【第十四章内能的利用】第2节热机（同步分层） ----2025-2026学年人教版物理九年级上学期

【第十四章内能的利用】第2节热机（同步分层）物理人教版（2024）九年级全册 一、单选题 1．如图所示，四冲程内燃机工作循环中一个冲程的示意图，它是（　　） A．压缩冲程，将内能转化为机械能 B．压缩冲程，将机械能转化为内能 C．做功冲程，将内能转化为机械能 D．做功冲程，将机械能转化为内能 2．如图所示，用酒精灯给试管中的水加热，水温上升，当水沸腾一段时间后，会看到试管口的橡皮塞被冲出。下列描述正确的是（　　） A．试管中的水在升温过程中是通过做功的方式增加内能的 B．试管中的水沸腾时吸收热量，温度升高 C．水蒸气对橡皮塞做功，水蒸气的内能不变 D．水蒸气对橡皮塞做功，其能量转化与汽油机做功冲程的能量转化相同 3．如图所示是我国传统的“走马灯”。点燃底部蜡烛，在热空气的驱动下，扇叶转动起来，该过程中的能量转化情况与汽油机哪一冲程相似（　　） A． B． C． D． 4．“鸣笛水壶”的特点是当水烧开的时候，就会发出好听的鸣笛声，提醒人们水烧开了。你知道鸣笛水壶为什么会发出笛音吗？“鸣笛水壶”鸣笛的奥秘就在壶盖上。在壶盖的内侧，装有一个圆片，上面有几片簧片（类似于口琴中的簧片），利用水烧开时产生大量高压的水蒸气冲击簧片，使簧片振动发声。内燃机四个冲程中与之原理相似的是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 5．关于下图所示的四个情景，下列说法错误的是（　　） A．甲图中两个底面削平的铅块紧压在一起后能吊住重物，说明分子之间存在引力 B．乙图中塞子受到水蒸气的压力而冲出去，水蒸气的内能转化为塞子的动能 C．丙图中红墨水在热水中扩散得快，说明扩散快慢与温度有关 D．丁图中活塞向下运动，这是内燃机的压缩冲程 6．关于热机，下列说法正确的是（　　） A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞 B．柴油机在吸气冲程中，将柴油和空气的混合物吸入气缸 C．汽油机和柴油机在做功冲程中，都是把内能转化为机械能 D．汽油机在压缩冲程燃气推动活塞运动，其他冲程活塞都是靠惯性运动的 7．如图是内燃机的某冲程工作示意图，以下取暖方式与此原理相同的是（　　） A．烤火取暖 B．用热水袋取暖 C．向手“哈气”取暖 D．搓手取暖 8．如图所示是小华在家烧开水时出现的场景，下列说法正确的是（　　） A．壶嘴冒出的“白汽”是汽化现象 B．壶嘴冒出的“白汽”属于扩散现象 C．水沸腾时，吸收热量，内能增加，温度不变 D．壶盖跳动与热机压缩冲程的能量转化相同 二、多选题 9．如图所示，四冲程汽油机做功冲程的示意图。汽油燃烧产生高温高压的气推动活塞向下运动。在活塞向下运动的过程中，汽缸内气体的（　　） A．内能减少 B．温度降低 C．压强减小 D．分子热运动加快 10．下列说法中，不正确的是 A．温度高的物体具有的内能多，温度低的物体具有的内能少 B．当物体吸收热量，且不对外做功时，物体的内能一定增加 C．的冰熔化成的水，由于温度不变，所以它的内能不变 D．四冲程内燃机做功冲程将内能转化为机械能 11．如图所示为汽油机的四冲程示意图，下列说法中正确的是（　　） A．一个工作循环的正确顺序是：丁→乙→丙→甲 B．丙冲程是内能转化为机械能 C．乙冲程中存在着化学能转化为内能的过程 D．丁冲程吸入汽缸的是汽油和空气的混合物 12．下列说法中正确的有（　　） A．座椅用软质材料包裹，是为了减小压力 B．用吸管喝饮料时，瓶里的饮料是被嘴“吸”上来的 C．汽油机工作的四个冲程中，将内能转化为机械能的是做功冲程 D．水的比热容大，供暖效果好，并且冷却效果也好 13．有关热现象，下列说法中不正确的是（　　） A．温度低于0℃的室外，仍会有水蒸气存在 B．在热传递过程中，吸收热量的物体温度一定会升高 C．在四冲程内燃机中，做功冲程的作用是将内能转化为机械能 D．沙漠里温差大是因为沙石的比热容大 14．如图是一种常用“柴油平板夯机”，广泛应用于路面施工、场地填土等多个方面。使用时柴油发动机提供动力，激荡器带动夯板上下运动。