10.3 热机及其工作原理（分层作业）----2025-2026学年沪科版（五四学制）物理九年级上学期

10.3 热机及其工作原理 目录 题型分组基础练 2 题型01 热机的工作原理 2 题型02 汽油机的工作过程和能量转化 2 题型03 柴油机和汽油机的区别 3 题型04 内燃机工作循环的数量关系 4 题型05 热机工作时，功、功率、压强与压力的综合计算 5 巩固提高综合练 6 题型分组基础练 题型01 热机的工作原理 1. 下列交通工具中，没有利用热机的是（     ） A．蒸汽火车 B．飞机 C．轮船 D．自行车 2. 热机的出现改变了世界，最早的热机是（　　） A．汽油机 B．蒸汽机 C．火箭发动机 D．喷气发动机 3．如图所示是小明用可乐瓶制作的水火箭。在瓶中装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气。打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中，此过程的能量转化情况与热机的 冲程相同，瓶内气体通过 的方式改变内能。 4. 如图所示，在试管里注入少量的水，用软木塞塞紧管口，用酒精灯加热。一会儿试管里的水沸腾了，水蒸气把软木塞向上顶起。这个过程类似于内燃机的 冲程，酒精燃烧时 能转化为 能。 题型02 汽油机的工作过程和能量转化 5. 四冲程汽油机每经历一个工作循环，活寨上下往复 次；它的第二个冲程是 冲程，它将机械能转化为内能。 6．如图所示，试管内水蒸气将塞子推出的过程，水蒸气的 能转化为塞子的机械能。四冲程汽油机工作过程中的 冲程与上述能量转化过程相同。 7．如图所示是单缸四冲程汽油机某一冲程工作示意图，该冲程是 冲程。若该汽油机1s对外做功15次，则汽油机的飞轮速度为 r/min。    8．如图所示为汽油机工作循环中的某个冲程，下列关于此冲程的说法正确的是（　　） A．活塞向上运动 B．喷油嘴喷出雾状汽油 C．内能转化为机械能 D．飞轮在此过程中转一圈 9. 如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是（　　） A．一个工作循环的正确顺序是：甲乙丙丁 B．乙图冲程能获得动力 C．丁图冲程有明显机械能转化为内能的过程 D．丙图冲程存在化学能转化为内能的过程 题型03 柴油机和汽油机的区别 10. 柴油机和汽油机的主要区别在于，汽油机在吸气冲程中吸入汽油和空气的混合物，而柴油机吸入的只有 ，构造上柴油机顶端有喷油嘴，而汽油机顶部有 。 11．如图所示，这是 （选填“汽油机”或“柴油机”）工作循环中的 冲程，该冲程的能量转化为 能转化为机械能。    12. 如图所示是某种内燃机某一冲程的示意图，由图可知： （1）这种内燃机是 （填“汽油机”或“柴油机”）。 （2）在这个冲程中的能量转化是 。 13. 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04 内燃机工作循环的数量关系 14. 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。 15. 神舟十六号飞船目前正在太空中遨游，计划将在2023年11月返回我国东风着陆场。按照以往经验，神舟飞船在穿越大气层返回地面时，与大气层摩擦，将机械能转化为内能，这与图中汽油机的 （选填“甲”或“乙”）冲程一致，若该汽油机的转速为3000r/min，则1s内汽油机对外做功 次，共完成 个冲程。    16. 一台单缸四冲程柴油机飞轮的转速是3 600 r/min，则柴油机每秒钟 A．完成60个循环，120个冲程 B．做功30次，活塞往复60次 C．完成60个循环，60个冲程 D．做功1 200次，活塞往复1 200次 题型05 热机工作时，功、功率、压强与压力的综合计算 17. 在做功冲程中，汽油机燃气的压强可达5.0×105Pa，柴油机燃气的压强可达1.0×106Pa，如果汽油机和柴油机的活塞面积、活塞运动的距离都相同，则在一个做功冲程中柴油机与汽油机做功之比是（　　） A．1∶2 B．1∶1 C．2∶1 D．4∶1 18. 如图为某单缸四冲程汽油机的 冲程，若1s内该汽油机对外做功20次，则飞轮转速为 r/min；该汽油机工作时汽缸内燃气对活塞平均推力为2000N，活塞向下运动的距离是50cm，则汽油机的功率为 kW。 19. 汽车的排气量是指发动机汽缸的工作容积，一般情况下发动机排气量越大，功率越大。