第四节 热机（分层作业）物理北师大版（北京）2024九年级全一册

12.4 热机 一、热机工作中的能量转化 1．如图，物理兴趣小组制作了一个简易汽轮机装置。在易拉罐中装入适量的水，用酒精灯加热，水沸腾后从管口喷出蒸汽使风车转动。简易汽轮机工作过程中（　　） A．酒精燃烧将内能转化为化学能 B．水的内能增加的方式是热传递 C．蒸汽被喷出后内能保持不变 D．蒸汽的内能全部转化为风车的机械能 2．下图是汽油机工作时某冲程的示意图。下列说法正确的是（    ） A．该冲程是吸气冲程 B．该冲程主要将机械能转化为内能 C．该冲程使汽车获得了动力 D．该冲程能排出汽车的废气 3．如图甲所示，爆破时电加热管发热使筒内的液态CO2迅速汽化，形成高压气体从泄气孔中喷出实施爆破。选项图中，汽油机的能量转化与它的能量转化情况相同的是（　　） A． B． C． D． 4．内燃机的工作能量来源于燃料的（　　） A．机械能 B．内能 C．化学能 D．化学能和内能 5．2025年4月24日，我国在酒泉卫星发射中心，使用长征二号运载火箭，成功将神舟二十号载人飞船送入预定轨道，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．卫星在加速上升时，具有的动能保持不变 B．卫星在加速上升时，受到平衡力的作用 C．火箭上升时外壳温度升高，具有的内能减少 D．发射火箭与热机做功冲程的能量转化相同 二、汽油机的构造与工作过程 6．如图所示，将一个空易拉罐的底部钻一个小孔，从易拉罐开口端向罐内喷适量酒精喷雾，然后将一个空纸杯迅速套上。用细线将易拉罐水平悬挂在铁架台上，将点燃的打火枪靠近底部的小孔，纸杯就会“向前”飞去。纸杯飞出过程中，下列说法正确的是（　　） A．罐内气体的内能增加 B．该过程机械能转化为内能 C．能量转化情况与内燃机的压缩冲程相同 D．能量转化情况与内燃机的做功冲程相同 7．一台单缸四冲程汽油机的飞轮的转速是2400r/min，则此汽油机每秒完成的冲程个数和对外做功次数分别是（　　） A．完成80个冲程，对外做功20次 B．完成80个冲程，对外做功40次 C．完成40个冲程，对外做功10次 D．完成40个冲程，对外做功40次 8．如图是单缸四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，它是（   ） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 9．课外活动中，小亮将刚喝完水的空矿泉水瓶的瓶盖拧上但不拧紧，用手握住瓶子的上下两部分，用力迅速拧成图示状态时，瓶盖被弹出并伴有爆响声，同时瓶口内出现白雾。关于上述过程，下列说法错误的是（    ） A．矿泉水瓶被用力拧成图示形状，说明力可以使物体发生形变 B．瓶盖弹出前，拧瓶子的过程与汽油机的做功冲程类似 C．瓶盖被弹出时，瓶内压缩气体的内能转化为瓶盖的机械能 D．瓶口内出现的白雾，是水蒸气温度降低后液化形成的小水滴 10．图甲是四冲程汽油机某冲程的示意图，图乙是空气压缩引火仪，图丙是对试管中的水加热一段时间后而塞“飞出”。下列说法正确的是（  ） A．三个过程中改变气体内能的方式相同 B．三个过程中气体内能大小的变化情况相同 C．图甲是做功冲程，其能量转化与图丙中的能量转化相同 D．若该汽油机每秒可完成10个图甲冲程，则其飞轮转速为600r/min 三、柴油机的构造与工作过程 11．民为国垒，谷为民命，粮食事关国运民生。粮食安全是国家安全的重要基础。如图是两台收割机正在收割小麦的场景。晓凤同学提出问题：收割机用四冲程柴油机提供动力，其中压缩冲程过程中，柴油机气缸内气体（　　） A．质量变大 B．内能减小 C．体积变大 D．温度升高 12．晓凤同学提出问题：收割机用四冲程柴油机提供动力，其中压缩冲程过程中，柴油机汽缸内气体（　　） A．质量变大 B．内能减小 C．体积变大 D．温度升高 13．我国在柴油机的研制上已将本体热效率突破53%。在柴油机的四个冲程中，内能转化为机械能的是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 14．小红到乡村参加劳动实践，发现农用拖拉机使用的是柴油机，其结构原理如图，关于其四冲程柴油机的描述正确的是（　　） A．吸气冲程中吸入汽缸的只有空气 B．压缩冲程中机械能转化为柴油和空气混合物的内能 C．做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的 D．排气冲程中，废气带走的能量最少 15．关于四冲程汽油机，下列说法中正确的是（　　） A．在吸气冲程，吸入汽缸内的是空气 B．在压缩冲程，燃料燃烧，内能转化为化学能 C．汽油机的效率一般比柴油机的低 D．在排气冲程，进气门和排气门都打开 四、火箭的构造与工作过程 16．2025 年 4 月 24 号，神舟二十号载人飞船发射成功，中国航天事 业再上新台阶。下列关于飞船发射的说法错误的是 （    ） A．火箭上升时，利用了力的作用是相互的原理 B．火箭发射时，载人飞船相对火箭是运动的 C．火箭中的燃料燃烧时，把化学能转化成内能 D．火箭开始上升时，速度越来越快，飞船的动能也越来越大 17．如图所示，2019年6月5日，我国在黄海海域用长征十一号海射运载火箭“CZ﹣11WEY号”成功发射技术试验卫星捕风一号A、B星及5颗商业卫星，试验取得圆满成功。这是我国首次发射固体推进剂火箭发动机。火箭上升时，固体燃料的 能通过燃烧转化为内能，又把内能转化为火箭的机械能。在发射过程中，以捕风一号卫星为参照物，商业卫星是 的（选填“运动”或“静止”）。 18．如图为我国古代智慧成果“取火器”的模型图，把木质推杆迅速推入内壁光滑的牛角套筒时，杆前端的艾绒立刻燃烧起来，这是通过 方式使筒内空气温度升高，达到艾绒着火点，这一过程与四冲程柴油机的 冲程原理相同。 19．如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，其中图 是将机械能转化为内能的冲程，图 为不是靠飞轮惯性完成的冲程。现有一台四冲程汽油机，飞轮的转速为1800r/min，这台汽油机每分钟完成 个冲程，对外做了 次功。 20．如图所示，一辆自身质量为1.6t的小轿车静止停放在水平地面上，每个轮胎与地面的接触面积为200cm2，则该车每个轮胎对水平地面的压强为 Pa，在水平路面上高速行驶时车子对地面的压力 自身重力（选填“大于”“等于”或“小于”）。（g＝10N/kg）如图是轿车的单缸四冲程汽油机的 冲程；在设计制造时，汽缸外有一个水套，用水来冷却汽缸，这是因为水的 较大。汽油机工作时飞轮每秒钟转50转，则每秒完成 个冲程。 21．常规潜艇以四冲程热机为动力，其中做功冲程将内能转化为 能，如图所示是该热机的 冲程；潜艇以柴油作为动力燃料，每消耗1t柴油产生的热量为 J，若这些热量的40%被水吸收，可以将 kg的水由20℃加热到100℃。