第3节 热机及其工作原理（导学案）物理沪科版（五四学制）2024九年级上册

该初中物理导学案聚焦热机及其工作原理，以燃料燃烧释放内能转化为机械能为主线，通过实验观察、结构分析与冲程模拟构建知识链条，从生活现象切入，逐步引导学生理解汽油机和柴油机的工作过程及能量转化规律，形成由浅入深的学习支架。 资料亮点突出，融合物理观念、科学思维与科学探究三大核心素养，注重模型建构与证据推理，如用叶轮实验直观呈现能量转化路径，强化学生对“内能→机械能”本质的理解。习题设计紧扣四冲程循环特征，设置多角度辨析题型，培养批判性思维与迁移能力，尤其在例题与作业中体现“做功冲程”与“压缩冲程”的对比辨析，凸显学科特色，助力学生建立系统认知体系。

第3节 热机及其工作原理 （导学案） 【学习目标】 1.理解热机的原理就是将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能。 2.了解历史上和现实社会中的几种热机。 3.了解汽油机和柴油机的工作过程。 4.知道热机的概念，知道内燃机是热机的一种； 5.了解四冲程内燃机的工作原理； 6.了解汽油机和柴油机的异同点和能量转化。 【学习重点】 汽油机的工作原理及能的转化过程。 【学习难点】内燃机的工作原理。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 一、热机 人们发现内能可以做功，由此制造了各种利用内能做功的机械—— 。热机的发明及广泛使用，使人类迈入了工业化社会，对人类社会的发展起到了重要的作用。蒸汽机、内燃机、汽轮机、 喷气发动机等都是热机。 燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫作内燃机。内燃机是现代社会中最常见的一种热机。 观察：热机的原理 如图所示，在锥形瓶内装些水，用带小孔的胶塞塞住瓶口，在小孔上方放一个用纸做成的小叶轮。加热锥形瓶使水沸腾。观察实验现象，分析原理，并说明实验过程中的能量转化情况。 (1)现象：叶轮 ，试管口有 出现。 (2)原理：燃料燃烧产生的热量传递给水和水蒸气，水蒸气对叶轮 ，叶轮获得 能，水蒸气内能 ，温度 ， 水蒸气 成小水珠。 (3) 能量转化：燃料的 能→水和水蒸气的 能→ 叶轮的 能。 【课堂讲解】 1. 将由 燃烧产生的高温高压气体的 能转化为 能的机器，统称为热机。 2. 汽油机的主体是一个汽缸，汽缸内有一个 ，活塞通过 与曲轴相连。汽缸上部有进气门和 门，顶部有 塞。 3. 汽油机工作时 在汽缸内做往复运动。活塞从一端运动到另一端叫作一个 。四冲程汽油机的工作过程由 、 、 、 四个冲程组成。 4. 汽油机工作的四个冲程中，只有 冲程中燃气对外做功，其他三个冲程都是 冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的 来完成。 （一）汽油机 1. 将由 燃烧产生的高温高压气体的 能转化为 能的机器，统称为热机。 2. 汽油机工作时 在汽缸内做往复运动。活塞从一端运动到另一端叫作一个 。四冲程汽油机的工作过程由 、 、 、 四个冲程组成。 （二）柴油机 3. 从构造上看，柴油机和汽油机的区别主要是柴油机汽缸的顶部有一个 嘴，但没有 。 4．柴油机的吸气冲程：柴油机吸入汽缸中的只是 ，而不像汽油机那样吸入的是 和空气的混合物。压缩冲程：活塞将汽缸内的 压缩成高温的气体，其温度超过 的燃点。 5. 柴油机的做功冲程：在压缩冲程结束后，由喷油嘴向汽缸内喷射雾状的 ，这些雾状的 在汽缸内高温的空气中剧烈燃烧，这种点火方式称为 式。由于雾状柴油的燃烧，使得汽缸内的压强急剧增大，气体对活塞 ，将活塞推向汽缸的下端。 6．在实际应用中，柴油机比汽油机要 些。但柴油机的 高， 较大，并且柴油的价格通常又比汽油 ，因而多用在拖拉机、坦克、轮船、内燃机车、 汽车以及小型发电机上。 【资料链接】 第一台实际使用过的内燃机，是1860年法国工程师勒努瓦制造的，这是一台煤气机，效率很低。1876年德国工程师奥托制成了按四冲程原理工作的煤气机，这是内燃机划时代的进步。后来，人们也把内燃机的四冲程循环称为“奥托循环”。1892年，德国工程师狄塞尔提出了压缩点火式内燃机的设计原理，经过多次试验和改进，于1897年制成第一台压燃式内燃机，使用液体燃料，热效率比以前的内燃机都高。