专题提升：改变世界的热机 2024-2025学年教科版物理九年级上册

专题提升：改变世界的热机 一、单选题 1．古语道：“人要实，火要虚”。此话的意思是说做人要脚踏实地，才能事业有成；可燃物要架空一些才能燃烧更旺。“火要虚”的目的是（　　） A．增大可燃物的着火点 B．降低可燃物的着火点 C．能使可燃物完全燃烧 D．提高了可燃物的利用率 2．近年来我国重大装备层出不穷，国人倍感自豪，下列机械的动力装置不是使用热机的是（　　） A．玉兔号月球车 B．山东号航母 C．C919客机 D．长征五号火箭 3．运载火箭利用液态氢作为燃料，可以保护环境，还因为液态氢具有（　　） A．较大的内能 B．较大的热值 C．较多的热量 D．较大的比热容 4．我们经常会看到一边行驶一边向空中喷雾的汽车，人们形象地将它称为雾炮车，如图所示。喷向空中的水雾能使尘埃粒子快速沉降到地面，起到净化空气的作用。下列关于雾炮车的说法中正确的是（　　） A．若雾炮车一直保持速度大小不变在工作，则行驶过程中车的动能不变 B．该雾炮车发动机四个冲程中的做功冲程实现了机械能转化为内能 C．如果雾炮车汽油机里的单个汽缸每秒对外做功20次，则单个汽缸每秒完成40个冲程 D．若汽油的热值为4.6×107J/kg，则完全燃烧0.2kg汽油放出的热量是9.2×106J 5．下列说法正确的是（　　） A．一根铁棒很难被拉伸，说明分子间只存在引力 B．发生热传递时，能量从内能大的物体向内能小的物体传递 C．固体熔化时会吸收热量，温度却不一定升高 D．内燃机的压缩冲程，主要通过热传递增加了汽缸内物质的内能 6．蒸汽机是将蒸汽的能量转换为机械能的往复式动力机械。蒸汽机的出现曾引起了第一次工业革命。直到 20 世纪初，它仍然是世界上最重要的原动机，后来才逐渐让位于内燃机和汽轮机等。一台四冲程内燃机转速为 600r/min，则说法正确的是（　　） A．每分钟做功 100 次，共有 600 个冲程 B．每秒共 40 个冲程，曲轴转 10 圈 C．每分钟完成 300 个工作循环，做功 150 次 D．每秒做功 5 次，曲轴转 10 圈 7．如图所示，关于热现象的四幅图，下列选项解释正确的是（　　） A．甲图塞子被弹出是因为白雾给它传递了热量 B．乙图两个压紧的铅块能吊起一个重物，两铅块未被拉开说明分子间存在斥力 C．丙图活塞下压，通过做功改变管内空气内能，使其温度升高，达到棉花的燃点 D．丁图的内燃机的压缩冲程，该冲程将活塞的机械能转化为内能 8．我国将面向2030年部署一批与国家战略长远发展和人民生活紧密相关的重大科技项目。其中，航空发动机和燃气轮机专项已经启动，下列我国“陆、海、空、天”装备中不属于热机（利用内能做功的机械）的是（   ） A．中国高铁交流异步牵引电动机 B．052D型导弹驱逐舰燃气轮机 C．歼20战机涡扇15煤油发动机 D．长征五号火箭液液氧发动机 二、填空题 9．如图甲、乙所示，是我们课堂演示的两个实验，如图是单缸四冲程汽油机一个工作循环图．甲实验中通过做功方式将 能转化为 能；乙实验所对应的能量转化与如图中的 图过程相同（“甲”/“乙”/“丙”/“丁”）．若该汽油机飞轮转速为3600r/min，则该汽油机每秒对外做功 次 10．汽油机是汽车的“心脏”，汽油燃烧时将 能转化为内能，完全燃烧0.5kg的汽油能够获得 的能量（汽油的热值为）；热机一个工作循环有四个冲程，如图中表示的是 冲程。 11．如图2所示，在试管内装些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气会把木塞冲开。 （1）水蒸气冲开木塞，水蒸气对木塞 ，水蒸气的内能 （选填“增大”、“减小”或“不变”）； （2）燃料燃烧，产生高温高压的气体把活塞往下推，这样就做成了一台简易的内燃机，此过程将 能转化为 能，与2图中汽油机哪个冲程的能量转化情况相同； （填字母）   （3）图3是某台汽油机的能量流向图，这台汽油机的效率多大 ； （4）在汽油机中，燃料在汽缸内燃烧，而且燃料与空气混合充分，燃烧得比较完全，因此汽油机的效率比蒸汽机更 。（选填“高”或“低”） 12．日常生活中常用天然气炒菜，炒菜时是通过 的方式增加菜的内能，用天然气代替煤炭烧火，不仅是因为环保，且是因为天然气 大。 13．如图甲所示是一台单缸四冲程汽油机工作状态示意图，由图甲可以看出，此时它所处在 冲程，其能量转化情况与 （选填“乙" 或“丙"）图相同，如果此汽油机飞轮的转速为2400r/min，则每秒内对外做功 次，汽油机用水做冷却液，是利用水 的较大的特点。 