[q柴油=4.2×107J/kg，c水=4.2×103J/(kg·℃)]若海水密度的变化忽略不计，潜艇在海水里下潜过程中受到海水的压强 ，上浮出水前的过程中受到的浮力 。（后两格均选填“变大”、“变小”或“不变”） 22．在“航天日”主题活动中，小明用塑料瓶自制了“水火箭”。发射时，“水火箭”向下喷水从而获得升空的动力，利用了物体间力的作用是 的；“水火箭”飞出后，瓶内气体温度降低，内能 （增大/减小/不变），相当于汽油机的 冲程。 23．生活处处有物理。小明利用矿泉水瓶做了如下几个有趣的实验： (1)如图，矿泉水装水，接近装满时留一小气泡，在瓶中间画一十字标记。把它平放在检查面上，若气泡在十字处说明被检查面是 的；用手沿箭头方向猛推一下瓶子，气泡将 运动（选填“向后运动”、“向前运动”或“保持静止状态”）； (2)如图一开口的矿泉水瓶侧壁A、B处各扎一个小孔，用橡皮塞塞住，给瓶里充满水，将瓶放在足够高的桌面上，然后把橡皮塞同时拔出，可以看到从不同的孔向外喷水的水平射程不同，从而说明了液体内部压强与 有关； (3)如图一只空瓶中装入少量的水，拧紧瓶盖，用力地扭动瓶身几下，稍稍旋开瓶盖，就听到“砰”的一声且瓶盖被气体冲飞，瓶口和瓶内出现白雾，出现白雾说明瓶内气体温度 （选填“升高”“降低”或“不变”）。图中②过程中能量转化的过程与四冲程内燃机的 冲程类似。若一台单缸汽油机，飞轮的转速为1200r/min，则该汽油机每秒钟做功 次。 24．打气后的可乐瓶可制成“水火箭”。研究表明：水火箭射程与瓶内液体占总体积比例、瓶内气压和瓶内液体质量等因素有关。为研究水火箭射程与瓶内液体质量的关系，某兴趣小组通过只改变液体的密度来改变其质量，并用图甲装置和有关测量工具进行如下实验。 ①取一可乐瓶作为水火箭内胆，瓶内装入体积为V的水，将其放置在已固定好的发射架上；②用打气筒给水火箭打气，当瓶内气压为p时，打开开关发射；③测出水火箭的射程，多次实验取平均值；④用食盐和水配制A、B、Ｃ三种密度不同的溶液，均取体积为V的溶液替换水，重复上述步骤①②③实验结果如图乙所示。 (1)打气时，瓶内气体内能 ，打开开关，水火箭发射，此过程能量转化关系类似于汽油机中 冲程； (2)一定温度下，用足量的食盐和水配制溶液，若充分溶解后观察到有食盐沉淀在下方，则溶液密度达到 ，在体积相同时， 也最大； (3)本实验结论：相同条件下，瓶内液体质量越 ，水火箭射程越远； (4)某同学认为本实验用相同装置，可只用水进行实验，通过改变水的体积来改变质量更方便。该同学的观点 （正确/错误），理由： 。 25．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 。 26．【探究名称】探究影响水火箭飞行的水平距离的因素。 【问题】小明和同学们用可乐瓶制作了一个水火箭，水火箭的外观和结构示意图分别如图甲、乙所示。将水火箭置于地面，当瓶内气压足够大时，打开阀门，瓶内的水沿打气管向后喷出，水火箭迅速飞起。同学们猜想水火箭飞行的水平距离可能与加水的质量有关。于是做了如下探究： 【证据】小明使用同一支水火箭，改变加水的质量，每次用同样的打气筒加压 （选填“相同”或“不同”）的次数后，调整箭体与水平地面的夹角为40°，实验时无风，测量出发射点到落地点的水平距离，并记录在下表中： 水的质量/g 0 50 100 150 200 250 水平距离/m 3.28 36.33 45.80 67.00 57.03 45.83 【解释】分析表中数据可得：在其他条件相同时，当所加水的质量为 g时，水火箭飞行的水平距离最远，故猜想是 （选填“正确”或“错误”）的； 【交流】（1）瓶内的水向下喷出的同时水火箭向上运动，这是因为力的作用是 的；瓶内的水向下喷出时的能量转化情况与四冲程内燃机的 冲程相同； （2）当水火箭竖直向上发射时，若无法直接测量水火箭发射的最大高度，这时可以测量水火箭从发射到落地的 来间接反映发射的高低情况； （3）除上述猜想外，你认为还有哪些因素可能会影响水火箭飞行的水平距离： （写出一条即可）。 27．过年期间有小孩用鞭炮炸狗盆，狗盆飞向空中；甚至还有将鞭炮扔进类似密闭空间的设施附近，导致危险事件发生。请结合此现象回答下列问题： (1)简述鞭炮爆炸时狗盆飞向空中这一过程与内燃机的哪个冲程相似，同时说明鞭炮爆炸时狗盆飞向空中的能量转化； (2)从安全教育和环境保护的角度，分析这种行为可能带来的危险。（写出一条即可） 28．北京时间2025年4月24日17时17分，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，约10分钟后，神舟二十号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道。4月24日23时49分，成功对接于空间站天和核心舱径向端口。5月22日，神舟二十号航天员乘组圆满完成第一次出舱活动。  (1)如果某火箭火箭的总长度为58m，依据图乙照片上的比例标尺可推算：在这2s内火箭升空的平均速度为 m/s。神舟十号飞船与天宫一号对接完成后，以神舟二十号飞船为参照物，天和核心舱的运行速度为 m/s； (2)某科学兴趣小组的同学制作了如图所示的水火箭，其工作原理是被压缩的高压空气膨胀使水从水火箭尾部的喷嘴向下高速喷出，由于 ,饮料瓶快速上升。在此过程中封闭气体的 转化为水火箭的机械能； (3)为使火箭搭载的飞船更轻巧更坚硬，其外壳和部分零件由钢制改为钛铝合金。为节省火箭运输总重，可能会在太空采用3D激光打印技术制作钛铝合金零件，即在高能激光的作用下，金属钛和铝 （填物态变化名称）成液态，然后按零件形状重新结晶。（已知钛的熔点1725℃，沸点3260℃：铝的熔点660℃，沸点2467℃）如果钛铝合金零件，体积为57cm3；若用等质量钛制成，体积为52cm3；若用等质量铝制成，体积为87cm3；则这个零件中铝与钛的质量比为 。 29．如图为小明制作的水火箭，其原理是先在塑料瓶内注入水，再通过打气筒向瓶内注入空气，当瓶内气压升高到一定程度时，瓶口的橡皮塞被推开，高压空气将水从火箭尾部高速喷出，推动火箭上升。 (1)水火箭发射利用了力的作用是 的，向瓶内打气，通过 的方式可以使瓶内气体内能增大，高压空气将水高速喷出类似于内燃机的 冲程； (2)请在图中画出水火箭所受重力示意图。 30．阅读短文，回答问题。 空气能热水器工作原理如图甲所示。蒸发器从室外空气吸热、加热低沸点氟介质并使其汽化，氟介质蒸汽由压缩机压缩升温后，进入冷凝器液化释放热量传递给水箱中的冷水，随后经过“节流降温过滤降压“回到室外的蒸发器开始下一个循环。空气能热水器具有高效节能的特点，它工作时，氟介质在蒸发器中吸收热空气的能量QA；压缩机消耗电能W转化为机械能，再由机械能转化为内能，最终氟介质在冷凝器中释放给冷水的热量QR通常我们用“能效比”（即最终释放给冷水的热量与消耗的电能的比值）来反映空气能热水器的节能性能。