第二章 改变世界的热机（单元分层自测·能力提升卷）物理新教材教科版九年级上册

**基本信息** 2026-2027学年九年级上册物理第二章《改变世界的热机》能力提升卷，以神舟火箭、无人驾驶汽车等科技情境和跨学科实践为特色，适配单元复习，全面考查热机原理、能量转化及效率计算，落实物理观念与科学思维。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |单选题|14题/28分|热机应用（如自行车是否用热机）、能量转化（火箭升空顺序）|结合生活实例，基础概念辨析| |多选题|3题/12分|热机效率（柴油机与汽油机比较）、冲程能量转化|多选项深化理解，科学论证| |填空题|8题/32分|四冲程判断、飞轮转速计算、火箭能量转化|图文结合，强化物理观念| |简答题|1题/4分|古代点火器能量转化与汽油机冲程类比|文化传承与学科知识融合| |实验题|2题/12分|自制热机模型（外燃机与内燃机比较）|跨学科实践，培养科学探究| |计算题|2题/12分|发动机功率、效率计算（空燃比、排气量）|联系实际，考查模型建构与科学推理|

2026-2027学年九年级上册物理单元自测 第二章 改变世界的热机·能力提升卷 建议用时：90分钟，满分：100分 一、单选题（共28分） 1．（本题2分）下列交通工具中，没有利用热机的是（　　） A．蒸汽火车 B．火箭 C．轮船 D．自行车 2．（本题2分）2025年10月31号“神舟二十一”号火箭发射时，在发射过程中燃料燃烧产生高温高压气体，推动火箭升空，该过程中能量转化的顺序正确的是（　　） A．内能化学能 B．化学能机械能 C．机械能内能 D．化学能电能 3．（本题2分）为减少能源消耗，保护环境，须合理利用能源，下列方法中对提升热机效率有用的是（   ） A．尽量增加废气带走的热量 B．使用热值更大的燃料 C．尽量减少热机部件的摩擦 D．尽量延长热机工作时间 4．（本题2分）如图所示，点燃走马灯底部的蜡烛，上升的热空气驱动扇叶转动，带动纸片小人转动。汽油机四个冲程中与其能量转化相同的是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 5．（本题2分）在汽油机工作过程中，依靠曲轴的惯性来完成运转的冲程是（     ） A．吸气冲程和做功冲程 B．压缩冲程和做功冲程 C．做功冲程和排气冲程 D．压缩冲程和排气冲程 6．（本题2分）汽车发动机一般是柴油机或汽油机，小明查看了某品牌汽车发动机的说明书后，将该汽车发动机的能量流向制成如图所示的图表。若完全燃烧了10kg的汽油，下列说法正确的是（　　）（汽油的热值为） A．该汽车发动机的效率为100% B．冷却水带走的能量最多 C．燃料燃烧时把内能转化为化学能 D．能够输出的有用功为 7．（本题2分）如图所示是四冲程汽油机的剖面图，关于其四个冲程的描述中正确的是（     ） A．吸气冲程中，只有空气进入汽缸 B．压缩冲程中，通过做功的方式使汽缸内气体的内能增加 C．做功冲程中，机械能转化为内能 D．排气冲程中，废气带走的能量只是燃料燃烧释放能量的极少部分 8．（本题2分）关于四冲程内燃机，下列说法中错误的是（     ） A．热机效率越高，所做的有用功就越多 B．柴油机在吸气冲程中吸入气缸的是空气 C．一个工作循环中曲轴转动2周 D．只有做功冲程是将内能转化为机械能 9．（本题2分）一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为2400转每分钟，则汽油机每秒内完成冲程，对外做功次，活塞往复运动次。下列选项正确的是（     ） A．80，20，40 B．4800，1200，2400 C．80，40，80 D．4800，1200，4800 10．（本题2分）甲热机的效率比乙热机的效率高，其含义是（     ） A．甲热机的功率比乙热机的功率大 B．甲热机做的有用功比乙热机做的有用功多 C．在做相同有用功、完全燃烧同种燃料的情况下，甲热机消耗的燃料比乙热机消耗的燃料多 D．在完全燃烧相同质量的同种燃料的情况下，甲热机做的有用功多 11．（本题2分）做同样多的有用功，甲、乙两柴油机所用时间和消耗的柴油对比如下表，下列说法中正确的是（     ） 柴油机 完成工作量 时间 消耗柴油 甲 相同 3h 5kg 乙 相同 2h 6kg A．甲的功率小，热机效率低 B．甲做的有用功多，做功快 C．乙做的总功多，热机效率低 D．消耗相同质量的柴油，乙做的有用功多 12．（本题2分）如图a为内燃机四冲程工作示意图，图b为迅速压下活塞，厚玻璃筒内硝化棉会燃烧起来，下列说法正确的（     ） A．一个工作循环的正确顺序是：乙甲丁丙 B．图甲冲程是将所有的内能转化为机械能的过程 C．从能量转化角度讲，图b工作时与图甲的原理相似 D．图丁冲程是机械能转化为内能的过程 13．（本题2分）如图所示，建设一个光热电站，其设计要求：汽轮机发电系统需要输入热功率至少达到才能并网发电。已知镜场反射效率为55%，吸热器吸收效率为85%，储热系统热损失率为10%（即90%的热量能进入蒸汽发生器）。若太阳辐射强度为，要维持发电机组正常运行，所需镜板的最小总采光面积约为（     ） A． B． C． D． 14．（本题2分）无人驾驶汽车是一种智能汽车，主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。如图所示，某无人驾驶汽车以的速度沿水平路面匀速直线行驶了，行驶过程受到的牵引力为，发动机消耗柴油。已知柴油的热值为，则下列说法正确的是（　　） A．柴油完全燃烧放出的热量为 B．牵引力做功的功率为 C．汽车发动机的效率为40% D．增大行驶路程，发动机做的有用功会增多，发动机的效率将提高 二、多选题（共12分） 15．（本题4分）如图所示为汽油机工作时某冲程的示意图，下列关于这个冲程的说法正确的是（     ） A．该冲程是做功冲程 B．该冲程是压缩冲程 C．将机械能转化为内能 D．将内能转化为机械能 16．（本题4分）关于热机的效率，下列说法正确的是（    ） A．热机的效率越高说明做功越快 B．一般情况下柴油机的效率比汽油机的效率高 C．在热机的能量损失中，废气带走的能量最多 D．热机的效率越高，在做功同样多的情况下，消耗的燃料越少 17．（本题4分）如图，某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30cm2，气缸容积为150mL；满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮转速1800r/min，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），若1min消耗汽油10g，汽油的热值为4.5×107J/kg，下列说法正确的是（　　） A．做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2700N B．燃气对活塞做功的功率是2025W C．一个做功冲程中燃气对活塞做的功是135J D．该汽油机的效率是54% 第II卷（非选择题） 三、填空题（共32分） 18．