专题02 改变世界的热机（专项训练）物理教科版2024九年级上册

专题02 改变世界的热机（原卷版） 目录 A题型建模・专项突破…………………………………………………………………………1~7 题型一：热机的种类 1 题型二：热机工作过程中的能量转化问题（常考点） 2 题型三：汽油机的构成及工作过程（常考点） 2 题型四：柴油机的构成及工作过程（常考点） 3 题型五：内燃机工作过程中的计数问题（常考点） 4 题型六：热机燃料能量损耗途径 5 题型七：机械效率的计算（重点） 6 题型八：热机与节能减排 6 B综合攻坚・能力跃升…………………………………………………………………………7~9 题型一：热机的种类 【例1】近年来我国先进装备层出不穷，民族自豪感倍增。以下装备的动力装置不属于是热机的是（     ） A.玉兔号月球车 B.山东舰 C.歼20 D.长征五号火箭 【变式1-1】人类最早发明的热机是（　　） A.蒸汽机 B.内燃机 C.喷气发动机 D.火箭发动机 【变式1-2】我国航天事业快速发展，长征系列火箭做出了巨大贡献！火箭的发动机属于________（选填“热机”或“电动机”）。火箭发射时，向发射塔喷射大量的水，利用水的________较大的性质带走大量的热，防止发射塔被烧坏。 【变式1-3】小明利用图示装置进行实验，加热试管使水沸腾是通过_______（选填“热传递”或“做功”）的方式改变水的内能，在水蒸气驱动下叶轮转动起来，这个实验体现了________（选填“热机”或“电动机”）的原理。 题型二：热机工作过程中的能量转化问题 【例2】2022珠海航展，大国重器“歼﹣20”的“双机对冲”、“旱地拔葱”成为全场的焦点（如图所示），换装后的中国心“国产涡扇﹣10”航空发动机在工作时，燃料燃烧产生的高温高压气体通过________的方式将内能转化为__________，所以也属于热机的一种。 【变式2-1】下列实例中，属于内能转化为机械能的是（　　） 　　A.搓手取暖　　　　　　B.瓶塞冲出　　　　　　C.压缩气体　　　　　　D.钻木取火 【变式2-2】小明把一个刚喝完的纯净水瓶拧紧瓶盖，先用双手使劲扳弯纯净水瓶，然后快速松开左手，瓶内出现大量白雾，如图所示。白雾是_______（填物质名称），在松手的过程中水蒸气的内能________（填变化情况）；松手后纯净水瓶内部物质发生物理变化的过程中，其能量转化过程与汽油机________冲程的能量转化过程相同。 【变式2-3】随着我国人民生活水平的不断提高，汽车已进入寻常百姓家。汽车发动机的主要部分是汽油机，是把汽油燃烧放出的________转化为机械能的装置。汽油机工作时，克服摩擦消耗的能量、机械传热损失的能量以及废气排出带走的能量，都不能再自动地用来驱动汽车，这是由于能量转化具有__________，而我们所能利用的能源是有限的，所以需要节约能源。 题型三：汽油机的构造与工作过程 【例3】如图所示，分别表示内燃机工作过程中的四个冲程，其中将内能转化为机械能的冲程是（　　） A. B. C. D. 【变式3-1】如图所示是汽油机工作时的四个冲程，下列说法正确的是（　　） A.汽油机吸气冲程汽缸吸进的物质是汽油 B.活塞在汽缸内往复运动一次，该汽油机对外做功一次 C.该汽油机的四个冲程正确的工作顺序是乙→甲→丁→丙 D.甲是压缩冲程，将内能转化为机械能；丁是做功冲程，将机械能转化为内能 【变式3-2】如图所示是演示点火爆炸实验装置，在演示前先给装置内喷少量的酒精，按动电火花发生器开关按钮，盒盖被打出去，这是因为酒精燃烧产生的热气对外________；这过程与图中汽油机图________（选填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”）工作冲程的能量转化相同。 【变式3-3】如图所示，陨石在大气层中坠落时会发热发光而成为流星，这是通过________的方式，将陨石的机械能转化为陨石的内能。一台单缸四冲程汽油机，如图所示，汽油机正处于________冲程。 题型四：柴油机的构造与工作过程 【例4】关于柴油机和汽油机的下列说法中正确的是（　　） A.汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞 B.进、排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程 C.柴油机在吸气冲程中将柴油和空气吸入汽缸 D.柴油机的压缩冲程中，内能转化为机械能 【变式4-1】1876年，德国工程师奥托制造了第一台新型的以煤气为燃料的四冲程内燃机。如图为四冲程柴油机的工作过程。下列关说法正确的是（　　） A.汽油机和柴油机都是内燃机，吸入汽缸的物质相同 B.燃料在汽缸内猛烈燃烧，燃料热值迅速减小 C.压缩冲程主要是通过做功的方式增大缸内气体的内能 D.柴油机降温常用水做冷却剂是因为水的比热容小 【变式4-2】如图，将活塞迅速向下压，玻璃筒底部的火柴头烧着了。这是因为活塞压缩空气时，空气的内能________，温度________；火柴头________（选填“吸收”“放出”）热量，内能________，温度达到燃点开始燃烧。此实验使火柴头燃烧起来的方式与_________（选填“汽油机”“柴油机”）中燃料燃烧起来的方式相同。 考点五：内燃机工作过程中的计数问题 【例5】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1200r/min，此汽油机1s内完成_______个排气冲程。 