某款汽车使用四缸发动机，每个汽缸活塞行程均为8cm，活塞面积均为50cm2，燃气对活塞的平均压强为106Pa，飞轮转速为6000r/min。求： （1）它的总排气量； （2）一个做功冲程中，燃气对活塞做的功。 巩固提高综合练 20．喜欢思考的小明用塑料矿泉水瓶子进行了如下游戏探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（如图甲）；扭转瓶子（如图乙）；轻轻扰动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾（如图丙）。图乙和图丙所示的过程，分别与四冲程内燃机连续的两个冲程相似，这两个冲程是（　　） A．吸气冲程和压缩冲程 B．压缩冲程和做功冲程 C．做功冲程和排气冲程 D．压缩冲程和排气冲程 21. 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，如图为四冲程汽油机的工作示意图。下列判断不正确的是（    ） A．图a中气缸内的蒸气体积膨胀，从而推动活塞使舰载机获得牵引力 B．气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A所示的原理相似 D．汽油机的一个工作循环的正确顺序是ABCD 22. 如图为一种蒸汽船玩具，在玻璃瓶内装适量水，将小船放置在水面上，点燃蜡烛加热玻璃瓶一段时间，产生大量水蒸气，并和受热膨胀的空气一起从细窄的吸管冲出，推动小船前进。下列有关该实验的说法不合理的是（　　） A．加热过程中，玻璃瓶内的水通过热传递的方式增大内能 B．吸管处出现白雾，冲出的水蒸气内能减小，温度降低 C．蒸汽推动小船前进，实现了机械能向内能的转化 D．蒸汽推动小船前进，能量的转化方式和内燃机的做功冲程相同 23．如图是蒸汽机工作的原理示意图，关于蒸汽机的工作过程中所涉及的物理知识，下列说法正确的是（    ） A．燃料燃烧产生的内能全部转化为蒸汽的内能 B．汽缸内的蒸汽推动活塞做功，蒸汽的内能增大 C．汽缸内的蒸汽推动活塞做功，其能量的转化过程与汽油机的做功冲程一样 D．蒸汽机加装冷凝器，能减少废气带走的温度 24. 如图是某同学制作的“酒精冲天炮”，使用时首先将少量酒精喷入塑料瓶，接着用热水淋湿瓶子，迅速将瓶子安装在装有电子打火器的发射器前端，随后按动开关引燃酒精蒸气，发现瓶子向下喷气的同时腾空而起。淋湿瓶子过程中瓶内气体的内能 （选填“增大”“减小”或“不变”）；瓶内酒精燃烧，瓶子冲出过程的能量转化与汽油机的 冲程相同。 25. 光发动机可用于卫星的能源补充，原理如图，密闭化学反应室中N2O4在光照下会分解，使气室气压增大，推动活塞向 移，无光条件下发生逆反应，控制光照即可实现活塞往复运动。活塞右移过程相当于汽油机的 冲程。 26．阅读材料，回答问题 空气动力是指空气与物体相对运动时作用在物体上的力，简称气动力。经过长时间探索，人们已经成功制造出使用空气作为动力的活塞式发动机。 如图甲是某新型空气动力汽车，储气罐总容量为80L，可储存标准大气压下90m3的空气，其设计最高速度可达144km/h，平均每加满一次气能行驶200km。该车发动机的工作原理如图乙和图丙所示。由于空气发动机不直接使用燃料，因而具有体积小、结构简单和“零”排放等优点。 虽然因为技术不成熟还存在某些缺点，但是这项技术仍然具有广阔的发展前景。 （1）空气动力汽车发动机工作时，将 能转化为机械能； （2）空气发动机在工作过程中，曲轴转动一圈完成一个工作循环，当转速表显示3000r/min时，该空气发动机活塞每秒经历 个冲程，对外做功 次； （3）若该车在水平地面上以最高速度向前匀速行驶5min，受到的阻力为1000N，则牵引力对汽车做功为 J。 27. 如题图为四缸发动机图，其工作原理为：四个气缸的活塞连在一根曲轴上，并使各气缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个气缸在做功，其它三个气缸分别在做吸气、压缩和排气工作。有一台四缸发动机，其主要技术指标如表所示。 其中排量等于四个气缸工作容积的总和，气缸工作容积指活塞从气缸顶部到底部所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（即冲程长）。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数。