12.4热机与社会发展（知识框架+知识点解读+考点解析+巩固训练）-2024～2025学年九年级物理上册同步点拨与训练（沪粤版，广东专用）

12.4 热机与社会发展（原卷版） 一、热机 1.热机 （1）热机：各种利用内能做功的机械叫做热机。 （2）种类：蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气发动机和火箭发动机等。 （3）能量转化：化学能转化为内能，内能再转化为机械能。 二、汽油机 1.概念 汽油机是用汽油作燃料，使汽油在机器内部燃烧，从而将内能转化为机械能的一种热机。 2.汽油机的构造 （1）由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆、飞轮组成。 （2）汽油机主要部件的作用 3.工作过程 （1）冲程：汽油机在工作时，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 （2）四个冲程：汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 （3）汽油机的工作过程 冲程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 工作示意图 特点 进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，将汽油和空气的混合气吸入气缸。 进气门和排气门都关闭，活塞由下向上运动，压缩混合气，使混合气的温度升高。 在压缩冲程末，火花塞产生火花，混合气猛烈燃烧，形成高温高压气体推动活塞向下，对外做功。 进气门关闭，排气门打开活塞向上运动，将废气排出。 能量转化（转移） 机械能转化为内能 （燃料化学能转化为内能）内能转化为机械能 废气带走大部分内能 点拨 （1）在四个冲程中压缩冲程涉及的能量转化：机械能转化为内能。做功冲程涉及的主要能量转化：内能转化为机械能。 （2）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。 4.柴油机和汽油机的比较 汽油机 柴油机 不同点 结构图 吸气冲程 吸入的是空气和汽油的混合物 吸入的只有空气 压缩冲程 压缩程度较柴油机低 压缩程度高 做功冲程 火花塞点火（点燃式） 喷油嘴喷出柴油（压燃式） 相同点 排气冲程 把废气排出气缸 三、热机的效率 （1）定义：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率（η）。（比值定义法） （2）计算公式： （3）物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。 （4）提高热机效率的方法 ①使燃料充分燃烧；②尽量减少各种热量损失；③利用废气的能量；（废气带走的能量最多）④注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。 四、热机与环境 1.所有热机工作时都要排放废气。热机排出的废气不仅温度高于环境温度，而且还含有一氧化碳、二氧化氮、二氧化碳、微粒等各种对人体有害的物质，对环境造成污染，影响人们的身体健康和动植物的生存。 2.减少热机排放出的有害物质，控制废气的排放总量，已成为热机发展与环境保护的重要举措。 3.不断提高汽油、柴油的品质，从源头上减少热机有害物质的排放。 【方法点拨】（1）看进气门和排气门的开关情况：若两气门都关闭，则内燃机处于压缩或做功冲程；若进气门打开，内燃机处于吸气冲程，若排气门打开，内燃机处于排气冲程。 （2）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，内燃机处于吸气或做功冲程。 （3）看火花塞点燃情况：有火花则是做功冲程，没有火花时其他冲程。 （4）四冲程汽油机一个工作循环包括4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴转2圈，对外做功1次。 1．（23-24九年级上·广东佛山·阶段练习）如图所示是四冲程汽油机的其中一个冲程的剖面图，下列说法正确的是（　　） A．该冲程是做功冲程 B．该冲程过程中汽缸内混合气体内能增加 C．该冲程过程中内能转化成机械能 D．该冲程过程能给外界提供动力 2．（23-24九年级上·广东河源·期中）如图所示是四冲程汽油机工作时的 冲程，此过程中通过做功方式使气缸内燃料混合物的内能 （选填“增大”或“减小”），若其工作时，曲轴转速为，此汽油机1s内完成 个排气冲程。 【方法点拨】（1）结构上：汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴。 （2）吸气冲程：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）压缩冲程：柴油机压缩程度大。 3．（23-24九年级上·广东韶关·阶段练习）关于四冲程内燃机，下列说法正确的是（　　） A．汽油机和柴油机都是内燃机，但吸入汽缸的物质不相同 B．汽油机和柴油机都是通过火花塞点火的 C．燃料在汽缸内猛烈燃烧，燃料热值迅速减小 D．压缩冲程主要是通过做功的方式减小缸内气体的内能 4．（22-23九年级下·广东佛山·阶段练习）关于汽油机和柴油机描述正确的是（　　） A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞 B．