第11講熱機-2022年九年級物理暑假課（人教版）

第11講熱機(原卷版)【學習目標】.了解四沖程熱機的構(gòu)造和工作原理；.認識熱機四沖程工作過程中的能量轉(zhuǎn)化；.能識別熱機四沖程；.了解四沖程熱機各沖程工作過程；.了解汽油機和柴油機異同?！净A(chǔ)知識】知識點一、熱機.實驗探究一熱機工作原理【實驗現(xiàn)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(xiàn)?！緦嶒灧治觥烤凭紵尫懦鰺崃?化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能)，通過熱傳遞將一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)移給水，水的內(nèi)能增加，溫度升高，產(chǎn)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(nèi)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”?！咎骄繗w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(zhuǎn)化為內(nèi)能，一部分內(nèi)能通過熱傳遞方式傳遞給工作物質(zhì)一水，水內(nèi)能增大，溫度升高，產(chǎn)生大量水蒸氣，水蒸氣將橡皮塞沖出，水蒸氣內(nèi)能轉(zhuǎn)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(nèi)的水沸騰時沖出試管□傷到人。利用內(nèi)能的兩種方式(1)利用內(nèi)能加熱；(2)利用內(nèi)能做功。其中利用內(nèi)能加熱是內(nèi)能轉(zhuǎn)移過程，利用內(nèi)能做功是內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程。.熱機(1)熱機：利用內(nèi)能做功的機械叫熱機。汽車、輪船和飛機等的發(fā)動機都是利用燃燒燃料釋放的內(nèi)能做功的裝置，都是熱機。(2)熱機的種類：分為蒸汽機、內(nèi)燃機、汽輪機、噴氣發(fā)動機。它們構(gòu)造不同，但它們有一個共同特點，那就是利用內(nèi)能做功。(3)內(nèi)燃機：燃料直接在發(fā)動機氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動力的熱機。內(nèi)燃機根據(jù)其所使用的燃料分為汽油機和柴油機兩類。知識點二、汽油機.工作原理利用氣缸內(nèi)汽油燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃氣來推動活塞做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。.構(gòu)造(1)主要結(jié)構(gòu)：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(nèi)往復(fù)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(nèi)汽油燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃氣來推動活塞做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。(3)試管實驗與汽油機構(gòu)造比較：如圖。.工作過程(1)汽油機的一個工作循環(huán)：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(huán)來連續(xù)工作。(2)每完成一個工作循環(huán)，曲軸和飛輪均轉(zhuǎn)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(fù)始，使汽油機連續(xù)轉(zhuǎn)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(guān)閉?？繎T性運動，吸進汽油與空氣的混合物2.壓縮沖程：進氣門關(guān)閉、排氣門關(guān)閉。外界對氣體做功，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，氣體溫度升高3.進氣門關(guān)閉、排氣門關(guān)閉?；瘜W能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，氣體溫度升高，氣體對外做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能4.進氣門關(guān)閉、排氣門打開?？繎T性運動，排出廢氣知識點三、柴油機.工作原理利用柴油在氣缸內(nèi)燃燒所產(chǎn)生的高溫高壓燃氣來推動活塞做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。.構(gòu)造柴油機構(gòu)造和汽油機構(gòu)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。.