资源简介

1. 知道热机的概念和基本工作原理，能说出热机是将内能转化为机械能的装置，并识别常见热机的类型，了解热机在工业革命和现代社会发展中的重要作用。
2. 理解内燃机的工作过程，能通过模型或示意图分析四冲程汽油机或柴油机的四个冲程中，燃料燃烧、能量转化以及气缸内气压、体积变化的简要情况。
3. 知道热机工作过程中的能量流向，能定性分析燃料燃烧释放的内能中，一部分转化为机械能用于做功，其余部分会散失到环境中，初步体会能量转化过程中的守恒与耗散思想。
4. 知道热机与环境、能源的关系，能说出热机使用化石燃料所带来的环境影响，并认识发展清洁能源和高效技术对于可持续发展的重要性。
5. 能通过跨学科实践，分析热机如何推动社会变革，探讨技术应用的双面性，增强环境保护和能源有效利用的意识。
街道上车水马龙，大海里货轮远航，蓝天中飞机翱翔，火箭直冲云霄。这些交通工具运转的核心都离不开热机。从古至今，热机将内能转化为机械能，驱动各类机械运转，深刻改变出行方式，推动社会飞速发展。今天我们一同揭开热机的工作奥秘。
1.热机是通过燃料燃烧获取 并将其转化为 的装置，最早应用于工业生产的热机是 ，应用最广泛的一种热机是活塞式 。
2.常见的活塞式内燃机有 和 。
3.汽油机的主要构造包括 、 、 、活塞、曲轴、连杆、飞轮等。
4.活塞在往复运动中从汽缸一端运动到另一端叫作一个 。多数汽油机由 、 、 和 四个冲程的不断循环来保证连续工作。
5.一个工作循环中，只有 冲程燃气推动活塞做功，把 转化为 ，其他三个冲程是靠飞轮的 来完成的。
【例题1】如图为小明用塑料瓶制作的水火箭，其原理是打入塑料瓶的压缩空气使水从“火箭”尾部向下喷出，从而推动“火箭”飞向空中。下列分析错误的是(　　)
A.使用打气筒打气时能量转化情况与汽油机的压缩冲程相同
B.水火箭升空过程中能量转化情况与汽油机的做功冲程相同
C.升空过程中，瓶内气体的内能减少
D.水从水火箭中喷出相当于内燃机的排气冲程
【变式1-1】试管中装入适量的水，试管口塞子塞住，酒精灯对试管加热一段时间后，塞子冲出去，则（ ）
A.加热过程中酒精的化学能全部转化为水的内能
B.塞子冲出前，试管内气体压强不断减小
C.塞子冲出时，试管内气体温度不变
D.塞子冲出时，塞子增加的机械能是由试管内气体的内能转化而来的
【变式1-2】如图所示是实践小组同学用塑料瓶制作的水火箭。他们先在瓶里装适量水，然后将带有喷嘴的橡胶塞插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气；当橡皮塞脱落时，水从火箭尾部瓶口向下喷出，水火箭向上飞向空中。下列有关说法正确的是(　　)
A.打气后气筒会发热，这是通过热传递改变气筒的内能
B.水火箭升空时与热机做功冲程工作原理相似
C.水火箭喷水上升过程中瓶内气体温度升高
D.水火箭升空时受到向上的推力，推力的施力物体是空气
【例题2】如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是(　　)
A.一个工作循环的正确顺序是：甲乙丙丁
B.图乙冲程是做功冲程
C.图甲冲程是将所有的内能转化为机械能的过程
D.图丁冲程是机械能转化为内能的过程
【变式2-1】如图所示是汽油机工作时的四个冲程示意图，下列说法正确的是（　　）
A.甲是压缩冲程，将内能转化为机械能
B.活塞在汽缸内上下往复运动一次，该汽油机对外做功一次
C.丁冲程汽缸内的气体推动活塞向下运动，气体的内能减少
D.该内燃机的四个冲程正确的工作顺序是：丙→甲→丁→乙
【变式2-2】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
一、单选题
1.2025年4月24日在酒泉卫星发射中心，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭发射升空。关于火箭发动机，下列说法正确的是（　　）
