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第十三章 内能与热机
课时13.3 内燃机
素养目标
物理观念
1.概念
（1）热机：把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置。
（2）内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。
2.规律
四冲程内燃机在一个工作循环中，活塞往复运动2次，飞轮转动2圈，对外做功1次。
科学思维
用比较法认识汽油机和柴油机的构造特点；
用归纳法掌握汽油机和柴油机的工作过程。
科学态度与责任
感受内燃机对人类社会发展所起的推动作用，同时也要注意尾气排放给人类生活带来的负面影响，要保护环境。
题型汇总：理解热机的工作原理、汽油机和柴油机、与内燃机工作循环有关的问题、以热机为载体的力热综合计算。
知识梳理
内燃机：
燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。
最常见的内燃机，以汽油或柴油为燃料，分别叫做汽油机和柴油机。
汽油机：
指出汽油在汽油机汽缸内燃烧、生成高温高压燃气，燃气推动活塞而做功，燃气内能转化为活塞运动的机械能。
1.构造：进气门、排气门、火花塞、气缸、活塞、连杆、曲轴。
冲程：活塞从气缸一端运动到另一端的单向运动叫做一个冲程。
2.工作原理。
内燃机的工作过程以一个循环为一个单元，一个循环又分为四个冲程。
(1)吸气冲程：开始工作前，活塞位于气缸上端，进、排气门军关闭。工作时，活塞由上向下运动，进气门打开，排气门仍关闭。由于缸内体积增大，压强减小，空气和汽油的混合气体被吸入气缸。这是第一个冲程。
(2)压缩冲程：活塞运动到最下端，就开始转为向上运动。这时进气门、排气门都关闭，混合气体
(3)做功冲程：压缩结束时虽然温度较高，但未能达到燃料的燃点。在压缩冲程结束的瞬间，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体，高温高压燃气推动活塞向上向下运动，通过连杆带动曲轴转动。实现了内能向机械能的转化。这是第三个冲程。
(4)排气冲程：做功冲程结束，活塞继续向下向上运动，进气门关闭，排气门打开，燃烧后的废气被活塞推出缸外。这是最后一个冲程。
此后，活塞又由上向下运动，从此进入下一轮循环。在一个工作循环中有四个冲程，活塞往复两次，曲轴转两周，对外做一次功。
3.能的转化：在做功冲程燃气对活塞做功，内能转化为机械能。其余三个冲程靠消耗飞轮的机械能来完成。
柴油机：
用柴油作燃料的内燃机。
一个工作循环有四个冲程，活塞运动2次，燃油燃烧1次，对外做功1次。
柴油机与汽油机的区别：
1.柴油机与汽油机的相同点：都是内燃机；一个工作循环都要经历四个冲程。
2.柴油机与汽油机的不同点：构造方面：些油机没有火花塞，而在相应位置上安装的是喷油嘴。吸入的气体不同，点火方式不同。使用范围。
附：
考点突破
考点一 内燃机的四个冲程
1.星期天，童童在家里帮妈妈烧水，他发现水沸腾时，壶盖被顶起，想到了如图所示四冲程汽油机工作示意图，并且分析得出，与水沸腾时壶盖被顶起原理相同的冲程是（ ）
【答案】C
【解析】烧开水时，壶盖被水蒸气顶起，是水蒸气对壶盖做功的结果，因此这时水蒸气的内能转化为壶盖的机械能；做功冲程活塞向下运动，燃气对活塞做功，内能转化为机械能；
A．进气门开启，活塞下行，气体流入汽缸，是吸气冲程，故A不符合题意；
B．两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，故B不符合题意；
C．两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，故C符合题意；
D．排气门开启，活塞上行，气体流出汽缸，是排气冲程，故D不符合题意。
2.如图所示是四冲程汽油机的其中一个冲程剖面图，下列描述正确的是（ ）
吸气冲程中，只有汽油被吸入汽缸
压缩冲程中，通过做功的方式使汽缸内气体的内能减小
做功冲程中，燃料释放的能量少部分转化为机械能
排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的极少部分
【答案】C
【解析】A ．汽油机在吸气冲程中，进气门打开、排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入汽缸，故A错误；
B．在压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，气体的内能变大，此过程是机械能转化为内能的过程，故B错误；
C．在做功冲程中，燃料燃烧释放的内能大部分需要克服摩擦、发生热传递而散失，只有一少部分转化为机械能，故C正确；
D．在排气冲程中，废气带走了燃料释放的大部分能量，故D错误．
3.热机是利用________做功的机械．内燃机的四个冲程中，压缩冲程把________转化为内能，做功冲程把内能转化为________能．
【答案】内能、机械能、机械
【解析】热机是将内能转化为机械能的机械．它的四个工作冲程分别是：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程．压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程是将内能转化为机械能．
(
分层提分
)
题组A 基础过关练
1. 关于汽油机和柴油机的区别，下列说法中你认为不妥的是（ ）
A.柴油机比汽油机费用低廉，但比较笨重
B.柴油机吸入汽缸的是空气，汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物
C.汽油机的汽缸顶部有喷油嘴，柴油机的顶部有火花塞
