10.3 热机及其工作原理（举一反三·讲义）物理新教材沪科版（五四学制）九年级上册

10.3 热机及其工作原理 目录 知识框架 1 知识精讲 1 【知识点1 热机】 2 【知识点2 汽油机与柴油机】 3 课后作业 5 模块二 知识精讲 情景导入 汽车是现代生活中常用的交通工具。发动机是汽车的核心部件（图10-3-1），为汽车提供强劲的动力。这个动力从何而来？ 知识归纳 【知识点1 热机】 1. 探究热机工作原理 【自主活动】如图所示，将适量水注入试管并用橡胶塞塞住试管口。用酒精灯加热试管，直至橡胶塞被“顶出”试管口。讨论并交流橡胶塞被“顶出”试管口的原因。 【分析】在上述实验中，酒精燃烧放出的热量，使水蒸气受热膨胀对橡胶塞 ，使橡胶塞被“顶出”试管口。上述实验可以用来简单模拟热机产生动力的过程。 2. 热机：我们把利用燃料燃烧释放的 做功的机械叫做热机。 3. 热机工作原理：图为热机工作原理示意图，热机自高温物体处吸收热量，其中一部分用来对外 ，另一部分流向低温物体。因此热机是将内能转化为 能的机械。 4. 热机的分类 热机的种类较多，按照燃料燃烧场所的差异，热机可分为外燃机和内燃机两种。 （1）外燃机：燃料在发动机外的 燃烧并产生动力的热机叫做外燃机， 就是最早的外燃机，它利用燃料加热锅炉中的水产生高压水蒸气，高压水蒸气推动活塞对外做功。 （2）内燃机：燃料直接在发动机内的 中燃烧并产生动力的热机叫做内燃机，现代社会中大部分交通工具的发动机都是内燃机。 【例1】人类最早发明的热机是（　　） A．蒸汽机 B．内燃机 C．喷气发动机 D．火箭发动机 【变式1-1】中国现代交通运输发展情况总体呈现出显著的提升和进步。下列交通或运输工具中，动力设备不是热机的是（　　） A．C919客机 B．载重汽车 C．纯电动汽车 D．远洋货轮 【变式1-2】如图所示是小明设计的简易热机模型，燃料燃烧后加热水产生水蒸气，通常实验室用__________作热源，用它来加热密封的易拉罐中的水，易拉罐的一侧开小孔后让蒸汽喷出，推动风车转动。此时工作物质是________。该模型可以看成是_________。（选填“内燃机”或“外燃机”） 【知识点2 汽油机与柴油机】 1. 汽油机 （1）主要结构：主要由气缸、活塞、火花塞、进气门、排气门、 曲轴和连杆组成。 （2）工作过程 汽油机工作时，活塞在气缸内做往复运动，图10-3-5是汽油机工作过程示意图。 ①冲程：活塞做一次 运动的过程称为一个冲程。 ②四个冲程：汽油机的一个工作循环过程包括四个冲程，分别 是 冲程、 冲程、 冲程和 冲程。完成一个工作循环，活塞往复运动 次，飞轮转动 周，对外做功 次。 2. 柴油机 （1）结构：柴油机的结构与汽油机相似，图10-3-6为柴油机的结构示意图，由于柴油机通过压缩空气直接点燃柴油，气缸顶部的火花塞换成了 。 （2）工作过程：柴油机的工作循环过程也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。吸气冲程中只有 进入气缸。压缩冲程使气缸内的空气温度升高。压缩结束时，气缸内温度超过柴油燃点，此时，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即燃烧起来。做功冲程中气缸内气体的压强、温度急剧增大，从而有力地推动活塞对外做功。 （3）特点：与汽油机相比，柴油机的零件结构强度更高，也更笨重，但柴油机油耗低、功率大，因此多用于载重汽车、坦克、轮船及小型发电机。 3. 火箭发动机 火箭发动机是一种新型的热机。由于要在缺氧的高空中工作，火箭发动机与大多数普通热机不同，必须自带 （如液氧）。燃料和氧化剂在燃烧室内燃烧，产生高温高压燃气，燃气通过喷口向后喷出推动火箭前进。 【例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 【变式2-1】下图是某四冲程汽油机顺序被打乱的工作图，下列说法正确的是（　　） A．四个冲程的顺序应该是乙→甲→丁→丙 B．乙冲程的活塞正在往下运动 C．丁冲程将内能转化为机械能 D．热机是利用机械能做功的机器 【变式2-2】汽油机的一个工作循环是由四个冲程组成的，其中获得动力的冲程是________，一台某型号单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1200r/min，1s对外做功_______次。 模块三 课后作业 1．热机的发明及广泛使用，对人类社会的发展起到了重要的作用，下列不属于热机应用的是（ ） A．喷气式飞机 B．柴油拖拉机 C．纯电动汽车 D．燃油摩托车 2．如图，加热试管中的水至沸腾。分析橡胶塞被冲出的过程，其能量转化与汽油机的哪个冲程类似（     ） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 3．