第3节 热机及其工作原理（举一反三讲义）物理沪科版（五四学制）2024九年级上册

第3节 热机及其工作原理 目录 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1：什么是热机 2 知识点2：内燃机如果工作 5 知识点3：柴油机与汽油机的异同 7 【巩固训练】 9 【学习目标】 1. 知道热机的概念，初步了解热机的工作原理，体会内能的利用对人类发展的重要作用。 2. 了解汽油机的构造及工作过程。 3. 了解柴油机的构造及工作过程。 重点： 了解四冲程汽油机的基本工作原理及工作过程。 难点： 热机一个工作循环能量转化及对外做功情况 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：什么是热机？ 1.定义：利用燃料的燃烧把内能转化为机械能的装置。 2.原理：燃料燃烧把化学能转化为内能，内能又转化为机械能。 3.种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机等。 4.内燃机： （1）定义：燃料在气缸内燃烧从而产生动力的热机。 （2）分类：主要有汽油机和柴油机。 利用内能可以做功 【做一做】在一个试管中装一些水，用橡胶塞塞紧；然后对试管加热使水沸腾，观察现象。 分析实验中的能量是怎样转化的？ 图1 图2 观察到的现象有：①瓶塞被冲出来；②管口附近出现“白雾”。 【分析归纳】 ①酒精燃烧放出热量，酒精的化学能转化为水的内能； ②水吸热沸腾，产生大量水蒸气，气体膨胀对瓶塞做功，气体的内能转化为瓶塞的机械能. ③结论：利用内能可以做功。 【典例1】（24-25九年级上·广东深圳·期中）近年来我国先进装备层出不穷，我们倍感自豪，如图所示装备的动力装置与其他不同的是（　　） A．玉兔号月球车 B．福建号航母 C．歼20战机 D．C919大型客机 【变式1】（2025·江西抚州·模拟预测）如图所示，小明在科技节中展示了自己的作品。塑料瓶内装入少量的液态乙醚，待乙醚充满整个塑料瓶后，启动电子打火器，活塞瞬间向前飞出一段距离。活塞飞出的过程相当于热机的 冲程，该过程中乙醚燃烧产生的内能转化为活塞的 能。 【变式2】（2025·湖南衡阳·模拟预测）2025.年4月24日是第十个“中国航天日”，物理社团的同学们制作了水火箭，如图是水火箭的简易原理图。使用打气筒向水火箭内不断打气，当内部气体压强增大到一定程度时，会使水从水火箭中向下喷出，从而使水火箭升空。结合题中信息，以下说法错误的是（　　） A．水向下喷出会使水火箭升空是由于物体间力的作用是相互的 B．上升过程中，水火箭瓶内气体的内能减少 C．水火箭升空过程中，如果以水火箭为参照物，地面是运动的 D．往水火箭里打气的过程相当于热机的做功冲程 【变式3】（24-25九年级下·江西赣州·期中）如图所示，陨石在大气层坠落时发热发光形成流星，这是通过 的方式将陨石的机械能转化为内能；汽油机的 冲程与此过程的能量转化方式相同。 知识点2：内燃机是如何工作的？ 1. 汽油机的构造：由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆组成。 2. 工作过程： （1）冲程：汽油机在工作时，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 （2）四个冲程：汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 （3）汽油机的工作过程分析 1.吸气冲程： 活塞：向下运动。 进气门：开。 排气门：关。 2.压缩冲程： 活塞：向上运动。 进气门：关。 排气门：关_。 机械能转化为内能。 3. 做功冲程： 活塞：向下运动。 进气门：关。 排气门：关。 内能转化为机械能 4.排气冲程： 活塞：向上运动。 进气门：关。 排气门：开。 （4）汽油机一个工作循环情况总结 汽油机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。 如何求内燃机的一个工作循环对外做功几次 例如：一台某型号单缸四冲程汽油机的飞轮速度是1200r/min，则汽油机每秒钟对外做功_____次。 【解析】内燃机的一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，曲轴转动二周，对外做功一次。