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2023-2024学年人教版八年级物理高效课堂培优讲义
第1节 热机
(
01
新课知识解析
)
(
知识点一：
热机
)
1.实验装置是一个简单的热机,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的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,水蒸气将橡胶塞冲出,水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能。
2. 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能量的转移过程,利用内能做功是内能与其他形式的能的转化过程。
3.热机
(1)热机:利用内能做功的机械.汽车、轮船和飞机等的发动机都是利用燃料燃烧时释放的内能做功的装置，都是热机。
(2)热机的种类：热机的种类很多,例如蒸汽机、内燃机、汽轮机喷气发动机等.尽管它们的构造不同,但它们具有一个共同的特点,就是把内能转化为机械能。
(3)热机工作时的能量转化
(4)常见热机一内燃机
现代生活中常见的汽车并不靠水蒸气来提供汽车动力，而是利用汽油或柴油作为燃料,产生高温高压的燃气，利用燃气做功将内能转化为机械能.
①定义:燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机称为内燃机.
②分类:内燃机分为汽油机和柴油机两大类,分别用汽油和柴油作为燃料.
(
知识点二：
汽油机
)
1.工作原理
利用汽缸内汽油燃烧时生成的高温高压的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,汽油机的主体是一个汽缸,汽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:汽油机在工作时,活塞在汽缸内往复运动,活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程,叫做一个冲程。
3.工作过程
(1)汽油机的一个工作循环由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程四个冲程组成,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，只有做功冲程中气体对外做功,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来带动活塞完成,周而复始,使汽油机能连续转动下去.汽油机的工作过程如图所示。
【典型例题】
在科幻大片《流浪地球》中有这样一个场景：主人公为帮助地球脱离木星的吸引，点燃了木星上的可燃气体，从而将地球推离木星。以下与推离过程中能量转化方式相同的是（ ）
A． B． C． D．
【答案】B
【解析】
A．科幻大片《流浪地球》中，点燃木星上的可燃气体将地球推开，此过程内能转化为机械能，相当于内燃机的做功冲程；A图中进气阀、排气阀关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，A不符合题意；
B．B图中，进气阀、排气阀关闭，活塞向下运动，为做功冲程，此冲程中内能转化为机械能，B符合题意；
C．C图中，进气阀打开，排气阀关闭，活塞向下运动，为吸气冲程，C不符合题意；
D．D图中，进气阀关闭，排气阀打开，活塞向上运动，为排气冲程，D不符合题意。
故答案为：B。
(
知识点三：
柴油机
)
1.工作原理
利用柴油在汽缸内燃烧所产生的高温高压气体推动活塞做功,将内能转化为机械能.
2.构造
柴油机的构造与汽油机相似,所不同的是柴油机汽缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴.
3.工作过程
柴油机的工作过程与汽油机大致相同,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，曲轴转动两周,活塞往复运动两次,对外做功一次,如图所示.
(
0
2
题型专场
)
题型一：热机的工作原理
(目前我国已将发动机研发列为国家重大科技专项。下列我国“陆、海、空、天”装备中动力机械不属于热机(利用内能做功的机械)是（ ）
A.中国高铁交流异步牵引电动机
B.052D型导弹驱逐舰燃气轮机
C.歼-20战机涡扇-15煤油发动机
D.“长征五号”火箭液氢液氧发动机
【答案】A
【解析】
热机是把内能转化成机械能的装置,燃气轮机、煤油发动机和火箭液氢液氧发动机工作时都是把内能转化成机械能,都属于热机;而电动机是把电能转化成机械能,不是利用内能做功的机械,不是热机,故A选项符合题意.
