12.4 热机（讲义）物理新教材鲁科版（五四学制）九年级上册

本初中物理讲义聚焦“热机”核心知识点，从实验观察能量转化切入热机工作原理，系统梳理内燃机（四冲程汽油机、柴油机）的结构与工作过程，对比两者差异，进而学习燃料热值及热机效率计算，构建从原理到应用的完整知识支架。 该资料通过实验探究（如试管加热水推动瓶塞）培养科学探究能力，对比汽油机与柴油机强化科学思维中的模型建构，结合中考真题与跨学科实践（如制作蒸汽机模型）深化能量观念，课中辅助教师演示讲解，课后通过分层练习帮助学生查漏补缺，提升综合应用能力。

第十二章 内能与热机 第4节 热机 课标要点 1. 了解热机的工作原理。 2. 知道内能的利用在人类社会发展史中的重要意义。 学习重难点 重点：四冲程汽油机的工作过程、汽油机与柴油机区别、热机的能量转化。 难点：区分四个冲程、准确判断各冲程的能量转化、汽油机柴油机细节对比。 知识点 热机的工作原理 1. 观察与实验：不同形式能量之间的转化 【实验方法】 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。 【实验现象】 瓶塞被冲出来；管口附近出现“白雾”。 【分析论证】 酒精燃烧放出热量，酒精的化学能转化为水和水蒸气的内能； 水蒸气对瓶塞做功，内能转化为瓶塞的机械能。 【实验结论】 利用内能可以做功。 2. 热机 （1）热机：是把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置。 热机的能量转化：燃料的化学能（燃烧）→内能（做功）→机械能。 （2）热机种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 随学随练 1．（2026•内江中考）下列设备工作过程中没有使用热机的是（　　） A．燃油汽车 B．火箭 C．喷气式飞机 D．电瓶车 【答案】D 【详解】解：A、燃油汽车的发动机是内燃机，属于热机的一种。它通过燃烧燃油将内能转化为机械能，推动汽车前进，使用了热机，故A不符合题意。 B、火箭的发动机通过燃烧燃料产生高温高压气体，利用气体的反作用力推动火箭前进，属于热机范畴（火箭发动机是热机的一种特殊形式），使用了热机，故B不符合题意。 C、喷气式飞机的发动机是喷气式发动机，属于热机。它通过燃烧燃料使空气膨胀加速喷出，获得反推力，将内能转化为机械能，使用了热机，故C不符合题意。 D、电瓶车是利用电动机工作的，电动机将电能转化为机械能，整个过程没有燃烧燃料，也没有将内能转化为机械能的过程，没有使用热机，故D符合题意。 故选：D。 2．（2026•潮州期末）如图所示的四种场景，能反映热机工作原理的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】解：利用内能做功（将内能转化为机械能）的机械称为热机， A．太阳能发电将太阳能转化为电能，和热机工作原理不同，故A不符合题意； B．风力发电工作原理是电磁感应，发电机将机械能转化为电能，和热机不同，故B不符合题意； C．试管中的水蒸气膨胀对软木塞做功，将水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，与热机将内能转化为机械能的工作原理相符，故C符合题意； D．钻木取火是将机械能转化为内能，故D不符合题意。 故选：C。 知识点 内燃机（重点） 1. 内燃机 （1）定义：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。 （2）分类：常见的内燃机有汽油机和柴油机两类。 2. 汽油机 （1）定义：燃烧汽油的内燃机。 （2）结构：主要由气缸、活塞、进气道、进气阀、排气道、排气阀、曲轴连杆、飞轮和火花塞组成。 （3）冲程：活塞在气缸内做一次单向运动叫做一个冲程。 （4）工作过程：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。 3. 柴油机 （1）定义：燃烧柴油的内燃机。 （2）结构：它与汽油机在结构上的主要不同是气缸顶部的火花塞换成了喷油嘴。 （3）柴油机与汽油机的异同： 随学随练 1．（2026•兰州校级模拟）如图是单缸汽油机一个工作循环的四个冲程。以下说法正确的是（　　） A．该汽油机一个工作循环有四个冲程，正确的顺序是丙、甲、丁、乙 B．甲图是做功冲程，机械能转化为内能 C．丙图是排气冲程，通过飞轮的惯性完成动作 D．丁图是做功冲程，机械能转化为内能 【答案】C 【详解】解：甲图中进、排气门全关，活塞向上运动是压缩冲程； 乙图中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动是吸气冲程； 丙图中排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动是排气冲程； 丁图中进排气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程； A．