【变式5-1】一台单缸四冲程内燃机正常工作时的转速为1800r/min，该内燃机每秒做功_______次，如图所示的单缸四冲程汽油机正处于_______冲程，此时高温高压燃气的内能转化为________能。 【变式5-2】一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是6000r/min，该汽油机每秒内做功________次。除做功冲程外，四冲程汽油机的其它三个冲程是靠安装在曲轴上的飞轮的________来完成的。 【变式5-3】如图所示，将水加热至沸腾后，塞子被冲出，此过程的能量转化方式与汽油机的________冲程相同。若单缸四冲程汽油机飞轮转速为1200 r/min，则1 s内完成_______个冲程。 考点六：热机燃料能量损耗途径 【例6】（24-25九年级上·河北保定·期末）如图是某内燃机工作时的能量流向图，该内燃机的效率是（　　） A.25%　　　　　　　　　B.35%　　　　　　　　　C.60%　　　　　　　　　D.40% 【变式6-1】（24-25九年级上·青海海东·阶段练习）汽车发动机输出功率相同时，汽油味越淡，汽车发动机效率越_______（选填“高”或“低”）。一台汽车发动机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的热机效率为________。 【变式6-2】（24-25九年级上·广东珠海·期末）九洲大道快速化改造时用到了挖掘机，其动力由柴油机提供.若完全燃烧2kg柴油能释放__________J的能量，油箱中剩余柴油热值_______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。该柴油机能量流向如题图所示，则其效率为________（柴油的热值为4.3×107J/kg）。 考点七：热机效率的计算 【例7】（24-25九年级上·河北石家庄·期末）某内燃机的能量流向是，汽缸散热损失25%，废气带走的能量是30%，摩擦等机械损耗15%，则它的效率是_________。若消耗2kg的汽油，则它做的有用功是________（汽油热值4.6×107J/kg）。 【变式7-1】（24-25九年级上·江苏南京·期末）汽车发动机选择水作为冷却液是利用水_____________的特性，这是通过_________的方式改变发动机内能的某小型单缸四冲程汽油机，每个工作循环做功500J，曲轴的转速是300r/min，每分钟消耗汽油5g。则该汽油机的功率是________W，机械效率是________%（q汽油=4.6×107J/kg，百分号前保留一位小数）。 【变式7-2】（24-25九年级上·四川绵阳·期末）某款环保能源汽车——氢能重卡，采用氢燃料发动机获得动力。若某次运输过程中，汽车以300kW的恒定输出功率，在水平公路上匀速直线行驶了20min，汽车发动机的效率为75%。汽车牵引力做的功为_________J；若这次行驶过程中消耗的氢能由柴油来提供，至少需要完全燃烧柴油________kg（q柴油＝4.0×107J/kg）。 题型八：热机与节能减排 【例8】节约资源和保护环境是我国的基本国策，2024年5月13日至19日为全国节能宣传周，主题是“绿色转型，节能攻坚”。下列叙述不符合节能环保要求的是（ ） A.重复使用节能环保购物袋，减少使用一次性用品 B.短距离上下楼不乘电梯，尽量减少电梯使用 C.公共建筑夏季室内空调温度设置一般不低于26℃ D.手机充完电后，不必拔下充电器 【变式8-1】为实现国家关于“碳达峰”“碳中和”目标，东风汽车集团研发了一款新型汽车。与某款汽车同样油耗和使用条件下，发动机工作时，尾气中“汽油味”明显降低，动力更强劲。如图为其发动机某一冲程示意图，下列有关说法错误的是（ ） A.尾气中“汽油味”降低，是因为汽油在汽缸中燃烧比较完全 B.该冲程为做功冲程，内能转化为机械能 C.汽油在汽缸内完全燃烧，发动机效率可达100% D.该发动机减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护 【变式8-2】汽车的发动机大多数是内燃机，内燃机是热机的一种。下列关于热机和环境保护的说法中，正确的是（ ） A.热机排出的尾气没有内能 B.随着科技的进步，热机的效率能达到100% C.热机的大量使用会造成环境污染 D.汽油机的压缩冲程是将内能转化为机械能 【变式8-3】汽车作为人们的代步工具，给人们的生活提供极大的便利，但是由于汽车的发动机在工作过程中有较大的能量损失，形成了“高能耗，低效率”的现状，同时也给环境带来了一定的污染。请回答下列问题： （1）请分析汽车发动机“低效率”的原因；（至少写出两点） （2）请写出一条“节能减排，低碳生活”的措施。 1.墨子寻“端”、天工开物、蛟龙入海、神舟升空，这些千年华夏文明和现代中国科技彰显了我国的文化传承。下列说法不正确的是（ ） A. 一切物体都是由原子组成的 B. 流水冲击水轮转动，利用了水的机械能 C.蛟龙号下潜时受浮力作用 D. 长征系列火箭用热值大的物质作燃料 2.轿车行驶过程中，油箱中汽油逐渐减少，剩余汽油的热值、密度变化情况为（ ） A.热值不变，密度不变 B.热值不变，密度变小 C.热值变小，密度不变 D.热值变小，密度变小 3．砖的制作工艺流传数千年，从晒制到烧制，从青砖到红砖，小小的砖块见证了人类迈向文明的历程，下列说法正确的是（　　） A.晒制泥坯时，泥坯温度越高含有的热量越多 B.