答案: A
题型二：内燃机工作冲程的判断
如图所示为展会中的“走马灯”，点燃底部蜡烛，热空气上升驱动扇叶转动，观众惊奇地看到纸片小人的影子动了起来。这个过程发生的能量转化与四冲程汽油机冲程图中相同的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】C
【解析】
点燃蜡烛时，气体温度升高，气体的密度变小，热空气就会向上运动，运动的热空气推动扇叶转动，运动的热空气对外做功，将内能转化为机械能，该冲程和四冲程汽油机的做功冲程的能量转化相同。
A．图中吸气阀开启，排气阀关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，A不符合题意；
B．图中两气阀关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，B不符合题意；
C．图中两气阀关闭，活塞向下运动，火花塞点火，是做功冲程，C符合题意；
D．图中吸气阀关闭，排气阀开启，活塞向上运动，是排气冲程，D不符合题意。
故答案为：C。
题型三：汽油机与柴油机的区别
关于内燃机, 下列说法正确的是( )
A.汽油机汽缸顶部有喷油嘴,柴油机汽缸顶部有火花塞
B.柴油机在吸气冲程中,将柴油和空气的混合物吸人汽缸
C.汽油机的功率一般 比柴油机的大
D.汽油机一般比柴油机轻巧，但输出功率小
【答案】D
【解析】
汽油机汽缸顶部有火花塞，柴油机汽缸顶部有喷油嘴,故选项A错误;柴油机在吸气冲程中,将空气吸入汽缸,故选项B错误;汽油机一般比柴油机功率小,故选项C错误.
答案: D
题型四：内燃机工作循环及做功的简单计算
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，在这一现象中瓶内气体的内能转化为软木塞的 能，该能量转化过程与汽油机的 冲程相同。一台四冲程柴油机的曲轴转速是3000r/min，它1秒钟对外做功 次，它在吸气冲程中，吸入汽缸里的物质是 。
【答案】机械；做功；25；空气
【解析】
软木塞会跳起来，机械能增大，这是由于热水瓶内气体膨胀做功造成的，水蒸气的内能转化成瓶塞的机械能。
汽油机在做功冲程中，气缸内高温气体膨胀推动活塞做功，内能转化为机械能；故该能量转化过程与汽油机的做功冲程相同。
四冲程柴油机飞轮的转速是
表示每秒飞轮转动50圈，而每2圈4个冲程，做功一次，所以1s内完成100个冲程、对外做功25次。
四冲程柴油机吸入气缸的物质是空气，柴油由喷油嘴喷出。
题型五：综合题
一单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为600r/min，做功冲程中燃气对活塞的平均压强为5× Pa(设压强在此冲程中保持不变)，活塞行程为0.2m，活塞的横截面积为100 ，求汽油机的做功功率。
【答案】解：根据公式 可得，燃气对于活塞的压力为
燃气每次做功为
汽油机一分钟内做功的次数为
则燃气一分钟内做的功为
汽油机的功率为
答：汽油机的做功功率为5000W。
【解析】根据压强和受力面积的乘积计算压力；利用力和距离的乘积计算功的大小；根据总功和时间的比值计算功率的大小。
(
0
3
课堂小结
)
(
0
4
巩固提升
)
1．下图是四冲程汽油机的工作示意图，下列说法正确的是（ ）
A．图甲是压缩冲程，内能转化为机械能
B．该内燃机一个工作循环有四个冲程正确的顺序是乙、丁、甲、丙
C．丁是做功冲程，把绝大部分的内能转化为机械能
D．靠惯性完成的冲程是甲、乙、丙
【答案】D
【解析】
A．图甲两气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，机械能转化为内能，A不符合题意；
B．内燃机一个工作循环分别是吸热冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。图乙进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程；图丙进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程；图丁两气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程，内能转化为机械能，四个冲程正确的顺序是乙、甲、丁、丙，B不符合题意；
C．由上分析可知，丁是做功冲程。汽油机的效率约为20%～30%，故只能把一小部分的内能转化为机械能，C不符合题意；
D．只有做功冲程将内能转化机械能，其它三个冲程是辅助冲程，要靠飞轮的惯性完成，故靠惯性完成的冲程是甲、乙、丙，D符合题意。
故答案为：D。
2．汽油机作为动力装置大多用在小汽车、飞机以及一些轻巧的机械上。如图所示是汽油机工作原理示意图，分析可知是四冲程汽油机的（ ）
A．做功冲程，将机械能转化为内能
B．压缩冲程，将机能转化为内能
C．做功冲程，将内能转化为机械能
D．压缩冲程，将内能转化为机械能
【答案】C
【解析】
由图知，两气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，气缸容积增大，是做功冲程，将内能转化为机械能。