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(gòu)成一個工作循環(huán)，在一個工作循環(huán)中，曲軸連續(xù)轉(zhuǎn)動兩周，活塞往復(fù)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(guān)閉?；钊蛳逻\動，吸入空氣2.壓縮沖程：進氣門關(guān)閉、排氣門關(guān)閉?；钊蛏线\動，壓縮空氣，氣體溫度升高，超過柴油燃點3.進氣門關(guān)閉、排氣門關(guān)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(guān)閉、排氣門打開?；钊蛏线\動，排出廢氣4.汽油機與柴油機的異同相同點：（1）基本構(gòu)造和主要部件作用相似。（2）每個工作循環(huán)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(huán)中，活塞往復(fù)兩次，曲軸轉(zhuǎn)動兩圈，飛輪轉(zhuǎn)兩圈，做功一次。不同點：（1）構(gòu)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?！R拓展：四沖程氣缸工作過程.吸氣沖程是向氣缸內(nèi)填充新鮮氣體的過程。進氣門打開，排氣門關(guān)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(guān)閉。當活塞到達下止點時該過程結(jié)束。.壓縮沖程是將缸內(nèi)的氣體壓縮的過程（為燃燒著火創(chuàng)造基本條件，缸內(nèi)溫度升高）。進氣門和排氣門都關(guān)閉，活塞向上運動，燃料混合物被壓縮，壓強增大，溫度升高?；钊跉飧字杏汕S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(guān)閉。當活塞到達上止點時該過程結(jié)束。.做功沖程在壓縮沖程未尾，火花塞產(chǎn)生電火花，使燃料猛烈燃燒，產(chǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)輸出功。此時進、排氣門均關(guān)閉。當活塞到達下止點時該過程結(jié)束。.排氣沖程是為了下一循環(huán)工作而清除缸內(nèi)燃燒后的廢氣的過程。進氣門關(guān)閉，排氣門打開，活塞向上運動，把廢氣排出氣缸?；钊跉飧字杏汕S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(jié)束?！究键c剖析】考點一；熱機的工作原理【典例一】“豬腳粉”是廣西特有美食，對其烹飪過程的描述，與物理知識相符的是（）。A.燃料燃燒--內(nèi)能主要轉(zhuǎn)化為化學能；.高湯熬制--通過做功改變湯的內(nèi)能；C.鍋蓋被蒸汽頂起--與熱機壓縮沖程工作原理相同；D.豬腳粉香氣四溢--分子在不停地做無規(guī)則的運動【典例二】用酒精燈給試管內(nèi)的水加熱至一定程度，發(fā)現(xiàn)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(nèi)能的 B.水蒸氣對木塞做功，把機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)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(nèi)能增加考點二：內(nèi)燃機沖程的判斷【典例一】4月16日，神舟十三號載人飛船返回艙成功著陸。穿越大氣層時，返回艙與空氣劇烈摩擦,宛如一顆“火流星”。汽油機的四個沖程中，內(nèi)能增大方式與此相同的是（）。A.吸氣沖程B.壓縮沖程C.做功沖程D.排氣沖程【典例二】如圖所示是某單缸四沖程汽油機的沖程：若該汽油機每1秒鐘對外做功25次，那么該汽油機飛輪的轉(zhuǎn)速為。【典例三】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；.丙圖所示的是壓縮沖程，其工作原理如乙圖所示的實驗；丁圖所示的是壓縮沖程，其工作原理如甲圖所示的實驗；丁圖所示的是做功沖程，其工作原理如乙圖所示的實驗【典例四】如圖是汽油機工作的四個沖程，其中表示排氣沖程的是（）。A.B.C.D.考點三：汽油機與柴油機的區(qū)別【典例一】關(guān)于熱機，下列說法正確的是（）.A.汽油機氣缸頂部有噴油嘴，柴油機氣缸頂部有火花塞；B.汽油機在吸氣沖程中，將空氣吸入氣缸；C.熱機是利用內(nèi)能做功的裝置，可將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能；D.一般情況下汽油機的壓縮比大于柴油機，其功率也更大考點四：內(nèi)燃機工作循環(huán)及其簡單計算【典例一】一臺四沖程汽油機，飛輪轉(zhuǎn)速3600轉(zhuǎn)/分鐘，則其活塞1秒內(nèi)做功次，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的沖程是沖程?！镜淅恳慌_單缸內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速為1800r/min,那么每秒鐘內(nèi)（）。A.活塞完成30個沖程；B.燃氣對活塞做功60次；C.