資源簡介

第十三章 內能與熱機
課時13.3 內燃機
素養目標
物理觀念
1.概念
（1）熱機：把燃料燃燒時釋放的內能轉變為機械能的裝置。
（2）內燃機：燃料直接在發動機氣缸內燃燒產生動力的熱機。
2.規律
四沖程內燃機在一個工作循環中，活塞往復運動2次，飛輪轉動2圈，對外做功1次。
科學思維
用比較法認識汽油機和柴油機的構造特點；
用歸納法掌握汽油機和柴油機的工作過程。
科學態度與責任
感受內燃機對人類社會發展所起的推動作用，同時也要注意尾氣排放給人類生活帶來的負面影響，要保護環境。
題型匯總：理解熱機的工作原理、汽油機和柴油機、與內燃機工作循環有關的問題、以熱機為載體的力熱綜合計算。
知識梳理
內燃機：
燃料直接在發動機氣缸內燃燒產生動力的熱機。
最常見的內燃機，以汽油或柴油為燃料，分別叫做汽油機和柴油機。
汽油機：
指出汽油在汽油機汽缸內燃燒、生成高溫高壓燃氣，燃氣推動活塞而做功，燃氣內能轉化為活塞運動的機械能。
1.構造：進氣門、排氣門、火花塞、氣缸、活塞、連桿、曲軸。
沖程：活塞從氣缸一端運動到另一端的單向運動叫做一個沖程。
2.工作原理。
內燃機的工作過程以一個循環為一個單元，一個循環又分為四個沖程。
(1)吸氣沖程：開始工作前，活塞位于氣缸上端，進、排氣門軍關閉。工作時，活塞由上向下運動，進氣門打開，排氣門仍關閉。由于缸內體積增大，壓強減小，空氣和汽油的混合氣體被吸入氣缸。這是第一個沖程。
(2)壓縮沖程：活塞運動到最下端，就開始轉為向上運動。這時進氣門、排氣門都關閉，混合氣體
(3)做功沖程：壓縮結束時雖然溫度較高，但未能達到燃料的燃點。在壓縮沖程結束的瞬間，火花塞產生電火花，使燃料猛烈燃燒，產生高溫高壓氣體，高溫高壓燃氣推動活塞向上向下運動，通過連桿帶動曲軸轉動。實現了內能向機械能的轉化。這是第三個沖程。
(4)排氣沖程：做功沖程結束，活塞繼續向下向上運動，進氣門關閉，排氣門打開，燃燒后的廢氣被活塞推出缸外。這是最后一個沖程。
此后，活塞又由上向下運動，從此進入下一輪循環。在一個工作循環中有四個沖程，活塞往復兩次，曲軸轉兩周，對外做一次功。
3.能的轉化：在做功沖程燃氣對活塞做功，內能轉化為機械能。其余三個沖程靠消耗飛輪的機械能來完成。
柴油機：
用柴油作燃料的內燃機。
一個工作循環有四個沖程，活塞運動2次，燃油燃燒1次，對外做功1次。
柴油機與汽油機的區別：
1.柴油機與汽油機的相同點：都是內燃機；一個工作循環都要經歷四個沖程。
2.柴油機與汽油機的不同點：構造方面：些油機沒有火花塞，而在相應位置上安裝的是噴油嘴。吸入的氣體不同，點火方式不同。使用范圍。
附：
考點突破
考點一 內燃機的四個沖程
1.星期天，童童在家里幫媽媽燒水，他發現水沸騰時，壺蓋被頂起，想到了如圖所示四沖程汽油機工作示意圖，并且分析得出，與水沸騰時壺蓋被頂起原理相同的沖程是（ ）
【答案】C
【解析】燒開水時，壺蓋被水蒸氣頂起，是水蒸氣對壺蓋做功的結果，因此這時水蒸氣的內能轉化為壺蓋的機械能；做功沖程活塞向下運動，燃氣對活塞做功，內能轉化為機械能；
A．進氣門開啟，活塞下行，氣體流入汽缸，是吸氣沖程，故A不符合題意；
B．兩氣門都關閉，活塞上行，汽缸容積變小，是壓縮沖程，故B不符合題意；
C．兩氣門都關閉，活塞下行，汽缸容積變大，是做功沖程，故C符合題意；
D．排氣門開啟，活塞上行，氣體流出汽缸，是排氣沖程，故D不符合題意。
2.如圖所示是四沖程汽油機的其中一個沖程剖面圖，下列描述正確的是（ ）
吸氣沖程中，只有汽油被吸入汽缸
壓縮沖程中，通過做功的方式使汽缸內氣體的內能減小
做功沖程中，燃料釋放的能量少部分轉化為機械能
排氣沖程中，廢氣帶走了燃料釋放的能量的極少部分
【答案】C