高温烧制时，通过热传递的方式改变砖块的内能 C.烧制红砖时，燃料燃烧越充分，其热值越大 D.在质地均匀的砖上雕刻花纹，砖的密度变小 4.如图，蒸粽子时，锅盖被水蒸气顶起而发生“跳动”，下列说法正确的是（ ） A.水沸腾时，温度继续升高 B.蒸锅烫手，因为它含有的温度多 C.闻到粽香，说明加热后分子才运动 D.水蒸气顶起锅盖过程的能量转化与内燃机做功冲程相似 5. 2022年9月，卫星“夸父一号”使用长征二号运载火箭发射升空，开启对太阳的探测之旅，“夸父一号”主要以偏二甲肼作为燃料，其质量为1 500 kg，它完全燃烧可以产生的热量为_________J。发射过程中的能量转换与热机的________冲程相同。 （q偏二甲肼=4.2×107J/kg） 6. 2023年5月30日，在酒泉基地发射的“神舟十六号”载人飞船升空过程中，燃料舱内的液态氢的热值_______（选填“变大”“不变”或“变小”）；若100g液态氢完全燃烧放出的热量有60%被水吸收，水温升高了50℃，则水的质量为________kg。[q液氢=1.4×108J/kg，c水=4.2×103J/（kg·℃] 7.燃料的燃烧是一种化学变化，在燃烧过程中，燃料的化学能转化为________能。500g酒精完全燃烧放出的热量Q=________J。（酒精的热值q=3.0×10⁷J·kg⁻¹） 8.使用天然气有助于碳中和目标的实现，天然气燃烧过程中，将化学能转化为________能，用天然气灶将质量为2.2 kg，初温为25℃的水加热到75℃，水吸收的热量是________J；若烧水的效率为42%，此过程中完全燃烧天然气________kg。[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）；天然气热值为4.4×107J/kg] 9.高能聚合油是一种安全、清洁、可再生的新型环保燃料。某次用高能聚合油灶具将10 kg的水从25℃加热到100℃。已知水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），高能聚合油的热值约为4.2×107J/kg。求： （1）这些水吸收的热量； （2）若该高能聚合油灶具烧水的热效率为75%，则燃烧了多少千克高能聚合油。 10.如图所示为某种固体酒精炉，固体酒精炉比液体酒精炉使用时更安全。为了测定该固体酒精炉的热效率，在炉中放入40g的固体酒精，当固体酒精燃烧完后，锅中1kg的水温度从20℃升高到了70℃。已知固体酒精的热值为1.5×107J/kg，水的比热容是4.2×103J/（kg·℃）。 （1）若固体酒精完全燃烧，则放出的热量是多少？ （2）水吸收的热量是多少？ （3）小明测得固体酒精炉的热效率是多大？ （4）请写出固体酒精炉热效率不高的一个原因。 1 / 9 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题02 改变世界的热机（解析版） 目录 A题型建模・专项突破 ………………………………………………………………………1~12 题型一：热机的种类 1 题型二：热机工作过程中的能量转化问题（常考点） 2 题型三：汽油机的构成及工作过程（常考点） 3 题型四：柴油机的构成及工作过程（常考点） 5 题型五：内燃机工作过程中的计数问题（常考点） 6 题型六：热机燃料能量损耗途径 8 题型七：机械效率的计算（重点） 9 题型八：热机与节能减排 10 B综合攻坚・能力跃升………………………………………………………………………12~16 题型一：热机的种类 【例1】近年来我国先进装备层出不穷，民族自豪感倍增。以下装备的动力装置不属于是热机的是（     ） A.玉兔号月球车 B.山东舰 C.歼20 D.长征五号火箭 【答案】A 【解析】山东舰、歼20、长征五号火箭都是利用热机提供动力的。因为月球上没有空气，且对动力要求是非常高，所以玉兔号月球车是利用电动机来提供动力的。故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 【变式1-1】人类最早发明的热机是（　　） A.蒸汽机 B.内燃机 C.喷气发动机 D.火箭发动机 【答案】A 【解析】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19实际后期发明出来的，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 【变式1-2】我国航天事业快速发展，长征系列火箭做出了巨大贡献！火箭的发动机属于________（选填“热机”或“电动机”）。火箭发射时，向发射塔喷射大量的水，利用水的________较大的性质带走大量的热，防止发射塔被烧坏。 【答案】热机；比热容 【解析】火箭的发动机利用燃料燃烧产生的高温高压气体推动火箭做功，将内能转化为机械能，是利用内能做功的机械，属热机。 水的比热容大，升高相同的温度，吸收的热量更多，故火箭发射时，向发射塔喷射大量的水，利用水的比热容较大的性质带走大量的热，防止发射塔被烧坏。 【变式1-3】小明利用图示装置进行实验，加热试管使水沸腾是通过_______（选填“热传递”或“做功”）的方式改变水的内能，在水蒸气驱动下叶轮转动起来，这个实验体现了________（选填“热机”或“电动机”）的原理。 【答案】热传递；热机 【解析】给试管中的水加热，水吸收热量，内能增大，这是通过热传递来改变水的内能。 