初中九年级物理（教科版）内燃机核心知识清单

初中九年级物理（教科版）内燃机核心知识清单

一、热机与内燃机的基础概念

（一）热机的定义与能量转化【基础】▲

热机是指将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，再通过做功将内能转化为机械能的机器。这是热机的本质特征，也是理解后续所有内容的基础。从能量转化的视角来看，热机扮演着能量形式转换器的角色，它将燃料内部储存的化学能，经由燃烧这一剧烈的氧化反应释放为内能，最终转化为驱动机械运转的机械能。

（二）内燃机的定义与分类【基础】★★

内燃机是热机中最主要的一类，其定义为燃料直接在发动机气缸内部燃烧，利用燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功的机器。根据所用燃料的不同，内燃机主要分为汽油机和柴油机两大类。教科版本章节的核心便是围绕这两种内燃机展开。

（三）内燃机的基本构造【重要】

无论是汽油机还是柴油机，它们的基本结构相似，主要包括气缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门以及火花塞（汽油机）或喷油嘴（柴油机）。活塞在气缸内的往复运动通过连杆传递给曲轴，使曲轴绕轴旋转，从而将活塞的直线运动转变为曲轴的圆周运动，对外输出动力。曲轴和飞轮由于惯性在转动中可以维持内燃机的不间断工作。

二、四冲程内燃机的工作原理【核心考点】★★★★★

内燃机的工作是以冲程为单位的。活塞在气缸内从一端运动到另一端的过程叫做一个冲程。教科版所讲的汽油机和柴油机都是四冲程内燃机，即一个工作循环由四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。

（一）四冲程工作过程详解【非常重要】【高频考点】▲▲▲▲▲

1、吸气冲程【基础】：进气门打开，排气门关闭，活塞在曲轴带动下从上端向下运动，气缸容积增大，压强减小，吸入气体。对于汽油机，吸入的是汽油和空气的燃料混合物；对于柴油机，吸入的仅仅是纯净的空气【易错点】。

2、压缩冲程【重要】：进气门和排气门均关闭，活塞在曲轴带动下从下端向上运动，对气缸内的气体进行压缩。此过程中，活塞的机械能转化为被压缩气体的内能，导致气缸内气体温度和压强急剧升高【能量转化考点】。柴油机的压缩程度比汽油机更大，因此压缩终了时气缸内的温度更高，可达500℃-700℃，超过柴油的自燃点。

3、做功冲程【非常重要】：在压缩冲程末，进气门和排气门均保持关闭。汽油机在此刻由火花塞产生电火花，点燃被压缩的燃料混合物，称为点燃式；柴油机在此刻由喷油嘴向高温高压的空气中喷入雾状柴油，柴油遇高温空气立即自行燃烧，称为压燃式。燃料猛烈燃烧，产生的高温高压气体推动活塞向下运动，通过连杆带动曲轴旋转，对外输出机械功。此过程中，燃料燃烧释放的内能转化为活塞和曲轴的机械能【核心能量转化】。这是四个冲程中唯一一个对外做功的冲程，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性来完成的。

4、排气冲程【基础】：进气门关闭，排气门打开，活塞在曲轴带动下从下端向上运动，将燃烧后的废气排出气缸。

（二）工作循环的核心规律【必考】【难点】★★★★★

一个工作循环包含四个冲程，在这一循环中，活塞往复运动两次，曲轴和飞轮转动两周，对外做功一次。这个比例关系（4:2:2:1）是解决几乎所有内燃机转速与做功次数计算题的金钥匙。理解飞轮的惯性是维持吸气、压缩、排气三个辅助冲程得以完成的根本原因至关重要。

