熱機【學習目標】1.了解四沖程熱機的構造和工作原理；2.認識熱機四沖程工作過程中的能量轉化；3.能識別熱機四沖程；4.了解四沖程熱機各沖程工作過程；5.了解汽油機和柴油機異同。【知識導圖】【基礎知識】知識點一、熱機1.實驗探究—熱機工作原理【實驗現象】如圖所示，在試管中裝一些水，用橡皮塞塞住試管口，固定在鐵架臺上，用酒精燈給試管加熱，水沸騰后，水蒸氣會把橡皮塞沖出去，試管口觀察到大量“白霧”出現。【實驗分析】酒精燃燒釋放出熱量（化學能轉化為內能），通過熱傳遞將一部分內能轉移給水，水的內能增加，溫度升高，產生大量水蒸氣。水蒸氣越來越多，對橡皮塞的壓力越來越大，最后將橡皮塞沖出，這時水蒸氣對橡皮塞做功。同時，水蒸氣內能減小，溫度降低，水蒸氣液化成小水滴，在試管口可以觀察到“白霧”。【探究歸納】該實驗裝置就是一個簡單的熱機。其工作過程是：燃料燃燒，化學能轉化為內能，一部分內能通過熱傳遞方式傳遞給工作物質—水，水內能增大，溫度升高，產生大量水蒸氣，水蒸氣將橡皮塞沖出，水蒸氣內能轉化為橡皮塞機械能。特別提醒（1）實驗時，橡皮塞不要塞得太緊，否則橡皮塞不易沖出，可能因試管氣壓太大導致試管炸裂而傷到人；（2）試管口不能對著人，以防試管內的水沸騰時沖出試管口傷到人。利用內能的兩種方式（1）利用內能加熱；（2）利用內能做功。其中利用內能加熱是內能轉移過程，利用內能做功是內能轉化過程。2.熱機（1）熱機：利用內能做功的機械叫熱機。汽車、輪船和飛機等的發動機都是利用燃燒燃料釋放的內能做功的裝置，都是熱機。（2）熱機的種類：分為蒸汽機、內燃機、汽輪機、噴氣發動機。它們構造不同，但它們有一個共同特點，那就是利用內能做功。（3）內燃機：燃料直接在發動機氣缸內燃燒產生動力的熱機。內燃機根據其所使用的燃料分為汽油機和柴油機兩類。【典例】用酒精燈給試管內的水加熱至一定程度，發現塞在試管口的木塞被沖出，如圖所示。下列描述正確的是（）。A．試管中的水是靠做功的方式增加內能的；B．水蒸氣對木塞做功，把機械能轉化為內能；C．水蒸氣對木塞做功，與汽油機做功沖程的原理相同；D．水蒸氣對木塞做功，水蒸氣內能增加知識點二、汽油機1.工作原理利用氣缸內汽油燃燒產生的高溫高壓燃氣來推動活塞做功，將內能轉化為機械能。2.構造（1）主要結構：如圖所示，汽油機的主體是氣缸。氣缸上部有進氣門和排氣門，頂部有火花塞，下部有活塞，活塞通過連桿與曲軸相連。（2）沖程：活塞在氣缸內往復運動時，從汽缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個沖程。利用氣缸內汽油燃燒產生的高溫高壓燃氣來推動活塞做功，將內能轉化為機械能。（3）試管實驗與汽油機構造比較：如圖。3.工作過程（1）汽油機的一個工作循環：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。通過四個沖程的不斷循環來連續工作。（2）每完成一個工作循環，曲軸和飛輪均轉動兩周，活塞往返兩次，對外做功一次。在四個沖程中，只有做功沖程對外做功，其他三個沖程是輔助沖程，要靠安裝在曲軸上的飛輪的慣性帶動活塞完成，周而復始，使汽油機連續轉動下去。（3）汽油機工作過程如下：1.吸氣沖程：進氣門打開、排氣門關閉。靠慣性運動，吸進汽油與空氣的混合物2.壓縮沖程：進氣門關閉、排氣門關閉。