柴油机在吸气冲程中，柴油和空气的混合物进入汽缸 C．做功冲程中，燃料释放的能量100%转化为机械能 D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的大部分能量 【方法点拨】对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功W有用，故热机的效率公式又可写成：。 5．（23-24九年级上·广东江门·阶段练习）氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，被认为是22世纪最理想的能源。[c水＝4.2×103J/（kg·℃）；q氢＝1.4×108J/kg）求： （1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少； （2）若这些热量有50%被质量为200kg的水吸收，则水升高的温度为多少； （3）某氢能源公交车以140kW的恒定功率做匀速行驶，如果0.3kg的氢燃料完全燃烧获得热量和公交车所做的功相等，则这些热量能让该公交车匀速行驶多长时间。 4．（23-24九年级上·广东佛山·阶段练习）一辆质量为500kg的汽车，在平直的公路上以20m/s的速度匀速行驶，汽车受到的阻力为车重力的。求： （1）汽车的牵引力； （2）汽车的牵引力在5min内做的功； （3）若汽车发动机的热效率为40%，则在这段时间内要完全燃烧多少kg的汽油？（g取10N/kg，汽油的热值为4.6×107J/kg） 1．（2023·广东清远·二模）如图是四冲程汽油机的工作原理图，关于汽油机正确的是（    ） A．一个工作循环的顺序是甲乙丙丁 B．丁图是机械能转化为内能 C．获得动力的是乙图冲程 D．丙图吸入的是空气 2．（23-24九年级上·广东佛山·阶段练习）改变内能有不同的方式，图（甲）是在一个配有活塞的厚壁玻璃筒里放一小团蘸了乙醚的棉花，当迅速压下活塞时，可看见筒内棉花燃烧起来。这是通过 方式使玻璃筒内的空气 增加，温度升高，达到棉花的燃点，使棉花燃烧。图（乙）的能量转化方式与汽油机的 冲程相同。 3．（23-24九年级上·广东佛山·阶段练习）如题图所示为内燃机的四个冲程，顶端有火花塞，这是 （选填“汽油机”或“柴油机”），其中做功冲程的是图 ，当燃油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的工作效率将 （选填“升高”“不变”或“降低”）。 4．（23-24九年级上·广东茂名·阶段练习）汽车是现代社会一个重要工具，也是科技的化身。其中发动机是汽车的心脏。 （1）如图是汽车发动机一个缸的四个冲程中，其正确的顺序是 。 （2）为了不让汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一个水套，这是通过 的方式减少汽缸内能的；若汽油机的汽缸在温度升高的过程中，水套中的水不断吸收热量，当50kg的水从30℃升温到50℃，计算可知水吸收的热量为 J[已知水的比热容为]。 （3）某品牌国产汽车在平直的公路上匀速行驶了9×103m，消耗汽油2kg。已知该汽车发动机的牵引力为3000N，汽油的热值。假设汽油在发动机气缸内完全燃烧，求该汽车在匀速行驶的过程中： ①汽车发动机牵引力所做的功 J； ②这段时间内汽油完全燃烧放出的热量 J； ③该汽车发动机的效率为 。 5．（23-24九年级上·广东江门·阶段练习）（1）汽车上很多地方都用到了物理知识，下列现象所对应的解释不合理的是 ： A．打开油箱盖会闻到汽油的味道——扩散现象 B．环保汽车使用气体燃料——减少对大气的污染 C．空调车车窗玻璃设计为双层——减少车内外热量的传递 D．小排量的车一般经济省油——发动机的效率低 （2）汽油机工作过程中的四个冲程，产生动力的是 冲程。如图所示，与其冲程对应的是 图； A．         B．            C．            D． （3）一台单缸四冲程汽油机，若飞轮转速是 1200 r/min，该汽油机每秒钟内完成 个冲程，对外做功 次； （4）汽油机在 冲程将机械能转化为内能；汽车行驶过程中，油箱内汽油越来越少，汽油的热值 （选填“变小”“不变”或“变大”）。 6．（23-24九年级上·广东惠州·期末）周末，小惠一家人驾车出门旅行，已知该汽油小汽车以20m/s的速度匀速行驶时，发动机的功率为，发动机的效率为30%。若汽车以此速度行驶，求： （1）行驶时间是多少？ （2）牵引力做的功是多少？ （3）消耗汽油的质量是多少？（汽油的热值） 7．（23-24九年级上·广东惠州·阶段练习）阅读短文，回答问题 汽油发动机 汽油发动机是以汽油作为燃料，将化学能最终转化成机械能的发动机。汽油机的特点是转速高、结构简单、质量轻、造价低廉、运转平稳、使用维修方便。汽油机在汽车上，特别是小型汽车上大量使用。 市场上汽油机的热效率普遍在35%左右，达到40%的少之又少。现在最先进的汽油机，采用了无火花塞的HCCI，也就是均质压燃燃烧技术，压缩比达到了18∶1，热效率高达50%，综合平均油耗为3.6 L/100 km。 （1）汽油工作时把燃料的化学能转化为 能，再转化为汽车的 能； （2）如图是汽油机的四个冲程，一个汽缸正常工作时，四个冲程的顺序是 （对甲、乙、丙、丁重新排序）；若汽油机飞轮转速为1200r/min，则l s内完成 个冲程； （3）汽油机的防冻冷却液是由水和某种防冻剂混合而成的。