（三）汽油机与柴油机的全方位对比【高频考点】【难点辨析】▲▲▲

1、构造不同：汽油机气缸顶部有火花塞；柴油机气缸顶部有喷油嘴。

2、燃料不同：汽油机使用汽油；柴油机使用柴油。

3、吸气冲程吸入物质不同【极易错】：汽油机吸入汽油和空气的混合物；柴油机只吸入空气。

4、压缩程度不同：汽油机压缩程度较小（压缩比约为8-11）；柴油机压缩程度很大（压缩比约为15-22）。

5、点火方式不同：汽油机为点燃式；柴油机为压燃式。

6、效率与用途不同：汽油机轻巧、噪音小，效率较低（20%-30%），常用于轿车、摩托车等轻型机械；柴油机笨重、噪音大，效率较高（30%-45%），经济性好，常用于载重汽车、拖拉机、坦克、轮船等大型或重型机械【常识积累】。

三、燃料的热值与燃烧放热计算

（一）热值的定义与物理意义【基础】★★

热值用符号q表示，其定义为1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。对于气体燃料，单位有时会用J/m³，即1立方米某种燃料完全燃烧放出的热量。热值是燃料本身的一种特性【重要概念】，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、形状、是否完全燃烧等无关。

（二）热值的单位与公式【必考】▲▲

1、单位：固体和液体燃料的热值单位是焦耳每千克，气体燃料的热值单位是焦耳每立方米。

2、计算公式：燃料完全燃烧放出的热量Q放=qm或Q放=qV。使用公式时必须注意单位的统一，质量m对应kg，体积V对应m³。

（三）热值的理解误区与考查【难点辨析】

热值描述的是燃料在燃烧过程中释放能量本领的大小，并不代表实际燃烧过程中放出的热量。只有在完全燃烧的理想条件下，且燃烧质量恰好为1kg时，放出的热量才在数值上等于热值。考题中常会设置燃料未完全燃烧的干扰项，判断热值是否改变。

四、热机的效率【核心概念】★★★★★

（一）热机效率的定义【非常重要】

在热机工作过程中，真正转化为对外做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧所释放的总能量之比，叫做热机的效率。用公式表示为η=W有用/Q放。热机效率是衡量热机性能优劣的一个重要标志，它反映了燃料燃烧释放的内能有百分之多少被有效地利用起来。

（二）能量损失的主要途径【重要】▲

1、废气排出带走的能量：这是热机损失能量中最主要的部分，高温废气直接排入大气，带走了大量的内能。

2、散热损失：气缸、机体等部件温度高于环境温度，会向周围空气散热。

3、机械摩擦损失：各运动部件之间的摩擦消耗一部分能量。

4、燃料不完全燃烧损失：由于空气供给不足或混合气形成不佳，部分燃料未能完全燃烧即被排出。

（三）热机效率的特点【基础】

由于不可避免地存在各种能量损失，任何热机的效率都必然小于1。蒸汽机效率约为6%-15%，汽油机效率约为20%-30%，柴油机效率约为30%-45%。

（四）提高热机效率的途径【拓展应用】【热点】▲▲

1、改善燃烧条件，使燃料尽可能充分地燃烧，例如采用稀薄燃烧技术、改善喷油或点火时刻。

2、利用废气能量，减少废气带走的热量，例如采用废气涡轮增压技术，将废气能量用于压缩进气。

3、加强润滑，减少机械部件之间的摩擦损失。

4、减少散热损失，采用耐高温的隔热材料等。

五、核心题型与考点深度解析

（一）冲程判断与能量转化【高频考点】

考查方式：给出四冲程示意图，判断是哪个冲程，并分析其能量转化或气门开闭、活塞运动方向。

解题步骤：

第一步看气门：确定进气门、排气门的开闭状态。

第二步看活塞：确定活塞运动方向是向上还是向下。

第三步综合分析：气门关闭，活塞向上为压缩冲程（机械能→内能）；气门关闭，活塞向下为做功冲程（内能→机械能）；进气门开，排气门关，活塞向下为吸气冲程；进气门关，排气门开，活塞向上为排气冲程。

