文档内容
第第十十四四章章 内内能能的的利利用用（（原原卷卷版版））
课课时时1144..11 热热机机
2022年课程标准 物理素养
3.3.3 了解热机的工作原 物理观念：了解四冲程热机的构造和工作原理。
理。知道内能的利用在人 科学思维：认识热机四冲程工作过程中的能量转化；能识别热机四冲程。
类社会发展史中的重要意 科学探究：了解四冲程热机各冲程工作过程。
义。 科学态度与责任：了解汽油机和柴油机异同。
知知识识点点一一、、热热机机
1.实验探究—热机工作原理
【实验现象】如图所示，在试管中装一些水，用橡皮塞塞住试管口，固定在铁架台上，用酒精灯给
试管加热，水沸腾后，水蒸气会把橡皮塞冲出去，试管口观察到大量“白雾”出现。
【实验分析】酒精燃烧释放出热量（化学能转化为内能），通过热传递将一部分内能转移给水，水
的内能增加，温度升高，产生大量水蒸气。水蒸气越来越多，对橡皮塞的压力越来越大，最后将橡皮塞
冲出，这时水蒸气对橡皮塞做功。同时，水蒸气内能减小，温度降低，水蒸气液化成小水滴，在试管口
可以观察到“白雾”。
【探究归纳】该实验装置就是一个简单的热机。其工作过程是：燃料燃烧，化学能转化为内能，一
部分内能通过热传递方式传递给工作物质—水，水内能增大，温度升高，产生大量水蒸气，水蒸气将橡
皮塞冲出，水蒸气内能转化为橡皮塞机械能。
特特别别提提醒醒：：
（1）实验时，橡皮塞不要塞得太紧，否则橡皮塞不易冲出，可能因试管气压太大导致试管炸裂而伤
到人；
（2）试管口不能对着人，以防试管内的水沸腾时冲出试管口伤到人。
培培优优拓拓展展：：利用内能的两种方式
（1）利用内能加热；（2）利用内能做功。
其中利用内能加热是内能转移过程，利用内能做功是内能转化过程。
2.热机
（1）热机：利用内能做功的机械叫热机。汽车、轮船和飞机等的发动机都是利用燃烧燃料释放的内
能做功的装置，都是热机。
（2）热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。它们构造不同，但它们有一个共同
特点，那就是利用内能做功。
（3）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。
（2023·牡丹江）以下机械属于内燃机的是（ ）。
A. 火箭喷气发动机 B. 汽油机 C. 滑轮组 D. 洗衣机
知知识识点点二二、、汽汽油油机机
1.工作原理：利用气缸内汽油燃烧产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。
2.构造
（1）主要结构：如图所示，汽油机的主体是气缸。气缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞，下
部有活塞，活塞通过连杆与曲轴相连。
（2）冲程：活塞在气缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
利用气缸内汽油燃烧产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。
（3）试管实验与汽油机构造比较：如图。
3.工作过程
（1）汽油机的一个工作循环：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。通过四个冲程的不断循
环来连续工作。
（2）每完成一个工作循环，曲轴和飞轮均转动两周，活塞往返两次，对外做功一次。在四个冲程
中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性带动活塞完
成，周而复始，使汽油机连续转动下去。
（3）汽油机工作过程如下：2.压缩冲程：进气门关
1.吸气冲程：进气门打
闭、排气门关闭。外界
开、排气门关闭。靠惯
对气体做功，机械能转
性运动，吸进汽油与空
化为内能，气体温度升
气的混合物
高
3.进气门关闭、排气门
关闭。化学能转化为内 4.进气门关闭、排气门
能，气体温度升高，气 打开。靠惯性运动，排
体对外做功，内能转化 出废气
为机械能
（2024·湖北·一模）如图所示，甲是汽油机某个冲程的工作示意图，乙是柴油机某个
冲程的工作示意图。下列说法正确的是（ ）。
A．甲是汽油机的压缩冲程，此时进气门和排气门均关闭
B．甲是汽油机的做功冲程，汽缸顶部的火花塞产生电火花
C．乙是柴油机的吸气冲程，吸进汽缸的是空气和柴油的混合物
D．乙是柴油机的排气冲程，此时汽缸顶部的喷油嘴正在喷油
知知识识点点三三、、柴柴油油机机
1.工作原理：利用柴油在气缸内燃烧所产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械
能。