外界對氣體做功，機械能轉化為內能，氣體溫度升高3.進氣門關閉、排氣門關閉。化學能轉化為內能，氣體溫度升高，氣體對外做功，內能轉化為機械能4.進氣門關閉、排氣門打開。靠慣性運動，排出廢氣【典例】如圖是四沖程汽油機一個工作循環中的兩個沖程，下列判斷正確的是（）。A．甲圖為吸氣沖程，燃氣的內能轉化為活塞的機械能；B．乙圖為壓縮沖程，活塞的機械能轉化為燃氣的內能；C．甲圖為做功沖程，活塞的機械能轉化為燃氣的內能；D．乙圖為排氣沖程，燃氣的內能轉化為活塞的機械能知識點三、柴油機1.工作原理利用柴油在氣缸內燃燒所產生的高溫高壓燃氣來推動活塞做功，將內能轉化為機械能。2.構造柴油機構造和汽油機構造相似，所不同的是柴油機氣缸頂部沒有火花塞，而有一個噴油嘴。3.工作過程柴油機與汽油機工作過程大致相同，也是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程構成一個工作循環，在一個工作循環中，曲軸連續轉動兩周，活塞往復兩次，對外做功一次。見下表：1.吸氣沖程：進氣門打開、排氣門關閉。活塞向下運動，吸入空氣2.壓縮沖程：進氣門關閉、排氣門關閉。活塞向上運動，壓縮空氣，氣體溫度升高，超過柴油燃點3.進氣門關閉、排氣門關閉。噴油嘴噴出霧狀柴油，遇到熱空氣立即猛烈燃燒，差高溫高壓氣體，推動活塞向下運動4.進氣門關閉、排氣門打開。活塞向上運動，排出廢氣4.汽油機與柴油機的異同相同點：（1）基本構造和主要部件作用相似。（2）每個工作循環都一樣，有吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程組成。（3）四個沖程中，只有做功沖程對外做功，其余三個沖程靠飛輪慣性完成。（4）一個工作循環中，活塞往復兩次，曲軸轉動兩圈，飛輪轉兩圈，做功一次。不同點：（1）構造不同：汽油機汽缸頂部有火花塞，而柴油機汽缸頂部有噴油嘴。（2）燃料不同：汽油機燃燒汽油，而柴油機燃燒柴油。（3）吸氣沖程不同：汽油機吸進汽油和空氣和燃料混合物，柴油機只吸進空氣。（4）點火方式不同：汽油機屬點燃式點火，柴油機屬壓燃式點火。※知識拓展：四沖程氣缸工作過程1.吸氣沖程是向氣缸內填充新鮮氣體的過程。進氣門打開，排氣門關閉，活塞由上端向下運動，汽油和空氣組成的燃料混合物從進氣門吸入氣缸。活塞在氣缸中由曲軸通過連桿帶動從上止點向下止點移動的過程此時進氣門打開；排氣門關閉。當活塞到達下止點時該過程結束。2.壓縮沖程是將缸內的氣體壓縮的過程（為燃燒著火創造基本條件，缸內溫度升高）。進氣門和排氣門都關閉，活塞向上運動，燃料混合物被壓縮，壓強增大，溫度升高。活塞在氣缸中由曲軸通過連桿帶動從下止點向上止點移動的過程此時進氣門、排氣門均關閉。當活塞到達上止點時該過程結束。3.做功沖程在壓縮沖程未尾，火花塞產生電火花，使燃料猛烈燃燒，產生高溫高壓的燃氣。高溫高壓燃氣推動活塞向下運動，并通過連桿帶動曲軸轉動。活塞在燃氣壓力的作用下由上止點向下止點運動，曲軸通過連桿帶動旋轉輸出功。此時進、排氣門均關閉。當活塞到達下止點時該過程結束。4.排氣沖程是為了下一循環工作而清除缸內燃燒后的廢氣的過程。進氣門關閉，排氣門打開，活塞向上運動，把廢氣排出氣缸。活塞在氣缸中由曲軸通過連桿帶動從下止點相上止點運動的過程。當活塞到達上止點時該過程結束。【典例】列關于內燃機說法正確的是()。A．