内燃机的发明，使热机的效率由蒸汽机的10%左右，提高到了30%～45%。而且由于内燃机轻巧，适于用在交通工具上，对促进交通运输业的发展起了关键的作用。 【小结一下】 能将燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的发动机称为热机。热机的种类较多，燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。内燃机中最常见的是汽油机和柴油机。 工作原理：汽油在气缸里面燃烧时生成高温高压的燃气，推动活塞做功。活塞运动带动曲轴转动。要使汽油机连续工作，活塞必须能在气缸内往复运动。 结构构造 (1)汽油机的构造：气缸、进气道、排气道、进行阀、排气阀、活塞、连杆、曲轴、火花塞等。 (2)汽油机工作时，活塞在气缸内做一次单向运动叫做一个冲程(或行程)。 【深入分析】 1.工作过程：①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物从进气门被吸入汽缸.当活塞运动到汽缸的最下端，进气门关闭，曲轴转动半圈。 ②压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料的混合物被压缩，汽缸内温度升高，气压增大。曲轴转动半圈。在此过程，机械能转化为内能。 ③做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花(点燃式)，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体，推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。在此过程，内能转化为机械能。 ④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸。当活塞运动到汽缸的最上端，排气门关闭，曲轴转动半圈。 【表格总结】 工作过程 进气门 排气门 活塞运动方向 说明 一个循环 吸气冲程 打开 关闭 向下 把汽油和空气混合物吸入汽缸 压缩冲程 关闭 关闭 向上 能量转化：机械能转化为内能 做功冲程 关闭 关闭 向下 能量转化：内能转化为机械能 排气冲程 关闭 打开 向上 把废气排出汽缸 注意事项：在四个冲程中压缩冲程机械能转化为内能，做功冲程（获得动力）内能转化为机械能； 其他三个冲程均‌不产生动力‌，而是依靠飞轮储存的动能带动曲轴继续旋转，推动活塞完成往复运动（也可以说是靠惯性）；单缸汽油机一个工作循环包括4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴转动2周(圈)，飞轮也是2圈，对外做功1次。 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 1.在四个冲程中，压缩冲程和做功冲程各发生了怎样的能量转化？ 2.哪个冲程使汽车获得动力？ 3.哪个冲程排出了汽车的废气？ 【类比不同】 汽油机 柴油机 不 同 点 构造 汽缸顶部有火花塞 汽缸顶部有喷油嘴 燃料 汽油 柴油 吸入物 吸入汽油和空气的混合物 只吸入空气 点火方式 点燃式 压燃式 优点 轻便 便宜、功率大、效率高 主要相同点 ①都是将内能转化为机械能的内燃机 ②都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，活塞往复两次，曲轴和飞轮转两周，对外做功一次 【例题精讲】 【例题1】如图，给试管里的水加热至沸腾后，水蒸气会推动橡皮塞冲出试管口。关于水蒸气将橡皮塞冲出所涉及的能量转化，汽油机的哪一个冲程是相同（　　） A． 吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【例题2】关于内燃机下列说法正确的是（　　） A．四冲程内燃机工作过程只有一个工作循环 B．汽油机和柴油机汽缸顶部都有一个火花塞 C．汽油机是内燃机，柴油机不是内燃机 D．汽油机和柴油机都有做功冲程 【例题3】对于图中所描述的物理过程，下列分析中正确的是（　　） A．甲，玻璃筒内的空气被压缩后内能增大，这是因为棉花燃烧放热 B．