四冲程内燃机一个工作循环有四个冲程，分别是吸气、做功、压缩和排气，四冲程的正确顺序是乙、甲、丁、丙，故A错误； B．图甲是压缩冲程，能量转化是机械能转化为内能，故B错误； C．图丙是排气冲程，汽油机的四个冲程除了做功冲程，其它三个冲程都是靠飞轮的惯性来完成的，故C正确； D．图丁是做功冲程，能量转化是内能转化为机械能，故D错误。 故选：C。 2．（2026•岚县期末）某工程队使用的小型柴油动力夯土机如图所示。其内燃机工作时，有一个冲程是通过气缸内柴油燃烧产生的高温高压气体推动活塞，使夯土机的夯锤上下运动完成夯实作业的。该冲程是（　　） 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】解：A．吸气冲程仅吸入空气，无燃烧和做功过程，故A不符合题意； B．压缩冲程中，活塞压缩气缸内气体，将机械能转化为内能，故B不符合题意； C．燃料（柴油）在气缸内燃烧，产生高温高压气体，推动活塞运动，将内能转化为机械能，属于做功冲程，故C符合题意； D．排气冲程排出燃烧后的废气，无做功过程，故D不符合题意。 故选：C。 3．（2026•范县校级一模）某四冲程汽油机的曲轴转速为1200r/min，如图所示是某冲程的示意图，下列说法正确的是（　　） A．该冲程是吸气冲程 B．该汽油机每秒做功10次 C．该冲程中气缸内气体的温度不变 D．提高曲轴转速有可能使汽油机的效率达到100% 【答案】B 【详解】解：AC．图中两个气门关闭，活塞下行，产生电火花，所以为做功冲程，此冲程把内能转化为机械能，气缸内气体对外做功，内能减少，温度降低，故AC错误； B．1200r/min＝20r/s，则该飞轮每秒钟转20圈，对外做功10次，故B正确； D．汽油机在工作时不可避免的有能量损失，而且要克服机械部件间的摩擦做额外功，效率一定小于100%，提高曲轴转速不能使汽油机的效率达到100%，故D错误。 故选：B。 知识点 热机效率（难点） 1. 燃料的热值 燃料燃烧的过程是化学能转化为内能的过程。从原始人类学会用火起，至今，人们使用的能量绝大部分还是通过燃烧燃料获得的。 （1）热值定义：把某种燃料完全燃烧放出的热量与所用该燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值，用字母q表示。 （2）热值公式：①；单位：焦/千克，符号为 J/kg（固体和液体燃料） ② ；单位：焦/立方米，符号为 J/m3（气体燃料） 放热公式： Q放=qm（固、液体燃料）； Q放=qV（气体燃料） m表示燃料的质量，单位是千克（kg）； V 表示气体燃料的体积，单位是立方米（m3）； Q 表示燃料放出的热量，单位是焦（J） 。 （3）意义：热值表示燃料的燃烧特性、化学能转化为内能的本领大小。热值大，说明相同质量（或体积）的这种燃料完全燃烧时放出的热量多，即化学能转化成的内能多。 （4）影响因素：热值与燃料的种类有关，同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。 （5）常见燃料的热值表： 2. 热机效率 （1）定义：热机运转中，对外做的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量的比值称为热机效率。 （2）公式：。 其中W有用表示对外做的有用功，Q放表示燃料完全燃烧所释放的能量。 （3）物理意义： 热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。 （4）提高热机效率的主要途径： ①减少燃烧过程中的热量损失。 ②尽量简化机械传动部分，并选用优良的润滑材料减小摩擦，以减少能量损失。 ③设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。 （5）常见热机的效率： 各种热机的效率是不同的。如推动世界上第一次工业革命的蒸汽机，其效率只有 6%～15%，汽油机的效率为 20%～30%，柴油机的效率为 30%～40%，而喷气式飞机上的发动机的效率能达到50%～60%。 随学随练 1．（2026•越秀区期末）某台热机的工作效率为30%，下列选项中可能符合其能量流向的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】解： AC．热机是将内能转化为机械能的装置，因此输入能量应为内能，故AC错误； BD．题目中热机效率为30%，即 若输入内能为1000J，则输出机械能为300J，剩余700J内能被浪费，对B分析，输出机械能为700J，效率为70%，对D分析，输出机械能为300J，效率为30%，故B错误，D正确。 故选：D。 2．（2026•巴音郭楞州期末）一台汽油机，在某段工作时间内消耗2kg汽油，对外输出有用机械能为2.76×107J，可知该汽油机工作时的效率为（已知汽油的热值为4.6×107J/kg）（　　） A．