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 4．如图所示是四冲程汽油机的工作示意图，下列描述错误的是（     ） A．甲做功冲程燃气的内能转化为活塞的机械能 B．乙排气冲程活塞向上运动，把废气排出气缸 C．丙吸气冲程活塞向下运动，空气进入气缸 D．丁压缩冲程活塞向上运动，燃料混合物被压缩，活塞的机械能转化为燃料混合物的内能 5. 柴油机和汽油机都属于内燃机，下列有关说法中正确的是（     ） 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气吸入汽缸 C．四冲程汽油机在工作过程中，进气门关闭的冲程是吸气冲程 D．在柴油机的压缩冲程中，活塞的机械能转化为密闭空气的内能 6．1876年，德国工程师奥托制造了第一台新型的以煤气为燃料的四冲程内燃机。如图为四冲程柴油机的工作过程。下列相关说法正确的是（　　） A．汽油机和柴油机都是内燃机，吸入汽缸的物质相同 B．乙冲程使缸内气体内能增大，为内燃机提供动力 C．丙冲程主要是依靠飞轮的惯性完成的 D．柴油机降温常用水做冷却剂是因为水的比热容大 7．如下表所示是对汽油机和柴油机不同点进行对比的表格，其中正确的是（　　） 序号 汽油机 柴油机 ① 有火花塞 有喷油嘴 ② 热机效率高 热机效率低 ③ 点燃式 压燃式 ④ 吸入燃油和空气的混合物 吸入柴油和空气的混合物 A．① B．②④ C．②③ D．①③ 8．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，说法错误的是（　） A．构造上，汽油机气缸顶部有火花塞，柴油机气缸顶部有喷油嘴 B．汽油机的点火方式是点燃式，柴油机的点火方式是压燃式 C．在压缩冲程末，柴油机的燃气温度和压强比汽油机里的高 D．吸气冲程中，柴油机吸入气缸的是空气和柴油，汽油机吸入气缸的是空气和汽油 9．2025年12月27日，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙火箭成功发射气象卫星风云四号03星。如图所示，火箭升空过程中，燃料燃烧产生的内能转化为机械能，这与热机的哪个冲程能量转化方式一致（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 10. 如图是2023年10月26日神舟十七号运载火箭载着开封航天员江新林和队友三人共赴苍穹的场景。火箭的发动机______（填“是”“不是”）热机，火箭点火升空时的能量转化是_____。 11．随着生活水平的提高，汽车已经进入百姓家庭，汽油机是汽车的“心脏”，一台四冲程汽油机工作时曲轴转速是________r/min时，此汽油机1秒钟可以完成20个做功冲程。汽油机在吸气冲程吸入的是：________。 12．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。若汽油机1s内对外做功15次，则其曲轴的转速为________r/min。为了降低汽油机汽缸的温度，汽缸外有一个水箱体，使汽缸被水包围着，这是通过________的方式减少汽缸的内能。 汽缸被水包围，热量从高温的汽缸传递给低温的水，这是通过热传递的方式减少汽缸的内能。 13．如图甲所示是制作爆米花的机器，玉米粒在密封的锅体内被炉火加热，这是通过________的方法改变了玉米粒的内能；图乙是内燃机工作时某冲程示意图，该冲程为________冲程，它是_______（选填“汽油”或“柴油”）机。若飞轮的转速为2400r/min，在1s内，完成________个工作循环。 14．一台单缸四冲程汽油机工作时，若飞轮转速是3600r/min，该汽油机每秒对外做功_____次；在压缩冲程中，气体的温度升高，是通过_______的方式增加内能，下图中_____（填序号）表示该冲程。 15. 如今汽车已进入了寻常百姓家，家用汽车的发动机一般都是______内燃机（选填“汽油”或“柴油”）。如图表示该发动机工作时的某个冲程，该冲程中，涉及的能量转化为______。由于发动机在______冲程会释放有害废气污染环境，我们平时应倡导尽量少开车的理念。 16. 小东学习了热机后，想制作一个压缩空气动力小车。 （1）小东将充满气的气球捆绑在小车上，制成压缩空气动力小车，当气球向右喷气时，静止的小车向左运动起来了，如图甲所示。说明力可以改变物体的___________。细心的小东还发现喷完气的气球嘴内壁处湿漉漉的，原因是：___________；   （2）为制造压缩空气动力汽车，工程师将装有压缩空气的钢瓶与空气动力发动机连接，该发动机的一个工作循环分为进气冲程和排气冲程，如图乙所示。该发动机对外做功的是________（进气/排气）冲程。若该发动机的转速为1200r/min，则1s内发动机对外做功________次； （3）和传统汽油机相比，压缩空气动力车的优点是___________。 