下列关于汽油机和柴油机的主要区别，说法正确的是（　　） A．构造上，汽油机汽缸顶部有喷油嘴，柴油机汽缸顶部有火花塞 B．在压缩冲程末，柴油机的燃气温度和压强比汽油机里的高 C．汽油机的点火方式是点燃式，柴油机的点火方式是压燃式 D．吸气冲程中，柴油机吸入汽缸的是空气，汽油机吸入汽缸的是空气和汽油的混合气体 15．如图所示，对于图片中所描述的物理过程，下列分析中正确的是（　　） A．图甲，空气被压缩时，空气的内能增大 B．图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气的内能减小 C．图丙，试管内的水蒸气推动了塞子冲出时，水蒸气的内能减少 D．图丁，汽缸内的气体推动活塞向下运动时，气体的内能增大 16．某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），下列说法中正确的是（　　） A．汽油机每秒内完成30个冲程 B．汽油机的功率为2025W C．做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2700N D．一个做功冲程中燃气对活塞做的功为1.35×105J 三、填空题 17．如图为单缸四冲程汽油机的　 　冲程。若该汽油机的转速为2400r/min，则它每分钟完成　 　个如图所示的冲程。 18． 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，如果此汽油机飞轮的转速为，每秒对外做功　 　 次。 19．寒冷的冬季，小丽和小军冻得伸不出手，于是分别采取了图甲和图乙所示的取暖方式。从物理学的角度来看，小丽是通过　 　的方式增加了手的内能；小军是通过另一种方式增加了手的内能，两种增加内能的方式是　 　（选填“等效”或“不等效”）。小军看到一台单缸四冲程汽油机工作原理图，上面标记了飞轮转速1200r/min，则它的气缸内燃气每秒钟对外做功　 　次。 20．如图所示为“热风车”，点燃蜡烛后上方的热空气推动风车转动，转动过程中　 　能转化为　 　能，该过程中能量转化的方式与内燃机的　 　冲程相同。 21．如图所示，在矿泉水瓶与小玻璃瓶内各装人适量的水，将小玻璃瓶瓶口向下放入矿泉水瓶，使小玻璃瓶恰好悬浮，拧紧矿泉水瓶瓶盖，用力捏矿泉水瓶，矿泉水瓶内水面上方气压增大，小玻璃瓶会　 　（选填“下沉”“上浮”或“继续悬浮”）；取走小玻璃瓶和大部分水，用力拧转矿泉水瓶若干圈，突然瓶盖飞出，瓶口出现“白雾”，“白雾”的形成是　 　（选填“汽化”或“液化”）现象，瓶盖飞出的过程能量转化情况与汽油机的　 　冲程类似 22．如图所示，图甲为小昕自制的热机模型，她在矿泉水瓶的侧壁上开了一个孔，把电火花发生器紧紧插入孔中，实验时从上方瓶口喷入液态酒精并轻轻盖上一次性塑料杯，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，塑料杯立即飞出，此过程酒精燃烧产生的　 　能转化为塑料杯的　 　能，相当于图乙中　 　（选填“A”、“B”、“C”或“D”）的能量转化过程。 23．某台汽油机飞轮的转速为2400r/min，在1秒内汽油机完成　 　个工作循环。经历　 　个冲程。 四、综合题 24．小蒋同学家购买了一辆自主品牌轿车，如图所示，汽车应用了许多物理知识。请你运用所学的物理知识解答下列问题： （1）汽油机是汽车的“心脏”，汽油机是将燃料的 　 　能转化为内能，再通过做功转化为 　 　能。 （2）小轿车前方的挡风玻璃是倾斜的，目的是为了使车内物体所成的 　 　像（填“实”或“虚”）位于玻璃的上方，不妨碍司机视线。 （3）汽车发动机是用水作冷却剂的，这是利用了水的 　 　大的性质；当汽车匀速上坡时，重力势能 　 　，机械能 　 　。（填“增大”、“减小”或“不变”） （4）开车上坡前，需要加大油门，以提高汽车的速度，增大车的　 　（填“惯性”和“动能”）。 25．如图1为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作。 （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，其主要技术指标如下表所示。其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽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（既冲程长）。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数。 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，发动机做功W=　 　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2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=　 　。 五、计算题 26．随着时代的发展，汽车已经进入百姓家庭。如图是汽车柴油机的气缸与活塞的简化示意图，柴油机的点火方式为压燃式，在压缩冲程中将空气温度压到柴油的着火点。 提示：描述密闭气体状态的参数有压强p，体积V，温度T（T为热力学温度，单位是开尔文，符号“K”）； 其三者的关系为（C为常数），且T=t+273 （1）若某汽车的质量是2.1t，那么它的重力是多少？（g取10N/kg） （2）压缩冲程中将机械能转化为_____能？ （3）若气缸内密闭空气的初始温度为t1=27℃，则相当于热力学温度T1是多少？ （4）柴油的着火点约为480K。若密闭空气的体积被压缩到原来的，压强将增大为原来的16倍。结合第（3）小问，试通过计算，判断此时能否将柴油点燃？ 六、作图题 27．如图甲所示是内燃机的吸气冲程的示意图，图甲中画出了吸气冲程进气门、排气门的开闭情况与活塞的运动情况。请在图乙中用“”表示阀门，画出压缩冲程进气门、排气门的开闭情况，用“↑”或“↓”表示活塞运动方向，画出压缩冲程活塞的运动情况。 七、实验探究题 28．为了探究做功对物体内能的影响，小明利用注射器、数字温度传感器等器材进行了如图所示探究。 如图甲，在注射器前端筒壁上钻一个小孔，将温度传感器的探头插入注射器内，用密封胶将小孔密封，读出此时温度传感器的示数； （1）如图乙，用橡皮帽将注射器的注射口堵住，用力向左推动活塞，传感器的示数逐渐增大，说明活塞压缩筒内气体，使气体内能　 　（选填“增大”、“减小”或“不变”），这是通过　 　的方式改变了气体的内能； （2）当橡皮帽被喷出时，注射口喷出“白气”，温度传感器示数　 　（选填“变大”、“变小”或“不变”）；此过程中的能量转化与汽油机的　 　冲程相同。 29．发动机是汽车的动力源。汽油机以汽油为燃料，使活塞在气缸中往复运动，一个工作循环经历吸气、压缩、做功和排气四个冲程，汽油机的性能和汽缸排量有关。汽缸排量指活塞一个冲程中活塞在气缸内通过的容积，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（冲程长度）。如果发动机有若干个气缸，所有气缸“工作容积”之和称为发动机排量，实际汽车往往采用多缸发动机。如图所示发动机有4个汽缸（图中标注1、2、3、4），通过连杆把4个汽缸的活塞连在一根曲轴上。各个汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在吸气、压缩和排气冲程。 （1）汽油机工作时将燃料燃烧的内能转化为　 　能； （2）已知汽油的热值为4×107J/kg，如果汽车油箱装有40kg的汽油，这些汽油充分燃烧2kg；放出的热量为　 　J，剩余汽油的热值为　 　J/kg； （3）四缸发动机中3号汽缸在压缩冲程中，则2号汽缸所处的冲程是　 　； A．吸气 B．压缩 C．做功 D．排气 （4）设该发动机做功冲程燃气对活塞的平均压强是p0，发动机排量为V排，则发动机转速为2400r/min时，每个工作循环所需耍的时间为　 　秒，该轿车的输出功率P与发动机排量V排的关系式为P=　 　。 答案 1．【答案】C 【解析】【解答】图中，气门关闭，活塞下行，火花塞点火，是做功冲程，在做功冲程中，将内能转化机械能，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 【分析】根据气门状态和活塞运行方向，判断冲程，分析能量变化。 