14．2023年9月17日，石家庄首批10辆氢能源公交车正式上线。全部投入到216路公交线路运营，标志着省会公交正式迈入氢能源时代。氢能源与化石燃料相比，具有的显著优势是 ，它燃烧时将 能转化为内能。质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧，若放出的热量有50%被质量为200kg、温度为15℃的水吸收，能使水温升高 ℃。[c水＝4.2×103J/（kg·℃），q氢＝1.4×108J/kg] 15．如图是某高速公路上的指示牌。汽车以120km/h的速度从指示牌处匀速行驶到石家庄需要 h。汽车高速行驶时对地面的压力 （选填“大于”、“小于”或“等于”）静止时对地面的压力。目前石家庄汽车保有量为200万辆，每辆汽车每年耗油1.24t，汽车内燃机效率的平均值为30%。如果把内燃机效率提高1%，则全市每年可以节约汽油 t。 16．一台单缸四冲程内燃机，它的转速在3600r/min时，每秒完成 个冲程，家用轿车发动机由四个这种汽缸组成，转速在3000r/min时每个做功冲程推动活塞一次做功300J，那么这台发动机的功率是 kW。 三、实验题 17．为了比较酒精与碎纸屑的热值大小，小亮设计了如图所示的实验，分别用不同的燃料给相同质量的水加热。 燃料种类 加热前水的温度/℃ 燃料完全燃烧后水的温度/℃ 水的温度的变化量/℃ 酒精 28 83 55 碎纸屑 28 62 34 （1）该实验需要保证酒精和碎纸屑的 相同； （2）该实验通过 来比较酒精和碎纸屑完全燃烧放出热量的多少； （3）分析实验数据得出 （选填“酒精”或“碎纸屑”）的热值大； （4）酒精和碎纸屑的热值之比为： 。 四、简答题 18．我国预计在2030年前实现载人登陆月球计划，开展科学探索。为了在月球表面复杂多变的地形中安全着陆，载人登月器的发动机能够通过燃烧燃料喷射气流，在下降过程中帮助着陆器减速，请分别从热学和力学的角度分析登月器着陆过程中所涉及到的物理知识（各写出一条即可）。 19．热机为人类的发展做出了重大的贡献，但对环境的污染也是较为产重的。请你说一说热机使用会带来哪些污染? 20．简述汽油机和柴油机的相同点和不同点。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 D A B D C D C A 1．D 【详解】可燃物要架空一些，才能燃烧更旺。“火要虚”的目的是增大了可燃物与空气的接触面积，能使可燃物尽量燃烧，燃烧更旺，提高了可燃物的利用率。 故选D。 2．A 【详解】热机工作时需要将燃料在汽缸内燃烧，把燃料的内能转化为机械能： A．因为月球上没有空气，也就没有氧气，在月球上热机无法正常工作，所以月球车不用热机来驱动，故A符合题意； BCD．山东号航母、C919客机、长征五号火箭都是利用燃料燃烧产生的内能来做功，把内能转化成机械能的装置，符合热机的特点，故BCD不符合题意。 故选A。 3．B 【详解】运载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液态氢和其它燃料相比，液态氢可以释放出更多的热量，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 4．D 【详解】A．雾炮车在路面上喷洒水雾，在匀速水平行驶喷洒的过程中，速度不变，质量减小，所以车的动能变小，故A错误； B．该雾炮车发动机的四个冲程中，做功冲程将内能转化为机械能，故B错误； C．汽油机每秒对外做功20次，经历80个冲程，完成20个工作循环，故C错误； D．完全燃烧0.2kg汽油放出的热量 Q=qm=4.6×107J/kg×0.2kg=9.2×106J 故D正确。 故选D。 5．C 【详解】A.分子间同时存在引力与斥力，故A错误； B. 发生热传递时，能量从温度高的物体向温度低的物体传递，故B错误； C. 固体熔化时会吸收热量，温度却不一定升高，如晶体熔化，吸收热量，温度不变，故C正确； D. 内燃机的压缩冲程，活塞对气体做功，主要通过做功增加了汽缸内物质的内能，故D错误。 故选C。 6．D 【详解】AC．一台四冲程内燃机转速为600r/min，已知飞轮每转2转完成1个工作循环，对外做功1次，包含4个冲程，则该内燃机每分钟完成300个工作循环，对外做功300次，包含1200个冲程，故AC错误； BD．