2.构造：柴油机构造和汽油机构造相似，所不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞，而有一个喷油
嘴。
3.工作过程柴油机与汽油机工作过程大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，
在一个工作循环中，曲轴连续转动两周，活塞往复两次，对外做功一次。见下表：
1.吸气冲程：进气门打 2.压缩冲程：进气门关
开、排气门关闭。活塞向 闭、排气门关闭。活塞向
下运动，吸入空气 上运动，压缩空气，气体
温度升高，超过柴油燃点
3.进气门关闭、排气门关 4.进气门关闭、排气门打
闭。喷油嘴喷出雾状柴 开。活塞向上运动，排出
油，遇到热空气立即猛烈 废气
燃烧，差高温高压气体，
推动活塞向下运动
4.汽油机与柴油机的异同
相同点：
（1）基本构造和主要部件作用相似。
（2）每个工作循环都一样，有吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。
（3）四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。
（4）一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两圈，飞轮转两圈，做功一次。
不同点：
（1）构造不同：汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机汽缸顶部有喷油嘴。
（2）燃料不同：汽油机燃烧汽油，而柴油机燃烧柴油。
（3）吸气冲程不同：汽油机吸进汽油和空气和燃料混合物，柴油机只吸进空气。
（4）点火方式不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。
※※知知识识拓拓展展：：四四冲冲程程气气缸缸工工作作过过程程
1.吸气冲程
是向气缸内填充新鲜气体的过程。进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下运动，汽油和空气组
成的燃料混合物从进气门吸入气缸。活塞在气缸中由曲轴通过连杆带动从上止点向下止点移动的过程此
时进气门打开；排气门关闭。当活塞到达下止点时该过程结束。
2.压缩冲程
是将缸内的气体压缩的过程（为燃烧着火创造基本条件，缸内温度升高）。进气门和排气门都关
闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高。活塞在气缸中由曲轴通过连杆带动从下
止点向上止点移动的过程此时进气门、排气门均关闭。当活塞到达上止点时该过程结束。
3.做功冲程
在压缩冲程未尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气。高温高压燃气推动
活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。活塞在燃气压力的作用下由上止点向下止点运动，曲轴通过
连杆带动旋转输出功。此时进、排气门均关闭。当活塞到达下止点时该过程结束。4.排气冲程
是为了下一循环工作而清除缸内燃烧后的废气的过程。进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，
把废气排出气缸。活塞在气缸中由曲轴通过连杆带动从下止点相上止点运动的过程。当活塞到达上止点
时该过程结束。
关于热机，下列说法正确的是（ ）。
A．汽油机气缸顶部有喷油嘴，柴油机气缸顶部有火花塞
B．汽油机在吸气冲程中，将空气吸入气缸
C．热机是利用内能做功的装置，可将内能转化为机械能
D．一般情况下汽油机的压缩比大于柴油机，其功率也更大
知知识识点点四四、、知知识识导导图图
问问题题一一：：热热机机及及其其工工作作原原理理
解法通则
热机和人力机械、电动机械的主要区别热机利用“内能”来做功，最终将内能转化为机械能，而不
是利用其他能量来做功。
【典例1】（2023·无锡）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，用力将
活塞迅速下压，棉花会立即燃烧，下压过程中活塞对筒内空气______，空气的______能增大，该能量转
化过程与汽油机的______冲程相同。
【变式1-1】（2023·齐齐哈尔）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___________ 。【变式1-2】（2023·潜江、天门、仙桃）一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，如图所