则： （1）该发动机的单缸排量为 L，它的 冲程是把内能转化为机械能，从而获得动力； （2）该发动机每分钟对外做功 次，每分钟对外做功 J； （3）在每个做功冲程里，发动机做功W= J。在做功过程里，燃气对活塞所做的功可表示为W=pV，则p = Pa（1L=10-3m）。 28．阅读短文，回答问题。 喷气发动机 喷气发动机分为火箭喷气发动机和空气喷气发动机。2023年，我国的长征四号丙运载火箭，成功将一颗卫星送入预定轨道。该运载火箭靠火箭喷气发动机获得推进力。 火箭喷气发动机本身带有燃料和氧化剂，不需要外界空气来助燃，其燃料有固体的和液体的。如图甲所示是液体火箭喷气发动机的工作原理示意图，燃料和氧化剂分别装在两个箱子里，由输送系统按时按量地把燃料和氧化剂喷入燃烧室，用电火花点燃，燃烧产生的气体以很高的速度从尾部喷出，对火箭产生强大的反冲推力使它前进。 空气喷气发动机本身只携带燃料，需要从外界空气中获得足够的氧来助燃。空气喷气发动机的种类很多，图乙所示为空气涡轮喷气发动机结构图。工作过程中，机身在空气中高速前进，空气从进气口进入，被压缩机压缩后进入燃烧室和从喷雾器喷出的燃料混合，由火花塞点火燃烧，产生大量气体向后喷出，冲击燃气轮机叶轮转动，最后气体以极大的速度从尾部喷管喷出，使机身得到巨大的反冲推力向前飞行。 （1）地面控制中心与卫星之间是通过发射和接收 进行通信的； （2）火箭喷气发动机工作过程中，先将燃料的化学能转化为 能，然后再将其转化为火箭的 能； （3） （选填“火箭”或“空气”）喷气发动机不能在大气层外工作； （4）如图乙所示的空气涡轮喷气发动机工作过程中，气体温度是不断变化的。下列图像中，能大致反映气体的温度随时间变化的是 。 A B C D 29．物理兴趣小组为了探究水火箭射程与瓶内液体质量的关系，设计了两种改变瓶内液体质量的方案：方案一，相同体积只改变液体的密度；方案二，同种液体只改变液体的体积。 经查阅资料得知：水火箭射程还与瓶内液体占总体积的比例、瓶内气压和发射角度等因素有关。他们决定采用方案一，并用图甲装置和有关测量工具进行如下实验。 实验步骤： ①取一可乐瓶作为水火箭内胆，瓶内装入体积为 V 的水，将其放置在已固定角度的发射架上； ②用打气筒给水火箭打气，直至瓶内气压为p； ③打开开关，可乐瓶内的高压气体推动水向后喷出，水火箭向前飞出； ④测出水火箭的射程，多次实验取平均值； ⑤用食盐和水配制A、B、C三种密度不同的溶液，均量取体积为V的溶液替换水，重复上述步骤①②③。 实验结果如图乙所示。 （1）实验中用于测量水火箭射程的工具是 ； （2）下图汽油机冲程中与步骤③能量转化相同的是 ； A． B． C． D． （3）本实验可得出的结论是 ； （4）请分析方案二是否合理并说明理由 。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 10.3 热机及其工作原理 目录 题型分组基础练 2 题型01 热机的工作原理 2 题型02 汽油机的工作过程和能量转化 3 题型03 柴油机和汽油机的区别 5 题型04 内燃机工作循环的数量关系 6 题型05 热机工作时，功、功率、压强与压力的综合计算 7 巩固提高综合练 9 题型分组基础练 题型01 热机的工作原理 1. 下列交通工具中，没有利用热机的是（     ） A．蒸汽火车 B．飞机 C．轮船 D．自行车 【答案】D 【详解】蒸汽火车、飞机、轮船的发动机均是一种把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置，即热机，自行车没有利用热机，通过消耗人的体力工作的，故D符合题意，ABC不符合题意。 2. 热机的出现改变了世界，最早的热机是（　　） A．汽油机 B．蒸汽机 C．火箭发动机 D．喷气发动机 【答案】B 【详解】热机是指各种利用内能做功的机械，17世纪人类发明了热机，最早的热机是蒸汽机；内燃机、喷气发动机、火箭发动机都是后期发明出来的，故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。 3．如图所示是小明用可乐瓶制作的水火箭。在瓶中装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气。打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中，此过程的能量转化情况与热机的 冲程相同，瓶内气体通过 的方式改变内能。 【答案】 做功 做功 【详解】旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打气时，压缩瓶内气体做功，瓶中气体内能增加。