2．【答案】D 3．【答案】D 4．【答案】C 5．【答案】D 6．【答案】C 【解析】【解答】A．柴油机顶部有喷油嘴，汽油机顶部有火花塞，故A错误； B．汽油机吸入的是混合气体，故B错误； C．汽油机和柴油机在做功冲程中，均是把内能转化为机械能，故C正确； D．汽油机只有做功冲程对外做功，其他冲程活塞都是靠惯性运动的，故D错误。 故选C。 【分析】1、汽油机四个冲程包括：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，根据特点进行识别。 2、吸气冲程特点：进气后打开，排气口关闭，活塞下移；压缩冲程：进气后关闭，排气口关闭，活塞上移，能量转化为机械能转化为内能，气缸内空气内能增加；做功冲程：进气后关闭，排气口关闭，火花塞点燃，高温高压的气体推动活塞下移，气体内能减小，能量转化为内能转化为机械能；排气冲程：进气后关闭，排气口打开，活塞上移，排除废气。 7．【答案】D 【解析】【解答】根据图示可知，两个气门都关闭，活塞上行，因此该冲程为压缩冲程，将机械能转化为内能，是通过做功改变物体的内能； A．烤火取暖是利用热传递改变内能的，A不符合题意； B．用热水袋取暖是利用热传递改变内能的，B不符合题意； C．向手“呵气”取暖是利用热传递改变内能的，C不符合题意； D．搓手取暖是利用做功改变内能的，D符合题意。 故答案为：D。 【分析】汽油机一个工作循环有四个冲程，分别是吸气、做功、压缩和排气，各冲程的特点不同，因此根据气门的状态和活塞的运行方向确定冲程；并且只有做功冲程对外做功，将内能转化为机械能；另外还有压缩冲程有能量转化，将机械能转化为内能。 8．【答案】C 9．【答案】A,B,C 【解析】【解答】AB．图中活塞向下运动，两气门关闭，气缸内气体对活塞做功，内能转化为机械能，所以气体的内能减小，温度降低，AB符合题意； C．气体的质量一定，体积增大，温度降低，所以气体的压强减小，C符合题意； D．温度越低，气体分子热运动越慢，D不符合题意。 故答案为：ABC。 【分析】汽油机的气门关闭活塞下行是做功冲程，内能对外做功，内能减少，温度降低，压强减小。 10．【答案】A,B,C 11．【答案】C,D 12．【答案】C,D 13．【答案】B,D 【解析】【解答】A.冰可以直接由固态变为水蒸气，发生升华现象，故温度低于0℃的室外，仍有水蒸气存在，A不符合题意； B.在热传递过程中，吸收热量的物体温度般会升高，但也有可能不变，如晶体在熔化过程中吸收热量，但温度不变，B错误，符合题意； C.在四冲程内燃机中，做功冲程是将内能转化为机械能，C不符合题意； D.因为沙石的比热容比水的比热容小，吸收或放出相同的热量，温度变化大，所以沙漠里温差大，D错误，符合题意； 故答案为：BD 【分析】(1)物质由固态直接变成气态的过程叫做升华； (2)晶体在熔化过程中吸收热量，温度保持不变； (3)做功冲程是将内能转化为机械能，压缩冲程是将机械能转化为内能； (4)因为水的比热容较大:相同质量的水和其它物质比较，吸收或放出相同的热量，水的温度升高或降低的少；升高或降低相同的温度，水吸收或放出的热量多。 14．【答案】B,C,D 15．【答案】A,B,C 【解析】【解答】A．图甲，活塞下压，空气被压缩，活塞对空气做功，筒内空气内能增加，温度升高；故A正确； B．图乙，瓶内的空气推动塞子跳起时，内能对活塞做功，转化为机械能，内能减小；故B正确； C．图丙，水蒸气将塞子冲出时，对塞子做功，内能减少；故C正确； D．图丁，汽缸内的高温高压气体推动活塞向下运动，内能转化为机械能，内能减少；故D错误。 故选ABC。 【分析】压缩气体体积，对物体做功，机械能转化为内能，内能变大；内能对外做功，消耗内能，内能减小。 16．【答案】B,C 17．【答案】压缩；1200 18．【答案】乙；20 【解析】【解答】根据图像，汽油机的气门关闭，活塞下行，是做功冲程，将内能转化为机械能，乙图中，塞子喷出，内能转化为机械能；根据汽油机的飞轮转数，计算做功数次。 