D.在做功冲程中，柴油机的点火方式是压燃式，汽油机的点火方式是点燃式
【答案】C
【解析】A．柴油机比汽油机费用低廉，但比较笨重，故A正确；
B．在吸气冲程，柴油机吸入汽缸的只是空气，汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物，故B正确；
C．柴油机和汽油机的结构不同：柴油机的汽缸顶部是喷油嘴，汽油机的顶部有火花塞，故C错误．
D．汽油机的点火方式是点燃式，柴油机的点火方式是压燃式，故D正确；
2. 如图所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，把活塞迅速压下去，硝化棉会燃烧起来。活塞压缩气体的能量转化形式与下图所示汽油机的四个冲程相同的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】A、B、C、D依次为吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，其中压缩冲程把机械能转化内能，做功冲程把内能转化为机械能；活塞向下压缩气体时是把机械能转化为内能，能量转化与压缩冲程相同，故选B。
3. 下图为汽油机工作时的四个冲程，能使汽车获得动力的冲程是
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】做功冲程内能转化为机械能，可以使汽车获得动力，做功冲程中两气门均关闭，活塞向下运动．A选项进气门打开，是吸气冲程；B选项两气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程；C选项排气门打开，是排气冲程；D选项两气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程；故D正确．
题组B 能力提升练
4. 2019年春节期间热映的《流浪地球》被誉为开启了中国科幻电影元年．这部电影讲述了多年以后太阳急速衰老膨胀，无法再给地球提供能量，人类为了拯救地球而点燃木星周围的可燃气体，逃离太阳系的故事．其中“点燃木星”将地球推开相当于内燃机的（ ）
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】“点燃木星”将地球推开，将内能转化为机械能，相当于内燃机的做功冲程．
A．吸气冲程，无能量转化；
B．压缩冲程，机械能转化为内能；
C．做功冲程，内能转化为机械能；
D．排气冲程，无能量转化．

5. 2022年4月16日，我国“神舟十三号”返回舱成功着陆东风着陆场。返回过程中，航天员与地面间是通过________（选填“超声波”或“电磁波”）进行信息的传递。返回舱穿越大气层时温度升高，发出耀眼的光芒，该过程中的能量转化与内燃机的________冲程的能量转化相同。
【答案】电磁波,压缩
【解析】返回过程中，航天员与地面间是通过电磁波进行信息的传递；返回舱穿越大气层时与大气摩擦，机械能转化为内能，温度升高，其能量转化与内燃机的压缩冲程的能量转化相同.
题组C 培优拔尖练
6. 一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速是2400r/min，柴油机每秒内完成________个冲程，做功________次，活塞往复运动________次．除做功冲程以外的其他冲程是________来完成．在设计制造时，汽缸外有一个“水套”是利用水吸热来降低汽缸温度的，这是利用了水的________大的性质．
【答案】80,20,40,依靠飞轮惯性,比热容
【解析】单缸四冲程柴油机的飞轮转速是2400r/min=40r/s，因一个工作循环中飞轮转2圈，活塞往复2次，完成4个冲程，对外做功1次，所以每秒内完成80个冲程，做功20次，活塞往复运动40次；除做功冲程以外的其他冲程是依靠飞轮的惯性来完成．因为水的比热容大，即相同质量的水和其他的液体相比较时，若都是升高1℃时，水能吸收的热量最多，故用水冷却效果最好．第十三章 内能与热机
课时13.3 内燃机
素养目标
物理观念
1.概念
（1）热机：把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置。
（2）内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。
2.规律
四冲程内燃机在一个工作循环中，活塞往复运动2次，飞轮转动2圈，对外做功1次。
科学思维
用比较法认识汽油机和柴油机的构造特点；
用归纳法掌握汽油机和柴油机的工作过程。
科学态度与责任
感受内燃机对人类社会发展所起的推动作用，同时也要注意尾气排放给人类生活带来的负面影响，要保护环境。
题型汇总：理解热机的工作原理、汽油机和柴油机、与内燃机工作循环有关的问题、以热机为载体的力热综合计算。
知识梳理
内燃机：
燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。
最常见的内燃机，以汽油或柴油为燃料，分别叫做汽油机和柴油机。
汽油机：
指出汽油在汽油机汽缸内燃烧、生成高温高压燃气，燃气推动活塞而做功，燃气内能转化为活塞运动的机械能。
1.构造：进气门、排气门、火花塞、气缸、活塞、连杆、曲轴。
冲程：活塞从气缸一端运动到另一端的单向运动叫做一个冲程。
2.工作原理。
内燃机的工作过程以一个循环为一个单元，一个循环又分为四个冲程。
(1)吸气冲程：开始工作前，活塞位于气缸上端，进、排气门军关闭。工作时，活塞由上向下运动，进气门打开，排气门仍关闭。由于缸内体积增大，压强减小，空气和汽油的混合气体被吸入气缸。这是第一个冲程。
(2)压缩冲程：活塞运动到最下端，就开始转为向上运动。这时进气门、排气门都关闭，混合气体