打开阀门后，瓶内高压气体对水做功，水从尾部的金属管向下喷出，瓶内气体的内能转化为水火箭的机械能；热机做功冲程中，燃气的内能转化为机械能，所以此过程的能量转化情况与热机的做功冲程相同。 4. 如图所示，在试管里注入少量的水，用软木塞塞紧管口，用酒精灯加热。一会儿试管里的水沸腾了，水蒸气把软木塞向上顶起。这个过程类似于内燃机的 冲程，酒精燃烧时 能转化为 能。 【答案】 做功 化学 内 【详解】在试管中装些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气会把软木塞冲开，是内能转化为机械能，在汽油机的做功冲程中，燃气膨胀做功，将内能转化为机械能，所以汽油机的做功冲程是此原理的应用。酒精燃烧时将化学能转化为内能。 题型02 汽油机的工作过程和能量转化 5. 四冲程汽油机每经历一个工作循环，活寨上下往复 次；它的第二个冲程是 冲程，它将机械能转化为内能。 【答案】 2 压缩 【详解】四冲程汽油机的一个工作循环分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程，其中，压缩冲程将机械能转化为内能。 6．如图所示，试管内水蒸气将塞子推出的过程，水蒸气的 能转化为塞子的机械能。四冲程汽油机工作过程中的 冲程与上述能量转化过程相同。 【答案】 内 做功 【详解】当瓶塞跳起时，水蒸气对塞子做功，内能减少，转化为塞子机械能。 能量转化为内能转化为机械能，与汽油机的做功冲程的能量转化相同。 7．如图所示是单缸四冲程汽油机某一冲程工作示意图，该冲程是 冲程。若该汽油机1s对外做功15次，则汽油机的飞轮速度为 r/min。    【答案】 压缩 1800 【详解】图中的进气门和排气门关闭，活塞向上运动，所以是压缩冲程。 四冲程汽油机在1s内对外做功15次，则汽油机1min做功900次，由于汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次，所以汽油机的飞轮1min内飞轮转1800次，即该汽油机工作时飞轮的转速为1800r/min。 8．如图所示为汽油机工作循环中的某个冲程，下列关于此冲程的说法正确的是（　　） A．活塞向上运动 B．喷油嘴喷出雾状汽油 C．内能转化为机械能 D．飞轮在此过程中转一圈 【答案】C 【详解】如图所示为汽油机，汽油机没有喷油嘴，有火花塞，此时火花塞点火，气缸内的混合气体迅速燃烧，产生高温高压的气体，推动活塞向下运动，内能转化为机械能，每个冲程飞轮转半圈，为做功冲程，故C正确，ABD错误。故选C。 9. 如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是（　　） A．一个工作循环的正确顺序是：甲乙丙丁 B．乙图冲程能获得动力 C．丁图冲程有明显机械能转化为内能的过程 D．丙图冲程存在化学能转化为内能的过程 【答案】C 【详解】甲图中两个气阀都关闭，火花塞点火，活塞下运动，是做功冲程，此冲程将内能转化为机械能；乙图中进气门打开，活塞向下运行，汽缸容积增大，是吸气冲程；丙图中排气门打开，活塞向上运动，汽缸容积减小，是排气冲程；丁图中两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，是机械能转化为内能； A．四个冲程的正确顺序是乙丁甲丙，故A错误； B．乙图为吸气冲程，内燃机在做功冲程能获得动力，故B错误； C．丁图为压缩冲程，在该冲程中将机械能转化为内能，故C正确； D．丙图为排气冲程，而在做功冲程存在化学能转化为内能的过程，故D错误。 故选C。 题型03 柴油机和汽油机的区别 10. 柴油机和汽油机的主要区别在于，汽油机在吸气冲程中吸入汽油和空气的混合物，而柴油机吸入的只有 ，构造上柴油机顶端有喷油嘴，而汽油机顶部有 。 【答案】 空气 火花塞 【详解】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。汽油机汽缸顶部有一个火花塞，柴油机汽缸顶部是一个喷油嘴。 11．如图所示，这是 （选填“汽油机”或“柴油机”）工作循环中的 冲程，该冲程的能量转化为 能转化为机械能。    【答案】 柴油机 做功 内 【详解】该内燃机有喷油嘴，是柴油机。进气门和排气门都关闭，活塞向下运动，是做功冲程。 做功冲程中，燃料燃烧产生的高温高压气体推动活塞向下运动，内能转化为机械能。 12. 