某款空气能热水器，它的部分技术参数如下表（制热量表示氟介质在冷凝器中最终释放给冷水的热量）。 额定制热量功率P1/W 3000 电源规格U/V 220 额定电功率P2/W 800 水箱容积V/L 200 适用环境温度范围-7~43℃    (1)在空气能热水器中，是通过 （选填“加压”或“降温”）方法使氟介质液化的，这款空气能热水器正常工作时的能效比为 。 (2)氟介质经膨胀阀减压后、它的沸点所在温度范围可能是________。 A．低于-7℃ B．-7℃°~43℃ C．高于43℃ D．高于50℃ (3)正常使用时，将一箱15℃的冷水加热到45℃，消耗的电能为 J（c水=4.2×103J/（kg·℃）） (4)在如图乙所示的冲程中，压缩机汽缸内实现了把 能转化为 能。 (5)压缩机活塞上下移动的距离是16cm，横截面积是50cm2，工作时，活塞压缩氟介质的压强约为2.5×105 Pa，则活塞压缩一次氟介质做的功为 J；若系统正常工作消耗的电能有80%转化为压缩氟介质的能量，则压缩机曲轴的转速是 r/min。 31．我国航天技术已达到世界领先水平。在跨学科实践课上，某小组开展了“制作火箭模型”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助完成下列内容： （1）了解火箭的相关知识： 喷气发动机是指靠喷管高速喷出的气流直接产生反作用推力的发动机，广泛用作飞行器的动力装置，按燃料燃烧时所需要的来源，可分为两大类：一类是火箭发动机，另一类是空气喷气发动机。如图甲为涡轮喷气发动机（属于空气喷气发动机的一种），压缩后的混合气体在燃烧室燃烧，燃烧后剧烈膨胀的气体从尾部高速喷出，其巨大的反冲推力直接成为飞机的推进力。 如图乙为火箭发动机的工作原理图，火箭发动机和涡轮喷气发动机十分相似，主要的差别是：火箭自带燃料和氧化剂如图乙，涡轮喷气发动机只带燃料，利用空气做氧化剂，同涡轮喷气发动机相比较，火箭发动机的最大特点是：它自身既带燃料，又带氧化剂，靠氧化剂来助燃，不需要从周围大气层中汲取氧气，所以它不但能在大气层内也可以在大气层之外的宇宙真空中工作。火箭发动机可用于航天器推进，也可用于导弹等在大气层内飞行。迄今为止发射的人造卫星、月球飞船以及各种宇宙飞行器所用的都是火箭发动机。 如图丙，2024年4月25日20时59分，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，3名航天员顺利进入太空。 （2）制作并发射：火箭模型小组的同学制作了水火箭并进行发射，如图丁的图一，图二是其结构示意图，对水火箭打气，打开阀门，水向下喷出，水火箭一飞冲天。使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的 冲程相同。水火箭起飞用到的物理原理是： 。当水火箭上升至最高点时，此时水火箭受到 （选填“平衡力”或“非平衡力”）。 （3）项目评估：各个小组制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，发现“水火箭”在竖直方向飞行上升的高度不容易测量。同学们讨论后认为可以通过测量 来评选出“最佳飞行奖”。（写出一种方法即可） （4）项目拓展思考： ①如图丙所示是火箭发射时的情景，下列说法正确的是 ； A．火箭点火升空离开发射台期间，重力势能不变 B．涡轮喷气发动机可用于各种宇宙飞行器中 C．火箭升空过程中，燃料燃烧释放的内能全部转化为火箭的机械能 D．火箭升空过程中外壳温度会上升，这是通过做功的方式增加了外壳的内能 ②一架飞机搭载的涡轮喷气发动机，其部分参数如表，表中热效率是指涡轮喷气发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推进效率则是指涡轮喷气发动机传递给飞机的推进功（推力所做的功）与其获得的机械能之比。已知飞机所受空气阻力与运行速度平方的关系如图戊所示，当飞机以200m/s的速度水平匀速巡航0.5h的过程中，此时需要 t的航空燃油。 热效率 40% 推进效率 60% 航空燃油热值q 5.0×107J/kg 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 12.4 热机 一、热机工作中的能量转化 1．如图，物理兴趣小组制作了一个简易汽轮机装置。在易拉罐中装入适量的水，用酒精灯加热，水沸腾后从管口喷出蒸汽使风车转动。简易汽轮机工作过程中（　　） A．酒精燃烧将内能转化为化学能 B．水的内能增加的方式是热传递 C．蒸汽被喷出后内能保持不变 D．蒸汽的内能全部转化为风车的机械能 【答案】B 【详解】A．酒精燃烧的过程是将化学能转化为内能的过程，故A不符合题意； B．加热过程中，易拉罐中的水吸收热量，温度升高，是通过热传递的方式增加内能，故B符合题意； C．蒸汽喷出后，对外做功，内能转化为机械能，内能减小，故C不符合题意； D．因为热量损失，所以蒸汽的内能不会全部转化为风车的机械能，故D不符合题意。 故选B。 2．下图是汽油机工作时某冲程的示意图。下列说法正确的是（    ） A．该冲程是吸气冲程 B．该冲程主要将机械能转化为内能 C．该冲程使汽车获得了动力 D．该冲程能排出汽车的废气 【答案】C 【详解】ABC．由图可知，汽油机两个气门都关闭，活塞向下运动，是做功冲程，该冲程主要将内能转化为机械能，使汽车获得动力，故AB错误，C正确； D．汽油机的排气冲程排出汽车的废气，该冲程为做功冲程，故D错误。 故选C。 3．如图甲所示，爆破时电加热管发热使筒内的液态CO2迅速汽化，形成高压气体从泄气孔中喷出实施爆破。选项图中，汽油机的能量转化与它的能量转化情况相同的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．由题意可知，爆破时的能量转化情况为内能转化为机械能，本选项为汽油机的吸气冲程，此冲程不存在能量转化，故A不符合题意； B．由图像可知，本选项为汽油机的压缩冲程，此冲程的能量转化情况为机械能转化为内能，与爆破时的能量转化情况不相同，故B不符合题意； C．由图像可知，本选项为汽油机的做功冲程，此冲程的能量转化情况为内能转化为机械能，与爆破时的能量转化情况相同，故C符合题意； D．由图像可知，此选项为汽油机的排气冲程，此冲程不存在能量转化，故D不符合题意。 故选C。 4．内燃机的工作能量来源于燃料的（　　） A．机械能 B．内能 C．化学能 D．化学能和内能 【答案】C 【详解】内燃机工作时，将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，燃气推动活塞做功，把内能转化为机械能．所以内燃机的工作能量来源于燃料的化学能。 故选C。 【点睛】 5．