汽油机的飞轮速度是1200r/60s=20r/s ，汽油机每秒钟完成的工作循环个数为20r/2r=10个，由于1个工作循环只对外做功1次，所以每秒钟对外做功10（次）。 【例2】（2025·黑龙江佳木斯·二模）汽油机是热机的一种，如图甲所示是一台单缸四冲程汽油机做功冲程工作状态示意图，由图可以看出，此冲程的能量转化情况与 （选填“乙”或“丙”）图相同。汽油机飞轮的转速为3000r/min，则每秒内对外做功 次。 【变式1】（贵州省遵义市2024-2025学年九年级上学期月考联考（一）物理试题）高铁技术是我国面向世界的一张名片，如图是东风11型内燃机车头牵引复兴号进行道路测试的场景，网友评论“带你熟悉一下路线，以后的路就要自己走了”。东风11型内燃机车头工作时，利用内能通过飞轮带动机车各部分机械运转的冲程是（    ） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【变式2】（2025·广东江门·一模）如图所示，这是四冲程汽油机的两个冲程示意图，下列判断正确的是（　　） A．甲图为排气冲程 B．乙图为压缩冲程 C．甲图能量转化情况是机械能转化为内能 D．乙图能量转化情况是内能转化为机械能 【变式3】（2025·北京·三模）如图是我国古代流行于民间的走马灯。当点燃走马灯内的蜡烛时，燃烧产生的高温气体便上升并推动纸风车和固定在转轴上的纸马转动。这和内燃机的哪个冲程类似（    ） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 知识点3：柴油机与汽油机的异同 汽油机与柴油机的优缺点 ①汽油机转速高，结构简单，质量轻，造价低廉，运转平稳，使用维修方便。汽油机在摩托车、汽车上特别是小型汽车上大量使用. ②柴油机比较笨重，主要用于载重汽车、拖拉机、火车和轮船上. ③柴油发动机与汽油发动机相比，热效率高。因此从节约能源、降低燃料成本角度上讲，柴油发动机在小汽车上的推广使用具有更重大的意义。 【典例3】（2025·广东深圳·三模）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。 【变式1】（24-25九年级下·湖北省直辖县级单位·期中）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 【变式2】（2025·江苏无锡·二模）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。下列有关内燃机的说法中正确的是（　　） A．随着技术越来越先进，内燃机的效率可以达到100% B．汽油机在做功冲程中将内能转化为机械能 C．尾气的柴油味越浓说明柴油燃烧越充分 D．用水作为发动机的冷却液，主要原因是水的流动性好，容易发生热交换 【变式3】（2025九年级下·江苏苏州·专题练习）一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速是2400r/min，柴油机每秒内做功 次，其中只有 冲程不是依靠惯性完成的。在设计制造时，汽缸外有一个“水套”是利用水吸热来降低汽缸温度的，这是利用了水的 大的性质。 【变式4】（24-25九年级上·云南楚雄·期末）随着我国农业机械化水平提高，各类型柴油机农业机械已成为种植、收割粮食的主要工具。如图所示，耕地机正在农田里耕地。下列说法正确的是（　　） A．柴油机工作时将柴油的化学能全部直接转化为机械能 B．柴油机的做功冲程将机械能转化为内能 C．耕地机的柴油机使用循环水冷却是因为水的比热容大 D．随着油箱内柴油质量的减小，柴油的热值变小 【巩固训练】 1．（2025·四川乐山·中考真题）如图所示，试管内的水沸腾后，塞子受到水蒸气的压力而冲出去，这个过程中能量转化的情况与汽油机 冲程能量转化的情况相同；课前准备时，给酒精灯添加酒精，闻到了酒精味，这是 现象。 2．（2025·甘肃·中考真题）用打气筒打气时，气筒壁会发热，这主要是因为活塞对筒内气体 （选填“做功”或“热传递”），使筒内气体内能增大，温度升高，此过程中的能量转化与四冲程汽油机 冲程的能量转化相同。 3．（2025·四川自贡·中考真题）如图所示为内燃机的 冲程，该过程是将 转化为机械能。 4．（2025·内蒙古·中考真题）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 5．（2025·黑龙江·中考真题）如图，2025年4月19日，我国在太原卫星发射中心使用长征六号改运载火箭成功将试验二十七号卫星01星﹣06星发射。