如图所示是某种内燃机某一冲程的示意图，由图可知： （1）这种内燃机是 （填“汽油机”或“柴油机”）。 （2）在这个冲程中的能量转化是 。 【答案】 柴油机 内能转化为机械能 【详解】汽油机的气缸顶部是火花塞，柴油机气缸顶部是喷油嘴。由此我们可以判断出这种内燃机是柴油机。 观察此图我们可以发现，两个气门都是关闭的，且活塞正在向下运动，因此可以判断它正处于做功冲程。此冲程中，能量转化是内能转化为机械能。 13. 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】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。柴油燃烧时向外放热，将储存的化学能转化为内能。 题型04 内燃机工作循环的数量关系 14. 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。 【答案】压缩 30 2400 比热容 【解析】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。 汽油机的转速为 3600r/min= 60r/s 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。 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 40r/s=2400r/min 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。 15. 神舟十六号飞船目前正在太空中遨游，计划将在2023年11月返回我国东风着陆场。按照以往经验，神舟飞船在穿越大气层返回地面时，与大气层摩擦，将机械能转化为内能，这与图中汽油机的 （选填“甲”或“乙”）冲程一致，若该汽油机的转速为3000r/min，则1s内汽油机对外做功 次，共完成 个冲程。    【答案】 乙 25 100 【详解】神舟飞船穿越大气层返回地面时，与大气层摩擦，克服摩擦做功，将机械能转化为内能，飞船的温度升高；在图甲中的进气门和排气门都关闭，且活塞向下运动，是做功冲程，将内能转化为机械能；图乙中的进气门和排气门都关闭，且活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能，所以，图乙符合题意。 在内燃机的一个工作循环中，有4个冲程，曲轴转动2圈，对外做功1次；飞轮转速为3000r/min，所以，每秒钟的转速是50 r/s，可以完成100个冲程，做功25次。 16. 一台单缸四冲程柴油机飞轮的转速是3 600 r/min，则柴油机每秒钟 A．完成60个循环，120个冲程 B．做功30次，活塞往复60次 C．完成60个循环，60个冲程 D．做功1 200次，活塞往复1 200次 【答案】B 【详解】内燃机的一个工作循环有四个冲程，飞轮转2圈；即：飞轮每转2圈，完成一个工作循环，对外做功1次； 单缸四冲程内燃机飞轮的转速为3600r/min，则该柴油机每秒钟转60圈，即活塞往复60次，完成120个冲程，30个工作循环，对外做30次功， 故选B． 题型05 热机工作时，功、功率、压强与压力的综合计算 17. 在做功冲程中，汽油机燃气的压强可达5.0×105Pa，柴油机燃气的压强可达1.0×106Pa，如果汽油机和柴油机的活塞面积、活塞运动的距离都相同，则在一个做功冲程中柴油机与汽油机做功之比是（　　） A．1∶2 B．1∶1 C．2∶1 D．4∶1 【答案】C 【解析】汽油机和柴油机的活塞面积、活塞运动的距离都相同，则说明汽油机和柴油机的活塞面积S之比为1∶1；运动距离s之比为1∶1；燃气压强之比为 5.0×105Pa∶1.0×106Pa=1∶2 根据W=Fs，F=Ps，则柴油机与汽油机做功之比为 故选C。 18. 如图为某单缸四冲程汽油机的 冲程，若1s内该汽油机对外做功20次，则飞轮转速为 r/min；该汽油机工作时汽缸内燃气对活塞平均推力为2000N，活塞向下运动的距离是50cm，则汽油机的功率为 kW。 【答案】排气 2400 20 【解析】由图可知，一气门关闭，活塞向上运动，该冲程是汽油机的排气冲程。 在四冲程内燃机的工作过程中曲轴转2圈，完成4个冲程，6个工作循环外做功1次；如果此汽油机1s内对外做功20次，则每秒完成20个工作循环，即每分钟转2400圈，飞轮的转速为2400r/min。 活塞向下运动的距离是s=50cm=0.5m 一个做功冲程做的功 该汽油机工作1s时所做的功 则汽油机的功率为 19. 