14.1 热机（3知识+5题型+课后巩固）--【课堂助手】2024--2025学年九年级物理全一册讲与练（人教版）

14.1 热机 知识题型预览 利用高压锅煮饭，水开后，限压阀会挑起并转动。思考：这这一个过程中，为什么限压阀会跳起并转动，这里面包含哪些物理知识呢？ 学新知 习教材 知识点1：热机 1. 热机 （1）定义：如车、船、飞机等的发动机通过燃料燃烧，获得内能，并利用内能做功，像这样的机械叫热机。 （2）工作原理：利用内能来做功 （3）能量转化： （4）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。 2. 内燃机 燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机中最常见的是汽油机和柴油机两类。 知识点2：汽油机 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。 次序 1 2 3 4 冲程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 工作 示意图 气门开闭 进开、排闭 进闭、排闭 进闭、排闭 进闭、排开 活塞运动方向 向下 向上 向下 向上 曲轴的运动 半周 半周 半周 半周 冲程的 作用 吸入汽油和空气的混合物 压缩空气和汽油的混合物，使其内能增加、温度升高 火花塞点燃汽油，产生高温高压气体，推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功 排出废气 能的转化 机械能转化成内能 内能转化成机械能 说明 1个工作循环，包含4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴（或主轴）和飞轮运转2周，对外做功1次 【特别提示】 （1）汽油机在开始工作时，要靠外力先使曲轴、连杆转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动以后，汽油机才能连续工作； （2）在汽油机的一个工作循环中，包含4个冲程，活塞往复运动两次（两圈），曲轴转动两周，对外做功一次，巧记为“1-4-2-2-1”； （3）在四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，将内能转化为机械能，其他三个冲程是靠飞轮的惯性来完成的，故飞轮的质量要足够大； 知识点3：柴油机 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 3. 汽油机和柴油机的异同点 不同点 相同点 项目 汽油机 柴油机 （1）构造基本相同都是燃料在气缸内燃烧，都是内燃机。 （2）都将内能转化为机械能。 （3）每一个工作循环都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。 构造 汽缸顶部有火花塞 汽缸顶部有喷油嘴 点火 方式 压缩冲程末由火花塞放出电火花点燃，称点燃式 压缩冲程末由喷油嘴向汽缸内喷雾状柴油遇到高温高压的空气自动燃烧，称压燃式 燃料 汽油、吸气冲程吸进汽油和空气混合物 柴油、吸气冲程吸进汽缸的只是空气 压缩比 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1/9至1/6 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1/22至1/16 做功 做功冲程初燃气压强为30至50个大气压，温度2000℃至2500℃，高温高压的气体推动活塞做功 做功冲程初燃气压强为50至100个大气压，温度1700℃至2000℃，高温高压的气体推动活塞做功 效率 效率较低20％至30％ 效率较高30％至45％ 用途 轻便，多用于汽车、飞机、小型农机具 笨重，多用于拖拉机、载重汽车、轮船等重型机械 经典例题 举一反三 题型1：热机的分类 【典例1】（2024·福建南平·一模）下列设备工作过程中使用热机的是（　　） A．“歼20”战斗机 B．亚运会比赛帆船 C．共享单车 D．航拍无人机 【变式1-1】（23-24九年级上·福建宁德·期末）近年来我国先进装备层出不穷，民族自豪感倍增。以下装备的动力装置不属于是热机的是（    ） A．玉兔号月球车 B．山东舰 C．歼20 D．长征五号火箭 【变式1-2】如图所示，下列工具工作过程中使用热机的是（　　） A．共享单车 B．战斗机 C．风车 D．皮划艇 题型2：汽油机的构造与工作过程 【典例2】（23-24九年级上·辽宁沈阳·期末）如图，四冲程汽油机在工作过程中，将机械能转化为内能的是（    ） A． B． C． D． 【变式2-1】（24-25九年级上·全国·假期作业）2024年春节期间多地发布了相关规定，允许在一定时间和区域内燃放烟花爆竹，以渲染过节热闹气氛。点燃爆竹后，它内部的化学物质剧烈燃烧，产生高温高压气体，冲破爆竹的外壳发爆炸。此过程与内燃机四个冲程中原理相似的是（　　） A． B． C． D． 【变式2-2】（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． 题型3：柴油机的构造与工作过程 【典例3】（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 【变式3-1】（23-24九年级上·湖南郴州·期末）关于柴油机和汽油机的下列说法中正确的是（　　） A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞B．进、排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程 C．柴油机在吸气冲程中将柴油和空气吸入汽缸 D．