有关发射的描述正确的是（　　） A．发射前，以发射塔为参照物，运载火箭是运动的 B．发射时，发射塔周围出现大量“白气”是升华现象 C．加速升空过程中，卫星的动能转化为重力势能 D．加速升空过程中，卫星的机械能增大 6．（2025·黑龙江·中考真题）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 7．（2025·甘肃兰州·中考真题）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 8．（2025·广东深圳·中考真题）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 9．（2025·江苏扬州·中考真题）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 10．（2025·天津·中考真题）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 11．（2025·广西桂林·二模）如图的实例中通过做功使内能增加的是（　　） A．图甲：内燃机的做功冲程 B．图乙：迅速压下活塞 C．图丙：试管里的水蒸气把软木塞冲开 D．图丁：用柴火烧水 12．（2025·黑龙江哈尔滨·模拟预测）如图所示为汽油机某冲程的示意图，与其能量转化过程完全相同的是（　　） A．冬天搓手取暖 B．压缩空气使硝化棉燃烧 C．玩滑梯臀部发热 D．水蒸气将塞子弹出 13．（2025·四川广元·中考真题）端午节，小梅随爸爸妈妈开车先去加油，随后回老家看望爷爷奶奶。下列说法正确的是（   ） A．刚一进门，粽香扑鼻而来，表明分子在不停地做无规则运动 B．水常作为汽车发动机冷却剂，是因为水的热值大 C．小汽车内燃机的压缩冲程，将内能转化为机械能 D．小汽车内燃机的曲轴转动一周，对外做功一次 14．（辽宁省锦州市2024—2025学年上学期期末考试九年级物理与化学试题-初中物理）父母劳累一天很辛苦，小明想烧壶热水，给父母泡泡脚。如图所示，当水壶里面的水沸腾时，产生的大量水蒸气会将壶盖顶开。他联想到汽油机在工作中，与此能量转化相同的冲程是（    ） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 15．（2025·江苏南京·三模）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 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 热机及其工作原理 目录 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1：什么是热机 2 知识点2：内燃机如果工作 6 知识点3：柴油机与汽油机的异同 9 【巩固训练】 12 【学习目标】 1. 知道热机的概念，初步了解热机的工作原理，体会内能的利用对人类发展的重要作用。 2. 了解汽油机的构造及工作过程。 3. 了解柴油机的构造及工作过程。 重点： 了解四冲程汽油机的基本工作原理及工作过程。 难点： 热机一个工作循环能量转化及对外做功情况 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：什么是热机？ 1.定义：利用燃料的燃烧把内能转化为机械能的装置。 2.原理：燃料燃烧把化学能转化为内能，内能又转化为机械能。 3.种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机等。 4.内燃机： （1）定义：燃料在气缸内燃烧从而产生动力的热机。 （2）分类：主要有汽油机和柴油机。 利用内能可以做功 【做一做】在一个试管中装一些水，用橡胶塞塞紧；然后对试管加热使水沸腾，观察现象。 分析实验中的能量是怎样转化的？ 图1 图2 观察到的现象有：①瓶塞被冲出来；②管口附近出现“白雾”。 【分析归纳】 ①酒精燃烧放出热量，酒精的化学能转化为水的内能； ②水吸热沸腾，产生大量水蒸气，气体膨胀对瓶塞做功，气体的内能转化为瓶塞的机械能. ③结论：利用内能可以做功。 【典例1】（24-25九年级上·广东深圳·期中）近年来我国先进装备层出不穷，我们倍感自豪，如图所示装备的动力装置与其他不同的是（　　） A．玉兔号月球车 B．福建号航母 C．歼20战机 D．