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14.2 热机 学习任务单
班级：________　姓名：________　小组：________
【学习目标】
1. 知道热机是利用内能做功的机械，了解热机的种类；知道燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机叫内燃机，内燃机分为汽油机和柴油机。（物理观念）
2. 能说出四冲程汽油机的构造和工作过程，能说出吸气、压缩、做功、排气四个冲程中气门的开闭、活塞的运动方向和能的转化，会用"4、2、2、1"规律进行简单计算。（科学思维）
3. 通过观察实验和对比分析，归纳汽油机与柴油机工作过程的异同，体会热机的发明对人类社会发展的作用，关注热机技术在运载工具中的应用。（科学态度与责任）
【课前任务】
1. 预习实验：如图所示，试管内装入适量水，用橡胶塞塞住管口，用酒精灯对水加热一段时间。注意：橡胶塞不要塞得太紧，同时试管口不要对着人，注意操作安全。
酒精灯加热试管中水的实验装置
（1）你会观察到什么现象？______________________________
（2）在这个过程中不同形式的能量之间是如何转化的？______________________________________________
2. 观察生活：汽车、摩托车、拖拉机、飞机、火箭中，哪些要靠燃烧燃料来获得动力？把它们记录下来：______________________________
【课堂任务】
任务一　热机
◆ 问题链
1. 热机：利用____________做功的机械。
2. 热机的种类：蒸汽机、__________、汽轮机、喷气发动机等。
3. （1）燃料直接在发动机__________内燃烧产生动力的热机，叫作内燃机。（2）内燃机分为__________和柴油机两大类，它们分别用__________和柴油作为燃料。
◆ 学以致用
例1　下列运载工具中，不需要利用热机的是(　　)
A. 喷气式飞机
B. 柴油拖拉机
C. 纯电动汽车
D. 长征系列火箭
◆ 课堂练习
1. （贵州中考）内能的利用推动了工业和社会的快速发展。下列机器设备利用内能工作的是(　　)
A. 电动机
B. 计算机
C. 汽油机
D. 照相机
2. 小明利用图示装置进行实验，加热试管一段时间，在水蒸气驱动下小叶轮转动起来，这个实验体现了____________的原理。
水蒸气驱动小叶轮转动的实验装置
3. 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
◆ 我的结论
_____________________________________________________________________
任务二　汽油机
◆ 活动：观察四冲程汽油机的构造
1. 构造：四冲程汽油机剖面图如图所示。其中，（1）是__________，（2）是________，（3）是________。
四冲程汽油机剖面图
2. 原理：汽油在__________内燃烧时产生高温高压的气体，高温高压的气体推动活塞运动，带动曲轴转动，对外做功。
◆ 活动：梳理汽油机的工作过程
3. 冲程：活塞在气缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。工作循环：四冲程汽油机的一个工作循环是由________、________、________、________四个冲程组成的，并通过四个冲程的不断循环来保证连续工作的。
4. 完成四冲程汽油机工作过程对比表：
过程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
图示
气门开闭情况 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
活塞运动方向 向下运动 ①__________运动 ②__________运动 向上运动
能的转化 — ③________________ ④________________ —
5. 对汽油机工作过程的理解：
（1）四冲程汽油机在一个工作循环中，活塞往复运动________次，曲轴和飞轮转动________周，对外做功________次。简记为"4、2、2、1"。
（2）汽油机在工作时只有____________冲程使机车获得动力，其他的三个冲程均为辅助冲程，依靠安装在曲轴上飞轮的____________来完成。
◆ 学以致用
例2　汽油机的________冲程如图所示。在压缩冲程中，是通过____________的方式增加燃气的内能的。若汽油机飞轮的转速为3 000 r/min，则汽油机每秒对外做功____次。
汽油机某冲程工作示意图
◆ 课堂练习
1. 关于汽油机的说法，下列正确的是(　　)
A. 在吸气冲程中，吸入的是空气
B. 完成做功冲程后进气门打开，排气门关闭
C. 使汽车获得动力的冲程是做功冲程
D. 压缩冲程将内能转化为机械能
2. （镇江中考）下列汽油机工作的四个冲程中，做功冲程是(　　)