2025年4月24日，我国在酒泉卫星发射中心，使用长征二号运载火箭，成功将神舟二十号载人飞船送入预定轨道，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．卫星在加速上升时，具有的动能保持不变 B．卫星在加速上升时，受到平衡力的作用 C．火箭上升时外壳温度升高，具有的内能减少 D．发射火箭与热机做功冲程的能量转化相同 【答案】D 【详解】A．动能的大小与质量和速度有关，卫星加速上升，质量不变、速度增大，动能增大，故A错误； B．卫星加速上升，受到的推力大于重力，运动状态改变，受力不平衡，故B错误； C．火箭上升时外壳与空气摩擦，温度升高，质量不变、温度升高，内能增大，故C错误； D．发射火箭时，燃料化学能转化为内能，再转化为机械能；热机做功冲程也是内能转化为机械能，能量转化相同，故D正确。 故选D。 二、汽油机的构造与工作过程 6．如图所示，将一个空易拉罐的底部钻一个小孔，从易拉罐开口端向罐内喷适量酒精喷雾，然后将一个空纸杯迅速套上。用细线将易拉罐水平悬挂在铁架台上，将点燃的打火枪靠近底部的小孔，纸杯就会“向前”飞去。纸杯飞出过程中，下列说法正确的是（　　） A．罐内气体的内能增加 B．该过程机械能转化为内能 C．能量转化情况与内燃机的压缩冲程相同 D．能量转化情况与内燃机的做功冲程相同 【答案】D 【详解】纸杯飞出过程中，罐内气体体积膨胀，对外做功，将气体的内能转化为纸杯的机械能，罐内气体的内能减小；内燃机的做功冲程中，缸内气体推动活塞做功，将内能转化为机械能，故纸杯飞出过程中，能量转化情况与内燃机的做功冲程相同，故D正确，ABC错误。 故选D。 7．一台单缸四冲程汽油机的飞轮的转速是2400r/min，则此汽油机每秒完成的冲程个数和对外做功次数分别是（　　） A．完成80个冲程，对外做功20次 B．完成80个冲程，对外做功40次 C．完成40个冲程，对外做功10次 D．完成40个冲程，对外做功40次 【答案】A 【详解】四冲程内燃机一个工作循环，活塞往复两次、飞轮转两周，完成四个冲程，对外做功一次，当飞轮的转速是2400r/min，即40r/s时，每秒内完成80个冲程，对外做功20次，故A正确，BCD错误。 故选A。 8．如图是单缸四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，它是（   ） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】B 【详解】由图可知，进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，压缩汽缸内气体，火花塞未点火，即为压缩冲程，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 9．课外活动中，小亮将刚喝完水的空矿泉水瓶的瓶盖拧上但不拧紧，用手握住瓶子的上下两部分，用力迅速拧成图示状态时，瓶盖被弹出并伴有爆响声，同时瓶口内出现白雾。关于上述过程，下列说法错误的是（    ） A．矿泉水瓶被用力拧成图示形状，说明力可以使物体发生形变 B．瓶盖弹出前，拧瓶子的过程与汽油机的做功冲程类似 C．瓶盖被弹出时，瓶内压缩气体的内能转化为瓶盖的机械能 D．瓶口内出现的白雾，是水蒸气温度降低后液化形成的小水滴 【答案】B 【详解】A．矿泉水瓶在力的作用下被拧成图示形状，瓶子的形状发生了改变，说明力可以使物体发生形变，故A正确，不符合题意。 B．瓶盖弹出前，拧瓶子时，瓶子体积变小，压缩瓶内气体，是对气体做功，瓶内气体内能增大，此过程与汽油机的压缩冲程类似，都是将机械能转化为内能；而汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能，故B错误，符合题意。 C．瓶盖被弹出时，瓶内压缩气体对瓶盖做功，将自身的内能转化为瓶盖的机械能，使瓶盖获得动能而飞出，故C正确，不符合题意。 D．瓶盖被弹出时，瓶内气体对外做功，内能减小，温度降低，瓶口处的水蒸气遇冷液化形成小水滴，从而出现白雾现象，故D正确，不符合题意。 故选B。 10．图甲是四冲程汽油机某冲程的示意图，图乙是空气压缩引火仪，图丙是对试管中的水加热一段时间后而塞“飞出”。下列说法正确的是（  ） A．三个过程中改变气体内能的方式相同 B．三个过程中气体内能大小的变化情况相同 C．图甲是做功冲程，其能量转化与图丙中的能量转化相同 D．若该汽油机每秒可完成10个图甲冲程，则其飞轮转速为600r/min 【答案】A 【详解】ABC．图甲，两气门关闭，活塞上行，为压缩冲程，活塞压缩缸内气体，对气体做功，气体内能增大，通过做功改变缸内气体内能，机械能转化为内能；图乙，向下压活塞，活塞压缩筒内气体，对气体做功，气体内能增大，通过做功改变筒内气体内能，机械能转化为内能；图丙，试管内气体推动塞子做功，气体内能减小，通过做功改变缸内气体内能，内能转化为机械能；故A正确，BC错误； D．汽油机一个工作循环包括四个冲程，其中只有一个压缩冲程，飞轮转两周；若该汽油机每秒可完成10个图甲冲程，即压缩冲程，则其飞轮转速为20r/s=1200r/min，故D错误。 故选A。 三、柴油机的构造与工作过程 11．民为国垒，谷为民命，粮食事关国运民生。粮食安全是国家安全的重要基础。如图是两台收割机正在收割小麦的场景。晓凤同学提出问题：收割机用四冲程柴油机提供动力，其中压缩冲程过程中，柴油机气缸内气体（　　） A．质量变大 B．内能减小 C．体积变大 D．温度升高 【答案】D 【详解】A．质量：在压缩冲程中，气缸是封闭的，气体的质量不会发生变化，故A不符合题意。 B．内能：压缩冲程中，活塞对气体做功，机械能转化为气体的内能，气体的内能增大，故B不符合题意。 C．体积：压缩冲程，活塞向上运动，气缸内气体的体积变小，故C不符合题意。 D．温度：由于活塞对气体做功，气体内能增大，温度升高，D符合题意。 故选D。 12．晓凤同学提出问题：收割机用四冲程柴油机提供动力，其中压缩冲程过程中，柴油机汽缸内气体（　　） A．质量变大 B．内能减小 C．体积变大 D．温度升高 【答案】D 【详解】四冲程柴油机中的压缩冲程，活塞向上移动，汽缸内气体体积变小，气体质量不变，压缩冲程将机械能转化为内能，内能变大，温度升高，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 13．我国在柴油机的研制上已将本体热效率突破53%。在柴油机的四个冲程中，内能转化为机械能的是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】C 【详解】柴油机的四个冲程中有两个冲程发生能量转化，一是压缩冲程中机械能转化为内能；二是做功冲程中内能转化为机械能，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 14．小红到乡村参加劳动实践，发现农用拖拉机使用的是柴油机，其结构原理如图，关于其四冲程柴油机的描述正确的是（　　） A．