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14.2 热机 同步讲义-- 2025-2026学年九年级全一册物理人教版
知识梳理
一、热机的基本概念
1. 定义：利用内能做功的机械，将内能转化为机械能
2. 工作原理：燃料燃烧释放化学能→内能→通过做功转化为机械能
3. 种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等
4. 内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，分为汽油机和柴油机两大类
二、汽油机的构造与工作过程
1. 基本构造
气缸、进气门、排气门、火花塞、活塞、连杆、曲轴、飞轮
2. 冲程概念
活塞从气缸一端运动到另一端的过程称为一个冲程
3. 四冲程工作循环
冲程 气门状态 活塞运动方向 能量转化 主要作用
吸气冲程 进气门开，排气门关 向下 无 吸入汽油和空气的混合物
压缩冲程 两气门均关闭 向上 机械能→内能 压缩混合物，温度升高
做功冲程 两气门均关闭 向下 内能→机械能 火花塞点火，燃气推动活塞做功
排气冲程 进气门关，排气门开 向上 无 排出燃烧后的废气
4. 工作循环特点
一个工作循环=4个冲程=活塞往复2次=曲轴转动2周=对外做功1次
除做功冲程外，其余三个冲程靠飞轮惯性完成
三、柴油机与汽油机的区别
对比项目 汽油机 柴油机
构造差异 气缸顶部有火花塞 气缸顶部有喷油嘴
燃料类型 汽油 柴油
吸气冲程 汽油+空气混合物 仅吸入空气
点火方式 点燃式（火花塞点火） 压燃式（压缩空气达燃点）
压缩程度 较低（压强6-15atm） 较高（压强20-30atm）
效率范围 20%-30% 30%-45%
应用场景 小汽车、摩托车等轻型交通工具 载重汽车、拖拉机、轮船等重型机械
四、重要实验与应用
1. 热机原理演示实验：
试管加热水沸腾后水蒸气冲开塞子，说明内能可转化为机械能
现象解释：酒精化学能→水内能→水蒸气内能→塞子机械能
2. 实际应用：
汽油机：转速高、结构轻便，适用于小型交通工具
柴油机：效率高、动力强，适用于重型机械
同步练习
一、单项选择题
1．一台单缸四冲程汽油机正常工作时飞轮的转速为1800r/min，那么1s内该汽油机做功的次数为（　　）
A．l800次 B．30次 C．15次 D．2次
2．如图所示是四冲程汽油机的一个工作循环示意图，其中属于做功冲程的是（　　）
A． B．
C． D．
3．如图所示，礼花筒利用筒内的高压空气膨胀，将彩带喷向空中，产生喜庆效果。下列冲程与这一过程能量转化相同的是（　　）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
4．下图是四冲程内燃机某个冲程的示意图。根出图中活塞和曲轴的位置、进气门和排气门的开闭情况，可以判断该冲程是（　　）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
5．如图所示，甲、乙是两个演示实验的示意图，丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图。下列说法正确的是（　　）
A．丙图所示的是做功冲程，其工作原理如甲图所示的实验
B．丙图所示的是压缩冲程，其工作原理如乙图所示的实验
C．丁图所示的是压缩冲程，其工作原理如甲图所示的实验
D．丁图所示的是做功冲程，其工作原理如乙图所示的实验
6．如图所示是某老师的自制教具，他在矿泉水瓶的侧壁上钻一个孔，把电火花发生器紧紧塞进孔中实验时从贫困喷入酒精丙盖上锥形纸筒，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，纸筒即刻废除，关于此实验，以下分析不正确的是（　　）
A．酒精不完全燃烧时热值不变
B．纸筒飞出后瓶内气体的内能减小，温度降低
C．能闻到酒精的气味说明分子在永不停息的做无规则运动
D．燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的压缩冲程
7．在公路上有一辆汽车和一台拖拉机发生故障，经检查都是蓄电池坏了，不能启动，有人建议，只要把它们推动以后就可以使发动机继续工作．你认为把它们推动以后（　　）
A．汽车和拖拉机仍能行驶
B．只有汽车可以继续行驶，拖拉机不能行驶
C．只有拖拉机可以继续行驶，汽车不能行驶
D．都不能行驶
8．如图所示，在大口厚玻璃瓶内装入少量的水，并滴入几滴酒精，塞紧塞子后，用打气筒往瓶内打气。当塞子跳出时，看到瓶口有白雾出现。下列关于该实验的分析错误的是（　　）
A．往瓶内打气时，外界对瓶内气体做功
B．往瓶内打气的过程，相当于汽油机的做功冲程
C．瓶塞跳出时，瓶内气体对外做功内能变小
D．瓶塞跳出时，瓶内气体温度降低，水蒸气液化出现白雾
二、填空题
9．小汽车上使用的是转速为3600r/min四冲程内燃机，则1s内该热机对外做功　 　次，汽车汽油机常用水做冷却剂，其原因是水的　 　大。