（本题4分）如图为单缸四冲程汽油机的_______冲程，该冲程活塞向上运动时，汽缸内燃料混合气体的温度_______。 19．（本题4分）如图所示为某单缸四冲程内燃机工作示意图，一个完整的工作循环顺序是___________，只有甲冲程获得动力，其他冲程都是靠飞轮的___________运转的。 20．（本题4分）2025年2月11日，卫星互联网低轨02组卫星成功发射，长征八号甲运载火箭圆满完成首飞任务。火箭升空过程中，燃料燃烧产生的内能转化为火箭的________能。热机的效率________（选填“可能”或“不可能”）达到100%。 21．（本题4分）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。 22．（本题4分）如图所示是某单缸四冲程汽油机的________冲程；为了不让汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一个水套，用水来冷却汽缸。若该汽油机每1秒钟对外做功25次，那么该汽油机飞轮的转速为________r/min。 23．（本题4分）汽油机是燃油汽车的动力来源之一。如图所示是某台汽油机工作时的能量数据，图中燃料完全燃烧释放的能量为__________J。若汽油的热值为，则该工作过程中消耗的汽油质量为__________kg。 24．（本题4分）当今氢燃料客车使用比例越来越高。已知某氢燃料客车热机效率为50%。若60g氢燃料完全燃烧释放的能量用来驱动客车行驶，做的有用功是________J。若释放的这些热量全部被水吸收，可将50kg水从20℃升到________℃。（，）。 25．（本题4分）某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为，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，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时，汽油机每秒内完成______个冲程，汽油机的功率为______W。 四、简答题（共4分） 26．（本题4分）我国古人曾发明一种点火器，以牛角为套筒，把艾绒黏附在木质推杆前端，其结构如图所示。取火时一只手握住套筒，另一只手向内猛推推杆，推杆前端的艾绒就会被点燃。 (1)解释艾绒被点燃的原因（包含能量的观点）。 (2)艾绒被点燃的过程中相当于四冲程汽油机的哪个冲程。 五、实验题（共12分） 27．（本题5分）在跨学科实践课上，某小组围绕“制作内燃机还是外燃机模型”进行了探究，最终完成了简易热机模型的设计与制作。 【项目提出】 简易热机模型的类型探究——内燃机与外燃机的比较与选择。 【项目分析】 （1）热机的原理 如图（a），将试管中的水加热一段时间后，塞子冲了出去，瓶内气体的内能转化为塞子的______能。此实验基本展示了热机的工作原理。 （2）热机的分类 外燃机：燃烧室在气缸外，如蒸汽机、燃烧燃料使水变成______，推动活塞做功。 内燃机：燃料在气缸内部燃烧，利用燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功。其原理与图（b）中______的原理相同。 【项目实施】 （3）制作简易内燃机模型 如图（c），在塑料瓶的侧壁上打一个小孔，向瓶内喷入适量酒精，将塑料杯倒扣在瓶口，用点火器通过侧壁小孔点燃瓶内酒精，塑料杯被向上弹开，瓶内气体内能变______，此过程与四冲程内燃机______冲程的能量转化相同。 【评价交流】 若喷入酒精少，实验效果差；喷入酒精多，易引发瓶口及塑料杯燃烧，存在安全隐患。 综合安全性与可操作性的考虑，同学们最终选择了制作外燃机模型。 28．（本题7分）某同学在科学晚会上分享了“自制简易热机模型”的制作过程（模型如图所示）： ①准备一个空易拉罐、一支去掉笔芯和尾塞的中性笔、一台小风扇、一个酒精灯等。 ②向易拉罐内部注入半罐水。将笔的尖端朝外，另一端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封。 ③将易拉罐按图中方式放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇叶。 ④点燃易拉罐下面的酒精灯，当有蒸汽喷出时，扇叶转动起来。 请将该热机模型的说明书补充完整： (1)汽轮机模型工作过程的能量转化情况为：化学能→_____→_____。 (2)常见的易拉罐容积为240mL、330mL、500mL等，该模型使用240mL规格的易拉罐，可以减少_____（选填“误差”或“加热时间”）。为保证小风扇转动，笔杆_____（选填“能”或“不能”）插入水中。 (3)进行了调整后，再次测试，发现风扇转动得很慢。同学们交流后认为，这是蒸汽喷射力不足造成的。以下几种解决方案中你认为可行的是_____。 A．增加酒精灯的高度，用其内焰加热 B．更换一个更细的喷嘴 C．降低小风扇的高度，使喷嘴对准风扇的中心 (4)工作物质推动扇叶转动时发生的能量转化与图中汽油机的_____冲程发生的能量转化相同（填字母）； A． B． C． D． (5)该热机模型的工作效率一定小于1，原因是_____。（写出一条合理即可） 六、计算题（共12分） 29．（本题6分）某辆以92号汽油为燃料的汽车，其发动机的相关数据如表所示。表中“空燃比”指的是气缸内空气和燃油的质量比。 飞轮转速 3600 汽缸内汽油和空气混合气体的密度 汽缸的工作容积 汽油的热值 发动机最大输出功率 空燃比 (1)汽车以的速度匀速运动时发动机的输出功率最大，此时汽车内做的有用功是多少？ (2)汽车完成一个工作循环时，汽油完全燃烧放出的热量是多少？ (3)当汽车以的速度匀速行驶时，发动机的效率是多大？ 30．（本题6分）郝伶俐同学看到一些小汽车的尾部都标有“0.8”“1.6”“1.8”或“2.0”等字样，她上网查询得知这是汽车发动机“排气量”的数值，所谓排气量就是发动机的工作容积，是指汽缸内活塞从下止点到达上止点所扫过的体积。一般情况下发动机的“排气量”越大，功率越大。汽车发动机每一个工作循环要经历四个冲程，带动曲轴转动2周，做功一次。如图现有一辆小轿车（四个汽缸）发动机排气量为V0，燃气每次对活塞的平均压强为p0；当该发动机以最大功率工作时，曲轴的转速为n0r/min。 （1）单个汽缸一秒内燃气做多少次功 （2）该汽油机一个做功冲程做功多少？ （3）该汽油机的功率是多少？ 学科网（北京）股份有限公司1 / 16 学科网（北京）股份有限公司 $………………○………………外………………○………………装………………○………………订………………○………………线………………○……………… ………………○………………内………………○………………装………………○………………订………………○………………线………………○……………… 此卷只装订不密封 ………………○………………内………………○………………装………………○………………订………………○………………线………………○……………… ………………○………………外………………○………………装………………○………………订………………○………………线………………○……………… … 学校：______________姓名：_____________班级：_______________考号：______________________ 2026-2027学年九年级上册物理单元自测 第二章 改变世界的热机·能力提升卷 建议用时：90分钟，满分：100分 一、单选题（共28分） 1．