这是利用了水的 的特点，在水中加入防冻剂可以降低水的 （选填“凝固点”或“沸点”）； （4）使用现在最先进汽油机的汽车，综合平均油耗为3.6 L/100 km，在相同条件下使用热效率为40%的发动机，汽车的综合平均油耗为 L/100 km。 1．（2024·广东深圳·一模）小明为吹好的气球嘴部系线时，不小心令气球呼啸飞出。他及时捡起气球，发现它喷气的嘴部温度和原来相比 （填“变高”、“没有变化”或“变低”）。汽油机在工作时 冲程与这一过程中能量的转化是一致的。汽油机工作时飞轮转速为2400r/min，则每秒汽油机对外做功 次。 2．（2024·四川泸州·一模）如图所示是某单缸四冲程汽油机工作状态的示意图，它正处在 冲程，若以该汽油机为动力的汽车质量为1150kg，汽车以20m/s的速度匀速直线行驶10km，消耗汽油1kg，汽车匀速行驶时所受阻力为重力的0.1倍。则汽车匀速行驶时牵引力做功的功率为 W，该汽车的效率为 %（已知汽油的热值为4.6×107J/kg）。 3．（2024·辽宁抚顺·模拟预测）新能源太阳灶是一种环保型烧水做饭的器具。使用太阳灶烧水时将太阳能转化为水的内能。将2kg初温为45℃的水在标准大气压下加热至沸腾，水需要吸收 J的热量，若用效率为30%的燃气灶对这些水加热，需要消耗 m3的天然气。[c水=4.2×103J/(kg·℃)，q天然气=4×107J/m3] 4．（2024·四川泸州·一模）在2023年慕尼黑车展上，一半是欧洲车，一半是中国车，下列与小汽车有关的说法错误的是（　　） A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞 B．使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率 C．如果四冲程内燃机的转速是600r/min，那么它每秒做功5次，共有20个冲程 D．无论科技如何进步与发展，内燃机的效率都不可能到达100% 5．（23-24九年级上·宁夏银川·期末）如图所示的流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况。关于对图中①②③④的补充正确的是（　　） A．①做功冲程 ②内能转化为机械能 ③压缩冲程 ④机械能转化为内能 B．①压缩冲程 ②机械能转化为内能 ③做功冲程 ④内能转化为机械能 C．①做功冲程 ②机械能转化为内能 ③压缩冲程 ④内能转化为机械能 D．①压缩冲程 ②内能转化为机械能 ③做功冲程 ④机械能转化为内能 6．（23-24八年级下·广东深圳·期末）汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图甲、乙分别是某汽油机的某冲程及能量流向图。下列有关说法正确的是（　　） A．甲图是压缩冲程，活塞对汽缸内的气体做功，气体的温度升高 B．由乙图可知该汽油机的效率是30% C．汽车尾气中的“汽油味”越浓，燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值 D．如图甲所示冲程没有依靠飞轮惯性 7．（2024·广东广州·二模）如图是甲、乙两个内燃机的能量流向图： （1）已知E1=E1'，那么补充什么条件能推断甲内燃机效率更低 （填序号）； ①E2>E2'    ②E3＜E3'    ③E4>E4'   ④E4<E4'    ⑤E2+E3+E5>E2'+E3'+E5' （2）已知甲内燃机某段时间内效率为40%，由于汽油在汽缸中不完全燃烧，燃烧1kg汽油放出的热量为，汽油的热值为，则： ①完全燃烧1kg汽油放出 J的热量； ②甲内燃机输出的有用功是 J； ③燃烧过程中，燃料的 能转化为内能。 8．（2024·湖南益阳·模拟预测）一辆汽车以恒定的功率在平直的公路上做直线运动，其图象如图所示，在第10s时速度达到，通过的路程为120m。求： (1)设汽车在行驶过程中所受阻力不变，大小为，那么在内汽车发动机产生的牵引力所做的功是多少？ (2)若发动机的转化效率为，则需要燃烧多少千克汽油才能使发动机做这么多功？（已知汽油的热值大约为） 9．（23-24九年级上·安徽安庆·期末）据统计，截至2023年9月，全国燃油汽车保有量大约为3.3亿辆，每辆汽车每年耗油1.8t，汽车内燃机的效率平均值取29％，燃油的热值取。 (1)全国3.3亿辆燃油汽车每年消耗的燃油完全燃烧放出的热量为多少？ (2)如果能把内燃机效率提高1％，全国每年可以节约多少吨燃油？ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 12.4 热机与社会发展（解析版） 一、热机 1.热机 （1）热机：各种利用内能做功的机械叫做热机。 （2）种类：蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气发动机和火箭发动机等。 （3）能量转化：化学能转化为内能，内能再转化为机械能。 二、汽油机 1.概念 汽油机是用汽油作燃料，使汽油在机器内部燃烧，从而将内能转化为机械能的一种热机。 2.汽油机的构造 （1）由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆、飞轮组成。 （2）汽油机主要部件的作用 3.