水沸腾汽化为水蒸气，高温的水蒸气可以驱动叶轮转动，将内能转化为机械能，与热机的原理相同。 题型二：热机工作过程中的能量转化问题 【例2】2022珠海航展，大国重器“歼﹣20”的“双机对冲”、“旱地拔葱”成为全场的焦点（如图所示），换装后的中国心“国产涡扇﹣10”航空发动机在工作时，燃料燃烧产生的高温高压气体通过________的方式将内能转化为__________，所以也属于热机的一种。 【答案】做功；机械能 【解析】改变内能的方式：做功和热传递。燃料在飞机发动机内燃烧，产生的高温高压气体利用内能做功，将燃料的内能转化为机械能，推动飞机前进。 【变式2-1】下列实例中，属于内能转化为机械能的是（　　） 　　A.搓手取暖　　　　　　B.瓶塞冲出　　　　　　C.压缩气体　　　　　　D.钻木取火 【答案】B 【解析】A.搓手取暖，克服摩擦做功，机械能转化为内能，故A不符合题意； B.瓶塞冲出，气体对外做功，内能转化为机械能，故B符合题意； C.压缩气体，外界对气体做功，机械能转化为内能，故C不符合题意； D.钻木取火，摩擦生热，克服摩擦做功，将机械能转化为内能，故D不符合题意。 故选B。 【变式2-2】小明把一个刚喝完的纯净水瓶拧紧瓶盖，先用双手使劲扳弯纯净水瓶，然后快速松开左手，瓶内出现大量白雾，如图所示。白雾是_______（填物质名称），在松手的过程中水蒸气的内能________（填变化情况）；松手后纯净水瓶内部物质发生物理变化的过程中，其能量转化过程与汽油机________冲程的能量转化过程相同。 【答案】水；减小；做功 【解析】先用双手使劲扳弯纯净水瓶，然后快速松开左手，瓶内气体对外做功，其内能减小、温度降低，将内能转化为机械能，此时瓶内的水蒸气遇冷液化变成小水珠，形成白雾。在汽油机的做功冲程中，燃料燃烧产生高温高压的气体推动活塞做功，也是将内能转化为机械能，因此松手后纯净水瓶内部物质发生物理变化的过程中，其能量转化过程与汽油机做功冲程的能量转化过程相同。 【变式2-3】随着我国人民生活水平的不断提高，汽车已进入寻常百姓家。汽车发动机的主要部分是汽油机，是把汽油燃烧放出的________转化为机械能的装置。汽油机工作时，克服摩擦消耗的能量、机械传热损失的能量以及废气排出带走的能量，都不能再自动地用来驱动汽车，这是由于能量转化具有__________，而我们所能利用的能源是有限的，所以需要节约能源。 【答案】内能；方向性 【解析】汽油燃烧发生化学反应，同时放出热量，所以汽油机将内能转化为机械。 由于燃料燃烧放出热量，将内能转化为机械能，但燃料燃烧产生的内能不能再转化为燃料的化学能，所以能量的转化具有方向性。 题型三：汽油机的构造与工作过程 【例3】如图所示，分别表示内燃机工作过程中的四个冲程，其中将内能转化为机械能的冲程是（　　） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】A.图中进气门打开，活塞向下运动，所以为吸气冲程，吸气冲程没有能量的转化，故A不符合题意； B.图中排气门打开，活塞向上运动，所以为排气冲程，排气冲程没有能量转化，故B不符合题意； C.图中的两个气门都关闭，活塞向下运动，所以为做功冲程，即内能转化为机械能，故C符合题意； D.图中的两个气门都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，即机械能转化为内能，故D不符合题意。 故选C。 【变式3-1】如图所示是汽油机工作时的四个冲程，下列说法正确的是（　　） A.汽油机吸气冲程汽缸吸进的物质是汽油 B.活塞在汽缸内往复运动一次，该汽油机对外做功一次 C.该汽油机的四个冲程正确的工作顺序是乙→甲→丁→丙 D.甲是压缩冲程，将内能转化为机械能；丁是做功冲程，将机械能转化为内能 【答案】C 【解析】A.汽油机吸气冲程汽缸吸进物质是汽油和空气的混合物，故A错误； B.在内燃机的一个工作循环中，曲轴转动2周，活塞往复运动2次，对外做功1次，故B错误； CD.甲中的两个气门都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，将机械能转化为内能，是第二冲程；乙中的进气门打开，活塞向下运动，所以为吸气冲程，是第一冲程；丙中的排气门打开，活塞向上运动，所以为排气冲程，是第四冲程；丁中的两个气门都关闭，活塞下运动，所以为做功冲程，将内能转化为机械能，是第三冲程；四个冲程的正确顺序是乙→甲→丁→丙，故C正确，D错误。 故选C。 【变式3-2】如图所示是演示点火爆炸实验装置，在演示前先给装置内喷少量的酒精，按动电火花发生器开关按钮，盒盖被打出去，这是因为酒精燃烧产生的热气对外________；这过程与图中汽油机图________（选填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”）工作冲程的能量转化相同。 【答案】做功；丙 【解析】酒精燃烧后的燃气对盒盖做功，将燃气的内能转化为盒盖的机械能；四冲程汽油机的做功冲程就是利用内能来做功的冲程，将内能转化为机械能；题中甲是排气冲程，乙是压缩冲程，丙是做功冲程，丁是吸气冲程，所以与丙冲程的能量转化相同。 【变式3-3】如图所示，陨石在大气层中坠落时会发热发光而成为流星，这是通过________的方式，将陨石的机械能转化为陨石的内能。一台单缸四冲程汽油机，如图所示，汽油机正处于________冲程。 【答案】做功；做功 【详解】做功和热传递都可以改变物体的内能，做功是能量的转化，热传递是能量的转移。