14.2热机 精品导学案（含解析）初中物理人教版（2024）九年级全一册

第二章·内能的利用
第二节热机
【课标要求】
知道热机的概念，知道内燃机是热机的一种；了解四冲程内燃机的工作原理。
了解柴油机的构造和工作过程，了解柴油机与汽油机工作过程的异同点。
【学习目标】
热机能量转化认知
核心：理解热机将内能转化为机械能的核心原理，掌握冲程中的能量转化过程
关键：压缩冲程（机械能→内能，活塞压缩气体做功）；做功冲程（内能→机械能，燃气推动活塞做功）；通过“空气压缩引火仪”实验类比压缩冲程能量变化。
冲程识别与循环规律
核心：准确判断四个冲程，掌握工作循环中冲程数、转数、做功次数的定量关系。
关键：各冲程的气门开闭状态（如吸气冲程进气门开、排气门关）、活塞运动方向（上行/下行）；一个工作循环“4冲程、2转、1次做功”的规律；飞轮惯性对非做功冲程的作用。
热机应用与效率意识
核心：结合生活实例（如汽车发动机）理解热机的应用价值，初步形成能量效率意识。
关键：通过“汽车发动机”“柴油机”等实例分析热机工作过程；认识能量损失（如散热、废气带走能量）；理解“汽油味越淡，燃烧越充分，效率越高”的原理。
【重难分析】
重点：
热机的概念及工作原理、汽油机的四个冲程及其能量转化。
难点：
汽油机的四个冲程及其能量转化。
【知识预习】
阅读课本P25~28，思考以下问题
热机是将________能转化为________能的机械。常见的热机有________机、________机、________机、________机等。
答案：内，机械，蒸汽，内燃，汽轮，喷气式发动；
2．内燃机的工作原理：燃料（汽油或柴油）在汽缸里面燃烧时生成________的燃气，用来推动活塞________，把________能转化为________能。
答案：高温、高压，做功，内，机械；
3.汽油机的构造：由进气门、________、火花塞、汽缸、________、连杆、曲轴等组成的。
答案：排气门，活塞
4.活塞在汽缸内________时，从汽缸的一端运动到另一端的过程叫做一个________。
答案：运动，冲程
5.汽油机的一个工作循环是由________、________、________、________四个冲程组成的，在一个工作循环中，活塞往复运动________次，曲轴转动________周，对外做功________次。
答案：吸气，压缩，做功，排气，两，两，一；
6.柴油机和汽油机构造的不同点：①汽油机汽缸顶部有________；柴油机没有，只有________.②汽油机吸气冲程吸入________的混合物；柴油机吸气冲程只吸入________.③汽油机的点火方式为“________式”；柴油机的点火方式为“________式”。
答案：火花塞，喷油嘴，空气和汽油，空气，点燃，压燃；
重点梳理，答疑解惑
1.热机
定义：将燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的机械统称为热机。
（2）热机的种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机等。
2.内燃机
内燃机及其工作原理：将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，又通过做功，把内能转化为机械能。按燃烧燃料的不同，内燃机可分为汽油机、柴油机等。
汽油机一个工作循环为四个冲程即吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
一个工作循环中只对外做一次功，曲轴转2周，飞轮转2圈，活塞往返2次。
（3）压缩冲程是对气体压缩做功，气体内能增加，这时机械能转化为内能。
做功冲程是气体对外做功，内能减少，这时内能转化为机械能。
汽油机和柴油机工作的四个冲程中，只有做功冲程是燃气对活塞做功，其它三个冲程要靠飞轮的惯性完成。
柴油机的工作原理：利用气缸内燃烧柴油所产生的气体来推动活塞做功。
（7）柴油机的结构与汽油机的相似，柴油机只是在做功冲程时没有火花塞点火。
【试题练习】
1.四冲程汽油机工作时与图中能量转化相同的冲程是( )
A.做功冲程 B.压缩冲程 C.吸气冲程 D.排气冲程
2.为使舰载机在短时间内达到起飞速度，航母上安装了蒸汽弹射装置，如图所示为其简化原理图。气缸内蒸汽体积膨胀对外做功，从而使舰载机获得巨大的牵引力，弹射出去。从能量转化角度讲( )
A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程
3.如图是单缸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
4.如图是四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，下列关于冲程及其能量转化判断正确的是( )
A.做功冲程，将机械能转化为内能 B.做功冲程，将内能转化为机械能
C.压缩冲程，将机械能转化为内能 D.压缩冲程，将内能转化为机械能
5.如图所示为某单缸四冲程内燃机工作示意图，下列说法中正确的是( )
A.一个完整的工作循环顺序是：乙甲丁丙
B.丁冲程发生的能量转化为内能转化为机械能
C.丙冲程中排出的废气没有任何利用的价值
D.只有甲冲程获得动力，其他冲程都是靠惯性运转的
6.下图是四冲程汽油机的工作示意图，下列说说法正确的是( )
A.这四个冲程的正确顺序是丁→甲→乙→丙
B.丙冲程存在着化学能转化为内能的过程
C.乙冲程使汽车获得动力
D.甲、乙、丙冲程是靠惯性完成的
7.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
答案以及解析
1.答案：A
解析：图中水蒸气对塞子做工，内能转化为机械能，和四冲程汽油机的做功冲程能量转化相同，故A项符合题意。
故选A。
2.答案：C
解析：气缸内蒸汽体积膨胀，对外做功，内能转化为机械能，使舰载机获得巨大的牵引力，汽油机的做功冲程能量转化是内能转化为机械能，即这个过程相当于汽油机的做功冲程，故C符合题意，ABD不符合题意。
故选C。
3.答案：B
解析：由图可知，进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，压缩汽缸内气体，火花塞未点火，即为压缩冲程，故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
4.答案：B
解析：如图所示，两个气门关闭，活塞向下运动，为做功冲程，燃料在缸内燃烧，将燃料的内能转化成机械能，ACD错误，B正确。故选B。
5.答案：D
解析：甲中的两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，所以为做功冲程，是第三冲程；乙中进气门打开，活塞向下运行，汽缸容积增大，是吸气冲程，是第一冲程；丙中排气门打开，活塞向上运动，汽缸容积减小，是排气冲程，是第四冲程；丁中，两气门都关闭，活塞向上运行，汽缸容积减小，是压缩冲程，是第二冲程。
A.由上述分析可知，一个完整的工作循环顺序是：乙丁甲丙，故A错误；
B.丁图是压缩冲程，将机械能转化为内能，故B错误；
C.丙冲程中排出的废气温度较高，具有内能，有做功的本领，可以再利用，故C错误；
D.只有做功冲程对外做功，即甲冲程对外做功，获得动力，其他冲程都是靠惯性完成运转的，故D正确。
故选D。
6.答案：B
解析：甲中的两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，是机械能转化为内能，是第二冲程；乙中的一个气阀打开，活塞向上运动，所以为排气冲程，是第四冲程；丙中的两个气阀都关闭，活塞下运动，所以为做功冲程，是内能转化机械能，是第三冲程；丁中的一个气阀打开，活塞向下运动，所以为吸气冲程，是第一冲程；A.四个冲程的正确顺序是丁→甲→丙→乙，故A错误；B.丙冲程是做功冲程存在着化学能转化为内能的过程，故B正确；C.乙冲程是排气冲程，排除废气，汽车不会获得动力，故C错误；D.靠惯性完成的冲程是甲、乙、丁，故D错误；故选B.
7.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由此可知ABD错误，C正确；