汽车的排气量是指发动机汽缸的工作容积，一般情况下发动机排气量越大，功率越大。某款汽车使用四缸发动机，每个汽缸活塞行程均为8cm，活塞面积均为50cm2，燃气对活塞的平均压强为106Pa，飞轮转速为6000r/min。求： （1）它的总排气量； （2）一个做功冲程中，燃气对活塞做的功。 【答案】（1）1600cm3；（2）400J 【详解】（1）由题意可知，该汽车单个汽缸的排气量为活塞面积乘以行程，即 V=Sh=50cm2×8cm=400cm3 汽车使用四缸发动机，则总的排气量为 V总=4V=4×400cm3=1600cm3 （2）由p=F/S可得，燃气对活塞的压力大小为 由功的计算公式可得，燃气对活塞所做功为 答：（1）总排气量为1600cm3； （2）燃气对活塞所做的功为400J。 巩固提高综合练 20．喜欢思考的小明用塑料矿泉水瓶子进行了如下游戏探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（如图甲）；扭转瓶子（如图乙）；轻轻扰动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾（如图丙）。图乙和图丙所示的过程，分别与四冲程内燃机连续的两个冲程相似，这两个冲程是（　　） A．吸气冲程和压缩冲程 B．压缩冲程和做功冲程 C．做功冲程和排气冲程 D．压缩冲程和排气冲程 【答案】B 【详解】扭转瓶子，对气体做功，机械能转化为内能，相当于为压缩冲程；如图丙，膨胀的气体对外做功，内能转化为机械能，相当于热机的做功冲程，故B符合题意；ACD不符合题意。故选B。 21. 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，如图为四冲程汽油机的工作示意图。下列判断不正确的是（    ） A．图a中气缸内的蒸气体积膨胀，从而推动活塞使舰载机获得牵引力 B．气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A所示的原理相似 D．汽油机的一个工作循环的正确顺序是ABCD 【答案】C 【详解】AB．图a中的弹射装置工作时，气缸内的蒸汽体积膨胀，推动活塞对外做功，将内能转化为机械能，蒸汽的内能减小，输出机械能，推动活塞使舰载机获得牵引力，故AB正确，不符合题意； C．图b中的C图，两气门关闭，活塞下行，为做功冲程，将内能转化为机械能，从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图C所示的原理相似，故C错误，符合题意； D．图A，进气门打开，排气门关闭，活塞下行，为吸气冲程；图B，两气门关闭，活塞上行，为压缩冲程；图C，由以上解析可知，为做功冲程；图D，进气门关闭，排气门打开，活塞上行，为排气冲程；汽油机的一个工作循环的正确顺序是ABCD，故D正确，不符合题意。 故选C。 22. 如图为一种蒸汽船玩具，在玻璃瓶内装适量水，将小船放置在水面上，点燃蜡烛加热玻璃瓶一段时间，产生大量水蒸气，并和受热膨胀的空气一起从细窄的吸管冲出，推动小船前进。下列有关该实验的说法不合理的是（　　） A．加热过程中，玻璃瓶内的水通过热传递的方式增大内能 B．吸管处出现白雾，冲出的水蒸气内能减小，温度降低 C．蒸汽推动小船前进，实现了机械能向内能的转化 D．蒸汽推动小船前进，能量的转化方式和内燃机的做功冲程相同 【答案】C 【详解】A．加热过程中，玻璃瓶内的水吸收热量，内能增大，是通过热传递的方式增大内能，故A不符合题意； B．吸管处出现白雾，冲出的水蒸气对外做功，内能减小，温度降低，故B不符合题意； C．蒸汽推动小船前进，实现了内能向机械能的转化，故C符合题意； D．蒸汽推动小船前进，能的转化方式和内燃机的做功冲程相同，都是内能转化为机械能，故D不符合题意。 故选C。 23．如图是蒸汽机工作的原理示意图，关于蒸汽机的工作过程中所涉及的物理知识，下列说法正确的是（    ） A．燃料燃烧产生的内能全部转化为蒸汽的内能 B．汽缸内的蒸汽推动活塞做功，蒸汽的内能增大 C．汽缸内的蒸汽推动活塞做功，其能量的转化过程与汽油机的做功冲程一样 D．蒸汽机加装冷凝器，能减少废气带走的温度 【答案】C 【详解】A．燃料燃烧产生的内能仅仅只有一部分转化为蒸汽的内能，还有一部分热量散失了，还有一部分的内能转化为锅炉的内能，故A错误； B．汽缸内的蒸汽推动活塞做功，内能转化为机械能，蒸汽的内能减小，故B错误； C．