17. 嫦娥六号2024年5月3日成功发射，6月25日返回器携带月球样品着陆地球。如图，为嫦娥六号发射的场景。下列说法正确的有( ) A．嫦娥六号用的火箭喷气发动机不是热机的一种 B．嫦娥六号升空的过程是内能转化为机械能的过程 C．随着科技的发展，会实现火箭喷气发动机的内能全部转化为火箭的机械能 D．嫦娥六号卫星舱内携带的月球车，在升空过程中，内能和机械能都增加 选择理由： ________________。 18. 一台单缸四冲程汽油机，汽缸的横截面积为400cm2，活塞冲程长为30cm，做功冲程燃气的平均压强是5×105Pa，飞轮转速是240r/min。求： (1)燃气对活塞的平均压力是多少。 (2)一个做功冲程中燃气对活塞做多少功。 (3)求该汽油机的输出功率。 19. 2021年，中国的航天事业令中华儿女为之自豪，请回答下列问题： （1）图示为“长征五号”运载火箭，它采用了我国新研制的大推力液氧液氢发动机。火箭起飞时，液态氢燃料在燃烧过程中，其热值大小______（选填“变大”、“变小”或“不变”），燃料燃烧时，把燃料的______能转化为内能，产生大量高温高压的燃气，燃气对火箭做功，燃气的内能会______（选填“增大”、“减小”或“不变”）； （2）燃料燃烧后喷出的高温燃气，通过_______（选填“热传递”或“做功”）使发射台温度急剧升高，造成破坏。为了避免这种破坏，科学家在发射台下建造了一个巨大的水池，利用水的________较大的特性和水发生物态变化时，会吸收大量的热量来降低发射台的温度； （3）火箭发动机在没有空气的环境中________（填“能”或“不能”）正常工作。 20. 随着人民生活水平的提高，汽车开始进入普通百姓家庭。小明的爸爸最近也购买了一辆汽车，他高兴极了，把车的里里外外都观察了个够。通过观察，小明发现汽车上的许多部件都用到了物理知识。 (1)汽车的发动机是四冲程汽油机，图甲表示的是______冲程；压缩冲程可将______能转化为______能。发动机通常用水作为冷却液，这是因为水的______比较大。 (2)当单缸四冲程汽油机的转速为3600r/min时，在1s内汽油机对外做功的次数是______次。 (3)汽车在行驶过程中，很多部位会发热，如：①发动机外壳发烫；②轮胎发热；③刹车片发热；④水箱中的水变热。其中属于通过做功改变内能的（　　） A．①②③④ B．②④ C．①③ D．②③ (4)小明通过上网查到了这种汽车的输出功率与转速的关系如图乙所示。小明又向爸爸询问了一些实测数据：汽车行驶的路况好，平均车速为100km/h，发动机转速为2000r/min，平均油耗为9L/100km，由图乙中数据，分析这辆汽车在这种状态下行驶时，每小时对外所做的有用功为______J，如该发动机为单缸四冲程发动机，则该汽油发动机每次做功消耗汽油的质量为______kg。（已知汽油的密度为0.8×103kg/m3） 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 10.3 热机及其工作原理 目录 知识框架 1 知识精讲 1 【知识点1 热机】 2 【知识点2 汽油机与柴油机】 3 课后作业 7 模块二 知识精讲 情景导入 汽车是现代生活中常用的交通工具。发动机是汽车的核心部件（图10-3-1），为汽车提供强劲的动力。这个动力从何而来？ 知识归纳 【知识点1 热机】 1. 探究热机工作原理 【自主活动】如图所示，将适量水注入试管并用橡胶塞塞住试管口。用酒精灯加热试管，直至橡胶塞被“顶出”试管口。讨论并交流橡胶塞被“顶出”试管口的原因。 【分析】在上述实验中，酒精燃烧放出的热量，使水蒸气受热膨胀对橡胶塞做功，使橡胶塞被“顶出”试管口。上述实验可以用来简单模拟热机产生动力的过程。 2. 热机：我们把利用燃料燃烧释放的能量做功的机械叫做热机。 3. 热机工作原理：图为热机工作原理示意图，热机自高温物体处吸收热量，其中一部分用来对外做功，另一部分流向低温物体。因此热机是将内能转化为机械能的机械。 4. 热机的分类 热机的种类较多，按照燃料燃烧场所的差异，热机可分为外燃机和内燃机两种。 （1）外燃机：燃料在发动机外的锅炉内燃烧并产生动力的热机叫做外燃机，蒸汽机就是最早的外燃机，它利用燃料加热锅炉中的水产生高压水蒸气，高压水蒸气推动活塞对外做功。 （2）内燃机：燃料直接在发动机内的气缸中燃烧并产生动力的热机叫做内燃机，现代社会中大部分交通工具的发动机都是内燃机。 【例1】人类最早发明的热机是（　　） A．蒸汽机 B．内燃机 C．喷气发动机 D．火箭发动机 【答案】A 【详解】热机是指各种利用内能做功的机械，17世纪人类发明了热机，最早的是蒸汽机；内燃机、喷气发动机、火箭发动机都是19世纪后期发明出来的，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。 