30% B．40% C．48% D．60% 【答案】A 【详解】解：2kg汽油完全燃烧放出的热量为：； 汽油机对外输出的有用机械能为W有＝2.76×107J，则该汽油机工作时的效率为： η30%，故A正确，BCD错误。 故选：A。 3．（2026•武进区校级月考）小明用塑料矿泉水瓶进行了如下探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（图甲）；扭转瓶子（图乙），轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾，此时能量转化与丙、丁图中汽油机 （丙/丁）的工作过程一致。若某台汽油机1s内对外做功20次，则飞轮转速是 r/min。若该汽车的汽油机在一段时间内做功3.6×106J，汽油机效率为25%，则该汽油机在这段时间内消耗 kg的汽油（汽油的热值取4×107J/kg）。 【答案】丙；2400；0.36。 【详解】解：当瓶盖被瓶内的气体冲出时，瓶内气体对瓶盖做功，内能转化为机械能，此过程与四冲程内燃机的做功冲程能量转化相似；图丙中两个气门关闭，活塞向下运动，火花塞产生电火花，是做功冲程；图丁中两个气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，所以此时能量转化与丙、丁图中汽油机丙的工作过程一致； 汽油机一个工作循环对外做功一次，飞轮转2圈；此汽油机每秒内对外做功20次，则每秒完成20个工作循环，飞轮每秒转40圈，即飞轮每分钟转2400圈，所以飞轮的转速为2400r/min； 汽油机效率η＝25%，由η可得，汽油完全燃烧放出的热量为：； 由Q放＝mq可得，汽油机消耗汽油的质量为：。 故答案为：丙；2400；0.36。 题型 热机的四冲程辨析 1.四冲程汽油机的工作原理： （1）吸气冲程 旋转的飞轮通过曲轴连杆带动活塞，使活塞从气缸上部向下运动，进气阀开启，空气和汽油的混合气体通过进气道进入缸内。 （2）压缩冲程 两个气阀关闭，活塞在飞轮带动下，从气缸下部向上运动，缸内混合气体被压缩，机械能转化为内能，因此，内能增加、温度升高、压强增大。 （3）做功冲程 压缩冲程结束后做功冲程开始时，气缸顶部的火花塞发出电火花，缸内气体爆发性燃烧，高温高压气体迅速膨胀，使活塞向下运动，内能转化为机械能。 （4）排气冲程 飞轮因为惯性继续转动使活塞上升，排气阀打开，将燃烧后的废气排出缸外。 2.内燃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2 次，曲轴转动2周，对外做功1次。 活学活用 1．（2026•苏州中考）在安全教育活动中，老师用图示装置演示面粉爆炸现象。面粉被吹入塑料桶后，遇到火焰爆燃，桶口的硬纸板被迅速弹飞。面粉燃烧释放的内能转化为硬纸板的 ，该过程相当于汽油机工作时的 冲程。 【答案】机械能；做功。 【详解】解：面粉爆燃的时候将桶口的硬纸片迅速弹飞，面粉燃烧释放的内能转化为硬纸板的机械能； 四冲程汽油机做功冲程中，是将内能转化为机械能，两者的能量转化相同。 故答案为：机械能；做功。 2．（2026•雁塔区校级二模）《宋史•兵志》记载：“又造突火枪，以钜竹为筒，内安子窠（弹丸），如烧放，焰绝然后子窠发出，如炮声，远闻百五十余步。”如图所示，弹丸被喷出的过程主要发生的能量转化是内能转化为 能，该能量转化与四冲程汽油机的 冲程相同；发射弹丸后一会儿，人们会闻到火药味，这是 现象。 【答案】机械；做功；扩散。 【详解】解：弹丸被喷出后速度变大，动能变大，所以主要将内能转化为机械能。 汽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，所以该能量转化与四冲程汽油机的做功冲程相同。 闻到火药味是分子无规则运动造成的，是扩散现象。 故答案为：机械；做功；扩散。 3．（2026•南京模拟）如图甲所示是小明用可乐瓶制作的水火箭。小明先在瓶中装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气，此时瓶中气体的内能 （选填“增加”、“减少”或“不变”）；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中，此过程中的能量转化方式与汽油机的 （选填“乙”或“丙”）冲程相似。如果此热机1s做功20次，则汽油机曲轴转速为 r/min。 【答案】增加；丙；2400。 