故答案为：C。
3．电影《长津湖之水门桥》中，我军用巴祖卡火箭筒打下美军战斗机。巴祖卡火箭筒发射炮弹的过程与四冲程汽油机的哪个冲程相似（ ）
A． B．
C． D．
【答案】C
【解析】【解答】火箭筒工作时高温高压炸药燃气推动炮弹做功，将内能转化为机械能。
A．图中排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动，属于排气冲程，没有能量转化过程，A不符合题意；
B．图中排气门、进气门关闭，活塞向上运动，属于压缩冲程，将机械能转化为内能，B不符合题意；
C．图中排气门、进气门关闭，活塞向下运动，属于做功冲程，将内能转化为机械能，C符合题意；
D．图中排气门关闭，进气门打开，活塞向下运动，属于吸气冲程，没有能量转化过程，D不符合题意。
故答案为：C。
4．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正确的是（ ）
A．做功冲程中，实现了机械能向内能转化
B．吸气冲程中，只有汽油进入汽缸
C．压缩冲程中，通过做功的方式使汽缸内气体的内能增大
D．排气冲程中，废气不会带走燃料释放的能量
【答案】C
【解析】
A．做功冲程，是内能转化为机械能，A不符合题意；
B．汽油机吸气冲程中，吸入空气和汽油，B不符合题意；
C．压缩冲程中，活塞对汽缸内气体做功，将机械能转化为内能，气体的内能增大，C符合题意；
D．排气冲程中，废气会带走一部分能量，D不符合题意。
故答案为：C。
5．科学课上老师做了如图所示的实验：在一个配有活塞的厚玻璃筒内放一小团硝化棉，迅速下压活塞，硝化棉燃烧，此过程与下图中（ ）图所示冲程的能量转化相同。
A． B．
C． D．
【答案】B
【解析】
迅速下压活塞，压缩空气做功，使筒内空气的内能增加、温度升高，达到硝化棉的燃点，硝化棉燃烧，该过程将机械能转化为内能。
A．进气门开启，活塞下行，气体被吸入汽缸中，是吸气冲程，该冲程没有能量转化，A不符合题意；
B．两气门都关闭，活塞上行，压缩燃料和空气的混合物做功，将机械能转化为内能，是压缩冲程，B符合题意；
C．两气门都关闭，燃气膨胀推动活塞做功，将内能转化为机械能，是做功冲程，C不符合题意；
D．排气门开启，活塞上行，废气被排出，是排气冲程，该冲程没有能量转化，D不符合题意。
所以，题干描述的过程与B图所示冲程的能量转化相同。
故答案为：B。
6．吹足气的气球放手后，气体从气球口喷出，气球则反向在空中飞行一段时间。如图所示的热机四冲程与上述能量转化原理相同的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】C
【解析】吹足气的气球放手后，气体从气球口喷出，气球则反向在空中飞行，在这一过程中是气球内气体的内能转化为气球的机械能。
A．进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，汽缸容积变小，是压缩冲程，机械能转化为内能，A不符合题意；
B．进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，气体排出汽缸，是排气冲程，没有能量转化，B不符合题意；
C．进气门和排气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，汽缸容积变大，是做功冲程，内能转化为机械能，C符合题意；
D．进气门打开，活塞向下运动，气体吸入汽缸，是吸气冲程，没有能量转化，D不符合题意。
故答案为：C。
7．下列关于汽车的说法中，不正确的是（ ）
A．汽车在刹车过程中，刹车片温度升高，是做功改变了它的内能
B．给汽车加油时能闻到汽油的味道，说明分子在不停地做无规则运动
C．汽油机在做功冲程中把内能转化为机械能
D．汽油的热值为4.6×107J/kg，表示每燃烧1kg的汽油可以获得4.6×107J的热量
【答案】D
【解析】
A.汽车在刹车过程中，刹车片温度升高，是做功改变了它的内能，故A正确不合题意；
B.给汽车加油时能闻到汽油的味道，说明分子在不停地做无规则运动，故B正确不合题意；
C.汽油机在做功冲程中把内能转化为机械能，故D正确不合题意；
D.汽油的热值为4.6×107J/kg，表示每完全燃烧1kg的汽油可以获得4.6×107J的热量，故D错误符合题意。
故选D。
8．科幻大片《流浪地球》中的主人公为了拯救人类，点燃木星上的可燃气体，借助燃烧产生的高温气体把即将与木星相撞的地球成功推开。“高温气体把地球推开”的过程相当于汽油机的
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】【解答】点燃可燃气体，气体推动木星与地球分离，即将内能转化为机械能，这和汽油机的做功冲程相同，故C正确，而A、B、D错误。
故选C。
9．如图甲所示的某品牌插秧机使用北斗导航，农民只需在作业前进行相关设定，即可实现24小时无人值守自动作业。该插秧机使用四冲程汽油机，图乙中汽油机处于 冲程。如果该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每分钟对外做功 次；
