14.1 热机-【拔尖特训】2024-2025学年九年级全一册物理(人教版)

14 第1节　热　机 ▶“答案与解析”见P6 1. 下列关于汽油机与柴油机的说法,正确的是 ( ) A. 柴油机的汽缸顶部有个火花塞,汽油机的 汽缸顶部有个喷油嘴 B. 柴油机采用点燃式点火方式,汽油机采用 压燃式点火方式 C. 柴油机与汽油机除使用的燃料不同外,在 构造上完全相同 D. 柴油机吸入汽缸里的是空气,汽油机吸入 汽缸里的是汽油和空气的混合物 答案讲解 2. ★汽车已经成为现代生活中不可缺 少的一部分,汽车多数采用汽油机 作为发动机,如图所示为四冲程汽 油机的工作循环示意图,下列说法中,错误 的是 ( ) (第2题) A. 汽油机一个工作循环中各冲程正确的顺 序是丁、丙、甲、乙 B. 甲冲程中存在的能量转化是机械能转化 为内能 C. 丙冲程中存在的能量转化是化学能转化 为内能 D. 依靠飞轮惯性完成的冲程是甲、乙、丁三 个冲程 3. 下列关于四冲程汽油发动机内部工作的描 述,正确的是 ( ) A. 吸气冲程时,吸入的是空气 B. 通过喷油嘴压燃点火,在压缩冲程时,将 机械能转化为内能 C. 做功冲程时,若每次对外做功1000J,则 2400r/min的 发 动 机 的 额 定 功 率 为 20kW D. 排气冲程时,排出的废气已经不具有内能 了,全转化为机械能了 4. 如图所示,将一个空易拉罐的底部钻一个小 孔,往易拉罐里喷少量酒精,用点燃的打火机 靠近易拉罐底部的小孔,纸杯就会飞出去。 下列说法中,正确的是 ( ) (第4题) A. 酒精燃烧时,将化学能转化为机械能 B. 纸杯飞出去的过程的能量变化与内燃机 的排气冲程相同 C. 纸杯飞出去时,易拉罐对纸杯做了功 D. 纸杯飞出去时,易拉罐内气体的内能减小 (第5题) 5. 如图所示为生活中常用的热 水瓶,其外壁采用镀银的双层 玻璃,并将中间抽成真空,这 是为了减少 引起的 内能变化。注入一定量的热 水后,立即盖上软木塞,软木 塞会跳起来。这一过程中水蒸气对软木塞做 的功 (填“大于”“小于”或“等于”)软 木塞增加的机械能,瓶内气体的 转 化为软木塞的机械能。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(人教版)九年级全一册 第十四章　内能的利用 知 识 讲 解 15 6. 如图甲所示为航母上简化的蒸汽弹射装置, 能带动舰载机在2s内达到起飞速度,如图乙 所示为四冲程汽油机的工作示意图。下列判 断中,错误的是 ( ) 甲 乙 (第6题) A. 图甲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. 图甲中汽缸内的蒸汽推动活塞时,内能减小 C. 从能量转化角度来讲,蒸汽弹射装置的工 作原理与图乙中B图所示的工作原理相似 D. 图乙中汽油机一个工作循环的正确顺序 是A→B→C→D 7. 下列关于喷气式飞机和火箭的说法,正确 的是 ( ) A. 飞机和火箭使用的发动机,都是利用空气 来助燃的 B. 飞机和火箭使用的发动机,都不是利用空 气来助燃的 C. 飞机和火箭都是利用高温、高压气体产生 的反作用力来飞行的 D. 飞机和火箭都是利用机械能转化为内能 来飞行的 8. ★某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为 30cm2,一个冲程内活塞在汽缸中移动的距离 是50mm,满负荷工作时做功冲程内燃气的平 均 压 强 为9.0×105Pa,飞 轮1min转 动 1800r,当汽油机满负荷工作时(不计摩擦),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) 汽油机的功率。 9. 全面了解和认清热机的结构和工作过程对我 们的生活至关重要,请你完成下面与“热机” 有关的一些问题。 (1) 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的主要能量 转化情况。