柴油機吸氣沖程吸入的是柴油和空氣的混合物；B．汽油機氣缸頂部有噴油嘴；C．做功沖程中內能轉化為機械能；D．內燃機功率越大，效率越高【方法幫】題型一：分子熱運動【角度1】熱機工作原理熱機和人力機械、電動機械的主要區別熱機利用“內能”來做功，最終將內能轉化為機械能，而不是利用其他能量來做功。【典例】如圖所示是內燃機工作循環中的一個沖程，它是（）。A．壓縮沖程，將化學能轉化成內能；B．壓縮沖程，將機械能轉化成內能；C．做功沖程，將內能轉化成機械能；D．做功沖程，將機械能轉化成內能題型二：內燃機工作沖程的判斷第一步看氣門看兩氣門開、閉情況。若兩氣門都關閉，則內燃機處于壓縮或做功沖程；若有一個氣門打開，內燃機處于吸氣或排氣沖程第二步看活塞看活塞運動方向。活塞向上運動時，內燃機處于壓縮或排氣沖程；若活塞向下運動，內燃機處于吸氣或做功沖程第三步綜合分析綜合兩個氣門和活塞的工作情況得出結論【典例】如圖所示，甲、乙是兩個演示實驗的示意圖，丙、丁是四沖程汽油機工作過程中的兩個沖程示意圖。下列說法正確的是（）。A．丙圖所示的是做功沖程，其工作原理如甲圖所示的實驗；B．丙圖所示的是壓縮沖程，其工作原理如乙圖所示的實驗；C．丁圖所示的是壓縮沖程，其工作原理如甲圖所示的實驗；D．丁圖所示的是做功沖程，其工作原理如乙圖所示的實驗題型三：汽油機與柴油機的區別汽油機與柴油機的判斷汽油機柴油機結構氣缸頂部有火花塞氣缸頂部有噴油嘴吸氣沖程吸進空氣和汽油的混合物吸進空氣點火方式點燃式壓縮式【典例】關于熱機，下列說法正確的是（）。A.氣沖程中，汽油機和柴油機吸入的都是空氣；B.做功沖程是把機械能轉化為內能；C.柴油機有噴油嘴而沒有火花塞；D.做功沖程是依靠飛輪的慣性完成的題型四：內燃機工作循環及做功幾點計算內燃機做功中的關聯條件內燃機的一個工作循環完成四個沖程，曲軸和飛輪轉動兩周，活塞往返兩次，對外做功一次。【典例】我國自主生產的“吉利金剛”小轎車，發動機正常怠速為1200轉/分鐘，怠速指汽車不前進時發動機的轉速．則對于怠速說法正確的是（）。A．發動機1秒鐘完成20個工作循環；B．發動機1分鐘完成吸氣沖程1200次；C．發動機1秒鐘完成做功沖程10次；D．發動機1秒鐘共完成80個沖程【中考幫】考點一：內燃機工作原理【典例】（2022·山東泰安）如圖所示，用酒精燈給試管中的水加熱，水溫上升，直至沸騰一段時間后，會看到試管口的橡皮塞被沖出。下列描述正確的是（）。A.試管中的水在升溫過程中是通過做功的方式增加內能的；B.試管中的水沸騰時吸收熱量，溫度升高；C.水蒸氣對橡皮塞做功，水蒸氣的內能增加；D.水蒸氣對橡皮塞做功，其能量轉化與汽油機做功沖程的能量轉化相同考點二：內燃機做功的簡單計算【典例】小明一家駕車旅行，（1）加油時，聞到汽油味，說明分子在______；（2）圖示為車發動機的一個沖程，其能量轉化情況是______；（3）若車的總質量為1.5t，勻速直線行駛9km，所受阻力為車重的0.1倍，完全燃燒汽油1L，則1L汽油完全燃燒放出的熱量是______J，車所受牽引力是______N，車的工作效率是______%。（ρ汽油

=0.8×103

kg/m3

；q汽油

=4.5×107