【答案】压缩；1800
【解析】【解答】(1) 从图中可以看出，两个气门都关闭，活塞由下向上运动，压缩内部的混合物，故该冲程是压缩冲程；
(2)该汽油机飞轮的转速是60r/s，飞轮转两圈对外做功一次，则每秒钟对外做功30次，则一分钟做功1800次。
故答案为：压缩；1800。
10．如图是单缸四冲程汽油机工作中的一个冲程，此冲程中气缸内气体内能逐渐 （增大/减小），工作时飞轮转速为3600r/min，则每秒做功 次。汽油机工作过程中的效率很低，有大量的热散失到空气中而无法自动回收，这是因为能量的转化和转移具有 性。
【答案】增大；30；方向
【解析】
由图示知，两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，此过程活塞的机械能转化为气体的内能，所以气体的内能增大。
飞轮的转速
飞轮每转两圈，做一次功，完成四个冲程，所以每秒做功30次。
因为能量的转化和转移具有方向性，汽油机工作过程中散失到空气中的热量无法自动回收，其效率较低。
11.如图所示是 （选填“汽油”或“柴油”）机，这是 冲程。
【答案】汽油；压缩
【解析】【解答】由题知，此装置顶部是火花塞，是汽油机。
图中的进气门和排气门都闭合，活塞向上运行，因此为压缩冲程。
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2023-2024学年人教版八年级物理高效课堂培优讲义
第1节 热机
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01
新课知识解析
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知识点一：
热机
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1.实验装置是一个简单的热机,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的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,水蒸气将橡胶塞冲出,水蒸气的内能转化为橡胶塞的 。
2. 利用内能的两种方式：(1)利用内能 。(2)利用内能 .
其中利用内能加热是能量的转移过程,利用内能做功是内能与 的能的转化过程。
3.热机
(1)热机:利用内能做功的机械.汽车、轮船和飞机等的发动机都是利用燃料燃烧时释放的内能做功的装置，都是 。
(2)热机的种类：热机的种类很多,例如蒸汽机、内燃机、汽轮机喷气发动机等.尽管它们的构造不同,但它们具有一个共同的特点,就是把内能转化为 。
(3)热机工作时的能量转化
(4)常见热机一内燃机
现代生活中常见的汽车并不靠水蒸气来提供汽车动力，而是利用汽油或柴油作为燃料,产生高温高压的燃气，利用燃气做功将内能转化为机械能.
①定义:燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机称为 .
②分类:内燃机分为汽油机和柴油机两大类,分别用汽油和柴油作为 .
(
知识点二：
汽油机
)
1.工作原理
利用汽缸内汽油燃烧时生成的高温高压的燃气来推动活塞做功,将内能转化为 。
2构造
(1)主要结构:如图所示,汽油机的主体是一个汽缸,汽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:汽油机在工作时,活塞在汽缸内往复运动,活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程,叫做一个 。
3.工作过程
(1)汽油机的一个工作循环由吸气冲程、压缩冲程、 、排气冲程四个冲程组成,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 ,对外做功 .在四个冲程中，只有 中气体对外做功,其他三个冲程是 ,要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来带动活塞完成,周而复始,使汽油机能连续转动下去.汽油机的工作过程如图所示。
【典型例题】
在科幻大片《流浪地球》中有这样一个场景：主人公为帮助地球脱离木星的吸引，点燃了木星上的可燃气体，从而将地球推离木星。以下与推离过程中能量转化方式相同的是（ ）
A． B． C． D．
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知识点三：
柴油机
)
1.工作原理
利用柴油在汽缸内燃烧所产生的高温高压气体推动活塞做功,将内能转化为 .
2.构造
柴油机的构造与汽油机相似,所不同的是柴油机汽缸顶部没有火花塞，而有一个 .
3.工作过程
柴油机的工作过程与汽油机大致相同,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，曲轴转动两周,活塞往复运动 ,对外做功 ,如图所示.