吸气冲程中吸入汽缸的只有空气 B．压缩冲程中机械能转化为柴油和空气混合物的内能 C．做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的 D．排气冲程中，废气带走的能量最少 【答案】A 【详解】A．柴油机在吸气冲程中，进气门开启，排气门关闭，活塞向下运动，吸入气缸的是空气，故A正确； B．在柴油机的压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩汽缸内的空气，使空气的温度升高、内能增大。此过程中是将活塞的机械能转化为空气的内能，由于此时还没有喷入柴油，所以不存在柴油和空气混合物，故B错误； C．做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞向下运动，带动曲轴旋转对外做功，将内能转化为机械能的过程，不是依靠飞轮的惯性完成的。而吸气、压缩和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，故C错误； D．因为燃料燃烧后产生的废气温度较高，含有大量的内能，这些内能随着废气的排出而损失掉。在柴油机的能量损失中，排气冲程中废气带走的能量是主要部分之一，故D错误。 故选A。 15．关于四冲程汽油机，下列说法中正确的是（　　） A．在吸气冲程，吸入汽缸内的是空气 B．在压缩冲程，燃料燃烧，内能转化为化学能 C．汽油机的效率一般比柴油机的低 D．在排气冲程，进气门和排气门都打开 【答案】C 【详解】A．四冲程汽油机，在吸气冲程，吸入汽缸内的是汽油和空气的混合物，故A错误； B．从能量转化的角度看，四冲程内燃机在压缩冲程末燃料燃烧将化学能转化为内能，故B错误； C．柴油机在压缩冲程中压缩程度更大，压缩冲程末空气温度更高，喷油嘴喷出的柴油与空气接触更充分，提高柴油的烧燃率，所以柴油机属于压燃式，柴油机的机械效率更高，汽油机的效率低，故C正确； D．排气冲程，进气门关闭，排气门打开，故D错误。 故选C。 四、火箭的构造与工作过程 16．2025 年 4 月 24 号，神舟二十号载人飞船发射成功，中国航天事 业再上新台阶。下列关于飞船发射的说法错误的是 （    ） A．火箭上升时，利用了力的作用是相互的原理 B．火箭发射时，载人飞船相对火箭是运动的 C．火箭中的燃料燃烧时，把化学能转化成内能 D．火箭开始上升时，速度越来越快，飞船的动能也越来越大 【答案】B 【详解】A．火箭上升时，火箭对喷出的气体有向下的力，由于力的作用是相互的，则气体对火箭产生一个与火箭运动方向相反的作用力，故A正确，不符合题意； B．火箭发射时，载人飞船与火箭没有位置的改变，则载人飞船相对火箭是静止的，故B错误，符合题意； C．火箭中的燃料燃烧时，是将化学能转化成内能，故C正确，不符合题意； D．质量一定时，速度越大，动能越大，则火箭开始上升时，速度越来越快，所以飞船的动能也越来越大，故D正确，不符合题意。 故选B。 17．如图所示，2019年6月5日，我国在黄海海域用长征十一号海射运载火箭“CZ﹣11WEY号”成功发射技术试验卫星捕风一号A、B星及5颗商业卫星，试验取得圆满成功。这是我国首次发射固体推进剂火箭发动机。火箭上升时，固体燃料的 能通过燃烧转化为内能，又把内能转化为火箭的机械能。在发射过程中，以捕风一号卫星为参照物，商业卫星是 的（选填“运动”或“静止”）。 【答案】 化学 静止 【详解】[1]火箭上升时，固体燃料的化学能通过燃烧转化为内能，又把内能转化为火箭的机械能。 [2]在发射过程中，以捕风一号卫星为参照物，商业卫星没有相对运动，故是静止的 18．如图为我国古代智慧成果“取火器”的模型图，把木质推杆迅速推入内壁光滑的牛角套筒时，杆前端的艾绒立刻燃烧起来，这是通过 方式使筒内空气温度升高，达到艾绒着火点，这一过程与四冲程柴油机的 冲程原理相同。 【答案】 做功 压缩 【详解】[1]封闭的气体被推杆压缩过程中，推杆对气体做功，所以气体内能增加，则温度升高，达到艾绒的着火点，使艾绒着火达到取火的目的。 [2]此过程中是机械能转化为内能，与四冲程柴油机的压缩冲程的能量转化相同。 19．如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，其中图 是将机械能转化为内能的冲程，图 为不是靠飞轮惯性完成的冲程。现有一台四冲程汽油机，飞轮的转速为1800r/min，这台汽油机每分钟完成 个冲程，对外做了 次功。 【答案】 乙 丙 3600 900 【详解】[1]图乙为压缩冲程，把机械能转化为内能。 [2]图丙为做功冲程，靠燃料燃烧做功来完成该冲程，不是靠飞轮惯性完成的冲程。 [3]飞轮转2转完成1个工作循环，有4个冲程；飞轮的转速为1800r/min ，即1分钟转1800转，完成900个工作循环，冲程数为 900×4 = 3600个 [4]1个工作循环对外做功1次，900个工作循环做功900次。 20．如图所示，一辆自身质量为1.6t的小轿车静止停放在水平地面上，每个轮胎与地面的接触面积为200cm2，则该车每个轮胎对水平地面的压强为 Pa，在水平路面上高速行驶时车子对地面的压力 自身重力（选填“大于”“等于”或“小于”）。（g＝10N/kg）如图是轿车的单缸四冲程汽油机的 冲程；在设计制造时，汽缸外有一个水套，用水来冷却汽缸，这是因为水的 较大。汽油机工作时飞轮每秒钟转50转，则每秒完成 个冲程。 【答案】 2×105 小于 压缩 比热容 100 【详解】[1]该汽车受到的重力G=mg=1.6×103kg×10N/kg=1.6×104N 汽车静止时对水平地面的压力F压=G=1.6×104N 汽车静止时对水平地面的压强 其中一个轮胎对地面的压强与整车对地面的压强相等，为2×105Pa。 [2]小汽车外型是流线型，当汽车高速行驶时，相同时间内，空气经过上方的路程比下方路程长，上方空气流速大，压强小，下方空气流速小，压强大，汽车在压强差下产生向上的升力，汽车对路面的压力变小，车子对地面的压力小于重力。 [3]由图可知，进气门和排气门都是关闭的，活塞向上运动，因此可知图中汽油机处于压缩冲程。 [4]水的比热容较大，相同质量的水和其它物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多，所以用水来冷却汽缸，能更好地吸收发动机产生的热量，使发动机温度不会升得太高。 [5]四冲程汽油机1个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，飞轮每秒钟转50转，则完成25个工作循环，100个冲程。 21．常规潜艇以四冲程热机为动力，其中做功冲程将内能转化为 能，如图所示是该热机的 冲程；潜艇以柴油作为动力燃料，每消耗1t柴油产生的热量为 J，若这些热量的40%被水吸收，可以将 kg的水由20℃加热到100℃。