乙，塞子跳起时，瓶内气体内能减小，这是通过做功的方式改变的 C．丙，水蒸气将塞子推出的过程中，能量转化与热机的压缩冲程相同 D．丁，该冲程为内燃机的做功冲程，曲轴每转一圈发生一次该冲程 【例题4】小明自制了如图所示的“水火箭”。用打气筒对水火箭打气，水向下喷出，水火箭一飞冲天。下列说法正确的是（    ） A．打气后气筒会发热，这是通过热传递改变气筒的内能 B．水从水火箭中喷出相当于内燃机的排气冲程 C．上升过程中，水火箭瓶内气体的内能减少 D．水火箭冲天时受到向上的推力，推力的施力物体是空气 【例题5】小华用塑料矿泉水瓶子进行了如下实践探究实验：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（如图a）；扭转瓶子压缩瓶内的气体（如图b）；轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾（如图c）。图b和图c所示的过程分别与下列所示的四冲程内燃机示意图中相对应的两个冲程是（　　） A．甲和乙 B．丁和乙 C．丙和甲 D．丁和甲 【例题6】如图，对于图中所述的物理过程，下列分析正确的是（    ） A．图甲，瓶子内的空气推动塞子跳起时，瓶内空气的内能增大 B．图乙，试管内的水蒸气推动塞子冲出时，水蒸气的温度升高 C．图丙，汽缸内的气体推动活塞向下运动时，气体的内能增大 D．图丁，用力将活塞迅速下压，这一过程与汽油机的压缩冲程相同 【例题7】景颇族的祖先曾发明一种活塞式点火器，如题图所示.以牛角做套筒，木质推杆前端粘艾绒(一种很容易被点燃的物质).取火时， 一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃，随即将杆拔出，口吹立见火苗，与手推杆入筒过程能量转化过程相同的冲程是（　　） A． B． C． D． 【作业训练】 1．如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，以下说法正确的是（　　） A．汽油机一个工作循环四个冲程的正确顺序是：丙、甲、丁、乙 B．汽油机吸气冲程汽缸吸进的物质是汽油 C．若汽油机每秒做功10次，则飞轮的转速为1200 r/min D．图丁是做功冲程，机械能转化为内能 2．下列有关汽油机的说法正确的是 (　　) A．采取有效措施，汽油机效率能达到100% B．除了做功冲程，其余三个冲程均是靠飞轮的惯性来完成 C．汽油机的压缩冲程，主要是用热传递的方法增加了气缸内的物质的内能 D．某台四冲程汽油机飞轮的转速为2400r/min，在1s内该汽油机做功10次 3．如图所示的实验装置中，一个装有适量水的试管通过橡胶塞密封。当水被加热一段时间后，橡胶塞被推出，同时管口出现了大量“白气”。下列说法正确的是（ ） A．管口出现的“白气”是水蒸气 B．水蒸气推出橡胶塞导致水蒸气内能增加 C．水被加热的过程中，其内能是通过热传递的方式改变的 D．水蒸气推出橡胶塞与汽油机压缩冲程能量转化情况相同 4.汽油机的一个工作循环有　 　个冲程，如图所示是汽油机的　 　冲程，若飞轮转速是1800r/min，则汽油机每秒钟完成　 　个冲程． 5．汽车已经成为现代生活不可缺少的一部分，汽车多数采用汽油机作为发动机，如图是四冲程汽油机的工作循环示意图，汽油机一个工作循环正确的顺序是：　 　，若汽油机飞轮的转速为3600r/min，则在1s内，汽油机对外做功的次数是　 　次。 6．根据图中实验回答问题。 （1）如图1所示，在热水和冷水中分别滴入两滴墨水，不要搅动杯中的水，热水杯中的墨水扩散得快，选用热水和冷水做实验的目的是便于探究分子无规则运动速度与 　 　的关系。 （2）如图2所示，瓶内装有少量的水，水上方有水蒸气，塞紧瓶塞，用打气筒向瓶内打气，当塞跳起时，有白雾产生，白雾是水蒸气 　 　而成的，这说明气体对外做功时，内能 　 　（选填“增大”“减小”或“不变”）。 （3）如图3所示是热机的 　 　冲程，这个冲程是通过 　 　的方式改变它的内能。 （4）如图4所示，当软木塞被冲出时，发生的能量转化是 　 　转化为 　 　。 （5）如图5的实验说明了 　 　。 7.汽油机的一个工作循环有四个冲程，如图是 冲程，若此台汽油机飞轮转速为1200r/min，则每秒钟对外做功 次． 8.如图所示，用酒精灯加热试管中的水，当水沸腾一段时间以后，塞子被试管内水蒸气推出。