A.火箭发动机使用比热容大的燃料 B.火箭燃料燃烧越充分，热值越大
C.火箭发动机主要通过热传递获得机械能 D.火箭发动机属于热机
2.如图所示是四冲程汽油机的剖面图，属于机械能转化为内能的是（ ）
A. B. C. D.
3.如图所示的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，套筒内的空气被压缩，推杆前端的艾绒立刻燃烧起来。关于这个过程，下列说法正确的是（　　）
A.套筒内空气被压缩时其内能不变
B.此过程中，内能转化为机械能
C.与汽油机工作过程中的压缩冲程的能量转化相似
D.主要利用了热传递的方式来改变套筒内空气的内能
4.轮船用四冲程柴油机提供动力，其中压缩冲程中，柴油机汽缸内气体的（ ）
A.质量变小 B.内能增大 C.体积变大 D.温度降低
5.如图所示为某单缸四冲程内燃机工作示意图，下列关锦洋同学说法中正确的是（　　）
A.一个完整的工作循环顺序是：乙甲丁丙
B.乙图冲程活塞向下运动，汽车靠此冲程获得动力
C.只有甲冲程获得动力，其他冲程都是靠惯性运转的
D.丙冲程活塞向上运动，这个过程是化学能转化为内能的过程
6.关于图中的四个实验，下列说法正确的是（　　）
A.图甲是汽油机的做功冲程
B.图乙，液体难以压缩的原因是分子间只存在斥力不存在引力
C.图丙，快速向下压活塞，棉花燃烧，棉花的内能是通过热传递发生改变的
D.图丁，抽掉玻璃板，一段时间后两瓶气体颜色变均匀，说明分子之间存在引力
7.2025年4月24日是第十个中国航天日。小振用可乐瓶制作出水火箭，如图所示，先在瓶里装适量水，旋紧瓶塞，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，用打气筒往瓶里打足气，打开阀门后，水从金属管向下喷出，水火箭竖直向上飞向空中。下列分析正确的是（　　）
A.水火箭上升过程中，水火箭瓶内气体的内能在不断增加
B.水向下喷出时，通过热传递的方式减小了瓶内空气的内能
C.升空时，水火箭内气体对水向下的力与水对它向上的力是一对平衡力
D.打气筒将空气压入水火箭内的能量转化与汽油机的压缩冲程相同
8.下图为内燃机的四个冲程工作示意图，下列说法正确的是（ ）
A.一个工作循环的正确顺序是乙、甲、丙、丁
B.图乙冲程能获得动力
C.图丁冲程气缸内气压变高，气体温度升高，内能增大
D.图丙冲程中的废气已经没有内能了
9.一台单缸四冲程汽油机飞轮的转速是1800r/min，则该汽油机每秒钟（ ）
A.完成30个循环，60个冲程 B.做功15次，活塞往复30次
C.完成30个循环，30个冲程 D.做功600次，活塞往复600次
10.如图，是四冲程汽油机的工作示意图，一个完整的工作循环的正确顺序为（　　）
A.a→b→c→d B.a→c→d→b C.c→a→b→d D.c→d→a→b
二、填空题
11.如图所示，国产主战坦克VT－4A1亮相2024年珠海航展，其动力机械是热机。从能量转化的角度来看，热机是把内能转化为 能的机器，完成这一能量转化的是 冲程。
12.如图为“走马灯”，点燃底部蜡烛，热空气上升驱动扇叶转动，观众惊奇地看到纸片小人的影子动了起来。热空气上升驱动扇叶转动的能量转化方式为 ，这与四冲程汽油机的 冲程相同。
13.在“航天日”主题活动中，小明用塑料瓶自制了“水火箭”，如图所示。用打气筒向瓶内打气，瓶内压强足够大时，“水火箭”向下喷水从而获得升空的动力，打气过程是以 的方式改变瓶内气体内能，“水火箭”飞出后，瓶内气体温度降低，内能 。水火箭被发射出时的能量转化情况与四冲程汽油机工作过程中的 冲程相同。
14.科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内 燃机相同，在第四冲程结束后，立刻向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压 水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度 （填“升高” “降低”或“不变”），其内能 （填“增大”“减小”或“不变”），这样燃烧同样多的燃料获得更多的机械能， 提高了热机的效率，为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是 冲程．
15.如图甲所示，用酒精灯加热试管中适量水。当塞子被推开时，可以看到试管口有“白气”产生。这是由于试管内气体对塞子做功，使得试管内气体内能 （选填“增大”或“减小”或“不变”），此过程发生的能量转化与图乙中的内燃机在 （选填“A”或“B”）图所示的能量转化是一致的，某四冲程汽车飞轮转速为3000r/min，则每秒钟对外做功 次。
三、实验题
16．跨学科实践：制作简易汽轮机模型
【项目提出】
(1)热机对人类文明发展起着重要的推动作用。同学们成立了制作简易汽轮机模型的项目团队，制作简易 模型。
【项目实施】