[q柴油=4.2×107J/kg，c水=4.2×103J/(kg·℃)]若海水密度的变化忽略不计，潜艇在海水里下潜过程中受到海水的压强 ，上浮出水前的过程中受到的浮力 。（后两格均选填“变大”、“变小”或“不变”） 【答案】 机械 做功 4.2×1010 5×104 变大 不变 【详解】[1][2]图中两个气门关闭，高温高压气体推动活塞向下运动，对外做功，燃气的内能转化为活塞的机械能，是该热机的做功冲程。故做功冲程中将内能转化为机械能。 [3]每消耗1t柴油产生的热量为Q放=mq柴油=4.2×107J/kg×1000kg=4.2×1010J [4]水吸收的热量Q吸= Q放η=4.2×1010J×40%=1.68×1010J 水的质量 [5]由公式p=ρ液gh可知，潜艇在海水里下潜过程中，海水密度不变，深度变大，受到海水的压强变大。 [6]由公式F浮=ρ液gV排可知，潜艇上浮出水前的过程中，海水的密度不变，潜艇排开水的体积不变，故其受到的浮力不变。 22．在“航天日”主题活动中，小明用塑料瓶自制了“水火箭”。发射时，“水火箭”向下喷水从而获得升空的动力，利用了物体间力的作用是 的；“水火箭”飞出后，瓶内气体温度降低，内能 （增大/减小/不变），相当于汽油机的 冲程。 【答案】 相互 减小 做功 【详解】[1] 水火箭升空利用的是“反冲力”，即高压气体将水向下喷射出去，对水施加一个向下的力，物体间的力都是相互的，水对火箭施加一个向上的力，火箭就升空了。 [2][3]“水火箭”飞出后，瓶内气体对外做功，将内能转化为机械能，导致气体的内能减小，温度降低，该能量转化与汽油机的做功冲程能量转化相同。 23．生活处处有物理。小明利用矿泉水瓶做了如下几个有趣的实验： (1)如图，矿泉水装水，接近装满时留一小气泡，在瓶中间画一十字标记。把它平放在检查面上，若气泡在十字处说明被检查面是 的；用手沿箭头方向猛推一下瓶子，气泡将 运动（选填“向后运动”、“向前运动”或“保持静止状态”）； (2)如图一开口的矿泉水瓶侧壁A、B处各扎一个小孔，用橡皮塞塞住，给瓶里充满水，将瓶放在足够高的桌面上，然后把橡皮塞同时拔出，可以看到从不同的孔向外喷水的水平射程不同，从而说明了液体内部压强与 有关； (3)如图一只空瓶中装入少量的水，拧紧瓶盖，用力地扭动瓶身几下，稍稍旋开瓶盖，就听到“砰”的一声且瓶盖被气体冲飞，瓶口和瓶内出现白雾，出现白雾说明瓶内气体温度 （选填“升高”“降低”或“不变”）。图中②过程中能量转化的过程与四冲程内燃机的 冲程类似。若一台单缸汽油机，飞轮的转速为1200r/min，则该汽油机每秒钟做功 次。 【答案】(1) 水平 向前运动 (2)液体深度 (3) 降低 压缩 10 【详解】（1）[1]图中，由于瓶中的水受到的重力的方向竖直向下，若气泡在十字处说明被检查面是水平的。 [2]用手沿箭头方向猛推一下瓶子，瓶中的水由于惯性会“挤”向瓶底，因此气泡将向前运动。 （2）图中，看到从深度不同的孔向外喷水的水平射程不同，从而说明了液体内部压强与液体的深度有关。 （3）[1]瓶口和瓶内出现白雾，是水蒸气遇冷液化形成，出现白雾说明瓶内气体温度降低。 [2]图中②过程中，在压缩瓶内气体体积，瓶子机械能转化为气体内能，能量转化的过程与四冲程内燃机的压缩冲程类似。 [3]四冲程单缸汽油机的飞轮转速为1200r/min，则该飞轮每秒钟转20圈；因为一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，所以，1s内飞轮转20圈，活塞往复运动20次，共10个工作循环，做功10次。 24．打气后的可乐瓶可制成“水火箭”。研究表明：水火箭射程与瓶内液体占总体积比例、瓶内气压和瓶内液体质量等因素有关。为研究水火箭射程与瓶内液体质量的关系，某兴趣小组通过只改变液体的密度来改变其质量，并用图甲装置和有关测量工具进行如下实验。 ①取一可乐瓶作为水火箭内胆，瓶内装入体积为V的水，将其放置在已固定好的发射架上；②用打气筒给水火箭打气，当瓶内气压为p时，打开开关发射；③测出水火箭的射程，多次实验取平均值；④用食盐和水配制A、B、Ｃ三种密度不同的溶液，均取体积为V的溶液替换水，重复上述步骤①②③实验结果如图乙所示。 (1)打气时，瓶内气体内能 ，打开开关，水火箭发射，此过程能量转化关系类似于汽油机中 冲程； (2)一定温度下，用足量的食盐和水配制溶液，若充分溶解后观察到有食盐沉淀在下方，则溶液密度达到 ，在体积相同时， 也最大； (3)本实验结论：相同条件下，瓶内液体质量越 ，水火箭射程越远； (4)某同学认为本实验用相同装置，可只用水进行实验，通过改变水的体积来改变质量更方便。该同学的观点 （正确/错误），理由： 。 【答案】(1) 变大 做功 (2) 最大 液体质量 (3)大 (4) 错误 见解析 【详解】（1）[1][2]打气时，瓶内气体被做功，内能增大；打开开关，水火箭发射，此过程能量转化关系类似于汽油机中做功冲程，均是将内能转化为机械能。 （2）[1][2]一定温度下，用足量的食盐和水配制溶液，若充分溶解后观察到有食盐沉淀在下方，说明溶液已经饱和，则溶液密度达到最大，根据，在体积相同时，液体质量也最大。 （3）根据，在体积相同时，液体密度越大，液体质量也越大。结合图乙可知，相同条件下，瓶内液体质量越大，水火箭射程越远。 （4）[1][2]只用水进行实验，通过改变水的体积来改变质量的同时瓶内液体占总体积比例也发生改变，没有控制变量，所以该同学的观点错误。 25．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)其他条件一定时，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，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：其他条件一定时，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。 26．【探究名称】探究影响水火箭飞行的水平距离的因素。 【问题】小明和同学们用可乐瓶制作了一个水火箭，水火箭的外观和结构示意图分别如图甲、乙所示。将水火箭置于地面，当瓶内气压足够大时，打开阀门，瓶内的水沿打气管向后喷出，水火箭迅速飞起。同学们猜想水火箭飞行的水平距离可能与加水的质量有关。于是做了如下探究： 【证据】小明使用同一支水火箭，改变加水的质量，每次用同样的打气筒加压 （选填“相同”或“不同”）的次数后，调整箭体与水平地面的夹角为40°，实验时无风，测量出发射点到落地点的水平距离，并记录在下表中： 水的质量/g 0 50 100 150 200 250 水平距离/m 3.28 36.33 45.80 67.00 57.03 45.83 【解释】分析表中数据可得：在其他条件相同时，当所加水的质量为 g时，水火箭飞行的水平距离最远，故猜想是 （选填“正确”或“错误”）的； 【交流】（1）瓶内的水向下喷出的同时水火箭向上运动，这是因为力的作用是 的；瓶内的水向下喷出时的能量转化情况与四冲程内燃机的 冲程相同； （2）当水火箭竖直向上发射时，若无法直接测量水火箭发射的最大高度，这时可以测量水火箭从发射到落地的 来间接反映发射的高低情况； （3）除上述猜想外，你认为还有哪些因素可能会影响水火箭飞行的水平距离： （写出一条即可）。 