汽缸内的蒸汽推动活塞做功，将内能转化机械能，其能量的转化过程与汽油机的做功冲程一样，做功冲程是膨胀的气体对外做功，将内能转化为机械能，故C正确； D．蒸汽机加装冷凝器，能减少废气带走的热量，而不是温度，故D错误。 故选C。 24. 如图是某同学制作的“酒精冲天炮”，使用时首先将少量酒精喷入塑料瓶，接着用热水淋湿瓶子，迅速将瓶子安装在装有电子打火器的发射器前端，随后按动开关引燃酒精蒸气，发现瓶子向下喷气的同时腾空而起。淋湿瓶子过程中瓶内气体的内能 （选填“增大”“减小”或“不变”）；瓶内酒精燃烧，瓶子冲出过程的能量转化与汽油机的 冲程相同。 【答案】 增大 做功 【详解】淋湿瓶子过程中，瓶内气体从热水中吸收热量，内能增大。 瓶子冲出过程中，瓶内气体体积膨胀，对外做功，将内能转化为机械能，汽油机的做功冲程中，缸内气体推动活塞做功，将内能转化为机械能，两者的能量转化相同。 25. 光发动机可用于卫星的能源补充，原理如图，密闭化学反应室中N2O4在光照下会分解，使气室气压增大，推动活塞向 移，无光条件下发生逆反应，控制光照即可实现活塞往复运动。活塞右移过程相当于汽油机的 冲程。 【答案】 右 做功 【详解】N2O4在光照下会分解，使气室气压增大，会向右推动活塞。 活塞右移过程，气室内气体对活塞做功，将内能转化为机械能，与汽油机的做功冲程能量转化相同。 26．阅读材料，回答问题 空气动力是指空气与物体相对运动时作用在物体上的力，简称气动力。经过长时间探索，人们已经成功制造出使用空气作为动力的活塞式发动机。 如图甲是某新型空气动力汽车，储气罐总容量为80L，可储存标准大气压下90m3的空气，其设计最高速度可达144km/h，平均每加满一次气能行驶200km。该车发动机的工作原理如图乙和图丙所示。由于空气发动机不直接使用燃料，因而具有体积小、结构简单和“零”排放等优点。 虽然因为技术不成熟还存在某些缺点，但是这项技术仍然具有广阔的发展前景。 （1）空气动力汽车发动机工作时，将 能转化为机械能； （2）空气发动机在工作过程中，曲轴转动一圈完成一个工作循环，当转速表显示3000r/min时，该空气发动机活塞每秒经历 个冲程，对外做功 次； （3）若该车在水平地面上以最高速度向前匀速行驶5min，受到的阻力为1000N，则牵引力对汽车做功为 J。 【答案】 内能 100 50 1.2×107 【详解】（1）空气动力汽车工作时压缩的气体对外做功，将内能转化为机械能。 （2）空气发动机在工作过程中，曲轴转动一圈完成一个工作循环，1个工作循环2个冲程，对外做功1次；所以，空气发动机的飞轮转速是3000r/min，即每秒钟转50圈，做功50次，完成100个冲程。 （3）因为匀速行驶，牵引力F=f=1000N，最高速度可达144km/h=40m/s 匀速行驶5min，通过的路程s=vt=40m/s×300s=12000m 牵引力对汽车做功为 27. 如题图为四缸发动机图，其工作原理为：四个气缸的活塞连在一根曲轴上，并使各气缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个气缸在做功，其它三个气缸分别在做吸气、压缩和排气工作。有一台四缸发动机，其主要技术指标如表所示。 其中排量等于四个气缸工作容积的总和，气缸工作容积指活塞从气缸顶部到底部所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（即冲程长）。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数。则： （1）该发动机的单缸排量为 L，它的 冲程是把内能转化为机械能，从而获得动力； （2）该发动机每分钟对外做功 次，每分钟对外做功 J； （3）在每个做功冲程里，发动机做功W= J。在做功过程里，燃气对活塞所做的功可表示为W=pV，则p = Pa（1L=10-3m）。 【答案】（1） 0.5，做功；（2）12000，7.2×106；（3）600，1.2×106 【详解】（1）四缸发动机，其中排量等于四个气缸工作容积的总和是2L，汽车发动机的单缸排量为 V=2L/4 =0.5L 做功冲程，高温高压燃气推动活塞向下运动，燃气对外做功，将内能转化为机械能，从而获得动力。 （2）四冲程汽油机的飞轮转速为6000r/min，即该飞轮1min转6000r。因为飞轮转动半周，做功1次，所以一个工作循环，飞轮转2r,对外做功4次。所以每分钟飞轮转6000r，对外做功12000次。 由P=W/t知道，每分钟对外做功 （3）每个做功冲程做功 由W=pV知道，燃气对活塞的压强 28．