（本题2分）下列交通工具中，没有利用热机的是（　　） A．蒸汽火车 B．火箭 C．轮船 D．自行车 2．（本题2分）2025年10月31号“神舟二十一”号火箭发射时，在发射过程中燃料燃烧产生高温高压气体，推动火箭升空，该过程中能量转化的顺序正确的是（　　） A．内能化学能 B．化学能机械能 C．机械能内能 D．化学能电能 3．（本题2分）为减少能源消耗，保护环境，须合理利用能源，下列方法中对提升热机效率有用的是（   ） A．尽量增加废气带走的热量 B．使用热值更大的燃料 C．尽量减少热机部件的摩擦 D．尽量延长热机工作时间 4．（本题2分）如图所示，点燃走马灯底部的蜡烛，上升的热空气驱动扇叶转动，带动纸片小人转动。汽油机四个冲程中与其能量转化相同的是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 5．（本题2分）在汽油机工作过程中，依靠曲轴的惯性来完成运转的冲程是（     ） A．吸气冲程和做功冲程 B．压缩冲程和做功冲程 C．做功冲程和排气冲程 D．压缩冲程和排气冲程 6．（本题2分）汽车发动机一般是柴油机或汽油机，小明查看了某品牌汽车发动机的说明书后，将该汽车发动机的能量流向制成如图所示的图表。若完全燃烧了10kg的汽油，下列说法正确的是（　　）（汽油的热值为） A．该汽车发动机的效率为100% B．冷却水带走的能量最多 C．燃料燃烧时把内能转化为化学能 D．能够输出的有用功为 7．（本题2分）如图所示是四冲程汽油机的剖面图，关于其四个冲程的描述中正确的是（     ） A．吸气冲程中，只有空气进入汽缸 B．压缩冲程中，通过做功的方式使汽缸内气体的内能增加 C．做功冲程中，机械能转化为内能 D．排气冲程中，废气带走的能量只是燃料燃烧释放能量的极少部分 8．（本题2分）关于四冲程内燃机，下列说法中错误的是（     ） A．热机效率越高，所做的有用功就越多 B．柴油机在吸气冲程中吸入气缸的是空气 C．一个工作循环中曲轴转动2周 D．只有做功冲程是将内能转化为机械能 9．（本题2分）一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为2400转每分钟，则汽油机每秒内完成冲程，对外做功次，活塞往复运动次。下列选项正确的是（     ） A．80，20，40 B．4800，1200，2400 C．80，40，80 D．4800，1200，4800 10．（本题2分）甲热机的效率比乙热机的效率高，其含义是（     ） A．甲热机的功率比乙热机的功率大 B．甲热机做的有用功比乙热机做的有用功多 C．在做相同有用功、完全燃烧同种燃料的情况下，甲热机消耗的燃料比乙热机消耗的燃料多 D．在完全燃烧相同质量的同种燃料的情况下，甲热机做的有用功多 11．（本题2分）做同样多的有用功，甲、乙两柴油机所用时间和消耗的柴油对比如下表，下列说法中正确的是（     ） 柴油机 完成工作量 时间 消耗柴油 甲 相同 3h 5kg 乙 相同 2h 6kg A．甲的功率小，热机效率低 B．甲做的有用功多，做功快 C．乙做的总功多，热机效率低 D．消耗相同质量的柴油，乙做的有用功多 12．（本题2分）如图a为内燃机四冲程工作示意图，图b为迅速压下活塞，厚玻璃筒内硝化棉会燃烧起来，下列说法正确的（     ） A．一个工作循环的正确顺序是：乙甲丁丙 B．图甲冲程是将所有的内能转化为机械能的过程 C．从能量转化角度讲，图b工作时与图甲的原理相似 D．图丁冲程是机械能转化为内能的过程 13．（本题2分）如图所示，建设一个光热电站，其设计要求：汽轮机发电系统需要输入热功率至少达到才能并网发电。已知镜场反射效率为55%，吸热器吸收效率为85%，储热系统热损失率为10%（即90%的热量能进入蒸汽发生器）。若太阳辐射强度为，要维持发电机组正常运行，所需镜板的最小总采光面积约为（     ） A． B． C． D． 14．（本题2分）无人驾驶汽车是一种智能汽车，主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。如图所示，某无人驾驶汽车以的速度沿水平路面匀速直线行驶了，行驶过程受到的牵引力为，发动机消耗柴油。已知柴油的热值为，则下列说法正确的是（　　） A．柴油完全燃烧放出的热量为 B．牵引力做功的功率为 C．汽车发动机的效率为40% D．增大行驶路程，发动机做的有用功会增多，发动机的效率将提高 二、多选题（共12分） 15．（本题4分）如图所示为汽油机工作时某冲程的示意图，下列关于这个冲程的说法正确的是（     ） A．该冲程是做功冲程 B．该冲程是压缩冲程 C．将机械能转化为内能 D．将内能转化为机械能 16．（本题4分）关于热机的效率，下列说法正确的是（    ） A．热机的效率越高说明做功越快 B．一般情况下柴油机的效率比汽油机的效率高 C．在热机的能量损失中，废气带走的能量最多 D．热机的效率越高，在做功同样多的情况下，消耗的燃料越少 17．（本题4分）如图，某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30cm2，气缸容积为150mL；满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮转速1800r/min，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），若1min消耗汽油10g，汽油的热值为4.5×107J/kg，下列说法正确的是（　　） A．做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2700N B．燃气对活塞做功的功率是2025W C．一个做功冲程中燃气对活塞做的功是135J D．该汽油机的效率是54% 第II卷（非选择题） 三、填空题（共32分） 18．（本题4分）如图为单缸四冲程汽油机的_______冲程，该冲程活塞向上运动时，汽缸内燃料混合气体的温度_______。 19．（本题4分）如图所示为某单缸四冲程内燃机工作示意图，一个完整的工作循环顺序是___________，只有甲冲程获得动力，其他冲程都是靠飞轮的___________运转的。 20．（本题4分）2025年2月11日，卫星互联网低轨02组卫星成功发射，长征八号甲运载火箭圆满完成首飞任务。火箭升空过程中，燃料燃烧产生的内能转化为火箭的________能。热机的效率________（选填“可能”或“不可能”）达到100%。 21．（本题4分）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。 22．