陨石与空气摩擦时发热发光，通过克服摩擦做功，使陨石内能增大，是机械能转化为内能。 由图可知，汽油机的火花塞正在打火，所以汽油机正处于做功冲程，在做功冲程中内能转化为机械能。 题型四：柴油机的构造与工作过程 【例4】关于柴油机和汽油机的下列说法中正确的是（　　） A.汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞 B.进、排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程 C.柴油机在吸气冲程中将柴油和空气吸入汽缸 D.柴油机的压缩冲程中，内能转化为机械能 【答案】B 【解析】A.汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，故A错误； B.做功冲程和压缩冲程中，进气门和排气门都是关闭的，故B正确； C.柴油机在吸气冲程中将空气吸入汽缸，故C错误； D.柴油机的压缩冲程中，活塞对气缸内的气体做功，将机械能转化为内能，故D错误。 故选B。 【变式4-1】1876年，德国工程师奥托制造了第一台新型的以煤气为燃料的四冲程内燃机。如图为四冲程柴油机的工作过程。下列关说法正确的是（　　） A.汽油机和柴油机都是内燃机，吸入汽缸的物质相同 B.燃料在汽缸内猛烈燃烧，燃料热值迅速减小 C.压缩冲程主要是通过做功的方式增大缸内气体的内能 D.柴油机降温常用水做冷却剂是因为水的比热容小 【答案】C 【解析】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错误； B.燃料在汽缸内猛烈燃烧，燃料热值跟燃料的种类、物态有关，保持不变，故B错误； C.做功和热传递都可以改变内能，压缩冲程中，活塞压缩气体，对气体做功，气体的内能变大，故C正确； D.柴油机降温常用水做冷却剂是因为水的比热容大，吸收相同的热量时温度升高小，故D错误。 故选C。 【变式4-2】如图，将活塞迅速向下压，玻璃筒底部的火柴头烧着了。这是因为活塞压缩空气时，空气的内能________，温度________；火柴头________（选填“吸收”“放出”）热量，内能________，温度达到燃点开始燃烧。此实验使火柴头燃烧起来的方式与_________（选填“汽油机”“柴油机”）中燃料燃烧起来的方式相同。 【答案】增加；升高；吸收；增加；柴油机 【解析】活塞压缩空气，对空气做功，空气的内能增加，温度升高。 原来火柴头与筒内空气温度相等，后来空气温度升高了，火柴头从空气中吸收热量，内能增加。 通过压缩的方式使物体温度升高达到物质的燃点，使物质燃烧，这与柴油机中柴油燃烧方式相同。 考点五：内燃机工作过程中的计数问题 【例5】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1200r/min，此汽油机1s内完成_______个排气冲程。 【答案】压缩；增大；10 【解析】如图，两气门关闭，活塞上行，是压缩冲程。 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。 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： 1200r/min=20r/s 此汽油机1s内完成10个排气冲程。 【变式5-1】一台单缸四冲程内燃机正常工作时的转速为1800r/min，该内燃机每秒做功_______次，如图所示的单缸四冲程汽油机正处于_______冲程，此时高温高压燃气的内能转化为________能。 【答案】15；做功；机械 【解析】由于1800r/min=30r/s 即该内燃机的飞轮每秒转30转，由于飞轮转2转，对外做功1次，所以内燃机每秒对外做功15次。 由图知道，进气门和排气门都是关闭的，火花塞放出电火花，活塞下行，所以该冲程为做功冲程；内能转化为机械能。 【变式5-2】一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是6000r/min，该汽油机每秒内做功________次。除做功冲程外，四冲程汽油机的其它三个冲程是靠安装在曲轴上的飞轮的________来完成的。 【答案】50；惯性 【解析】已知飞轮转速是6000r/min，则1s内飞轮的转数为： 已知飞轮转两转，汽油机经历一个工作循环，对外做功一次，那么该汽油机每秒内做功50次。 在汽油机工作的四冲程中，除做功冲程外，其它三个冲程是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成的。 【变式5-3】如图所示，将水加热至沸腾后，塞子被冲出，此过程的能量转化方式与汽油机的________冲程相同。若单缸四冲程汽油机飞轮转速为1200 r/min，则1 s内完成_______个冲程。 【答案】做功；40 【解析】木塞冲出时，水蒸气的内能对塞子做功，将水蒸气的内能转化为塞子的机械能，水蒸气的内能会减小，温度降低，内燃机的做功冲程也是将内能转化为机械能的过程。 飞轮转速是： 1200r/min=20r/s 表示每秒飞轮转动20圈，要经过40个冲程，对外做功10次。 