A.　　　B.　　　C.　　　D.　　　
3. （常州中考）四冲程汽油机工作时，将内能转化为机械能的冲程是(　　)
A. 吸气冲程
B. 压缩冲程
C. 做功冲程
D. 排气冲程
4. 如图所示的内燃机的四个冲程，气缸内气体的内能最小的是(　　)
A.　　　B.　　　C.　　　D.　　　
5. 演示点火爆炸的实验装置如图所示，按动电火花发生器的按钮，点燃盒内酒精，盒盖迅速飞出。这个过程与四冲程汽油机中的哪一个冲程的能量转化相同(　　)
点火爆炸实验装置
A. 吸气冲程
B. 压缩冲程
C. 做功冲程
D. 排气冲程
6. 单缸四冲程汽油机某一冲程工作示意图如图所示，该冲程是________冲程。若该汽油机1 s对外做功15次，则汽油机曲轴的转速为__________r/min。
汽油机某冲程工作示意图
7. （南通中考）2024年5月，中国嫦娥六号任务搭载四个国际载荷成功发射升空。火箭发射时，燃料燃烧获得的能量使其加速升空，与该过程能量转化形式相同的是(　　)
A. 热机做功冲程
B. 钻木取火过程
C. 水力发电过程
D. 物体上抛过程
8. 在安全情况下，小明用高压打气筒往封闭空塑料瓶内打入空气，如图所示。随着瓶内气压增加，气体内能增大，这是通过____________的方式改变瓶内气体内能的。当气压达到一定程度时，瓶盖飞出，这一过程与汽油机____________冲程的能量转化情况相同。若一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为1 200 r/min，则该汽油机每秒做功____次。
高压打气筒往封闭空塑料瓶内打入空气
任务三　柴油机
◆ 问题链
1. 主要构造：与汽油机相似，但是柴油机通过压缩空气直接点燃__________，因此柴油机气缸顶部没有__________，而有一个__________。
2. 工作过程：分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。阅读柴油机与汽油机工作过程的对比表，完成下面的问题：
种类 柴油机 汽油机
吸气冲程 吸进气缸的只有空气 吸进气缸的是汽油和空气的混合物
压缩冲程 把空气的体积压缩得非常小，使得空气的温度很高，达到柴油的燃点 把汽油和空气的混合物压缩的程度没有柴油机高
做功冲程 压缩冲程结束时，喷油嘴喷出的雾状柴油遇到温度很高的热空气便立刻燃烧（压燃式） 压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，点燃燃料（点燃式）
排气冲程 排出废气 排出废气
（1）柴油机和汽油机在构造上的最大不同：柴油机气缸顶部是__________，汽油机气缸顶部是__________。
（2）柴油机采用________式点火，汽油机采用________式点火。
（3）吸气冲程中，柴油机吸进气缸的只有________，汽油机吸进气缸的是____________________。
◆ 学以致用
例3　关于汽油机和柴油机的不同点，下列说法正确的是(　　)
A. 在构造上，汽油机气缸顶部有喷油嘴，柴油机气缸顶部有火花塞
B. 在吸气冲程中，汽油机吸入气缸的是汽油，柴油机吸入气缸的是柴油
C. 在压缩冲程末，汽油机用点燃式点火，柴油机用压燃式点火
D. 在做功冲程中，汽油机气缸内气体的压强大于柴油机
◆ 课堂练习
1. 下列关于汽油机和柴油机的区别，不正确的是(　　)
A. 柴油机的气缸顶部是喷油嘴
B. 柴油机的飞轮大，柴油机比汽油机笨重
C. 在压缩冲程中，柴油机对气体的压缩程度比汽油机高
D. 柴油机用点燃式点燃燃料
2. 如图所示，甲是汽油机某个冲程的工作示意图，乙是柴油机某个冲程的工作示意图。下列说法正确的是(　　)
　甲　　　乙　　
A. 甲是汽油机的压缩冲程，此时进气门和排气门均关闭
B. 甲是汽油机的做功冲程，气缸顶部的火花塞产生电火花
C. 乙是柴油机的吸气冲程，吸进气缸的是空气和柴油的混合物
D. 乙是柴油机的排气冲程，此时气缸顶部的喷油嘴正在喷油
【课后任务】