（本题4分）如图所示是某单缸四冲程汽油机的________冲程；为了不让汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一个水套，用水来冷却汽缸。若该汽油机每1秒钟对外做功25次，那么该汽油机飞轮的转速为________r/min。 23．（本题4分）汽油机是燃油汽车的动力来源之一。如图所示是某台汽油机工作时的能量数据，图中燃料完全燃烧释放的能量为__________J。若汽油的热值为，则该工作过程中消耗的汽油质量为__________kg。 24．（本题4分）当今氢燃料客车使用比例越来越高。已知某氢燃料客车热机效率为50%。若60g氢燃料完全燃烧释放的能量用来驱动客车行驶，做的有用功是________J。若释放的这些热量全部被水吸收，可将50kg水从20℃升到________℃。（，）。 25．（本题4分）某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为，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，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时，汽油机每秒内完成______个冲程，汽油机的功率为______W。 四、简答题（共4分） 26．（本题4分）我国古人曾发明一种点火器，以牛角为套筒，把艾绒黏附在木质推杆前端，其结构如图所示。取火时一只手握住套筒，另一只手向内猛推推杆，推杆前端的艾绒就会被点燃。 (1)解释艾绒被点燃的原因（包含能量的观点）。 (2)艾绒被点燃的过程中相当于四冲程汽油机的哪个冲程。 五、实验题（共12分） 27．（本题5分）在跨学科实践课上，某小组围绕“制作内燃机还是外燃机模型”进行了探究，最终完成了简易热机模型的设计与制作。 【项目提出】 简易热机模型的类型探究——内燃机与外燃机的比较与选择。 【项目分析】 （1）热机的原理 如图（a），将试管中的水加热一段时间后，塞子冲了出去，瓶内气体的内能转化为塞子的______能。此实验基本展示了热机的工作原理。 （2）热机的分类 外燃机：燃烧室在气缸外，如蒸汽机、燃烧燃料使水变成______，推动活塞做功。 内燃机：燃料在气缸内部燃烧，利用燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功。其原理与图（b）中______的原理相同。 【项目实施】 （3）制作简易内燃机模型 如图（c），在塑料瓶的侧壁上打一个小孔，向瓶内喷入适量酒精，将塑料杯倒扣在瓶口，用点火器通过侧壁小孔点燃瓶内酒精，塑料杯被向上弹开，瓶内气体内能变______，此过程与四冲程内燃机______冲程的能量转化相同。 【评价交流】 若喷入酒精少，实验效果差；喷入酒精多，易引发瓶口及塑料杯燃烧，存在安全隐患。 综合安全性与可操作性的考虑，同学们最终选择了制作外燃机模型。 28．（本题7分）某同学在科学晚会上分享了“自制简易热机模型”的制作过程（模型如图所示）： ①准备一个空易拉罐、一支去掉笔芯和尾塞的中性笔、一台小风扇、一个酒精灯等。 ②向易拉罐内部注入半罐水。将笔的尖端朝外，另一端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封。 ③将易拉罐按图中方式放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇叶。 ④点燃易拉罐下面的酒精灯，当有蒸汽喷出时，扇叶转动起来。 请将该热机模型的说明书补充完整： (1)汽轮机模型工作过程的能量转化情况为：化学能→_____→_____。 (2)常见的易拉罐容积为240mL、330mL、500mL等，该模型使用240mL规格的易拉罐，可以减少_____（选填“误差”或“加热时间”）。为保证小风扇转动，笔杆_____（选填“能”或“不能”）插入水中。 (3)进行了调整后，再次测试，发现风扇转动得很慢。同学们交流后认为，这是蒸汽喷射力不足造成的。以下几种解决方案中你认为可行的是_____。 A．增加酒精灯的高度，用其内焰加热 B．更换一个更细的喷嘴 C．降低小风扇的高度，使喷嘴对准风扇的中心 (4)工作物质推动扇叶转动时发生的能量转化与图中汽油机的_____冲程发生的能量转化相同（填字母）； A． B． C． D． (5)该热机模型的工作效率一定小于1，原因是_____。（写出一条合理即可） 六、计算题（共12分） 29．（本题6分）某辆以92号汽油为燃料的汽车，其发动机的相关数据如表所示。表中“空燃比”指的是气缸内空气和燃油的质量比。 飞轮转速 3600 汽缸内汽油和空气混合气体的密度 汽缸的工作容积 汽油的热值 发动机最大输出功率 空燃比 (1)汽车以的速度匀速运动时发动机的输出功率最大，此时汽车内做的有用功是多少？ (2)汽车完成一个工作循环时，汽油完全燃烧放出的热量是多少？ (3)当汽车以的速度匀速行驶时，发动机的效率是多大？ 30．（本题6分）郝伶俐同学看到一些小汽车的尾部都标有“0.8”“1.6”“1.8”或“2.0”等字样，她上网查询得知这是汽车发动机“排气量”的数值，所谓排气量就是发动机的工作容积，是指汽缸内活塞从下止点到达上止点所扫过的体积。一般情况下发动机的“排气量”越大，功率越大。汽车发动机每一个工作循环要经历四个冲程，带动曲轴转动2周，做功一次。如图现有一辆小轿车（四个汽缸）发动机排气量为V0，燃气每次对活塞的平均压强为p0；当该发动机以最大功率工作时，曲轴的转速为n0r/min。 （1）单个汽缸一秒内燃气做多少次功 （2）该汽油机一个做功冲程做功多少？ （3）该汽油机的功率是多少？ 试题 第3页（共8页） 试题 第4页（共8页） 试题 第1页（共8页） 试题 第2页（共8页） 学科网（北京）股份有限公司 $ 2026-2027学年九年级上册物理单元自测 第二章 改变世界的热机·能力提升卷（参考答案） 第I卷（选择题） 一、单选题（本题共14小题，每题2分，共28分） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 D B C C D D B A A D C D B C 二、多选题（本题共3小题，每题4分，共12分） 15 16 17 AD BCD ABC 第II卷（非选择题） 三、填空题（本题共8小题，每空2分，共32分） 18. 压缩 升高 19. 乙丁甲丙 惯性 20. 机械 不可能 21. 做功冲程 10 22. 压缩 3000 23. 24. 60 25. 60 2025 四、简答题（4分） 26. (1)因为手向内猛推推杆，推杆压缩空气做功，机械能转化为内能，内能增大，温度升高，达到艾绒的燃点，所以艾绒被点燃。 (2)压缩冲程 五、实验题（本题每空1分，共12分） 27. 