(3)做功冲程：压缩结束时虽然温度较高，但未能达到燃料的燃点。在压缩冲程结束的瞬间，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体，高温高压燃气推动活塞向上向下运动，通过连杆带动曲轴转动。实现了内能向机械能的转化。这是第三个冲程。
(4)排气冲程：做功冲程结束，活塞继续向下向上运动，进气门关闭，排气门打开，燃烧后的废气被活塞推出缸外。这是最后一个冲程。
此后，活塞又由上向下运动，从此进入下一轮循环。在一个工作循环中有四个冲程，活塞往复两次，曲轴转两周，对外做一次功。
3.能的转化：在做功冲程燃气对活塞做功，内能转化为机械能。其余三个冲程靠消耗飞轮的机械能来完成。
柴油机：
用柴油作燃料的内燃机。
一个工作循环有四个冲程，活塞运动2次，燃油燃烧1次，对外做功1次。
柴油机与汽油机的区别：
1.柴油机与汽油机的相同点：都是内燃机；一个工作循环都要经历四个冲程。
2.柴油机与汽油机的不同点：构造方面：些油机没有火花塞，而在相应位置上安装的是喷油嘴。吸入的气体不同，点火方式不同。使用范围。
附：
考点突破
考点一 内燃机的四个冲程
1.星期天，童童在家里帮妈妈烧水，他发现水沸腾时，壶盖被顶起，想到了如图所示四冲程汽油机工作示意图，并且分析得出，与水沸腾时壶盖被顶起原理相同的冲程是（ ）
【答案】C
【解析】烧开水时，壶盖被水蒸气顶起，是水蒸气对壶盖做功的结果，因此这时水蒸气的内能转化为壶盖的机械能；做功冲程活塞向下运动，燃气对活塞做功，内能转化为机械能；
A．进气门开启，活塞下行，气体流入汽缸，是吸气冲程，故A不符合题意；
B．两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，故B不符合题意；
C．两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，故C符合题意；
D．排气门开启，活塞上行，气体流出汽缸，是排气冲程，故D不符合题意。
2.如图所示是四冲程汽油机的其中一个冲程剖面图，下列描述正确的是（ ）
吸气冲程中，只有汽油被吸入汽缸
压缩冲程中，通过做功的方式使汽缸内气体的内能减小
做功冲程中，燃料释放的能量少部分转化为机械能
排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的极少部分
【答案】C
【解析】A ．汽油机在吸气冲程中，进气门打开、排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入汽缸，故A错误；
B．在压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，气体的内能变大，此过程是机械能转化为内能的过程，故B错误；
C．在做功冲程中，燃料燃烧释放的内能大部分需要克服摩擦、发生热传递而散失，只有一少部分转化为机械能，故C正确；
D．在排气冲程中，废气带走了燃料释放的大部分能量，故D错误．
3.热机是利用________做功的机械．内燃机的四个冲程中，压缩冲程把________转化为内能，做功冲程把内能转化为________能．
【答案】内能、机械能、机械
【解析】热机是将内能转化为机械能的机械．它的四个工作冲程分别是：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程．压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程是将内能转化为机械能．
(
分层提分
)
题组A 基础过关练
1. 关于汽油机和柴油机的区别，下列说法中你认为不妥的是（ ）
A.柴油机比汽油机费用低廉，但比较笨重
B.柴油机吸入汽缸的是空气，汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物
C.汽油机的汽缸顶部有喷油嘴，柴油机的顶部有火花塞
D.在做功冲程中，柴油机的点火方式是压燃式，汽油机的点火方式是点燃式
2. 如图所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，把活塞迅速压下去，硝化棉会燃烧起来。活塞压缩气体的能量转化形式与下图所示汽油机的四个冲程相同的是（ ）
A. B. C. D.
3. 下图为汽油机工作时的四个冲程，能使汽车获得动力的冲程是
A. B. C. D.
题组B 能力提升练
4. 2019年春节期间热映的《流浪地球》被誉为开启了中国科幻电影元年．这部电影讲述了多年以后太阳急速衰老膨胀，无法再给地球提供能量，人类为了拯救地球而点燃木星周围的可燃气体，逃离太阳系的故事．其中“点燃木星”将地球推开相当于内燃机的（ ）
A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程

5. 2022年4月16日，我国“神舟十三号”返回舱成功着陆东风着陆场。返回过程中，航天员与地面间是通过________（选填“超声波”或“电磁波”）进行信息的传递。返回舱穿越大气层时温度升高，发出耀眼的光芒，该过程中的能量转化与内燃机的________冲程的能量转化相同。
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题组C 培优拔尖练
6. 一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速是2400r/min，柴油机每秒内完成________个冲程，做功________次，活塞往复运动________次．除做功冲程以外的其他冲程是________来完成．在设计制造时，汽缸外有一个“水套”是利用水吸热来降低汽缸温度的，这是利用了水的________大的性质．

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