【变式1-1】中国现代交通运输发展情况总体呈现出显著的提升和进步。下列交通或运输工具中，动力设备不是热机的是（　　） A．C919客机 B．载重汽车 C．纯电动汽车 D．远洋货轮 【答案】C 【详解】A．C919客机使用航空燃油发动机，通过燃烧燃料产生动力，将内能转化为机械能，属于热机，故A不符合题意； B．载重汽车通常使用柴油或汽油发动机，将内能转化为机械能，属于热机，故B不符合题意； C．纯电动汽车使用电动机驱动，将电能转化为机械能，不是利用内能工作的机器，故不是热机，故C符合题意； D．远洋货轮通常使用大型柴油发动机或涡轮机，通过燃料燃烧提供动力，将内能转化为机械能，属于热机，故D不符合题意。 故选C。 【变式1-2】如图所示是小明设计的简易热机模型，燃料燃烧后加热水产生水蒸气，通常实验室用__________作热源，用它来加热密封的易拉罐中的水，易拉罐的一侧开小孔后让蒸汽喷出，推动风车转动。此时工作物质是________。该模型可以看成是_________。（选填“内燃机”或“外燃机”） 【答案】 酒精灯 水蒸气 外燃机 【详解】物理实验室通常采用酒精灯给物体加热，即酒精灯作为热源。 用酒精灯给水加热，水会汽化为水蒸气，大量的水蒸气会从小孔喷出，推动风车转动，对风车做功，将内能转化为机械能，因此工作物质是水蒸气，该热机模型是在易拉罐外燃烧燃料，属于外燃机。 【知识点2 汽油机与柴油机】 1. 汽油机 （1）主要结构：主要由气缸、活塞、火花塞、进气门、排气门、 曲轴和连杆组成。 （2）工作过程 汽油机工作时，活塞在气缸内做往复运动，图10-3-5是汽油机工作过程示意图。 ①冲程：活塞做一次单向运动的过程称为一个冲程。 ②四个冲程：汽油机的一个工作循环过程包括四个冲程，分别 是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。完成一个工作循环，活塞往复运动2次，飞轮转动2周，对外做功1次。 2. 柴油机 （1）结构：柴油机的结构与汽油机相似，图10-3-6为柴油机的结构示意图，由于柴油机通过压缩空气直接点燃柴油，气缸顶部的火花塞换成了喷油嘴。 （2）工作过程：柴油机的工作循环过程也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。吸气冲程中只有空气进入气缸。压缩冲程使气缸内的空气温度升高。压缩结束时，气缸内温度超过柴油燃点，此时，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即燃烧起来。做功冲程中气缸内气体的压强、温度急剧增大，从而有力地推动活塞对外做功。 （3）特点：与汽油机相比，柴油机的零件结构强度更高，也更笨重，但柴油机油耗低、功率大，因此多用于载重汽车、坦克、轮船及小型发电机。 3. 火箭发动机 火箭发动机是一种新型的热机。由于要在缺氧的高空中工作，火箭发动机与大多数普通热机不同，必须自带氧化剂（如液氧）。燃料和氧化剂在燃烧室内燃烧，产生高温高压燃气，燃气通过喷口向后喷出推动火箭前进。 【例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。 【变式2-1】下图是某四冲程汽油机顺序被打乱的工作图，下列说法正确的是（　　） A．四个冲程的顺序应该是乙→甲→丁→丙 B．乙冲程的活塞正在往下运动 C．丁冲程将内能转化为机械能 D．热机是利用机械能做功的机器 【答案】B 【详解】A．四冲程汽油机的正确工作顺序是：吸气冲程（活塞下行，进气门开）→压缩冲程（活塞上行，两气门关闭）→做功冲程（活塞下行，两气门关闭）→排气冲程（活塞上行，排气门开）。分析图中：甲冲程两气门关闭，火花塞点火，活塞下行，为做功冲程；乙冲程进气门打开，活塞下行，为吸气冲程；丙冲程排气门打开，活塞上行，为排气冲程；丁冲程两气门关闭，活塞上行，为压缩冲程。因此正确顺序应为乙（吸气）→丁（压缩）→甲（做功）→丙（排气），故A错误； B．乙冲程为吸气冲程，此时活塞向下运动，进气门打开，吸入汽油和空气的混合物，故B正确； C．丁冲程为压缩冲程，两气门关闭，活塞上行，压缩油气混合物，将机械能转化为内能，故C错误； D．热机是利用燃料燃烧产生的内能转化为机械能来做功的机器，而不是直接利用机械能做功，故D错误。 故选B。 【变式2-2】汽油机的一个工作循环是由四个冲程组成的，其中获得动力的冲程是________，一台某型号单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1200r/min，1s对外做功_______次。 【答案】 做功冲程 10 【详解】在汽油机的四个冲程中，获得动力的冲程是做功冲程，该冲程中燃气膨胀做功，将内能转化为机械能，为汽油机提供动力； 飞轮转速；四冲程汽油机的飞轮每转2圈完成一个工作循环，每个工作循环对外做功1次，因此1s内对外做功的次数为10次。 模块三 课后作业 1．