【答案】 相同 150 正确 相互 做功 时间 见解析 【详解】[1]根据控制变量法，使用同一支水火箭，改变加水的质量，每次用同样的打气筒加压相同的次数。 [2][3]由表中数据可知，其它条件相同时，水的质量是150g，水平距离是67.00m，飞行的水平距离最远，水的质量不同，飞行的水平距离不同，故猜想是正确的。 （1）[4][5]瓶内的水向下喷出，火箭对水施加力的同时，水火箭受到向上的力，水火箭向上运动，说明力的作用是相互的，瓶内的水向下喷出时内能转化为机械能，四冲程内燃机的做功冲程将内能转化为机械能，瓶内的水向下喷出时的能量转化情况与四冲程内燃机的做功冲程相同。 （2）[6]当水火箭竖直向上发射时。无法直接测量水火箭发射的最大高度，这时可以测量水火箭从发射到落地时的时间来间接反映发射的高低情况，时间越长，表示火箭发射的最大高度越高。 （3）[7]影响水火箭的飞行距离可能还有空气流速、水火箭自身重力、瓶塞塞入的深度等。 27．过年期间有小孩用鞭炮炸狗盆，狗盆飞向空中；甚至还有将鞭炮扔进类似密闭空间的设施附近，导致危险事件发生。请结合此现象回答下列问题： (1)简述鞭炮爆炸时狗盆飞向空中这一过程与内燃机的哪个冲程相似，同时说明鞭炮爆炸时狗盆飞向空中的能量转化； (2)从安全教育和环境保护的角度，分析这种行为可能带来的危险。（写出一条即可） 【答案】(1)见解析 (2)见解析 【详解】（1）做功可以改变内能。鞭炮爆炸时放出热量，对狗盆做功，内能转化为机械能，使得狗盆飞向空中，这一过程的能量转化与内燃机的做功冲程相似。 （2）用鞭炮炸狗盆，飞出的狗盆可能会砸伤他人，危及他人的生命安全。 五、综合题 28．北京时间2025年4月24日17时17分，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，约10分钟后，神舟二十号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道。4月24日23时49分，成功对接于空间站天和核心舱径向端口。5月22日，神舟二十号航天员乘组圆满完成第一次出舱活动。  (1)如果某火箭火箭的总长度为58m，依据图乙照片上的比例标尺可推算：在这2s内火箭升空的平均速度为 m/s。神舟十号飞船与天宫一号对接完成后，以神舟二十号飞船为参照物，天和核心舱的运行速度为 m/s； (2)某科学兴趣小组的同学制作了如图所示的水火箭，其工作原理是被压缩的高压空气膨胀使水从水火箭尾部的喷嘴向下高速喷出，由于 ,饮料瓶快速上升。在此过程中封闭气体的 转化为水火箭的机械能； (3)为使火箭搭载的飞船更轻巧更坚硬，其外壳和部分零件由钢制改为钛铝合金。为节省火箭运输总重，可能会在太空采用3D激光打印技术制作钛铝合金零件，即在高能激光的作用下，金属钛和铝 （填物态变化名称）成液态，然后按零件形状重新结晶。（已知钛的熔点1725℃，沸点3260℃：铝的熔点660℃，沸点2467℃）如果钛铝合金零件，体积为57cm3；若用等质量钛制成，体积为52cm3；若用等质量铝制成，体积为87cm3；则这个零件中铝与钛的质量比为 。 【答案】(1) 58 0 (2) 力的作用是相互的 内 (3) 熔化 1：6 【详解】（1）[1]由图乙可知，照片中火箭的长度为2.00cm，照片中火箭通过的路程为4.00cm，火箭的总长度为58m，则火箭通过的路程为 在这2s内火箭升空的平均速度为 [2]神舟十号飞船与天宫一号对接完成后，以神舟十号飞船为参照物，天宫一号的位置不变，是静止的，运行速度为0m/s。 （2）[1]当水向下高速喷出时，水火箭会受到一个向上的反作用力，从而推动火箭上升。所以由于力的作用是相互的，饮料瓶快速上升。 [2]压缩空气膨胀做功，将气体的内能转化为水的动能，进而转化为水火箭的机械能。 （3）[1]在高能激光的作用下，金属钛和铝由固态变成液态，这个过程叫熔化。 [2]设钛铝合金零件质量为m，若用等质量钛制成，体积为52cm3，则有 ① 若用等质量铝制成，体积为87cm3，则有 ② 因为合金零件中钛的体积与铝的体积之和等于合金零件的总体积，所以 ③ 将①②代入③整理可得 52cm3×m钛+87cm3 ×m铝=57cm3×m④ 又因为m钛+m铝=m ⑤ 联立④⑤解得：m铝：m钛=1:6 29．如图为小明制作的水火箭，其原理是先在塑料瓶内注入水，再通过打气筒向瓶内注入空气，当瓶内气压升高到一定程度时，瓶口的橡皮塞被推开，高压空气将水从火箭尾部高速喷出，推动火箭上升。 (1)水火箭发射利用了力的作用是 的，向瓶内打气，通过 的方式可以使瓶内气体内能增大，高压空气将水高速喷出类似于内燃机的 冲程； (2)请在图中画出水火箭所受重力示意图。 【答案】(1) 相互 做功 做功 (2) 【详解】（1）[1]当高压空气将水从火箭尾部高速喷出时，水对空气有一个向后的作用力，同时空气对水火箭产生一个向前的反作用力，推动水火箭上升，这体现了力的作用是相互的。 [2][3]用打气筒向瓶内打气，活塞压缩空气做功，使空气的内能增大，温度升高，通过做功的方式改变物体的内能；内燃机的做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能。在水火箭中，高压空气将水高速喷出，是将空气的内能转化为水火箭的机械能，与内燃机做功冲程的能量转化相似。 （2）重力的作用点在水火箭的重心上。重力的方向始终是竖直向下的。从水火箭的重心开始，画一条竖直向下的带箭头的线段，箭头表示重力的方向，重力示意图如下： 30．阅读短文，回答问题。 空气能热水器工作原理如图甲所示。蒸发器从室外空气吸热、加热低沸点氟介质并使其汽化，氟介质蒸汽由压缩机压缩升温后，进入冷凝器液化释放热量传递给水箱中的冷水，随后经过“节流降温过滤降压“回到室外的蒸发器开始下一个循环。空气能热水器具有高效节能的特点，它工作时，氟介质在蒸发器中吸收热空气的能量QA；压缩机消耗电能W转化为机械能，再由机械能转化为内能，最终氟介质在冷凝器中释放给冷水的热量QR通常我们用“能效比”（即最终释放给冷水的热量与消耗的电能的比值）来反映空气能热水器的节能性能。某款空气能热水器，它的部分技术参数如下表（制热量表示氟介质在冷凝器中最终释放给冷水的热量）。 额定制热量功率P1/W 3000 电源规格U/V 220 额定电功率P2/W 800 水箱容积V/L 200 适用环境温度范围-7~43℃    (1)在空气能热水器中，是通过 （选填“加压”或“降温”）方法使氟介质液化的，这款空气能热水器正常工作时的能效比为 。 (2)氟介质经膨胀阀减压后、它的沸点所在温度范围可能是________。 A．低于-7℃ B．-7℃°~43℃ C．高于43℃ D．高于50℃ (3)正常使用时，将一箱15℃的冷水加热到45℃，消耗的电能为 J（c水=4.2×103J/（kg·℃）） (4)在如图乙所示的冲程中，压缩机汽缸内实现了把 能转化为 能。 (5)压缩机活塞上下移动的距离是16cm，横截面积是50cm2，工作时，活塞压缩氟介质的压强约为2.5×105 Pa，则活塞压缩一次氟介质做的功为 J；若系统正常工作消耗的电能有80%转化为压缩氟介质的能量，则压缩机曲轴的转速是 r/min。 【答案】(1) 降温 3.75 (2)A (3)8.96×106 (4) 机械 内 (5) 200 192 【详解】（1）[1]由题意可知，氟介质蒸汽由压缩机压缩升温后进入冷凝器，所以是通过降温的方法实现液化的。 [2]根据能效比的定义可知这款空气能热水器正常工作时的能效比为 （2）由题意可知，该空气能热水器适用环境温度范围-7~43℃，氟介质经膨胀阀解压后，沸点降低，应低于-7℃才能保证在环境温度范围内正常工作，故选A。 （3）由题意可知，水的质量为m水=ρ水V水=1.0×103kg/m3×0.2m3=200kg 则水吸收的热量为Q=c水m水Δt=4.2×103J/（kg·℃）×200kg×（55℃-15℃）=3.36×107J 根据（1）求出的能效比可得消耗的电能为 （4）[1][2]图乙所示的冲程为压缩冲程，在此冲程中，曲轴动连杆带动活塞向上运动，压缩氟介质蒸汽对其做功，是将机械能转化为内能。 （5）[1][2]由题意可知，活塞受到的压力为F=pS=2.5×105Pa×50×10-4m2=1250N 则活塞压缩一次氟介质做的功为W1=Fs=1250N×0.16m=200J 系统正常工作时每分钟消耗的电能为W2=P2t2=800W×60s=48000J 电能转化为压缩氟介质的能量为W3=80%W2=80%×48000J=38400J 每分钟压缩氟介质的次数为 如图所示，压缩机曲轴转动一周，经历一个吸气冲程和一个压缩冲程，因为每分钟压缩氟介质的次数为192，即经历192个压缩冲程，所以可知压缩机曲轴的转速为192r/min。 31．我国航天技术已达到世界领先水平。在跨学科实践课上，某小组开展了“制作火箭模型”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助完成下列内容： （1）了解火箭的相关知识： 喷气发动机是指靠喷管高速喷出的气流直接产生反作用推力的发动机，广泛用作飞行器的动力装置，按燃料燃烧时所需要的来源，可分为两大类：一类是火箭发动机，另一类是空气喷气发动机。如图甲为涡轮喷气发动机（属于空气喷气发动机的一种），压缩后的混合气体在燃烧室燃烧，燃烧后剧烈膨胀的气体从尾部高速喷出，其巨大的反冲推力直接成为飞机的推进力。 如图乙为火箭发动机的工作原理图，火箭发动机和涡轮喷气发动机十分相似，主要的差别是：火箭自带燃料和氧化剂如图乙，涡轮喷气发动机只带燃料，利用空气做氧化剂，同涡轮喷气发动机相比较，火箭发动机的最大特点是：它自身既带燃料，又带氧化剂，靠氧化剂来助燃，不需要从周围大气层中汲取氧气，所以它不但能在大气层内也可以在大气层之外的宇宙真空中工作。火箭发动机可用于航天器推进，也可用于导弹等在大气层内飞行。迄今为止发射的人造卫星、月球飞船以及各种宇宙飞行器所用的都是火箭发动机。 如图丙，2024年4月25日20时59分，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，3名航天员顺利进入太空。 （2）制作并发射：火箭模型小组的同学制作了水火箭并进行发射，如图丁的图一，图二是其结构示意图，对水火箭打气，打开阀门，水向下喷出，水火箭一飞冲天。使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的 冲程相同。水火箭起飞用到的物理原理是： 。当水火箭上升至最高点时，此时水火箭受到 （选填“平衡力”或“非平衡力”）。 （3）项目评估：各个小组制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，发现“水火箭”在竖直方向飞行上升的高度不容易测量。同学们讨论后认为可以通过测量 来评选出“最佳飞行奖”。（写出一种方法即可） （4）项目拓展思考： ①如图丙所示是火箭发射时的情景，下列说法正确的是 ； A．火箭点火升空离开发射台期间，重力势能不变 B．涡轮喷气发动机可用于各种宇宙飞行器中 C．火箭升空过程中，燃料燃烧释放的内能全部转化为火箭的机械能 D．火箭升空过程中外壳温度会上升，这是通过做功的方式增加了外壳的内能 ②一架飞机搭载的涡轮喷气发动机，其部分参数如表，表中热效率是指涡轮喷气发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推进效率则是指涡轮喷气发动机传递给飞机的推进功（推力所做的功）与其获得的机械能之比。已知飞机所受空气阻力与运行速度平方的关系如图戊所示，当飞机以200m/s的速度水平匀速巡航0.5h的过程中，此时需要 t的航空燃油。 热效率 40% 推进效率 60% 航空燃油热值q 5.0×107J/kg 【答案】 压缩 物体间力的作用是相互的 非平衡力 离地飞行的时间 D 1.08 【详解】（2）[1]使用打气筒打气时，通过做功增大气体的内能，将机械能转化为内能，与汽油机的压缩冲程相同。 [2]水火箭向下喷水，给水一个向下的力，由于物体间力的作用是相互的，则水给火箭一个向上的力，使得火箭能够起飞。 [3]水火箭竖直上升到最高点时只受重力作用，因而受力不平衡，即受非平衡力。 （3）[4]水火箭在竖直方向上升的高度不容易测量，可测量水火箭离地飞行的时间，飞行时间越长，竖直方向的上升高度越高。 （4）①[5] A．火箭点火升空离开发射台期间，质量不变，高度增大，重力势能增大，故A错误； B．涡轮喷气式发动机需要大气中的氧气做氧化剂，不适合在真空中运行的宇宙飞行器，故B错误； C．火箭升空过程中，燃料燃烧释放的内能只有部分转化为火箭运动的机械能，有部分热量损失，故C错误； D．火箭上升过程中，需克服空气阻力做功，使火箭外壳温度升高，这是通过做功的方式增加了外壳的内能，故D正确。 故选D。 ②[6]由图戊可知，飞机飞行时所受的阻力与速度的平方成正比，设， 把，，代入上式得，所以当时，飞机飞行受到得阻力 飞机以200m/s的速度水平匀速巡航0.5h的距离 飞机克服阻力所做得功 飞机在水平方向上匀速飞行时，所以飞机飞行0.5h推力做的功 获得的机械能 需要的内能 需要航空燃油的质量 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$