【详解】解：（1）当使用打气筒向瓶中打气时，外界对瓶内气体做功，这会导致瓶内气体的内能增加； （2）图乙中，两气门关闭，活塞上行，是压缩冲程，此冲程将机械能转化为内能；图丙中，两气门关闭，火花塞点火，活塞下行，是做功冲程，此冲程将内能转化为机械能； 水火箭在向上飞行的过程中，通过喷出水来产生反作用力，从而获得向上的动力，这个过程中也是将瓶内气体的内能转化为火箭的机械能，所以此过程中的能量转化方式与汽油机的丙冲程相似； （3）四冲程内燃机曲轴转一圈，完成2个冲程，1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次，所以当热机每秒内对外做功20次时，每秒内转40圈，即40r/s＝40×60r/min＝2400r/min。 故答案为：增加；丙；2400。 题型 热机效率、热效率的分析与计算 1.热机效率计算公式：。 车辆行驶时做的有用功的计算方法：① （F是牵引力，s是在力的方向上经过的距离）；② （P是机械功率，t是时间） 2.热效率计算公式：。 用煤气灶、天然气等烧水时，只有被水吸收的热量才是有用的，计算公式为；燃料燃烧放出的热量为总热量，计算公式为 Q放=qm（固、液体燃料）或Q放=qV（气体燃料）。 活学活用 1．（2026•阜阳校级月考）为纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年，我国在天安门广场举行了盛大的阅兵仪式其中首次亮相的某款无人驾驶战车，在平直的长安街上接受检阅。若战车匀速行驶了3km，这个过程中受到的阻力为1200N，发动机总共消耗0.3kg柴油。（已知），则这辆战车发动机的热机效率为。 【答案】这辆战车发动机的热机效率为30%。 【详解】解：战车匀速行驶时，牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等，则战车受到的牵引力为：F＝f＝1200N； 牵引力做的功为：W＝Fs＝1200N×3×103m＝3.6×106J； 0.3kg柴油完全燃烧释放的热量为：Q＝mq柴油＝0.3kg×4×107J/kg＝1.2×107J； 这辆战车发动机的热机效率为：。 答：这辆战车发动机的热机效率为30%。 2．（2026•鹿邑县校级模拟）为纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年，2025年9月3日，我国在天安门广场举行了盛大的阅兵仪式。如图所示是首次亮相的某款无人驾驶战车，在平直的长安街上接受检阅。若战车10min匀速行驶了3km，这个过程中受到的阻力为1200N，发动机总共消耗0.3kg柴油。[已知c水＝4.2×103J/（kg•℃），q柴油＝4×107J/kg，当地大气压为1个标准大气压]求： （1）战车的牵引力在这10min里做的功； （2）这辆战车发动机的热机效率； （3）若发动机所做额外功的20%的能量，全部被初温为10℃、质量为5kg的水吸收，水温可以升高多少℃。 【答案】（1）战车发动机在这10min里做的功为3.6×106J； （2）战车发动机的热机效率为30%； （3）水温可以升高80℃。 【详解】解：（1）因为战车做匀速直线运动，所以牵引力F与阻力f是一对平衡力，根据平衡条件可得战车的牵引力为：F＝f＝1200N； 战车发动机在这10min里做的功为：W＝Fs＝1200N×3000m＝3.6×106J； （2）燃料完全燃烧放出的热量为：， 战车发动机的热机效率为：； （3）发动机所做额外功为：， 则水吸收的热量为：， 根据公式Q吸＝c水m水Δt可得水升高的温度为：； 则水的末温为：t末＝t0+Δt＝10℃+80℃＝90℃＜100℃，故水温可以升高80℃。 答：（1）战车发动机在这10min里做的功为3.6×106J； （2）战车发动机的热机效率为30%； （3）水温可以升高80℃。 基础通关 1．（2026•扬州中考）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】解：当试管内水被酒精灯加热后，水蒸气的内能逐渐增大，最后会把塞子冲出去，水蒸气的内能转化为了塞子的机械能；汽油机的做功冲程是汽油燃烧产生的内能转化为曲轴的机械能，因此这一现象与做功冲程的能量转化相同。故ABD错误，C正确。 故选：C。 2．（2026•讷河市期末）下列机械的动力装置不是使用热机的是（　　） A．玉兔号月球车 B．山东号航母 C．C919客机 D．长征五号火箭 【答案】A 【详解】解：热机工作时需要将燃料在汽缸内燃烧，把燃料的内能转化为机械能； A、因为月球上没有空气，也就没有氧气，在月球上热机无法正常工作，所以月球车不用热机来驱动，故A符合题意； BCD、山东号航母、C919客机、长征五号火箭都是利用燃料燃烧产生的内能来做功，把内能转化成机械能的装置，符合热机的特点，故BCD不符合题意。 故选：A。 3．（2026•喀什地区期末）在学校展开的科技节活动中，小明自制了一个水火箭。利用一个空可乐瓶装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气，如图所示；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中。下列说法正确的是（　　） A．