机械 水蒸气 甲 小 做功 28. (1) 内能 机械能 (2) 加热时间 不能 (3)B (4)C (5)酒精灯燃烧过程中，有热量损失 六、计算题（共12分，每题6分） 28. (1) (2) (3) 【详解】（1）发动机的最大输出功率 时间 汽车1min内做的有用功为 （2）汽缸内汽油和空气混合气体的体积等于汽缸的工作容积，即 汽油和空气混合气体的质量 已知空燃比是12:1，则吸入汽油的质量 完成一个工作循环时，汽油燃烧释放的热量 （3）飞轮的转速是3600r/min，则1min内完成的工作循环数是1800个，则1min内汽油燃烧释放的热量 发动机的效率 29. （1）（2）；（3） 【详解】解：（1）当该发动机以最大功率工作时，曲轴的转速为 由于汽车发动机每一个工作循环要经历四个冲程，带动曲轴转动2周，做功一次，所以单个汽缸一秒内燃气做功次数 （2）假设活塞的横截面积为S，活塞从下止点到达上止点所运动的路程为L，燃气对活塞的平均压力 F=p0S 发动机排气量为V0，一个汽缸排气量是，汽油机一个做功冲程所做的功 （3）汽缸一秒内燃气所做的功 汽缸做功的功率 该汽油机的功率是 答：（1）单个汽缸一秒内燃气做功次数是； （2）该汽油机一个做功冲程做功是； （3）该汽油机的功率是。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司1 / 16 学科网（北京）股份有限公司 $ 2026-2027学年九年级上册物理单元自测 第二章 改变世界的热机·能力提升卷 建议用时：90分钟，满分：100分 一、单选题（共28分） 1．（本题2分）下列交通工具中，没有利用热机的是（　　） A．蒸汽火车 B．火箭 C．轮船 D．自行车 【答案】D 【详解】ABC．蒸汽火车、火箭、轮船的发动机均是一种把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置，即热机，故ABC不符合题意； D．自行车没有利用热机，是通过消耗人的体力工作的，故D符合题意。 故选D。 2．（本题2分）2025年10月31号“神舟二十一”号火箭发射时，在发射过程中燃料燃烧产生高温高压气体，推动火箭升空，该过程中能量转化的顺序正确的是（　　） A．内能化学能 B．化学能机械能 C．机械能内能 D．化学能电能 【答案】B 【详解】火箭发动机燃料燃烧，喷出高温高压气体，化学能转化为内能，气体对火箭施加向上的作用力，推动火箭加速升空，内能转化为机械能，则能量转化的完整顺序为化学能→内能→机械能，选项B概括了主要的能量转化，故ACD错误，B正确。 故选B。 3．（本题2分）为减少能源消耗，保护环境，须合理利用能源，下列方法中对提升热机效率有用的是（   ） A．尽量增加废气带走的热量 B．使用热值更大的燃料 C．尽量减少热机部件的摩擦 D．尽量延长热机工作时间 【答案】C 【详解】A．尽量增加废气带走的热量，会让更多的能量被浪费，降低热机效率，故A不符合题意； B．使用热值大的燃料，只能在燃料质量相同时放出的热量更多，但不会改变有用功和总功的比值，故B不符合题意； C．尽量减少热机部件的摩擦，可以减少额外功，提高有用能量占总能量的比例，可以提高热机效率，故C符合题意； D．尽量延长热机工作时间，做的有用功增多，总功也增多，但有用功与总功的比值不变，不能提高热机效率，故D不符合题意。 故选C。 4．（本题2分）如图所示，点燃走马灯底部的蜡烛，上升的热空气驱动扇叶转动，带动纸片小人转动。汽油机四个冲程中与其能量转化相同的是（　　） 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】走马灯中，热空气上升驱动扇叶转动，是将内能转化为机械能的过程。四冲程汽油机的做功冲程中，燃料燃烧释放的内能推动活塞做功，也是将内能转化为机械能，与走马灯的能量转化一致，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 5．（本题2分）在汽油机工作过程中，依靠曲轴的惯性来完成运转的冲程是（     ） A．吸气冲程和做功冲程 B．压缩冲程和做功冲程 C．做功冲程和排气冲程 D．压缩冲程和排气冲程 【答案】D 【详解】汽油机的四个工作冲程里，只有做功冲程是燃气燃烧膨胀推动活塞下行、带动曲轴主动输出动力。剩下的吸气冲程、压缩冲程、排气冲程都没有主动动力输出，需要依靠曲轴和飞轮的惯性来完成运转。故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 6．（本题2分）汽车发动机一般是柴油机或汽油机，小明查看了某品牌汽车发动机的说明书后，将该汽车发动机的能量流向制成如图所示的图表。若完全燃烧了10kg的汽油，下列说法正确的是（　　）（汽油的热值为） A．该汽车发动机的效率为100% B．冷却水带走的能量最多 C．燃料燃烧时把内能转化为化学能 D．能够输出的有用功为 【答案】D 【详解】A．在汽车工作中，总存在热损失，燃料燃烧放出的热量不可能全部用来做有用功，发动机的效率不可能达到100%，故A错误； B．如图所示，废气带走的能量最多，故B错误； C．燃料具有化学能，燃烧时会将化学能转化为内能，故C错误； D．由图可知，该内燃机的效率 完全燃烧10kg的汽油能够获得的能量 若完全燃烧10kg的汽油，能够输出有用功，故D正确。 故选D。 7．（本题2分）如图所示是四冲程汽油机的剖面图，关于其四个冲程的描述中正确的是（     ） A．吸气冲程中，只有空气进入汽缸 B．压缩冲程中，通过做功的方式使汽缸内气体的内能增加 C．做功冲程中，机械能转化为内能 D．排气冲程中，废气带走的能量只是燃料燃烧释放能量的极少部分 【答案】B 【详解】A．在汽油机的吸气冲程中，进入汽缸的是汽油和空气的混合物，故A错误； B．压缩冲程中，活塞向上运动，对燃料混合物做功，燃料混合物被压缩，气体的内能变大，此过程是通过做功的方式使汽缸内气体的内能增加，故B正确； C．做功冲程中，燃气推动活塞运动，是燃料燃烧释放的内能转化为活塞的机械能，故C错误； D．在排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的大部分，故D错误。 故选B。 8．（本题2分）关于四冲程内燃机，下列说法中错误的是（     ） A．热机效率越高，所做的有用功就越多 B．柴油机在吸气冲程中吸入气缸的是空气 C．一个工作循环中曲轴转动2周 D．只有做功冲程是将内能转化为机械能 【答案】A 【详解】A．热机效率表示有用功占燃料完全燃烧放出热量的比例，有用功的多少还与燃料完全燃烧放出的热量有关，不能只根据热机效率判断有用功的多少，故A错误； B．柴油机在吸气冲程中吸入气缸的只有空气，故B正确； C．四冲程内燃机完成一个工作循环，曲轴转动2周，故C正确； D．做功冲程中，高温高压燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，故D正确。 由于题目要求选择错误的，故选A。 9．（本题2分）一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为2400转每分钟，则汽油机每秒内完成冲程，对外做功次，活塞往复运动次。下列选项正确的是（     ） A．80，20，40 B．4800，1200，2400 C．80，40，80 D．4800，1200，4800 【答案】A 【详解】单缸四冲程汽油机的基础工作规律为：完成1个工作循环，飞轮转2圈，活塞往复运动2次，完成4个冲程，对外做功1次。 首先把飞轮转速换算为每秒的转数：2400转每分钟 = 2400转/60秒 = 40转/秒。 