J/kg；g取10N/kg）【作業幫】一、基礎練（知識鞏固）1.2019年春節期間熱映的《流浪地球》被譽為開啟了中國科幻電影元年．這部電影講述了多年以后太陽急速衰老膨脹，無法再給地球提供能量，人類為了拯救地球而點燃木星周圍的可燃氣體，逃離太陽系的故事．其中“點燃木星”將地球推開相當于內燃機的（）。A．吸氣沖程B．壓縮沖程C．做功沖程D．排氣沖程2.關于四沖程汽油機和柴油機的工作過程有以下幾種說法：①在吸氣沖程中，都會吸入空氣；②在做功沖程中，是機械能轉化為內能；③只有做功沖程是燃氣對外做功；④汽油機和柴油機的點火方式相同；以上說法中正確的是（）。A．只有①②③ B．只有①③ C．只有②④ D．只有②③④3.下列流程圖是用來說明單缸四沖程汽油機的一個工作循環及涉及到的主要能量轉化情況．關于對圖中①②③④的補充正確的是（）A．①做功沖程②內能轉化為機械能③壓縮沖程④機械能轉化為內能B．①壓縮沖程②內能轉化為機械能③做功沖程④機械能轉化為內能C．①壓縮沖程②機械能轉化為內能③做功沖程④內能轉化為機械能．D．①做功沖程②機械能轉化為內能③壓縮沖程④內能轉化為機械能4.內燃機一個工作循環有吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程，實現將機械能轉化為內能的是沖程，選擇水作為發動機的冷卻液，是利用水的較大的特點。一臺單缸四沖程內燃機正常工作時的轉速為1800r/min，該內燃機每分鐘對外做了次功。5.如圖甲所示，小明在吹氣球時，被吹大了的氣球沒能用手握住，呼嘯著飛了出去，若他及時撿拾起氣球，將會感覺到它噴氣的嘴部溫度和原來相比（選填“變高”、“變低”或“沒有變化”），發生的能量轉化與汽油機的沖程的能量轉化是一致的。6.如圖所示是汽油機的沖程。在壓縮沖程中，是通過方式增加燃氣的內能。汽油機的轉速為3000r/min，則1s內汽油機對外做功次。二、綜合練（能力提升）7.（2022·湖南郴州）水壺內的水沸騰時，壺蓋被水蒸氣頂起，此過程中能量轉化關系與內燃機工作的哪個沖程相同（）。A.吸氣沖程 B.壓縮沖程 C.做功沖程 D.排氣沖程8.（2022·四川內江）如圖所示，在試管里盛適量的水，用帶玻璃管的膠塞塞住試管口，加熱試管使水沸騰，玻璃管口冒出的“白氣”推動管口處的小葉輪轉動。下列說法正確的是（）。A.水在沸騰過程中，不斷吸收熱量，溫度升高；B.實驗過程中通過熱傳遞使試管內水的內能增大；C.玻璃管口冒出的“白氣”是水汽化形成的水蒸氣；D.“白氣”使小葉輪轉動的過程相當于汽油機的壓縮沖程9.（2022·四川自貢）如圖所示，在一個配有活塞的厚玻璃筒底部放一小團硝化棉，快速壓下活塞。可觀察到硝化棉___________的現象。此快速壓下活塞過程能量轉化情況與汽油機的___________沖程是相同的。10.（2022·四川南充）小華發現家中正在煮飯的高壓鍋限壓閥被氣流項起，這一現象與熱機的工作循環中的___________沖程原理相同，這一過程內能轉化為___________能。三、培優練（挑戰自我）11.（2022·青海省）如圖所示，在四沖程汽油機工作過程中，獲得動力的沖程是（）。A.吸氣沖程 B.壓縮沖程C.做功沖程 D.排氣沖程12.（2022·湖北省黃岡市、孝感市、咸寧市）如圖甲所示，在試管內裝些水，用橡膠塞塞住管口，給水加熱。這是通過___________的方式改變水的內能。加熱一段時間后，橡膠塞在水蒸氣壓力的作用下沖出去。其能量轉化情況與四沖程熱機___________沖程相同。如圖乙所示，在測量滑動