打气时，水火箭中气体的内能增大 B．水火箭的水是一种热值较高的燃料 C．水火箭升空与热机的压缩冲程原理相同 D．水火箭升空的过程，机械能转化为内能 【答案】A 【详解】解：A.打气时，水火箭中气体的内能增大，故A正确； B.水火箭的水不是燃料，故B错误； C.水火箭升空是由内能转化为机械能，水火箭升空与热机的做功冲程原理相同，故C错误； D.水火箭升空的过程，将内能转化为机械能，故D错误； 故选：A。 4．（2026•花都区二模）涡轮发动机（内燃机）的工作过程如图所示。空气通过压缩机压缩后进入燃烧室与燃料混合燃烧，产生的高温高压燃气向后高速喷出，推动涡轮机旋转，剩余能量经排气管排出。内能转化为机械能的过程发生在（　　） A．进气室 B．压缩室 C．燃烧室 D．排气室 【答案】C 【详解】解：在涡轮发动机中，空气经压缩后进入燃烧室，与燃料混合燃烧产生高温高压燃气，燃气向后高速喷出推动涡轮机旋转，此过程同样是燃料燃烧释放内能并转化为机械能，与汽油机的做功冲程作用相同。 进气室对应汽油机的吸气冲程，压缩室对应压缩冲程，排气室对应排气冲程，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选：C。 5．（2026•新荣区期末）如图所示，小明在吹气球时，被吹饱满的气球没能用手握住，呼啸着飞了出去。下列分析正确的是（　　） A．喷气的嘴部很热，因为与空气摩擦导致内能增加 B．喷气的嘴部很冷，因为气球内气体放出时对外做功导致内能减少 C．此过程中的能量转化为机械能转化为内能 D．此过程中的能量转化与汽油机压缩冲程相同 【答案】B 【详解】解：ABC、被吹大了的气球没能用手握住，呼啸着飞了出去，气球内的气体向外喷出，气体对外做功，内能转化成球的机械能，球内气体的内能减少，温度降低，故气球的嘴部温度和原来相比变低，故AC错误、B正确； D、此过程中的能量转化与汽油机做功冲程相同，故D错误。 故选：B。 6．（2026•南海区期末）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】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、在吸气冲程中，汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合气体，柴油机吸入汽缸的是空气，故④错误。 故选：D。 7．（2026•兰州月考）如图所示，是小符同学跟爷爷学习功夫的四个基本动作，由此他联想到热机的冲程，以下与压缩冲程最相似的是（　　） A．“鼻孔吸气”对应的汽油机冲程吸入的是汽油和空气的混合物 B．“气沉丹田”对应的汽油机冲程是将机械能转化为内能 C．“排山倒海”所对应的汽油机冲程是靠飞轮的惯性来完成的 D．汽油机和柴油机都是通过火花塞点火的 【答案】B 【详解】解：A、“鼻孔吸气”相当于吸气冲程，汽油机吸气冲程吸入的是汽油和空气的混合物，与压缩冲程无关，故A不符合题意； B、“气沉丹田”相当于压缩冲程，在压缩冲程中将机械能转化为内能，故B符合题意； C、“排山倒海”时对外做功，相当于汽油机的做功冲程，此冲程中将内能转化为机械能，不是靠飞轮的惯性来完成的，与压缩冲程无关，故C不符合题意； D、汽油机是通过火花塞点火，而柴油机是压燃式，故D不符合题意。 故选：B。 8．（2026•湖口县模拟）有经验的维修师，通过观、闻等方式，就可以初步判断一台柴油机的效率高低。下列判断方式不可靠的是（　　） A．观察尾气的颜色是否发黑 B．闻尾气中柴油味的浓淡 C．观察柴油机外观是否干净 D．感受排气管附近温度的高低 【答案】C 【详解】解：A、有经验的维修师，通过观察尾气的颜色是否发黑就可以初步判断一台柴油机的节能效果，发黑说明燃料燃烧不充分，这种判断方式可靠，故A不符合题意； B、有经验的维修师，通过闻尾气中柴油味的浓淡，就可以初步判断一台柴油机的节能效果，柴油味的浓说明燃料燃烧不充分，这种判断方式可靠，故B不符合题意； C、观察柴油机外观是否干净，不能判断一台柴油机的节能效果，这种判断方式不可靠，故C符合题意； D、有经验的维修师，通过用手置于排气管附近感受温度的高低，就可以初步判断一台柴油机的节能效果，感受温度高说明散失的热量多，这种判断方式可靠，故D不符合题意。 故选：C。 9．（2026•包头期末）礼花喷射器原理如图，通过扭动气阀可释放压缩气罐内气体产生冲击，将纸管里填充的礼花彩条喷向高处，营造气氛。在喷出礼花彩条的过程中，罐内气体温度 （选填“升高”“降低”或“不变”），内能 （选填“增大”“减小”或“不变”），此过程的能量转化情况与四冲程汽油机的 冲程相似。 【答案】降低；减小；做功。 【详解】解：在气罐内气体产生冲击力作用下，将礼花彩条喷出，此过程中，管内气体对外做功，将气体的内能转化为礼花彩条的机械能，故管内气体的内能减小，温度降低。 