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14.2 热机 导学案
班级：________　姓名：________　学号：________
一、学习目标
1. 知道热机的工作原理，能说出内燃机吸气、压缩、做功、排气四个冲程的特点，会判断压缩冲程（机械能转化为内能）与做功冲程（内能转化为机械能）的能量转化方向。
2. 能比较汽油机与柴油机在燃料、构造、点火方式、吸入物质等方面的异同，会根据顶部有火花塞还是喷油嘴判断内燃机的类型。
3. 理解内燃机一个工作循环中冲程数、曲轴转动周数、活塞往返次数与做功次数的关系（"1421"），会根据飞轮转速计算每秒钟的做功次数。
4. 能用做功和热传递两种方式分析内燃机工作过程中燃料混合物内能的变化。
二、课前自学
1. 燃烧汽油或柴油能将其化学能转化为________，通过热机做功，能把内能转化为____________。
2. 内燃机有四个冲程，它们分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。其中________冲程将机械能转化为内能，________冲程将内能转化为机械能。
3. (1)在四个冲程中，给汽车提供动力的冲程是________冲程，排出汽车废气的冲程是________冲程。
(2)注意：在内燃机的四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程都是靠飞轮的________完成的。一个工作循环中飞轮转动________周，活塞往返________次。
我的疑问：_______________________________________
三、课内探究
探究一　探新知·自主梳理
1. 知识梳理。完成下表，比较汽油机与柴油机的异同。
内容 内燃机
汽油机 柴油机
燃料 汽油 柴油
构造 顶部有________ 顶部有________
一个工作循环 吸气冲程 吸入________________ 只吸入________
压缩冲程 压缩程度较________(机械能→内能) 压缩程度________(机械能→内能)
做功冲程 ________式(________点火)(内能→机械能) ________式(柴油遇到高温高压的热空气)(内能→机械能)
排气冲程 排出废气 排出废气
主要特点 轻巧、效率较低 笨重、效率较高
适用范围 小汽车、小型农业机械等 载重汽车、拖拉机、火车、轮船等
2. 走进生活：小明家买了一辆家用汽车，小明非常喜欢，整天围着汽车转来转去，一天当父亲检查汽车发动机时，小明发现发动机上有火花塞，据此判断这台发动机是________机，火花塞工作后的一个冲程是________冲程。
探究二　攻重难·素养导向
知识点1　热机
典例1：如图所示是四冲程内燃机的某一冲程示意图，该冲程是(　　)
内燃机某一冲程的示意图
A.吸气冲程
B.压缩冲程
C.做功冲程
D.排气冲程
变式1：如图所示是四冲程汽油机工作过程中的某一冲程的示意图。关于这一冲程，下列说法中正确的是(　　)
四冲程汽油机某一冲程的示意图
A.这是吸气冲程，气缸内吸进混合气体
B.这是压缩冲程，把机械能转化为内能
C.这是做功冲程，把内能转化为机械能
D.这是排气冲程，排出气缸中的废气
易错点　压缩、做功冲程中燃料混合物的内能变化情况
易错原因 误认为内燃机是将内能转化为机械能，内能一定是减少的
正确理解 压缩冲程中，活塞压缩燃料混合物，使其内能增大，温度升高；做功冲程中，高温高压的气体推动活塞做功，自身的内能减小，温度降低
易错训练：如图所示是四冲程汽油机的工作原理示意图，下列说法正确的是(　　)
四冲程汽油机的工作原理示意图（甲、乙、丙、丁）
A.图甲是吸气冲程，吸入气缸的物质是汽油
B.图乙冲程是通过做功使燃料混合物的内能增加
C.图丙冲程中，燃气的内能增加、温度升高
D.甲、丙、丁是辅助冲程，靠飞轮惯性完成
知识点2　内燃机转速