曲軸轉(zhuǎn)動30轉(zhuǎn)；D.完成30個工作循環(huán)考點五：熱機應(yīng)用綜合【典例一】2021年6月17日，我國運載火箭將“神舟十二號”載人飛船準確送入預(yù)定軌道。以火箭為參照物，該飛船是的：火箭工作時將能轉(zhuǎn)化為機械能；火箭熱機（選填“屬于”或“不屬于”）?！镜淅啃∶饕患荫{車旅行，（1）加油時，聞到汽油味，說明分子在 ;（2）圖示為車發(fā)動機的一個沖程，其能量轉(zhuǎn)化情況是;（3）若車的總質(zhì)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%。（ =O.8X1（）3kg/m3； =4.5X107J/kg；g取lON/kg）【真題演練】（2021?湖南懷化市）如圖所示是某四沖程汽油機工作循環(huán)中的一個沖程，它是（）。A.吸氣沖程 B.壓縮沖程 C.做功沖程D.排氣沖程（2021?海南中考真題）雙手相互摩擦時感覺發(fā)熱，這一過程的能量轉(zhuǎn)化與四沖程汽油機的哪個沖A.吸氣沖程 B.壓縮沖程C.做功沖程 D.排氣沖程（2020?衡陽）如圖所示為內(nèi)燃機四沖程工作示意圖，下列說法正確的是（ ）。A.一個工作循環(huán)的正確順序是：甲乙丙?。築.乙圖沖程能獲得動力；C.丁圖沖程有明顯機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程；D.丙圖沖程存在化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程（2020?煙臺）如圖所示，給試管里的水加熱，水沸騰后，水蒸氣推動橡皮塞沖出試管口，這個過程與選項四沖程汽油機工作示意圖中，哪一個沖程的能量轉(zhuǎn)化過程是相同的（）。A.B.C.D.（2021?黑龍江綏化市）司機在加油站給小轎車加油時聞到汽油味，這是現(xiàn)象,小轎車汽油機在沖程中將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。（2021?四川眉山市）如圖所示是某單缸四沖程汽油機的沖程；若該汽油機每1秒鐘對外做功25次，那么該汽油機飛輪的轉(zhuǎn)速為.（2021?山東棗莊市）如圖是四沖程汽油機的某個沖程，由圖可看出它正處于沖程，該沖程將機械能轉(zhuǎn)化為能，若該汽油機飛輪的轉(zhuǎn)速是60r/s,則汽油機每秒鐘對外做功次。（2021?黑龍江齊齊哈爾市）如圖所示試管內(nèi)水蒸氣將塞子推出的過程，水蒸氣的能轉(zhuǎn)化為塞子的機械能。四沖程汽油機工作過程中的沖程與上述能量轉(zhuǎn)化過程相同。（2020?錦州）新冠疫情過后，同學們回到剛剛消毒過的教室,就能聞到很濃的酒精味,這是現(xiàn)象。酒精也可以和汽油混合作為汽車的燃料。如圖是汽油機工作循環(huán)中的沖程，該沖程將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為能。.如圖所示為內(nèi)燃機四沖程工作示意圖，下列說法正確的是（）。A.一個工作循環(huán)的正確順序是：甲乙丙丁B.甲圖沖程能獲得動力C.丙圖沖程存在化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程D.丁圖沖程存在內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的過程2.如圖所示為內(nèi)燃機四沖程工作示意圖，下列說法正確的是（）。A.一個工作循環(huán)的正確順序是：甲乙丙丁B.乙圖沖程能獲得動力C.丁圖沖程有明顯機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程D.丙圖沖程存在化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程.2019年春節(jié)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(nèi)燃機的（）.A.吸氣沖程B.壓縮沖程 C.做功沖程 D.排氣沖程.如圖甲所示裝置，向盒內(nèi)滴入數(shù)滴酒精，再將盒蓋蓋緊，然后動電火花發(fā)生器的按鈕看到盒蓋飛出去了，圖 （乙/丙）中汽油機的工作過程與這一實驗過程中能量的轉(zhuǎn)化是一致的。如果該內(nèi)燃機每秒鐘對外做功15次，該內(nèi)燃機飛輪轉(zhuǎn)速是轉(zhuǎn)/分鐘。.圖中單缸四沖程汽油機正處在 沖程。若該汽油機轉(zhuǎn)速為1800r/min,則它每分鐘完成—沖程。用水循環(huán)帶走汽油機產(chǎn)生的熱量，這是利用了水的較大的特性。.小華對家中的小汽車進行了一些研究：汽車動力來自一臺單缸四沖程汽油機，正常工作時轉(zhuǎn)速為1800r/min,汽缸外面有“水套”循環(huán)降溫。圖中汽油機正處于沖程；汽油機1s對外做功次;汽車上的散熱器采用水作為冷卻劑，因為水的較大，這是通過方式來改變內(nèi)能的。.如圖，在空氣壓縮引火儀的玻璃筒底部放一小團干燥的棉花，快速壓下活塞，可觀察到棉花著火燃燒。在快速下壓活塞的過程中筒內(nèi)氣體內(nèi)能（選填“增大”或“減小”），此過程能量轉(zhuǎn)化與汽油機的沖程是相同的。某汽油機轉(zhuǎn)速為1200r/mino,則每秒內(nèi)完成沖程個。.如圖是四沖