【解析】A ．汽油機在吸氣沖程中，進氣門打開、排氣門關閉，活塞向下運動，汽油和空氣的混合物進入汽缸，故A錯誤；
B．在壓縮沖程中，進氣門和排氣門都關閉，活塞向上運動，燃料混合物被壓縮，氣體的內能變大，此過程是機械能轉化為內能的過程，故B錯誤；
C．在做功沖程中，燃料燃燒釋放的內能大部分需要克服摩擦、發生熱傳遞而散失，只有一少部分轉化為機械能，故C正確；
D．在排氣沖程中，廢氣帶走了燃料釋放的大部分能量，故D錯誤．
3.熱機是利用________做功的機械．內燃機的四個沖程中，壓縮沖程把________轉化為內能，做功沖程把內能轉化為________能．
【答案】內能、機械能、機械
【解析】熱機是將內能轉化為機械能的機械．它的四個工作沖程分別是：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程．壓縮沖程將機械能轉化為內能，做功沖程是將內能轉化為機械能．
(
分層提分
)
題組A 基礎過關練
1. 關于汽油機和柴油機的區別，下列說法中你認為不妥的是（ ）
A.柴油機比汽油機費用低廉，但比較笨重
B.柴油機吸入汽缸的是空氣，汽油機吸入汽缸的是汽油和空氣的混合物
C.汽油機的汽缸頂部有噴油嘴，柴油機的頂部有火花塞
D.在做功沖程中，柴油機的點火方式是壓燃式，汽油機的點火方式是點燃式
【答案】C
【解析】A．柴油機比汽油機費用低廉，但比較笨重，故A正確；
B．在吸氣沖程，柴油機吸入汽缸的只是空氣，汽油機吸入汽缸的是汽油和空氣的混合物，故B正確；
C．柴油機和汽油機的結構不同：柴油機的汽缸頂部是噴油嘴，汽油機的頂部有火花塞，故C錯誤．
D．汽油機的點火方式是點燃式，柴油機的點火方式是壓燃式，故D正確；
2. 如圖所示，在一個配有活塞的厚玻璃筒里放一小團硝化棉，把活塞迅速壓下去，硝化棉會燃燒起來。活塞壓縮氣體的能量轉化形式與下圖所示汽油機的四個沖程相同的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】A、B、C、D依次為吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程，其中壓縮沖程把機械能轉化內能，做功沖程把內能轉化為機械能；活塞向下壓縮氣體時是把機械能轉化為內能，能量轉化與壓縮沖程相同，故選B。
3. 下圖為汽油機工作時的四個沖程，能使汽車獲得動力的沖程是
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】做功沖程內能轉化為機械能，可以使汽車獲得動力，做功沖程中兩氣門均關閉，活塞向下運動．A選項進氣門打開，是吸氣沖程；B選項兩氣門關閉，活塞向下運動，是做功沖程；C選項排氣門打開，是排氣沖程；D選項兩氣門關閉，活塞向上運動，是壓縮沖程；故D正確．
題組B 能力提升練
4. 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
【答案】C
【解析】“點燃木星”將地球推開，將內能轉化為機械能，相當于內燃機的做功沖程．
A．吸氣沖程，無能量轉化；
B．壓縮沖程，機械能轉化為內能；
C．做功沖程，內能轉化為機械能；
D．排氣沖程，無能量轉化．

5. 2022年4月16日，我國“神舟十三號”返回艙成功著陸東風著陸場。返回過程中，航天員與地面間是通過________（選填“超聲波”或“電磁波”）進行信息的傳遞。返回艙穿越大氣層時溫度升高，發出耀眼的光芒，該過程中的能量轉化與內燃機的________沖程的能量轉化相同。
【答案】電磁波,壓縮
【解析】返回過程中，航天員與地面間是通過電磁波進行信息的傳遞；返回艙穿越大氣層時與大氣摩擦，機械能轉化為內能，溫度升高，其能量轉化與內燃機的壓縮沖程的能量轉化相同.