下列对图中①②③④的补充,正 确的是 (填字母)。 (第9题) 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内能转化为机械能 ③做功冲程 ④机械能转化为内能 C. 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 D. 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 (2) 我们发现热机工作时,一般要在汽缸的 外面安装一个水箱用来降低汽缸的温度,这 是利用水的比热容大的特性,这是通过 的方式来减小汽缸的内能的。 (3) 若某汽油机飞轮的转速为3600r/min, 则该汽油机每秒对外做功 次,有一 种单缸汽油机在原有四冲程的基础上增加两 个冲程,成为六冲程汽油机,也就是在原有四 冲程汽油机完成排气冲程后向汽缸内喷水, 水在汽缸内汽化成水蒸气,水蒸气膨胀对外 做功,这种汽油机的一个工作循环有六个冲 程,做功 次,这种汽油机这样设计的 目的是 。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第十四章　内能的利用 热机的温度不会升得太高。 9. 比热容 8.4×103 [解析] 用水 降温主要是利用了水的比热容较大的 特性,因为比热容越大的物体,在温度 变化量相同的条件下能够吸收或放出 更多的热量。当水温升高了1℃时, 水吸 收 的 热 量 Q吸 =c水 m水Δt= 4.2×103J/(kg·℃)×2kg×1℃= 8.4×103J。 10. [解析] (1) 由Q放=Vq得燃气体 积 V = Q放 q = 8.4×105J 4×107J/m3 = 0.021m3,由ρ= m V 得燃气质量m= ρV =1.2kg/m3 ×0.021 m3 = 0.0252kg。(2) 由题知,Q吸=Q放= 8.4×105J,由Q吸=cm(t-t0)得水 的末 温t=t0 + Q吸 cm水 =15 ℃ + 8.4×105J 4.2×103J/(kg·℃)×2.5kg = 95℃。(3) 暖水瓶对桌面的压力F= pS=5×103Pa×70×10-4 m2= 35N,暖水瓶与水的总重力G总=F= 35N,暖水瓶与水的总质量 m总 = G总 g = 35N 10N/kg=3.5kg ,暖水瓶的质 量 m瓶 =m总 -m水 =3.5kg- 2.5kg=1kg。 11. [解析] (1) 由于冰熔化成水后质 量不变,水的质量m=0.1kg,CD 阶 段物质吸收的热量Q吸CD=c水m(t- t0)=4.2×103J/(kg·℃)×0.1kg× (80℃-0℃)=3.36×104J。(2) 相 同时间内物质吸收的热量相同,由图 象可知,tBC=tCD=10min,则Q吸BC= Q吸CD=3.36×104J。(3) 由图象可 知,ΔtAB=ΔtCD=80℃,mAB=mCD= 0.1kg,而 加 热 时 间tAB <tCD,即 Q吸AB<Q吸CD,由Q吸 =cmΔt可知, c冰<c水,即冰的比热容小于水的比 热容。 12. [解析] (1) 饮水机里的水吸收热 量,温度升高,通过热传递的方式改变 了自身内能。(2) 储水桶底部受到的 压强p=ρ水gh=1.0×103kg/m3× 10N/kg×0.2m=2.0×103Pa,硅胶 垫上受到的压力F=pS=pπR2= 2.0×103Pa×3.14×(3×10-3m)2≈ 0.057N。(3) 浮子受力平衡,G+ F=F浮,代入数据可得,F浮=20× 10-3kg×10N/kg+0.057N=0.257N。 (4) 300mL的水的质量m=ρ水V= 1.0×103kg/m3×300×10-6 m3= 0.3kg,水吸收的热量Q吸=cmΔt= 4.2×103J/(kg·℃)×0.3kg× (100℃-25℃)=9.45×104J。 