专题14.1 热机--九年级物理人教版.doc

第十四章 内能的利用 第1节 热机 一、热机 1．利用_______做功的机械叫做热机。 2．热机的种类很多，例如_______、______、______、_________等。 3．______直接在发动机的汽缸内燃烧产生______的热机，叫做内燃机。 4．内燃机分为______和_______连大类，它们分别用______和_____作为燃料。 二、汽油机 1．汽油机由_____、_____、_______、_______、______、______、_____几部分组成。 2．活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的_____运动到______的过程，叫做一个冲程。 3．多数汽油机是由_____、____、_____、_____四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 三、柴油机 1．柴油机的构造跟汽油机相似，但是柴油机通过压缩空气直接点燃柴油，因此柴油机汽缸顶部没有_____，而是有一个______。 2．柴油机的工作过程也分为____、______、_____、_____四个冲程。 3．柴油机在吸气进程中吸进汽缸的只有_____。在压缩冲程中，汽缸内空气的温度____，已经超过了柴油的_____，此时从喷油嘴喷出_____，_______遇到热空气便立刻燃烧起来。 内能 蒸汽机 内燃机 汽轮机 喷气发动机 燃料 动力 汽油机 柴油机 汽油 柴油 汽缸 进气门 排气门 火花塞 活塞 连杆 曲轴 一端 另一端 吸气 压缩 做功 排气 火花塞 喷油嘴 吸气 压缩 做功 排气 空气 很高 燃点 雾状柴油 雾状柴油 一、汽油机的工作过程 冲程名称 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 示意图 进气门开闭情况 打开 关闭 关闭 关闭 排气门开闭情况 关闭 关闭 关闭 关闭 活塞运动方向 向下 向上 向下 向上 冲程的作用 吸入汽油和空气的混合物 压缩汽油和空气的混合物，使其压强增大，温度升高 在压缩冲程末，火花塞放电点燃燃料，产生高温高压燃气。高温高压燃气推动活塞做功，通过连杆带动曲轴转动 排出废气 能的转化 无能量转化 压缩汽油和空气的混合物，机械能转化为内能 燃料燃烧，化学能转化为内能；燃气推动活塞做功，内能转化为机械能 无能量转化 联系 1．每个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴和飞轮转动两周，完成一个做功冲程 学科，网 2．在一个工作循环中，只有做功冲程燃气对外做功，其他3个辅助冲程，依靠飞轮的惯性完成，不但不做功，还要消耗机械能 【例题1】（2018·邵阳卷）小型汽车上的四冲程汽油机中，主要把机械能转化为内能的冲程是 A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 参考答案：B 试题解析：四冲程汽油机正常工作时，把机械能转化为内能的冲程是压缩冲程。故选：B。 二、汽油机与柴油机的比较 内燃机 项目 汽油机 柴油机 构造 汽缸顶部有火花塞 汽缸顶部有喷油嘴 燃料 汽油 柴油 吸气冲程 汽油机在吸气冲程中吸入的是空气和汽油的混合物 柴油机在吸气冲程中只吸入空气 压缩比 压缩冲程末，气体体积被压缩为吸进体积（汽缸体积）的 压缩冲程末，气体体积被压缩为吸进体积的 点火方式 压缩冲程末，火花塞产生电火花点燃燃料，称为点燃式 压缩冲程末，喷油嘴向汽缸内喷出柴油，遇到温度超过柴油燃点的空气而自动点燃，称为压燃式 做功冲程 做功冲程中燃气压强可达到30~50个大气压，温度达2 000 ℃~2 500 ℃，高温高压气体推动活塞做功 做功冲程中燃气压强可达50~100个大气压强，温度达1 700 ℃~2 000 ℃，高温高压气体推动活塞做功 效率 效率低，20%~30% 效率较高，30%~45% 应用 机体轻便，主要用于汽车、飞机、摩托车等 机体笨重，主要用于载重汽车、火车、轮船等 【例题2】（2018·上杭县校级期末）下面关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是 A．