C919大型客机 【答案】A 【详解】月球车在月球运动，月球无空气，靠太阳能电池板，将太阳能转化为电能来工作，动力装置是电动机；航母、战机、客机燃烧燃料，动力装置是热机，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 【变式1】（2025·江西抚州·模拟预测）如图所示，小明在科技节中展示了自己的作品。塑料瓶内装入少量的液态乙醚，待乙醚充满整个塑料瓶后，启动电子打火器，活塞瞬间向前飞出一段距离。活塞飞出的过程相当于热机的 冲程，该过程中乙醚燃烧产生的内能转化为活塞的 能。 【答案】 做功 机械 【详解】[1]塑料瓶内的乙醚燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞瞬间向前飞出一段距离，这与热机的做功冲程中燃气推动活塞做功的过程是相似的，所以活塞飞出的过程相当于热机的做功冲程。 [2]在活塞飞出的过程中，乙醚燃烧释放出内能，高温高压的燃气推动活塞运动，使活塞获得了动能，也就是将乙醚燃烧产生的内能转化为了活塞的机械能。 【变式2】（2025·湖南衡阳·模拟预测）2025.年4月24日是第十个“中国航天日”，物理社团的同学们制作了水火箭，如图是水火箭的简易原理图。使用打气筒向水火箭内不断打气，当内部气体压强增大到一定程度时，会使水从水火箭中向下喷出，从而使水火箭升空。结合题中信息，以下说法错误的是（　　） A．水向下喷出会使水火箭升空是由于物体间力的作用是相互的 B．上升过程中，水火箭瓶内气体的内能减少 C．水火箭升空过程中，如果以水火箭为参照物，地面是运动的 D．往水火箭里打气的过程相当于热机的做功冲程 【答案】D 【详解】A．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，水给水火箭一个向上的力，使水火箭升空，故A正确，不符合题意； B．上升过程中，水火箭瓶内气体对水和火箭做功，气体的内能转化为机械能，所以内能减少，故B正确，不符合题意； C．水火箭升空过程中，以水火箭为参照物，地面与水火箭之间的位置不断变化，所以地面是运动的，故C正确，不符合题意； D．往水火箭里打气的过程，是对气体做功，机械能转化为内能，而热机的做功冲程是内能转化为机械能，二者不同，故D错误，符合题意。 故选D。 【变式3】（24-25九年级下·江西赣州·期中）如图所示，陨石在大气层坠落时发热发光形成流星，这是通过 的方式将陨石的机械能转化为内能；汽油机的 冲程与此过程的能量转化方式相同。 【答案】 做功 压缩 【详解】[1]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。 [2]在压缩冲程中，将活塞运动的机械能转化为汽缸内气体的内能，所以与此过程的能量转化方式相同。 知识点2：内燃机是如何工作的？ 1. 汽油机的构造：由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆组成。 2. 工作过程： （1）冲程：汽油机在工作时，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 （2）四个冲程：汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 （3）汽油机的工作过程分析 1.吸气冲程： 活塞：向下运动。 进气门：开。 排气门：关。 2.压缩冲程： 活塞：向上运动。 进气门：关。 排气门：关_。 机械能转化为内能。 3. 做功冲程： 活塞：向下运动。 进气门：关。 排气门：关。 内能转化为机械能 4.排气冲程： 活塞：向上运动。 进气门：关。 排气门：开。 （4）汽油机一个工作循环情况总结 汽油机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。 如何求内燃机的一个工作循环对外做功几次 例如：一台某型号单缸四冲程汽油机的飞轮速度是1200r/min，则汽油机每秒钟对外做功_____次。 【解析】内燃机的一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，曲轴转动二周，对外做功一次。汽油机的飞轮速度是1200r/60s=20r/s ，汽油机每秒钟完成的工作循环个数为20r/2r=10个，由于1个工作循环只对外做功1次，所以每秒钟对外做功10（次）。 【例2】（2025·黑龙江佳木斯·二模）汽油机是热机的一种，如图甲所示是一台单缸四冲程汽油机做功冲程工作状态示意图，由图可以看出，此冲程的能量转化情况与 （选填“乙”或“丙”）图相同。汽油机飞轮的转速为3000r/min，则每秒内对外做功 次。 【答案】 乙 25 【详解】[1]图甲所示冲程中，进气门和排气门关闭，活塞向下运动，火花塞产生电火花，故此冲程为汽油机的做功冲程，在此过程中，燃气的内能转化为活塞的机械能；图乙中，高温水蒸气将塞子冲出时，将内能转化为机械能；图丙中，活塞压缩筒内气体，机械能转化为内能，使气体内能增加，温度升高。对比三图所示情景的能量转化情况可知，图甲所示冲程的能量转化情况与乙图所示情景的能量转化相同。 [2]汽油机的一个工作循环中，经历四个冲程，飞轮转动两周，对外做功一次， 因为该汽油机飞轮的转速是3000r/min=50r/s，所以飞轮每秒转动50周，则汽油机每秒钟对外做功25次。 【变式1】（贵州省遵义市2024-2025学年九年级上学期月考联考（一）物理试题）高铁技术是我国面向世界的一张名片，如图是东风11型内燃机车头牵引复兴号进行道路测试的场景，网友评论“带你熟悉一下路线，以后的路就要自己走了”。东风11型内燃机车头工作时，利用内能通过飞轮带动机车各部分机械运转的冲程是（    ） 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】东风11型内燃机车头工作时，利用内能通过飞轮带动机车各部分机械运转，此过程中把内能转化为机械能，是做功冲程，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 【变式2】（2025·广东江门·一模）如图所示，这是四冲程汽油机的两个冲程示意图，下列判断正确的是（　　） A．甲图为排气冲程 B．乙图为压缩冲程 C．甲图能量转化情况是机械能转化为内能 D．乙图能量转化情况是内能转化为机械能 【答案】B 【详解】四冲程汽油机的工作循环由进气、压缩、做功和排气四个冲程组成。 AC．甲图：甲图中进气门打开，排气门关闭．活塞由上端向下端运动是吸气冲程，此过程没有能量的转化，故AC错误； BD．乙图：乙图中两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程。压缩冲程中，活塞对气缸内的混合气体进行压缩，能量转化情况是机械能转化为内能。故B正确，D错误。 故选B。 【变式3】（2025·北京·三模）如图是我国古代流行于民间的走马灯。当点燃走马灯内的蜡烛时，燃烧产生的高温气体便上升并推动纸风车和固定在转轴上的纸马转动。这和内燃机的哪个冲程类似（    ） 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】走马灯中，高温气体推动物体转动，是将内能转化为机械能，内燃机的做功冲程中，缸内高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，走马灯的工作原理与内燃机的做功冲程类似，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 知识点3：柴油机与汽油机的异同 汽油机与柴油机的优缺点 ①汽油机转速高，结构简单，质量轻，造价低廉，运转平稳，使用维修方便。汽油机在摩托车、汽车上特别是小型汽车上大量使用. ②柴油机比较笨重，主要用于载重汽车、拖拉机、火车和轮船上. ③柴油发动机与汽油发动机相比，热效率高。因此从节约能源、降低燃料成本角度上讲，柴油发动机在小汽车上的推广使用具有更重大的意义。 【典例3】（2025·广东深圳·三模）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。 【变式1】（24-25九年级下·湖北省直辖县级单位·期中）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。 【变式2】（2025·江苏无锡·二模）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。下列有关内燃机的说法中正确的是（　　） A．随着技术越来越先进，内燃机的效率可以达到100% B．汽油机在做功冲程中将内能转化为机械能 C．尾气的柴油味越浓说明柴油燃烧越充分 D．用水作为发动机的冷却液，主要原因是水的流动性好，容易发生热交换 【答案】B 【详解】A．