考点六：热机燃料能量损耗途径 【例6】（24-25九年级上·河北保定·期末）如图是某内燃机工作时的能量流向图，该内燃机的效率是（　　） A.25%　　　　　　　　　B.35%　　　　　　　　　C.60%　　　　　　　　　D.40% 【答案】D 【解析】因热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，所以由内燃机的能量流向图可得，内燃机的热机效率为： η=100%-25%-35%=40% 故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 【变式6-1】（24-25九年级上·青海海东·阶段练习）汽车发动机输出功率相同时，汽油味越淡，汽车发动机效率越_______（选填“高”或“低”）。一台汽车发动机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的热机效率为________。 【答案】高；35% 【解析】汽车发动机输出功率相同时，汽油味越淡，汽油燃烧越充分，燃烧放出的热量越多，转化成的有用功越多，使得发动机的效率越高。 一台汽车发动机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的热机效率为： η=100%-25%-30%-10%=35% 【变式6-2】（24-25九年级上·广东珠海·期末）九洲大道快速化改造时用到了挖掘机，其动力由柴油机提供.若完全燃烧2kg柴油能释放__________J的能量，油箱中剩余柴油热值_______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。该柴油机能量流向如题图所示，则其效率为________（柴油的热值为4.3×107J/kg）。 【答案】8.6×107；不变；36% 【解析】根据热值公式Q=mq（其中Q为燃料完全燃烧放出的热量，m为燃料的质量，q为燃料的热值），则完全燃烧2kg柴油释放的能量：Q=mq=2kg×4.3×107J/kg=8.6×107J。 热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、是否完全燃烧等因素无关，所以油箱中剩余柴油热值不变。 由图可知，废气带走30%的能量，附属设备损耗27%的能量，传动部件损耗7%的能量，那么输出有用功的能量占比为1-30%-27%-7%=36%，即柴油机的效率为36%。 考点七：热机效率的计算 【例7】（24-25九年级上·河北石家庄·期末）某内燃机的能量流向是，汽缸散热损失25%，废气带走的能量是30%，摩擦等机械损耗15%，则它的效率是_________。若消耗2kg的汽油，则它做的有用功是________（汽油热值4.6×107J/kg）。 【答案】30%；2.76×107J 【解析】内燃机的效率是： η=100%-25%-30%-15%=30% 汽油完全燃烧放出的热量为： Q放=mq=2kg×4.6×107J/kg=9.2×107J 它做的有用功是： W有=ηQ放=30%×9.2×107J=2.76×107J 【变式7-1】（24-25九年级上·江苏南京·期末）汽车发动机选择水作为冷却液是利用水_____________的特性，这是通过_________的方式改变发动机内能的某小型单缸四冲程汽油机，每个工作循环做功500J，曲轴的转速是300r/min，每分钟消耗汽油5g。则该汽油机的功率是________W，机械效率是________%（q汽油=4.6×107J/kg，百分号前保留一位小数）。 【答案】比热容较大；热传递；1250；32.6% 【解析】由于水比热容大，相同质量的水和其他液体相比较，在升高相同的温度的情况下，水吸收的热量多，故用水做冷却液。 水吸收发电机放出的热量，内能增加，温度升高，这是通过热传递的方式改变物体内能的。 单缸四冲程汽油机的一个工作循环飞轮转2圈，完成4个冲程，做功一次，因此汽油机每分钟共完成150个工作循环，对外做功150次，则汽油机工作1min做的功为W＝150×500J＝7.5×104J 该汽油机的功率为： 5g汽油完全燃烧释放的热量为：Q放＝mq汽油＝0.005kg×4.6×107J/kg＝2.3×105J 机械效率： 【变式7-2】（24-25九年级上·四川绵阳·期末）某款环保能源汽车——氢能重卡，采用氢燃料发动机获得动力。若某次运输过程中，汽车以300kW的恒定输出功率，在水平公路上匀速直线行驶了20min，汽车发动机的效率为75%。汽车牵引力做的功为_________J；若这次行驶过程中消耗的氢能由柴油来提供，至少需要完全燃烧柴油________kg（q柴油＝4.0×107J/kg）。 【答案】3.6×108；12 【解析】汽车恒定的输出功率为：P=300kW=3×105W 匀速直线行驶了20min，汽车牵引力做的功为：W=Pt=3×105W×20×60s=3.6×108J 汽车发动机的效率为75%，则这次行驶过程中消耗的氢能为： 若这次行驶过程中消耗的氢能由柴油来提供，则需要完全燃烧柴油的质量为： 题型八：热机与节能减排 【例8】节约资源和保护环境是我国的基本国策，2024年5月13日至19日为全国节能宣传周，主题是“绿色转型，节能攻坚”。下列叙述不符合节能环保要求的是（ ） A.重复使用节能环保购物袋，减少使用一次性用品 B.短距离上下楼不乘电梯，尽量减少电梯使用 C.公共建筑夏季室内空调温度设置一般不低于26℃ D.手机充完电后，不必拔下充电器 【答案】D 【解析】A.重复使用节能环保购物袋，减少使用一次性用品，可减少白色污染，符合节能环保要求，故A不符合题意； B.短距离上下楼不乘电梯，尽量减少电梯使用，健康出行，锻炼身体的同时减少能源的使用，符合节能环保要求，故B不符合题意； C.