柴油机与汽油机除使用的燃料不同外，在构造上完全相同 B．柴油机气缸顶部有个喷油嘴，汽油机气缸顶部有个火花塞 C．汽油机与柴油机使用的燃料不同 D．柴油机采用压燃式点火，汽油机采用点燃式点火 参考答案：A 试题解析：A、汽油机和柴油机除使用的燃料不同，其构造、点火方式等还有多处不同，故A错误；B、汽油机气缸顶部有个火花塞，柴油机气缸顶部有个喷油嘴，故B正确；C、汽油机与柴油机使用的燃料不同，汽油机使用汽油，柴油机使用柴油，故C正确；D、汽油机与柴油机的点火方式不同，汽油机采用点燃式点火，柴油机采用压燃式点火，故D正确。故选：A。 三、判断四个冲程的方法 判断四个冲程的关键是看两个气门的关闭情况和活塞的运动方向，具体情况如表所示。 冲程 进气门 排气门 活塞运动方向 吸气冲程 打开 关闭 向下运动 压缩冲程 关闭 关闭 向上运动 做功冲程 关闭 关闭 向下运动 排气冲程 关闭 打开 向上运动 【例题3】下图表示四冲程内燃机工作时各冲程的示意图，它们的正确排列顺序为 A．甲、乙、丙、丁 B．丁、丙、乙、甲 C．甲、丁、乙、丙 D．甲、丙、乙、丁 参考答案：C 试题解析：甲图中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程；乙图中两个气门都关闭，活塞向下运动，是做功冲程；丙图中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，排气冲程；丁图中两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，故选C。 1．关于功和能，下列说法正确的是 A．0 ℃的物体没有内能 B．物体的机械能越多，内能就越多 C．物体内能增加，一定是从外界吸收了热量 D．在热机的做功冲程中，内能转化为机械能 2．内燃机工作的四个冲程中，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 3．（2018·邵阳模拟）一台内燃机的转速是1 440转/分，那么在每秒钟内 A．曲轴转动24转，燃气对活塞做功24次，活塞完成24个冲程 B．曲轴转动24转，燃气对活塞做功12次，活塞完成48个冲程 C．曲轴转动1440转，燃气对活塞做功720次，活塞完成2880个冲程 D．曲轴转动1440转，燃气对活塞做功1440次，活塞完成1440个冲程 4．（2018·宁德质检）如图所示，正确的是 A．机械能转化成内能 B．内能转化成机械能 C．内能转化成化学能 D．机械能转化成化学能 5．一台四冲程内燃机飞轮转速为3 600 rad/min，它1 s完成了 A．120个冲程，做了30次功 B．120个冲程，做了60次功 C．30个冲程，做了30次功 D．60个冲程，做了15次功 6．（2018·绵阳三模）李丽周末和家人乘车去游玩，某一时刻她看到汽车转速表显示的转速为1 800 r/min，她向爸爸了解到汽车发动机为四冲程发动机，则此时汽车在1 s内完成了 学科/网 A．60个冲程，做了15次功 B．60个冲程，做了60次功 C．120个冲程，做了30次功 D．30个冲程，做了30次功 7．（2018·灌云县月考）以下机械不属于热机的是 A．火车 B．超音速汽车 C．电饭锅 D．摩托车 8．关于四冲程内燃机，下列说法正确的是 A．四个冲程曲轴转两周，做功两次 B．若转速为2 400 r/min，则每秒钟完成40个冲程 C．进气门和排气门既不能同时关闭也不能同时打开 D．在做功冲程中，燃料燃烧推动活塞向下运动，内能转化为机械能 9．如图所示，几种热现象的实验中解释正确的是 A．图甲所示说明分子之间只存在引力 B．图乙所示木塞被冲出时试管口出现“白雾”，说明水蒸气的内能增加 C．图丙所示是汽油机的做功冲程，内能转化为机械能 D．图丁所示二氧化氮的密度大于空气的密度，因此不能发生扩散现象 10．两手相互搓一搓会发热，这是通过______的方式改变手的内能的。这种改变内能的方法与汽油机______冲程中的能量转化相同。 11．（2018·河南模拟）如图所示，在一配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，用力将活塞迅速下压，厚玻璃筒内气体的内能_____(选填“增大”“减小”或“不变”)，硝化棉被压燃，同时会推动活塞向上运动，这一过程与汽油机_______冲程的能量转化相同。 