飞轮每秒转40圈，活塞每转1圈就往复运动1次，因此活塞每秒往复运动40次； 每2圈对应4个冲程，40转对应的冲程数为40×2=80个； 每2圈对外做功1次，40转对应的对外做功次数为。 对应数值为80、20、40，和选项A一致。 故选A。 10．（本题2分）甲热机的效率比乙热机的效率高，其含义是（     ） A．甲热机的功率比乙热机的功率大 B．甲热机做的有用功比乙热机做的有用功多 C．在做相同有用功、完全燃烧同种燃料的情况下，甲热机消耗的燃料比乙热机消耗的燃料多 D．在完全燃烧相同质量的同种燃料的情况下，甲热机做的有用功多 【答案】D 【详解】热机效率公式为 ABD．热机效率是指用来做有用功的那部分能量同燃料完全燃烧放出的能量的比值，功率表示做功的快慢，热机效率与功率是独立物理量，无必然联系。甲热机的效率高，说明完全燃烧相同质量的同种燃料，甲热机做的有用功多。故AB不符合题意，D符合题意； C．由热机效率公式可知，甲热机的效率比乙热机的效率高，在做相同有用功、完全燃烧同种燃料的情况下，甲热机燃料释放的热量少，则甲热机消耗的燃料比乙热机消耗的燃料要少，故C不符合题意。 故选D。 11．（本题2分）做同样多的有用功，甲、乙两柴油机所用时间和消耗的柴油对比如下表，下列说法中正确的是（     ） 柴油机 完成工作量 时间 消耗柴油 甲 相同 3h 5kg 乙 相同 2h 6kg A．甲的功率小，热机效率低 B．甲做的有用功多，做功快 C．乙做的总功多，热机效率低 D．消耗相同质量的柴油，乙做的有用功多 【答案】C 【详解】AC．柴油完全燃烧释放的热量是热机的总功来源，乙消耗的柴油质量更大，说明乙的总功更多； 由知，在有用功相同的情况下，乙总功更大，效率更低，则甲的效率更高，故A错误，C正确； B．由知，有用功相同时，甲用时3h、乙用时2h，则甲的功率更小，做功更慢，故B错误； D．甲的热机效率比乙高，所以消耗相同质量的柴油时，甲能做的有用功更多，故D错误。 故选C。 12．（本题2分）如图a为内燃机四冲程工作示意图，图b为迅速压下活塞，厚玻璃筒内硝化棉会燃烧起来，下列说法正确的（     ） A．一个工作循环的正确顺序是：乙甲丁丙 B．图甲冲程是将所有的内能转化为机械能的过程 C．从能量转化角度讲，图b工作时与图甲的原理相似 D．图丁冲程是机械能转化为内能的过程 【答案】D 【详解】由图1中，甲图两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，这是做功冲程。在此冲程中，燃料燃烧产生的内能转化为活塞的机械能。乙图进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，这是吸气冲程。丙图进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，这是排气冲程。丁图两个气门都关闭，活塞向上运动，这是压缩冲程。在此冲程中，活塞对气缸内的气体做功，将机械能转化为气体的内能，使气体温度升高。 图b中，迅速向下压活塞，活塞对筒内空气做功，使空气的内能增加，温度急剧升高，达到硝化棉的燃点，导致硝化棉燃烧。这个过程是机械能转化为内能。 A．内燃机的一个工作循环顺序是吸气、压缩、做功、排气冲程，即图1中的乙、丁、甲、丙，故A错误； B．图甲是做功冲程，是将内能转化为机械能。但是，由于存在热量散失、克服摩擦做功等能量损失，不可能将“所有”的内能都转化为机械能，故B错误； C．图b是将机械能转化为内能。图甲（做功冲程）是将内能转化为机械能。两者的能量转化方向相反，故C错误； D．由分析可知，图丁是压缩冲程，将机械能转化为气体的内能，故D正确。 故选 D。 13．（本题2分）如图所示，建设一个光热电站，其设计要求：汽轮机发电系统需要输入热功率至少达到才能并网发电。已知镜场反射效率为55%，吸热器吸收效率为85%，储热系统热损失率为10%（即90%的热量能进入蒸汽发生器）。若太阳辐射强度为，要维持发电机组正常运行，所需镜板的最小总采光面积约为（     ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】镜板总采光面积为S，则最终输入汽轮机的热功率 汽轮机发电系统需要输入热功率至少达到才能并网发电，因此所需镜板最小总采光面积 故选B。 14．（本题2分）无人驾驶汽车是一种智能汽车，主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。如图所示，某无人驾驶汽车以的速度沿水平路面匀速直线行驶了，行驶过程受到的牵引力为，发动机消耗柴油。已知柴油的热值为，则下列说法正确的是（　　） A．柴油完全燃烧放出的热量为 B．牵引力做功的功率为 C．汽车发动机的效率为40% D．增大行驶路程，发动机做的有用功会增多，发动机的效率将提高 【答案】C 【详解】A．已知柴油质量，热值，根据燃料完全燃烧放热公式，得柴油完全燃烧放出的热量 故A错误； B．已知牵引力，速度，根据功率公式，得汽车匀速行驶牵引力做功的功率 故B错误； C．已知行驶距离，根据功的公式，得汽车行驶过程中，牵引力做的功 结合A项结果，柴油完全燃烧放出的热量为 ，根据热机效率公式，则汽车发动机的效率为 故C正确； D．发动机的效率是有用功与燃料完全燃烧放出热量的比值，它主要由发动机本身的性能决定，在汽车以恒定速度行驶时，其效率基本保持不变，不会因为行驶路程的增大而提高，故D错误。 故选C。 二、多选题（共12分） 15．（本题4分）如图所示为汽油机工作时某冲程的示意图，下列关于这个冲程的说法正确的是（     ） A．该冲程是做功冲程 B．该冲程是压缩冲程 C．将机械能转化为内能 D．将内能转化为机械能 【答案】AD 【详解】图中进气门和排气门均关闭，火花塞正在点火，且活塞向下运动，这符合汽油机做功冲程的特征。在做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能。故选AD。 16．（本题4分）关于热机的效率，下列说法正确的是（    ） A．热机的效率越高说明做功越快 B．一般情况下柴油机的效率比汽油机的效率高 C．在热机的能量损失中，废气带走的能量最多 D．热机的效率越高，在做功同样多的情况下，消耗的燃料越少 【答案】BCD 【详解】A．热机的效率越高说明做的有用功占燃料完全燃烧放出的热量比例越高，与做功快慢无关，故A错误； B．柴油机压缩冲程的压缩程度更大，则燃料燃烧更充分，因此一般情况下柴油机的效率高于汽油机，故B正确； C．热机损失的能量中，废气的温度最高，因此废气带走的能量最多，故C正确； D．热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，因此热机效率越高，需要燃料放出的总热量越小，则在做功同样多的情况下消耗的燃料越少，故D正确。 故选BCD。 17．