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题型专场
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题型一：热机的工作原理
(目前我国已将发动机研发列为国家重大科技专项。下列我国“陆、海、空、天”装备中动力机械不属于热机(利用内能做功的机械)是（ ）
A.中国高铁交流异步牵引电动机
B.052D型导弹驱逐舰燃气轮机
C.歼-20战机涡扇-15煤油发动机
D.“长征五号”火箭液氢液氧发动机
题型二：内燃机工作冲程的判断
如图所示为展会中的“走马灯”，点燃底部蜡烛，热空气上升驱动扇叶转动，观众惊奇地看到纸片小人的影子动了起来。这个过程发生的能量转化与四冲程汽油机冲程图中相同的是（ ）
A． B．
C． D．
题型三：汽油机与柴油机的区别
关于内燃机, 下列说法正确的是( )
A.汽油机汽缸顶部有喷油嘴,柴油机汽缸顶部有火花塞
B.柴油机在吸气冲程中,将柴油和空气的混合物吸人汽缸
C.汽油机的功率一般 比柴油机的大
D.汽油机一般比柴油机轻巧，但输出功率小
题型四：内燃机工作循环及做功的简单计算
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，在这一现象中瓶内气体的内能转化为软木塞的 能，该能量转化过程与汽油机的 冲程相同。一台四冲程柴油机的曲轴转速是3000r/min，它1秒钟对外做功 次，它在吸气冲程中，吸入汽缸里的物质是 。
题型五：综合题
一单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为600r/min，做功冲程中燃气对活塞的平均压强为5× Pa(设压强在此冲程中保持不变)，活塞行程为0.2m，活塞的横截面积为100 ，求汽油机的做功功率。
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课堂小结
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巩固提升
)
1．下图是四冲程汽油机的工作示意图，下列说法正确的是（ ）
A．图甲是压缩冲程，内能转化为机械能
B．该内燃机一个工作循环有四个冲程正确的顺序是乙、丁、甲、丙
C．丁是做功冲程，把绝大部分的内能转化为机械能
D．靠惯性完成的冲程是甲、乙、丙
2．汽油机作为动力装置大多用在小汽车、飞机以及一些轻巧的机械上。如图所示是汽油机工作原理示意图，分析可知是四冲程汽油机的（ ）
A．做功冲程，将机械能转化为内能
B．压缩冲程，将机能转化为内能
C．做功冲程，将内能转化为机械能
D．压缩冲程，将内能转化为机械能
3．电影《长津湖之水门桥》中，我军用巴祖卡火箭筒打下美军战斗机。巴祖卡火箭筒发射炮弹的过程与四冲程汽油机的哪个冲程相似（ ）
A． B．
C． D．
4．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正确的是（ ）
A．做功冲程中，实现了机械能向内能转化
B．吸气冲程中，只有汽油进入汽缸
C．压缩冲程中，通过做功的方式使汽缸内气体的内能增大
D．排气冲程中，废气不会带走燃料释放的能量
5．科学课上老师做了如图所示的实验：在一个配有活塞的厚玻璃筒内放一小团硝化棉，迅速下压活塞，硝化棉燃烧，此过程与下图中（ ）图所示冲程的能量转化相同。
A． B．
C． D．
6．吹足气的气球放手后，气体从气球口喷出，气球则反向在空中飞行一段时间。如图所示的热机四冲程与上述能量转化原理相同的是（ ）
A． B．
C． D．
7．下列关于汽车的说法中，不正确的是（ ）
A．汽车在刹车过程中，刹车片温度升高，是做功改变了它的内能
B．给汽车加油时能闻到汽油的味道，说明分子在不停地做无规则运动
C．汽油机在做功冲程中把内能转化为机械能
D．汽油的热值为4.6×107J/kg，表示每燃烧1kg的汽油可以获得4.6×107J的热量
8．科幻大片《流浪地球》中的主人公为了拯救人类，点燃木星上的可燃气体，借助燃烧产生的高温气体把即将与木星相撞的地球成功推开。“高温气体把地球推开”的过程相当于汽油机的
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
9．如图甲所示的某品牌插秧机使用北斗导航，农民只需在作业前进行相关设定，即可实现24小时无人值守自动作业。该插秧机使用四冲程汽油机，图乙中汽油机处于 冲程。如果该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每分钟对外做功 次；
10．如图是单缸四冲程汽油机工作中的一个冲程，此冲程中气缸内气体内能逐渐 （增大/减小），工作时飞轮转速为3600r/min，则每秒做功 次。汽油机工作过程中的效率很低，有大量的热散失到空气中而无法自动回收，这是因为能量的转化和转移具有 性。
11.如图所示是 （选填“汽油”或“柴油”）机，这是 冲程。
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