这是通过 的方式将水蒸气的内能转化为塞子的机械能（选填“做功”或“热传递”）。图 （选填“甲”或“乙”）中汽油机的工作过程与这一实验过程中原理是一致的。 做功 乙 【知识结构】 【任务设计】 完成课后作业 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 热机及其工作原理 （导学案） 【学习目标】 1.理解热机的原理就是将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能。 2.了解历史上和现实社会中的几种热机。 3.了解汽油机和柴油机的工作过程。 4.知道热机的概念，知道内燃机是热机的一种； 5.了解四冲程内燃机的工作原理； 6.了解汽油机和柴油机的异同点和能量转化。 【学习重点】 汽油机的工作原理及能的转化过程。 【学习难点】内燃机的工作原理。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 一、热机 人们发现内能可以做功，由此制造了各种利用内能做功的机械—— 热机 。热机的发明及广泛使用，使人类迈入了工业化社会，对人类社会的发展起到了重要的作用。蒸汽机、内燃机、汽轮机、 喷气发动机等都是热机。 燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫作内燃机。内燃机是现代社会中最常见的一种热机。 观察：热机的原理 如图所示，在锥形瓶内装些水，用带小孔的胶塞塞住瓶口，在小孔上方放一个用纸做成的小叶轮。加热锥形瓶使水沸腾。观察实验现象，分析原理，并说明实验过程中的能量转化情况。 (1)现象：叶轮 转动 ，试管口有 白雾 出现。 (2)原理：燃料燃烧产生的热量传递给水和水蒸气，水蒸气对叶轮 做功 ，叶轮获得 机械 能，水蒸气内能 减少 ，温度 降低 ， 水蒸气 液化 成小水珠。 (3) 能量转化：燃料的 化学 能→水和水蒸气的 内 能→ 叶轮的 机械 能。 【课堂讲解】 1. 将由 燃烧产生的高温高压气体的 能转化为 能的机器，统称为热机。 2. 汽油机的主体是一个汽缸，汽缸内有一个 ，活塞通过 与曲轴相连。汽缸上部有进气门和 门，顶部有 塞。 3. 汽油机工作时 在汽缸内做往复运动。活塞从一端运动到另一端叫作一个 。四冲程汽油机的工作过程由 、 、 、 四个冲程组成。 4. 汽油机工作的四个冲程中，只有 冲程中燃气对外做功，其他三个冲程都是 冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的 来完成。 答案：1．燃料，内，机械。2.活塞，连杆，排气，火花。3.活塞，冲程，吸气，压缩，做功，排气。4.做功，辅助，惯性。 （一）汽油机 1. 将由 燃烧产生的高温高压气体的 能转化为 能的机器，统称为热机。 2. 汽油机工作时 在汽缸内做往复运动。活塞从一端运动到另一端叫作一个 。四冲程汽油机的工作过程由 、 、 、 四个冲程组成。 （二）柴油机 3. 从构造上看，柴油机和汽油机的区别主要是柴油机汽缸的顶部有一个 嘴，但没有 。 4．柴油机的吸气冲程：柴油机吸入汽缸中的只是 ，而不像汽油机那样吸入的是 和空气的混合物。压缩冲程：活塞将汽缸内的 压缩成高温的气体，其温度超过 的燃点。 5. 柴油机的做功冲程：在压缩冲程结束后，由喷油嘴向汽缸内喷射雾状的 ，这些雾状的 在汽缸内高温的空气中剧烈燃烧，这种点火方式称为 式。由于雾状柴油的燃烧，使得汽缸内的压强急剧增大，气体对活塞 ，将活塞推向汽缸的下端。 6．在实际应用中，柴油机比汽油机要 些。但柴油机的 高， 较大，并且柴油的价格通常又比汽油 ，因而多用在拖拉机、坦克、轮船、内燃机车、 汽车以及小型发电机上。 答案：1．燃料，内，机械。2.活塞，冲程，吸气，压缩，做功，排气。3.喷油，火花塞。4.空气，汽油，空气，柴油。5.柴油，柴油，压燃，做功。6.笨重，效率，功率，便宜，载重。 【资料链接】 第一台实际使用过的内燃机，是1860年法国工程师勒努瓦制造的，这是一台煤气机，效率很低。1876年德国工程师奥托制成了按四冲程原理工作的煤气机，这是内燃机划时代的进步。后来，人们也把内燃机的四冲程循环称为“奥托循环”。