第十四章 第三节 热机-【拔尖特训】2025-2026学年新教材九年级全一册物理(沪科版2024)

29 第三节　热　机 ▶ “答案与解析”见P11 1. 热机在人类生活中发挥着重要的作用,推动 了社会的快速发展,现代化的交通运输工具 都靠它提供动力。如图所示为热机工作过程 中的能量转化原理图,其中①②③分别代表 的是 能、 能、 能。 (第1题) 2. 如图所示是某种内燃机某一冲程的示意图, 据图回答问题: (1) 这种内燃机是 (选填“汽油机” 或“柴油机”)。 (2) 它在吸气冲程吸入的物质是 (选 填“空气”“燃料”或“空气和燃料的混合物”)。 (3) 图中内燃机处在 冲程;该冲 程中能量的转化是把 能转化为 能。 (第2题) (第3题) 3. 在如图所示的“汽油机模型”实验中,将少量 的汽油喷入筒内,用软木塞塞住筒口,摇动起 电机手柄,观察到放电针放电,汽油燃烧,软 木塞被高温高压的气体冲出。该实验可模拟 四冲程汽油机工作时的 ( ) A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程 4. 汽油机和柴油机的主要不同点是 ( ) A. 在构造上,汽油机气缸顶部有喷油嘴,而 柴油机的气缸顶部有火花塞 B. 在吸气冲程中,汽油机吸入气缸的是汽 油,柴油机吸入气缸的是柴油 C. 在压缩冲程末,汽油机用点燃式点火,而 柴油机采用的是压燃式点火 D. 在做功过程中,汽油机里的燃气温度和压 强比柴油机里的高 5. 跨学科实践·社会发展 科学家发明了 一款单缸六冲程内燃机,它每一个 工作循环的前四个冲程与单缸四冲 程内燃机相同,在第四冲程结束后,立即向气 缸内喷水,水在高温气缸内迅速汽化成高温、 高压水蒸气,推动活塞再次做功。 (1) 在推动活塞做功的过程中,水蒸气的温 度将 (选填“升高”“降低”或“不 变”),内能将 。 (2) 如果这种单缸六冲程内燃机飞轮的转速 是3600r/min,那么该内燃机1s对外做功 次。为进入下一个工作循环,这款 内燃机的第六冲程是 冲程。 6. ★(2024·临沂)2024年4月20日,我国研制 的全球首款本体热效率达53.09%的柴油机 正式亮相世界内燃机大会,刷新了柴油机热 效率的世界纪录。下列内燃机的四个冲程中, 气缸内气体的内能最小的是 ( ) A. B. C. D. 7. 汽油机工作时,气缸内燃气温度最高、压强最 大的时刻是 ( ) A. 吸气冲程结束 B. 做功冲程 C. 压缩冲程结束,火花塞点火前的瞬间 D. 压缩冲程结束,火花塞点火后的瞬间 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第十四章　内能与热机 30 8. 柴油机上安装了一个质量很大的飞轮,目 的是 ( ) A. 使整个机器外形协调美观 B. 节约燃料 C. 输出更多的功 D. 利用飞轮惯性完成吸气、压缩、排气三个 辅助冲程 9. 当拖拉机的柴油机出现故障而使转速急剧增 加,正常操作已经不能使它停转(这种故障叫 做“飞车”)时,下列应急措施中可行的是 ( ) A. 捂住进气口 B. 立即找一个隔热的东西捂住排气口 C. 脚踏刹车板,同时手拉制动器 D. 让它空转,直至将油耗尽 10. 某单缸四冲程汽油机的气缸活塞 面积为30cm2,一个冲程中活塞在 气缸中移动的距离是50mm,满负 荷工作时做功冲程中燃气的平均压强为 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。 11. 如图甲所示为四缸发动机工作原理:内燃机 通过连杆把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,其他 三个气缸分别在做吸气、压缩和排气工作。 