第14.1讲 热机【教材为纲·探题源】-2024年中考物理一轮复习讲义

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知识点1：热机
热机：利用内能做功的机械叫做热机。热机工作过程中将内能转化为机械能。热机的种类很多，例如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。

内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。内燃机是现代社会中最常见的一
种热机。汽车作为我们生活中不可缺少的交通工具，它的动力机械就是内燃机。内燃机分为汽油机和柴油机两大类，它们分别用汽油和柴油作为燃料。
汽油机：汽油机汽缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞，下部有活塞，活塞用连杆跟曲轴相连。汽油在汽缸里面燃烧时生成高温高压的燃气，推动活塞做功。活塞移动带动曲轴转动。
要使汽油机连续工作，活塞必须能在汽缸内往复运动。活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。
柴油机：柴油机的构造和汽油机相似，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
火花塞，而有一个喷油嘴。柴油机的工作过程也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。在吸气冲程里吸进汽缸的只有空气。在压缩冲程中，活塞把空气的体积压缩得非常小，使得空气的温度很高。在压缩冲程结束时，汽缸内空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气便立刻燃烧起来。在做功冲程中，燃烧放出的热使得气体的压强和温度急剧升高，从而推动活塞对外做功。
柴油机对空气的压缩程度比汽油机更高，因此在做功冲程中气体的压强也大于汽油机，因而可以输出更大的功率。
柴油机工作的过程中压强较大，要求各有关零件具有较高的结构强度，因此柴油机比较笨重，主要应用在载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮船上，有的地方还用它带动发电机发电。随着近年来柴油机技术的发展，其体积、噪声和污染等方面的缺点都逐步得到了改善，越来越多的汽车也开始使用柴油发动机了。
【典例探究1】如图所示，图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图。D图是_______冲程，图E、F是演示实验的示意图，与D图原理相同的是_______图所示的演示实验（选填字母）。
A．B．C．D．E．F．
【解题思路】如何识别汽油机的冲程？
首先要熟悉汽油机的主要结构以及做功冲程和压缩冲程中能量的转化。辨别冲程时，要抓住四个冲程中的工作特点：进气门、排气门的开、闭情况以及活塞上、下运行情况。另外还要把握住吸气冲程、做功冲程和排气冲程的显著特点：做功冲程中的显著特点是火花塞产生电火花；吸气冲程和排气冲程有吸入物质和排出废气的箭头标识。
【答案】做功 F
【解析】[1]A图中，排气门开启，活塞向上运动，气体流出汽缸，是排气冲程；
B图中，进气门开启，活塞向下运动，气体流入汽缸，是吸气冲程；
C图中，两气门都关闭，活塞向上运动，汽缸容积变小，是压缩冲程，此冲程将机械能转化为内能；
D图中，两气门都关闭，活塞向下运动，汽缸容积变大，是做功冲程，此冲程将内能转化为机械能。
[2]E图是用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧，是通过对物体做功来增大物体内能的，即是将机械能转化为内能的过程；F图对试管中的水加热，加快水的蒸发，使试管中水的内能增大，体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能；汽油机的做功冲程中将内能转化为机械能，因此与做功冲程原理相同的是F实验。
拓展：通过曲轴的转动方向和转动位置是否通过汽缸最低点也可以间接判断活塞运行方向。如甲图，曲轴沿顺时针转动，转动位置已过最低点，表明曲轴带动连杆使活塞向下运动。而乙图，曲轴位置没过汽缸最低点，此时，曲轴带动连杆只能使活塞向上运动。
【典例探究2】一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为 3 600转/分，该柴油机在1s 内完成_____冲程，曲轴转动______周，对外做功______次。
【解题思路】解题口诀技巧“4221，冲往圈外”。
热机每完成 1个循环，包含：4 个冲程（冲），活塞往复运动 2 次（往），曲轴转动2圈（圈），对外做功 1次（外）。
【答案】120 60 30
【解题大招】已知飞轮转速为3600r/min，即60r/s，根据大招“4221，冲往圈外”可知，一个工作循环，包含 4个冲程，活塞往复运动 2 次，曲轴转动 2圈，对外做功1次，所以该柴油机1s内完成 120 个冲程，曲轴转动 60 周，对外做功 30 次。故答案为：120；60；30。
【典例探究3】（多选题）关于柴油机和汽油机，下列说法正确的是（ ）。
A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞
B．柴油机在吸气冲程中，将柴油和空气的混合气吸入汽缸
C．柴油机的效率一般比汽油机的效率高
D．柴油机和汽油机工作时点火方式不一样
【解题思路】解题口诀技巧“吸入汽油会点火，喷出柴油效率高”。
汽油机和柴油机都属于内燃机，结构相似，它们的差异如下：
简化成一句口诀：吸入汽油会点火，喷出柴油效率高。
【答案】CD
【解题大招】柴油机效率更高，所以C正确；汽油机靠火花塞点火，柴油机靠压缩气体点火，所以 D正确。故答案为CD。
【归纳总结】1．汽油机和柴油机有何异同？
.2．判断四个冲程的方法
3．一个工作循环的相关结论
（1）一个工作循环包含四个冲程，活塞往复运动两次，飞轮转动两圈，对外做功一次。
（2）将机械能转化为内能的是压缩冲程。
（3）将内能转化为机械能的是做功冲程
（4）只有做功冲程对外输出功，其他三个冲程依靠飞轮惯性完成。
一、单选题
1．（2023·江苏徐州·统考中考真题）在汽油机的工作循环中，将内能转化为机械能，对外提供动力的冲程是（ ）
A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程
2．（2023·辽宁营口·统考中考真题）下列四幅图中，属于做功冲程的是（ ）
A． B． C． D．
3．（2023·新疆·统考中考真题）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
4．（2023·四川广元·统考中考真题）下列关于吃火锅时发生的物理现象，说法正确的是（ ）
A．火锅汤汁中的水沸腾后，持续加热，汤汁中水的温度会继续升高
B．远处就能闻到浓浓的火锅香味，这是分子运动表现出来的扩散现象
C．火锅汤汁上方不断冒出的“白气”是水蒸气汽化形成的
D．增大火锅汤汁内能的方式与内燃机压缩冲程中增大燃气内能的方式相同
二、填空题
5．（2023·江苏苏州·统考中考真题）工地上太阳暴晒的钢筋热得烫手，钢筋内能是通过 的方式增加的，用切割机切割钢筋，切割片温度急剧上升，该过程内能变化情况与热机的 冲程相同。
6．（2023·辽宁丹东·统考中考真题）如图所示是四冲程汽油机其中一个冲程的示意图，这是 冲程；到加油站给汽车加油时，能闻到汽油味儿，这是 现象。