一台四冲程内燃机转速为600r/min，则1s飞轮的转过的转数是10r，已知飞轮转数与曲轴的转数相同，且飞轮每转2r对外做功1次，包含4个冲程，则该内燃机每秒钟做功5次，曲轴转10r，包含20个冲程，故C错误，D正确。 故选D。 7．C 【详解】A．试管中的水蒸气将塞子推出的瞬间，对塞子做功，水蒸气的内能减少、温度降低，水蒸气液化变为小水滴（即形成白雾），故A错误； B．分子间存在引力和斥力。乙图两个压紧的铅块能吊起一个重物，两铅块未被拉开说明分子间存在引力，故B错误； C．迅速压下活塞时，活塞对下方空气做功，使空气内能增加，温度升高，达到棉花的着火点，所以棉花燃烧，故C正确； D．图中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，为内燃机的排气冲程，故D错误。 故选C。 8．A 【详解】热机是把内能转化成机械能的装置，燃气轮机、煤油发动机和火箭工作时把内能转化成机械能，都是热机，而电动机是把电能转化成机械能，不符合热机的特点，故A符合题意。 故选A。 9． 内能 机械能 甲 30 【分析】（1）内燃机的四个冲程有吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，其中在做功冲程中，是内燃机的内能转化为机械能，在压缩冲程中是机械能转化为内能． （2）在四冲程内燃机的一个工作循环中，完成4个冲程，并对外做功1次，曲轴和飞轮转2圈． 【详解】如图甲、乙所示，是我们课堂演示的两个实验，在甲实验中通过做功方式将内能转化为机械能；而在乙实验中是将机械能转化为内能； 图二中甲图两气门关闭、活塞向上运行，是压缩冲程，将机械能转化为内能，与图一中的乙实验能量转化过程相同； 若该汽油机飞轮转速为3600r/min，飞轮转速为60r/s；则该汽油机每秒完成120个冲程，对外做功30次． 10． 化学 压缩 【详解】[1]汽油燃烧是化学反应，将汽油的化学能转化为内能。 [2]由热值计算公式可得 Q=q汽油m=4.6×107J/kg×0.5kg=2.3×107J [3]图中进气门与排气门关闭，活塞向上移动，压缩汽缸内的气体，属于压缩冲程。 11． 做功 减小 内 机械 B 30％ 高 【详解】（1）[1][2]在这个实验中，燃料燃烧时产生的热量传给水和水蒸气；塞子受到水蒸气的压力而冲出去，即水蒸气对木塞做功，水蒸气的内能转化为塞子的动能，内能减小。 （2）[3][4]燃料燃烧时，产生高温高压的气体对活塞做功，内能转化为机械能。 [5]此过程与汽油机的做功冲程的能量转化情况相同，在做功冲程中也是将燃气的内能转化为活塞的机械能，如图2所示。 A．两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程。故A不符合题意； B．两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程。故B符合题意； C．排气门开启，活塞上行，气体流出汽缸，是排气冲程。故C不符合题意； D．进气门开启，活塞下行，气体流入汽缸，是吸气冲程。故D不符合题意。 故选B。 （3）[6]由发动机的能量流向图可知，该汽油机的效率为（即输出有用功在燃料完全放出热量中的百分比） η=100%-33%-30%-7%=30% （4）[7]不同的热机效率不同，汽油机中，燃料在汽缸内燃烧，燃烧得比较完全，因此汽油机的效率比蒸汽机更高。 12． 热传递 热值 【详解】[1]炒菜时，锅的温度高，菜从锅中吸收热量，通过热传递的方式增加菜的内能。 [2]天然气的热值较大，相同质量的天然气同其他燃料相比，完全燃烧时可以放出的热量更多。 13． 做功 乙 20 比热容 【详解】[1][2]由甲图知道，两个气门都关闭，火花塞喷出电火花，活塞向下运动，所以此过程是做功冲程，燃料燃烧的内能转化为活塞的机械能，由乙图知道，当对试管中的水加热时，由于水的蒸发，使试管中水的内能增大，体积膨胀，而对外做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能。在丙图中，当用力将活塞压下时，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧，是通过对物体做功来增大物体内能的，即是将机械能转化为内能的过程，所以，与做功冲程原理相同的是乙图。 [3]由于飞轮的转速是2400r/min，所以1s转动的圈数为40r，又因为四冲程内燃机1个工作循环中曲轴转2圈，完成4个冲程，对外做功1次，所以汽油机每秒对外做功20次。 [4]水的比热容较大，质量相同的水和其它液体相比较，升高相同的温度时，吸收的热量多；吸收或放出相同的热量时，温度变化较小，因此常用来做冷却剂。 【点睛】 14． 氢气与氧气燃烧后只生成水，不会污染环境 化学 50 【详解】[1]氢能源有很多优势：通常情况下，氢气与氧气燃烧后只生成水，不会污染环境；氢燃料的热值大，在放出相等热量时，消耗的氢能源少等。 [2]氢燃烧时，消耗燃料的化学能，获得内能，所以氢燃料燃烧时将化学能转化为内能。 [3]0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量为 Q放＝m氢q氢＝0.6kg×1.4×108J/kg＝8.4×107J 由题意可知，水吸收的热量为 Q吸＝Q放×50%＝8.4×107J×50%＝4.2×107J 由Q吸＝cmΔt得，水升高的温度为 15． 1.5 小于 8×104 【详解】[1]由指示牌可知此处到石家庄距离180km，由可得汽车从指示牌处匀速行驶到石家庄需要的时间 [2]因为现在的汽车都是呈流线型，汽车在高速行驶时，汽车上方的空气流速快，压强小，下方空气流速慢，压强大，所以会产生一个向上的升力，从而减小了对地面的压力；而汽车静止时对水平地面的压力大小等于自身重力大小。所以汽车高速行驶时对地面的压力小于静止时对地面的压力。 [3]根据和可知1辆汽车其要做的有用功 W=Q放η=mqη 当提高效率后，每辆汽车所要做的有用功不变，所以有 mqη=m′q(η＋0.01) 代入数据解得 即每一辆车节约汽油 1.24t-1.2t=0.04t 200万辆汽车节约汽油的质量为 0.04t×2×106=8×104t 16． 120 7.5 【详解】[1]单缸四冲程内燃机，一个工作循环，4个冲程，飞轮转动2圈，则它的转速在3600r/min时，每秒完成的冲程数为 [2]当发动机由四个汽缸组成，转速在3000r/min时，发动机1s完成的冲程数为 则1s对外做功25次,1s做的功为 这台发动机的功率是 17． 质量 水升高的温度 酒精 55:34 【详解】（1）[1]由控制变量法可知，为了比较酒精与碎纸屑的热值大小，该实验需要保证酒精和碎纸屑的质量相同，使酒精和碎纸屑玩全燃烧，加热相同质量的水，通过比较水温度的变化情况来比较热值大小。 （2）[2]燃料的热值大小不能直接测量，该实验通过水升高的温度来比较酒精和碎纸屑完全燃烧放出热量的多少，采用了转换法。 （3）[3]由表中数据可知，酒精完全燃烧使水温升高55℃，碎纸屑完全燃烧，水温升高了34℃，由可知，酒精完全燃烧释放的热量多，由可知，酒精的热值大。 （4）[4]酒精完全燃烧使水温升高55℃，碎纸屑完全燃烧使水温升高34℃，由可知，甲中水吸收的热量与乙中水吸收的热量之比为55:34，燃料放出的热量等于水吸收的热量，则酒精完全燃烧放出的热量与碎纸屑完全燃烧放出的热量之比为 两种燃料的质量相同，由Q放=mq可知，酒精和碎纸屑的热值之比为55:34。 18．见解析 【详解】发动机能够通过燃烧燃料喷射气流，在下降过程中帮助着陆器减速，是因为物体间的力的作用是相互的，发动机对气流有向下的力，气流对发动机有向上的力，从而使着陆器减速；发动机通过燃烧燃料喷射气流，此过程中内能转化为机械能。 19．见解析 【详解】热机利用燃料在气缸内燃烧释放能量而工作，但燃料燃烧过程中会有大量的废气排出，会有下列污染形成：尾气排放造成的污染；燃料燃烧排放的烟尘使大气变得十分混浊（粉尘）；废渣污染（未烧尽的残渣）；噪声污染等等。 20．见解析 【详解】汽油机和柴油机的相同点和不同点如下表所示： 项目 汽油机 柴油机 不同点 燃料 汽油 柴油 气缸、构造 气缸比较短，上方有一个火花塞 气缸比较长，上方有一个喷油嘴 工质 汽油燃气 柴油燃气 压缩比 4~6 15~18 点燃方式 点燃式 压燃式 效率 25%~40% 35%~45% 相同点 一个工作循环都包括四个冲程；将内能转化为机械能；燃烧化石燃料。 一个工作循环都包括四个冲程；将内能转化为机械能；燃烧化石燃料。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$