（本题4分）如图，某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30cm2，气缸容积为150mL；满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮转速1800r/min，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），若1min消耗汽油10g，汽油的热值为4.5×107J/kg，下列说法正确的是（　　） A．做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2700N B．燃气对活塞做功的功率是2025W C．一个做功冲程中燃气对活塞做的功是135J D．该汽油机的效率是54% 【答案】ABC 【详解】A．根据压强公式可知，做功冲程中燃气对活塞的平均压力F=pS=9.0×105 Pa×30×10-4m2=2700N 故A 正确； C．气缸容积V=Sh，气缸容积V=150 mL=1.5×10-4 m3 活塞面积S=30cm2=3×10-3 m2 则活塞移动距离 一个做功冲程中燃气对活塞做的功W=Fs=Fh=2700 N×0.05 m=135 J 故C 正确； B．四冲程汽油机每完成一个工作循环（飞轮转2圈），做功1次。飞轮转速 1800 r/min，则1分钟内做功次数 总功为W总​=nW=900×135 J=121500 J 燃气对活塞做功的功率 故B正确； D．汽油完全燃烧放出的热量 Q放​=mq=10×10-3kg×4.5×107J/kg=4.5×105J 汽油机的效率 故D错误。 故选 ABC​。 第II卷（非选择题） 三、填空题（共32分） 18．（本题4分）如图为单缸四冲程汽油机的_______冲程，该冲程活塞向上运动时，汽缸内燃料混合气体的温度_______。 【答案】 压缩 升高 【详解】[1]由图可知，两气门均关闭，活塞向上运动，故该冲程是压缩冲程。 [2]在压缩冲程中，活塞向上运动，压缩气体对气体做功，使气体的内能增加，温度升高。 19．（本题4分）如图所示为某单缸四冲程内燃机工作示意图，一个完整的工作循环顺序是___________，只有甲冲程获得动力，其他冲程都是靠飞轮的___________运转的。 【答案】 乙丁甲丙 惯性 【详解】[1]甲图中两气门都关闭，活塞向下运动，是做功冲程；乙图中进气门开启，气体流入汽缸，是吸气冲程；丙图中排气门开启，气体流出汽缸，是排气冲程；丁图中两气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程；所以一个完整的工作循环顺序是：乙丁甲丙。 [2]只有做功冲程，即甲冲程，获得动力，其他冲程都是靠惯性运转的。 20．（本题4分）2025年2月11日，卫星互联网低轨02组卫星成功发射，长征八号甲运载火箭圆满完成首飞任务。火箭升空过程中，燃料燃烧产生的内能转化为火箭的________能。热机的效率________（选填“可能”或“不可能”）达到100%。 【答案】 机械 不可能 【详解】[1]火箭升空过程中，火箭的机械能增加，燃料燃烧产生的内能转化为火箭的机械能。 [2]因为不可避免做额外功，能量损失不可避免，则热机的效率不可能达到100%。 21．（本题4分）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。 22．（本题4分）如图所示是某单缸四冲程汽油机的________冲程；为了不让汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一个水套，用水来冷却汽缸。若该汽油机每1秒钟对外做功25次，那么该汽油机飞轮的转速为________r/min。 【答案】 压缩 3000 【详解】图中两气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能； 汽油机一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周，所以每秒钟对外做功25次，完成25个工作循环，飞轮转50r，则1min飞轮转3000r，即飞轮转速为3000r/min。 23．（本题4分）汽油机是燃油汽车的动力来源之一。如图所示是某台汽油机工作时的能量数据，图中燃料完全燃烧释放的能量为__________J。若汽油的热值为，则该工作过程中消耗的汽油质量为__________kg。 【答案】 【详解】由图可知损失的能量，有用的机械能为，燃料完全燃烧释放的能量为 该过程消耗的汽油质量为 【点睛】 24．（本题4分）当今氢燃料客车使用比例越来越高。已知某氢燃料客车热机效率为50%。若60g氢燃料完全燃烧释放的能量用来驱动客车行驶，做的有用功是________J。若释放的这些热量全部被水吸收，可将50kg水从20℃升到________℃。（，）。 【答案】 60 【详解】氢燃料的质量 氢燃料完全燃烧放出的热量 有用功 水吸收的热量等于氢燃料完全燃烧放出的热量，即 升高的温度 水的末温为 25．（本题4分）某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为，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，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时，汽油机每秒内完成______个冲程，汽油机的功率为______W。 【答案】 60 2025 【详解】飞轮每秒转动圈数，四冲程汽油机中，飞轮每转1圈完成2个冲程，因此每秒完成冲程数为个 活塞面积 由可得，燃气对活塞的压力 活塞移动距离 则单个做功冲程的功 飞轮每秒转30圈，每2圈完成一个工作循环，对外做功1次，因此每秒做功次数为次，总功 汽油机的功率 四、简答题（共4分） 26．（本题4分）我国古人曾发明一种点火器，以牛角为套筒，把艾绒黏附在木质推杆前端，其结构如图所示。取火时一只手握住套筒，另一只手向内猛推推杆，推杆前端的艾绒就会被点燃。 (1)解释艾绒被点燃的原因（包含能量的观点）。 (2)艾绒被点燃的过程中相当于四冲程汽油机的哪个冲程。 【答案】(1)因为手向内猛推推杆，推杆压缩空气做功，机械能转化为内能，内能增大，温度升高，达到艾绒的燃点，所以艾绒被点燃。 (2)压缩冲程 【详解】（1）略。 （2）艾绒被点燃过程相当于四冲程汽油机的压缩冲程，将机械能转化为内能。 五、实验题（共12分） 27．（本题5分）在跨学科实践课上，某小组围绕“制作内燃机还是外燃机模型”进行了探究，最终完成了简易热机模型的设计与制作。 【项目提出】 简易热机模型的类型探究——内燃机与外燃机的比较与选择。 【项目分析】 （1）热机的原理 如图（a），将试管中的水加热一段时间后，塞子冲了出去，瓶内气体的内能转化为塞子的______能。此实验基本展示了热机的工作原理。 （2）热机的分类 外燃机：燃烧室在气缸外，如蒸汽机、燃烧燃料使水变成______，推动活塞做功。 内燃机：燃料在气缸内部燃烧，利用燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功。其原理与图（b）中______的原理相同。 