甲 乙 (第11题) (1) 发动机在做功冲程里,高温、高压的燃 气推动活塞向下运动,对外做功,同时将 能转化为 能。 (2) 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上止点到下 止点所扫过的容积,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。 排 量 输出功率 转 速 2.0L 120kW 6000r/min ① 该发动机在1s内做功 J,单缸 排量V= L。 ② 在每个做功冲程里,发动机做的功为 J。 (3) 在做功冲程里,燃气对活塞所做的功可 表示为W=pV,式中p 表示燃气对活塞的 压强,则p= Pa。(1L=10-3m3) (4) 如图乙所示为发动机在做功冲程中的 示意图。下面给出了公式W=pV 的证明, 请将推导过程补充完整(要求各表达式均用 S、l或p表示):设活塞的面积为S,冲程长 为l,燃气对活塞的压强为p,则燃气对活塞 的压力F= ,燃气对活塞所做的功 W= ,又根据数学知识可知发动机 的单缸排量V= ,故W=pV。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(沪科版)九年级 比例法及运用比例法 解题的一般程序 根据题意,运用物理规律,公 式或某些量相等、成比例(正比、反 比)等,用比例式建立未知量与已 知量之间的关系,再运用比例性质 求解物理问题的方法,称之为比例 法。运用比例法解题的一般程序 是先通过公式变形得出待求量的 表达式,再据待求量的表达式写出 对应的比例式(即用待求量表达式 中的分子之比乘以分母的反比), 最后代入已知量求解。 11. C 解析:若水吸收的热量全部用 于升温,则水的末温t=t0+ Q吸 cm = 20℃+ 4.2×10 5J 4.2×103J/(kg·℃)×1kg = 120℃。由于本题中水面上的气压值 未知,所以水的沸点可能等于120℃, 也可能低于120℃。若水的沸点低于 120℃,则水温达到沸点后吸收的热 量将用于水沸腾,而温度保持不变。 12. 解析:由Q=cmΔt得,金属块的 比热容c= QmΔt= 6.6×104J 1.5kg×50℃= 0.88×103J/(kg·℃);根据表格的信 息可知:该金属可能是铝。 13. 热传递 2.52×104 150 解析:给牛奶加热的过程中,牛奶吸收 热量、内能增加,是通过热传递的方式 改变了牛奶的内能;由图乙可知,牛奶 升高的温度Δt牛奶=40℃-20℃= 20℃,则 牛 奶 吸 收 的 热 量 Q吸 = c牛奶m牛奶Δt牛奶=4.2×103J/(kg·℃)× 0.3kg×20℃=2.52×104J;不计热 损失,水放出的热量 Q放 =Q吸 = 2.52×104J,由图乙可知,水降低的温 度 Δt水 =80℃-40℃=40℃,由 Q放=cmΔt 可 得 水 的 质 量 m水 = Q放 c水Δt水= 2.52×104J 4.2×103J/(kg·℃)×40℃ = 0.15kg=150g。 14. 解析:(1) 热水放出的热量Q放= c水m1(t0-t1),冷水吸收 的 热 量 Q吸=c水m2(t1-t0');热水放出的热 量全部被冷水吸收,所以Q吸=Q放, 即4.2×103J/(kg·℃)×200× 10-3kg×(100℃-t1)=4.2× 103J/(kg·℃)×300×10-3 kg× (t1-20℃),解得t1=52℃。(2) 迅 速将200g室温矿泉水倒入该杯,摇 一摇,矿泉水的温度可升至t2,根据 (1)可知4.2×103J/(kg·℃)× 300×10-3kg×(52℃-t2)=4.2× 103J/(kg·℃)×200×10-3kg× (t2-20℃),解得t2=39.2℃。 