示为它工作循环中的一个冲程。下列说法正确的是（ ）。
A. 汽油是化石能源
B. 该冲程为做功冲程
C. 该汽油机每秒对外做功20次
D. 热机的功率越大，效率就越高
问问题题二二：：内内燃燃机机工工作作冲冲程程的的判判断断
搞清分子间相互作用力的特点。对现象的分析，在没有明显外力作用时，就应该是分
子间作用力产生的结果。实验中需要排除大气压的影响，最直接的办法就是和大气压的隔离，也可以通
过计算排除大气压这一因素。
看两气门开、闭情况。若两气门都关闭，则内燃机处于压缩或做功冲程；若有一个气门打开，
第一步看气门
内燃机处于吸气或排气冲程
看活塞运动方向。活塞向上运动时，内燃机处于压缩或排气冲程；若活塞向下运动，内燃机处
第二步看活塞
于吸气或做功冲程
第三步综合分析 综合两个气门和活塞的工作情况得出结论
【典例2】（2023·邵阳）如图所示为内燃机工作时的某冲程示意图，该冲程是（ ）。
A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程
【变式2-1】（2023·广东省）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
【变式2-2】（2023·绥化）下图是四冲程汽油机的工作示意图。从能量转化的角度看，机械能转化
为内能的冲程是（ ）。
A. B. C. D.
问问题题三三：：汽汽油油机机与与柴柴油油机机的的区区别别
汽油机与柴油机的判断
汽油机 柴油机
结构 气缸顶部有火花塞 气缸顶部有喷油嘴
吸气冲程 吸进空气和汽油的混合物 吸进空气
点火方式 点燃式 压缩式
【典例3】汽油机和柴油机在构造上相比，汽油机顶部有一个______，柴油机顶部有一个_____。一
台四冲程汽油机，飞轮的转速为2400r/min，则此汽油机每秒钟内完成____个冲程，做了______次功。
【变式3-1】柴油机和汽油机在一个工作循环中的四个冲程完全相同的冲程是（ ）。
A．吸气、压缩 B．压缩、排气 C．吸气、压缩、排气 D．排气
【变式3-2】一台四冲程柴油机，曲轴转速为600转每分钟，那么每秒钟内柴油机所完成的冲程和做
功的次数分别是( )。
A．10个、10次 B．20个、10次 C．10个、5次 D．20个、5次
问问题题四四：：内内燃燃机机工工作作循循环环及及做做功功几几点点计计算算
内燃机做功中的关联条件
内燃机的一个工作循环完成四个冲程，曲轴和飞轮转动两周，活塞往返两次，对外做功一次。
【典例4】（2024·广东江门·一模）2024年春运期间大雪，高铁运行受阻，“绿皮老祖”内燃机车头再次披挂上阵，将电力机车牵引出被困路段，送春运旅客回家。如图是单缸四冲程汽油机的某个冲
程，由图可看出它正处于 冲程，若此冲程中平均推力为3000N，活塞移动的距离为50cm，此
冲程对外做功 J，已知飞轮转速为2400r/min，这台汽油机的功率为 W。
【变式4-1】（23-24九年级下·甘肃武威·开学考试）为了优化生活环境，城市建设部门在全市范
围内展开了“雨污分流”工程建设。经太阳曝晒后发现砂石的温度明显高于旁边水池里的水温，这是因
为砂石的比热容 （选填“大于”、“小于”或“等于”）水的比热容。如图所示为汽油机
的 冲程，若该单缸四冲程汽油机1s内对外做功20次，则汽油机转速为
转/min。
【变式4-2】（2023·龙东）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4.6 107J/kg）
【【基基础础强强化化】】
1．（2024·广东·模拟预测）如题图所示，下列关于内能的转化与利用说法错误的是（ ）。
A．汽油机中汽油热值与它的质量无关B．图甲通过做功的方式改变筒内空气的内能
C．图乙为汽油机的做功冲程
D．两种情形中的能量转化过程相同
2. （2023·徐州）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
3．（2024·山西太原·二模）图是兴趣小组用数字温度计完成趣味实验情景，将测温探头置于注射
器内并密封，缓慢向左推动活塞并观察温度计示数变化。关于此过程说法正确的是（ ）。
A．温度计示数变小 B．气体含有的热量增加
C．通过热传递改变气体内能 D．能量转化与热机压缩冲程相同