工作过程 （1）冲程：汽油机在工作时，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 （2）四个冲程：汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 （3）汽油机的工作过程 冲程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 工作示意图 特点 进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，将汽油和空气的混合气吸入气缸。 进气门和排气门都关闭，活塞由下向上运动，压缩混合气，使混合气的温度升高。 在压缩冲程末，火花塞产生火花，混合气猛烈燃烧，形成高温高压气体推动活塞向下，对外做功。 进气门关闭，排气门打开活塞向上运动，将废气排出。 能量转化（转移） 机械能转化为内能 （燃料化学能转化为内能）内能转化为机械能 废气带走大部分内能 点拨 （1）在四个冲程中压缩冲程涉及的能量转化：机械能转化为内能。做功冲程涉及的主要能量转化：内能转化为机械能。 （2）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。 4.柴油机和汽油机的比较 汽油机 柴油机 不同点 结构图 吸气冲程 吸入的是空气和汽油的混合物 吸入的只有空气 压缩冲程 压缩程度较柴油机低 压缩程度高 做功冲程 火花塞点火（点燃式） 喷油嘴喷出柴油（压燃式） 相同点 排气冲程 把废气排出气缸 三、热机的效率 （1）定义：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率（η）。（比值定义法） （2）计算公式： （3）物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。 （4）提高热机效率的方法 ①使燃料充分燃烧；②尽量减少各种热量损失；③利用废气的能量；（废气带走的能量最多）④注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。 四、热机与环境 1.所有热机工作时都要排放废气。热机排出的废气不仅温度高于环境温度，而且还含有一氧化碳、二氧化氮、二氧化碳、微粒等各种对人体有害的物质，对环境造成污染，影响人们的身体健康和动植物的生存。 2.减少热机排放出的有害物质，控制废气的排放总量，已成为热机发展与环境保护的重要举措。 3.不断提高汽油、柴油的品质，从源头上减少热机有害物质的排放。 【方法点拨】（1）看进气门和排气门的开关情况：若两气门都关闭，则内燃机处于压缩或做功冲程；若进气门打开，内燃机处于吸气冲程，若排气门打开，内燃机处于排气冲程。 （2）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，内燃机处于吸气或做功冲程。 （3）看火花塞点燃情况：有火花则是做功冲程，没有火花时其他冲程。 （4）四冲程汽油机一个工作循环包括4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴转2圈，对外做功1次。 1．（23-24九年级上·广东佛山·阶段练习）如图所示是四冲程汽油机的其中一个冲程的剖面图，下列说法正确的是（　　） A．该冲程是做功冲程 B．该冲程过程中汽缸内混合气体内能增加 C．该冲程过程中内能转化成机械能 D．该冲程过程能给外界提供动力 【答案】B 【详解】ABC．由图可知，汽油机两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程；该冲程活塞压缩混合物做功，机械能转化为内能，混合物内能增大，温度升高，故AC错误，B正确； D．给外界提供动力的是做功冲程，故D错误。 故选B。 2．（23-24九年级上·广东河源·期中）如图所示是四冲程汽油机工作时的 冲程，此过程中通过做功方式使气缸内燃料混合物的内能 （选填“增大”或“减小”），若其工作时，曲轴转速为，此汽油机1s内完成 个排气冲程。 【答案】 压缩 增大 10 【详解】[1]如图，两气门关闭，活塞上行，是压缩冲程。 [2]在压缩冲程中，活塞压缩缸内气体，对气体做功，将机械能转化为内能，通过做功方式使气缸内燃料混合物的内能增大，温度升高。 [3]汽油机的一个工作循环包含四个冲程，只有一个排气冲程，飞轮、曲轴转两周。若汽油机工作时，曲轴转速为 此汽油机1s内完成10个排气冲程。 【方法点拨】（1）结构上：汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴。 （2）吸气冲程：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）压缩冲程：柴油机压缩程度大。 3．（23-24九年级上·广东韶关·阶段练习）关于四冲程内燃机，下列说法正确的是（　　） A．汽油机和柴油机都是内燃机，但吸入汽缸的物质不相同 B．汽油机和柴油机都是通过火花塞点火的 C．燃料在汽缸内猛烈燃烧，燃料热值迅速减小 D．压缩冲程主要是通过做功的方式减小缸内气体的内能 【答案】A 【详解】A．柴油机和汽油机都属于内燃机，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，故A正确； B．汽油机是通过火花塞点火的，而柴油机是通过压燃式点火的，故B错误； C．燃料在汽缸内猛烈燃烧，燃料热值保持不变，故C错误； D．压缩冲程中，活塞压缩气体，对气体做功，气体的内能变大，故D错误。 故选A。 4．（22-23九年级下·广东佛山·阶段练习）关于汽油机和柴油机描述正确的是（　　） A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞 B．