第十四章　内能的利用 第1节　热　机 1. D 2. A 判断热机冲程的方法 一看气门开闭;二看活塞运动 方向。 3. C [解析] 吸气冲程时,汽油机吸 入的是汽油和空气,柴油机吸入的是 空气,故A错误;压缩冲程结束时,汽 油机是利用火花塞点火,柴油机通过 压燃点火,故B错误;2400r/min的 发动机1s转40r,而汽油机每转2r 对外做功1次,每次对外做功1000J, 故1s对外做功W=1000J×40r2r = 20000J,故其功率P=Wt= 20000J 1s = 20000W=20kW,故C正确;排气冲 程时,排出的废气温度很高,内能并没 有全部转化为机械能,故D错误。 4. D 5. 热传递 大于 内能 [解析] 热 水瓶外壁为双层玻璃,两层之间抽成 真空,真空可以避免空气产生对流,减 少热传递的产生,减少热量散失,起到 保温作用;软木塞跳起来,其机械能增 大,这是热水瓶内气体膨胀做功造成 的,水蒸气的内能转化成软木塞的机 械能;水蒸气对软木塞做功时,要克服 软木塞的重力以及摩擦力做功,所以, 水蒸气对软木塞做的功大于软木塞增 加的机械能。 6. D [解析] 图甲中,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;图甲中 汽缸内的蒸汽推动活塞时,内能转化 为机械能,蒸汽的内能减小,故B正 确,B不符合题意;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 作时将内能转化为机械能,与汽油机 的做功冲程相似,与图乙中B图所示 的工作原理相似,故C正确,C不符合 题意;四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,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。 7. C [解析] 现代火箭发动机的特 点是它自身既带燃料,又带氧化剂,靠 氧化剂来助燃,不需要利用空气来助 燃;飞机本身也携带燃料,它需要利用 外界的空气来帮助燃烧;所以飞机和 火箭都是利用高温、高压气体产生的 反作用力来飞行的,故C正确。 8. [解析] (1) 由p= F S 可得,燃气对 活塞的平均压力 F=pS=9.0× 105Pa×30×10-4 m2 =2700N。 (2) 一个做功冲程中燃气对活塞做的 功W=Fs=2700N×50×10-3m= 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 6 135J。(3) 因飞轮每转2r对外做功 1次,所以飞轮1min转动1800r,做 功900次,则燃气对活塞做的总功 W总=W×900=135J×900=121500J, 汽油机的功率P= W总 t = 121500J 60s = 2025W。 对汽油机功率的正确认知 由F=pS 可求出燃气对活塞 的平均压力;利用活塞移动的距 离,由W=Fs计算出一个做功冲 程中燃气对活塞做的功。飞轮(曲 轴)每转动2r对外做功1次,飞轮 1min转 动 1800r,对 外 做 功 900次,燃气对活塞做的总功除以 做功时间即汽油机的功率。 9. (1) C (2) 热传递 (3) 30 2 提高 热 机 的 效 率 (合 理 即 可) [解析] (1) 根据汽油机的工作过程 可知,第二个冲程是压缩冲程,在此过 程中活塞压缩气体,将机械能转化为 内能,第三个冲程是做功冲程,燃料燃 烧产生的高温高压的燃气推动活塞对 外做功,将内能转化为机械能,故C 正确,A、B、D错误。(2) 一般要在汽 缸的外面安装一个水箱用来降低汽缸 的温度,是利用水的比热容大的特性, 汽缸内温度高,水的温度低,水从汽缸 中吸收热量,通过热传递的方式来减 小汽缸的内能的。(3) 汽油机完成 1个工作循环,完成了4个冲程,燃气 对外做功1次,活塞往返2次,飞轮转 动2周,若某汽油机飞轮的转速为 3600r/min,即1min转3600r,那么 1s内转了60r,转2r对外做功1次, 则1s内对外做功30次。