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人教版2024九年级全册物理同步精讲精炼学案（全国通用）
第十四章 内能的利用
专题08 热机
物理观念：了解热机的工作原理,知道四冲程内燃机工作时的能量转化,能体会内能的利用在人类社会发展中的重要意义。
科学思维：通过模型、图片了解汽油机和柴油机的构造。
科学探究: 能用文字或口头表述内燃机各冲程的工作状态和能量转化。
科学态度与责任：能了解能量转化的意义,体会热机对于人类文明进程的推动作用。知道内燃机工作时有废气污染,树立环保意识。
贯彻本节课核心素养目标，必须完成以下精细化的学习目标
1. 知道热机的概念，初步了解热机的工作原理，体会内能的利用对人类发展的重要作用。
2. 了解汽油机的构造及工作过程。
3. 了解柴油机的构造及工作过程。
本节课重点难点
重点：了解四冲程汽油机的基本工作原理。
难点：了解四冲程汽油机的基本工作原理。
阅读教材，自主学习知识点，完成以下问题：
知识点一、热机
最早的热机是_______。1769年瓦特改进、完善了蒸汽机，发明了冷凝器、蒸汽气缸等部件，设计了通过活塞直线运动带动飞轮圆周运动的连接装置，解决了动力传输问题，才使蒸汽机成为带动其他机械器运转的动力机器。
（1）热机：各种利用_____做功的机械叫作热机。
（2）工作原理：热机利用内能做功，将内能转化为_____能。
（3）种类：蒸气机、______、汽轮机、喷气发动机等。
（4）常见的热机——内燃机
①内燃机：燃料直接在发动机_____内燃烧产生动力的热机。
②内燃机的分类：_____机和_____机。
知识点二、汽油机
1. 工作原理：利用_____在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。
2. 汽油机的主要构造：由气缸、______、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆组成。
3. 工作过程
（1）冲程的概念：汽油机在工作时，______从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
（2）四个冲程：汽油机的一个工作循环由_____、_____、_____、____四个冲程组成。多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。
（3）汽油机的工作过程分析
过程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
图示
气门 进气门_____， 排气门______ 进气门、排气门 均______ 进气门、 排气门均_____ 进气门____， 排气门_____
活塞 向下运动 向上运动 向下运动 向上运动
能量转化 无 机械能转 化为____能 内能转化 为_____能 无
作用 吸入汽油和 空气的混合物 压缩汽油和 空气的混合物 高温高压的气体推动活塞运动，带动曲轴转动，对外做功 把废气 排出汽缸
（4）汽油机一个工作循环情况
汽油机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的，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。
进气门 开关 排气门 开关 活塞的 运动 曲轴的 运动 能量的转化
吸气冲程 开 关 向下 半周
压缩冲程 关 关 向上 半周 机械能→内能
做功冲程 关 关 向下 半周 内能→机械能
排气冲程 关 开 向上 半周
联系 (1)每个工作循环飞轮转2 周,完成1个做功冲程。 (2)在一个工作循环中,只有第三个冲程燃气对外做功, 其他三个辅冲程不但不做功,还要消耗机械能。 （（3）做功冲程为其他三个冲程提供能量。 （（4）其他三个冲程为第三冲程做功提供基础。 （5）依靠飞轮的惯性完成吸气、压缩、排气冲程。
知识点三、柴油机
1. 工作原理：利用柴油在____内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。
2. 构造：与汽油机的大致相同，不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞而是一个_____。
3. 工作过程
（1）柴油机的工作过程与汽油机大致相同，也是由____、_____、____、____四个冲程构成一个工作循环，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。
（2）柴油机和汽油机构造及工作过程的不同点：
①汽油机汽缸顶部有_____，在压缩冲程末，火花塞产生电火花，使燃料燃烧，产生高温高压的气体（俗称“点燃式”）；柴油机汽缸顶部没有火花塞，只有_____，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来（俗称“压燃式”）。
②汽油机吸气冲程吸入______的混合物；柴油机吸入气缸内的物质只有_____。
附录：汽油机和柴油机构造及工作过程比较
不 同 点 汽油机 柴油机
构造 火花塞 喷油嘴
吸气冲程吸进的物质 汽油和空气的 混合物 空气
压缩冲程末汽缸内的温度 较高 更高
点火方式 点燃式 压燃式
做功冲程燃气的压强 较大 更大
优缺点 效率低，燃点 低；功率一般不大，较轻巧，工作平稳 效率较高，燃点较高；功率很大， 较笨重，工作时震动较剧烈。
应用 适于轻便快速 工作常在飞机、小汽车、摩托车上采用 适宜长途负荷大的工作，常在拖拉 机。舰艇。坦克等上使用
相 同 点 1．都有进气门、排气门、活塞、汽缸、曲轴、连杆。 2．都分为吸气冲程、 压缩冲程、做功冲程和排气冲程四个冲程。
4. 汽油机与柴油机的优缺点：
（1）汽油机转速高，结构简单，质量轻，造价低廉，运转平稳，使用维修方便。汽油机在摩托车、汽车上特别是小型汽车上大量使用。
（2）柴油机比较笨重，主要用于载重汽车、拖拉机、火车和轮船上。
（3）柴油发动机与汽油发动机相比，热效率高。因此从节约能源、降低燃料成本角度上讲，柴油发动机在小汽车上的推广使用具有更重大的意义。
【易错点】内燃机的一个工作循环完成四个冲程时，飞轮的转速与做功的次数关系理解模糊导致错误。
要理解记忆内燃机做功中的关联条件：内燃机的一个工作循环完成四个冲程，曲轴和飞轮转动两周，活塞往返两次，对外做功一次（要深刻理解记忆这一结论，在计算时非常有用）。
一、内燃机冲程的判断方法
气门的开与关 活塞运动方向 冲程名称
只有一个气门打开 向下 吸气冲程
向上 排气冲程
两个气门都关闭 向下 做功冲程
向上 压缩冲程
二、内燃机工作时，给出飞轮转速n，求解1S时间内,工作循环个数、完成冲程个数、活塞往返次数、对外做功次数的思维方法和技巧
现举例说明：如飞轮转速为3600r/min=60r/s
（1）我们知道，内燃机在一个工作循环中，曲轴转动2圈，已知飞轮转速为3600r/min=60r/s，即1s内曲轴转60圈，则30个工作循环中，曲轴转动60圈，1S时间内,工作循环个数为30；
（2）曲轴转动2圈，完成一个工作循环，一个工作循环完成4个冲程，则1s内曲轴转60圈，完成30个工作循环，30个工作循环完成120个冲程；
（3）曲轴转动2圈，完成一个工作循环，一个工作循环完成4个冲程，对外做功1次，则1s内曲轴转60圈，完成30个工作循环，30个工作循环对外做功30次；
（4）曲轴转动2圈，完成一个工作循环，一个工作循环活塞往返2次，完成30个工作循环，活塞往返30次。
工作循环 完成冲程数 活塞往返次数 飞轮（曲轴）转数 对外做功次数
1 4 2 2 1
30 120 60 30
知识点一、热机
【例题1】（2026新疆一模）人类最早发明的热机是（　　）
A. 蒸汽机 B. 内燃机 C. 喷气发动机 D. 火箭发动机
【答案】A
【解析】热机是指各种利用内能做功的机械，17世纪人类发明了热机，最早的热机是蒸汽机；内燃机、喷气发动机、火箭发动机都是19世纪后期发明出来的，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
【例题2】（2026江苏南通一模）如图所示，是四冲程内燃机其中一个冲程的示意图，该冲程的能量转化情况是( )
A. 化学能转化成内能