12．（2018·广东模拟）用铝壶烧开水，壶中的水蒸气将壶盖顶起来，这是消耗水蒸气的_________能对外做功，在内燃机的四个冲程中原理与其相同的是______冲程。冬天，手冷时捂热水袋取暖，是用_________的方式改变内能。 13．如图甲所示，用气筒向装有少量水的瓶里打气，当瓶塞从瓶口跳出时，看到瓶中出现了白雾。“出现白雾” 的原因是：物体对外________________________________ ； “嫦娥一号”卫星在绕月飞行的1年时间里，可能会遭遇两次月食，月食期间没有太阳光照射，卫星表面的温度会急剧下降，内能 ______________（选填“增大”、“减小”或“不变”）；如图乙是汽油机工作的四个冲程中的__________________冲程。 14．（2018·自贡模拟）在如图所示的四幅图中，甲、乙是两个演示实验示意图；丙、丁是四冲程汽油机关工作过程中的两个冲程示意图。与压缩冲程原理相同的是____图所示的演示实验；汽油机利用内能来做功的冲程是____图。 15．（2018·邵阳一模）观察你周围的一些含有内燃机的设备，你可以发现它们之中有的是以柴油机作发动机，有的是以汽油机作发动机，请分别列举2种，并归纳各自的特点。 （1）以柴油机作发动机的机器有__________________，特点是_______________________； （2）以汽油机作发动机的机器有_______________________，特点是_______________________。 16．一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为2 400 r/min，该汽油机每秒钟做功______次。如图所示的汽油机正处于______冲程。 17．（2018·无锡模拟）如图所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，快速压下活塞，可观察到棉花着火燃烧，此过程中活塞对筒内气体做功，气体的内能_____（选填“变大”、“变小”或“不变”），这与四冲程汽油机的_____冲程的能量转化相同，某台汽油机飞轮的转速为2 400 r/min，在1 s内，汽油机完成_____个工作循环。 18．（2018·润州二模）如图所示是飞轮转速为1 800 r/min四冲程汽油机工作状态示意图，由图可以看出，此时它正处在______冲程，在这个冲程中它会将某种能量转化为______能，此汽油机1 s对外做______次功。 19．一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为3 600转/分，该柴油机活塞1 s对外做功______次，活塞往复______次。学科*网 20．如图所示是单缸四冲程汽油机的______冲程。若飞轮转速是2 400 r/min，该汽油机每秒钟内做功______次。 21．（2018·汉江油田卷）下列关于热和能的说法中，错误的是 A．一切物体都具有内能 B．古人“钻木取火”，是内能转化为机械能的过程 C．一台四冲程内燃机在做功冲程中存在着化学能转化为内能的过程 D．比热容是物质自身的性质 22．（2018·乌鲁木齐）目前我国已将发动机研发列为国家重大科技专项。下列我国“陆、海、空、天”装备中动力机械不属于热机（利用内能做功的机械）的是 A．中国高铁交流异步牵引电动机 B．052D型导弹驱逐舰燃气轮机 C．歼20战机涡扇15煤油发动机 D．长征五号火箭液氢液氧发动机 23．（2018·湘潭）下列所示的工具工作过程中使用热机的是 A．自行车 B．柴油车 C．脚踏船 D．皮筏艇 24．（2018·成都）在四冲程汽油机的工作过程中，内能转化为机械能的是 A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 25．（2018·滨州）如图是内燃机工作循环中的一个冲程，它是 A．压缩冲程，将化学能转化成内能 B．压缩冲程，将机械能转化成内能 C．做功冲程，将内能转化成机械能 D．做功冲程，将机械能转化成内能 27．（2017·杭州）如图，汽油机处于工作过程中的某个冲程，对此冲程下列叙述正确的是 A．压缩冲程，机械能转化为内能 B．