10．高速行驶时，内燃机为汽车提供动力。图为汽车搭载的四冲程内燃机某冲程的示意图，该内燃机属于　 　（选填“汽油机”或“柴油机”），此时正处于　 　冲程，该冲程中汽缸内气体的内能　 　（选填“增大”“减小”或“不变”）。
11．如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，给水加热。加热一段时间后，橡胶塞在水蒸气压力的作用下冲出去，其能量转化情况与四冲程内燃机的　 　冲程相同。某单缸四冲程内燃机正常工作时的转速为，该内燃机每秒对外做功　 　次。
12．如图是我国古代发明的取火器模型图，把推杆迅速推入牛角套筒时，套筒内空气被压缩，推杆前端的艾绒立刻燃烧起来，此过程中机械能转化为　 　能，内燃机工作的　 　冲程原理与该过程相同。
13．《宋史·兵志》记载：“又造突火枪，以钜竹为简，内安子窠（弹丸），如烧放，焰绝然后子窠发出，如炮声，远闻百五十余步。”如图所示，弹丸被喷出的过程主要发生的能量转化是内能转化为　 　能，该能量转化与四冲程汽油机的　 　冲程相同。
三、实验探究题
14．根据图中实验回答问题。
（1）如图1所示，在热水和冷水中分别滴入两滴墨水，不要搅动杯中的水，热水杯中的墨水扩散得快，选用热水和冷水做实验的目的是便于探究分子无规则运动速度与 　 　的关系。
（2）如图2所示，瓶内装有少量的水，水上方有水蒸气，塞紧瓶塞，用打气筒向瓶内打气，当塞跳起时，有白雾产生，白雾是水蒸气 　 　而成的，这说明气体对外做功时，内能 　 　（选填“增大”“减小”或“不变”）。
（3）如图3所示是热机的 　 　冲程，这个冲程是通过 　 　的方式改变它的内能。
（4）如图4所示，当软木塞被冲出时，发生的能量转化是 　 　转化为 　 　。
（5）如图5的实验说明了 　 　。
答案解析部分
1．【答案】C
【解析】【解答】内燃机的一个工作循环包括四个冲程，飞轮转两周，对外做功一次．
由题知，飞轮每秒转数为：n＝ ＝30r，∵内燃机的一个工作循环包括四个冲程，飞轮转两周，对外做功一次，∴此柴油机每秒钟内完成60个冲程，对外做功15次。
故答案为：C.
【分析】汽油机飞轮的转数是做功数的2倍，再结合每分钟计算每秒钟的做功数。
2．【答案】C
【解析】【解答】四冲程汽油机的四个工作冲程是：吸气、压缩、做功、排气，区分它们的依据有活塞的运动方向、进气阀和排气阀的开闭情况，如活塞向下运动、进气阀和排气阀都关闭时，是燃气推动活塞做功，是做功冲程，所以C符合题意．
故答案为：C
【分析】根据气门和活塞的运行方向判断汽油机的冲程。
3．【答案】C
【解析】【解答】礼花筒内的高压空气膨胀对外做功，将内能转化为机械能，相当于内燃机的做功冲程，内燃机的做功冲程，高温高压燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能。
故答案为：C。
【分析】内能对外做功时，转化为机械能；汽油机的做功冲程将内能转化为机械能。
4．【答案】A
【解析】【解答】由图可知，进气门打开，排气门关闭。活塞向下运动，所以是吸气冲程。A符合题意。
故答案为：A
【分析】内燃机的吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞下行；压缩冲程：排气门、进气门关闭，活塞上行；做功冲程：两气门都关闭，火花塞点火，活塞下行； 排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞上行。
5．【答案】D
【解析】【解答】解：由图甲，用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧。是将机械能转化为内能的过程。
由图乙，对试管中的水加热，加快水的蒸发，使试管中水的内能增大，体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能。
由图丙，气门都关闭，活塞向上运动，所以是汽油机的压缩冲程，机械能转化为内能；
由图丁，气门都关闭，活塞向下运动，所以是汽油机的做功冲程，内能转化为机械能。
综上所述，丙图所示的是压缩冲程，其工作原理如图甲所示的实验；丁图所示的是做功冲程，其工作原理如乙图所示的实验。只有D说法正确。
故答案为：D
【分析】压缩体积时对物体做功，使物体的内能增大，物体对外做功时，内能减小。
6．【答案】D
【解析】【解答】A. 热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料是否充分燃烧无关，A叙述正确，但不符合题意；
B. 纸筒飞出后瓶内气体的内能减小，温度降低，B叙述正确，但不符合题意；
C. 能闻到酒精的气味说明分子酒精分子在永不停息的做无规则运动，C叙述正确，但不符合题意；
D. 燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的做功冲程，D叙述错误，符合题意。
故答案为：D
【分析】物体吸收热量，温度升高、内能增加，物体放出热量，温度降低，内能减小；不同的物质在相互接触时，彼此进入对方的现象叫做扩散，这一现象说明一切物体的分子都在不停地做无规则运动；做功改变内能的实质是能量的转化.
