10.4 热机(要点讲解+当堂检测+答案)

北师大版物理九年级上册同步学案
第十章　机械能、内能及其转化
第四节　热　机
要 点 讲 解
要点一　汽油机
1. 热机：将由燃料燃烧产生的高温高压气体的内能转化为机械能的机器，统称为热机。
2. 汽油机
燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫作内燃机。在现代生活中，内燃机是最常见的热机。
(1)汽油机：利用汽缸内燃烧的汽油产生高温高压的燃气来推动活塞做功的热机。
(2)汽油机的构造
①进气门，②火花塞，③排气门，④汽缸，⑤活塞，⑥连杆，⑦曲轴。
(3)汽油机的工作过程
①冲程：汽油机工作时活塞在汽缸内做往复运动。活塞从一端运动到另一端叫作一个冲程。
②一个工作循环的组成：多数汽油机的工作循环过程由四个冲程组成，分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程，其工作过程如下表：
冲程名称
进气门开闭情况
排气门开闭情况
活塞运动方向
冲程的作用
能的转化
吸气冲程
打开
关闭
向下
吸入汽油和空气的混合物
压缩冲程
关闭
关闭
向上
压缩汽油和空气混合物做功，使其压强增大，温度升高，内能增大
压缩燃料混合物，机械能转化成内能
做功冲程
关闭
关闭
向下
在压缩冲程结束后，火花塞产生电火花，点燃燃料混合物，燃料混合物剧烈燃烧，产生高温高压燃气，推动活塞做功，通过连杆驱使曲轴转动，对外做功
燃料混合物燃烧，化学能转化成燃气的内能，内能转化成机械能
排气冲程
关闭
打开
向上
排出废气
经典例题1　如图所示是汽油机工作时各个冲程的示意图，其中表示做功冲程的是(　　　)
A B C D
解析：A选项，一个气门打开，活塞向下运动，所以是吸气冲程；B选项，两个气门都关闭，活塞向上运动，所以是压缩冲程；C选项，两个气门都关闭，活塞向下运动，所以是做功冲程；D选项，一个气门打开，活塞向上运动，所以是排气冲程。
答案：C
点拨：汽油机的四个冲程是吸气、压缩、做功和排气冲程。吸气冲程进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动；压缩冲程两个气门都关闭，活塞向上运动；做功冲程两个气门都关闭，活塞向下运动；排气冲程排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动。
要点二　柴油机
1. 柴油机：利用汽缸内燃烧柴油所产生的高温高压的燃气来推动活塞做功的热机。
2. 柴油机的构造
柴油机的构造和汽油机的构造大致相同，所不同的是柴油机的汽缸顶部无火花塞而有喷油嘴。
3. 汽油机与柴油机的工作过程基本相同，两者比较如下表：
内燃机
项目
汽油机
柴油机
构造不同
汽缸顶部有火花塞
汽缸顶部有喷油嘴
燃料不同
汽油
柴油
吸气冲程
汽油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物
柴油机在吸气冲程中只吸入空气
压缩比及
能量转化
压缩冲程末，气体体积被压缩为吸进体积(汽缸体积)的～；机械能→内能
压缩冲程末，气体体积被压缩为吸进体积的～；机械能→内能
点火
方式
压缩冲程结束后，火花塞产生电火花点燃空气和汽油的混合物，称为点燃式
压缩冲程结束后，喷油嘴向汽缸内喷射雾状的柴油，遇到温度超过柴油燃点的空气而自动点燃，称为压燃式
效率
效率低，25%～35%
效率高，35%～45%
应用
机体轻便，主要应用于汽车、小型飞机、摩托车等
机体笨重，主要应用于载重汽车、坦克、轮船等
相同点
①都是燃料在汽缸中燃烧；②做功冲程中都是将内能转化为机械能；③汽油机的火花塞与柴油机的喷油嘴的工作时刻都是在压缩冲程结束后；④都是由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程构成一个工作循环，曲轴和飞轮转两周，对外做功一次；⑤都是把废气排出汽缸；⑥启动时都是靠外力先使曲轴上的飞轮转动起来
经典例题2　如图所示是某种内燃机某一冲程的示意图，由图可知：
(1)这种内燃机是________机。
(2)它表示的是________冲程。
(3)在这个冲程中________能转化为________能。
(4)完成这一冲程，曲轴和飞轮转________转。
(5)仔细观察其铭牌，可见1800r/min字样，则它正常工作时1s对外做功________次。
解析：根据汽缸顶部是喷油嘴，可判断这种内燃机是柴油机。根据两个气门都关闭且活塞向上运动，判断它处于压缩冲程。此冲程内活塞压缩汽缸内气体，使汽缸内气体压强增大、温度升高，其能量转化是机械能转化为内能。每完成一个冲程，曲轴上的飞轮只转半转。由于1800r/min＝30r/s，即曲轴上的飞轮每秒转30转，再根据转数是做功次数的2倍可知每秒钟对外做功15次。
答案：(1)柴油　(2)压缩　(3)机械　内　(4)半　(5)15
点拨：柴油机(汽油机)，一个工作循环(四个冲程结束)，曲轴转动两圈，活塞往复运动两次，对外做功一次。
易错易混警示　内燃机一个工作循环中完成的冲程个数、飞轮转数、做功次数的判断
内燃机一个工作循环对外做功一次，飞轮转两周，完成四个冲程，活塞往复运动两次。需要掌握内燃机工作的基本过程情况，否则会造成冲程个数、做功次数、活塞往复次数认识不清。
经典例题3　一台四冲程柴油机，它的转速是800r/min，做功冲程推动活塞一次做功1500J，那么这台柴油机的功率为(　　　)
A. 10kW　 B. 15kW C. 20kW D. 120kW
解析：柴油机工作时，一个循环中曲轴转动两周，做功一次。转800周做了400次功，又因为一次做功1500J，所以1min内做功W＝1500J×400＝6×105J，柴油机的功率P＝＝J＝1.0×104W＝10kW。
答案：A
当 堂 检 测
1. 以下机械属于热机的是(　　)
A. 杠杆 B. 斜面 C. 洗衣机 D. 汽油机
2. 摩托车上的热机工作时提供动力的是(　　)
A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程
3. 单缸四冲程内燃机工作时，依靠飞轮惯性来完成的是(　　)
A. 只有吸气和压缩两个冲程 B. 只有压缩和排气两个冲程
C. 只有排气和吸气两个冲程 D. 吸气、压缩和排气三个冲程
4.(知识点1)汽车已经成为现代生活不可缺少的一部分，汽车多数采用汽油机作为发动机，如图是四冲程汽油机的工作循环示意图，下列说法中不正确的是(　　)
甲　　 　乙　　　 丙　　 　　丁
A. 甲冲程是把机械能转化为内能 B. 乙冲程是排气冲程
C. 丙冲程是把机械能转化为内能 D. 丁冲程是吸气冲程
5. 四冲程柴油机在工作过程中，将内能转化为机械能的冲程是(　　)
A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程
6. 单缸四冲程汽油机飞轮的转速为1200r/min，每秒钟做功冲程出现的次数为 次，曲轴转动的周数为 周。
7. 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 。
8. 如图所示是演示点火爆炸的实验装置，按动电火花发生器的按钮，点燃盒内酒精，盒盖被冲出，这是因为酒精燃料产生的燃气对外 ，燃气的 能转化为盒盖的 能，这与四冲程汽油机的 冲程的能量转化相同。

当堂检测参考答案
1. D 2. C 3. D 4. C 5. C
6. 10 20