題組C 培優拔尖練
6. 一臺單缸四沖程柴油機的飛輪轉速是2400r/min，柴油機每秒內完成________個沖程，做功________次，活塞往復運動________次．除做功沖程以外的其他沖程是________來完成．在設計制造時，汽缸外有一個“水套”是利用水吸熱來降低汽缸溫度的，這是利用了水的________大的性質．
【答案】80,20,40,依靠飛輪慣性,比熱容
【解析】單缸四沖程柴油機的飛輪轉速是2400r/min=40r/s，因一個工作循環中飛輪轉2圈，活塞往復2次，完成4個沖程，對外做功1次，所以每秒內完成80個沖程，做功20次，活塞往復運動40次；除做功沖程以外的其他沖程是依靠飛輪的慣性來完成．因為水的比熱容大，即相同質量的水和其他的液體相比較時，若都是升高1℃時，水能吸收的熱量最多，故用水冷卻效果最好．第十三章 內能與熱機
課時13.3 內燃機
素養目標
物理觀念
1.概念
（1）熱機：把燃料燃燒時釋放的內能轉變為機械能的裝置。
（2）內燃機：燃料直接在發動機氣缸內燃燒產生動力的熱機。
2.規律
四沖程內燃機在一個工作循環中，活塞往復運動2次，飛輪轉動2圈，對外做功1次。
科學思維
用比較法認識汽油機和柴油機的構造特點；
用歸納法掌握汽油機和柴油機的工作過程。
科學態度與責任
感受內燃機對人類社會發展所起的推動作用，同時也要注意尾氣排放給人類生活帶來的負面影響，要保護環境。
題型匯總：理解熱機的工作原理、汽油機和柴油機、與內燃機工作循環有關的問題、以熱機為載體的力熱綜合計算。
知識梳理
內燃機：
燃料直接在發動機氣缸內燃燒產生動力的熱機。
最常見的內燃機，以汽油或柴油為燃料，分別叫做汽油機和柴油機。
汽油機：
指出汽油在汽油機汽缸內燃燒、生成高溫高壓燃氣，燃氣推動活塞而做功，燃氣內能轉化為活塞運動的機械能。
1.構造：進氣門、排氣門、火花塞、氣缸、活塞、連桿、曲軸。
沖程：活塞從氣缸一端運動到另一端的單向運動叫做一個沖程。
2.工作原理。
內燃機的工作過程以一個循環為一個單元，一個循環又分為四個沖程。
(1)吸氣沖程：開始工作前，活塞位于氣缸上端，進、排氣門軍關閉。工作時，活塞由上向下運動，進氣門打開，排氣門仍關閉。由于缸內體積增大，壓強減小，空氣和汽油的混合氣體被吸入氣缸。這是第一個沖程。
(2)壓縮沖程：活塞運動到最下端，就開始轉為向上運動。這時進氣門、排氣門都關閉，混合氣體
(3)做功沖程：壓縮結束時雖然溫度較高，但未能達到燃料的燃點。在壓縮沖程結束的瞬間，火花塞產生電火花，使燃料猛烈燃燒，產生高溫高壓氣體，高溫高壓燃氣推動活塞向上向下運動，通過連桿帶動曲軸轉動。實現了內能向機械能的轉化。這是第三個沖程。
(4)排氣沖程：做功沖程結束，活塞繼續向下向上運動，進氣門關閉，排氣門打開，燃燒后的廢氣被活塞推出缸外。這是最后一個沖程。
此后，活塞又由上向下運動，從此進入下一輪循環。在一個工作循環中有四個沖程，活塞往復兩次，曲軸轉兩周，對外做一次功。
3.能的轉化：在做功沖程燃氣對活塞做功，內能轉化為機械能。其余三個沖程靠消耗飛輪的機械能來完成。
柴油機：
用柴油作燃料的內燃機。
一個工作循環有四個沖程，活塞運動2次，燃油燃燒1次，對外做功1次。
柴油機與汽油機的區別：
1.柴油機與汽油機的相同點：都是內燃機；一個工作循環都要經歷四個沖程。
2.柴油機與汽油機的不同點：構造方面：些油機沒有火花塞，而在相應位置上安裝的是噴油嘴。吸入的氣體不同，點火方式不同。使用范圍。
附：
考點突破
考點一 內燃機的四個沖程
1.星期天，童童在家里幫媽媽燒水，他發現水沸騰時，壺蓋被頂起，想到了如圖所示四沖程汽油機工作示意圖，并且分析得出，與水沸騰時壺蓋被頂起原理相同的沖程是（ ）
【答案】C
【解析】燒開水時，壺蓋被水蒸氣頂起，是水蒸氣對壺蓋做功的結果，因此這時水蒸氣的內能轉化為壺蓋的機械能；做功沖程活塞向下運動，燃氣對活塞做功，內能轉化為機械能；
A．進氣門開啟，活塞下行，氣體流入汽缸，是吸氣沖程，故A不符合題意；
B．兩氣門都關閉，活塞上行，汽缸容積變小，是壓縮沖程，故B不符合題意；
C．兩氣門都關閉，活塞下行，汽缸容積變大，是做功沖程，故C符合題意；
D．排氣門開啟，活塞上行，氣體流出汽缸，是排氣沖程，故D不符合題意。
2.如圖所示是四沖程汽油機的其中一個沖程剖面圖，下列描述正確的是（ ）
吸氣沖程中，只有汽油被吸入汽缸
壓縮沖程中，通過做功的方式使汽缸內氣體的內能減小
做功沖程中，燃料釋放的能量少部分轉化為機械能
排氣沖程中，廢氣帶走了燃料釋放的能量的極少部分
【答案】C
【解析】A ．汽油機在吸氣沖程中，進氣門打開、排氣門關閉，活塞向下運動，汽油和空氣的混合物進入汽缸，故A錯誤；
B．在壓縮沖程中，進氣門和排氣門都關閉，活塞向上運動，燃料混合物被壓縮，氣體的內能變大，此過程是機械能轉化為內能的過程，故B錯誤；
C．在做功沖程中，燃料燃燒釋放的內能大部分需要克服摩擦、發生熱傳遞而散失，只有一少部分轉化為機械能，故C正確；
D．在排氣沖程中，廢氣帶走了燃料釋放的大部分能量，故D錯誤．
3.熱機是利用________做功的機械．內燃機的四個沖程中，壓縮沖程把________轉化為內能，做功沖程把內能轉化為________能．
【答案】內能、機械能、機械
【解析】熱機是將內能轉化為機械能的機械．它的四個工作沖程分別是：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程．壓縮沖程將機械能轉化為內能，做功沖程是將內能轉化為機械能．
(
分層提分
)
題組A 基礎過關練
1. 關于汽油機和柴油機的區別，下列說法中你認為不妥的是（ ）
A.柴油機比汽油機費用低廉，但比較笨重
B.柴油機吸入汽缸的是空氣，汽油機吸入汽缸的是汽油和空氣的混合物
C.汽油機的汽缸頂部有噴油嘴，柴油機的頂部有火花塞
D.在做功沖程中，柴油機的點火方式是壓燃式，汽油機的點火方式是點燃式
2. 如圖所示，在一個配有活塞的厚玻璃筒里放一小團硝化棉，把活塞迅速壓下去，硝化棉會燃燒起來。活塞壓縮氣體的能量轉化形式與下圖所示汽油機的四個沖程相同的是（ ）
A. B. C. D.
3. 下圖為汽油機工作時的四個沖程，能使汽車獲得動力的沖程是
A. B. C. D.
題組B 能力提升練
4. 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

5. 2022年4月16日，我國“神舟十三號”返回艙成功著陸東風著陸場。返回過程中，航天員與地面間是通過________（選填“超聲波”或“電磁波”）進行信息的傳遞。返回艙穿越大氣層時溫度升高，發出耀眼的光芒，該過程中的能量轉化與內燃機的________沖程的能量轉化相同。
.
題組C 培優拔尖練
6. 一臺單缸四沖程柴油機的飛輪轉速是2400r/min，柴油機每秒內完成________個沖程，做功________次，活塞往復運動________次．除做功沖程以外的其他沖程是________來完成．在設計制造時，汽缸外有一個“水套”是利用水吸熱來降低汽缸溫度的，這是利用了水的________大的性質．

展開更多......

收起↑