1892年，德国工程师狄塞尔提出了压缩点火式内燃机的设计原理，经过多次试验和改进，于1897年制成第一台压燃式内燃机，使用液体燃料，热效率比以前的内燃机都高。内燃机的发明，使热机的效率由蒸汽机的10%左右，提高到了30%～45%。而且由于内燃机轻巧，适于用在交通工具上，对促进交通运输业的发展起了关键的作用。 【小结一下】 能将燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的发动机称为热机。热机的种类较多，燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。内燃机中最常见的是汽油机和柴油机。 工作原理：汽油在气缸里面燃烧时生成高温高压的燃气，推动活塞做功。活塞运动带动曲轴转动。要使汽油机连续工作，活塞必须能在气缸内往复运动。 结构构造 (1)汽油机的构造：气缸、进气道、排气道、进行阀、排气阀、活塞、连杆、曲轴、火花塞等。 (2)汽油机工作时，活塞在气缸内做一次单向运动叫做一个冲程(或行程)。 【深入分析】 1.工作过程：①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物从进气门被吸入汽缸.当活塞运动到汽缸的最下端，进气门关闭，曲轴转动半圈。 ②压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料的混合物被压缩，汽缸内温度升高，气压增大。曲轴转动半圈。在此过程，机械能转化为内能。 ③做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花(点燃式)，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体，推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。在此过程，内能转化为机械能。 ④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸。当活塞运动到汽缸的最上端，排气门关闭，曲轴转动半圈。 【表格总结】 工作过程 进气门 排气门 活塞运动方向 说明 一个循环 吸气冲程 打开 关闭 向下 把汽油和空气混合物吸入汽缸 压缩冲程 关闭 关闭 向上 能量转化：机械能转化为内能 做功冲程 关闭 关闭 向下 能量转化：内能转化为机械能 排气冲程 关闭 打开 向上 把废气排出汽缸 注意事项：在四个冲程中压缩冲程机械能转化为内能，做功冲程（获得动力）内能转化为机械能； 其他三个冲程均‌不产生动力‌，而是依靠飞轮储存的动能带动曲轴继续旋转，推动活塞完成往复运动（也可以说是靠惯性）；单缸汽油机一个工作循环包括4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴转动2周(圈)，飞轮也是2圈，对外做功1次。 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 1.在四个冲程中，压缩冲程和做功冲程各发生了怎样的能量转化？ 压缩冲程：机械能转化为内能；做功冲程：内能转化为机械能 2.哪个冲程使汽车获得动力？ 做功冲程 3.哪个冲程排出了汽车的废气？ 排气冲程 【类比不同】 汽油机 柴油机 不 同 点 构造 汽缸顶部有火花塞 汽缸顶部有喷油嘴 燃料 汽油 柴油 吸入物 吸入汽油和空气的混合物 只吸入空气 点火方式 点燃式 压燃式 优点 轻便 便宜、功率大、效率高 主要相同点 ①都是将内能转化为机械能的内燃机 ②都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，活塞往复两次，曲轴和飞轮转两周，对外做功一次 【例题精讲】 【例题1】如图，给试管里的水加热至沸腾后，水蒸气会推动橡皮塞冲出试管口。关于水蒸气将橡皮塞冲出所涉及的能量转化，汽油机的哪一个冲程是相同（　　） A． 吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 1．C 【详解】水蒸气把橡皮塞冲出，这个过程中水蒸气膨胀做功，水蒸气的内能转化为塞子的机械能；汽油机的做功冲程中也是将内能转化为机械能，因此它们的能量转化情况相同，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 【例题2】关于内燃机下列说法正确的是（　　） A．