【项目实施】 （3）制作简易内燃机模型 如图（c），在塑料瓶的侧壁上打一个小孔，向瓶内喷入适量酒精，将塑料杯倒扣在瓶口，用点火器通过侧壁小孔点燃瓶内酒精，塑料杯被向上弹开，瓶内气体内能变______，此过程与四冲程内燃机______冲程的能量转化相同。 【评价交流】 若喷入酒精少，实验效果差；喷入酒精多，易引发瓶口及塑料杯燃烧，存在安全隐患。 综合安全性与可操作性的考虑，同学们最终选择了制作外燃机模型。 【答案】 机械 水蒸气 甲 小 做功 【详解】[1]将试管中的水加热一段时间后，塞子冲了出去，瓶内气体对塞子做功，瓶内气体的内能减小，瓶内气体的内能转化为塞子的机械能，此实验基本展示了热机的工作原理。 [2]外燃机：燃烧室在气缸外，如蒸汽机、燃烧燃料使水吸收热量，汽化成气态的水蒸气，水蒸气推动活塞做功，水蒸气的内能转化为活塞的机械能。 [3]图(b)中甲燃料燃烧，产生高温高压气体，气体对风车做功，将内能转化为风车的机械能，推动风车转动，图b中乙燃料燃烧，给水加热，水吸收热量，汽化成高温的水蒸气，水蒸气对风车做功，将内能转化为风车的机械能，推动风车转动，因此内燃机燃料在气缸内部燃烧，利用燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功。其原理与图（b）中甲的原理相同。 [4][5]在塑料瓶的侧壁上打一个小孔，向瓶内喷入适量酒精，将塑料杯倒扣在瓶口，用点火器通过侧壁小孔点燃瓶内酒精，酒精燃烧，将化学能转化为内能，内能转化为塑料杯的机械能，塑料杯被向上弹开，瓶内气体内能变小。四冲程内燃机的吸气和排气冲程没有能量转化，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，因此此过程与四冲程内燃机做功冲程的能量转化相同。 28．（本题7分）某同学在科学晚会上分享了“自制简易热机模型”的制作过程（模型如图所示）： ①准备一个空易拉罐、一支去掉笔芯和尾塞的中性笔、一台小风扇、一个酒精灯等。 ②向易拉罐内部注入半罐水。将笔的尖端朝外，另一端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封。 ③将易拉罐按图中方式放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇叶。 ④点燃易拉罐下面的酒精灯，当有蒸汽喷出时，扇叶转动起来。 请将该热机模型的说明书补充完整： (1)汽轮机模型工作过程的能量转化情况为：化学能→_____→_____。 (2)常见的易拉罐容积为240mL、330mL、500mL等，该模型使用240mL规格的易拉罐，可以减少_____（选填“误差”或“加热时间”）。为保证小风扇转动，笔杆_____（选填“能”或“不能”）插入水中。 (3)进行了调整后，再次测试，发现风扇转动得很慢。同学们交流后认为，这是蒸汽喷射力不足造成的。以下几种解决方案中你认为可行的是_____。 A．增加酒精灯的高度，用其内焰加热 B．更换一个更细的喷嘴 C．降低小风扇的高度，使喷嘴对准风扇的中心 (4)工作物质推动扇叶转动时发生的能量转化与图中汽油机的_____冲程发生的能量转化相同（填字母）； A． B． C． D． (5)该热机模型的工作效率一定小于1，原因是_____。（写出一条合理即可） 【答案】(1) 内能 机械能 (2) 加热时间 不能 (3)B (4)C (5)酒精灯燃烧过程中，有热量损失 【详解】（1）[1][2]实验时将易拉罐下面的酒精灯点燃，当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来；酒精燃烧将化学能转化为内能，蒸汽推动扇叶转动，将内能转化为机械能，因此汽轮机模型工作过程的能量转化为：化学能→内能→机械能。 （2）[1]易拉罐容积大，水的质量大，加热时间会变长，所以该模型使用240mL规格的易拉罐，可以减少加热时间。 [2]该模型利用酒精灯加热易拉罐内的水，汽化为水蒸气，水蒸气喷出推动扇叶转动，所以笔杆不能插入水中。 （3）A．增加酒精灯的高度，用其内焰加热，温度更低，故A不符合题意； B．更换一个更细的喷嘴可以增大蒸汽喷出速度，能增大蒸汽喷射力，故B符合题意； C．扇叶转动时本质是可看作杠杆，降低小风扇的高度，使喷嘴对准风扇的中心，会使动力臂变小，需要更大推力来推动，会转得更慢，故C不符合题意。 故选B。 （4）工作物质推动扇叶转动时发生的能量转化是将水蒸气的内能转化为扇叶的机械能，四冲程汽油机中做功冲程是高温高压的气体推动活塞做功，将内能转化为机械能，图C中，进气门和排气门关闭，火花塞有火花，是做功冲程，所以ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 （5）该热机模型，酒精灯燃烧过程中，有热量损失，故该热机的工作效率不可能达到1，即工作效率一定小于1。 六、计算题（共12分） 29．（本题6分）某辆以92号汽油为燃料的汽车，其发动机的相关数据如表所示。表中“空燃比”指的是气缸内空气和燃油的质量比。 飞轮转速 3600 汽缸内汽油和空气混合气体的密度 汽缸的工作容积 汽油的热值 发动机最大输出功率 空燃比 (1)汽车以的速度匀速运动时发动机的输出功率最大，此时汽车内做的有用功是多少？ (2)汽车完成一个工作循环时，汽油完全燃烧放出的热量是多少？ (3)当汽车以的速度匀速行驶时，发动机的效率是多大？ 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）发动机的最大输出功率 时间 汽车1min内做的有用功为 （2）汽缸内汽油和空气混合气体的体积等于汽缸的工作容积，即 汽油和空气混合气体的质量 已知空燃比是12:1，则吸入汽油的质量 完成一个工作循环时，汽油燃烧释放的热量 （3）飞轮的转速是3600r/min，则1min内完成的工作循环数是1800个，则1min内汽油燃烧释放的热量 发动机的效率 30．（本题6分）郝伶俐同学看到一些小汽车的尾部都标有“0.8”“1.6”“1.8”或“2.0”等字样，她上网查询得知这是汽车发动机“排气量”的数值，所谓排气量就是发动机的工作容积，是指汽缸内活塞从下止点到达上止点所扫过的体积。一般情况下发动机的“排气量”越大，功率越大。汽车发动机每一个工作循环要经历四个冲程，带动曲轴转动2周，做功一次。如图现有一辆小轿车（四个汽缸）发动机排气量为V0，燃气每次对活塞的平均压强为p0；当该发动机以最大功率工作时，曲轴的转速为n0r/min。 （1）单个汽缸一秒内燃气做多少次功 （2）该汽油机一个做功冲程做功多少？ （3）该汽油机的功率是多少？ 【答案】（1）（2）；（3） 【详解】解：（1）当该发动机以最大功率工作时，曲轴的转速为 由于汽车发动机每一个工作循环要经历四个冲程，带动曲轴转动2周，做功一次，所以单个汽缸一秒内燃气做功次数 （2）假设活塞的横截面积为S，活塞从下止点到达上止点所运动的路程为L，燃气对活塞的平均压力 F=p0S 发动机排气量为V0，一个汽缸排气量是，汽油机一个做功冲程所做的功 （3）汽缸一秒内燃气所做的功 汽缸做功的功率 该汽油机的功率是 答：（1）单个汽缸一秒内燃气做功次数是； （2）该汽油机一个做功冲程做功是； （3）该汽油机的功率是。 学科网（北京）股份有限公司1 / 16 学科网（北京）股份有限公司 $