热机的发明及广泛使用，对人类社会的发展起到了重要的作用，下列不属于热机应用的是（ ） A．喷气式飞机 B．柴油拖拉机 C．纯电动汽车 D．燃油摩托车 【答案】C 【详解】ABD．喷气式飞机、燃油摩托车、柴油拖拉机均是使用热机进行运作，将燃料燃烧产生的内能转化为机械能，故ABD不符合题意； C．纯电动汽车利用的是电能，将电能转化为机械能，没有使用热机，故C符合题意。故选C。 2．如图，加热试管中的水至沸腾。分析橡胶塞被冲出的过程，其能量转化与汽油机的哪个冲程类似（     ） 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】加热试管使水沸腾后，高温高压的水蒸气推动橡胶塞冲出，是水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能，而在汽油机四个冲程中，做功冲程是高温高压燃气膨胀对外做功，将内能转化为机械能，和本实验的能量转化一致。故选C。 3．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。 4．如图所示是四冲程汽油机的工作示意图，下列描述错误的是（     ） A．甲做功冲程燃气的内能转化为活塞的机械能 B．乙排气冲程活塞向上运动，把废气排出气缸 C．丙吸气冲程活塞向下运动，空气进入气缸 D．丁压缩冲程活塞向上运动，燃料混合物被压缩，活塞的机械能转化为燃料混合物的内能 【答案】C 【详解】A‌．甲图中进气门和排气门都关闭，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，是做功冲程。做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞向下运动，将燃气的内能转化为活塞的机械能，故A正确，不符合题意； B‌．乙图中进气门保持关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸，是排气冲程。排气冲程时，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸，故B正确，不符合题意； C‌．丙图，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进入汽缸，是吸气冲程。吸气冲程中，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进入气缸，而不是只有空气进入气缸，故C错误，符合题意； D‌．丁图，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，是压缩冲程。压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，活塞的机械能转化为燃料混合物的内能，故D正确，不符合题意。 故选C。 5. 柴油机和汽油机都属于内燃机，下列有关说法中正确的是（     ） 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气吸入汽缸 C．四冲程汽油机在工作过程中，进气门关闭的冲程是吸气冲程 D．在柴油机的压缩冲程中，活塞的机械能转化为密闭空气的内能 【答案】D 【详解】A．汽油机顶部是火花塞，柴油机顶部是喷油嘴，A的说法刚好相反，故A错误； B．柴油机在吸气冲程中，只吸入空气，柴油是在压缩冲程末由喷油嘴喷入汽缸的，故B错误； C．四冲程汽油机的吸气冲程中，进气门是打开的，排气门关闭，故C错误； D．柴油机的压缩冲程中，活塞对密闭空气做功，将机械能转化为空气的内能，使空气温度升高，故D正确。 故选D。 6．1876年，德国工程师奥托制造了第一台新型的以煤气为燃料的四冲程内燃机。如图为四冲程柴油机的工作过程。下列相关说法正确的是（　　） A．汽油机和柴油机都是内燃机，吸入汽缸的物质相同 B．乙冲程使缸内气体内能增大，为内燃机提供动力 C．丙冲程主要是依靠飞轮的惯性完成的 D．柴油机降温常用水做冷却剂是因为水的比热容大 【答案】D 【详解】A．柴油机和汽油机都属于内燃机，工作过程中，汽油机吸入的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入的是空气，故A错误； B．由乙图可知，两个气门关闭，活塞向上运动，活塞压缩气体做功，此冲程为压缩冲程，内燃机通过做功冲程获得动力，故B错误； C．由丙图可知，两个气门关闭，高温气体推动活塞向下运动，气体对外做功，丙是做功冲程，是气体推动活塞做功，不是靠惯性，故C错误； D．水的比热容大，升高相同温度吸收热量多，冷却效果好，故D正确。 故选D。 7．如下表所示是对汽油机和柴油机不同点进行对比的表格，其中正确的是（　　） 序号 汽油机 柴油机 ① 有火花塞 有喷油嘴 ② 热机效率高 热机效率低 ③ 点燃式 压燃式 ④ 吸入燃油和空气的混合物 吸入柴油和空气的混合物 A．