压缩冲程，内能转化为机械能 C．做功冲程，机械能转化为内能 D．做功冲程，内能转化为机械能 27．（2018·铜仁卷）四冲程内燃机在工作中，完成一个工作循环，曲轴转动____周，将内能转化为机械能的是_____冲程。 28．（2018·聊城卷）在热机的四个冲程中，把机械能转化为内能的是_____冲程。汽油机工作时要产生大量的热，通常采用水循环将热带走，这是利用水_____的特性。 29．（2018·泸州卷）常规潜艇以四冲程柴油内燃机为动力，工作时包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，其中机械能转化为内能的是_____冲程；在海面下潜艇上浮过程中受到的重力_____下潜过程中受到的重力（选填“等于”“小于”或“大于”）。 30．（2018·甘肃四市卷）如图所示是四冲程汽油机工作过程的一个冲程，该冲程是将_____能转化为_____能。 31．（2017·威海）如图是四冲程汽油工作状态示意图，由图可以看出，此时它正处在____冲程，当燃料混合在气缸内燃烧时将____能转化为内能。 32．（2017·扬州）如图，是汽油机模型，正在进行的是____冲程，该冲程将____能转化为____能。 1．D【解析】一切物体的分子都在永不停息地做无规则运动，即一切物体都有内能，故A错误；影响机械能的因素是质量、速度、高度以及弹性形变，而影响内能的因素是温度、质量以及状态，因此机械能与内能没有必然的联系，故B错误；物体的内能增加，可以是从外界吸收了热量，也可以是外界对物体做功，故C错误；在热机的做功冲程中，内能转化为机械能，故D正确。 5．A【解析】已知飞轮转速为3 600 r/min=60 r/s，因为一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，对外做功1次，所以该内燃机1 s完成30个工作循环，完成120个冲程，对外做功30次，故A正确，故选A。 6．A【解析】飞轮转速是1 800 r/min＝30 r/s，即该飞轮每秒钟转30圈。因为一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程、做功1次，所以飞轮转30圈共做功15次、有60个冲程，故A正确，BCD错误。故选：A。 7．C【解析】火车、超音速汽车、摩托车都是把内能转化成机械能的装置，属于热机；电饭锅是将电能转化为内能来工作的，不属于热机，故C正确；故选：C。 8．D【解析】内燃机一个工作循环有四个冲程，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次，故A错误；一台柴油机飞轮的转速为2 400 r/min，则该柴油机每秒钟转40圈，完成20个工作循环，柴油机完成80个冲程，故B错误；压缩冲程和做功冲程中，进、排气门关闭，故C错误；做功冲程中，进、排气门关闭，燃气对活塞做功，活塞由上向下运动，内能转化为机械能，故D正确。 9．C【解析】甲图中两个压紧的铅块能吊起钩码，是由于分子间存在引力，但不是只有引力，故A错误；当加热试管到一定程度时，水蒸气的内能足够大会将塞子冲出，将水蒸气的内能转化为塞子的机械能，水蒸气的内能会减小，温度降低，故B错误；根据图中冲程中火花塞点火和活塞向下移动的特点，可以判断这个冲程是做功冲程，此冲程是将内能转化为机械能，故C正确；下边瓶子装入二氧化氮气体，因为二氧化氮气体的密度大于空气的密度，本来应该在空气的下方，结果发现上边瓶子内的气体也变成了红棕色，则说明二氧化氮气体分子在做无规则运动，就可以证明扩散现象的存在，故D错误。故选C。 10．做功 压缩 【解析】双手对搓后感觉发热，这是摩擦生热现象，是通过做功的方式改变手的内能的。这与汽油机工作中的压缩冲程的能量转化相同，都是将机械能转化为内能。 11．增大 做功 【解析】下压活塞时，活塞对筒内的空气做功，机械能转化为空气的内能，使其内能增加，温度升高；硝化棉燃烧时，会明显看到活塞反弹，是燃气膨胀对活塞做功；而热机中，利用内能对外做功的是做功冲程，因此，这一过程发生的能量转化形式与热机做功冲程相同。 12．内 做功 热传递 【解析】用铝壶烧开水，壶中的水蒸气将壶盖顶起来，这是消耗水蒸气的内能对外做功，内能转化为机械能；在内燃机的四个冲程中，做功冲程，燃料燃烧释放的内能，对外做功转化为机械能，所以与其相同的是做功冲程。