柴油机在吸气冲程中，柴油和空气的混合物进入汽缸 C．做功冲程中，燃料释放的能量100%转化为机械能 D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的大部分能量 【答案】D 【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．柴油机在吸气冲程中，将空气吸入汽缸（没有吸入柴油），故B错误； C．在做功冲程中，燃料燃烧释放的内能大部分需要克服摩擦、发生热传递而散失，只有一少部分转化为机械能，故C错误； D．在排气冲程中，排出的废气温度仍很高，废气带走了燃料释放的大部分能量，故D正确。 故选D。 【方法点拨】对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功W有用，故热机的效率公式又可写成：。 5．（23-24九年级上·广东江门·阶段练习）氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，被认为是22世纪最理想的能源。[c水＝4.2×103J/（kg·℃）；q氢＝1.4×108J/kg）求： （1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少； （2）若这些热量有50%被质量为200kg的水吸收，则水升高的温度为多少； （3）某氢能源公交车以140kW的恒定功率做匀速行驶，如果0.3kg的氢燃料完全燃烧获得热量和公交车所做的功相等，则这些热量能让该公交车匀速行驶多长时间。 【答案】（1）；（2）25℃；（3）5min 【详解】解：（1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是 （2）若这些热量有50%被质量为200kg的水吸收，则水吸收的热量为 由可得，则水升高的温度为 （3）0.3kg的氢燃料完全燃烧获得热量为，则汽车做的功为。由可知，这些热量能让该公交车匀速行驶的时间为 答：（1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是； （2）若这些热量有50%被质量为200kg的水吸收，则水升高的温度为25℃； （3）这些热量能让该公交车匀速行驶5分钟。 4．（23-24九年级上·广东佛山·阶段练习）一辆质量为500kg的汽车，在平直的公路上以20m/s的速度匀速行驶，汽车受到的阻力为车重力的。求： （1）汽车的牵引力； （2）汽车的牵引力在5min内做的功； （3）若汽车发动机的热效率为40%，则在这段时间内要完全燃烧多少kg的汽油？（g取10N/kg，汽油的热值为4.6×107J/kg） 【答案】（1）500N；（2）3×106J；（3）0.163kg 【详解】解：（1）汽车重力 G=mg=500kg×10N/kg=5000N 因为在平直公路上汽车匀速行驶，所以受的阻力和牵引力是一对平衡力。汽车所受牵引力 F=f=G×0.1=5000N×0.1=500N （2）由，知汽车5min内行驶的距离 s=vt=20m/s×300s=6000m 汽车牵引力做功 W=Fs=500N×6000m=3×106J （3）汽车做的有用功为W有用=3×106J，而η=40%，所以汽油燃烧放出的热量为 由Q放=mq，知汽油的质量为 答：（1）汽车的牵引力500N； （2）汽车的牵引力在5min内做的功3×106J； （3）若汽车发动机的热效率为40%，则在这段时间内要完全燃烧汽油0.163kg。 1．（2023·广东清远·二模）如图是四冲程汽油机的工作原理图，关于汽油机正确的是（    ） A．一个工作循环的顺序是甲乙丙丁 B．丁图是机械能转化为内能 C．获得动力的是乙图冲程 D．丙图吸入的是空气 【答案】B 【详解】ABC．甲图：气门都关闭，活塞向下运行，汽缸容积增大，是做功冲程，将内能转化为机械能，获得动力；乙图：排气门打开，活塞向上运动，汽缸容积减小，是排气冲程，无能量转化；丙图：进气门打开，活塞向下运行，汽缸容积增大，是吸气冲程；丁图：气门都关闭，活塞向上运行，汽缸容积减小，是压缩冲程，将机械能转化为内能；热机的四个冲程依次是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，即一个工作循环的正确顺序是丙丁甲乙，故AC错误，B正确； D．丙图是吸气冲程，汽油机吸入的是汽油和空气的混合气体，故D错误。 故选B。 2．（23-24九年级上·广东佛山·阶段练习）改变内能有不同的方式，图（甲）是在一个配有活塞的厚壁玻璃筒里放一小团蘸了乙醚的棉花，当迅速压下活塞时，可看见筒内棉花燃烧起来。这是通过 方式使玻璃筒内的空气 增加，温度升高，达到棉花的燃点，使棉花燃烧。图（乙）的能量转化方式与汽油机的 冲程相同。 【答案】 做功 内能 做功 【详解】[1][2]当迅速压下活塞时，活塞压缩气体做功，机械能转化为内能，这是通过做功的方式使玻璃筒内的空气内能增加，温度升高，当达到棉花的燃点，使棉花燃烧。 [3]图乙中软木塞被冲开，是水蒸气对活塞做功，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，内燃机的做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞做功，能量转化关系是内能转化为机械能，所以二者的能量转化形式相同。 