典例2：一台单缸四冲程汽油机，如图所示的汽油机正处于________冲程；在此过程中燃气的内能________(填"增加""减小"或"不变")；若飞轮的转速为 1800 r/min，该汽油机每秒钟做功__________次。
处于某一冲程的汽油机
方法技巧：汽油机的工作过程可用"1421"进行记忆——1个工作循环；4个冲程：吸气、压缩(机械能转化为内能)、做功(内能转化为机械能)、排气；活塞往返2次，曲轴转动2周；做功1次。
变式2：一台单缸四冲程汽油机，在压缩冲程中，气体的温度升高，这是通过____________的方式____________内能的。若汽油机 1 s 内对外做功 15 次，则其曲轴的转速为________r/min。
四、课堂检测
A层·基础夯实
1.[跨学科·化学]光发动机可用于卫星的能源补充，原理如图所示，密闭反应室中 在光照下会分解，使反应室气压增大，推动活塞右移，无光条件下发生逆反应，控制光照即可实现活塞往复运动。活塞右移过程相当于汽油机的(　　)
光发动机原理图
A.吸气冲程
B.压缩冲程
C.做功冲程
D.排气冲程
2.(2024 年广元市)1883 年人类发明了汽油机。一台四冲程汽油机的一个冲程中，火花塞点火，燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体推动活塞对外做功，则该冲程(　　)
A.是压缩冲程
B.气体对外做功，内能转化为机械能
C.活塞依靠飞轮的惯性而运动
D.气体对外做功，气体的内能增加
3.关于柴油机和汽油机，下列说法中正确的是(　　)
A.汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞
B.吸气冲程中，汽油机吸入的是汽油，柴油机吸入的是柴油
C.四冲程汽油机在工作过程中，进、排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程
D.在柴油机的压缩冲程中，内能转化为机械能
4.[科学探究]如图所示是小明用可乐瓶制作的水火箭。小明先在瓶中装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气；此时瓶中气体的内能__________(填"增加""减少"或"不变")；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中，此过程的能量转化情况与热机的__________冲程相同，瓶内气体通过__________的方式改变内能。
水火箭制作装置示意图
B层·理解运用
5.如图是某四冲程汽油机顺序被打乱的工作图，下列说法正确的是(　　)
汽油机顺序被打乱的工作图（A、B、C、D）
A.四个冲程的顺序应该是 B→A→D→C
B.冲程 B 的活塞正在往下运动
C.冲程 D 将内能转化为机械能
D.热机是利用化学能做功的机器
6.(2025 年广东省期末)如图是我国古代发明的取火器模型图，取火时要把推杆迅速推入牛角套筒。与该过程的能量转化相同的是四冲程汽油机的(　　)
取火器模型图
A.吸气冲程
B.压缩冲程
C.做功冲程
D.排气冲程
7.如图所示是内燃机的________冲程；若该内燃机在吸气冲程吸入气缸的只有空气，那么它是__________(填"汽油机"或"柴油机")；若一台单缸四冲程汽油机飞轮转速为 3600 r/min，那么 1 s 该内燃机对外做功_______次。
内燃机某一冲程的示意图
C层·拓展挑战
8.某单缸四冲程汽油机的气缸活塞横截面积为 ，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是 50 mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为 ，当汽油机满负荷工作时(不计摩擦)，求：
(1)做功冲程中燃气对活塞的平均压力。
(2)一个做功冲程中燃气对活塞做的功。
五、课后延伸
1. 一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为 600 r/min，它每秒钟曲轴转动多少周？完成几个工作循环？对外做功几次？
