14.1 《热机》-2024-2025学年九年级物理全一册同步知识导航与微点作业（人教版）

初中物理教材知识导航与规律点拨及微点作业 第十四章《内能的利用》 14.1 热机 知识导航与规律点拨 一．热机的原理实验 1.如图甲所示的实验加热到一定程度，看到的实验现象是_________________________。 ①通过酒精灯加热使水的温度升高，这是利用___________的方法增加了水的___________能； ②现象产生的原因是：试管内气体膨胀对瓶塞_______，_______能转化为______能，气体的内能_____，温度______，水蒸气______为小水滴，形成白雾。 ②这个实验说明的问题是：_________能可以转化为________能。 2. 如图乙所示的实验，把装有硝化棉的容器的活塞迅速压下去，观察到的现象是___________________。 现象产生的原因是，这是因为活塞压缩对气体做功，空气的内能___________，温度___________，达到棉花着火点的缘故。这个实验说明__________能可以转化为___________能； 【试管塞冲出，瓶口出现白雾 热传递 内 做功 内 机械 减小 降低 液化 内 机械 硝化棉燃烧 增大 升高 机械 内 】 二．热机及其原理 1.热机：利用______________的机械。 2.热机的种类有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机、火箭等。 3.内燃机包括____________________________。 4.四冲程内燃机中的数据关系：______________。 1个工作循环=_____次对外做功=飞轮转_____周=活塞往复运动_____次=_____个冲程 5.根据汽油机的一个各种循环图示，完成下面的表格 冲程如图所示 吸气冲程（甲） 压缩冲程（乙） 做功冲程（丙） 排气冲程（丁） 进气门 ____________ ____________ ____________ ____________ 排气门 ____________ ____________ ____________ ____________ 活塞运动方向 ____________ ____________ ____________ ____________ 火花塞 ____________ 能量转化 ____________ ____________ 完成冲程的动力 ____________ ____________ ____________ ____________ 6.汽油机和柴油机的异同 内燃机（四冲程） 汽油机 柴油机 结构上 气缸顶部是火花塞 气缸顶部是喷油嘴 吸气冲程吸入 空气和汽油（混合物） 空气（混合物） 点火方式 点燃式 压燃式 燃料 汽油 柴油 功率 适中 更大 应用领域 轻型机械（轿车、摩托车等） 重型机械（货车、收割机、坦克等） 【内能做功 汽油机和柴油机 11224 1 2 2 4 打开 关闭 关闭 关闭 关闭 关闭 关闭 打开 向下 向上 向下 向上 点燃 机械能转化为内能 化学能转化为内能再转化为机械能 飞轮的惯性 飞轮的惯性 燃气的内能 飞轮的惯性 】 微点作业 一、单选题 1．下列运载工具中，不需要利用热机的是（　　） A．喷气式飞机 B．柴油拖拉机 C．纯电动汽车 D．长征系列火箭 2．如图所示，用酒精灯对试管加热，等水沸腾后，可以看到蒸汽把软木塞顶跑。下列说法正确的是（　　） A．用酒精灯加热试管，水内能的增加是通过做功的方式实现的 B．蒸气把软木塞顶跑的过程，实现了内能向机械能的转化 C．蒸气把软木塞顶跑的过程，相当于汽油机的排气冲程 D．试管口出现的白雾是水汽化后形成的水蒸气 3．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（　　） A．图甲，厚玻璃内的空气被压缩时，空气的内能减少 B．图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气的内能增大 C．图丙，试管内的水蒸气推动了塞子冲出时，水蒸气的内能减少 D．图丁，汽缸内的气体推动活塞向下运动时，活塞的机械能减少 4．关于热机，下列说法正确的是（　　） A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞 B．柴油机在吸气过程中，将柴油和空气的混合物吸入汽缸中 C．汽油机在做功冲程中，机械能转化为内能 D．汽油机和柴油机除了做功冲程外，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的 5．随着人们生活水平的不断提高，各种小汽车已经走进我们的家庭，如图是汽油机工作循环中的一个冲程，下列说法正确的是（    ） A．该冲程是汽油机的压缩冲程，将机械能转化为内能 B．该冲程是汽油机的做功冲程，将内能转化为机械能 C．该汽油机工作时冒黑烟，说明汽油燃烧不充分，其热值变小 D．该汽油机消耗的能量越多，说明汽油机的工作效率一定越高 6．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 7．甲图是汽油机的工作原理，乙图是常见的生活现象，则（　　） A．①冲程把气体的内能转化成机械能 B．②冲程的原理和乙图所示一致 C．③冲程气体被压缩内能增大 D．④冲程是汽油机的排气冲程 8．如图为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，如图b为四冲程汽油机的工作示意图。