夏天空调设置的温度不低于26℃，既能降温，又能减少电能的消耗，符合节能环保要求，故C不符合题意； D.手机充完电后，不拔下充电器，会造成电能浪费，不符合节能环保要求，故D符合题意。 故选 D。 【变式8-1】为实现国家关于“碳达峰”“碳中和”目标，东风汽车集团研发了一款新型汽车。与某款汽车同样油耗和使用条件下，发动机工作时，尾气中“汽油味”明显降低，动力更强劲。如图为其发动机某一冲程示意图，下列有关说法错误的是（ ） A.尾气中“汽油味”降低，是因为汽油在汽缸中燃烧比较完全 B.该冲程为做功冲程，内能转化为机械能 C.汽油在汽缸内完全燃烧，发动机效率可达100% D.该发动机减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护 【答案】C。 【解析】A.尾气中“汽油味”明显降低，这说明汽油的燃烧率较高，燃烧较完全，故A正确，不符合题意； B.如图所示，两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，为做功冲程，此冲程燃气的内能转化为活塞的机械能，故B正确，不符合题意； C.汽车在工作时不可避免的要克服机械部件间的摩擦做额外功，机械效率一定小于100%，故C错误，符合题意； D.尾气中“汽油味”明显降低，这说明汽油的燃烧率较高，在做相同有用功时，消耗的燃料少，减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护，故D正确，不符合题意。故选C。 【变式8-2】汽车的发动机大多数是内燃机，内燃机是热机的一种。下列关于热机和环境保护的说法中，正确的是（ ） A.热机排出的尾气没有内能 B.随着科技的进步，热机的效率能达到100% C.热机的大量使用会造成环境污染 D.汽油机的压缩冲程是将内能转化为机械能 【答案】C 【解析】A.一切物体在任何温度下都有内能，所以热机排放的尾气也有内能，故A错误； B.热机在工作时不可避免地要损失一部分能量（如散热、克服机械部件间的摩擦），所以热机的效率不可能达到100%，故B错误； C.热机在使用时会排放出一些有害的气体，会造成环境污染，故C正确； D.汽油机的做功冲程对外做功，将内能转化为机械能，故D错误。 故选C。 【变式8-3】汽车作为人们的代步工具，给人们的生活提供极大的便利，但是由于汽车的发动机在工作过程中有较大的能量损失，形成了“高能耗，低效率”的现状，同时也给环境带来了一定的污染。请回答下列问题： （1）请分析汽车发动机“低效率”的原因；（至少写出两点） （2）请写出一条“节能减排，低碳生活”的措施。 【答案】见解析 【解析】（1）汽车发动机“低效率”的原因有： ①汽油不能完全燃烧会造成燃料燃烧放出的热量减少； ②机械散热会损失一部分能量； ③克服机械摩擦做功会消耗一部分能量； ④废气带走相当大一部分能量。 （2）出行少开私家车，尽量选择步行、骑自行车或乘坐公共交通工具都可以“节能减排，低碳生活”。 1.墨子寻“端”、天工开物、蛟龙入海、神舟升空，这些千年华夏文明和现代中国科技彰显了我国的文化传承。下列说法不正确的是（ ） A. 一切物体都是由原子组成的 B. 流水冲击水轮转动，利用了水的机械能 C.蛟龙号下潜时受浮力作用 D. 长征系列火箭用热值大的物质作燃料 【答案】A 【解析】A.一切物体都是由分子或原子组成的，故A不正确，符合题意； B.流水冲击水轮转动，将水的机械能转化为水轮的动能，故B正确，不符合题意； C.蛟龙号下潜时浸没在水中，受浮力作用，故C正确，不符合题意； D.长征系列火箭用热值大的物质作燃料，与其他燃料相比，完全燃烧相同质量的液态氢时，可以释放出更多的热量，故D正确，不符合题意。 故选A。 2.轿车行驶过程中，油箱中汽油逐渐减少，剩余汽油的热值、密度变化情况为（ ） A.热值不变，密度不变 B.热值不变，密度变小 C.热值变小，密度不变 D.热值变小，密度变小 【答案】A 【解析】热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等因素无关，所以油箱中汽油逐渐减少，热值不变。密度也是物质的一种特性，只与物质的种类、状态有关，与物质的质量、体积等因素无关，所以油箱中汽油逐渐减少，密度不变。故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 3.砖的制作工艺流传数千年，从晒制到烧制，从青砖到红砖，小小的砖块见证了人类迈向文明的历程，下列说法正确的是（　　） A.晒制泥坯时，泥坯温度越高含有的热量越多 B.高温烧制时，通过热传递的方式改变砖块的内能 C.烧制红砖时，燃料燃烧越充分，其热值越大 D.在质地均匀的砖上雕刻花纹，砖的密度变小 【答案】B 【解析】A.热量是一个过程量，只能说吸收（或者放出）了多少热量，不能说某物体含有多少热量，故A错误； B.高温烧制时，砖吸收热量，内能增加，即通过热传递的方法增加砖块的内能，故B正确； C.燃料的热值仅与燃料的种类有关，而与燃料的燃烧程度、质量都无关，故C错误； D.若在质地均匀的砖上雕刻花纹，砖的质量变小，体积也减小，由于组成砖的材料没有发生变化，则砖的密度不会变化，故D错误。故选B。 4.如图，蒸粽子时，锅盖被水蒸气顶起而发生“跳动”，下列说法正确的是（ ） A.水沸腾时，温度继续升高 B.蒸锅烫手，因为它含有的温度多 C.闻到粽香，说明加热后分子才运动 D.水蒸气顶起锅盖过程的能量转化与内燃机做功冲程相似 【答案】D 【解析】A.