3．（23-24九年级上·广东佛山·阶段练习）如题图所示为内燃机的四个冲程，顶端有火花塞，这是 （选填“汽油机”或“柴油机”），其中做功冲程的是图 ，当燃油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的工作效率将 （选填“升高”“不变”或“降低”）。 【答案】 汽油机 甲 降低 【详解】[1]汽油机的气缸顶部有个火花塞，而柴油机的汽缸顶部有个喷油嘴。 [2]做功冲程进气门和排气门都是关闭的，火花塞放出电火花，活塞向下运行，所以甲图是做功冲程。 [3]冒“黑烟”说明汽油燃烧不充分，根据可知，汽车在行驶过程中有用功不变，由于汽油燃烧不充分，放出的热量变小，故发动机的效率降低。 4．（23-24九年级上·广东茂名·阶段练习）汽车是现代社会一个重要工具，也是科技的化身。其中发动机是汽车的心脏。 （1）如图是汽车发动机一个缸的四个冲程中，其正确的顺序是 。 （2）为了不让汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一个水套，这是通过 的方式减少汽缸内能的；若汽油机的汽缸在温度升高的过程中，水套中的水不断吸收热量，当50kg的水从30℃升温到50℃，计算可知水吸收的热量为 J[已知水的比热容为]。 （3）某品牌国产汽车在平直的公路上匀速行驶了9×103m，消耗汽油2kg。已知该汽车发动机的牵引力为3000N，汽油的热值。假设汽油在发动机气缸内完全燃烧，求该汽车在匀速行驶的过程中： ①汽车发动机牵引力所做的功 J； ②这段时间内汽油完全燃烧放出的热量 J； ③该汽车发动机的效率为 。 【答案】 ADBC 热传递 4.2×106 2.7×107 9×107 30% 【详解】（1）[1]由图知，A为吸气冲程，B为做功冲程，C为排气冲程，D为压缩冲程，故顺序为ADBC。 （2）[2]水吸收气缸释放的热量，是通过热传递减少气缸的内能。 [3]水吸收的热量为 （3）[4]由知牵引力做的功为 [5]由知，汽油完全燃烧释放的热量为 [6]发动机的效率为 5．（23-24九年级上·广东江门·阶段练习）（1）汽车上很多地方都用到了物理知识，下列现象所对应的解释不合理的是 ： A．打开油箱盖会闻到汽油的味道——扩散现象 B．环保汽车使用气体燃料——减少对大气的污染 C．空调车车窗玻璃设计为双层——减少车内外热量的传递 D．小排量的车一般经济省油——发动机的效率低 （2）汽油机工作过程中的四个冲程，产生动力的是 冲程。如图所示，与其冲程对应的是 图； A．         B．            C．            D． （3）一台单缸四冲程汽油机，若飞轮转速是 1200 r/min，该汽油机每秒钟内完成 个冲程，对外做功 次； （4）汽油机在 冲程将机械能转化为内能；汽车行驶过程中，油箱内汽油越来越少，汽油的热值 （选填“变小”“不变”或“变大”）。 【答案】 D 做功 D 40 10 压缩 不变 【详解】（1）[1]A．打开油箱盖会闻到汽油的味道，表明汽油分子在不停地做无规则运动，属于扩散现象，故A正确，不符合题意； B．气体燃料含有杂质少，燃烧更充分，则燃烧时产生的一氧化碳、二氧化碳少，所以相同条件下，可以减少对大气的污染，故B正确，不符合题意； C．车窗为双层玻璃会大大减少因为热传导而发生的车内外热量的传递，故C正确，不符合题意； D．完成一样的有用功时，由于小排量汽车消耗的能源比大排量的车消耗的能源少，所以发动机的效率高，故D错误，符合题意。 故选D。 （2）[2][3]汽油机工作过程中的四个冲程分别是：吸热冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程，产生动力的是做功冲程。 A．进气门开启，排气门关闭，活塞下行，是吸气冲程； B．进气门关闭，排气门开启，活塞上行，是排气冲程； C．两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程； D．两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程。 与其冲程对应的是D图。 （3）[4][5]一台单缸四冲程汽油机，若飞轮转速是 1200 r/min=20r/s 表示每秒飞轮转动20圈，因为一个工作循环飞轮转2圈，做功1次，所以飞轮转20圈共完成10个工作循环，40个冲程，做功10次。 （4）[6]汽油机工作过程中的四个冲程分别是：吸热冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程，汽油机在压缩冲程将机械能转化为内能。 [7]热值是燃料的一种属性，大小与燃料的种类有关，与燃料的质量大小无关。汽车行驶过程中，油箱内汽油越来越少，汽油的热值不变。 6．（23-24九年级上·广东惠州·期末）周末，小惠一家人驾车出门旅行，已知该汽油小汽车以20m/s的速度匀速行驶时，发动机的功率为，发动机的效率为30%。若汽车以此速度行驶，求： （1）行驶时间是多少？ （2）牵引力做的功是多少？ （3）消耗汽油的质量是多少？（汽油的热值） 【答案】（1）22.5min；（2）；（3）2kg 【详解】解：（1）由可得，小汽车以20m/s的速度匀速行驶2.7×104m时，行驶的时间为 （2）由P=Fv可得，汽车牵引力大小为 由W=Fs可得，牵引力做的功为 （3）由题意知，发动机的效率为30%，则汽油燃烧放出的热量为 由Q=mq可得，消耗汽油的质量为 答：（1）汽车行驶时间为22.5min； （2）牵引力做的功为； （3）消耗汽油的质量为2kg。 