B. 机械能转化成内能
C. 机械能转化成化学能
D. 内能转化成机械能
【答案】B
【解析】由图可知，两个气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，该过程消耗机械能获得内能，是将机械能转化为内能．故B符合题意．
知识点二、汽油机
【例题3】（2026湖北一模）一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，如图所示为它工作循环中的一个冲程。下列说法正确的是（ ）
A. 汽油机在吸气冲程吸入的是汽油
B. 该冲程为做功冲程
C. 该汽油机每秒对外做功20次
D. 热机的功率越大，效率就越高
【答案】B
【解析】A．汽油机在吸气冲程吸入的是汽油和空气故A错误；
B．如图，进气门、排气门关闭，火花塞点火，该冲程为做功冲程，故B正确；
C．单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，每秒钟飞轮转20r，转两圈汽油机做一次功，该汽油机每秒对外做功10次，故C错误；
D．热机的功率是单位时间做的功，效率等于有用功与燃料产生热量的比值，是两个不同的物理量，没有必然联系，故D错误。故选B。
【例题4】如图所示，工作中的四冲程汽油机正处于________冲程，该冲程将________能转化为机械能，若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外做功_______次。
【答案】做功，内，10。
【解析】如图，进气门和排气门都是关闭的，火花塞放电，活塞下行，可以判断是做功冲程，做功冲程中内能转化为机械能。热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周，若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外做功10次，飞轮转动20周。
知识点三、柴油机
【例题5】如图所示是四冲程柴油机的剖面图，关于其四个冲程柴油机的描述正确的是（　　）
A．吸气冲程中吸入汽缸的是空气
B．压缩冲程中机械能转化为柴油和空气混合物的内能
C．做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的
D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的极少部分
【答案】A
【解析】A．在柴油机的吸气冲程中，确实只吸入空气，而不像汽油机那样吸入汽油和空气的混合物。故A正确；
B．在柴油机的压缩冲程中，活塞向上运动，压缩气缸内的空气，使其温度和压力都升高。这个过程中，机械能（活塞的动能）被转化为空气的内能。但需要注意的是，此时气缸内还没有柴油，所以不能说机械能转化为“柴油和空气混合物”的内能。故B错误；
C．柴油机的做功冲程是当气缸内的柴油被高温高压的空气点燃后，迅速燃烧产生大量高温高压的燃气，推动活塞向下运动，从而输出机械能。这个过程并不是依靠飞轮的惯性完成的，而是依靠柴油燃烧产生的动力。故C错误；
D．在排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的大部分，故D错误。
故选A 。
【例题6】热机是将内能转化成 能的机器，如图所示是热机的 冲程。一台四冲程柴油机飞轮转速是1200r/min，则柴油机每秒完成 个冲程，燃气做功 次，如果一次做功为1000 J，则柴油机的功率为 W。
【答案】 机械 做功 40 10 104
【解析】热机通过做功的方式利用内能，将内能转化为机械能。
热机一个工作循环由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程组成；由图可知，进气门和排气门都是关闭的，活塞下行，火花塞喷出电火花，可以判断是做功冲程。
一台四冲程柴油机飞轮转速是1200r/min= 20r/s，因一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，所以柴油机每秒完成40个冲程，燃气做功10次。
1s内柴油机做的功W=1000J×10=10000J
则柴油机的功率
一、热机（12小题）
1. 热机的出现改变了世界，最早的热机是（　　）
A．汽油机 B．蒸汽机 C．火箭发动机 D．喷气发动机
2．下列设备工作过程中使用热机的是（　　）
A．“歼20”战斗机 B．亚运会比赛帆船
C．共享单车 D．航拍无人机
3．嫦娥六号2024年5月3日成功发射，6月25日返回器携带月球样品着陆地球。如图，为嫦娥六号发射的场景。下列说法正确的有( )
A．嫦娥六号用的火箭喷气发动机不是热机的一种
B．嫦娥六号升空的过程是内能转化为机械能的过程
C．随着科技的发展，会实现火箭喷气发动机的内能全部转化为火箭的机械能
D．嫦娥六号卫星舱内携带的月球车，在升空过程中，内能和机械能都增加
选择理由： 。
4. 如图所示实验，橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出，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．水蒸气对外做功，温度升高 D．这个实验基本展示了蒸汽机的工作原理
5．下图是正在煮饭的高压锅限压阀被气流顶起转动起来，这一现象与热机工作循环中的冲程原理相同的是（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
6．2024年12月，长征五号运载火箭成功发射，下列说法正确的是（　　）
A．火箭喷出高温高压燃气的同时，空气对火箭施加了推动力
B．火箭发射时的能量转化与热机中做功冲程的能量转化相同
C．火箭加速升空的过程中，火箭的动能转化为重力势能
D．火箭升空过程中与空气摩擦，这是通过热传递使火箭内能增加
7．如图是蒸汽机工作的原理示意图，关于蒸汽机的工作过程中所涉及的物理知识，下列说法正确的是（ ）
A．燃料燃烧产生的内能全部转化为蒸汽的内能
B．汽缸内的蒸汽推动活塞做功，蒸汽的内能增大
C．汽缸内的蒸汽推动活塞做功，其能量的转化过程与汽油机的做功冲程一样
D．蒸汽机加装冷凝器，能减少废气带走的温度
8．现代科学研究发现，常见的物质是由极其微小的粒子—— 、原子构成的。 的发明及广泛应用，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。
9．我国航天事业快速发展，长征系列火箭做出了巨大贡献！火箭的发动机 （选填“属于”或“不属于”）热机。热机工作过程中通过燃料燃烧获取 转化为机械能。火箭发射时，向发射塔喷射大量的水，利用水的 较大的性质带走大量的热量，防止发射塔被烧坏。
10．图甲是我国古代发明的取火器的模型图，把木制推杆迅速推入牛角套筒时，杆前端的艾绒燃烧起来，这是通过 的方式，使筒内空气的内能增加，温度升高。这一过程与图乙所示的内燃机工作冲程的能量转化方式 （选填“相同”或“不同”），如果这台内燃机工作时飞轮转速为，则它每秒钟可以完成 个工作循环。
11.如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间后，观察
(1)会发生什么现象；
(2)解释所发生的现象。
12．（2024·黑龙江齐齐哈尔）阅读短文，回答问题。
喷气发动机
喷气发动机分为火箭喷气发动机和空气喷气发动机。2023年，我国的长征四号丙运载火箭，成功将一颗卫星送入预定轨道。该运载火箭靠火箭喷气发动机获得推进力。
火箭喷气发动机本身带有燃料和氧化剂，不需要外界空气来助燃，其燃料有固体的和液体的。如图甲所示是液体火箭喷气发动机的工作原理示意图，燃料和氧化剂分别装在两个箱子里，由输送系统按时按量地把燃料和氧化剂喷入燃烧室，用电火花点燃，燃烧产生的气体以很高的速度从尾部喷出，对火箭产生强大的反冲推力使它前进。
空气喷气发动机本身只携带燃料，需要从外界空气中获得足够的氧来助燃。空气喷气发动机的种类很多，如图乙所示为空气涡轮喷气发动机结构图。工作过程中，机身在空气中高速前进，空气从进气口进入，被压缩机压缩后进入燃烧室和从喷雾器喷出的燃料混合，由火花塞点火燃烧，产生大量气体向后喷出，冲击燃气轮机叶轮转动，最后气体以极大的速度从尾部喷管喷出，使机身得到巨大的反冲推力向前飞行。