第三节　热　机 1. 化学 内 机械 2. (1) 柴油机 (2) 空气 (3) 压缩 机械 内 3. C 4. C 5. (1) 降低 减小 (2) 40 排气 解析:(2) 单缸六冲程内燃机一个工 作循环中,有6个冲程,飞轮转动3r, 对外做功2次,若单缸六冲程内燃机 飞轮转速是3600r/min,则每秒钟飞 轮转动60转,对外做功40次。 6. D 解析:内燃机一个工作循环的 顺序为吸气冲程、压缩冲程、做功冲 程、排气冲程,压缩冲程后气体的温度 都比吸气冲程中气体的温度高,故吸 气冲程中气缸内气体的内能最小。选 项A中,两气门关闭,活塞下行,为做 功冲程,A不符合题意;选项B中,进 气门关闭,排气门打开,活塞上行,为 排气冲程,B不符合题意;选项C中, 两气门关闭,活塞上行,为压缩冲程, C不符合题意;选项D中,进气门打 开,排气门关闭,活塞下行,为吸气冲 程,D符合题意。 判断热机冲程的方法 (1) 看气门开闭。 (2) 看活塞运动方向。 7. D 解析:在汽油机的吸气冲程中, 随着气缸中汽油和空气的混合气体的 增多,混合气体的内能增大;在汽油机 的压缩冲程中,由于活塞对混合气体 做功,活塞的一部分机械能转化为混 合气体的内能,使混合气体的内能继 续增大;在压缩冲程结束,火花塞点火 后的瞬间,汽油燃烧,汽油的化学能转 化为燃气的内能,此时燃气的内能最 大、温度最高、压强最大;在汽油机的 做功冲程中,燃气对活塞做功,燃气的 一部分内能转化为活塞的机械能,燃 气的内能减小、温度降低、压强变小。 8. D 解析:四冲程柴油机工作时,吸 气、压缩和排气三个辅助冲程都是靠 飞轮的惯性完成的。 9. A 解析:由题意知B、C无济于 事;D浪费柴油且容易引发事故;要使 拖拉机停转,必须阻止内能转化为机 械能,而内能是由柴油燃烧转化来的, 只要没有空气吸入气缸,就能阻止柴 油燃烧,所以应选A。 10. 解 析:(1) F =pS=9.0× 105Pa×30×10-4m2=2.7×103N。 (2) W=Fs=2.7×103 N×50× 10-3m=135J。(3) 1800r/min= 30r/s,一个工作循环中飞轮转2r,做 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 11 一次功,所用时间t=115s ,P=Wt= 135J 1 15s =2025W。 11. (1) 内 机械 (2) ① 1.2×105 0.5 ② 600 (3) 1.2×106 (4) pS pSl Sl 解析:(1) 发动机在做功冲 程里,高温、高压的燃气推动活塞向下 运动,对外做功,同时将内能转化为机 械能。(2) ① 已 知 输 出 功 率 是 120kW,所 以 每 秒 做 功 W=Pt= 120×103W×1s=1.2×105J。因为 总排量为2.0L,所以单缸排量V= 1 4×2.0L=0.5L 。② 因为发动机 有四个缸同时工作,所以每个气缸1s 内做 功 W'= 14W = 1 4 ×1.2× 105J=3×104J。因为发动机转速为 6000r/min,所以每秒转100r,每两 转中有一个做功冲程,故1s内做功 50次,所以 每 个 做 功 冲 程 做 的 功 W″=150W'= 1 50×3×10 4J=600J。 (3) 由题述公式W=pV 可得,p= W″ V = 600J 0.5×10-3m3=1.2×10 6Pa。 (4) 由p= F S 可知,活塞受到的压力 F=pS;因为在做功冲程中活塞移动 的距离为l,发动机的单缸排量V= Sl,所以燃气对活塞所做的功W= Fl=pSl=pV。 第四节　跨学科：热机效率 和环境保护 1. 