1. 四缸发动机示意图如图所示，其工作原理为：四个气缸的活塞连在一根曲轴上，并使各气缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个气缸在做功，其他三个气缸分别在做吸气、压缩和排气工作。有一台四缸发动机，其主要技术指标如下表所示。其中，排量等于四个气缸工作容积的总和，气缸工作容积指活塞从气缸顶部到底部所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离。转速表示曲轴或飞轮所转的周数。
四缸发动机示意图
技术指标 排量 输出功率 转速
数值 2 L 120 kW 6 000 r/min
（1）该发动机1 min对外做功__________次，1 min对外做功______________J。
（2）在每个做功冲程里，发动机做功W＝______J。在做功冲程里，高温高压气体对活塞所做的功可表示为 ，式中p表示高温高压气体对活塞的平均压强，V表示单缸排量，则p＝______________Pa。1 L＝。
2. 实践观察：找一辆摩托车或汽车（也可查阅资料），了解它使用的发动机是汽油机还是柴油机，你判断的依据是什么？把结果记录下来与同学交流：__________________________________________________
【参考答案】
【课前任务】
1. （1）橡胶塞被冲出去。（2）酒精燃烧，化学能转化为水和水蒸气的内能；水蒸气对橡胶塞做功，又将内能转化为机械能。
2. 汽车、摩托车、拖拉机、飞机、火箭等要靠燃烧燃料获得动力（电动自行车不需要）。
【任务一　热机】
问题链：1. 内能　2. 内燃机　3. （1）气缸　（2）汽油机；汽油
例1　C
解析：喷气式飞机、柴油拖拉机、长征系列火箭都靠燃烧燃料获得动力，都要利用热机；纯电动汽车用电动机驱动，不需要利用热机。
1. C
2. 热机
3. A
【任务二　汽油机】
问题链：1. 火花塞；连杆；活塞　2. 气缸　3. 吸气；压缩；做功；排气
4. ①向上　②向下　③机械能转化为内能　④内能转化为机械能
5. （1）2；2；1　（2）做功；惯性
例2　做功；做功；25
解析：图中火花塞点火，两气门均关闭，活塞向下运动，是做功冲程；压缩冲程中是通过做功的方式增加燃气的内能的。飞轮转速3 000 r/min＝50 r/s，飞轮每转2周对外做功1次，每秒对外做功50÷2＝25次。
1. C
2. C
3. C
4. D
解析：吸气冲程吸入低温的汽油和空气的混合物，气缸内气体的内能最小，D图进气门打开、活塞向下运动，是吸气冲程。
5. C
解析：点燃盒内酒精，盒内气体膨胀对盒盖做功，内能转化为机械能，与做功冲程的能量转化相同。
6. 压缩；1 800
解析：图中两气门均关闭，活塞向上运动，是压缩冲程。1 s对外做功15次，曲轴每秒转动15×2＝30周，每分钟转动30×60＝1 800周，转速为1 800 r/min。
7. A
解析：火箭发射时燃料燃烧释放的内能转化为机械能，与热机做功冲程的能量转化相同。
8. 做功；做功；10
解析：打气时活塞压缩气体做功，气体内能增大；瓶盖飞出是气体对外做功，内能转化为机械能，与做功冲程相同。飞轮转速1 200 r/min＝20 r/s，每转2周做功1次，每秒做功20÷2＝10次。
【任务三　柴油机】
问题链：1. 柴油；火花塞；喷油嘴
2. （1）喷油嘴；火花塞　（2）压燃；点燃　（3）空气；汽油和空气的混合物
例3　C
1. D
2. B
解析：甲图火花塞点火、两气门均关闭、活塞向下运动，是汽油机的做功冲程，B正确；乙图两气门均关闭，是柴油机的压缩冲程，C、D错误。
【课后任务】
1. 解：(1)转速6 000 r/min表示曲轴（飞轮）每分钟转动6 000周。在飞轮转动的每半周里都有一个气缸在做功，则1 min内对外做功的次数为6 000×2＝12 000次。
输出功率 ，1 min对外做功为
(2)每个做功冲程里发动机做功为
单缸排量为
由
可得高温高压气体对活塞的平均压强为
2. （示例）该发动机是汽油机，因为它的气缸顶部有火花塞（若是柴油机，气缸顶部是喷油嘴）。

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