阅读短文，回答问题。 喷气发动机 喷气发动机分为火箭喷气发动机和空气喷气发动机。2023年，我国的长征四号丙运载火箭，成功将一颗卫星送入预定轨道。该运载火箭靠火箭喷气发动机获得推进力。 火箭喷气发动机本身带有燃料和氧化剂，不需要外界空气来助燃，其燃料有固体的和液体的。如图甲所示是液体火箭喷气发动机的工作原理示意图，燃料和氧化剂分别装在两个箱子里，由输送系统按时按量地把燃料和氧化剂喷入燃烧室，用电火花点燃，燃烧产生的气体以很高的速度从尾部喷出，对火箭产生强大的反冲推力使它前进。 空气喷气发动机本身只携带燃料，需要从外界空气中获得足够的氧来助燃。空气喷气发动机的种类很多，图乙所示为空气涡轮喷气发动机结构图。工作过程中，机身在空气中高速前进，空气从进气口进入，被压缩机压缩后进入燃烧室和从喷雾器喷出的燃料混合，由火花塞点火燃烧，产生大量气体向后喷出，冲击燃气轮机叶轮转动，最后气体以极大的速度从尾部喷管喷出，使机身得到巨大的反冲推力向前飞行。 （1）地面控制中心与卫星之间是通过发射和接收 进行通信的； （2）火箭喷气发动机工作过程中，先将燃料的化学能转化为 能，然后再将其转化为火箭的 能； （3） （选填“火箭”或“空气”）喷气发动机不能在大气层外工作； （4）如图乙所示的空气涡轮喷气发动机工作过程中，气体温度是不断变化的。下列图像中，能大致反映气体的温度随时间变化的是 。 A B C D 【答案】 电磁波 内 机械 空气 C 【详解】（1）地面控制中心与卫星之间是通过发射和接收电磁波进行通信的，因为电磁波可以在真空中传播，而卫星处于大气层外，无法使用其他介质进行通信。 （2）火箭喷气发动机在工作过程中，首先通过燃烧将燃料的化学能转化为内能，然后利用这些内能来推动火箭运动，从而将内能转化为火箭的动能和势能，即机械能。 （3）空气喷气发动机需要空气中的氧气来助燃，因此不能在大气层外工作。而火箭喷气发动机本身带有燃料和氧化剂，不需要外界空气来助燃，因此可以在大气层外工作。 （4）在空气涡轮喷气发动机工作过程中，气体首先被压缩，温度会升高，然后燃料和空气混合燃烧，温度会再次升高，最后气体被喷出，温度会降低。故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 29．物理兴趣小组为了探究水火箭射程与瓶内液体质量的关系，设计了两种改变瓶内液体质量的方案：方案一，相同体积只改变液体的密度；方案二，同种液体只改变液体的体积。 经查阅资料得知：水火箭射程还与瓶内液体占总体积的比例、瓶内气压和发射角度等因素有关。他们决定采用方案一，并用图甲装置和有关测量工具进行如下实验。 实验步骤： ①取一可乐瓶作为水火箭内胆，瓶内装入体积为 V 的水，将其放置在已固定角度的发射架上； ②用打气筒给水火箭打气，直至瓶内气压为p； ③打开开关，可乐瓶内的高压气体推动水向后喷出，水火箭向前飞出； ④测出水火箭的射程，多次实验取平均值； ⑤用食盐和水配制A、B、C三种密度不同的溶液，均量取体积为V的溶液替换水，重复上述步骤①②③。 实验结果如图乙所示。 （1）实验中用于测量水火箭射程的工具是 ； （2）下图汽油机冲程中与步骤③能量转化相同的是 ； A． B． C． D． （3）本实验可得出的结论是 ； （4）请分析方案二是否合理并说明理由 。 【答案】（1）卷尺；（2）B；（3）瓶内液体质量越大，水火箭射程越远；（4）见解析 【详解】（1）水火箭射程比较远，实验中用于测量水火箭射程的工具是卷尺。 （2）步骤③中，打开开关，可乐瓶内的高压气体推动水向后喷出，水火箭向前飞出，内能转化为机械能。 A图中进气门打开，排气门关闭，活塞下行，是吸气冲程；B图中气门都关闭，活塞下行，是做功冲程，内能转化为机械能；C图中气门都关闭，活塞上行，是压缩冲程，机械能转化为内能；D图中进气门关闭，排气门打开，活塞上行，是排气冲程。故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。 （3）根据m=ρV，体积相同时，密度越大，质量越大。由图乙可知，液体的密度越大，射程越远。所以本实验可得出的结论是：瓶内液体质量越大，水火箭射程越远。 （4）水火箭射程还与瓶内液体占总体积的比例、瓶内气压和发射角度等因素有关。方案二，同种液体只改变液体的体积，没有控制瓶内液体占总体积的比例不变，不符合控制变量法思想，所以不合理。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$