7．【答案】C
【解析】【解答】汽车内部是汽油机，其压缩冲程末需要火花塞点燃汽油和空气的混合物，完成做功冲程，所以需要电瓶提供电能，电瓶损坏就无法前进；拖拉机内部是柴油机，其结构是喷油嘴，是压燃式点火，没有蓄电池也可以工作 . 所以蓄电池坏了拖拉机可以继续前进，而汽车不能 .
故答案为：C .
【分析】汽油机的做功冲程中需要火花塞点燃汽油和空气的混合物，完成做功冲程；柴油机是压燃式点火，启动后不需要电能 .
8．【答案】B
【解析】【解答】瓶子里装有一些水，往瓶内打气，压缩瓶内气体做功，使瓶内气体内能增加、温度升高，相当于汽油机的压缩冲程，A不符合题意，B符合题意；当瓶塞跳起时，瓶内气体对瓶塞做功，瓶内气体的内能减少，温度降低，水蒸气液化出现白雾，C不符合题意，D不符合题意.
故答案为：B.
【分析】往密闭的瓶中打气时，是将机械能转化为内能，相当于汽油机的压缩冲程.
9．【答案】30；比热容
【解析】【解答】 小汽车上使用的是转速为3600r/min四冲程内燃机 ，所以该热机的转速为60r/s，所以1s内该热机对外做功30次。水的比热容比较大，降低相同温度时可以吸收更多的热量。
综上第1空、 30； 第2空、比热容。
【分析】1、比热容的应用：水的比热容较大，用水做冷却剂。
2、热机转速和做功的关系，热机转2次，对应一次做功，对应四个冲程。
10．【答案】汽油机；压缩；增大
【解析】【解答】图中有火花塞，所以是汽油机。由图可知，进气门和排气门关闭，活塞向上运动，机械能转化为i空气的内能，属于压缩冲程，汽缸内气体的内能增大。
综上 第1空、 汽油机； 第2空、压缩； 第3空、增大。
【分析】压缩冲程：进气后关闭，排气口关闭，活塞上移，能量转化为机械能转化为内能，气缸内空气内能增加。
11．【答案】做功；15
【解析】【解答】加热试管时，水蒸气将橡胶塞冲出去，水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能；四冲程热机的做功冲程将内能转化为机械能，二者能量变化相同。
汽油机的一个工作循环中，飞轮转2r，对外做功一次，飞轮转速是1800r/min=30r/s，每秒钟对外做功15次。
【分析】内能对外做功时，转化为机械能；内燃机的飞轮转2周，对外做功1次。
12．【答案】内；压缩
【解析】【解答】 把推杆迅速推入牛角套筒时，套筒内空气被压缩，推杆前端的艾绒立刻燃烧起来，此过程中机械能转化为 内能，与汽油机的压缩冲程的能量转化相同。
综上第1空为内；第2空为压缩
【分析】根据改变物体内能方式填空
改变物体内能的方式有做功和热传递，如钻木取火、搓手取暖属于做功改变物体内能，用酒精灯热水属于热传递改变物体内能，把推杆迅速推入牛角套筒时，套筒内空气被压缩，推杆前端的艾绒立刻燃烧起来，此过程中压缩套筒内空气做功，使套筒内气体的内能增加，达到艾绒的着火点。
13．【答案】机械；做功
【解析】【解答】解：由图可知，弹丸被喷出的过程中，气体对弹丸做功，气体的内能转化为弹丸的机械能，与汽油机的做功冲程的能量转化形式相同。
故答案为：机械；做功。【分析】解决此题要知道做功可以改变物体的内能：当对物体做功时，机械能转化为内能，当物体对外做功时，内能转化为机械能。
14．【答案】（1）温度
（2）液化；减小
（3）压缩；做功
（4）内能；机械能
（5）分子之间存在引力
【解析】【解答（1）如图1，在热水和冷水中分别滴入墨水，热水杯中的墨水扩散快，温度不同，扩散不同，探究了分子无规则运动速度与温度的关系；
（2）如图2，瓶口的白雾是水蒸气液化形成的；用打气筒向瓶内打气，当塞跳起时，瓶内的气体内能对外做功，内能减少，水蒸气发生液化现象，气体对外做功时，内能减小；
（3）根据图3，汽油机的气门关闭，活塞向上，是热机的压缩冲程，压缩体积，通过做功的方式改变内能；
（4）根据图4，当软木塞被冲出时，消耗了内能，水蒸气内能转化为机械能；
（5）根据图5，压紧的铅块不会被拉开，说明了分子之间存在引力。
【分析】（1）分子不停的无规则运动和温度有关；
（2）内能对外做功，内能减少；白雾是液化形成的；
（3）汽油机的气门关闭，活塞向上，是压缩冲程，将机械能转化为内能；
（4）内能对外做功，转化为机械能；
（5）压紧的铅块不易分开，是分子间存在引力

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