2. 某单缸四冲程汽油机在一次做功冲程中燃气对活塞做功 ，若该汽油机每秒钟对外做功 15 次，1 s 内燃气对活塞做的总功是多少？
六、参考答案
【课前自学】
1. 内能；机械能
2. 压缩；做功
3. (1)做功；排气　(2)惯性；2；2
【课内探究】
探究一：燃料：汽油；柴油。构造：顶部有火花塞；顶部有喷油嘴。吸气冲程：吸入汽油和空气的混合物；只吸入空气。压缩冲程：较小；大。做功冲程：点燃式(火花塞点火)；压燃式。
走进生活：汽油；做功
典例1：C　解析：由图可知，两气门都关闭，火花塞点火，高温高压的燃气推动活塞向下运动，是做功冲程，故选 C。
变式1：B　解析：由图可知，两气门都关闭，活塞向上运动，气缸内的混合气体被压缩，是压缩冲程，把机械能转化为内能，故选 B。
易错训练：B　解析：图甲是吸气冲程，吸入气缸的是汽油和空气的混合物，不是汽油，A错误；图乙是压缩冲程，通过压缩做功使燃料混合物的内能增加，B正确；图丙是做功冲程，燃气推动活塞做功，内能减小、温度降低，C错误；甲、乙、丁是辅助冲程，靠飞轮的惯性完成，D错误。故选 B。
典例2：压缩；增加；15　解析：由图可知，两气门关闭、活塞上行，是压缩冲程，此冲程机械能转化为内能，燃气内能增加；飞轮转速 1800 r/min＝30 r/s，一个工作循环曲轴转 2 周、做功 1 次，故每秒钟做功 15 次。
变式2：做功；增大；1800　解析：压缩冲程中活塞对气体做功，使气体的内能增大、温度升高，是通过做功的方式增大内能；1 s 内对外做功 15 次，即 1 s 内完成 15 个工作循环，曲轴 1 s 内转动 30 周，转速为 1800 r/min。
【课堂检测】
1. C　解析：反应室气压增大推动活塞右移，气体膨胀对活塞做功，内能转化为机械能，与做功冲程的能量转化相同，故选 C。
2. B　解析：火花塞点火后，高温高压的燃气推动活塞对外做功，是做功冲程；此冲程中内能转化为机械能，气体的内能减小，A、C、D错误。故选 B。
3. C　解析：汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，A错误；吸气冲程中汽油机吸入汽油和空气的混合物，柴油机只吸入空气，B错误；压缩冲程和做功冲程中进、排气门同时关闭，C正确；柴油机的压缩冲程中机械能转化为内能，D错误。故选 C。
4. 增加；做功；做功　解析：打气筒往瓶里打气，压缩瓶内气体做功，气体的内能增加；打开阀门后，瓶内气体对水做功，内能转化为机械能，与做功冲程的能量转化情况相同，瓶内气体通过做功的方式改变内能。
5. B　解析：由图可知，A是做功冲程(两气门关闭、火花塞点火、活塞下行)，B是吸气冲程(进气门打开、活塞下行)，C是排气冲程(排气门打开、活塞上行)，D是压缩冲程(两气门关闭、活塞上行)。四个冲程的正确顺序是B→D→A→C，A错误；冲程B(吸气冲程)的活塞正在往下运动，B正确；冲程D(压缩冲程)将机械能转化为内能，C错误；热机是利用内能做功的机器，D错误。故选 B。
6. B　解析：把推杆迅速推入牛角套筒时，活塞压缩筒内气体做功，机械能转化为内能，与压缩冲程的能量转化相同，故选 B。
7. 压缩；柴油机；30　解析：由图可知，两气门关闭、活塞上行，是压缩冲程；吸气冲程只吸入空气的内燃机是柴油机；飞轮转速 3600 r/min＝60 r/s，一个工作循环曲轴转 2 周、做功 1 次，1 s 内对外做功 30 次。
8. 解：(1)由 得做功冲程中燃气对活塞的平均压力为
(2)一个做功冲程中燃气对活塞做的功为
【课后延伸】(示例)
1. 飞轮转速 600 r/min＝10 r/s，每秒钟曲轴转动 10 周；一个工作循环曲轴转 2 周，每秒钟完成 5 个工作循环，对外做功 5 次。
2. 解：1 s 内对外做功 15 次，1 s 内燃气对活塞做的总功为

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