7．（23-24九年级上·广东惠州·阶段练习）阅读短文，回答问题 汽油发动机 汽油发动机是以汽油作为燃料，将化学能最终转化成机械能的发动机。汽油机的特点是转速高、结构简单、质量轻、造价低廉、运转平稳、使用维修方便。汽油机在汽车上，特别是小型汽车上大量使用。 市场上汽油机的热效率普遍在35%左右，达到40%的少之又少。现在最先进的汽油机，采用了无火花塞的HCCI，也就是均质压燃燃烧技术，压缩比达到了18∶1，热效率高达50%，综合平均油耗为3.6 L/100 km。 （1）汽油工作时把燃料的化学能转化为 能，再转化为汽车的 能； （2）如图是汽油机的四个冲程，一个汽缸正常工作时，四个冲程的顺序是 （对甲、乙、丙、丁重新排序）；若汽油机飞轮转速为1200r/min，则l s内完成 个冲程； （3）汽油机的防冻冷却液是由水和某种防冻剂混合而成的。这是利用了水的 的特点，在水中加入防冻剂可以降低水的 （选填“凝固点”或“沸点”）； （4）使用现在最先进汽油机的汽车，综合平均油耗为3.6 L/100 km，在相同条件下使用热效率为40%的发动机，汽车的综合平均油耗为 L/100 km。 【答案】 内 机械 乙甲丁丙 40 比热容大 凝固点 4.5 【详解】（1）[1][2]汽油与空气的混合物在汽油机内燃烧过程属于化学变化，把燃料的化学能转化为内能，再转化为汽车的机械能。 （2）[3]由图可知：甲图中的两气门关闭，活塞上行，所以是压缩冲程，压缩冲程是将机械能转化为内能的过程； 乙图中的进气门打开，排气门关闭，活塞下行，所以是吸气冲程；丙图中的进气门关闭，排气门打开，活塞上行，所以是排气冲程；丁图中的两气门关闭，活塞下行，所以是做功冲程，做功冲程是将内能转化为机械能的过程，不是依靠飞轮的惯性完成的冲程，此冲程为汽油机提供动力，因此四个冲程的顺序为乙甲丁丙。 [4]飞轮转速是 表示每秒飞轮转动20圈，则该汽油机1s完成10个工作循环，要经过40个冲程。 （3）[5]因为水的比热容大，质量相同时升高相同的温度，吸收的热量多，故大多数汽车防冻冷却液是以水和某种防冻剂混合而成，主要成分是水，就是利用了水的比热容大的特点。 [6]在水中加入专用冷却液可以降低水的凝固点，所以在低温状态下仍能够正常使用。 （4）[7]由题意可知，在相同条件下，即获得的机械能相同，根据可得 即为 由可得 在相同条件下使用热效率为40%的发动机，汽车的油耗最少为 1．（2024·广东深圳·一模）小明为吹好的气球嘴部系线时，不小心令气球呼啸飞出。他及时捡起气球，发现它喷气的嘴部温度和原来相比 （填“变高”、“没有变化”或“变低”）。汽油机在工作时 冲程与这一过程中能量的转化是一致的。汽油机工作时飞轮转速为2400r/min，则每秒汽油机对外做功 次。 【答案】 变低 做功 20 【详解】[1][2]气球内的气体向外喷出，气体对外做功，气体的内能转化为机械能，内能减小，气体的温度降低，使得喷气的嘴部温度变低；汽油机在做功冲程中，将内能转化成机械能，即汽油机在工作时做功冲程与这一过程中能量的转化是一致的。 [3]四冲程汽油机的飞轮转速为 2400r/min=40r/s 即该飞轮每秒钟转40r，因为一个工作循环，飞轮转2圈，做功1次，所以1s完成20个工作循环，对外做功20次。 2．（2024·四川泸州·一模）如图所示是某单缸四冲程汽油机工作状态的示意图，它正处在 冲程，若以该汽油机为动力的汽车质量为1150kg，汽车以20m/s的速度匀速直线行驶10km，消耗汽油1kg，汽车匀速行驶时所受阻力为重力的0.1倍。则汽车匀速行驶时牵引力做功的功率为 W，该汽车的效率为 %（已知汽油的热值为4.6×107J/kg）。 【答案】 压缩 2.254×104 24.5 【详解】[1]由图可知，当两气门关闭，活塞向上运动，该冲程是汽油机的压缩冲程。 [2]汽车的重力 汽车行驶过程中受到的阻力 汽车匀速行驶，处于平衡状态，则牵引力 汽车行驶时功率 [3]汽车行驶过程中克服阻力做的功 汽油完全燃烧放出的热量为 该汽车的效率 3．（2024·辽宁抚顺·模拟预测）新能源太阳灶是一种环保型烧水做饭的器具。使用太阳灶烧水时将太阳能转化为水的内能。将2kg初温为45℃的水在标准大气压下加热至沸腾，水需要吸收 J的热量，若用效率为30%的燃气灶对这些水加热，需要消耗 m3的天然气。[c水=4.2×103J/(kg·℃)，q天然气=4×107J/m3] 【答案】 4.62×105 0.0385 【详解】[1]将2kg初温为45℃的水在标准大气压下加热至沸腾，水需要吸收的热量为 Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(100℃-45℃)=4.62×105J [2]根据可知 需要消耗天然气的体积为 4．（2024·四川泸州·一模）在2023年慕尼黑车展上，一半是欧洲车，一半是中国车，下列与小汽车有关的说法错误的是（　　） A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞 B．使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率 C．如果四冲程内燃机的转速是600r/min，那么它每秒做功5次，共有20个冲程 D．无论科技如何进步与发展，内燃机的效率都不可能到达100% 【答案】A 【详解】A．