14.2 热机 同步学案（有答案）人教版（2024）九年级全册

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【学习目标】
1. 知道热机的定义
2. 了解热机的发展史
3. 知道热机的工作原理
4. 掌握柴油机和汽油机的区别
5. 掌握柴油机和汽油机的四个冲程的特点
6. 知道做功次数与曲轴转动的次数以及工作循环的关系
7. 能计算在工作过程中燃气对活塞的压强
【自主学习】
一、热机
人们发现内能可以做功，由此制造了各种利用内能做功的机械——热机。热机的发明及广泛使用，使人类迈入了工业化社会，对人类社会的发展起到了重要的作用。蒸汽机、内燃机、汽轮机、 喷气发动机等都是热机。
燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫作内燃机。内燃机是现代社会中最常见的一种热机。
二、汽油机
结构
工作原理：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。活塞运动带动曲轴转动。要使汽油机连续工作，活塞必须能在气缸内往复运动。
四冲程展示：
注意事项：在四个冲程中压缩冲程机械能转化为内能，做功冲程（获得动力）内能转化为机械能； 其他三个冲程均 不产生动力 ，而是依靠飞轮储存的动能带动曲轴继续旋转，推动活塞完成往复运动（也可以说是靠惯性）；单缸汽油机一个工作循环包括4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴转动2周(圈)，飞轮也是2圈，对外做功1次。
工作总结：
冲程名称 进气门 排气门 活塞运动 冲程作用 能量转化
吸气冲程 开 闭 向下 吸入燃料和空气的混合物
压缩冲程 闭 闭 向上 压缩燃料和空气的混合物， 使其内能增大，温度升高 机械能转化为内能
做功冲程 闭 闭 向下 火花塞产生电火花，点燃燃料，高温高压的燃气推动活塞做功，通过连杆、曲轴带动飞轮转动 内能转化为机械能
排气冲程 闭 开 向上 排出废气
三、柴油机
工作原理和结构与汽油机的结构差不多，就不赘述了，主要总结一下两者的异同：
项目 汽油机 柴油机
构造 气缸顶部有一个火花塞 气缸顶部有一个喷油嘴
燃料 汽油 柴油
吸气冲程 吸入汽油与空气的混合物 只吸入空气
压缩冲程 压缩程度较小， 压缩程度较大，
做功冲程 点燃式，内能转化为机械能 压燃式，内能转化为机械能
排气冲程 排出废气
特点与适用范围 轻巧、功率小；小汽车、摩托车等. 笨重、功率大；载重汽车、轮船等.
相同点 一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。压缩冲程把机械能转化为内能.
【例1】如图所示实验，在橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出的过程中，以下说法正确的是（　　）
A．试管口出现的“白雾”是气体 B．水蒸气对外做功，内能增加
C．水蒸气的温度升高 D．这个实验基本展示了蒸汽机的工作原理
【例2】对于图中所描述的物理过程，下列分析中正确的是（　　）
A．甲，玻璃筒内的空气被压缩后内能增大，这是因为棉花燃烧放热
B．乙，塞子跳起时，瓶内气体内能减小，这是通过做功的方式改变的
C．丙，水蒸气将塞子推出的过程中，能量转化与热机的压缩冲程相同
D．丁，该冲程为内燃机的做功冲程，曲轴每转一圈发生一次该冲程
【例3】下列汽油机工作的一个循环中，对外做功之后的冲程是（　　）
A． B． C． D．
【例4】关于四冲程汽油发动机内部工作描述正确的是（　　）
A．吸气冲程时，吸入的是空气
B．通过喷油嘴压燃点火，在压缩冲程时，将机械能转化为内能，
C．做功冲程时，若每次对外做功1000J，则2400r/min的发动机的额定功率为20kW
D．排气冲程时，排出的废气已经没有内能了全转化为机械能了
【例5】下面关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是（　　）
A．柴油机与汽油机都是利用内能做功的机械
B．一般来说汽油机输出功率比柴油机更高
C．汽油机与柴油机在吸气冲程中吸进去的气体不同
D．柴油机汽缸顶部有个喷油嘴，汽油机汽缸顶部有个火花塞
【例6】如图所示为汽油机和柴油机的剖面图，下列说法不正确的是（　　）
A．柴油机和汽油机的不同之处是柴油机的汽缸顶部没有火花塞而有一个喷油嘴
B．不管是汽油机还是柴油机，只要燃料完全燃烧，热机效率就可以达到100%
C．汽油机和柴油机都具有吸气、压缩、做功、排气四个冲程
D．柴油机可以输出更大功率，主要应用在载重汽车、拖拉机、坦克、火车上面
【例7】内燃机一个工作循环有四个冲程，题图表示的是其中的 冲程。为了不让汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一个水套，让汽缸被小包围着，用水来冷却汽缸是因为水的 较大。某小型单缸四冲程汽油机飞轮的转速为2400r/min，该汽油机一秒钟总共可以完成 个冲程。