虽然技术越来越先进，但是内燃机在工作的时候总会存在摩擦、会排放废气等，故内燃机工作时总会克服摩擦做功，总会有部分热量随废气排出，总会做额外功，故机械效率不可能达到100%，故A错误； B．汽油机在做功冲程中燃料燃烧，对机械提供动力，是将内能转化为机械能，故B正确； C．尾气的柴油味越浓，说明有更多的柴油没有燃烧，柴油的燃烧越不充分，故C错误； D．用水作为冷却液，主要是利用水的比热容大的特点，故D错误。 故选B。 【变式3】（2025九年级下·江苏苏州·专题练习）一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速是2400r/min，柴油机每秒内做功 次，其中只有 冲程不是依靠惯性完成的。在设计制造时，汽缸外有一个“水套”是利用水吸热来降低汽缸温度的，这是利用了水的 大的性质。 【答案】 20 做功 比热容 【详解】[1][2]汽油机的一个工作循环包含四个冲程，只有做功冲程对外做功，飞轮转两周。一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速是2400r/min=40r/s，柴油机每秒内完成80个冲程，做功20次，其中只有做功冲程对外做功，不是依靠惯性完成的。 [3]汽缸外有一个“水套”是利用水吸热来降低汽缸温度的，这是利用了水的比热容大的性质，相同质量的水和其它物体相比，升高相同温度时，可以吸收更多热量。 【变式4】（24-25九年级上·云南楚雄·期末）随着我国农业机械化水平提高，各类型柴油机农业机械已成为种植、收割粮食的主要工具。如图所示，耕地机正在农田里耕地。下列说法正确的是（　　） A．柴油机工作时将柴油的化学能全部直接转化为机械能 B．柴油机的做功冲程将机械能转化为内能 C．耕地机的柴油机使用循环水冷却是因为水的比热容大 D．随着油箱内柴油质量的减小，柴油的热值变小 【答案】C 【详解】A．由于存在热量散失，柴油机工作时将柴油的化学能转化为内能，内能不会全部转化为机械能，故A错误； B．柴油机的做功冲程将内能转化为机械能，压缩冲程将机械能转化为内能，故B错误； C．耕地机的柴油机使用循环水冷却是因为水的比热容大，与质量相同的其他物质相比，在降低相同温度时，水能带走更多的热量，有效地降低柴油机的温度，故C正确； D．热值是燃料的一种特性，与燃料的质量无关，所以随着油箱内柴油质量的减小，柴油的热值不变，故D错误。 故选C。 【巩固训练】 1．（2025·四川乐山·中考真题）如图所示，试管内的水沸腾后，塞子受到水蒸气的压力而冲出去，这个过程中能量转化的情况与汽油机 冲程能量转化的情况相同；课前准备时，给酒精灯添加酒精，闻到了酒精味，这是 现象。 【答案】 做功 扩散 【详解】[1]试管内的水沸腾后，水蒸气内能增加，塞子受到水蒸气的压力冲出去，所以水蒸气的内能转换为塞子的机械能，而汽油机的做功冲程的内能转化是内能转化为机械能，能量转化情况与汽油机的做功冲程的能量转化情况相同。 [2]向酒精灯内添加酒精时，闻到了酒精味，这是酒精的扩散现象，表示分子在永不停息地做无规则运动。 2．（2025·甘肃·中考真题）用打气筒打气时，气筒壁会发热，这主要是因为活塞对筒内气体 （选填“做功”或“热传递”），使筒内气体内能增大，温度升高，此过程中的能量转化与四冲程汽油机 冲程的能量转化相同。 【答案】 做功 压缩 【详解】[1][2]改变物体内能有两种方法：做功、热传递；用打气筒打气时，活塞对筒内气体做功，使气体的内能增大，温度升高，此过程中机械能转化成内能；汽油机压缩冲程中，活塞对汽缸内的气体做功，机械能转化成内能，打气筒打气的能量转化与四冲程汽油机压缩冲程相同。 3．（2025·四川自贡·中考真题）如图所示为内燃机的 冲程，该过程是将 转化为机械能。 【答案】 做功 内能 【详解】[1][2]如图所示，两气门都关闭，活塞下行，是做功冲程，该冲程中燃气推动活塞，对活塞做功，内能转化为机械能。 4．（2025·内蒙古·中考真题）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。 5．（2025·黑龙江·中考真题）如图，2025年4月19日，我国在太原卫星发射中心使用长征六号改运载火箭成功将试验二十七号卫星01星﹣06星发射。有关发射的描述正确的是（　　） A．发射前，以发射塔为参照物，运载火箭是运动的 B．发射时，发射塔周围出现大量“白气”是升华现象 C．加速升空过程中，卫星的动能转化为重力势能 D．加速升空过程中，卫星的机械能增大 【答案】D 【详解】A．发射前，运载火箭相对于发射塔位置不变，以发射塔为参照物，运载火箭是静止的，故A错误； B．