四冲程汽油机的做功冲程中，将汽缸内混合气体燃烧释放的内能转化为机械能，对外做功，故管内压缩气体将礼花彩条喷出过程中的能量转化与汽油机的做功冲程相似。 故答案为：降低；减小；做功。 10．（2026•樊城区一模）家庭轿车的发动机是四冲程内燃机，内燃机在工作过程中将内能转化为机械能的是 冲程；如图所示是内燃机的能量流向图，根据图中给出的信息，该内燃机的效率为 %。已知汽油的热值是4.6×107J/kg，完全燃烧0.5kg的汽油，按该内燃机的工作效率计算，该汽车获得的机械能是 J。 【答案】做功；30；6.9×106。 【详解】解：内燃机在工作过程中将内能转化为机械能的是做功冲程； 根据图中给出的信息，该内燃机的效率为：η＝100%﹣33%﹣30%﹣7%＝30%；完全燃烧0.5kg的汽油放出的热量：Q放＝mq＝0.5kg×4.6×107J/kg＝2.3×107J， 该汽车获得的机械能：W＝ηQ放＝30%×2.3×107J＝6.9×106J。 故答案为：做功；30；6.9×106。 11．（2026•张家港市一模）如图，小华发现家中蒸蛋器在使用时会通过上方小孔喷出蒸汽，于是小心地将自制的风车放在小孔附近，成功的让风车转了起来，蒸汽推动风车时能量转化与汽油机 冲程的能量转化相同；某单缸四冲程汽油机工作时，飞轮转速为3000r/min，则其1s内对外做功 次；若缸内燃气对活塞平均推力为2000N，活塞向下运动的距离为0.05m，则功率是 W。 【答案】做功；25；2.5×103。 【详解】解：（1）高温的水蒸气推动风车转动，将水蒸气的内能转化成了风车的机械能； 汽油机的做功冲程将燃气的内能转化为活塞的机械能，燃气的内能减小，所以水蒸气推动风车的能量转化与汽油机做功冲程的能量转化相同； （2）四冲程汽油机飞轮转速3000r/min＝50r/s，即汽油机飞轮每秒转50圈， 由于四冲程内燃机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次，所以1s内该汽油机对外做功25次； （3）汽缸内燃气推动活塞一次所做的功：W＝Fs＝2000N×0.05m＝100J， 由于1s内该汽油机对外做功25次，则做功一次所用的时间ts， 汽油机的功率：P2.5×103W。 故答案为：做功；25；2.5×103。 12．（2026•黑龙江中考）跨学科实践：制作简易蒸汽机模型 【项目提出】 了解热机的原理，制作简易蒸汽机模型。 【项目实施】 将一支去掉笔芯和笔尾的中性笔，笔尖朝外，插入一个装有约半罐水的易拉罐中，用胶将罐的开口处密封。再将易拉罐放在如图所示的支架上，使笔尖对准小风扇。点燃酒精灯，过一会儿扇叶转动起来。 【项目交流】 （1）气流冲击使风车转起来，这与热机的 冲程原理相同。 （2）实验中若闻到酒精气味，属于 现象。 （3）喷气时，笔尖应对准风车的 （选填“扇叶”或“轴心”），能使风车转动得更快。 （4）实验时，发现喷出的水汽较少，风车转动较慢，改进方法是 。 A.向酒精灯内添加酒精 B.将酒精灯改换为煤油灯（q酒精＜q煤油） 【答案】（1）做功；（2）扩散；（3）扇叶；（4）B。 【详解】解：（1）气流冲击风车，是气流的内能转化为风车的机械能，热机的做功冲程也是内能转化为机械能，二者原理相同。 （2）酒精分子扩散到空气中，被人闻到，这是扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动。 （3）根据杠杆原理，力臂越长，用力越省力，转动效果越明显。笔尖对准扇叶时，气流的作用力臂更长，风车更容易转动。 （4）A、酒精灯内部酒精量的多少不影响喷出的水汽的量，故A错误。 B、煤油的热值更高，火焰温度更高，能加快水汽化速度，增加喷出的水汽量，B正确。 故答案为：（1）做功；（2）扩散；（3）扇叶；（4）B。 素养提升 13．（2026•三元区二模）光发动机可用于卫星的能源补充，原理如图，密闭气室中N2O4在光照下会分解，使气室气压增大，推动活塞右移，无光条件下发生逆反应，控制光照即可实现活塞往复运动。活塞右移过程相当于汽油机的（　　） 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】解：当太阳光照射时，反应室内发生化学反应，导致室内气压增大，这时将化学能转化为机械能，从而推动活塞移动，相当于汽油机的做功冲程。 故选：C。 14．（2026•洪山区期中）小洪同学看到爸爸开汽车时，转速表如图所示。转速表中的示数反映了发动机曲轴每分钟的转动次数。如果汽车用的是四冲程汽油机，此时发动机一个气缸的相关数据正确的是（　　） A．曲轴转速为每分钟3周 B．每分钟的冲程数为3000个 C．每秒钟排气冲程数为1500个 D．每秒钟对外做功数为25次 【答案】D 【详解】解：汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次。 