【例8】如图所示图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图，图E、F是演示实验的示意图，B图是 冲程，与它原理相同的是 图所示的演示实验，此冲程将 能转化为 能，若它在1s内完成20个工作循环，则飞轮的转速为 r/min。
例7图 例8图
【例9】如图甲所示为四缸汽油发动机，制造时通过连杆把四个相同汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的半周里，都有一汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作。如图乙所示，该汽油发动机的单个汽缸的横截面积，活塞的行程，每个汽缸在做功冲程时的燃气平均气压为，若此四缸汽油发动机飞轮的转速为3600r/min，则该发动机的功率为（ ）
A．15kW B．30kW C．60kW D．75kW
【课后巩固】
1．2025年3月17日，我国在西昌卫星发射中心，成功发射谷神星一号运载火箭，成功将8颗卫星送入预定轨道，如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．发射塔周围的“白气”是水蒸气汽化形成的
B．人们看到“白气”说明了分子的无规则运动
C．火箭上升时外壳温度升高，具有的内能减小
D．发射火箭与热机做功冲程的能量转化相同
2．一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速为1200r/min，则1秒内该柴油机完成了（　　）
A．完成80个冲程，做功20次
B．完成20个冲程，做功5次
C．完成40个冲程，做功10次
D．完成10个冲程，做功40次
3．关于汽油机和柴油机描述正确的是（　　）
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，柴油和空气的混合物进入汽缸
C．做功冲程中，燃料释放的能量100%转化为机械能
D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的大部分能量
4．如图所示是小华在家烧开水时出现的场景，下列说法正确的是（　　）
A．壶嘴冒出的“白汽”是汽化现象
B．壶嘴冒出的“白汽”属于扩散现象
C．水沸腾时，吸收热量，内能增加，温度不变
D．壶盖跳动与热机压缩冲程的能量转化相同
5．如图为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，如图b为四冲程汽油机的工作示意图。下列判断错误的是（ ）

A．图a中汽缸内的蒸汽体积膨胀，从而推动活塞使舰载机获得牵引力
B．图a中汽缸内的蒸汽推动活塞时，内能减小
C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图b中B图所示的工作原理相似
D．图b中汽油机一个工作循环的正确顺序是A→B→C→D
6．如图所示是汽油机工作时的四个冲程，下列说法错误的是（　　）
A．一个工作循环中四个冲程的排列顺序是甲、丙、丁、乙
B．丙冲程中，机械能转化为内能
C．丁冲程中，内能转化为机械能
D．甲、乙、丁冲程靠飞轮惯性完成
7．如图所示，糖炒板栗是我国的一种传统美食，深受人们的喜爱。炒板栗时往锅中放入一些细小的砂石、麦芽糖和精制植物油，然后不断地翻炒。下列说法正确的是（　　）
A．砂石比热容小，升温慢
B．炒制过程中，砂石向板栗传递了温度
C．炒制过程中，主要是通过热传递的方式增大板栗的内能
D．板栗炸裂时的能量转化与汽油机压缩冲程相同
8．光发动机可用于卫星的能源补充，原理如图，密闭化学反应室中N2O4在光照下会分解，使气室气压增大，推动活塞向 移，无光条件下发生逆反应，控制光照即可实现活塞往复运动。活塞右移过程相当于汽油机的 冲程。
9．如图所示是小明用可乐瓶制作的水火箭。在瓶中装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气。打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中，此过程的能量转化情况与热机的 冲程相同，瓶内气体通过 的方式改变内能。
8题图 9题图
10．塑料瓶是一种常见的生活物品，空塑料瓶可以做许多物理小实验。在安全情况下，小明用高压打气筒往封闭空塑料瓶内打入空气，如图所示。随着瓶内气压增加，气体内能增大，这是通过 方式改变瓶内气体内能。当气压达到一定程度时，瓶盖飞出，这一过程与内燃机 冲程的能量转化情况相同；瓶盖飞出的同时，瓶口冒“白雾”，其物态变化是 。

11．小汽车已进入平常百姓家（如图），若汽车在水平路面上快速行驶，由于汽车上下表面空气流动速度不同，汽车对地面的压力和静止时相比会 （选填“变大”“变小”或“不变”）；汽车上的散热器用水作为冷却剂，是因为水的 大。若一台单缸四冲程汽油机1s内对外做功25次，则该汽油机飞轮的转速为 r/min。