四冲程内燃机工作过程只有一个工作循环 B．汽油机和柴油机汽缸顶部都有一个火花塞 C．汽油机是内燃机，柴油机不是内燃机 D．汽油机和柴油机都有做功冲程 D 【详解】A．四冲程内燃机工作过程有无数个工作循环，故A错误； B．汽油机汽缸顶部有一个火花塞，柴油机汽缸顶部有一个喷油嘴，故B错误； C．汽油机和柴油机都是内燃机，故C错误； D．汽油机和柴油机的工作过程都包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，则都有做功冲程，故D正确； 故选D。 【例题3】对于图中所描述的物理过程，下列分析中正确的是（　　） A．甲，玻璃筒内的空气被压缩后内能增大，这是因为棉花燃烧放热 B．乙，塞子跳起时，瓶内气体内能减小，这是通过做功的方式改变的 C．丙，水蒸气将塞子推出的过程中，能量转化与热机的压缩冲程相同 D．丁，该冲程为内燃机的做功冲程，曲轴每转一圈发生一次该冲程 B 【详解】A．甲，玻璃筒内的空气被压缩后内能增大，这是通过活塞对筒内空气做功，使筒内气体内能增大的，故A错误； B．乙，塞子跳起时，瓶内气体内能减小，这是瓶内气体对塞子做功，通过做功的方式改变的，故B正确； C．丙，水蒸气将塞子推出的过程中，是内能转化为机械能的过程，能量转化与热机的做功冲程相同，故C错误； D．丁，该冲程为内燃机的做功冲程，曲轴每转二圈完成一个工作循环，发生一次该冲程，故D错误。 故选B。 【例题4】小明自制了如图所示的“水火箭”。用打气筒对水火箭打气，水向下喷出，水火箭一飞冲天。下列说法正确的是（    ） A．打气后气筒会发热，这是通过热传递改变气筒的内能 B．水从水火箭中喷出相当于内燃机的排气冲程 C．上升过程中，水火箭瓶内气体的内能减少 D．水火箭冲天时受到向上的推力，推力的施力物体是空气 C 【详解】A．打气后气筒会发热，是因为打气时活塞压缩气体做功，使气体内能增加，通过做功的方式改变气筒内能，并非热传递，故A错误； B．水从水火箭中喷出，是高压气体对外做功，将内能转化为机械能，而内燃机排气冲程是排出废气，没有能量转化，二者不同，故B错误； C．上升过程中，水火箭内高压气体推动水向下喷出，对外做功，自身内能减少，故C正确； D．水火箭冲天时，水向下喷出，根据力的作用是相互的，水对水火箭有向上的反作用力，施力物体是水，不是空气，故D错误。 故选C。 【例题5】小华用塑料矿泉水瓶子进行了如下实践探究实验：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（如图a）；扭转瓶子压缩瓶内的气体（如图b）；轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾（如图c）。图b和图c所示的过程分别与下列所示的四冲程内燃机示意图中相对应的两个冲程是（　　） A．甲和乙 B．丁和乙 C．丙和甲 D．丁和甲 B 【详解】图a：瓶中留有少量水，盖上瓶盖，此时瓶内气体处于初始状态。图b：扭转瓶子，压缩瓶内的气体，此时外力对瓶内气体做功，气体的内能增加，温度升高。 图c：轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的高压气体冲出，同时瓶内出现白雾。这是由于瓶内气体膨胀对外做功，内能减少，温度降低，水蒸气液化形成白雾；图甲为吸气冲程，无能量转化。图乙为做功冲程，将高温高压燃气的内能转化为活塞的机械能。图丙为排气冲程，排出废气，无能量转化。图丁为压缩冲程，将活塞的机械能转化为气体的内能。对比实验过程与内燃机冲程：图b扭转瓶子压缩气体，机械能转化为内能，与内燃机的压缩冲程相似。图c气体膨胀对外做功，内能转化为机械能，与内燃机的做功冲程相似。故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 【例题6】如图，对于图中所述的物理过程，下列分析正确的是（    ） A．图甲，瓶子内的空气推动塞子跳起时，瓶内空气的内能增大 B．图乙，试管内的水蒸气推动塞子冲出时，水蒸气的温度升高 C．图丙，汽缸内的气体推动活塞向下运动时，气体的内能增大 D．图丁，用力将活塞迅速下压，这一过程与汽油机的压缩冲程相同 D 【详解】A．