柴油机的压缩冲程中，内能转化为机械能 【变式3-2】（2024·江苏苏州·二模）柴油机的构造与汽油机类似，不同点在于柴油机有一个喷油嘴而没有火花塞，其压缩冲程结束时，气缸内气体被压缩为高温气体，温度超过柴油的燃点，此时由喷油嘴向气缸内喷入雾化的柴油，柴油迅速燃烧，从而推动活塞做功，则如图中图 是柴油机的做功冲程，柴油燃烧时将 能转化为 能。 题型4：热机工作过程中的能量转化问题 【典例4】（2024·广西柳州·三模）图为压缩活塞中的空气使它内能增加。选项热机中能量转化与甲相同的是（　　） A． B． C． D． 【变式4-1】（2024·湖南永州·二模）如图所示的实验装置中，一个装有适量水的试管通过橡胶塞密封。当水被加热一段时间后，橡胶塞被推出，同时管口出现了大量“白气”。下列说法正确的是（　　） A．管口出现的“白气”是水蒸气 B．水蒸气推出橡胶塞导致水蒸气内能增加 C．水被加热的过程中，其内能是通过热传递的方式改变的 D．水蒸气推出橡胶塞与汽油机压缩冲程能量转化情况相同 【变式4-2】（23-24九年级下·江苏徐州·阶段练习）如图甲所示，快速压下活塞，可观察到棉花着火燃烧。此过程中气体的内能 ，这与四冲程汽油机的 冲程的能量转化相同，若飞轮的转速为2400r/min，在1s内，汽油机做功 次。 题型5：内燃机工作过程中的计算问题 【典例5】（2024·山东德州·二模）如甲图所示的实验装置，当塞子从试管口喷出时，水蒸气的内能转化为塞子的 。这个能量转化过程与汽油机工作时图 （选填“乙”或“丙”）的能量转化过程一样，若一台单缸四冲程汽油机飞轮的转速为2400r/min，则该汽油机1s内对外做功 次。 【变式5-1】（22-23九年级上·湖北十堰·阶段练习）一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是 1800 r／min，该汽油机每秒钟完成 个工作循环，对外做功 次，完成能量转化 次。 【变式5-2】（2024·江苏·一模）如图所示，是汽油机工作循环中的 冲程，该冲程是通过 改变燃气的内能的，若飞轮的转速为1800r/min，则汽油机每秒钟内做了 次功。 巩固提高 一、单选题 1．（23-24九年级上·广西桂林·期中）科幻大片《流浪地球》中地球为了脱离木星，主人公点燃了木星上的可燃气体，从而将地球推离木星，其中“点燃木星将地球推开”的过程，相当于热机的做功冲程。下列机器中，不属于热机的是（　　） A．洗衣机 B．柴油机 C．火箭 D．蒸汽轮机 2．（23-24九年级上·安徽芜湖·阶段练习）下列机械中不属于热机的是（　　） A．洗衣机 B．汽油机 C．蒸汽机 D．火箭喷气发动机 3．（24-25九年级上·全国·假期作业）四冲程内燃机工作时，将内能转化成机械能的冲程是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 4．（21-22九年级上·山东临沂·期末）近年来，我国民用汽油发动机技术取得了长足进步，接近国际先进汽油发动机的水平。某品牌汽车以80km/h的速度匀速行驶时，仪表盘显示发动机转速是1800r/min，若做功冲程每次做功6000J，则下列有关该汽车发动机的说法正确的是（    ） A．每秒飞轮转60圈 B．发动机的输出功率是90kW C．每秒对外做功60次 D．一分钟完成900个冲程 5．（22-23九年级上·山东临沂·期末）单缸四冲程内燃机的四个冲程的示意图如图所示，下列关于这种内燃机一个工作循环中四个冲程的工作顺序排列正确的是（      ） A．甲、丙、乙、丁 B．丙、乙、丁、甲 C．丙、甲、乙、丁 D．丁、丙、甲、乙 6．（23-24九年级上·河北邢台·期末）下列说法中，正确的是（　　） A．柴油机的压缩冲程，主要是用热传递的方法增加了气缸内气体的内能 B．汽车发动机用水做冷却剂，主要是利用水密度大的特点 C．电动车的核心部件电动机属于热机的一种 D．柴油机和汽油机内的飞轮转动2周，完成一个循环 7．（23-24九年级上·山东枣庄·阶段练习）关于四冲程汽油机的工作过程有以下几种说法，以下说法中正确的是（　　） ①汽油机和柴油机的点火方式相同 ②在压缩冲程中，是机械能转化为内能 ③只有做功冲程是燃气对外做功 ④在做功冲程中，是内能转化为机械能 A．只有①②③ B．只有③④ C．只有②④ D．只有②③④ 8．（22-23九年级上·河南濮阳·阶段练习）北京时间2022年4月15日20时，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将中星6D卫星发射升空。卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。下列说法中正确的是（　　） A．火箭升空过程中，将机械能转化为内能 B．燃料燃烧时将内能转化为化学能 C．火箭使用液氢燃料，主要是因为液氢的比热容较大 D．火箭使用液氢燃料，主要是因为液氢的热值较大 二、填空题 9．（23-24九年级上·四川成都·期中）2023年10月26日，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火发射，神十七乘组飞赴苍穹。如图所示，火箭上升过程中，其能量转化与汽油机的 冲程相同。若飞轮转速是2400r/min，则该汽油机每秒对外做功 次。 10．（22-23九年级上·吉林长春·期中）建设具有国际先进水平的空间站，解决较大规模的、长期有人照料的空间站应用问题，是我国载人航天工程“三步走”发展战略中第三步的任务目标。火箭搭载载人飞船升空过程中，发动机的工作原理相当于四冲程内燃机的 冲程。此过程，火箭箭体与空气摩擦会发热，这是通过 方式改变箭体的内能。 11．（22-23九年级上·山东菏泽·期中）生活处处有物理。小朱发现汽车应用了大量物理知识。其发动机是由吸气、 、做功、 排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。一台单缸四冲程汽油机，当飞轮转速是2400r/min时， 它每秒钟对外做功 次。 12．（23-24九年级上·江苏无锡·期中）如图是汽油机工作过程中的 冲程，此过程中是 能转化为 能。一单缸四冲程汽油机的飞轮转速是3600r/min，则该汽油机每秒内对外做功 次。 13．（23-24八年级下·黑龙江齐齐哈尔·期末）某单缸四冲程汽油机的转速是600r/min，则1s内完成了 个工作循环，燃气做一次功的时间间隔是 s。 三、科普阅读题 14．（22-23九年级下·山西太原·开学考试）阅读短文，回答问题。 空气的动力 空气动力是指空气与物体做相对运动时作用在物体上的力，简称气动力。当我们快速地松开鼓起来的气球时，气球会“嗖”的一下飞出去，这时气球获得了气动力。 经过长时间探索，人们已经成功制造出多种使用压缩空气为动力，推动叶片或者活塞运动的发动机，即叶片式、活塞式空气发动机。如图，这是某新型以空气发动机为动力的汽车。它共有4个压缩空气缸，总容量为90L。可储存标准大气压下90m3的空气，其设计最高速度可达154km/h、平均每加一次气能行驶200km或10h。由于空气发动机不直接使用燃料，因而具有体积小、结构简单、维修成本低、操控方便、“零”排放的优点。即使因为技术不成熟导致某些缺点，在科学界引起不小的争议，但这项技术仍然具有广阔的发展空间。 （1）气动力的获得利用的物理原理是 ； （2）空气发动机是利用 能做功的，空气发动机获得动力时与四冲程 汽油机的冲程工作过程相似； （3）空气发动机以其诸多优点而具有广阔的发展空间，但是也存在一些需要解决的问题，请你指出该发动机应该朝哪个方向进行改进： （写出一个）。 四、计算题 15．（23-24九年级上·云南昭通·阶段练习）某四冲程内燃机，飞轮转速为300 r/min，活塞面积为120 cm2，行程s是0.3 m，假如做功冲程中燃气的平均压强是5×105 Pa。求： （1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力。 （2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功。 （3）内燃机的功率。 16．（22-23九年级上·天津和平·期中）郝伶俐同学看到一些小汽车的尾部都标有“0.8”“1.6”“1.8”或“2.0”等字样，她上网查询得知这是汽车发动机“排气量”的数值，所谓排气量就是发动机的工作容积，是指汽缸内活塞从下止点到达上止点所扫过的体积。一般情况下发动机的“排气量”越大，功率越大。汽车发动机每一个工作循环要经历四个冲程，带动曲轴转动2周，做功一次。如图现有一辆小轿车（四个汽缸）发动机排气量为V0，燃气每次对活塞的平均压强为p0；当该发动机以最大功率工作时，曲轴的转速为n0r/min。 （1）单个汽缸一秒内燃气做多少次功 （2）该汽油机一个做功冲程做功多少？ （3）该汽油机的功率是多少？ 17．（22-23九年级上·四川成都·阶段练习）如图所示四缸发动机工作原理，内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开。在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作。四缸发动机的主要技术指标如表所示，其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积是指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积与活塞上下运动的距离，当发动机以最大功率工作时，曲轴转速为6000r/min，汽油的热值为4.6×107J/kg，求： （1）这辆车发动机的单缸排量为多少； （2）做功冲程燃气对活塞的平均压强； （3）若该发动机转速为nr/min，汽缸内的平均压强为p0的汽车排量为V，那么汽车工作时的功率P为多少？（用n、p0、V表示） 排量 1.6L 最大功率 66kW 第 1 页 共 18 页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 14.1 热机 知识题型预览 利用高压锅煮饭，水开后，限压阀会挑起并转动。思考：这这一个过程中，为什么限压阀会跳起并转动，这里面包含哪些物理知识呢？ 学新知 习教材 知识点1：热机 1. 热机 （1）定义：如车、船、飞机等的发动机通过燃料燃烧，获得内能，并利用内能做功，像这样的机械叫热机。 （2）工作原理：利用内能来做功 （3）能量转化： （4）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。 2. 内燃机 燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机中最常见的是汽油机和柴油机两类。 知识点2：汽油机 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。 次序 1 2 3 4 冲程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 工作 示意图 气门开闭 进开、排闭 进闭、排闭 进闭、排闭 进闭、排开 活塞运动方向 向下 向上 向下 向上 曲轴的运动 半周 半周 半周 半周 冲程的 作用 吸入汽油和空气的混合物 压缩空气和汽油的混合物，使其内能增加、温度升高 火花塞点燃汽油，产生高温高压气体，推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功 排出废气 能的转化 机械能转化成内能 内能转化成机械能 说明 1个工作循环，包含4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴（或主轴）和飞轮运转2周，对外做功1次 【特别提示】 （1）汽油机在开始工作时，要靠外力先使曲轴、连杆转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动以后，汽油机才能连续工作； （2）在汽油机的一个工作循环中，包含4个冲程，活塞往复运动两次（两圈），曲轴转动两周，对外做功一次，巧记为“1-4-2-2-1”； （3）在四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，将内能转化为机械能，其他三个冲程是靠飞轮的惯性来完成的，故飞轮的质量要足够大； 知识点3：柴油机 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 3. 汽油机和柴油机的异同点 不同点 相同点 项目 汽油机 柴油机 （1）构造基本相同都是燃料在气缸内燃烧，都是内燃机。 （2）都将内能转化为机械能。 （3）每一个工作循环都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。 构造 汽缸顶部有火花塞 汽缸顶部有喷油嘴 点火 方式 压缩冲程末由火花塞放出电火花点燃，称点燃式 压缩冲程末由喷油嘴向汽缸内喷雾状柴油遇到高温高压的空气自动燃烧，称压燃式 燃料 汽油、吸气冲程吸进汽油和空气混合物 柴油、吸气冲程吸进汽缸的只是空气 压缩比 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1/9至1/6 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1/22至1/16 做功 做功冲程初燃气压强为30至50个大气压，温度2000℃至2500℃，高温高压的气体推动活塞做功 做功冲程初燃气压强为50至100个大气压，温度1700℃至2000℃，高温高压的气体推动活塞做功 效率 效率较低20％至30％ 效率较高30％至45％ 用途 轻便，多用于汽车、飞机、小型农机具 笨重，多用于拖拉机、载重汽车、轮船等重型机械 经典例题 举一反三 题型1：热机的分类 【典例1】（2024·福建南平·一模）下列设备工作过程中使用热机的是（　　） A．“歼20”战斗机 B．亚运会比赛帆船 C．共享单车 D．航拍无人机 【答案】A 【详解】热机是把内能转化为机械能的装置。 A．战斗机中的柴油机是热机的一种，将内能转化为机械能，故A符合题意； BC．亚运会比赛帆船、共享单车是消耗人体的化学能转化为机械能的，故BC不符合题意； D．航拍无人机是利用电动机工作的，将电能转化为机械能，故D不符合题意。 故选A。 【变式1-1】（23-24九年级上·福建宁德·期末）近年来我国先进装备层出不穷，民族自豪感倍增。以下装备的动力装置不属于是热机的是（    ） A．玉兔号月球车 B．山东舰 C．歼20 D．长征五号火箭 【答案】A 【详解】山东舰、歼20、长征五号火箭都是利用热机提供动力的。因为月球上没有空气，且对动力要求是非常高，所以玉兔号月球车是利用电动机来提供动力的。故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 【变式1-2】如图所示，下列工具工作过程中使用热机的是（　　） A．共享单车 B．战斗机 C．风车 D．皮划艇 【答案】B 【详解】热机是把内能转化为机械能的装置。 ACD．自行车是消耗人体的化学能转化为自行车的机械能，风车是将风能（机械能）转化为电能，皮划艇消耗的人的化学能，故ACD不符合题意； B．战斗机的发动机是热机的一种，将内能转化为机械能，故B符合题意。 故选B。 题型2：汽油机的构造与工作过程 【典例2】（23-24九年级上·辽宁沈阳·期末）如图，四冲程汽油机在工作过程中，将机械能转化为内能的是（    ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．吸气冲程中没有发生能量的转化，故A错误，不符合题意； B．图中为做功冲程，气体对活塞做功，把内能转化为活塞的机械能，故B错误，不符合题意 C．在压缩冲程中，活塞压缩汽油与空气形成的燃料混合物，活塞对气体做功，将机械能转化为气体的内能，故C正确，符合题意； D．排气冲程中没有发生能量的转化，故D错误，不符合题意。 故选C。 【变式2-1】（24-25九年级上·全国·假期作业）2024年春节期间多地发布了相关规定，允许在一定时间和区域内燃放烟花爆竹，以渲染过节热闹气氛。点燃爆竹后，它内部的化学物质剧烈燃烧，产生高温高压气体，冲破爆竹的外壳发爆炸。此过程与内燃机四个冲程中原理相似的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】高压燃气瞬间冲破鞭炮的过程是将内能转化为机械能；在热机的做功冲程中，内能转化为机械能，所以与热机的做功冲程的原理相似。 A．进气门打开，排气门关闭，是吸气冲程，故A不符合题意； B．两气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，故B不符合题意； C．进气门关闭，排气门打开，是排气冲程，故C不符合题意； D．两气门关闭，活塞向下运动，火花塞点火，是做功冲程，故D符合题意。 故选D。 【变式2-2】（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． 【答案】C 【详解】点燃蜡烛时，气体温度升高，热空气就会向上运动，运动的热空气对外做功，能量的转化方式是内能转化为机械能，四冲程汽油机的做功冲程能量的转化方式是内能转化为机械能，所以与做功冲程的能量转化相同。 A．进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，故A不符合题意； B．进气门、排气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，故B不符合题意； C．进气门、排气门关闭，活塞向下运动，火花塞工作，是做功冲程，故C符合题意； D．进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，故D不符合题意； 故选C。 题型3：柴油机的构造与工作过程 【典例3】（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 【答案】B 【详解】AB．根据图示可知，两个气门关闭，活塞下行，汽缸顶部的火花塞产生电火花，为做功冲程，故A错误、B正确； CD．根据图示可知，进气门打开、排气门关闭，活塞下行，为吸气冲程；气缸的顶部有个喷油嘴，是柴油机的吸气冲程，吸入的只是空气，故CD错误。 故选B。 【变式3-1】（23-24九年级上·湖南郴州·期末）关于柴油机和汽油机的下列说法中正确的是（　　） A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞B．进、排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程 C．柴油机在吸气冲程中将柴油和空气吸入汽缸 D．柴油机的压缩冲程中，内能转化为机械能 【答案】B 【详解】A．汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，故A错误； B．做功冲程和压缩冲程中，进气门和排气门都是关闭的，故B正确； C．柴油机在吸气冲程中将空气吸入汽缸，故C错误； D．柴油机的压缩冲程中，活塞对气缸内的气体做功，将机械能转化为内能，故D错误。 故选B。 【变式3-2】（2024·江苏苏州·二模）柴油机的构造与汽油机类似，不同点在于柴油机有一个喷油嘴而没有火花塞，其压缩冲程结束时，气缸内气体被压缩为高温气体，温度超过柴油的燃点，此时由喷油嘴向气缸内喷入雾化的柴油，柴油迅速燃烧，从而推动活塞做功，则如图中图 是柴油机的做功冲程，柴油燃烧时将 能转化为 能。 【答案】 甲 化学 内 【详解】[1]图中甲图燃料燃烧，气体对外做功，内能转化为机械能，活塞向下移动，所以图甲表示的是做功冲程。 [2][3]柴油燃烧时向外放热，将储存的化学能转化为内能。 题型4：热机工作过程中的能量转化问题 【典例4】（2024·广西柳州·三模）图为压缩活塞中的空气使它内能增加。选项热机中能量转化与甲相同的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】压缩活塞中的空气使它内能增加，将机械能转化为内能。 A．冲程的火花塞点火，为做功冲程，将内能转化为机械能，故A不符合题意； B．两气阀关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能，故B符合题意； C．吸气阀开启，为吸气冲程，没有能量转化，故C不符合题意； D．排气阀开启，为排气冲程，没有能量转化，故D不符合题意。 故选B。 【变式4-1】（2024·湖南永州·二模）如图所示的实验装置中，一个装有适量水的试管通过橡胶塞密封。当水被加热一段时间后，橡胶塞被推出，同时管口出现了大量“白气”。下列说法正确的是（　　） A．管口出现的“白气”是水蒸气 B．水蒸气推出橡胶塞导致水蒸气内能增加 C．水被加热的过程中，其内能是通过热传递的方式改变的 D．水蒸气推出橡胶塞与汽油机压缩冲程能量转化情况相同 【答案】C 【详解】A．管口出现的“白气”是水蒸气液化形成的小水滴，故A错误； B．水蒸气推出橡胶塞，水蒸气对外做功导致水蒸气内能减少，故B错误； C．用酒精灯给水加热，酒精燃烧时是将化学能转化为内能，是通过热传递的方式使得试管和试管内水的内能增加的，故C正确； D．试管内水蒸气将软木塞冲出的实验过程中，利用内能做功，将水蒸气的内能转化为软木塞的机械能；汽油机的压缩冲程是将机械能转化成内能，两者的能量转化形式不同，故D错误。 故选C。 【变式4-2】（23-24九年级下·江苏徐州·阶段练习）如图甲所示，快速压下活塞，可观察到棉花着火燃烧。此过程中气体的内能 ，这与四冲程汽油机的 冲程的能量转化相同，若飞轮的转速为2400r/min，在1s内，汽油机做功 次。 【答案】 增大 压缩 20 【详解】[1][2]在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小团干燥的棉花，快速压下活塞，棉花燃烧起来；该过程中压缩筒内空气做功，使空气的温度升高、内能增；该实验中，活塞的机械能转化为筒内空气的内能，与内燃机压缩冲程的能量转化相同。 [3]根据题意知道，飞轮转速为2400r/min即40r/s，即飞轮每秒钟转40圈，由于一个工作循环飞轮转2圈，完成4个冲程，做功1次，所以1s内飞轮转40圈，完成80个冲程，共做功20次。 题型5：内燃机工作过程中的计算问题 【典例5】（2024·山东德州·二模）如甲图所示的实验装置，当塞子从试管口喷出时，水蒸气的内能转化为塞子的 。这个能量转化过程与汽油机工作时图 （选填“乙”或“丙”）的能量转化过程一样，若一台单缸四冲程汽油机飞轮的转速为2400r/min，则该汽油机1s内对外做功 次。 【答案】 机械能（或动能） 乙 20 【详解】[1][2][3]当试管内水被酒精灯加热后，水蒸气的内能逐渐增大，最后会把塞子冲出去，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，汽油机的做功冲程是汽油燃烧产生的内能转化为曲轴的机械能，因此这一现象与做功冲程能量转化相同，图乙中两气门关闭，活塞下行，火花塞有火花，是做功冲程，若一台单缸四冲程汽油机飞轮的转速为2400r/min，则1s内汽油机曲轴转动次数为40，一个工作循环中，曲轴转动两周，对外做功一次，所以汽油机1s内对外做功20次。 【变式5-1】（22-23九年级上·湖北十堰·阶段练习）一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是 1800 r／min，该汽油机每秒钟完成 个工作循环，对外做功 次，完成能量转化 次。 【答案】 15 15 30 【详解】[1][2][3]内燃机完成1个工作循环，完成四个冲程，飞轮转2转，完成2次能量转化，对外做功1次；1800r/min=30r/s，即每秒完成15个工作循环，完成60个冲程，对外做功15次，完成能量转化30次。 【变式5-2】（2024·江苏·一模）如图所示，是汽油机工作循环中的 冲程，该冲程是通过 改变燃气的内能的，若飞轮的转速为1800r/min，则汽油机每秒钟内做了 次功。 【答案】 做功 做功 15 【详解】[1][2]根据图像可知，进气门、排气门关闭，活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功，所以为做功冲程。该冲程通过做功改变燃气的内能。 [3]一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min，说明1min飞轮转1800r，飞轮每转2周做功一次，则飞轮每分钟做功900次，每秒钟做功（次） 巩固提高 一、单选题 1．（23-24九年级上·广西桂林·期中）科幻大片《流浪地球》中地球为了脱离木星，主人公点燃了木星上的可燃气体，从而将地球推离木星，其中“点燃木星将地球推开”的过程，相当于热机的做功冲程。下列机器中，不属于热机的是（　　） A．洗衣机 B．柴油机 C．火箭 D．蒸汽轮机 【答案】A 【详解】A．洗衣机是将电能转化为机械能，不是热机，故A符合题意； B．柴油机是将内能转化为机械能，属于热机，故B不符合题意； C．火箭是将内能转化为机械能，属于热机，故C不符合题意； D．蒸汽轮机是将内能转化为机械能，属于热机，故D不符合题意。 故选A。 2．（23-24九年级上·安徽芜湖·阶段练习）下列机械中不属于热机的是（　　） A．洗衣机 B．汽油机 C．蒸汽机 D．火箭喷气发动机 【答案】A 【详解】A．洗衣机中是利用电动机来驱动的，故A符合题意； BCD．汽油机、火箭喷气发动机都属于热机，故BCD不符合题意。 故选A。 3．（24-25九年级上·全国·假期作业）四冲程内燃机工作时，将内能转化成机械能的冲程是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】C 【详解】在四冲程内燃机工作时，压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程将内能转化为机械能，吸气冲程和排气冲程没有发生能量转化。 故选C。 4．（21-22九年级上·山东临沂·期末）近年来，我国民用汽油发动机技术取得了长足进步，接近国际先进汽油发动机的水平。某品牌汽车以80km/h的速度匀速行驶时，仪表盘显示发动机转速是1800r/min，若做功冲程每次做功6000J，则下列有关该汽车发动机的说法正确的是（    ） A．每秒飞轮转60圈 B．发动机的输出功率是90kW C．每秒对外做功60次 D．一分钟完成900个冲程 【答案】B 【详解】ACD．汽油机一个工作循环有4个冲程，飞轮转2圈，对外做功一次。仪表盘显示发动机转速是 1800r/min=30r/s 因此每秒飞轮转30圈，对外做功15次，完成60个冲程。那么一分钟可完成3600个冲程。故ACD错误； B．若做功冲程每次做功6000J，一个工作循环做一次功，时间是s。那么发动机的输出功率是 故B正确。 故选B。 5．（22-23九年级上·山东临沂·期末）单缸四冲程内燃机的四个冲程的示意图如图所示，下列关于这种内燃机一个工作循环中四个冲程的工作顺序排列正确的是（      ） A．甲、丙、乙、丁 B．丙、乙、丁、甲 C．丙、甲、乙、丁 D．丁、丙、甲、乙 【答案】B 【详解】图甲中，进气门关闭，排气门打开，活塞上行，为排气冲程；图乙中，两气门关闭，活塞上行，为压缩冲程；图丙中，进气门打开，排气门关闭，活塞下行，为吸气冲程；图丁中，两气门关闭，活塞下行，为做功冲程；内燃机一个工作循环中四个冲程的工作顺序排列正确的是丙、乙、丁、甲，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 6．（23-24九年级上·河北邢台·期末）下列说法中，正确的是（　　） A．柴油机的压缩冲程，主要是用热传递的方法增加了气缸内气体的内能 B．汽车发动机用水做冷却剂，主要是利用水密度大的特点 C．电动车的核心部件电动机属于热机的一种 D．柴油机和汽油机内的飞轮转动2周，完成一个循环 【答案】D 【详解】A．柴油机的压缩冲程中，活塞对混合物做功，通过做功的方式增加了气缸内气体的内能，故A错误； B．水的比热容大，等质量的水和其他物质，吸收相同的热量，水温度升高的小，所以汽车发动机用水做冷却剂，故B错误； C．电动机主要是将电能转化为机械能，而热机是将内能转化为机械能，所以电动车的核心部件电动机不属于热机，故C错误； D．汽油机和柴油机一个工作循环，四个冲程，飞轮转两圈，做一次功，故D正确。 故选D。 7．（23-24九年级上·山东枣庄·阶段练习）关于四冲程汽油机的工作过程有以下几种说法，以下说法中正确的是（　　） ①汽油机和柴油机的点火方式相同 ②在压缩冲程中，是机械能转化为内能 ③只有做功冲程是燃气对外做功 ④在做功冲程中，是内能转化为机械能 A．只有①②③ B．只有③④ C．只有②④ D．只有②③④ 【答案】D 【详解】①汽油机和柴油机的点火方式不同，汽油机中有火花塞，采用的是点燃式点火；而柴油机是喷油嘴喷出雾状柴油，进行压燃式点火，故①错误； ②在压缩冲程中，是机械能转化为内能，故②正确； ③在汽油机和柴油机的四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，故③正确； ④在做功冲程中，是内能转化为机械能，故④正确。 故选D。 8．（22-23九年级上·河南濮阳·阶段练习）北京时间2022年4月15日20时，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将中星6D卫星发射升空。卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。下列说法中正确的是（　　） A．火箭升空过程中，将机械能转化为内能 B．燃料燃烧时将内能转化为化学能 C．火箭使用液氢燃料，主要是因为液氢的比热容较大 D．火箭使用液氢燃料，主要是因为液氢的热值较大 【答案】D 【详解】A．火箭升空过程中，燃料燃烧释放出的内能转化为火箭的机械能，故A错误； B．燃料燃烧时将化学能转化为内能，故B错误； CD．发射火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的氢时，可以释放出更多的热量，故C错误，D正确。 故选D。 二、填空题 9．（23-24九年级上·四川成都·期中）2023年10月26日，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火发射，神十七乘组飞赴苍穹。如图所示，火箭上升过程中，其能量转化与汽油机的 冲程相同。若飞轮转速是2400r/min，则该汽油机每秒对外做功 次。 【答案】 做功 20 【详解】[1]火箭点火升空过程中把燃气的内能转化为火箭的机械能，汽油机中将内能转化为的机械能的冲程是做功冲程。 [2]汽油机的转速为2400r/min，说明1s内汽油机曲轴的转动40次。一个工作循环中，曲轴转动两周，对外做功一次，1s内曲轴转动40次，则该汽油机每秒对外做功20次。 10．（22-23九年级上·吉林长春·期中）建设具有国际先进水平的空间站，解决较大规模的、长期有人照料的空间站应用问题，是我国载人航天工程“三步走”发展战略中第三步的任务目标。火箭搭载载人飞船升空过程中，发动机的工作原理相当于四冲程内燃机的 冲程。此过程，火箭箭体与空气摩擦会发热，这是通过 方式改变箭体的内能。 【答案】 做功 做功 【详解】[1]火箭升空过程中，火箭发动机工作，将内能转化为机械能，这一过程与内燃机做功冲程工作原理相同。 [2]通过题干可知火箭升空过程中，空气与火箭箭体摩擦发热，摩擦属做功的一种，故这是通过做功改变箭体的内能。 11．（22-23九年级上·山东菏泽·期中）生活处处有物理。小朱发现汽车应用了大量物理知识。其发动机是由吸气、 、做功、 排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。一台单缸四冲程汽油机，当飞轮转速是2400r/min时， 它每秒钟对外做功 次。 【答案】 压缩 20 【详解】[1]热机是由吸气冲程、压缩冲程、做工冲程、排气冲程不断循环来保证连续工作的。 [2]一台单缸四冲程汽油机，当飞轮转速是2400r/min时，则每秒钟飞轮的转速为40r/s，已知飞轮每转2转，对外做功1次，则该单缸四冲程汽油机，每秒钟对外做功20次。 12．（23-24九年级上·江苏无锡·期中）如图是汽油机工作过程中的 冲程，此过程中是 能转化为 能。一单缸四冲程汽油机的飞轮转速是3600r/min，则该汽油机每秒内对外做功 次。 【答案】 做功 内 机械 30 【详解】[1][2][3]由题中示意图可知：两气门关闭，火花塞上冒出电火花，活塞向下运动，是做功冲程，做功冲程中将混合气体剧烈燃烧产生的高温高压的燃气内能转化为活塞运动的机械能。 [4]汽油机的转速为3600r/min，说明1s内汽油机曲轴的转动次数等于60r，一个工作循环中，曲轴转动两周，对外做功一次，故1s内曲轴转动60圈，对外做功30次。 13．（23-24八年级下·黑龙江齐齐哈尔·期末）某单缸四冲程汽油机的转速是600r/min，则1s内完成了 个工作循环，燃气做一次功的时间间隔是 s。 【答案】 5 0.2 【详解】[1][2] 四冲程汽油机一个工作循环活塞往复2次，飞轮转动2周，做功1次，完成4个冲程。飞轮转速是600r/min，则1s内飞轮转10圈，1s内活塞共来回10次，完成5个工作循环，燃气做一次功的时间间隔为 三、科普阅读题 14．（22-23九年级下·山西太原·开学考试）阅读短文，回答问题。 空气的动力 空气动力是指空气与物体做相对运动时作用在物体上的力，简称气动力。当我们快速地松开鼓起来的气球时，气球会“嗖”的一下飞出去，这时气球获得了气动力。 经过长时间探索，人们已经成功制造出多种使用压缩空气为动力，推动叶片或者活塞运动的发动机，即叶片式、活塞式空气发动机。如图，这是某新型以空气发动机为动力的汽车。它共有4个压缩空气缸，总容量为90L。可储存标准大气压下90m3的空气，其设计最高速度可达154km/h、平均每加一次气能行驶200km或10h。由于空气发动机不直接使用燃料，因而具有体积小、结构简单、维修成本低、操控方便、“零”排放的优点。即使因为技术不成熟导致某些缺点，在科学界引起不小的争议，但这项技术仍然具有广阔的发展空间。 （1）气动力的获得利用的物理原理是 ； （2）空气发动机是利用 能做功的，空气发动机获得动力时与四冲程 汽油机的冲程工作过程相似； （3）空气发动机以其诸多优点而具有广阔的发展空间，但是也存在一些需要解决的问题，请你指出该发动机应该朝哪个方向进行改进： （写出一个）。 【答案】 物体间力的作用是相互的 内 做功 减小空气缸的体积/增加续航里程 【详解】（1）[1]根据题意，空气动力是指空气与物体做相对运动时作用在物体上的力，简称气动力，由此可知，气动力的获得利用的物理原理是物体间力的作用是相互的。 （2）[2][3]由题意可知，空气能发动机工作时将内能转化为机械能，而四冲程汽油机的做功冲程也是将内能转化为机械能，所以空气能发动机获得动力时与四冲程汽油机的做功冲程的工作过程相似。 （3）[4]由题意可知，它共有4个压缩空气缸，总容量为90L。可储存标准大气压下90m3的空气，其设计最高速度可达154km/h、平均每加一次气能行驶200km或10h。因此该发动机应该朝减小空气缸的体积或增加续航里程进行改进。 四、计算题 15．（23-24九年级上·云南昭通·阶段练习）某四冲程内燃机，飞轮转速为300 r/min，活塞面积为120 cm2，行程s是0.3 m，假如做功冲程中燃气的平均压强是5×105 Pa。求： （1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力。 （2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功。 （3）内燃机的功率。 【答案】（1）6000 N；（2）1800 J；（3）4500 W 【详解】解：（1）活塞的面积 S＝120 cm2＝0.012 m2 由得，做功冲程中燃气对活塞的平均压力 F＝pS＝5×105 Pa×0.012 m2＝6000 N （2）气体每次膨胀对活塞做的功 W′＝Fs＝6000 N×0.3 m＝1800 J （3）300 r/min表示每分钟曲轴转动300转，每两转对外做功一次，所以每分钟做功150次，内燃机每分钟做的功 W＝150W′＝150×1800 J＝2.7×105 J 则内燃机的功率 答：（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力为6000N； （2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功为1800J； （3）内燃机的功率为4500W。 16．（22-23九年级上·天津和平·期中）郝伶俐同学看到一些小汽车的尾部都标有“0.8”“1.6”“1.8”或“2.0”等字样，她上网查询得知这是汽车发动机“排气量”的数值，所谓排气量就是发动机的工作容积，是指汽缸内活塞从下止点到达上止点所扫过的体积。一般情况下发动机的“排气量”越大，功率越大。汽车发动机每一个工作循环要经历四个冲程，带动曲轴转动2周，做功一次。如图现有一辆小轿车（四个汽缸）发动机排气量为V0，燃气每次对活塞的平均压强为p0；当该发动机以最大功率工作时，曲轴的转速为n0r/min。 （1）单个汽缸一秒内燃气做多少次功 （2）该汽油机一个做功冲程做功多少？ （3）该汽油机的功率是多少？ 【答案】（1）（2）；（3） 【详解】解：（1）当该发动机以最大功率工作时，曲轴的转速为 由于汽车发动机每一个工作循环要经历四个冲程，带动曲轴转动2周，做功一次，所以单个汽缸一秒内燃气做功次数 （2）假设活塞的横截面积为S，活塞从下止点到达上止点所运动的路程为L，燃气对活塞的平均压力F=p0S 发动机排气量为V0，一个汽缸排气量是，汽油机一个做功冲程所做的功 （3）汽缸一秒内燃气所做的功 汽缸做功的功率 答：（1）单个汽缸一秒内燃气做功次数是； （2）该汽油机一个做功冲程做功是； （3）该汽油机的功率是。 17．（22-23九年级上·四川成都·阶段练习）如图所示四缸发动机工作原理，内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开。在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作。四缸发动机的主要技术指标如表所示，其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积是指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积与活塞上下运动的距离，当发动机以最大功率工作时，曲轴转速为6000r/min，汽油的热值为4.6×107J/kg，求： （1）这辆车发动机的单缸排量为多少； （2）做功冲程燃气对活塞的平均压强； （3）若该发动机转速为nr/min，汽缸内的平均压强为p0的汽车排量为V，那么汽车工作时的功率P为多少？（用n、p0、V表示） 排量 1.6L 最大功率 66kW 【答案】（1）4×10-4m3；（2）8.25×105Pa；（3） 【详解】解：（1）因为四缸总排量为1.6L，单缸排量 （2）曲轴转速为 该内燃机在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，则曲轴每转一周，做功两次，即每秒对外做功200次，则做一次功所需时间为0.005s，在一个做功冲程里，燃气对活塞做的功 由 可得燃气对活塞的压强 （3）在发动机中，飞轮转2周完成一个工作循环，所以发动机转速为nr/min时，完成个工作循环，每个工作循环所需要的时间为 设做功冲程燃气对活塞的平均压强为p0，发动机排量为V，则一个活塞的排气量，做功冲程中燃气对一个活塞的平均压力，每个做功冲程燃气对一个活塞做的功 发动机转速为nr/s时，燃气对活塞做功的功率 由于发动机有4个汽缸，所以燃气对活塞做功的总功率 答：（1）这辆车发动机的单缸排量为4×10﹣4m3； （2）做功冲程燃气对活塞的平均压强8.25×105Pa； （3）若该发动机转速为nr/min，汽缸内的平均压强为p0，的汽车排量为V，那么汽车工作时的功率P为。 第 1 页 共 18 页 学科网（北京）股份有限公司 $$