【分析】根据汽油机的气门状态和活塞运行方向，判断冲程，分析能量变化；汽油机飞轮转数是做功数的2倍。 19．【答案】热传递；等效；10 20．【答案】内；机械；做功 21．【答案】下沉；液化；做功 【解析】【解答】由题意可知，小玻璃瓶相当于一个“浮沉子”，其原理为：拧紧矿泉水瓶瓶盖，用力捏矿泉水瓶，将压强传递给水，水被压入小玻璃瓶中，将小玻璃瓶中的空气压缩，这时小玻璃瓶里进入一些水，其重力增加，大于它受到的浮力，就向下沉。瓶盖飞出，瓶内空气的内能转化为机械能，温度降低，空气中的水蒸气液化为液态的小水珠。由于瓶盖飞出的过程中，是空气的内能转化为机械能，汽油机的做功冲程与之类似。 【分析】重力大于浮力，物体下沉；物质从气态变为液态的过程叫液化；汽油机的做功冲程将内能转化为机械能。 22．【答案】内；机械；C 23．【答案】20；80 24．【答案】化学；机械；虚；比热容；增大；增大；动能 25．【答案】（1）内；机械 （2）1.2×105；0.5；600 （3）1.2×106 （4）pS；psl；Sl 【解析】【解答】（1）在做功冲程中，燃气内能对外做功，将内能转化为机械能；（2）已知输出功率是120kW，所以每秒做功W=1.2×105W×1s=1.2×105J； 由表格信息可知， ①因为转速为6000r/min，四冲程内燃机每个工作循环曲轴转两周、做功一次， 所以1s内做功50次， 因为四缸总排量为2.0L， 单缸排量：v= ×2.0L=0.5L， 所以发动机在1s内做功1.2×105J， ②因为发动机有四个缸同时工作， 所以每个缸1s内做功： W= ×1.2×105J=3×104J， 因为1s内做功50次， 所以每个做功冲程做功： W′= ×3×104J=600J．（3）因为W′=pV，V=0.5L=0.5×10﹣3m3， 所以燃气对活塞的压强：p= = =1.2×106Pa（4）由压强公式p= 可知，F=PS， 活塞做功W=Fl=pSl，而V=Sl， 所以W=pV； 故答案为：（1）内；机械；（2）①1.2×105；0.5；②600；（3）1.2×106；（4）pS；psl；Sl． 【分析】（1）内燃机工作，把内能转化为机械能； （2）功率和时间的乘积计算功的大小，四气缸内燃机的总排量除以4就是单缸排量；根据每个气缸1秒做功的多少，结合1秒做功的次数，计算每次做功冲程做功的多少； （3）根据燃气做功和压强、排开体积的关系，计算压强的大小； （4）根据压强的计算，利用压强和受力面积的乘积计算压力大小，结合体积计算和压强，计算做功的表达式，体积是底面积和高的乘积。 26．【答案】解：（1）已知某汽车的质量是 m=2.lt=2100kg 那么它的重力是 G=mg=2100kg×10N/kg=21000N （2）柴油机的压缩冲程中，是将机械能转化为内能。 （3）若气缸内密闭空气的初始温度为t1=27℃，则相当于热力学温度 T1=t+273=27+273=300K （4）由题知，气缸气体压强p，体积V及温度T满足pV=C这—方程，所以压缩前 p0V=C×300K……① 压缩后 ……② 由题意知， 解得：T=480K，由题知，柴油的着火点约为480K，柴油能燃烧。 答：（1）若某汽车的质量是2.lt，那么它的重力是21000N ； （2）压缩冲程中将机械能转化为内能； （3）若气缸内密闭空气的初始温度为t1=27℃，则相当于热力学温度T1是300K； （4）此时能将柴油点燃。 【解析】【分析】1、利用质量的单位换算和重力和质量的关系分析解答 2、压缩冲程是压缩气缸内的空气，使体积减小，温度升高，内能增加， 3、根据热力学温度和摄氏温度的关系 T=t+273.15℃ 进行计算 4、利用已知的关系计算压缩冲程后气缸内的温度值。 27．【答案】 【解析】【解答】根据图像，甲中进气门打开，排气门关闭，是吸气冲程；下个是压缩冲程，两个气门都关闭，活塞向上运动，如图所示： 【分析】四冲程内燃机吸气、压缩、做功、排气四个冲程，根据气门状态，活塞方向，判断冲程。 28．【答案】（1）增大；做功 （2）变小；做功 29．【答案】机械；8×107J；4×107；D；0.05s；20p0V排 学科网（北京）股份有限公司 $