发射时，发射塔周围“白气”是水蒸气遇冷液化形成的小水珠，属于液化现象，故B错误； C．加速升空过程中，卫星质量不变，速度增大、高度增大，动能和重力势能都增大，是燃料燃烧的内能转化为机械能，不是动能转化为重力势能，故C错误； D．加速升空过程中，卫星动能增大，重力势能增大，机械能等于动能与势能之和，所以机械能增大，故D正确。 故选D。 6．（2025·黑龙江·中考真题）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。 7．（2025·甘肃兰州·中考真题）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。 8．（2025·广东深圳·中考真题）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。 9．（2025·江苏扬州·中考真题）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。 10．（2025·天津·中考真题）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。 11．（2025·广西桂林·二模）如图的实例中通过做功使内能增加的是（　　） A．图甲：内燃机的做功冲程 B．图乙：迅速压下活塞 C．图丙：试管里的水蒸气把软木塞冲开 D．图丁：用柴火烧水 【答案】B 【详解】A．图甲中内燃机的做功冲程，高温高压气体对外做功，内能减小，故A不符合题意； B．图乙中迅速压下活塞，对空气做功，使空气内能增加，故B符合题意； C．试管里的水蒸气把软木塞冲开，对外做功，内能减小，故C不符合题意； D．柴火烧水，水吸收热量，内能增加，这是通过热传递的方式改变物体的内能，故D不符合题意。 故选B。 12．（2025·黑龙江哈尔滨·模拟预测）如图所示为汽油机某冲程的示意图，与其能量转化过程完全相同的是（　　） A．冬天搓手取暖 B．压缩空气使硝化棉燃烧 C．玩滑梯臀部发热 D．水蒸气将塞子弹出 【答案】D 【详解】根据图示可知，两个气门都关闭，活塞下行，因此该冲程为做功冲程，将内能转化为机械能。 A．冬天搓手取暖是克服摩擦力做功，把机械能转化为内能，内能增加，故A不符合题意； B．压缩空气使硝化棉燃烧，活塞对筒内空气做功，筒内空气的内能增大、温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧，此过程中机械能转化为内能，故B不符合题意； C．玩滑梯臀部发热，小孩在下滑过程中与滑梯摩擦生热，一部分机械能转化成内能，故C不符合题意； D．烧水时，水蒸气弹出活塞，是水蒸气对活塞做功的结果，这时水蒸气的内能转化为活塞的机械能，故D符合题意。 故选D。 13．（2025·四川广元·中考真题）端午节，小梅随爸爸妈妈开车先去加油，随后回老家看望爷爷奶奶。下列说法正确的是（   ） A．刚一进门，粽香扑鼻而来，表明分子在不停地做无规则运动 B．水常作为汽车发动机冷却剂，是因为水的热值大 C．小汽车内燃机的压缩冲程，将内能转化为机械能 D．小汽车内燃机的曲轴转动一周，对外做功一次 【答案】A 【详解】A．能闻到粽香，是分子在不停地做无规则运动，扩散到空气中被闻到，故A正确； B．水作冷却剂是因为水的比热容大，不是热值大，故B错误； C．内燃机压缩冲程是机械能转化为内能，故C错误； D．内燃机一个工作循环曲轴转两周，对外做功一次，故D错误。 故选A。 14．（辽宁省锦州市2024—2025学年上学期期末考试九年级物理与化学试题-初中物理）父母劳累一天很辛苦，小明想烧壶热水，给父母泡泡脚。如图所示，当水壶里面的水沸腾时，产生的大量水蒸气会将壶盖顶开。他联想到汽油机在工作中，与此能量转化相同的冲程是（    ） 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】水沸腾时将壶盖顶开的过程中，水蒸气对壶盖做功，水蒸气的内能转化为壶盖的机械能；内燃机工作时，在做功冲程将燃气的内能转化为机械能，与上述能量转化相同，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 15．（2025·江苏南京·三模）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。 / 学科网（北京）股份有限公司 $