图中瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气对活塞做功，空气的内能减小，故A错误； B．图中试管内的水蒸气推动了塞子冲出时，水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能减少，温度降低，故B错误； C．图中汽缸内的气体推动活塞向下运动时，气体对活塞做功，所以气体的内能会减小，故C错误； D．用力将活塞迅速下压，机械能转化为内能，这一过程与汽油机的压缩冲程相同，故D正确。 故选D。 【例题7】景颇族的祖先曾发明一种活塞式点火器，如题图所示.以牛角做套筒，木质推杆前端粘艾绒(一种很容易被点燃的物质).取火时， 一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃，随即将杆拔出，口吹立见火苗，与手推杆入筒过程能量转化过程相同的冲程是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【解析】根据“ 一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃”可知，能量转化为将机械能转化为内能。 A.两个气门关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，将机械能转化为内能，故A符合题意； B.排气门打开，为排气冲程，没有能量转化，故B不合题意； C.火花塞点火，为做功冲程，将内能转化为机械能，故C不合题意； D.进气门打开，为吸气冲程，没有能量转化，故D不合题意。 故选A。 【作业训练】 1．如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，以下说法正确的是（　　） A．汽油机一个工作循环四个冲程的正确顺序是：丙、甲、丁、乙 B．汽油机吸气冲程汽缸吸进的物质是汽油 C．若汽油机每秒做功10次，则飞轮的转速为1200 r/min D．图丁是做功冲程，机械能转化为内能 【答案】C 【解析】A.甲图中两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，乙图是进气门打开，排气门关闭，此时活塞向下运动，是吸气冲程，丙图中进气门关闭，排气门打开，此时活塞向上运动，是排气冲程，丁图中两个气门都关闭，火花塞点火，此时活塞向下运动，是做功冲程，所以，该内燃机一个工作循环有四个冲程正确的顺序是乙、甲、丁、丙，故A错误； B.汽油机吸气冲程汽缸吸进的物质是汽油和空气，故B错误； C.由题知，该内燃机每秒做功10次，因飞轮每转2周对外做功一次，则飞轮的转速为1200 r/min ，故C正确； D.图丁是做功冲程，是把燃气的内能转化为机械能，故D错误。 故答案为：C。 2．下列有关汽油机的说法正确的是 (　　) A．采取有效措施，汽油机效率能达到100% B．除了做功冲程，其余三个冲程均是靠飞轮的惯性来完成 C．汽油机的压缩冲程，主要是用热传递的方法增加了气缸内的物质的内能 D．某台四冲程汽油机飞轮的转速为2400r/min，在1s内该汽油机做功10次 【答案】B 【解析】A、用来做有用功的能量和燃料完全燃烧放出的热量的比值叫热机效率，无论科技如何发展，热机的效率可以提高，总存在摩擦、要做额外功，效率一定不会达到100%，故A错误。 B、汽油机的四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程；做功冲程把内能转化为机械能，对外提供动力；其他三个冲程要靠飞轮的惯性来完成，故B正确。 C、汽油机的压缩冲程，主要是用做功的方法增加了气缸内的物质的内能，故C错误。 D、汽油机飞轮的转速为2400r/min=40r/s，即飞轮每秒转40圈，由于汽油机的1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，在1s内，该汽油机完成80个冲程，对外做功20次，故D错误。 故答案为：B。 3．如图所示的实验装置中，一个装有适量水的试管通过橡胶塞密封。当水被加热一段时间后，橡胶塞被推出，同时管口出现了大量“白气”。下列说法正确的是（ ） A．管口出现的“白气”是水蒸气 B．