① B．②④ C．②③ D．①③ 【答案】D 【详解】①柴油机气缸顶部有个喷油嘴，汽油机气缸顶部有个火花塞，故①正确； ②柴油机比汽油机的效率高，故②错误； ③汽油机采用点燃式，柴油机采用压燃式，故③正确； ④在吸气冲程，汽油机吸入气缸的是汽油和空气的混合体，柴油机吸入气缸的是空气，故④错误。 综上其中正确的是①③。故选D。 8．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，说法错误的是（　　） A．构造上，汽油机气缸顶部有火花塞，柴油机气缸顶部有喷油嘴 B．汽油机的点火方式是点燃式，柴油机的点火方式是压燃式 C．在压缩冲程末，柴油机的燃气温度和压强比汽油机里的高 D．吸气冲程中，柴油机吸入气缸的是空气和柴油，汽油机吸入气缸的是空气和汽油 【答案】D 【详解】A．在构造上，汽油机气缸顶部有火花塞，用于在做功冲程开始时点燃燃料；柴油机气缸顶部有喷油嘴，用于做功冲程开始时向气缸内喷射柴油，故A正确，不符合题意； B．汽油机是利用火花塞产生电火花点燃燃料，属于点燃式；柴油机是依靠压缩空气使其温度升高到柴油的燃点，使柴油自行燃烧，属于压燃式，故B正确，不符合题意； C．柴油机的压缩比较大，在压缩冲程中，活塞对气缸内的气体做功更多，使得气体内能增加更多，因此在压缩冲程末，柴油机气缸内气体的温度和压强比汽油机的高，故C正确，不符合题意； D．在吸气冲程中，汽油机吸入的是汽油和空气的混合物，而柴油机吸入的是空气，故D错误，符合题意。 故选D。 9．2025年12月27日，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙火箭成功发射气象卫星风云四号03星。如图所示，火箭升空过程中，燃料燃烧产生的内能转化为机械能，这与热机的哪个冲程能量转化方式一致（　　） 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】火箭升空时，将燃料燃烧产生的内能转化为火箭机械能。热机四冲程中，吸气、排气冲程无能量转化；压缩冲程将机械能转化为内能；做功冲程将内能转化为机械能。故选C。 10. 如图是2023年10月26日神舟十七号运载火箭载着开封航天员江新林和队友三人共赴苍穹的场景。火箭的发动机______（填“是”“不是”）热机，火箭点火升空时的能量转化是_____。 【答案】 是 化学能转化为内能，内能再转化为机械能 【详解】[1]火箭的发动机也是利用内能工作的机械，属于热机。 [2]火箭发射升空时，通过燃烧燃料将化学能转化为内能，释放的内能转移到高温高压的燃气上，然后向后喷出燃气，气体膨胀对外做功，内能转化为机械能，使火箭高度增加，速度增大，因此火箭点火升空时的能量转化是化学能转化为内能，内能再转化为机械能。 11．随着生活水平的提高，汽车已经进入百姓家庭，汽油机是汽车的“心脏”，一台四冲程汽油机工作时曲轴转速是________r/min时，此汽油机1秒钟可以完成20个做功冲程。汽油机在吸气冲程吸入的是：________。 【答案】 2400 汽油和空气 【详解】 四冲程汽油机的工作规律：1个工作循环含4个冲程，曲轴转动2圈，对应1个做功冲程。已知1秒完成20个做功冲程，即1秒内完成20个工作循环，1秒内曲轴转动圈数为圈。换算为每分钟转速： r/min 汽油机在吸气冲程吸入的是汽油和空气的混合物。 12．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。若汽油机1s内对外做功15次，则其曲轴的转速为________r/min。为了降低汽油机汽缸的温度，汽缸外有一个水箱体，使汽缸被水包围着，这是通过________的方式减少汽缸的内能。 【答案】 乙 1800 热传递 【详解】图甲中两气门关闭，火花塞点火且活塞向下运动，是做功冲程，将内能转化为机械能，图乙中水蒸气膨胀做功将塞子冲出，也是内能转化为机械能，故能量转化情况与乙图相同。 四冲程汽油机每完成一个工作循环对外做功1次，曲轴转动2圈。已知1s内对外做功15次，则1min内做功 次，故曲轴转速为。 汽缸被水包围，热量从高温的汽缸传递给低温的水，这是通过热传递的方式减少汽缸的内能。 13．如图甲所示是制作爆米花的机器，玉米粒在密封的锅体内被炉火加热，这是通过________的方法改变了玉米粒的内能；图乙是内燃机工作时某冲程示意图，该冲程为________冲程，它是_______（选填“汽油”或“柴油”）机。若飞轮的转速为2400r/min，在1s内，完成________个工作循环。 【答案】 热传递 压缩 柴油 20 【详解】玉米粒被炉火加热，是通过热传递的方式改变内能；观察图乙发现，两个气门都关闭，活塞向上运动，因此该冲程是压缩冲程；该内燃机结构有喷油嘴，汽油机顶部为火花塞，柴油机为压燃式，顶部是喷油嘴，因此这是柴油机； 飞轮转速 即1s内飞轮转40圈，内燃机一个工作循环飞轮转2圈，因此1s内完成的工作循环数为。 