汽油机的顶端是火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，故A错误，符合题意； B．热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，使燃料燃烧更充分，可以提高燃料的利用率，故B正确，不符合题意； C．如果四冲程内燃机的转速是600r/min＝10r/s，内燃机每转两转做功一次，完成4个冲程，那么它每秒做功5次，共有5×4＝20个冲程，故C正确，不符合题意； D．无论技术怎么进步，总存在能量损失，所以热机效率都不能到达100%，故D正确，不符合题意。 故选A。 5．（23-24九年级上·宁夏银川·期末）如图所示的流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况。关于对图中①②③④的补充正确的是（　　） A．①做功冲程 ②内能转化为机械能 ③压缩冲程 ④机械能转化为内能 B．①压缩冲程 ②机械能转化为内能 ③做功冲程 ④内能转化为机械能 C．①做功冲程 ②机械能转化为内能 ③压缩冲程 ④内能转化为机械能 D．①压缩冲程 ②内能转化为机械能 ③做功冲程 ④机械能转化为内能 【答案】B 【详解】热机的四个冲程是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。压缩冲程中，活塞上升压缩气缸内的气体，使气体内能增大，即机械能转化为内能；做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞向下运动，内能转化为机械能，故ACD错误，B正确。 故选B。 6．（23-24八年级下·广东深圳·期末）汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图甲、乙分别是某汽油机的某冲程及能量流向图。下列有关说法正确的是（　　） A．甲图是压缩冲程，活塞对汽缸内的气体做功，气体的温度升高 B．由乙图可知该汽油机的效率是30% C．汽车尾气中的“汽油味”越浓，燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值 D．如图甲所示冲程没有依靠飞轮惯性 【答案】A 【详解】A．两个气门都关闭，活塞向上运动压缩汽缸内气体，为压缩冲程，活塞对汽缸内的气体做功，气体的内能增加，温度升高，故A正确； B．热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，输出有用机械能所占比例 η=100%-36%-30%-6%=28% 故B错误； C．燃料的热值是燃料的一种特性，与质量和燃烧情况等无关，故C错误； D．如图甲所示为压缩冲程，两气门都关闭，汽缸容积变小，依靠飞轮惯性来完成，故D错误。 故选A。 7．（2024·广东广州·二模）如图是甲、乙两个内燃机的能量流向图： （1）已知E1=E1'，那么补充什么条件能推断甲内燃机效率更低 （填序号）； ①E2>E2'    ②E3＜E3'    ③E4>E4'   ④E4<E4'    ⑤E2+E3+E5>E2'+E3'+E5' （2）已知甲内燃机某段时间内效率为40%，由于汽油在汽缸中不完全燃烧，燃烧1kg汽油放出的热量为，汽油的热值为，则： ①完全燃烧1kg汽油放出 J的热量； ②甲内燃机输出的有用功是 J； ③燃烧过程中，燃料的 能转化为内能。 【答案】 ④⑤ 化学 【详解】（1）[1]内燃机的效率是指用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，而题目中，燃料完全燃烧放出的热量相等，则做有用功的能量越小，效率更低，所以补充的条件为④E4<E4′；或：损失的总能量越大，效率更低，所以补充的条件是⑤E2+E3+E5>E2′+E3′+E5′。 （2）①[2]汽油的热值为，所以完全燃烧1kg的汽油放出的热量。 ②[3]甲内燃机输出效率为40%，所以输出的有用功 ③[4]燃料储存着化学能，在燃烧过程中，将化学能转化为内能。 8．（2024·湖南益阳·模拟预测）一辆汽车以恒定的功率在平直的公路上做直线运动，其图象如图所示，在第10s时速度达到，通过的路程为120m。求： (1)设汽车在行驶过程中所受阻力不变，大小为，那么在内汽车发动机产生的牵引力所做的功是多少？ (2)若发动机的转化效率为，则需要燃烧多少千克汽油才能使发动机做这么多功？（已知汽油的热值大约为） 【答案】(1)；(2)0.02kg 【详解】（1）由图可知，10s后汽车做匀速直线运动，速度，根据二力平衡条件可得，牵引力 则汽车的功率为 在内汽车发动机产生的牵引力所做的功 （2）由可得 由可得需要燃烧汽油的质量 9．（23-24九年级上·安徽安庆·期末）据统计，截至2023年9月，全国燃油汽车保有量大约为3.3亿辆，每辆汽车每年耗油1.8t，汽车内燃机的效率平均值取29％，燃油的热值取。 (1)全国3.3亿辆燃油汽车每年消耗的燃油完全燃烧放出的热量为多少？ (2)如果能把内燃机效率提高1％，全国每年可以节约多少吨燃油？ 【答案】(1)；(2) 【详解】（1）全国3.3亿辆燃油汽车每年消耗的燃油完全燃烧放出的热量为 （2）由题意可知，汽车内燃机的效率平均值取29%，即 若内燃机效率提高1%，此时内燃机的效率平均值为 因为 故 故 则 把内燃机效率提高1%，全国每年可以节约燃油的质量为 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$