在原有四冲 程汽油机完成排气冲程后向汽缸内喷 水,水在汽缸内汽化成水蒸气,水蒸气 膨胀对外做功,比原有的四冲程汽油 机多做一次功,因此六个冲程中共做 功2次,因为是利用排气冲程后的余热, 所以提高了热机的效率,节约了能源。 第2节　热机的效率 1. A 2. B 3. 完全燃烧 升高的温度 4. 做功 6.3×107 30 [解析] 搓 手取暖时,克服摩擦做功,机械能转化 为手的内能,使手的内能增加、温度升 高,此过程是通过做功的方式改变手 的内能。完全燃烧了4.2kg的羊砖, 放出的热量Q放=mq=4.2kg×1.5× 107J/kg=6.3×107J,水吸收的热量 Q吸=10%Q放=10%×6.3×107J= 6.3×106J,由Q吸=cmΔt得水的质 量 m水 = Q吸 c水Δt = 6.3×106J 4.2×103J/(kg·℃)×(55℃-5℃) = 30kg。 5. C [解析] 燃料的热值大小不能 直接测量,需要通过水吸收热量的多 少来体现燃料燃烧放出热量的多少, 而水吸收热量的多少跟水的质量和升 高的 温 度 有 关,因 此 可 以 利 用 c水m水Δt水=mq来比较热值大小。要 用燃料的外焰加热,所以应先固定燃 料的位置,再固定铁圈的位置,所以应 按从下往上的顺序进行调节,故A不 符合题意;若Δt相同,由q= c水m水Δt m 可知,m 越大,燃料的热值越小,故B 不符合题意;Δt m 的值越大,由q= c水m水Δt m 可知,燃料的热值越大,故C 符合题意;m Δt 的值越大,Δt m 的值越小, 由q= c水m水Δt m 可知,燃料的热值越 小,故D不符合题意。 6. D [解析] 设甲的功率为P甲,效 率为η甲,乙的功率为 P乙,效率为 η乙,汽油的热值为q,做功时间为t, 甲在时间t内做的有用功W甲=P甲t, 乙在时间t内做的有用功W乙=P乙t。 由题意知P甲∶P乙=2∶1,η甲∶η乙= 30%∶20%=3∶2;则甲在时间t内 消耗的总能量Q甲= W甲 η甲 = P甲t η甲 ,甲在 时间t内的耗油量m甲= Q甲 q = P甲t η甲q ; 同理可以得到乙在时间t内的耗油量 的表达式m乙= P乙t η乙q 。甲、乙两汽油机 在相同时间内的耗油量之比m甲∶m乙= P甲t η甲q ∶ P 乙t η乙q = P甲 η甲 ∶ P乙 η乙 = P甲η乙 P乙η甲 = 2 1× 2 3=4∶3 。 7. 乙、甲、丁、丙 丁 内能转化为机 械能 30 60 1.8×107 [解析] 甲 中的两个气阀都关闭,活塞向上运动, 所以为压缩冲程,是第二个冲程;乙中 的进气阀打开,活塞向下运动,所以为 吸气冲程,是第一个冲程;丙中的排气 阀打开,活塞向上运动,所以为排气冲 程,是第四个冲程;丁中的两个气阀都 关闭,火花塞点火,活塞向下运动,所 以为做功冲程,是第三个冲程;故先后 顺序为乙、甲、丁、丙;其中做功冲程即 丁冲程,将内能转化为机械能,给汽车 提供动力。四冲程汽油机的每个循环 飞轮转2圈,活塞往复运动2次,对外 做功 1 次;已 知 飞 轮 的 转 速 为 3600r/min,所以此汽油机飞轮每秒 钟转60圈,可完成30个工作循环,对 外做30次功,活塞往复运动60次。 内燃机的效率提高后η2=η1+1%= 29%+1%=30%,内燃机的有用功 W有=ηQ放=ηqm,因为内燃机的效率 提高前后有用功是相同的,所以有每 辆 汽 车 η1qm1 =η2qm2,故 m2 = η1qm1 η2q =η1 m1 η2 ,则每辆汽车每年节约 的燃油质量 Δm=m1-m2=m1- η1m1 η2 = 1-η1 η2 m1= 1-29%30% × 1.8t=0.06t,所以我国每年可以节 约的燃油质量 Δm总 =nΔm=3× 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 7