AB、由图可知，该汽油机的飞轮转速是3000r/min，即曲轴转速为每分钟3000周，每分钟的冲程数为6000个，故AB错误； CD、汽油机的飞轮转速是3000r/min＝50r/s，即汽油机的飞轮每秒转50圈，所以该汽油机的曲轴每秒转50圈，完成25个工作循环，即每秒钟排气冲程数为25个，对外做功数为25次，故C错误，D正确。 故选：D。 15．（2026•西安模拟）现代工程建设中大都采用如图所示的二氧化碳（CO2）爆破技术，起爆前高压泵将气态CO2压缩成液体后注入爆破筒内。爆破时电加热管通电发热，使筒内的液态CO2迅速变为气体，高压气体从泄气孔中喷出，实施爆破。下列说法正确的是（　　） A．电加热管通电后，液态CO2迅速升华形成高压气体 B．高压CO2气体喷出时，内能减小，温度降低 C．爆破时能量转化与汽油机的压缩冲程相同 D．高压泵压缩气态CO2，是通过热传递方式改变内能 【答案】B 【详解】解：A、液态CO2由液态变为气态，属于汽化现象，故A错误； B、高压 CO2气体喷出时，由于气体对外做功，其内能会减小，温度也会降低，故B正确； C、爆破时高压 CO2气体喷出，内能转化为机械能，汽油机的压缩冲程中将机械能转化为内能，两者能量转化不相同，故C错误； D、做高压泵压缩气态CO2，是对气体做功的过程，因此是通过做功的方式改变CO2的内能，故D错误。 故选：B。 16．（2026•碑林区校级三模）（1）如图是课外兴趣小组制作的“蒸汽船”模型在铜制容器中盛有一定量的水之后安装在“船体”上，用蜡烛对铜质容器底部加热，一段时间后铜质容器内水温升高产生蒸汽，铜管会向右喷出蒸汽，“蒸汽船”就会向左行驶。“蒸汽船”运动时的能量转化与汽油机 冲程相同； （2）涡轮增压汽车通过压缩空气来增加发动机的进气量，使汽油更充分地燃烧，进而更节能。与相同规格的普通汽车相比，同样的汽油在涡轮增压汽车内它的热值 （选填“更大”、“更小”或“一样大”）。如果一单缸四冲程汽油机，飞轮转速为2400r/min，则1s内对外做功 次。 【答案】（1）做功；（2）一样大；20。 【详解】解：（1）铜管喷出蒸汽，船体向左运动的过程中，是内能转化为机械能，与热机做功冲程相同； （2）热值是燃料的一种特性，与燃料的质量、燃烧放出的热量、燃烧情况无关，所以同样的汽油在涡轮增压汽车内热值一样大；已知飞轮转速为2400r/min，可知飞轮1min转2400转，则1s转40转，完成20个工作循环，做20次功。 故答案为：（1）做功；（2）一样大；20。 17．（2026•雷州市月考）随着经济的发展，汽车已成为人们常用的交通工具，截至2020年9月，全国机动车保有量达3.65亿辆，其中汽车保有量2.75亿辆。某物理小组的同学在社会实践活动中，通过实际调查和网上查询，绘制了一辆某种型号汽车在额定功率下行驶时单位时间的能量流向图，请你参与讨论有关问题。 （1）根据图中的能量流向，该轿车行驶时造成的能量损耗最主要的是 。 （2）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1800r/min，此汽油机每秒钟完成 个做功冲程，其中 冲程将机械能转化为内能。 （3）若将机器转化有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”，由图中提供的数据可得，该轿车的能量转化效率为 。（保留三位有效数字） （4）一辆使用汽油为燃料的小汽车，在路面水平的高速公路上以100km/h的速度匀速行驶时，百公里油耗为8L，发动机的效率为25%。设汽车通过50km的路程。汽油的密度ρ＝0.75×103kg/m3，汽油热值为q＝4.5×107J/kg。该路段上消耗的汽油完全燃烧释放的热量是 J，该路段上发动机给汽车行驶提供的牵引力为 N。 （5）对减少汽车行驶中的能量损耗，就你所知，提出一条建议： 。 【答案】（1）排放废气损耗和散热器的损耗；（2）15；压缩；（3）12.5%；（4）1.35×108；675；（5）给机器加润滑油，减少有害摩擦。 【详解】解：（1）从能量流程图上可以读出，该轿车行驶时造成的能量损耗最主要的是排放废气损耗和散热器的损耗。 （2）一台四冲程汽油机工作时曲轴转速是1800r/min＝30r/s； 曲轴每转两圈对外做一次功，则该汽油机每秒对外做功次数为15次； 其中压缩冲程将机械能转化为内能； （3）轿车的能量转化效率为：η100%100%＝12.5%； （4）百公里油耗为8L，文字说明：汽车通过50km的路程所消耗的汽油是4L，即：V＝4dm3＝0.004m3， 据可知，消耗的汽油的质量为： m＝ρV＝0.75×103kg/m3×0.004m3＝3kg， 消耗的汽油完全燃烧释放的热量是：Q＝mq＝4.5×107J/kg×3kg＝1.35×108J； 发动机的效率为25%，所以据η可得，发动机所做的有用功为： W＝Q放η′＝1.35×108J×25%＝3.375×107J， 据W＝Fs可知，发动机给汽车行驶提供的牵引力为： F675N； （5）给机器加润滑油，减少有害摩擦；改进油箱的密闭性，减少蒸发损耗；控制汽车数量；提高汽油质量；对排放的尾气进行收集、再利用等。 