水沸腾时，吸热温度保持不变，故A错误； B.温度不能说“含有”，故B错误； C.一切物质的分子都在永不停息地做无规则运动，温度越高无规则运动越剧烈，故C错误； D.水蒸气顶起锅盖是内能转化为机械能，内燃机做功冲程也是内能转化为机械能，故D正确。故选D。 5. 2022年9月，卫星“夸父一号”使用长征二号运载火箭发射升空，开启对太阳的探测之旅，“夸父一号”主要以偏二甲肼作为燃料，其质量为1 500 kg，它完全燃烧可以产生的热量为_________J。发射过程中的能量转换与热机的________冲程相同。 （q偏二甲肼=4.2×107J/kg） 【答案】6.3×1010J；做功 【解析】偏二甲肼完全燃烧放出的热量为： Q放=m偏二甲肼q偏二甲肼=1500kg×4.2×107J/kg=6.3×1010J 这长征三号乙运载火箭发射过程中，向下喷射出高温燃气流，将内能转化为机械能；热机的做功冲程中也是将内能转化为机械能，二者的能量转化相同。 6. 2023年5月30日，在酒泉基地发射的“神舟十六号”载人飞船升空过程中，燃料舱内的液态氢的热值_______（选填“变大”“不变”或“变小”）；若100g液态氢完全燃烧放出的热量有60%被水吸收，水温升高了50℃，则水的质量为________kg。[q液氢=1.4×108J/kg，c水=4.2×103J/（kg·℃] 【答案】不变；40 【解析】燃料的热值只与燃料的种类有关，因此飞船升空过程中，燃料舱内的液态氢的热值不变。 100g液态氢完全燃烧放出的热量有： Q放=mq液氢=0.1kg×1.4×108J/kg=1.4×107J 放出的热量有60%被水吸收，由得水吸收的热量为： Q吸=ηQ放=60%×1.4×107J=8.4×106J 由Q放=cmΔt得水的质量为： 7.燃料的燃烧是一种化学变化，在燃烧过程中，燃料的化学能转化为________能。500g酒精完全燃烧放出的热量Q=________J。（酒精的热值q=3.0×10⁷J·kg⁻¹） 【答案】内；1.5×107 【解析】燃料燃烧时，发生化学反应，将化学能转化为内能。 500g酒精完全燃烧释放出的热量为： Q放=mq=3.0×107J/kg×0.5kg=1.5×107J 8.使用天然气有助于碳中和目标的实现，天然气燃烧过程中，将化学能转化为________能，用天然气灶将质量为2.2 kg，初温为25℃的水加热到75℃，水吸收的热量是________J；若烧水的效率为42%，此过程中完全燃烧天然气________kg。[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）；天然气热值为4.4×107J/kg] 【答案】内；4.62×105；0.025 【解析】天然气燃烧过程中，将化学能转化为内能。 由Q=cmΔt知道，水吸收的热量是： Q吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg•℃）×2.2kg×（75℃-25℃）=4.62×105J 由知道，天然气完全燃烧放出的热量为： 由Q放=mq知道，此过程中完全燃烧天然气： 9.高能聚合油是一种安全、清洁、可再生的新型环保燃料。某次用高能聚合油灶具将10 kg的水从25℃加热到100℃。已知水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），高能聚合油的热值约为4.2×107J/kg。求： （1）这些水吸收的热量； （2）若该高能聚合油灶具烧水的热效率为75%，则燃烧了多少千克高能聚合油。 【答案】（1）3.15×106 J；（2）0.1 kg 【解析】（1）水吸收的热量： Q吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg•℃）×10kg×（100℃-25℃）=3.15×106J （2）高能聚合油完全燃烧放出的热量： 完全燃烧高能聚合油的质量： 答：（1）这些水吸收的热量为3.15×106J； （2）若该高能聚合油灶具烧水的热效率为75%，则燃烧了多少千克高能聚合油为0.1kg。 10.如图所示为某种固体酒精炉，固体酒精炉比液体酒精炉使用时更安全。为了测定该固体酒精炉的热效率，在炉中放入40g的固体酒精，当固体酒精燃烧完后，锅中1kg的水温度从20℃升高到了70℃。已知固体酒精的热值为1.5×107J/kg，水的比热容是4.2×103J/（kg·℃）。 （1）若固体酒精完全燃烧，则放出的热量是多少？ （2）水吸收的热量是多少？ （3）小明测得固体酒精炉的热效率是多大？ （4）请写出固体酒精炉热效率不高的一个原因。 【答案】（1）6×105J；（2）2.1×105J；（3）35%；（4）见解析 【解析】（1）若固体酒精完全燃烧，则放出的热量是： Q放=mq=0.04kg×1.5×107J/kg=6×105J （2）水吸收的热量为： Q吸=cm（t2-t1）=4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（70℃-20℃）=2.1×105J （3）小明测得固体酒精炉的热效率为： （4）燃烧不完全；部分热量散发到空气中；锅吸收一部分热量。 答：（1）若固体酒精完全燃烧，则放出的热量是6×105J； （2）水吸收的热量是2.1×105J； （3）小明测得固体酒精炉的热效率是35%； （4）燃烧不完全；部分热量散发到空气中；锅吸收一部分热量。 16 / 16 学科网（北京）股份有限公司 $