14．一台单缸四冲程汽油机工作时，若飞轮转速是3600r/min，该汽油机每秒对外做功_____次；在压缩冲程中，气体的温度升高，是通过_______的方式增加内能，下图中_____（填序号）表示该冲程。 【答案】 30 做功 B 【详解】飞轮转速，即每秒飞轮转60圈；四冲程汽油机的工作规律是：飞轮每转2圈，完成4个冲程，对外做功1次，因此每秒对外做功30次。 压缩冲程中，活塞压缩气缸内气体，对气体做功，机械能转化为内能，气体内能增加、温度升高，因此是通过做功的方式增加内能。 压缩冲程中，两气门均关闭，活塞上行，故图中B表示该冲程。 15. 如今汽车已进入了寻常百姓家，家用汽车的发动机一般都是______内燃机（选填“汽油”或“柴油”）。如图表示该发动机工作时的某个冲程，该冲程中，涉及的能量转化为______。由于发动机在______冲程会释放有害废气污染环境，我们平时应倡导尽量少开车的理念。 【答案】 汽油 机械能转化为内能 排气 【详解】[1]内燃机分为汽油机和柴油机，家用汽车发动机通常使用汽油内燃机，因其结构相对轻巧，适合家用汽车的动力需求。 [2]图中进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，该冲程中，活塞对汽缸内的气体做功，将活塞的机械能转化为气体的内能，使气体温度升高、压强增大。 [3]排放废气的是排气冲程，将燃烧后的废气排出汽缸，这些废气中含有有害成分，会污染环境。 16. 小东学习了热机后，想制作一个压缩空气动力小车。 （1）小东将充满气的气球捆绑在小车上，制成压缩空气动力小车，当气球向右喷气时，静止的小车向左运动起来了，如图甲所示。说明力可以改变物体的___________。细心的小东还发现喷完气的气球嘴内壁处湿漉漉的，原因是：___________；    （2）为制造压缩空气动力汽车，工程师将装有压缩空气的钢瓶与空气动力发动机连接，该发动机的一个工作循环分为进气冲程和排气冲程，如图乙所示。该发动机对外做功的是________（进气/排气）冲程。若该发动机的转速为1200r/min，则1s内发动机对外做功________次； （3）和传统汽油机相比，压缩空气动力车的优点是___________。 【答案】 （1）运动状态；水蒸气液化；（2）进气； 20；（3）无污染 【详解】（1）气球向右喷气，静止的小车向左运动，因为力的作用是相互的，小车的运动状态改变了，说明力可以改变物体的运动状态。 喷气是气体对外做功的过程，内能减小，气球嘴处温度较低，水蒸气会在气球嘴处液化成小水珠。 （2）压缩空气动力汽车的一个工作循环分为进气冲程和排气冲程，进气冲程时，进气门打开，排气门关闭，钢瓶中压缩空气进入气缸，推动活塞向下移，带动曲轴转动，车获得动力，同时气体内能减小，温度降低；排气冲程时，活塞上移，进气门关闭，排气门打开，将气体排气，因此对外做功的是进气冲程。 发动机的一个工作循环有二个冲程，曲轴转一周，对外做功一次，若该发动机的转速为1200r/min，则1秒转20周，即对外做功20次。 （3）传统汽油机，会有环境污染，压缩空气动力车的优点是无污染。 17. 嫦娥六号2024年5月3日成功发射，6月25日返回器携带月球样品着陆地球。如图，为嫦娥六号发射的场景。下列说法正确的有( ) A．嫦娥六号用的火箭喷气发动机不是热机的一种 B．嫦娥六号升空的过程是内能转化为机械能的过程 C．随着科技的发展，会实现火箭喷气发动机的内能全部转化为火箭的机械能 D．嫦娥六号卫星舱内携带的月球车，在升空过程中，内能和机械能都增加 选择理由： ________________。 【答案】 B；见解析。 【详解】A．火箭使用的喷气式发动机工作时将内能转化为机械能，是热机的一种，故A错误；B．嫦娥六号升空的过程，消耗燃料，将燃料燃烧释放出的内能转化为机械能，故B正确；C．由于热机工作过程中不可避免的存在热损失，不可能将内能全部转化为机械能，故C错误；D．卫星舱内月球车在升空过程中，质量不变，高度和速度都会增加，则动能和重力势能都增大，因此机械能增加。由于不知道月球车的温度变化情况，因此不能判断月球车的内能变化情况，故D错误。故选B。 18. 一台单缸四冲程汽油机，汽缸的横截面积为400cm2，活塞冲程长为30cm，做功冲程燃气的平均压强是5×105Pa，飞轮转速是240r/min。求： (1)燃气对活塞的平均压力是多少。 (2)一个做功冲程中燃气对活塞做多少功。 (3)求该汽油机的输出功率。 【答案】(1)20000N； (2)6000J；(3)12000W 【详解】（1）根据可得，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）汽油机工作时，飞轮转2周，对外做功1次，由于飞轮转速为240r/min，即1min内飞轮转240周，所以1min内汽油机对外做功120次，则1min内汽油机做的总功 该汽油机的输出功率 19. 