(2)设计并制作：设计方案如图所示。向易拉罐内部注入大约半罐 ，将去掉笔芯和尾塞的中性笔的尾端插入易拉罐内，用橡皮泥将罐的开口处 。将易拉罐放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇叶。
(3)测试实验：点燃易拉罐下面的酒精灯，当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来。
①汽轮机模型工作过程的能量转化情况为：化学能→ → 。
②此汽轮机模型属于 （填“内”或“外”）燃机。
(4)实验改进：
①同学们在测试过程中，发现加热很长时间后，扇叶才开始转动，这是因为 ；
②进行了调整后，再次测试，发现风扇转动得很慢。同学们交流后认为，这是蒸汽喷射力不足造成的。以下几种解决方案中你认为可行的是 。
A增加酒精灯的高度，用其内焰加热
B．更换一个更细的喷嘴
C．降低小风扇的高度，使喷嘴对准风扇的中心
【项目拓展】
(5)同学交流过程中，有同学设想：用凹面镜会聚太阳光替代酒精灯加热易拉罐，制成一个“太阳能蒸汽机”。你认为这个“太阳能蒸汽机”的优势是： 。（写出一条即可）
热机
蒸汽机和蒸汽轮机属于外燃机，外燃机需要添加燃料和循环工质。循环工质是指在热力循环中用于传递内能和机械能的介质，由于气态物质受热之后具有良好的膨胀性能和巨大的作功本领，蒸汽机和蒸汽轮机用的循环工质为水蒸气，冰箱和空调早期常用氟利昂，现在大多用碳氢化合物。蒸汽机和蒸汽轮机的区别是动力驱动方式，都是烧水产生高温高压水蒸气，蒸汽机驱动活塞上下运动从而带动曲轴转动，蒸汽轮机驱动涡轮叶片带动涡轮转动。现在的火力发电厂和核电站不少还都用蒸汽轮机发电，火力发电用煤烧水，核电站用核反应产生的内能烧水。
内燃机包括课本上提到的汽油机、柴油机、喷气发动机，还有燃气轮机。内燃机没有循环工质，它的燃料直接在机器内部燃烧。其中汽油机和柴油机燃料燃烧后驱动的是活塞，燃气轮机燃烧产生高温燃气驱动涡轮，喷气发动机常用于飞机和火箭，靠着燃烧后喷出的高速气体的反作用力驱动。
整体上内燃机燃料燃烧更快，做功更直接，效率更高，但对燃料要求苛刻，需要进行特殊的提纯炼制处理。而外燃机，也就蒸汽机和蒸汽轮机一般烧煤就行，船舶上有些蒸汽轮机烧重油，重油为石油经分馏提取汽油、煤油、柴油等炼制后剩下的残余物，理论上外燃机甚至可以用木材为燃料。
热机的广泛使用可谓意义巨大，热机对人类利用能源和提高生产力具有划时代的变革意义，这也是为什么第一次工业革命是以蒸汽机作为动力机被广泛使用为标志。
在人的成长过程中，基于生物本能，我们到一定年龄就能够奔跑。在第一节体育课上，跑步测试时会有快有慢，跑步跑得快的同学往往不会特别兴奋，他们大多会觉得自己跑得快是理所应当的，是天赋魅力使然。即使是跑步很快的同学，当他歪歪扭扭学会骑自行车时，可能会兴奋不已。因为这是另外的一种运动形式，跑步和骑自行车的驱动方式有别。当成年之后，学会驾驶机动车之时，又会有不同的体验。
笔者大学毕业之后，刚工作不久就攒钱买了一辆二手弯梁摩托车，跟原车主交接之后，就推到不远处车流量较少的大路上骑了起来。弯梁摩托没单独的离合，加油门就走，慢慢提速之后换挡，当耳边的风呼啸而过，似乎感觉找到了驾驭某种能量的窍门，兴奋之情印象深刻。
笔者大学期间，曾参加院系组织的运动会选拔赛，参赛项目是铅球，意外获得了第一。然后又作为选手参加学校里的运动会，又意外的垫底。第一时心想的是我本就天赐神力，垫底时想的是铅球不过匹夫之为，蛮力而已。可以说无论是第一还是垫底，都是一念而过，都远不及初次骑摩托车缓加油门时兴奋。
人类在进化史上很关键的一步就是火的使用，人类学会用火之后，可以充分利用自然界的内能，改善生存条件，促进生理进化，从而使人类在进化速度和进化道路上区别于其它动物。但火也存在局限，那就是只能改善生活，不能帮助人类生产，也就说火不能替人干活。
直到热机出现，将内能转化为机械能，才大幅度解放生产力。但热机也有局限，就是热机输出的动能，不便于传输，动能常见的传输方式有齿轮、链条、皮带、连杆等，传输效率和传输距离都很有限。直到后来随着发电机的问世，各类电器开始替代机器，人类进入“电气时代”，这也称为第二次工业革命，第二次工业革命以电力的发明和广泛应用为标志。
参考答案
一、基础填空
1.内能；机械能；蒸汽机；内燃机
2.汽油机；柴油机
3.进气门；排气门；火花塞
4.冲程；吸气；压缩；做功；排气
5.做功；内能；机械能；惯性
例题与变式
例题 1：D
变式 1-1：D
变式 1-2：B
例题 2：D
变式 2-1：C
变式 2-2：B
二、单选题
1.D 2.A 3.C 4.B 5.C
6.A 7.D 8.C 9.B 10.B
三、填空题
11.机械；做功
12.内能转化为机械能；做功
13.做功；减小；做功
14.降低；减小；排气
15.减小；A；25
四、实验题
16.(1) 汽轮机
(2) 水；密封
(3) ①内能；机械能 ②外
(4) ①水升温、汽化需要吸收大量热量 ②B
(5) 清洁无污染，可再生，节约化石能源（任写一条）

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