（1）火箭喷气发动机工作过程中，先将燃料的化学能转化为 能，然后再将其转化为火箭的 能；
（2） （选填“火箭”或“空气”）喷气发动机不能在大气层外工作；
（3）如图乙所示的空气涡轮喷气发动机工作过程中，气体温度是不断变化的。下列图像中，能大致反映气体的温度随时间变化的是 。
A B C D
二、汽油机（13小题）
1.（2025·镇江）下列汽油机工作的冲程中，压缩冲程是（ ）
A. B. C. D.
2．如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，不是靠飞轮惯性完成的冲程是（　　）
A． B． C． D．
3．如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，把水加热至沸腾一段时间后，塞子会冲出去。有关塞子冲出过程中的能量转化形式与下图所示汽油机的四个冲程的说法中正确的是（ ）
A．塞子冲出过程中的能量转化形式与甲图的能量转化情况相同
B．若该汽油机飞轮转速是1200r/min，则每2s对外做功20次
C．该汽油机一个工作循环有四个冲程，正确的顺序是乙、丁、甲、丙
D．靠惯性完成的冲程是甲、乙、丁
4. 在做功冲程中，汽油机燃气的压强可达5.0×105Pa，柴油机燃气的压强可达1.0×106Pa，如果
汽油机和柴油机的活塞面积、活塞运动的距离都相同，则在一个做功冲程中柴油机与汽油机做功
之比是（　　）
A．1∶2 B．1∶1 C．2∶1 D．4∶1
5.（2025年黑龙江省龙东地区伊春市）一台单缸四冲程汽油机的飞轮的转速是2400r/min，则此汽油机每秒完成的冲程个数和对外做功次数分别是（　　）
A.完成80个冲程，对外做功20次 B.完成80个冲程，对外做功40次
C.完成40个冲程，对外做功10次 D.完成40个冲程，对外做功40次
6.（2025·江苏常州）2025年2月，江苏地域文明探源工程发布：在兴化草堰港遗址中发掘出7000年前的钻木取火器。如图所示，古人手搓钻杆，使其与取火板摩擦生热一段时间，即可取得火种。摩擦生热的能量转化方式是_____________________，与四冲程汽油机的________冲程相同。
7．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。
8. 四冲程汽油机每经历一个工作循环，活寨上下往复 次；它的第二个冲程是 冲程，它将机械能转化为内能。
9. 内燃机有四个工作冲程，如图所示是内燃机的_______冲程，活塞上升时，汽缸内气体的内能______（选填“减少”或“增加”），_____能转化为______能。
10.内燃机的一个工作循环由_____ 、_____ 、_____ 、______四个冲程组成。一台某型号单缸四冲程汽油机的飞轮速度是1200r/min，则汽油机每秒钟对外做功_____次。
11. 如图是四冲程汽油机的某个冲程，由图可看出它正处于　　 冲程，该冲程将机械能转化
为　　 能，若该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功　　 次。
12. 如图为某单缸四冲程汽油机的 冲程，若1s内该汽油机对外做功20次，则飞轮转速为 r/min；该汽油机工作时汽缸内燃气对活塞平均推力为2000N，活塞向下运动的距离是50cm，则汽油机的功率为 kW。
13.下图是单缸汽油机工作的四个冲程。
（1）A是________冲程，B是________冲程，C是________冲程，D是________冲程。如果是按一个工作循环的正常过程，则排列顺序为：____________。
（2）A冲程的能量转化为____________，C冲程的能量转化为___________。
（3）若该汽油机转速为1200r/min，则它每秒钟曲轴转_____圈，完成_____个冲程，对外做功____次。
知识点三、柴油机（7小题）
1．如图是四冲程柴油机工作循环中的某一冲程，以下关于此冲程说法正确的是（　　）
A．此冲程是排气冲程
B．此冲程吸入的是柴油和空气的混合物
C．此冲程是依靠飞轮的惯性来完成的
D．此冲程将内能转化为机械能来向外输出动力
2. 关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是（　　）
A．柴油机汽缸顶部有个火花塞，汽油机汽缸顶部有个喷油嘴
B．柴油机通过压缩空气直接点燃柴油
C．汽油机与柴油机的工作过程都分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程
D．汽油机与柴油机使用的燃料不同
3. 如图所示，用酒精灯对试管加热，水沸腾后，水蒸汽把软木塞顶跑。下列说法正确的是（　）
A．用酒精灯加热试管，水内能的增加是通过做功的方式实现的
B．蒸气把软木塞顶跑的过程，实现了内能向机械能的转化
C．蒸气把软木塞顶跑的过程，相当于汽油机的排气冲程
D．试管口出现的白雾是水汽化后形成的水蒸气
4. 一台单缸四冲程柴油机飞轮的转速是3 600 r/min，则柴油机每秒钟（ ）
A．完成60个循环，120个冲程
B．做功30次，活塞往复60次
C．完成60个循环，60个冲程
D．做功1 200次，活塞往复1 200次
5．一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速是2400r/min，柴油机每秒内做功 次，其中只有 冲程不是依靠惯性完成的。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。
6. 柴油机和汽油机的主要区别在于，汽油机在吸气冲程中吸入汽油和空气的混合物，而柴油机吸入的只有 ，构造上柴油机顶端有喷油嘴，而汽油机顶部有 。
7. 汽车在给人们的出行带来便利的同时，也带来了能源消耗、尾气污染等问题。
材料一：如图是一辆小汽车行驶时的能耗分配图。汽油在汽缸内完全燃烧时放出的能量，大约只有13%用于驱动汽车前进，而其余87%的能量则被损耗掉了。
材料二：排出的尾气除了CO2、H2O外，还有CO、NO、NO2及未燃烧的碳氢化合物等有害气体。
结合材料：
（1）对汽车行驶时能量形式的转化与损耗途径作出分析。
（2）请从节能、减排等方面对燃油汽车提出技术改进建议。
热机的发明
在18世纪，瓦特发明了第一台实用的蒸汽机，这一发明引领了工业革命的进程，也标志着热机技术的重大进步。此外，还有许多其他的科学家和工程师，如卡诺、开尔文和克劳修斯等，对热机的发展和改进做出了杰出的贡献。因此，热机的发明和发展是由多位科学家和工程师共同完成的。最早的热机雏形可以追溯到古代的走马灯，以及17世纪英国人萨佛里发明的用于矿井抽水的蒸汽水泵。因此，虽然卡诺在热机理论研究方面做出了奠基性的贡献，但热机的发明和发展是多位发明家共同努力的结果。
瓦特发明蒸汽机
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人教版2024九年级全册物理同步精讲精炼学案（全国通用）
第十四章 内能的利用
专题08 热机
物理观念：了解热机的工作原理,知道四冲程内燃机工作时的能量转化,能体会内能的利用在人类社会发展中的重要意义。
科学思维：通过模型、图片了解汽油机和柴油机的构造。
科学探究: 能用文字或口头表述内燃机各冲程的工作状态和能量转化。
科学态度与责任：能了解能量转化的意义,体会热机对于人类文明进程的推动作用。知道内燃机工作时有废气污染,树立环保意识。
贯彻本节课核心素养目标，必须完成以下精细化的学习目标
1. 知道热机的概念，初步了解热机的工作原理，体会内能的利用对人类发展的重要作用。
2. 了解汽油机的构造及工作过程。
3. 了解柴油机的构造及工作过程。
本节课重点难点
重点：了解四冲程汽油机的基本工作原理。
难点：了解四冲程汽油机的基本工作原理。
阅读教材，自主学习知识点，完成以下问题：
知识点一、热机
最早的热机是蒸汽机。1769年瓦特改进、完善了蒸汽机，发明了冷凝器、蒸汽气缸等部件，设计了通过活塞直线运动带动飞轮圆周运动的连接装置，解决了动力传输问题，才使蒸汽机成为带动其他机械器运转的动力机器。
（1）热机：各种利用内能做功的机械叫作热机。
（2）工作原理：热机利用内能做功，将内能转化为机械能。
（3）种类：蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
（4）常见的热机——内燃机
①内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。
②内燃机的分类：汽油机和柴油机。
知识点二、汽油机
1. 工作原理：利用汽油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。
2. 汽油机的主要构造：由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆组成。
3. 工作过程
（1）冲程的概念：汽油机在工作时，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
（2）四个冲程：汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。
（3）汽油机的工作过程分析
过程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
图示
气门 进气门打开， 排气门关闭 进气门、排气门 均关闭 进气门、 排气门均关闭 进气门关闭， 排气门打开
活塞 向下运动 向上运动 向下运动 向上运动
能量转化 无 机械能转 化为内能 内能转化 为机械能 无
作用 吸入汽油和 空气的混合物 压缩汽油和 空气的混合物 高温高压的气体推动活塞运动，带动曲轴转动，对外做功 把废气 排出汽缸
（4）汽油机一个工作循环情况
汽油机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。
进气门 开关 排气门 开关 活塞的 运动 曲轴的 运动 能量的转化
吸气冲程 开 关 向下 半周
压缩冲程 关 关 向上 半周 机械能→内能
做功冲程 关 关 向下 半周 内能→机械能
排气冲程 关 开 向上 半周
联系 (1)每个工作循环飞轮转2 周,完成1个做功冲程。 (2)在一个工作循环中,只有第三个冲程燃气对外做功, 其他三个辅冲程不但不做功,还要消耗机械能。 （（3）做功冲程为其他三个冲程提供能量。 （（4）其他三个冲程为第三冲程做功提供基础。 （5）依靠飞轮的惯性完成吸气、压缩、排气冲程。
知识点三、柴油机
1. 工作原理：利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。
2. 构造：与汽油机的大致相同，不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞而是一个喷油嘴。
3. 工作过程
（1）柴油机的工作过程与汽油机大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。
（2）柴油机和汽油机构造及工作过程的不同点：
①汽油机汽缸顶部有火花塞，在压缩冲程末，火花塞产生电火花，使燃料燃烧，产生高温高压的气体（俗称“点燃式”）；柴油机汽缸顶部没有火花塞，只有喷油嘴，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来（俗称“压燃式”）。
②汽油机吸气冲程吸入空气和汽油的混合物；柴油机吸入气缸内的物质只有空气。
附录：汽油机和柴油机构造及工作过程比较
不 同 点 汽油机 柴油机
构造 火花塞 喷油嘴
吸气冲程吸进的物质 汽油和空气的 混合物 空气
压缩冲程末汽缸内的温度 较高 更高
点火方式 点燃式 压燃式
做功冲程燃气的压强 较大 更大
优缺点 效率低，燃点 低；功率一般不大，较轻巧，工作平稳 效率较高，燃点较高；功率很大， 较笨重，工作时震动较剧烈。
应用 适于轻便快速 工作常在飞机、小汽车、摩托车上采用 适宜长途负荷大的工作，常在拖拉 机。舰艇。坦克等上使用
相 同 点 1．都有进气门、排气门、活塞、汽缸、曲轴、连杆。 2．都分为吸气冲程、 压缩冲程、做功冲程和排气冲程四个冲程。
4. 汽油机与柴油机的优缺点：
（1）汽油机转速高，结构简单，质量轻，造价低廉，运转平稳，使用维修方便。汽油机在摩托车、汽车上特别是小型汽车上大量使用。
（2）柴油机比较笨重，主要用于载重汽车、拖拉机、火车和轮船上。
（3）柴油发动机与汽油发动机相比，热效率高。因此从节约能源、降低燃料成本角度上讲，柴油发动机在小汽车上的推广使用具有更重大的意义。
【易错点】内燃机的一个工作循环完成四个冲程时，飞轮的转速与做功的次数关系理解模糊导致错误。
要理解记忆内燃机做功中的关联条件：内燃机的一个工作循环完成四个冲程，曲轴和飞轮转动两周，活塞往返两次，对外做功一次（要深刻理解记忆这一结论，在计算时非常有用）。
一、内燃机冲程的判断方法
气门的开与关 活塞运动方向 冲程名称
只有一个气门打开 向下 吸气冲程
向上 排气冲程
两个气门都关闭 向下 做功冲程
向上 压缩冲程
二、内燃机工作时，给出飞轮转速n，求解1S时间内,工作循环个数、完成冲程个数、活塞往返次数、对外做功次数的思维方法和技巧
现举例说明：如飞轮转速为3600r/min=60r/s
（1）我们知道，内燃机在一个工作循环中，曲轴转动2圈，已知飞轮转速为3600r/min=60r/s，即1s内曲轴转60圈，则30个工作循环中，曲轴转动60圈，1S时间内,工作循环个数为30；
（2）曲轴转动2圈，完成一个工作循环，一个工作循环完成4个冲程，则1s内曲轴转60圈，完成30个工作循环，30个工作循环完成120个冲程；
（3）曲轴转动2圈，完成一个工作循环，一个工作循环完成4个冲程，对外做功1次，则1s内曲轴转60圈，完成30个工作循环，30个工作循环对外做功30次；
（4）曲轴转动2圈，完成一个工作循环，一个工作循环活塞往返2次，完成30个工作循环，活塞往返30次。
工作循环 完成冲程数 活塞往返次数 飞轮（曲轴）转数 对外做功次数
1 4 2 2 1
30 120 60 60 30
知识点一、热机
【例题1】（2026新疆一模）人类最早发明的热机是（　　）
A. 蒸汽机 B. 内燃机 C. 喷气发动机 D. 火箭发动机
【答案】A
【解析】热机是指各种利用内能做功的机械，17世纪人类发明了热机，最早的热机是蒸汽机；内燃机、喷气发动机、火箭发动机都是19世纪后期发明出来的，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
【例题2】（2026江苏南通一模）如图所示，是四冲程内燃机其中一个冲程的示意图，该冲程的能量转化情况是( )
A. 化学能转化成内能
B. 机械能转化成内能
C. 机械能转化成化学能
D. 内能转化成机械能
【答案】B
【解析】由图可知，两个气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，该过程消耗机械能获得内能，是将机械能转化为内能．故B符合题意．
知识点二、汽油机
【例题3】（2026湖北一模）一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，如图所示为它工作循环中的一个冲程。下列说法正确的是（ ）
A. 汽油机在吸气冲程吸入的是汽油
B. 该冲程为做功冲程
C. 该汽油机每秒对外做功20次
D. 热机的功率越大，效率就越高
【答案】B
【解析】A．汽油机在吸气冲程吸入的是汽油和空气故A错误；
B．如图，进气门、排气门关闭，火花塞点火，该冲程为做功冲程，故B正确；
C．单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，每秒钟飞轮转20r，转两圈汽油机做一次功，该汽油机每秒对外做功10次，故C错误；
D．热机的功率是单位时间做的功，效率等于有用功与燃料产生热量的比值，是两个不同的物理量，没有必然联系，故D错误。故选B。
【例题4】如图所示，工作中的四冲程汽油机正处于________冲程，该冲程将________能转化为机械能，若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外做功_______次。
【答案】做功，内，10。
【解析】如图，进气门和排气门都是关闭的，火花塞放电，活塞下行，可以判断是做功冲程，做功冲程中内能转化为机械能。热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周，若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外做功10次，飞轮转动20周。
知识点三、柴油机
【例题5】如图所示是四冲程柴油机的剖面图，关于其四个冲程柴油机的描述正确的是（　　）
A．吸气冲程中吸入汽缸的是空气
B．压缩冲程中机械能转化为柴油和空气混合物的内能
C．做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的
D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的极少部分
【答案】A
【解析】A．在柴油机的吸气冲程中，确实只吸入空气，而不像汽油机那样吸入汽油和空气的混合物。故A正确；
B．在柴油机的压缩冲程中，活塞向上运动，压缩气缸内的空气，使其温度和压力都升高。这个过程中，机械能（活塞的动能）被转化为空气的内能。但需要注意的是，此时气缸内还没有柴油，所以不能说机械能转化为“柴油和空气混合物”的内能。故B错误；
C．柴油机的做功冲程是当气缸内的柴油被高温高压的空气点燃后，迅速燃烧产生大量高温高压的燃气，推动活塞向下运动，从而输出机械能。这个过程并不是依靠飞轮的惯性完成的，而是依靠柴油燃烧产生的动力。故C错误；
D．在排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的大部分，故D错误。
故选A 。
【例题6】热机是将内能转化成 能的机器，如图所示是热机的 冲程。一台四冲程柴油机飞轮转速是1200r/min，则柴油机每秒完成 个冲程，燃气做功 次，如果一次做功为1000 J，则柴油机的功率为 W。
【答案】 机械 做功 40 10 104
【解析】热机通过做功的方式利用内能，将内能转化为机械能。
热机一个工作循环由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程组成；由图可知，进气门和排气门都是关闭的，活塞下行，火花塞喷出电火花，可以判断是做功冲程。
一台四冲程柴油机飞轮转速是1200r/min= 20r/s，因一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，所以柴油机每秒完成40个冲程，燃气做功10次。
1s内柴油机做的功W=1000J×10=10000J
则柴油机的功率
一、热机（12小题）
1. 热机的出现改变了世界，最早的热机是（　　）
A．汽油机 B．蒸汽机 C．火箭发动机 D．喷气发动机
【答案】B
【解析】热机是指各种利用内能做功的机械，17世纪人类发明了热机，最早的热机是蒸汽机；内燃机、喷气发动机、火箭发动机都是后期发明出来的，故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。
2．下列设备工作过程中使用热机的是（　　）
A．“歼20”战斗机 B．亚运会比赛帆船
C．共享单车 D．航拍无人机
【答案】A
【解析】热机是把内能转化为机械能的装置。
A．战斗机中的柴油机是热机的一种，将内能转化为机械能，故A符合题意；
BC．亚运会比赛帆船、共享单车是消耗人体的化学能转化为机械能的，故BC不符合题意；
D．航拍无人机是利用电动机工作的，将电能转化为机械能，故D不符合题意。
故选A。
3．嫦娥六号2024年5月3日成功发射，6月25日返回器携带月球样品着陆地球。如图，为嫦娥六号发射的场景。下列说法正确的有( )
A．嫦娥六号用的火箭喷气发动机不是热机的一种
B．嫦娥六号升空的过程是内能转化为机械能的过程
C．随着科技的发展，会实现火箭喷气发动机的内能全部转化为火箭的机械能
D．嫦娥六号卫星舱内携带的月球车，在升空过程中，内能和机械能都增加
选择理由： 。
【答案】 B 见解析
【解析】A．火箭使用的喷气式发动机工作时将内能转化为机械能，是热机的一种，故A错误；
B．嫦娥六号升空的过程，消耗燃料，将燃料燃烧释放出的内能转化为机械能，故B正确；
C．由于热机工作过程中不可避免的存在热损失，不可能将内能全部转化为机械能，故C错误；
D．卫星舱内月球车在升空过程中，质量不变，高度和速度都会增加，则动能和重力势能都增大，因此机械能增加。由于不知道月球车的温度变化情况，因此不能判断月球车的内能变化情况，故D错误。
故选B。
4. 如图所示实验，橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出，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．水蒸气对外做功，温度升高 D．这个实验基本展示了蒸汽机的工作原理
【答案】D
【解析】A．试管口出现的“白雾”是小液滴，即水蒸气遇冷液化而成的小液滴，故A错误；
BC．水蒸气对外做功，内能转化为机械能，内能减小，温度降低，故BC错误；
D．蒸汽机的工作原理，是把内能转化为机械能.试管内水蒸气的内能可以转化为塞子的机械能，与做功冲程相同，故该实验基本展示了蒸汽机的工作原理，故D正确。所以选D。
5．下图是正在煮饭的高压锅限压阀被气流顶起转动起来，这一现象与热机工作循环中的冲程原理相同的是（ ）
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】正在煮饭的高压锅限压阀被气流顶起，这是锅内的气体对外做功，锅内气体的内能转化为机械能；热机工作时，吸气冲程和排气冲程不涉及能量转化，压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程将内能转化为机械能，因此与热机的做功冲程原理相同。
故选C。
6．2024年12月，长征五号运载火箭成功发射，下列说法正确的是（　　）
A．火箭喷出高温高压燃气的同时，空气对火箭施加了推动力
B．火箭发射时的能量转化与热机中做功冲程的能量转化相同
C．火箭加速升空的过程中，火箭的动能转化为重力势能
D．火箭升空过程中与空气摩擦，这是通过热传递使火箭内能增加
【答案】B
【解析】A．火箭喷出高温高压燃气，是燃气对火箭施加了推动力，由于物体间力的作用是相互的，火箭向后喷出燃气，燃气就会给火箭一个向前的反作用力，推动火箭前进，故A错误；
B．火箭发射时，燃料燃烧将化学能转化为内能，再转化为火箭的机械能；热机的做功冲程中，是内能转化为机械能，二者能量转化相同，故B正确；
C．火箭加速升空过程中，燃料燃烧释放的能量使火箭的速度增大、高度升高，机械能增大，这个过程中化学能转化为动能和重力势能，而不是动能转化为重力势能，故C错误；
D．火箭升空过程中与空气摩擦，是通过做功的方式使火箭内能增加，而不是热传递，故D错误。
故选B。
7．如图是蒸汽机工作的原理示意图，关于蒸汽机的工作过程中所涉及的物理知识，下列说法正确的是（ ）
A．燃料燃烧产生的内能全部转化为蒸汽的内能
B．汽缸内的蒸汽推动活塞做功，蒸汽的内能增大
C．汽缸内的蒸汽推动活塞做功，其能量的转化过程与汽油机的做功冲程一样
D．蒸汽机加装冷凝器，能减少废气带走的温度
【答案】C
【解析】A．燃料燃烧产生的内能仅仅只有一部分转化为蒸汽的内能，还有一部分热量散失了，还有一部分的内能转化为锅炉的内能，故A错误；
B．汽缸内的蒸汽推动活塞做功，内能转化为机械能，蒸汽的内能减小，故B错误；
C．汽缸内的蒸汽推动活塞做功，将内能转化机械能，其能量的转化过程与汽油机的做功冲程一样，做功冲程是膨胀的气体对外做功，将内能转化为机械能，故C正确；
D．蒸汽机加装冷凝器，能减少废气带走的热量，而不是温度，故D错误。
故选C。
8．现代科学研究发现，常见的物质是由极其微小的粒子—— 、原子构成的。 的发明及广泛应用，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。
【答案】 分子 热机
【解析】现代科学研究发现，物体由物质组成，常见的物质是由极其微小的粒子——分子、原子构成的。
热机是能将内能转化为机械能的装置，热机的发明及广泛应用，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。
9．我国航天事业快速发展，长征系列火箭做出了巨大贡献！火箭的发动机 （选填“属于”或“不属于”）热机。热机工作过程中通过燃料燃烧获取 转化为机械能。火箭发射时，向发射塔喷射大量的水，利用水的 较大的性质带走大量的热量，防止发射塔被烧坏。
【答案】属于 内能 比热容
【解析】热机是利用内能做功的机械，火箭发动机利用燃料燃烧获取内能再通过做功的方式转化为机械能，所以火箭的发动机属于热机。
火箭在加速上升过程中，燃料燃烧将化学能转化为燃气的内能，再转换为火箭的机械能，使火箭升空。
因为水的比热容比较大，在质量相同、升高相同的温度相同时，可以吸收更多的热量，所以火箭发射时，向发射塔喷射大量的水，利用水的比热容较大的性质带走大量的热量，防止发射塔被烧坏。
10．图甲是我国古代发明的取火器的模型图，把木制推杆迅速推入牛角套筒时，杆前端的艾绒燃烧起来，这是通过 的方式，使筒内空气的内能增加，温度升高。这一过程与图乙所示的内燃机工作冲程的能量转化方式 （选填“相同”或“不同”），如果这台内燃机工作时飞轮转速为，则它每秒钟可以完成 个工作循环。
【答案】 做功 不同 10
【解析】推杆压缩筒内的气体，对筒内气体做功，通过做功的方式，将机械能转化为内能，使筒内空气的内能增加，温度升高，达到艾绒的着火点。
如图，两气门关闭，火花塞点火，活塞下行，是做功冲程，在这个冲程中，缸内气体推动活塞做功，将内能转化为机械能，所以，取火器取火过程与图乙所示的内燃机工作冲程原理不同。
[3]飞轮的转速是1200r/min=20r/s，因为飞轮每转动2周完成1个工作循环，所以该汽油机每秒钟共完成10个工作循环。
11.如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间后，观察
(1)会发生什么现象；
(2)解释所发生的现象。
【答案】(1) 见解析 (2)见解析
【解析】(1)由图可知，将水加热一段时间后，塞子受到水蒸气的压力而冲出去，且管口出现了白雾。
（2）酒精燃烧时将燃料的化学能转化为水和水蒸气的内能，水蒸气的内能通过做功将内能转化为塞子机械能，使得塞子冲出去，塞子冲出时内能转化为机械能，内能减小，温度降低，水蒸气遇冷液化为小水珠，管口出现了白雾。
12．（2024·黑龙江齐齐哈尔）阅读短文，回答问题。
喷气发动机
喷气发动机分为火箭喷气发动机和空气喷气发动机。2023年，我国的长征四号丙运载火箭，成功将一颗卫星送入预定轨道。该运载火箭靠火箭喷气发动机获得推进力。
火箭喷气发动机本身带有燃料和氧化剂，不需要外界空气来助燃，其燃料有固体的和液体的。如图甲所示是液体火箭喷气发动机的工作原理示意图，燃料和氧化剂分别装在两个箱子里，由输送系统按时按量地把燃料和氧化剂喷入燃烧室，用电火花点燃，燃烧产生的气体以很高的速度从尾部喷出，对火箭产生强大的反冲推力使它前进。
空气喷气发动机本身只携带燃料，需要从外界空气中获得足够的氧来助燃。空气喷气发动机的种类很多，如图乙所示为空气涡轮喷气发动机结构图。工作过程中，机身在空气中高速前进，空气从进气口进入，被压缩机压缩后进入燃烧室和从喷雾器喷出的燃料混合，由火花塞点火燃烧，产生大量气体向后喷出，冲击燃气轮机叶轮转动，最后气体以极大的速度从尾部喷管喷出，使机身得到巨大的反冲推力向前飞行。
（1）火箭喷气发动机工作过程中，先将燃料的化学能转化为 能，然后再将其转化为火箭的 能；
（2） （选填“火箭”或“空气”）喷气发动机不能在大气层外工作；
（3）如图乙所示的空气涡轮喷气发动机工作过程中，气体温度是不断变化的。下列图像中，能大致反映气体的温度随时间变化的是 。
A B C D
【答案】 （1） 内 机械（2） 空气（3） C
【解析】（1）火箭喷气发动机在工作过程中，首先通过燃烧将燃料的化学能转化为内能，然后利用这些内能来推动火箭运动，从而将内能转化为火箭的动能和势能，即机械能。
（2）空气喷气发动机需要空气中的氧气来助燃，因此不能在大气层外工作。而火箭喷气发动机本身带有燃料和氧化剂，不需要外界空气来助燃，因此可以在大气层外工作。
（3）在空气涡轮喷气发动机工作过程中，气体首先被压缩，温度会升高，然后燃料和空气混合燃烧，温度会再次升高，最后气体被喷出，温度会降低。故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。
二、汽油机（13小题）
1.（2025·镇江）下列汽油机工作的冲程中，压缩冲程是（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】A图，进气门打开，为吸气冲程；
B图，进气门、排气门关闭，活塞上行，为压缩冲程；
C图，进气门、排气门关闭，火花塞打火，活塞下行，为做功冲程；
D图，排气门打开，为排气冲程。
故符合题意的选B。
2．如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，不是靠飞轮惯性完成的冲程是（　　）
A． B． C． D．
【答案】B
【解析】在汽油机的四个冲程中只有做功冲程对外做功，其他三个冲程都是靠飞轮的惯性完成的。
A图：排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，不符合题意；
B图：两气门都关闭，活塞向下运行，火花塞点火，气缸容积增大，是做功冲程，符合题意；
C图：两气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，不符合题意；
D图：进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，不符合题意。
3．如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，把水加热至沸腾一段时间后，塞子会冲出去。有关塞子冲出过程中的能量转化形式与下图所示汽油机的四个冲程的说法中正确的是（ ）
A．塞子冲出过程中的能量转化形式与甲图的能量转化情况相同
B．若该汽油机飞轮转速是1200r/min，则每2s对外做功20次
C．该汽油机一个工作循环有四个冲程，正确的顺序是乙、丁、甲、丙
D．靠惯性完成的冲程是甲、乙、丁
【答案】B
【解析】A．塞子冲出过程中，试管内的气体推动塞子做功，内能转化为机械能，图甲是压缩冲程，机械能转化为内能，两者的能量转化形式不同，故A错误；
B．若该汽油机飞轮转速是1200r/min=20r/s，则每秒曲轴转动20r，完成10个工作循环，对外做功10次，每2s对外做功20次，故B正确；
C．甲为压缩冲程，乙为吸气冲程，丙为排气冲程，丁为做功冲程，该汽油机一个工作循环有四个冲程，正确的顺序是乙、甲、丁、丙，故C错误；
D．除做功冲程外，其它三个冲程都靠惯性完成，所以，靠惯性完成的冲程是甲、乙、丙，故D错误。
故选 B。
4. 在做功冲程中，汽油机燃气的压强可达5.0×105Pa，柴油机燃气的压强可达1.0×106Pa，如果
汽油机和柴油机的活塞面积、活塞运动的距离都相同，则在一个做功冲程中柴油机与汽油机做功
之比是（　　）
A．1∶2 B．1∶1 C．2∶1 D．4∶1
【答案】C
【解析】汽油机和柴油机的活塞面积、活塞运动的距离都相同，则说明汽油机和柴油机的活塞面积S之比为1∶1；运动距离s之比为1∶1；燃气压强之比为
5.0×105Pa∶1.0×106Pa=1∶2
根据W=Fs，F=Ps，则柴油机与汽油机做功之比为
故选C。
5.（2025年黑龙江省龙东地区伊春市）一台单缸四冲程汽油机的飞轮的转速是2400r/min，则此汽油机每秒完成的冲程个数和对外做功次数分别是（　　）
A.完成80个冲程，对外做功20次 B.完成80个冲程，对外做功40次
C.完成40个冲程，对外做功10次 D.完成40个冲程，对外做功40次
【答案】A
【解析】四冲程内燃机一个工作循环，活塞往复两次、飞轮转两周，完成四个冲程，对外做功一次，当飞轮的转速是2400r/min，即40r/s时，每秒内完成80个冲程，对外做功20次，故A正确，BCD错误。
故选A。
6.（2025·江苏常州）2025年2月，江苏地域文明探源工程发布：在兴化草堰港遗址中发掘出7000年前的钻木取火器。如图所示，古人手搓钻杆，使其与取火板摩擦生热一段时间，即可取得火种。摩擦生热的能量转化方式是_____________________，与四冲程汽油机的________冲程相同。
【答案】机械能转化为内能；压缩
【解析】摩擦生热是通过克服摩擦力做功的方式改变物体内能，此过程中手搓钻杆的机械能（动能）转化为钻杆与取火板的内能；四冲程汽油机的压缩冲程中，活塞向上运动压缩气缸内的气体，活塞的机械能转化为气体的内能，因此摩擦生热的能量转化方式与汽油机的压缩冲程相同。
7．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。
【答案】 变小 做功
【解析】热空气上升时，质量不变，体积膨胀，故密度变小。
加热使空气上升驱动扇叶转动是内能转化为机械能，四冲程的汽油机中做功冲程是热空气对外做功，内能转化为机械能。
8. 四冲程汽油机每经历一个工作循环，活寨上下往复 次；它的第二个冲程是 冲程，它将机械能转化为内能。
【答案】 2 压缩
【解析】四冲程汽油机的一个工作循环分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程，其中，压缩冲程将机械能转化为内能。
9. 内燃机有四个工作冲程，如图所示是内燃机的_______冲程，活塞上升时，汽缸内气体的内能______（选填“减少”或“增加”），_____能转化为______能。
【答案】压缩，增加，机械，内。
【解析】从图中可以看出进气门和排气门都是关闭的，活塞向上运动，所以是压缩冲程。压缩冲程活塞向上运动，压缩气体，使气体的体积减小、温度升高、机械能转化为内能。
10.内燃机的一个工作循环由_____ 、_____ 、_____ 、______四个冲程组成。一台某型号单缸四冲程汽油机的飞轮速度是1200r/min，则汽油机每秒钟对外做功_____次。
【答案】吸气、压缩、做功、排气，10.
【解析】内燃机的一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，曲轴转动二周，对外做功一次。汽油机的飞轮速度是1200r/min = 20r/s，汽油机每秒钟对外做功20r/2r =10（次）
11. 如图是四冲程汽油机的某个冲程，由图可看出它正处于　　 冲程，该冲程将机械能转化
为　　 能，若该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功　　 次。
【答案】 压缩；内；30
【解析】如图，进气门、排气门都关闭，活塞向上运动，它正处于压缩冲程。
此过程中活塞压缩气缸内的气体，对气体做功，使气体内能增加，将机械能转化为内能。
若该汽油机飞轮的转速是60r/s，飞轮转2圈做一次功，则汽油机每秒钟对外做功30次。
12. 如图为某单缸四冲程汽油机的 冲程，若1s内该汽油机对外做功20次，则飞轮转速为 r/min；该汽油机工作时汽缸内燃气对活塞平均推力为2000N，活塞向下运动的距离是50cm，则汽油机的功率为 kW。
【答案】排气 2400 20
【解析】由图可知，一气门关闭，活塞向上运动，该冲程是汽油机的排气冲程。
在四冲程内燃机的工作过程中曲轴转2圈，完成4个冲程，6个工作循环外做功1次；如果此汽油机1s内对外做功20次，则每秒完成20个工作循环，即每分钟转2400圈，飞轮的转速为2400r/min。
活塞向下运动的距离是s=50cm=0.5m
一个做功冲程做的功
该汽油机工作1s时所做的功
则汽油机的功率为
13.下图是单缸汽油机工作的四个冲程。
（1）A是________冲程，B是________冲程，C是________冲程，D是________冲程。如果是按一个工作循环的正常过程，则排列顺序为：____________。
（2）A冲程的能量转化为____________，C冲程的能量转化为___________。
（3）若该汽油机转速为1200r/min，则它每秒钟曲轴转_____圈，完成_____个冲程，对外做功____次。
【答案】（1）压缩；吸气；做功；排气；BACD；（2）机械能转化为内能；内能转化为机械能；（3）20；40；10
【解析】（1）（2）A图中的两个气阀都关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，将机械能转化为了内能；
B中的一个气阀打开，活塞向下运动，所以为吸气冲程，没有能量转化的过程；
C中的两个气阀都关闭，活塞下运动，所以为做功冲程，将内能转化为了机械能；
D中的一个气阀打开，活塞向上运动，所以为排气冲程，没有能量转化的过程。
如果是按一个工作循环的正常过程，排列顺序应该为：DACB。
（3）曲轴转速：飞轮转速为1200转/分钟，转换为每秒转速为：
曲轴与飞轮同步转动，故第一空为20。
冲程数：每转一圈完成2个冲程（四冲程循环中曲轴转2圈完成4次冲程，即每圈对应2冲程），每秒20转对应20×2=40个冲程，故第二空为40。
做功次数：每完成四冲程（曲轴转2圈）做功1次，每秒曲轴转20圈对应的做功次数为20÷2=10次。因题目明确为单缸，故第三空为10。
知识点三、柴油机（7小题）
1．如图是四冲程柴油机工作循环中的某一冲程，以下关于此冲程说法正确的是（　　）
A．此冲程是排气冲程
B．此冲程吸入的是柴油和空气的混合物
C．此冲程是依靠飞轮的惯性来完成的
D．此冲程将内能转化为机械能来向外输出动力
【答案】C
【解析】A．由图可知，柴油机的进气门打开，排气门关闭，活塞下行，气体进入汽缸，可以判断是吸气冲程，故A错误；
B．柴油机的吸气冲程只吸入空气，柴油由喷油嘴喷出，故B错误；
CD．柴油机的做功冲程将内能转化为机械能来向外输出动力，吸气冲程是依靠飞轮的惯性完成的，吸气冲程没有能量的转化，故C正确，D错误。
故选C。
2. 关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是（　　）
A．柴油机汽缸顶部有个火花塞，汽油机汽缸顶部有个喷油嘴
B．柴油机通过压缩空气直接点燃柴油
C．汽油机与柴油机的工作过程都分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程
D．汽油机与柴油机使用的燃料不同
【答案】A
【解析】A．柴油机汽缸顶部有个喷油嘴，汽油机汽缸顶部有个火花塞，A错误。
B．柴油机通过压缩空气直接点燃柴油，采用压燃式，B正确。
C．柴油机和汽油机的工作过程分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程，故C正确。
D．汽油机与柴油机使用的燃料不同，汽油机的燃料是汽油，柴油机的燃料是柴油，故D正确。
3. 如图所示，用酒精灯对试管加热，水沸腾后，水蒸汽把软木塞顶跑。下列说法正确的是（　）
A．用酒精灯加热试管，水内能的增加是通过做功的方式实现的
B．蒸气把软木塞顶跑的过程，实现了内能向机械能的转化
C．蒸气把软木塞顶跑的过程，相当于汽油机的排气冲程
D．试管口出现的白雾是水汽化后形成的水蒸气
【答案】B
【解析】A．加热水的过程中，酒精灯火焰的温度较高，水温较低，热量从火焰转移到水，通过热传递的方式，使水的内能增加，故A错误；
BC．蒸气把软木塞顶跑的过程，水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，在汽油机的做功冲程中，内能转化为机械能，故B正确，C错误；
D．水蒸气把软木塞向上冲起时，水蒸气的内能减少，温度降低，液化为小水滴，在试管口形成“白雾”，故D错误。故选B。
4. 一台单缸四冲程柴油机飞轮的转速是3 600 r/min，则柴油机每秒钟（ ）
A．完成60个循环，120个冲程
B．做功30次，活塞往复60次
C．完成60个循环，60个冲程
D．做功1 200次，活塞往复1 200次
【答案】B
【解析】内燃机的一个工作循环有四个冲程，飞轮转2圈；即：飞轮每转2圈，完成一个工作循环，对外做功1次；
单缸四冲程内燃机飞轮的转速为3600r/min，则该柴油机每秒钟转60圈，即活塞往复60次，完成120个冲程，30个工作循环，对外做30次功，
故选B．
5．一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速是2400r/min，柴油机每秒内做功 次，其中只有 冲程不是依靠惯性完成的。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】 20 做功 比热容
【解析】汽油机的一个工作循环包含四个冲程，只有做功冲程对外做功，飞轮转两周。一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速是2400r/min=40r/s，柴油机每秒内完成80个冲程，做功20次，其中只有做功冲程对外做功，不是依靠惯性完成的。
汽缸外有一个“水套”是利用水吸热来降低汽缸温度的，这是利用了水的比热容大的性质，相同质量的水和其它物体相比，升高相同温度时，可以吸收更多热量。
6. 柴油机和汽油机的主要区别在于，汽油机在吸气冲程中吸入汽油和空气的混合物，而柴油机吸入的只有 ，构造上柴油机顶端有喷油嘴，而汽油机顶部有 。
【答案】 空气 火花塞
【解析】工作过程中，汽油机吸入的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入的是空气。汽油机汽缸顶部有一个火花塞，柴油机汽缸顶部是一个喷油嘴。
7. 汽车在给人们的出行带来便利的同时，也带来了能源消耗、尾气污染等问题。
材料一：如图是一辆小汽车行驶时的能耗分配图。汽油在汽缸内完全燃烧时放出的能量，大约只有13%用于驱动汽车前进，而其余87%的能量则被损耗掉了。
材料二：排出的尾气除了CO2、H2O外，还有CO、NO、NO2及未燃烧的碳氢化合物等有害气体。
结合材料：
（1）对汽车行驶时能量形式的转化与损耗途径作出分析。
（2）请从节能、减排等方面对燃油汽车提出技术改进建议。
【答案】（1）见解析；（2）见解析
【解析】（1）汽车行驶时的能量转化分析：汽车的化学能转化为气体内能，然后再转化为活塞的机械能，最后为汽车机械能，转化率很低；损耗途径分析：绝大部分是以热能形式损失的，部分是未完全燃烧的碳氢化合物损失，有少量是汽油蒸发损失。
（2）技术改进建议：减少散热器、排气管和汽油机的热损失；减少汽油的蒸发；使汽油充分燃烧；研制和使用混合动力或者纯电动的新能源汽车。
热机的发明
在18世纪，瓦特发明了第一台实用的蒸汽机，这一发明引领了工业革命的进程，也标志着热机技术的重大进步。此外，还有许多其他的科学家和工程师，如卡诺、开尔文和克劳修斯等，对热机的发展和改进做出了杰出的贡献。因此，热机的发明和发展是由多位科学家和工程师共同完成的。最早的热机雏形可以追溯到古代的走马灯，以及17世纪英国人萨佛里发明的用于矿井抽水的蒸汽水泵。因此，虽然卡诺在热机理论研究方面做出了奠基性的贡献，但热机的发明和发展是多位发明家共同努力的结果。
瓦特发明蒸汽机
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