下列判断错误的是（    ）    A．图a中汽缸内的蒸汽体积膨胀，从而推动活塞使舰载机获得牵引力 B．图a中汽缸内的蒸汽推动活塞时，内能减小 C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图b中B图所示的工作原理相似 D．图b中汽油机一个工作循环的正确顺序是A→B→C→D 二、填空题 9．如图所示的某品牌插秧机，当插秧机匀速作业时，动能 （选填“变大”“不变”或“变小”）。该插秧机使用四冲程汽油机，图中汽油机的工作过程中能量转化情况一致的是实验中的 （选填“甲”或“乙”），如果该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每分钟对外做功 次。 10．内燃机的一个工作循环由 、 、 、 四个冲程组成。一台某型号单缸四冲程汽油机的飞轮速度是1200r/min，则汽油机每秒钟对外做功 次。 11．在燃油汽车行驶过程中，燃料的化学能一部分转化为 ，一部分转化成了热机和周围环境的 。 12．汽油机在工作过程中对外做功的是 冲程。在压缩冲程中，气体的温度升高，这是通过 的方式增加内能。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，让汽缸被水包围着，这是通过 的方式减少汽缸内能.用水来冷却汽缸是因为水的 较大。 13．在四冲程汽油机中，将机械能转化为内能的冲程是 冲程；汽车发动机工作时飞轮转了3600r/min，1s做 次功。若该汽油机1s对外做功20次，则汽油机飞轮转速为 r/min；发动机工作时会产生大量的热量，为让它正常工作，“水冷”是冷却方式之一，这是因为水的 较大。 三、实验题 14．(1)在寒冬季节，小爽同学双手搓后感觉手上发热，这是通过 的方式改变手的内能，这一能量转换过程与下面汽油机工作冲程图中的 图相同，在制造汽车发动机时，通常将汽油机浸于冷却液中，这样做的目的是通过 的方式来减少内能，从而降低温度。通常选用水作冷却剂，理由是 。若内燃机每秒钟完成20个做功冲程，则内燃机的曲轴转速是 r/min。 (2)为探究固体熔化时的温度变化规律，小欢在绝热容器内装入1kg某固体物质，其温度为-15℃。把一个每分钟放出相同热量的电加热器放入容器内的固体物质中，外接电源，闭合开关，开始加热并计时。加热器在5min内放出的热量为1.1×105J，由实验数据可得如图所示的图线。 (1)在10~20min，容器内物质的分子动能 ，内能 （两空都选填“变大”、“不变”或“变小”）。 (2)加热器加热60min后，该物质还没沸腾，放出的热量全部被该物质吸收，则该物质的温度会升到 ℃。 (3)该固体物质的比热是 J/（kg/℃）。 四、计算题 15．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。 参考答案： 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 C B C D B B D D 1．C 【详解】ABD．喷气式发动机、柴油机、长征系列火箭在工作中，都是将燃料燃烧产生的内能最终转化为机械能，属于热机，故ABD不符合题意； C．纯电动汽车利用的是电动机，将电能转化为机械能，故C符合题意。 故选C。 2．B 【详解】A．加热水的过程中，酒精灯火焰的温度较高，水温较低，热量从火焰转移到水，通过热传递的方式，使水的内能增加，故A错误； BC．蒸气把软木塞顶跑的过程，水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，在汽油机的做功冲程中，内能转化为机械能，故B正确，C错误； D．水蒸气把软木塞向上冲起时，水蒸气的内能减少，温度降低，液化为小水滴，在试管口形成“白雾”，故D错误。 故选B。 3．C 【详解】A．图甲，厚玻璃内的空气被压缩时，活塞对空气做功，厚玻璃内的空气温度升高，空气的内能增加，故A错误； B．图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气对塞子做功，空气的内能减小，故B错误； C．图丙，试管内的水蒸气推动了塞子冲出时，水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能减少，故C正确； D．图丁，汽缸内的气体推动活塞向下运动时，汽缸内气体的内能转化为活塞的机械能，活塞的机械能增加，故D错误。 故选C。 4．D 【详解】AB．汽油机和柴油机燃料燃烧的方式不同，导致其结构不同。汽油机通过吸入汽油和空气的混合物，使用顶部的火花塞点燃；而柴油机采用的是压燃，只吸入空气，再压缩空气使空气的温度升高，最后顶部的喷油嘴喷出柴油遇到高温的空气后自燃，故AB错误； C．汽油机在做功冲程中，气体对活塞做功，内能转化为机械能，故C错误； D．汽油机和柴油机在工作时，除了做功冲程外，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的，故D正确。 故选D。 5．B 【详解】AB．由图可知，汽油机的两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，所以是做功冲程，该冲程是燃料燃烧推动活塞做功，将内能转化为机械能，故A错误，B正确； C．热值是燃料的一种特性，与它是否完全燃烧没有关系，排气管冒黑烟，汽油燃烧不充分，其热值不变，故C错误； D．热机效率是有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值，消耗的能量越多，由于有用功未知，所以不能说明汽油机的工作效率一定越高，故D错误。 