4．（2024·山东济南·二模）我国传统的走马灯，能利用空气受热后上升来推动轴及连带的纸剪人
马转动。从原理上来看，它是现代燃气涡轮机的萌芽。汽油机的四个冲程与走马灯的能量转化相同的是
（ ）。
A． B． C． D．
5．（2024·湖南邵阳·一模）大娄同学寒假回老家过年，看见奶奶正在厨房做饭，高压锅顶部的限
压阀被顶高在空中“旋转跳舞”，同时限压阀周围喷出大量“白气”。下列说法正确的是（ ）。
A．限压阀被顶高的能量转化和内燃机的压缩冲程是相同的
B．限压阀周围出现的大量“白气”是水蒸气
C．米饭被加热的过程中，其内能是通过做功的方式改变的
D．米饭在加热升温过程中内能增大
6．（2023·江苏南京·中考真题）图示课本四个示例中的能量转化过程，与汽油机做功冲程相同的
是（ ）。A．甲图中反复弯折铁丝
B．乙图中压缩空气
C．丙图中盒内燃气推出盒盖
D．丁图中取暖器通电后电热丝发热
7．（2024·河北石家庄·二模）请写出图片涉及的物理知识。
甲图 乙图 丙图
（1）甲图中两个压紧的铅块能吊起钩码，是因为 ；
（2）乙图中纸片不会掉下来是因为 ；
（3）丙图中水蒸气将软木塞推出时能量转化与内燃机的 冲程相同。
8．（23-24九年级下·甘肃武威·开学考试）为了优化生活环境，城市建设部门在全市范围内展开
了“雨污分流”工程建设。经太阳曝晒后发现砂石的温度明显高于旁边水池里的水温，这是因为砂石的
比热容 （选填“大于”、“小于”或“等于”）水的比热容。如图所示为汽油机的
冲程，若该单缸四冲程汽油机1s内对外做功20次，则汽油机转速为 转/min。
9. （2023·泰州）如图所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部，放入一小团干燥的硝化棉，用力把
活塞迅速压下，使硝化棉燃烧，该过程是通过 ___________的方式来改变筒内空气的内能，其能量转化
情况与汽油机的 ___________冲程相同。【【素素养养提提升升】】
10．（22-23八年级下·黑龙江哈尔滨·期中）下列各图是生活中的一些常见物理现象，其中解释正
确的是（ ）。
A．甲图：“比较不同物质的吸热能力”，在相同的试管内应加入相同质量的水和沙子
B．乙图：描述的是白天陆海风的形成过程
C．丙图：描述的是内燃机的做功冲程
D．丁图：按下火花发生器的按钮，“砰”的一声瓶盖飞出，燃气对盒盖做功，燃气的内能增大
11．（23-24九年级上·辽宁沈阳·阶段练习）小康利用图甲所示的实验装置进行实验。在试管内装
些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾。一段时间后的现象如图乙所示。
（1）小康观察到：软木塞被冲出，试管口附近出现白雾。小康对此现象做出了如下的解释：酒精燃
烧放出热量传给水，使水的内能增大，温度升高。待水沸腾后产生大量的水蒸气，水蒸气的内能通过
的方式转化为木塞的机械能，水蒸气内能 ，温度 ，水蒸气液化成小水滴；
（2）汽油机的工作冲程示意图如图丙、丁所示，其中与图乙的能量转换相同的冲程示意图是 。
【【能能力力培培优优】】
12．（23-24九年级上·北京·期中）下列说法中正确的是（ ）。A．图甲中，把干净的玻璃板吊在弹簧测力计的下面使玻璃板水平接触水面，向上拉玻璃板弹簧测力
计示数变大，说明分子间存在引力
B．图乙中，抽去玻璃隔板后，两瓶中的气体逐渐混合，说明气体分子是运动的
C．图丙中，猛地下压活塞时，管中的硝化棉没有燃烧，可断定管内空气内能没有增大，温度没有升
高
D．图丁所示的汽油机的工作冲程中，先将化学能转化为内能，再把内能转化为机械能
13．（23-24九年级上·安徽阜阳·期末）小明利用如图甲、乙所示的装置探究改变物体的内能和热
机工作原理的两个演示实验。关于这两个实验的操作、实验现象的说法不正确的是（ ）。
A．塞子冲出前，烧瓶和试管内气体的热量都增加
B．两个图中塞子冲出过程烧瓶和试管内气体的温度均降低
C．乙图中水蒸气推动瓶塞过程的能量转化与热机做功冲程的能量转化相同
D．酒精灯里面酒精燃烧的过程中，酒精的热值和比热容都不变
14. （2023·自贡）如图所示，图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图，图E、F是演示实验的
示意图，B图是______冲程，与它原理相同的是______图所示的演示实验。