易错点：混淆压缩冲程和做功冲程的能量转化方向；误认为吸气冲程和排气冲程也有能量转化。

（二）曲轴转速与做功次数的计算【必考】【难点】★★★★★

考查方式：给出飞轮转速（如1200r/min或3600r/min），求每秒或每分钟内完成的冲程数或对外做功的次数。

解题核心：牢牢抓住比例关系，1个工作循环=4个冲程=曲轴转2圈=活塞往复2次=对外做功1次。

解题步骤：

第一步统一单位：将题目给出的转速单位（通常是r/min）换算为每秒转速。例如1800r/min÷60=30r/s。

第二步计算做功次数：每秒曲轴转30圈，每2圈做功1次，所以每秒做功次数=30÷2=15次。

第三步计算冲程数：每秒曲轴转30圈，每圈对应2个冲程，所以每秒冲程数=30×2=60个冲程。

常见题型：与功率计算结合，已知一次做功冲程的功和转速，求功率。功率=一次做功冲程的功×每秒做功次数。

（三）热值与热机效率的综合计算【综合应用】▲▲▲

考查方式：结合汽车、拖拉机等实际情景，给出燃料消耗量、牵引力、行驶距离或速度等，求热机效率。

解题步骤：

第一步求有用功W有用：根据力学知识求解。若是匀速直线运动，W有用=Fs=fs。

第二步求总能量Q放：根据消耗的燃料质量和热值，利用Q放=qm计算。

第三步代入效率公式：η=W有用/Q放×100%。

解答要点：注意单位的换算，如速度单位km/h与m/s的换算，时间单位h与s的换算，路程单位km与m的换算。确保所有物理量使用国际单位制主单位进行计算。

（四）汽油机与柴油机的辨别题【基础】

考查方式：通过文字描述或结构图，判断是汽油机还是柴油机。

解题关键：一眼看构造（火花塞还是喷油嘴）；二看吸气冲程描述（吸入的是什么）；三看点方式（点燃还是压燃）；四看应用场合。

（五）热值特性的理解题【基础】

考查方式：判断关于热值说法的正误。

易错点：误认为燃料燃烧不充分时热值会减小，或误认为热值与质量有关。

六、常见易错点与失分陷阱总结【警示】★★★★★

1、冲程能量转化张冠李戴：必须牢记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。混淆这两者是考试中最常见的错误。

2、汽油机与柴油机吸气冲程混淆：经常错误地认为柴油机吸气冲程也吸入混合物。务必记清汽油机吸混合气，柴油机只吸空气。

3、一个工作循环的比例关系不清：计算题中，将转速与做功次数的关系算错。反复强化每2圈做功1次的概念。

4、热值是燃料特性的理解偏差：误以为热值与燃烧情况或质量有关。明确热值只取决于燃料种类。

5、热机效率概念模糊：将热机效率与功率混淆。功率表示做功的快慢，效率表示能量的有效利用程度，两者无直接关系。一台机器功率大，效率不一定高。

6、排气冲程废气内能的认识：认为废气排出后内能为零是错误的。废气仍有较高温度，内能不为零，这也是能量损失的主要部分。

7、看图辨冲程时，忽视气门开闭细节：仅凭活塞运动方向判断冲程，导致出错。必须先看气门，再看活塞。

七、学科交叉与前沿拓展视野

（一）与力学知识的融合

热机效率的计算题必然与力学中的功、功率、速度、二力平衡等知识紧密结合。汽车匀速行驶时，发动机的牵引力等于阻力，有用功的计算是基础。

（二）与化学知识的渗透

燃料的燃烧过程是化学中的氧化反应。燃料的热值与其化学成分（如氢碳比）密切相关。汽油和柴油就是从石油中分馏得到的不同沸点的碳氢化合物混合物。

（三）现代热机技术发展【拓展素材】

1、涡轮增压技术：利用发动机排出的高温高压废气推动涡轮，涡轮带动同轴的压气机叶轮旋转，从而压缩更多空气进入气缸，实现提高进气密度、增加喷油量、提升功率并改善经济性的目的。这是提高热机效率的重要技术手段。

2、稀薄燃烧与缸内直喷：通过精确控制喷油时刻和进气量，使汽油在气缸内直接喷射，形成稀薄混合气，提高燃烧效率，降低油耗和排放。

3、均质压燃技术：一种新型燃烧方式，结合了汽油机和柴油机的特点，试图实现高效、低排放的燃烧过程。

4、混合