故选B。 6．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。 7．D 【详解】汽油机的四个冲程：①进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，为吸气冲程。汽油和空气的混合物进入汽缸，此冲程没有能量的转化。②两气门关闭，活塞向上运动，为压缩冲程。活塞向上运动，压缩汽油和空气的混合物，使其内能增大，温度升高，将活塞的机械能转化为气缸内空气的内能。③两气门关闭，火花塞点火，活塞向下运动，为做功冲程。火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，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，此过程将内能转化为机械能。图乙热水瓶内蒸汽将瓶塞冲出，将蒸汽的内能转化为活塞的机械能，与做功冲程的能量转化相同。④排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动，为排气冲程。活塞向上运动，把废气排出汽缸，此冲程没有能量的转化。综上，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 8．D 【详解】A．a图中，汽缸内蒸汽体积膨胀，对外做功，其内能减小，同时推动活塞，使舰载机获得巨大的牵引力，故A正确，A不符合题意； B．图a中汽缸内的蒸汽推动活塞时，内能转化为机械能，燃气的内能减小，故B正确，B不符合题意； C．根据气门的开闭情况和活塞的运动方向可以判断出：A是吸气冲程、B是做功冲程、C是压缩冲程、D是排气冲程，蒸汽弹射装置工作时内能转化为机械能，与汽油机的做功冲程相似，与图b中B图所示的工作原理相似，故C正确，C不符合题意； D．四冲程汽油机一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，所以汽油机一个工作循环的正确顺序是A→C→B→D，故D错误，D符合题意。 故选D。 9． 减小 乙 1800 【详解】[1]物体的动能与物体的速度和质量有关。当插秧机匀速作业时，速度不变，但质量减小，故动能变小。 [2]如图乙所示，进气门和排气门均关闭，且活塞向上运动压缩气体体积，所以图乙中汽油机处于压缩冲程。压缩冲程中，将机械能转化为内能。图甲实验中水蒸气对塞子做功，将内能转化为机械能，该过程对应着汽油机工作循环中的做功冲程；而在乙实验中压缩筒内空气，使得空气的内能增大、温度升高，是将机械能转化为内能，图中汽油机的工作过程中能量转化情况与乙实验的能量转化过程相同。 [3]该汽油机飞轮的转速是 60r/s=3600r/min 即每分钟转3600圈，每2圈做一次功，则汽油机每分钟对外做功1800次。 10． 吸气 压缩 做功 排气 10 【详解】[1][2][3][4][5]内燃机的一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，曲轴转动二周，对外做功一次。汽油机的飞轮速度是 则汽油机每秒钟对外做功 11． 机械能 内能 【详解】[1][2]在燃油汽车行驶过程中，燃料燃烧，将化学能转化为内能，有一部分通过做功冲程将内能转化为机械能，还有一部分转化为热机和周围环境的内能。 12． 做功 做功 热传递 比热容 【详解】[1]汽油机在工作过程中做功冲程对外做功。 [2]在压缩冲程中，活塞对气体做功，气体的内能增大，气体的温度升高，这是通过做功的方式增加内能。 [3]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，让汽缸被水包围着，水吸收热量，使汽缸内能减少，这是通过热传递的方式减少汽缸内能。 [4]用水来冷却汽缸是因为水的比热容大，其他条件不变时，水升高相同温度，吸收的热量多。 13． 压缩 30 2400 比热容 【详解】[1]汽油机的压缩冲程是活塞向上运动，压缩汽油和空气的混合物，机械能转化为内能。 [2]汽油机的转速为 说明1s内汽油机曲轴的转动次数为60转，曲轴转动两周，对外做功1次，则1s内做功30次。 [3]若该汽油机1s对外做功20次，则1s曲轴转动40周，则飞轮的转数为 [4]用水做冷却剂是因为水的比热容较大，与其他物质相比，升高相同的温度，水吸收的热量较多，所以发动机散热器常用水做冷却剂。 14． 做功 B 热传递 水的比热容大 2400 不变 变大 15 2.2×104 【详解】(1)[1][2]小明双手对搓后感觉手上发热，是克服摩擦做功，将机械能转化为内能，即做功改变物体内能，汽油机的工作过程中，将机械能转化为内能的是压缩冲程，故选B。 [3]通过热传递减少内能。 [4]水的比热容比较大，可以做冷却剂。 [5]每秒钟完成20个做功冲程，曲轴转40圈，所以每分钟转2400圈。 (2)[6][7]温度不变，分子运动剧烈程度一定，所以分子动能不变，持续加热，所以内能增加。 [8]由图可知熔化过后，每10min温度上升5℃，总加热时间为60min，30min的点之后还需要过30min，30min时是0℃，所以最后可以上升到15℃。 [9]0~10min为固体，加热器在5min内放出的热量为1.1×105J，所以0~10min放热2.2×105J，温度变化了10℃，所以比热容为 15．（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。 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 $$