油机”）中燃料燃烧起来的方式相同。考向5：内燃机工作过程中的计数问题【典例5】（23-24九年级上·广东河源·期中）如图所示是四冲程汽油机工作时的冲程，此过程中通过做功方式使气缸内燃料混合物的内能（选填“增大”或“减小”），若其工作时，曲轴转速为，此汽油机1s内完成个排气冲程。【变式5-1】（23-24九年级上·广东惠州·开学考试）一台单缸四冲程内燃机正常工作时的转速为，该内燃机每秒做功次，如图所示的单缸四冲程汽油机正处于冲程，此时高温高压燃气的内能转化为能。【变式5-2】（23-24九年级上·江西吉安·期末）一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是6000r/min，该汽油机每秒内做功次。除做功冲程外，四冲程汽油机的其它三个冲程是靠安装在曲轴上的飞轮的来完成的。一、单选题1．（20-21九年级上·贵州遵义·期中）如图所示描述的物理过程，下列分析正确的是（）A．图甲：厚玻璃筒内的空气被压缩时，空气的温度升高，内能不变B．图乙：瓶子内的空气推动塞子做功后，瓶子内空气的内能增大C．图丙：试管内的水蒸气推动塞子冲出时，水蒸气的内能增加D．图丁：汽缸内的气体推动活塞向下运动，内能转化为机械能，气体内能减少2．（2024·湖北省直辖县级单位·一模）关于如图所示的实验，下列说法错误的是（

）A．这个实验说明可以利用物体内能对外做功 B．对木塞做功的过程中管内水蒸气的内能增加C．此过程中水蒸气内能转化为木塞的机械能 D．这个实验能够显示热机的工作原理3．（23-24九年级上·河北保定·期末）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4．（23-24九年级上·山东枣庄·期末）如图是四冲程汽油机的工作循环示意图，下列说法中错误的是（）A．汽油机在吸气冲程中吸进汽缸的是汽油和空气的混合物B．吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程的四个图的排序是：丁甲丙乙C．丙图是做功冲程，发生的能量是把内能转化为机械能D．若飞轮每分钟转3000转，则每秒对外做功50次5．（23-24九年级上·河南郑州·期末）如图所示是我国古代劳动人民的智慧成果“取火器”的模型图，把木质推杆迅速推入内壁光滑的牛角套筒时，杆前端的艾绒立刻燃烧起来。汽油机的下列冲程中与“取火器”能量转化相同的是（）A．B． C． D．6．（23-24九年级上·江苏南通·期末）下列四个现象中，属于内能转化机械能的是（）A．压缩点燃棉花B．蒸汽顶起壶盖C．冬天哈气取暖 D．压缩冲程7．（23-24九年级上·福建莆田·期末）如图所示是四冲程汽油机工作时各冲程的示意图，其中与汽车刹车过程中能量转化相同的是（）A．B． C． D．8．（23-24九年级上·安徽淮北·期末）茶文化在中国已经有几千年的历史，在寒冷的冬季，泡上一壶茶，手握着茶杯，闻着浓浓的茶香，品一杯热茶，浑身上下暖暖的感觉。在品茶过程中涉及到的物理知识，下列说法错误的是（）A．闻到茶香，这是一种扩散现象B．开水能很快泡出茶香，是因为温度越高，分子热运动越剧烈C．烧水时水蒸气将壶盖顶起的能量转化与汽油机做功冲程相同D．热茶上方冒出的白雾是一种汽化现象二、填空题9．（23-24九年级下·河南南阳·开学考试）如图所示是四冲程汽油机的冲程，若该汽油机每分钟内做功600次，则汽油机飞轮的转速是r/min。10．（23-24九年级上·四川眉山·期中）如图所示为一单缸四冲程汽油机某冲程剖面图，此冲程把（选填番号①内能转化为机械能②机械能转化为内能），该单缸四冲程汽油机的主要技术指标如表所示，则发动机做功的功率为kW。排量2.0L做功冲程推动活塞一次做功2400J转速6000r/min11．（23-24九年级上·黑龙江大庆·期末）如图甲为空气压缩引火仪，乙是四冲程汽油机的一个冲程，两图中以下几种情况对比：①能量转化情况；②改变气体内能的方式；③气体内能的变化，其中（填序号）是相同的。若汽油机曲轴的转速为3600r/min，则1s内对外做功次，汽油机在做功冲程中，缸内气体的能转化为能。12．（23-24九年级上·安徽淮南·期末）在试管中装适量的水，试管口用塞子塞住，用酒精灯对试管加热，如图所示。加热一段时间后，塞子冲出时，看到试管口出现了“白气”。此时，管内气体与瓶塞之间发生了能量转化，这种转化与四冲程汽油机（选填“压缩”或“做功”）冲程的能量转化相同。13．（23-24九年级上·云南曲靖·期中）如图所示为生活中常用的热水瓶，注入一定量的热水后，立即盖上软木塞，软木塞会跳起来。这一过程与汽油机的冲程也发生同样的能量转化。如果该汽油机每秒钟对外做功20次该汽油机飞轮的转速是r/min。三、简答题14．（2023·辽宁葫芦岛·二模）如图为我国古代劳动人民的智慧成果“取火器”的模型图，把木质推杆迅速推入内壁光滑的牛角套筒时，杆前端的艾绒立刻燃烧起来。问：（1）从能量转化的角度解释艾绒燃烧的原因；（2）点燃艾绒的过程与四冲程柴油机哪个冲程的工作原理相同。

四、科普阅读题15．（23-24九年级上·山西长治·期末）阅读短文，并回答问题。航天器着陆的“平安之花”2023年10月31日上午，一朵“红白伞花”缓缓降落在内蒙古的东风着陆场，“神舟十六号”载人飞船成功着陆从距离地面300多公里的太空穿越大气层安全着陆，需要经历四次刹车。第一次刹车是发动机点火反推，让飞船脱离运行轨道，飞船以无动力状态在地球引力的作用下自由下落。第二次刹车是在距离地面100km的时候，返回舱高速进入大气层后，因此产生大量的热，造成温度急剧升高，开始用降落伞减速。科学家为