冬天，手冷时捂热水袋取暖，是热水的热量传递给了手，所以是用热传递的方式改变内能。 13．做功、内能减小、温度降低、液化而成小液滴 减小 压缩 【解析】用气筒向装有少量水的瓶里打气，瓶内气压增大，当气压把瓶塞从瓶口推出时，瓶内气体对瓶塞做功，使气体自身的内能减少，温度降低，受温度降低的影响，瓶口周围的水蒸气遇冷变成小液滴，即发生了液化现象，故这些小水滴就是看到的白雾；没有太阳光照射时的卫星表面的温度会急剧下降，即其质量不变，温度降低，内能减小，这是通过热传递的方式改变物体内能的；进气门和排气门都是关闭的，活塞下行，火花塞没有点火，可以判断是压缩冲程。 14．乙 丙 15．轮船、大型推土机 功率大，体积大 摩托车、小汽车 功率小，轻巧方便 学*科网 【解析】（1）以柴油机作发动机的机器有轮船、大型推土机，特点是功率大，体积大； （2）以汽油机作发动机的机器有摩托车、小汽车，特点是功率小，轻巧方便； 16．40 压缩 【解析】四冲程汽油机的飞轮转速为1 200 r/min，则该飞轮每秒钟转40圈，如图所示，汽油机的进气门、排气门均关闭，且活塞向上运动，所以该冲程属于压缩冲程。 17．变大 压缩 20 【解析】在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小团干燥的棉絮，用力将活塞迅速向下压，棉絮燃烧起来；说明压缩筒内空气做功，使空气的内能增加；压火仪实验中，活塞的机械能转化为空气的内能，与内燃机的压缩冲程相似；四冲程汽油机的飞轮转速为2 400 r/min，则该飞轮每秒钟转40圈。因为一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，所以飞轮转40圈，共20个工作循环，共80个冲程，共做功20次。 18．做功 机械 15 【解析】从图中可以看出，火花塞点火和活塞向下移动的特点，可以判断这个冲程是做功冲程，将内能转化为了机械能；飞轮的转速是1 800 r/min=30 r/s，因为飞轮转动一圈完成两个冲程，所以1 s可以完成2×30=60个冲程；因为完成四个冲程，对外做功一次，所以1 s可以做功1/4×60=15次。 19．30 60 【解析】已知飞轮转速为3 600 r/min=60 r/s，因一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，做功1次，所以，该柴油机1 s对外做功30次，活塞往复60次。 20．做功 20 【解析】如图所示，两个气门都关闭，活塞下行，是做功冲程；飞轮转速是2 400 r/min=40 r/s，因一个工作循环有4个冲程，飞轮转2圈，做功一次，所以汽油机1 s可以完成80个冲程，做功的次数：n=×40=20（次）。 24．C【解析】四冲程汽油机的一个工作循环由四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程；其中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，故C正确。故选：C。 25．C【解析】图中的气门关闭，活塞下行，并且电火花打火，这是做功冲程的特点；在做功冲程中，能量转化关系是气体的内能转化为机械能；故选：C。 26．A【解析】由题图可知，进气门和排气门都是关闭的，活塞上行，可以判断是压缩冲程，在压缩冲程中机械能转化为内能，故A正确，BCD错；故应选A。 27．2 做功 【解析】四冲程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2周，活塞在气缸内往复两次对外做功一次。其中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。 30．机械 内 【解析】由图可知，进气门和排气门都是关闭的，活塞向上运动，可以判断是压缩冲程，压缩冲程中机械能转化为内能。 31．压缩 化学 【解析】从图中可以看出，两气门都关闭和活塞向上运动的特点，可以判断这个冲程是压缩冲程；汽油机工作时，汽油在气缸内燃烧时将化学能转化为内能。 32．压缩 机械 内 【解析】由题图可知：进气门、排气门关闭，活塞向上运动，所以正在进行的是压缩冲程，该冲程将机械能转化为内能。