7．（2023·黑龙江齐齐哈尔·统考中考真题）如图所示是单缸四冲程汽油机某一冲程工作示意图，该冲程是 冲程。若该汽油机1s对外做功15次，则汽油机的飞轮速度为 。

8．（2023·黑龙江·统考中考真题）某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min，则该汽油机每分钟做功 次。如果完全燃烧500g汽油放出的热量是 J。（汽油的热值是4.6107J/kg）
9．（2023·湖南岳阳·统考中考真题）小明利用图示装置进行实验，加热试管使水沸腾是通过 （选填“热传递”或“做功”）的方式改变水的内能，在水蒸气驱动下叶轮转动起来，这个实验体现了 （选填“热机”或“电动机”）的原理。

10．（2023·云南·统考中考真题）质量为的水温度升高10°C吸收的热量为 J。如图所示的是汽油机的 冲程。

11．（2023·山东枣庄·统考中考真题）如图所示，给试管内水加热至一定程度，发现试管口木塞会被推出。给水加热是通过 的方式使水的内能增加；四冲程内燃机的 冲程与上述实验木塞被推出过程的能量转化相同。

三、综合题
12．（2023·内蒙古赤峰·统考中考真题）阅读短文，回答问题
图是17世纪一种原始热机的示意图，以下是它对外做一次功的简要概述：
①燃烧燃料，对锅炉里的水加热，产生大量的水蒸气；
②高温水蒸气通过锅炉与汽缸间的阀门进入汽缸；
③关闭锅炉与汽缸间的阀门，打开水箱与汽缸间的阀门，向汽缸里注入冷水；
④汽缸里大量的水蒸气液化成水；
⑤活塞向下运动，对连杆产生巨大的向下的拉力，从而对外提供动力做功。

（1）改变内能的方法有两种，①中通过 的方法使水的内能增大；
（2）④中水蒸气液化，要 热量；
（3）不计活塞质量，在④和⑤中，汽缸内大量水蒸气液化成水，导致汽缸内气压减小，在 的作用下，活塞向下运动。
一、单选题
1．（2023·福建厦门·统考二模）光发动机可用于卫星的能源补充，原理如图，密闭气室中在光照下会分解，使气室气压增大，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（ ）

A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程
2．（2023·河南周口·统考一模）如图所示的实验，当试管中的水蒸气压力增加到一定程度后，橡皮塞被水蒸气冲出试管口。下列有关该实验的分析正确的是（ ）