1kg煤油完全燃烧放出的热量是 4.6×107J 4.6×107 2. D 3. D 4. D 5. 小于 大于 解析:由图可知,A、 B 质量相同时,QA<QB,根据q= Q放 m 可得,qA<qB,即A 燃料的热值 小于B 燃料的热值;若A、B 燃料质 量相等,且都完全燃烧,根据Q放=mq 可知,QA<QB,即B 放出的热量大于 A 放出的热量。 6. 30% 4.3×107 解析:1kg柴油 完全燃烧放出的能量Q放=3.01× 107J+1.29×107J=4.3×107J,该柴 油 机 的 效 率 η= W有 Q放 ×100% = 1.29×107J 4.3×107J×100%=30% ;由公式 Q放=mq 得柴油的热值q= Q放 m = 4.3×107J 1kg =4.3×10 7J/kg。 7. D 解析:柴油机的效率比汽油机 的效率高,主要是因为柴油机在压缩 冲程中,压缩的程度比汽油机大,燃烧 更充分,燃气产生的压强更大,温度更 高。故选D。 8. C 解析:甲、乙两车在水平高速公 路上匀速行驶时动力相同,甲车行驶 100km,耗油4L×2=8L,乙车行驶 100km,耗油7.3L,两车做的有用功 相同,故甲车的效率小于乙车的效率, 即η甲<η乙。选C。 9. A 解析:热机的大量使用,会造成 噪声污染和空气污染,A对。 10. (1) 不同 多 (2) 完全燃烧放 出的热量 燃料的质量 热值 (3) 4.2×105 10 空气(或燃气灶) (4) 热效率 大 解析:(1) 由表格中 数据可知,完全燃烧质量相同的木柴、 焦炭、木炭放出的热量不同;对于同一 种燃料,质量越大,完全燃烧所释放的 热量越多。(2) 对于同一种燃料,完 全燃烧放出的热量与燃料的质量成正 比,即放出热量与质量的比值不变;物 理学中用热值表示燃料的这一特性。 (3) 完全燃烧0.01m3 的天然气放出 的热量 Q放 =Vq天然气 =0.01m3× 4.2×107J/m3=4.2×105J;由于 Q吸=Q放,由Q=cmΔt得,水的质量 m = Q吸 c水Δt = 4.2×105J 4.2×103J/(kg·℃)×10℃ = 10kg;天然气完全燃烧放出的热量一 部分被水吸收,还有一部分会被容器、 空气等吸收。(4) 为了衡量水吸收的 热量在完全燃烧天然气放出的热量中 所占比例,物理中引入的是热效率的 概念,能量损失越少,热效率越高,便 能节约能源,减小对环境的破坏。 11. 解析:设乙醇汽油的体积为V,由 于混合后总体积不变,根据Q=qV 得,汽油完全燃烧放出的热量Q汽油= V×90%×q汽油=0.9Vq汽油,乙醇完全 燃烧放出的热量Q乙醇=V×10%× q乙醇=0.1Vq乙醇,所以,乙醇汽油的热 值 q乙醇汽油 = Q汽油+Q乙醇 V = 0.9Vq汽油+0.1Vq乙醇 V = 0.9q汽油 + 0.1q乙醇=0.9×3.3×107J/L+0.1× 2.4×107J/L=3.21×107J/L。 12. 解析:(1) 汽车平均速度v=st= 360km 4h =90km /h。(2) 消耗汽油的 质量 m=ρV=0.8×103kg/m3× 25×10-3m3=20kg;燃烧释放的热 量Q=qm=4.5×107J/kg×20kg= 9×108J。(3) 汽车发动机做的机械功 W=Pt=25×103 W×4×3600s= 3.6×108J;发动机的机械效率η= W Q ×100%= 3.6×108J 9×108J ×100%= 40%。 专题特训三　热学 公式的运用 1. 0.6×103 解析:由题意可知,水 吸收的热量Q吸=c水m水Δt水=4.2× 103J/(kg·℃)×200×10-3kg× 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 21