水蒸气推出橡胶塞导致水蒸气内能增加 C．水被加热的过程中，其内能是通过热传递的方式改变的 D．水蒸气推出橡胶塞与汽油机压缩冲程能量转化情况相同 【答案】C 【解析】A.管口出现的“白气”是水蒸气从气态变成液体发生液化形成的小水珠，故A错误； B.水蒸气推出橡胶塞，将内能转化为机械能，会导致水蒸气内能减小，故B错误； C.水被加热的过程中，其内能是通过热传递的方式改变的，故C正确； D.水蒸气推出橡胶塞与汽油机做功冲程能量转化情况相同，故D错误。 故选C。 4.汽油机的一个工作循环有　 　个冲程，如图所示是汽油机的　 　冲程，若飞轮转速是1800r/min，则汽油机每秒钟完成　 　个冲程． 【答案】4；做功；15 【解析】（1）汽油机的一个工作循环有4个冲程。两个气门关闭，活塞向下运动，为做功冲程； （2） 若飞轮转速是1800r/min， 那么每分钟对外做功次数：1800÷2=900，每秒对外做功次数：900÷60=15。 5．汽车已经成为现代生活不可缺少的一部分，汽车多数采用汽油机作为发动机，如图是四冲程汽油机的工作循环示意图，汽油机一个工作循环正确的顺序是：　 　，若汽油机飞轮的转速为3600r/min，则在1s内，汽油机对外做功的次数是　 　次。 【答案】丁甲丙乙；30 【解析】（1）根据图片可知，甲：两个气门关闭，活塞向上运动，为压缩冲程； 乙：排气门打开，为排气冲程； 丙：火花塞点火，为做功冲程； 丁：进气门打开，为吸气冲程。 则一个工作循环的排序为：吸气，压缩，做功和排序，即丁甲丙乙。 （2）飞轮的转速3600r/min，则每分钟工作循环的个数：3600÷2=1800； 那么每分钟做功次数1800次； 因此1s内汽油机对外做功的次数为：1800÷60=30。 6．根据图中实验回答问题。 （1）如图1所示，在热水和冷水中分别滴入两滴墨水，不要搅动杯中的水，热水杯中的墨水扩散得快，选用热水和冷水做实验的目的是便于探究分子无规则运动速度与 　 　的关系。 （2）如图2所示，瓶内装有少量的水，水上方有水蒸气，塞紧瓶塞，用打气筒向瓶内打气，当塞跳起时，有白雾产生，白雾是水蒸气 　 　而成的，这说明气体对外做功时，内能 　 　（选填“增大”“减小”或“不变”）。 （3）如图3所示是热机的 　 　冲程，这个冲程是通过 　 　的方式改变它的内能。 （4）如图4所示，当软木塞被冲出时，发生的能量转化是 　 　转化为 　 　。 （5）如图5的实验说明了 　 　。 【答案】（1）温度 （2）液化；减小 （3）压缩；做功 （4）内能；机械能 （5）分子之间存在引力 【解析】解答（1）如图1，在热水和冷水中分别滴入墨水，热水杯中的墨水扩散快，温度不同，扩散不同，探究了分子无规则运动速度与温度的关系； （2）如图2，瓶口的白雾是水蒸气液化形成的；用打气筒向瓶内打气，当塞跳起时，瓶内的气体内能对外做功，内能减少，水蒸气发生液化现象，气体对外做功时，内能减小； （3）根据图3，汽油机的气门关闭，活塞向上，是热机的压缩冲程，压缩体积，通过做功的方式改变内能； （4）根据图4，当软木塞被冲出时，消耗了内能，水蒸气内能转化为机械能； （5）根据图5，压紧的铅块不会被拉开，说明了分子之间存在引力。 7.汽油机的一个工作循环有四个冲程，如图是 冲程，若此台汽油机飞轮转速为1200r/min，则每秒钟对外做功 次． 压缩 10 【详解】图中，进气门和排气门都是关闭的，活塞向上运动，可以判断是压缩冲程；若飞轮转速是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． 8.如图所示，用酒精灯加热试管中的水，当水沸腾一段时间以后，塞子被试管内水蒸气推出。这是通过 的方式将水蒸气的内能转化为塞子的机械能（选填“做功”或“热传递”）。图 （选填“甲”或“乙”）中汽油机的工作过程与这一实验过程中原理是一致的。 做功 乙 【详解】[1]塞子被试管内水蒸气推出，气体膨胀对外做功，将气体的内能转化为机械能，涉及能量的转换，故是做功。 [2]如图甲所示，进气门关、排气门关，活塞向上，压缩气体做功，将机械能转化为内能，而乙图是进气门关、排气门关，活塞向下，高温高压气体对活塞做功，将内能转化为机械能，故图乙中能量转化与气体对活塞做功实验的原理相同。 【知识结构】 【任务设计】 完成课后作业 学科网（北京）股份有限公司 $