A．该实验过程类似内燃机车工作过程B．该实验过程类似蒸汽机车工作过程
C．蒸气将橡皮塞冲出，蒸气内能增加D．橡皮塞落地过程中，其机械能增加
3．（2023·安徽蚌埠·校联考二模）“摩擦生热”是生活中常见的现象，关于该现象，下列判断正确的是（ ）
A．“摩擦生热”中的“热”是指热量
B．“摩擦生热”是通过做功的方式改变物体的内能
C．“摩擦生热”的能量转化与四冲程汽油机做功冲程相同
D．“摩擦生热”的实质是内能的转移
4．（2023·江苏南通·统考模拟预测）如图为四冲程汽油机工作过程中的某冲程示意图，该冲程为（ ）
A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程
5．（2023·广西桂林·统考一模）中国太空站航天员乘组首次成功完成在轨交接后，“神舟十四号”乘组的三名航天员于2022年12月4日顺利返回地面。当返回舱进入大气层后，与大气会摩擦产生高温形成“火球”。如图所示是汽油机工作循环的四个冲程，其能量转化与“火球”形成时的能量转化相同的是（ ）
A．B．C．D．
6．（2023·河南焦作·校联考二模）很多男生会利用喝完的饮料瓶进行了如图所示的游戏，在饮料瓶中留有少量水，盖紧瓶盖，扭转瓶子，再轻轻扭松瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶口出现白雾。关于上述过程，下列说法中不正确的是（ ）
A．图甲瓶盖内的螺旋是斜面的变形，起到了省力的效果
B．图乙扭转饮料瓶时，瓶内气体温度会上升
C．图丁白雾是由于热传递改变了内能
D．图丁中气体冲出时，气体的能量转化类似四冲程内燃机的做功冲程
7．（2023·江苏常州·校联考模拟预测）某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×l05Pa，飞轮在lmin转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），下列说法中正确的是（ ）
A．汽油机每秒内完成30个冲程
B．一个做功冲程中燃气对活塞做的功为1.35×l05J
C．汽油机的功率为2025W
D．做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2.7×l07N
二、填空题
8．（2023·陕西西安·统考二模）如图是流行于民间的玩具式走马灯，点燃底部蜡烛，热空气上升驱动扇叶转动，它的能量转化和四冲程内燃机 冲程相同，某单缸四冲程内燃机的飞轮转速1200r/min，则1s内该内燃机对外做功 次；走马灯转动时，观众惊奇地看到纸片小人的影子动了起来，影子形成的原理是 。

9．（2023·湖南郴州·统考一模）如图所示，甲、乙、丙、丁分别表示汽油机的四个冲程，请你按正确的顺序进行排列： ；若该汽油机活塞1s内对外做功30次，则该汽油机的飞轮的转速为 r/min。
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10．（2023·四川成都·校联考二模）连日来，大风扬沙肆虐，空气质量和能见度大幅降低，康巴什区各相关单位采取多项措施积极应对极端天气，其中使用雾炮车向空中喷水雾能使尘埃粒子快速沉降到地面，起到净化空气的作用，确保居民生活环境的健康安全。该雾炮车的发动机是柴油机。柴油机四个冲程中的 冲程实现了内能转化为机械能，驱动雾炮车前进。柴油机工作时会产生大量热，需要用水进行降温，是利用水的 大的特性。
11．（2023·安徽合肥·校考三模）一台单缸四冲程汽油机，如图所示为 冲程，此冲程的能量转化是 。若飞轮转速为3600r/min，该汽油机活塞1s对外做功 次。
12．（2023·福建·校联考模拟预测）2022年3月，我国最大推力的氢氧发动机在北京完成首次试车。氢氧发动机为火箭腾飞提供“硬核”动力，结构简图如图。
（1）为便于运输和储存，通常采用降温和压缩体积的方式将氢气和氧气 （填物态变化名称）后分别储存于火箭的液氢贮箱和液氧贮箱；
（2）燃料燃烧产生的高温高压气体，使发动机对火箭持续做功，直至上升到特定轨道，该过程中能量的转化是 。
汽油机
柴油机
顶部结构
火花塞
喷油嘴
吸入气体
除了空气还有汽油
只有空气
点火方式
火花塞点火
压缩气体点燃
工作效率
较低
较高
汽油机
柴油机
不
同
点
构造（汽缸顶部）
火花塞
喷油嘴
吸气冲程（吸入物质）
汽油与空气
空气
点燃方式
点燃式
压燃式
效率
低
高
应用
小型汽车、摩托车
载重汽车、大型拖拉机
相同点：①吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，而做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程。②做功冲程将内能转化为机械能。压缩冲程将机械能转化为内能。③每完成一个工作循环，曲轴和飞轮转动2周，活塞往复2次，对外做功1次。