2021年，中国的航天事业令中华儿女为之自豪，请回答下列问题： （1）图示为“长征五号”运载火箭，它采用了我国新研制的大推力液氧液氢发动机。火箭起飞时，液态氢燃料在燃烧过程中，其热值大小______（选填“变大”、“变小”或“不变”），燃料燃烧时，把燃料的______能转化为内能，产生大量高温高压的燃气，燃气对火箭做功，燃气的内能会______（选填“增大”、“减小”或“不变”）； （2）燃料燃烧后喷出的高温燃气，通过_______（选填“热传递”或“做功”）使发射台温度急剧升高，造成破坏。为了避免这种破坏，科学家在发射台下建造了一个巨大的水池，利用水的________较大的特性和水发生物态变化时，会吸收大量的热量来降低发射台的温度； （3）火箭发动机在没有空气的环境中________（填“能”或“不能”）正常工作。 【答案】（1）不变；化学；减小；（2）热传递；比热容；（3）能 【详解】（1）因为燃料的热值是燃料的特性，与燃料的质量和燃烧程度无关，所以液态氢燃烧的过程中，其热值保持不变； 燃料燃烧过程中，将化学能转化为燃气的内能，又将内能转化为火箭的机械能。 （2）火箭发射时，燃料燃烧后喷出的高温燃气，发射台从高温燃气吸收热量，通过热传递的方式使发射台温度急剧升高； 因为水的比热容较大，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，科学家在发射台下建造了一个巨大的水池，起到对发射台降温的作用。 （3）火箭发动机的燃料中有助燃剂，在没有空气的环境中仍然能正常工作。 20. 随着人民生活水平的提高，汽车开始进入普通百姓家庭。小明的爸爸最近也购买了一辆汽车，他高兴极了，把车的里里外外都观察了个够。通过观察，小明发现汽车上的许多部件都用到了物理知识。 (1)汽车的发动机是四冲程汽油机，图甲表示的是______冲程；压缩冲程可将______能转化为______能。发动机通常用水作为冷却液，这是因为水的______比较大。 (2)当单缸四冲程汽油机的转速为3600r/min时，在1s内汽油机对外做功的次数是______次。 (3)汽车在行驶过程中，很多部位会发热，如：①发动机外壳发烫；②轮胎发热；③刹车片发热；④水箱中的水变热。其中属于通过做功改变内能的（　　） A．①②③④ B．②④ C．①③ D．②③ (4)小明通过上网查到了这种汽车的输出功率与转速的关系如图乙所示。小明又向爸爸询问了一些实测数据：汽车行驶的路况好，平均车速为100km/h，发动机转速为2000r/min，平均油耗为9L/100km，由图乙中数据，分析这辆汽车在这种状态下行驶时，每小时对外所做的有用功为______J，如该发动机为单缸四冲程发动机，则该汽油发动机每次做功消耗汽油的质量为______kg。（已知汽油的密度为0.8×103kg/m3） 【答案】(1) 排气；机械；内；比热容；(2)30；(3)D；(4) 1.08×108；1.2×10-4 【详解】（1）如图甲，进气门关闭、排气门打开，活塞向上运动，可以判断是排气冲程。 在内燃机的压缩冲程中，活塞向上运动，压缩气缸内的混合气体，使其温度和压力都升高。这个过程中，活塞的机械能被转化为气体的内能，表现为气体温度的升高。因此，压缩冲程是一个将机械能转化为内能的过程。 水的比热容较大，意味着相同质量的水和其他物质相比，升高（或降低）相同温度时，水吸收（或放出）的热量更多。因此，发动机用水作为冷却液时，能在吸收大量热量的同时，自身温度不会急剧升高，从而有效起到冷却作用。 （2）飞轮转速是3600r/min，即60r/s，表示每秒飞轮转动60圈，而飞轮每转动2圈，对外做功1次，所以1s内汽油机对外做功30次。 （3）①发动机外壳发烫，是发动机的内能转移到外壳，使其温度升高，是通过热传递改变内能的； ②轮胎发热，是轮胎和地面摩擦生热，是通过做功改变内能的； ③刹车片发热，是刹车片和车轮摩擦生热，是通过做功改变内能的； ④水箱中的水变热，是发动机的内能传递给水，使其温度升高，是通过热传递改变内能的。 综上所述，属于通过做功改变内能的是②③，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 （4）由图乙可知，发动机转速为2000r/min时，其输出功率约为30kW，则每小时对外所做的有用功为 汽车行驶100km消耗的汽油是 则汽油的质量 单缸四冲程发动机每完成4个冲程，飞轮转动2圈，对外做功1次。发动机转速为2000r/min，则每分钟做功1000次，所以每小时做功次数为 汽车每小时消耗汽油7.2kg，每小时做功6×104次，所以每次做功消耗汽油的质量为 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $