14.1 热机（考点解读）（解析版）

141 热机（考点解读）（解析版） 1、热机 （1）热机：利用内能做功的机械叫热机 ①热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。 ②内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分 为汽油机和柴油机两类。 （2）汽油机： ①构造：进气门、排气门、气缸、火花塞、曲轴、连杆等； ②工作原理：在气缸内燃烧汽油，生成高温高压的燃气〔化学能→内能〕，使燃气推动活 塞做功〔内能→机械能〕； ③冲程：活塞在往复运动中从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程； ④工作过程：多数汽油机是由吸气、压缩、做功〔燃烧-膨胀做功〕和排气冲程的不断循环 来保证连续工作的； ⑤工作过程中能量的转化：①压缩冲程：机械能→内能；②做功冲程：先是化学能→内能， 再由内能→机械能； ⑥汽油机工作的四个冲程中，只有做功冲程是燃气对活塞做功，其它三个冲程要靠飞轮的 惯性来完成．在开始运转时，要靠外力先使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活 塞运动，以后，汽油机才能自己工作。 （2）柴油机： ①构造：与汽油机相似，区别在于柴油机顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴； ②工作原理：与汽油机相同； ③工作过程：与汽油机相似； ④柴油机启动时也要靠外力使飞轮和曲轴转动起来； ⑤特点与应用： 特点：柴油比汽油便宜，但柴油机比较笨重． 应用：载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮船以及发电机． 2、内燃机的四个冲程 内燃机是热机的一种，是燃料在汽缸内燃烧的热机，内燃机分为汽油机和柴油机： （1）汽油机的工作原理：燃料在汽缸中燃烧时，将存储的化学能转变为高温高压的燃气 （蒸汽）的内能，又通过燃气（蒸汽）推动活塞做功，由内能转变为机械能； （2）汽油机的工作流程：内燃机通过吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环来保证 连续工作的，如图： ①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料 混合物从进气门吸入气缸； ②压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩汽缸内燃料混合物，温度升高； ③做功冲程：在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃 气，高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功； ④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。 （3）工作过程中能量的转化：①压缩冲程：机械能→内能；②做功冲程：先是化学能→ 内能，再由内能→机械能； （4）一个工作循环中对外做功1 次 ，活塞往复 2 次 ，曲轴转 2 周 ，飞轮转 2 圈 。 3、汽油机和柴油机区别 （1）构造区别：汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机汽缸顶部有喷油嘴。 （2）燃料区别：汽油机燃料是汽油，而柴油机燃料是柴油。 （3）工作区别： ①吸气冲程：汽油机吸进的是汽油和空气的混合物，柴油机吸进的仅仅是空气； ②压缩冲程：汽油机压缩的是汽油和空气的混合物，汽油机压缩的仅仅是空气； ③做功冲程：汽油机用火花塞点火（点燃），柴油机用喷油嘴喷油（压燃）。 【考点1 热机】 【典例1-1】（2022 秋•武侯区期末）随着科技的发展，机械走进人们的生活，为我们的生 产生活带来了方便，下列常用机械中属于热机的是（ ） ．汽车发动机 B．洗衣机 ．自行车 D．滑轮组 【答】 【分析】将内能转化为机械能来工作的机器叫热机，热机包括：蒸汽机、内燃机、燃气 轮机、喷气发动机。 【解答】解：、汽车发动机是将汽油燃烧获得的内能转化为机械能进行工作的，属于热 机，故正确； B、洗衣机是将电能转化为机械能进行工作的，不属于热机，故B 错误； 、自行车是由人提供动能进行工作的，属于简单机械，不属于热机，故错误； D、滑轮组属于简单机械，不属于热机，故D 错误。 故选：。 【典例1-2】（2023•范县一模）生产的发展需要更为强大的动力，17 世纪，人类发明了热 机。蒸汽机是最早的热机，英国人 瓦特 在1782 年发明了往复式蒸汽机，使蒸汽机 成为可以广泛使用的动力机。物理学中用他的名字命名了 功率 这个物理量的单位。 【答】瓦特；功率 【分析】（1）蒸汽机是最早的热机英国人瓦特在1782 年发明了往复式蒸汽机。 （2）物理学中用他的名字命名了功率这个物理量的单位。 【解答】解：蒸汽机是最早的热机，英国人瓦特在1782 年发明了往复式蒸汽机，使蒸 汽机成为可以广泛使用的动力机。物理学中用他的名字命名了功率这个物理量的单位。 故答为：瓦特；功率。 【变式1-1】（2022 秋•柳州期末）如图显示了热机的共同特点，其中虚线框处应该填（ ） ．内能 B．电能 ．动能 D．势能 【答】 【分析】热机工作的过程是将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，再通过做功的方式将 内能转化成机械能的过程。 【解答】解：所有的燃料都储存了化学能，而热机工作的过程是将燃料的化学能转化为 内能，再通过做功的方式将内能转化成机械能的过程，故正确、BD 错误。 故选：。 【变式1-2】（2022 秋•青羊区期末）下列我国的“大国重器”中属于热机的是（ ） ．歼—20 战机涡扇—15 煤油发动机 B．新一代高铁永磁同步牵引电机 ．天宫空间站装备的霍尔推进器 D．白鹤滩水电站的水轮发电机组 【答】 【分析】热机是把内能转化成机械能的装置，分析各选项能量转化，找出符合要求的答。 【解答】解：煤油发动机是热机，工作时把内能转化成机械能，而电动机是把电能转化 成机械能，发电机是把水的势能转化为电能、霍尔推进器是将太阳能转化为电能，不符 合热机的特点，故正确，BD 错误。 故选：。 【变式1-3】世界上很多发明都是受到生活现象的启发而萌生的创意，比如：蒸汽机、汽轮 机、汽油机和柴油机的发明。图中是 汽油 机的剖面图，图甲的工作原理是图 丙 所示的过程。 【答】汽油；丙。 【分析】（1）汽油机的顶部有火花塞。 （2）内燃机的工作过程中，是通过燃料燃烧，化学能转化为内能，又将内能转化为机 械能。 【解答】解：图中的甲是汽油机的剖面图，因为顶端有火花塞。汽油机工作原理是通过 汽油燃烧将化学能转化为内能又转化为机械能，图丙中蜡烛燃烧时将内能转化为机械能， 即二者的工作原理相似。 故答为：汽油；丙。 【考点2 内燃机的四个冲程】 【典例2-1】（2023•牟平区校级一模）如图，下压活塞使硝化棉着火，这个过程与选项四 冲程汽油机工作示意图中，哪一个冲程的能量转化过程是相同的（ ） ． B． ． D． 【答】 【分析】（1）判断汽油机的四个冲程，先看进气门和排气门的关闭情况，进气门打开 的是吸气冲程，排气门打开的是排气冲程，进气门和排气门都关闭的是压缩冲程或者做 功冲程；活塞上行为压缩冲程和排气冲程；活塞下行为吸气冲程和做功冲程； （2）改变物体内能的方式有热传递和做功两种。做功改变物体内能的实质是能量的转 化，具体来说是内能和机械能的相互转化。对物体做功，物体的内能增加，温度升高； 物体对外做功，物体的内能减少，温度降低。 【解答】解：下压活塞使硝化棉着火，此过程中机械能转化为内能，与压缩冲程中的能 量转化相同； 、图中，两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，此冲程将机械能转化 为内能，故正确； B、图中，排气门开启，活塞上行，气体流出汽缸，是排气冲程，故B 错误； 、图中，两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，此冲程将内能转化为 机械能，故错误； D、图中，进气门开启，活塞下行，气体流入汽缸，是吸气冲程，故D 错误。 故选：。 【典例2-2】（2023•南开区二模）汽车的发动机是汽车的心脏，发动机有很多种类，汽油 机是其中的一种。如图所示是汽油机的一个冲程，它是四冲程中的 做功 冲程；水 箱是汽车冷却系统的主要机件，通过冷却液在发动机水道中的循环，给发动机散热，这 是通过 热传递 （选填“做功”或“热传递”）的方式改变发动机的内能。 【答】做功；热传递。 【分析】在内燃机的四个冲程中，进气阀和排气阀均关闭的有压缩冲程和做功冲程，而 在压缩冲程中活塞向上运动，做功冲程中活塞向下运动；一个气阀打开，另一个气阀关 闭的有吸气冲程和排气冲程，而在吸气冲程中活塞向下运动，排气冲程中活塞向上运动。 做功、热传递可以改变物体的内能。 【解答】解：由图可知，进气门和排气门都关闭，火花塞点火，点燃高温高压的汽油和 空气的混合物，推动活塞向下运动，是汽油机的做功冲程。 冷却液在发动机水道中循环，吸收发动机产生的热量，使发动机的温度降低，这是通过 热传递的方式改变物体内能的。 故答为：做功；热传递。 【变式2-1】（2023•高新区模拟）如图是街边师傅在嘣爆米花的情景。下列冲程中能量转 化与爆米花嘣出时相同的是（ ） ． B． ． D． 【答】 【分析】汽油机四个冲程中压缩冲程是机械能转化为内能，做功冲程是内能转化为机械 能，排气和吸气冲程没有能的转化。 【解答】解：打开锅盖将爆米花崩出的一瞬间，锅内的气体膨胀做功，内能减小，温度 降低，能量转化与热机的做功冲程相同。 、图中进气阀打开为吸气冲程，没有能量转化，故错误； B、图中两气阀关闭，活塞向上运动为压缩冲程，该冲程机械能转化为内能，故B 错误； 、图中两气阀关闭，活塞向下移动为做功冲程，该冲程高温高压燃气推动活塞做功，将 内能转化为机械能，故正确； D、图中排气阀打开为排气冲程，没有能量转化，故D 错误。 故选：。 【变式2-2】（2023•甘南县一模）（多选）如图所示，对于图片中所描述的物理过程，下 列分析中正确的是（ ） ．图甲，厚玻璃内的空气被压缩时，空气的内能增大，温度升高 B．图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气的内能增大 ．图丙，忽略阻力时，试管内的水蒸气推动塞子冲出后，塞子的机械能守恒 D．图丁，是汽油机的做功冲程，把内能转化为机械能 【答】D 【分析】根据内能与温度的关系和做功可以改变物体的内能角度分析解答问题；做功可 以改变物体的内能，当外界对物体做功时，物体的内能增大，当物体对外界做功时，物 体的内能就会减小。 根据气门的闭合情况、活塞的运动情况判定是哪个冲程。 【解答】解：、图甲，厚玻璃内的空气被压缩时，活塞对空气做功，瓶内空气温度升高， 空气的内能增加，故正确； B、图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气对活塞做功，空气的内能减小，故B 错 误； 、图丙，试管内的水蒸气推动了塞子冲出后，忽略阻力时，塞子的机械能是守恒的，故 正确； D、图丁，汽缸内的气体推动活塞向下运动时（即做功冲程），内能转化为机械能，故 D 正确。 故选：D。 【变式2-3】（2023•河北区二模）2022 年6 月5 日10 时44 分，搭载着神舟14 号载人飞船 的长征二号F 火箭发射成功。在载人飞船加速升空的过程中，舱内3 名宇航员的机械能 增加 （选填“增加”、“不变”或“减小”）。火箭发动机将燃料燃烧后燃气的内能 转化为火箭的机械能，此能量转化过程与四冲程汽油机的 做功 冲程相同。 【答】增加；做功。 【分析】（1）物体由于运动而具有的能叫做动能，影响动能大小的因素有质量和速度； 物体由于被举高而具有的能叫做重力势能，影响重力势能大小的因素是质量和高度；机 械能为动能和势能的和； （2）火箭发动机工作时将内能转化成了机械能；四冲程汽油机在做功冲程中将燃料燃 烧释放的内能转化为机械能。 【解答】解：飞船加速升空的过程中，航天员的质量不变，速度增加，动能增加；质量 不变，高度增加，重力势能增加；动能和重力势能都增多，所以机械能增加； 火箭起飞过程中，将内能转化为火箭的机械能，四冲程汽油机做功冲程将燃料燃烧释放 的内能转化为机械能，火箭发射过程的能量转化与内燃机的做功冲程的原理是相同的。 故答为：增加；做功。 【考点3 汽油机和柴油机区别】 【典例3-1】汽油机和柴油机的构造和工作过程不同的是（ ） ①汽油机有进气门，而柴油机没有； ②汽油机有火花塞，而柴油机在同一位置则是喷油嘴； ③汽油机一个工作循环有四个冲程，而柴油机则只需二个冲程； ④汽油机吸气冲程中要吸入汽油，而柴油机吸气冲程则不吸入柴油机。 ．①② B．③④ ．①③ D．②④ 【答】D 【分析】汽油机和柴油机的异同点： （1）相同点：四个冲程相同，能的转化相同。 （2）不同点：①吸入的物质不同；②结构不同；③压强不同，效率不同；④点火方 式不同。 【解答】解：（1）汽油机在吸气冲程中吸入了汽油和空气的混合气体，在压缩冲程中， 机械能转化为内能，内能增大，温度升高，汽油机气缸顶端有个火花塞，此时火花塞喷 出电火花，点燃汽油。产生高温高压的燃气推动活塞做功。 （2）柴油机在吸气冲程中吸入空气，在压缩冲程中，机械能转化为内能，空气的内能 增大，温度升高达到柴油的着火点，柴油机气缸顶端有个喷油嘴，此时喷油嘴喷出雾状 的柴油，柴油依靠压缩时内能增大，温度升高，达到柴油着火点而燃烧，点燃方式是压 燃式。燃烧产生高温高压的燃气推动活塞做功。柴油机的压缩比例更大，温度更高，效 率更高。 故选：D。 【典例3-2】试从热机结构和点火方式回答汽油机和柴油机的区别。当前社会建设非常重视 生态环境的保护，许多国家都制定了燃油汽车逐步退出市场的规划，新能源汽车发展前 景良好，以电动汽车发展更为突出。试谈一谈电动汽车的优势（请谈两点）。 解： 汽油机和柴油机的区别： 结构： 汽油机气缸顶部有火花塞，柴油机气缸顶部是喷油嘴 。 点火方式： 汽油机属于点燃式，柴油机属于压燃式 。 电动汽车的优势： 无尾气排放、不污染大气、噪音小 。 【答】汽油机气缸顶部有火花塞，柴油机气缸顶部是喷油嘴；汽油机属于点燃式，柴油 机属于压燃式；无尾气排放、不污染大气、噪音小。 【分析】柴油机和汽油机的区别：构造和点火方式：柴油机顶部没有火花塞，有一喷油 嘴，是压燃式；汽油机顶部有火花塞，为点燃式； 电动汽车的优势：无尾气排放，不污染大气；噪音小。 【解答】解：汽油机和柴油机的区别： 结构上，汽油机气缸顶部有火花塞，柴油机气缸顶部是喷油嘴； 点火方式上，汽油机属于点燃式，柴油机属于压燃式； 电动汽车的优势：无尾气排放，不污染大气；噪音小。 故答为：汽油机气缸顶部有火花塞，柴油机气缸顶部是喷油嘴；汽油机属于点燃式，柴 油机属于压燃式；无尾气排放、不污染大气、噪音小。 【变式3-1】（2022 秋•巴中期末）下面关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是（ ） ．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 ．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 【答】 【分析】柴油机和汽油机的区别： （1）燃料：柴油机燃烧的是柴油，汽油机燃烧的是汽油。 （2）构造和点火方式：柴油机顶部没有火花塞，有一喷油嘴，是压燃式。 （3）汽油机顶部有火花塞，为点燃式。 （4）工作过程中，汽油机吸入的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入的是空气。 【解答】解：、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； 、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：。 【变式3-2】（2022•阳信县开学）如图所示，这是一个 柴油机 （选填“柴油机”或 “汽油机”）模型。家用汽车一般选用 汽油机 （选填“柴油机”或“汽油机”） 做为发动机。 【答】柴油机；汽油机。 【分析】（1）汽油机气缸顶端有个火花塞，柴油机气缸顶端有个喷油嘴； （2）一般家用汽车的发动机是汽油机。 【解答】解：柴油机和汽油机构造上的区别：柴油机气缸顶部有喷油嘴，而汽油机顶部 有火花塞，图中顶部是喷油嘴，所以这是一个柴油机的模型； 汽油机轻巧、便利，噪声相对较小，一般家用汽车的发动机是汽油机。 故答为：柴油机；汽油机。 【变式3-3】根据汽油机与柴油机的区别，完成下表： 区别机种 柴油机 汽油机 构造 喷油嘴 火花塞 吸入物质 空气 汽油与空气混合物 点火方式 压燃式 电火花点燃 使用范围 拖拉机、载重汽车等 汽车、低速飞机等 【答】见试题解答内容 【分析】柴油机和汽油机的主要区别： （1）汽油机和柴油机结构不同之一：汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴； （2）工作过程中，汽油机吸入的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入的是空气； （3）在压缩冲程中，机械能转化为内能，内能增大，温度升高，汽油机气缸顶端有个 火花塞，此时火花塞喷出电火花，点燃汽油，产生高温高压的燃气推动活塞做功； 在压缩冲程中，机械能转化为内能，空气的内能增大；柴油机气缸顶端有个喷油嘴，此 时喷油嘴喷出雾状的柴油，柴油遇到高温的空气，达到着火点而燃烧，点燃方式是压燃 式； （4）汽油机适用于汽车、低速飞机、轿车和轻型车辆；柴油机适用于拖拉机、载重汽 车、卡车和大型客车。 【解答】解：汽油机与柴油机的不同点： 区别 机种 柴油机 汽油机 构造 喷油嘴 火花塞 吸入物质 空气 汽油与空气混合物 点火方式 压燃式 电火花点燃 使用范围 拖拉机、载重汽车等 汽车、低速飞机等 故答为：见上。 一、选择题。 1．（2023•宝山区二模）四冲程汽油机在工作过程中，将燃气的内能转化为机械能的冲程 是（ ） ．吸气冲程 B．压缩冲程 ．做功冲程 D．排气冲程 【答】 【分析】在内燃机的做功冲程中能量转化是内能转化为机械能，压缩冲程中能量转化是 机械能转化为内能。 【解答】解： 四冲程汽油机在做功冲程中，高温高压燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，故正 确。 故选：。 2．（2023•南岗区校级模拟）下列说法不正确的是（ ） ．汽油机的压缩冲程将内能转化为机械能 B．用吸管将瓶中饮料吸入口中，利用了大气压 ．船闸工作时，应用了连通器的原理 D．潜水员深潜时要穿潜水服，以防水压过大压坏胸腔 【答】 【分析】（1）汽油机的压缩冲程中，机械能转化为内能，做功冲程中，内能转化为机 械能。 （2）大气压的存在能够解释很多现象，这些现象有一个共性：通过某种方法，使设备 的内部气压小于外界大气压，在外界大气压的作用下出现了这种现象。 （3）根据上端开口，下部连通的容器叫做连通器，连通器的特点是容器中的水不流动 时，各个容器中液面总是相平。 （4）液体内部压强随深度的增加而增大。 【解答】解：、汽油机的压缩冲程中，机械能转化为内能，故错误； B、用吸管将杯中的饮料吸入口中，是吸走了管中的空气，使气压减小，在外界大气压 的作用将饮料压入口中，故B 正确； 、船闸是应用连通器的原理工作的，在有船通行时，闸室分别与上游和下游构成连通器， 故正确； D、由于液体内部压强随深度的增加而增大，故潜水员进行深度潜水时，为防水压过大 压坏胸腔