12．如图所示是一盏“走马灯”，点燃底部蜡烛，热空气密度 （选填“变大”或“变小”）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。加热使空气上升驱动扇叶转动的能量转化过程与四冲程汽油机的 冲程相同。
13．一台四冲程汽油机的转速为3000r/min，则4s内活塞往复 次，对外做功 次，完成 个冲程。
1．1964年人类制成了世界上第一盏用海浪发电的航标灯，如图所示是它的气室示意图。它是利用海浪上下起伏的力量将空气吸入气室，压缩后再推入工作室，然后被压缩的空气推动涡轮机带动发电机发电。下列说法正确的是（　　）
A．当K1关闭，K2开启时，空气的内能转化为海水的机械能
B．当K1关闭，K2开启时，海水的机械能转化为空气的内能
C．当K1开启，K2关闭时，空气的内能转化为海水的机械能
D．当K1开启，K2关闭时，空气的内能转化为涡轮机的机械能
2．图1甲为注射器，在室温恒为T 的环境中，老师快速向下推动活塞压缩针筒内的气体后松手，活塞即刻被向上弹起，此过程中针筒内均处于密封，针筒内物质均处于气态，针筒内气体温度随时间变化图像如图1乙，（由于气体分子间距比较大，此实验过程不考虑分子势能的变化），则说法正确的个数是（ ）
①活塞下压时，是通过做功改变针筒内气体的内能 ②t1-t2过程的能量转化与图2中丙相同
③密封气体在t2时刻的内能小于t3时刻的内能 ④活塞静止后，密封气体的温度最终保持在 T
⑤图2丙存在化学能能转化成内能的过程
⑥若图 2 内燃机飞轮转动速度为3600r/ min，则每秒完成涉及内能和机械能相互转化的冲程有30次
A．2个 B．3 个 C．4个 D．5个
3．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．一个做功冲程中燃气对活塞做的功为135J
B．汽油机的功率为2502W
C．做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2.7×107N
D．汽油机每秒内完成30个冲程
4．如图为利用瓦特蒸汽机提升物体的工作示意图，蒸汽机的工作原理为：打开阀门A、关闭阀门B，高压蒸汽进入汽缸，推动活塞上行。当活塞到达汽缸顶部时，关闭阀门A、打开阀门B，蒸汽进入冷凝器，汽缸内压强减小，活塞下降，循环往复。
（1）蒸汽推动活塞上行过程中，是把 能转化为 能；
（2）蒸汽机活塞上行过程与汽油机的 冲程相似；
（3）蒸汽机活塞往复运动，通过杠杆和定滑轮对重物做功。若物体质量为200kg，活塞每次上升高度为0.6m，则活塞上升一次蒸汽机对物体做了 J有用功，假设活塞每分钟向上运动100次，该蒸汽机对物体做有用功的功率为 W。
5．如图所示为四缸发动机工作原理图，内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作。四缸发动机的主要技术指标如表所示，其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积是指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积与活塞上下运动的距离。当发动机以最大功率工作时，曲轴转速为6000 r/ min。当发动机以最大功率工作时，则在每一个做功冲程里，燃气对活塞所做的功W1是 J；做功冲程中燃气对活塞的平均压强 Pa。
排量 1.6L
最大功率 66kW
转速 6000r/min
6．随着时代的发展，汽车已经进入百姓家庭。如图是汽车柴油机的气缸与活塞的简化示意图，柴油机的点火方式为压燃式，在压缩冲程中将空气温度压到柴油的着火点。提示：描述密闭气体状态的参数有压强P，体积V，温度T（T为热力学温度，单位是开尔文，符号“K”）；其三者的关系为：（C为常数），且T=t+273
（1）若气缸内密闭空气的初始温度为t1=27℃，则相当于热力学温度T1是多少？
（2）柴油的着火点约为480K。若密闭空气的体积被压缩到原来的，压强将增大为原来的16倍。结合第（1）小问，试通过计算，判断此时能否将柴油点燃？
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。试卷第1页，共3页
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【参考答案】
【例1】D 【例2】B 【例3】D 【例4】C 【例5】B 【例6】B
【例7】做功 比热容 20 【例8】压缩 E 机械 内 2400 【例9】C
课后巩固
基础练习
1. D 2. C 3. D 4. C 5. D 6. D 7. C
8. 右 做功
9. 做功 做功
10. 做功 做功 液化
11. 变小 比热容 3000
12. 变小 做功
13. 200 100 400
能力提升
1. D
2. A
3. A
4. （1）内 机械；（2）做功；（3）600 1000
5. 300 8.25×105
6. （1）300K；（2）此时能将柴油点燃
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