故答案为： （1） 排放废气损耗和散热器的损耗；（2）15；压缩；（3）12.5%；（4）1.35×108；675；（5）给机器加润滑油，减少有害摩擦。 18．（2026•沭阳县一模）一般小汽车每消耗1kg汽油就会排放2.3kg的二氧化碳气体，为了实现节能减排，各种新能源汽车相继出现，如图所示为某太阳能汽车，能将太阳能转换为电能储存起来供汽车行驶，真正实现了零排放。若该太阳能汽车行驶时受到的阻力恒为900N，某天接收到的太阳能为1.08×108J，可供汽车匀速行驶30km路程。求： （1）该太阳能汽车匀速行驶30km过程中牵引力所做的功； （2）该太阳能汽车太阳能转化为机械能的效率； （3）相比较效率为30%的汽油车，牵引力做相同的功可以减少多少千克二氧化碳气体的排放？（汽油热值为4.6×107J/kg） 【答案】（1）该太阳能汽车匀速行驶30km过程中牵引力所做的功为2.7×107J； （2）该太阳能汽车太阳能转化为机械能的效率为25%； （3）相比较效率为30%的汽油车，牵引力做相同的功可以减少4.5kg二氧化碳气体的排放。 【详解】解：（1）该太阳能汽车匀速行驶时，牵引力与阻力是一对平衡力，即F＝f＝900N， 匀速行驶30km过程中牵引力所做的功为： W＝Fs＝900N×30000m＝2.7×107J； （2）某天接收到的太阳能为E＝1.08×108J， 该太阳能汽车太阳能转化为机械能的效率为： η100%100%＝25%； （3）如果是效率为30%的汽油车，牵引力做相同的功消耗的汽油质量为m，由η得， mkg， 因为每消耗1kg汽油就会排放2.3kg的二氧化碳气体，消耗kg的汽油可以排放4.5kg的二氧化碳气体，太阳能汽车是零排放的，即可以减少4.5kg的二氧化碳气体排放。 答：（1）该太阳能汽车匀速行驶30km过程中牵引力所做的功为2.7×107J； （2）该太阳能汽车太阳能转化为机械能的效率为25%； （3）相比较效率为30%的汽油车，牵引力做相同的功可以减少4.5kg二氧化碳气体的排放。 迁移创新 19．（2026•太原一模）王同学记录了如下错题，请你帮助他找出错误之处、分析错因并写出正确解答过程。 错题记录 错题改正 实践小组利用易拉罐、酒精等物品自制了一个小火箭，点燃易拉罐内的酒精后，小火箭上升。此过程中燃烧酒精0.5g，酒精燃烧放出的热量对小火箭做功1.5×103J，热量散失4.5×103J。请你计算小火箭的效率。（酒精的热值q取3.0×107J/kg） 解：酒精燃烧放出的热量 Q放＝mq＝0.5×10﹣3kg×3.0×107J/kg＝1.5×104J 有用功 小火箭的效率 错误之处： 。 错因分析： 。 正确解答： 。 【答案】将酒精燃烧放出的热量对小火箭做功与散失的热量相加作为有用功； 没有理解热机效率的概念； 解：酒精燃烧放出的热量 Q放＝mq＝0.5×10﹣3kg×3.0×107J/kg＝1.5×104J 有用功W有用＝1.5×103J 小火箭的效率η0.1＝10%。 【详解】解：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，因此在火箭升空过程中，酒精燃烧放出的热量对小火箭做的功是有用功，而解题过程中将酒精燃烧放出的热量对小火箭做功与散失的热量相加作为有用功是错误的，错误的原因是没有理解热机效率的概念，正确解题过程如下： 解：酒精燃烧放出的热量 Q放＝mq＝0.5×10﹣3kg×3.0×107J/kg＝1.5×104J 有用功W有用＝1.5×103J， 小火箭的效率η0.1＝10%。 故答案为：将酒精燃烧放出的热量对小火箭做功与散失的热量相加作为有用功； 没有理解热机效率的概念； 解：酒精燃烧放出的热量 Q放＝mq＝0.5×10﹣3kg×3.0×107J/kg＝1.5×104J 有用功W有用＝1.5×103J 小火箭的效率η0.1＝10%。 20．（2026•李沧区二模）如图所示，某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为S，一个冲程中活塞在气缸中移动的距离是L。满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为p，t时间内曲轴转动N圈、消耗汽油的体积为V，已知汽油的密度为ρ，汽油的热值为q，不考虑大气压对计算的影响，不计摩擦损失，满负荷工作时： （1）这种汽油机每个工作循环对外做功大小为多少？ （2）汽油机把内能转化为机械能的效率是多少？ 【答案】（1）这种汽油机每个工作循环对外做功大小为pSL； （2）汽油机把内能转化为机械能的效率是。 【详解】解：（1）由p得燃气对活塞的平均压力为：F＝pS； 这种汽油机每个工作循环对外做功大小为： W＝FL＝pSL； （2）t时间内曲轴转动N圈，转两圈做一次功，所以做功的次数为n， t时间内做的总功： W总＝nWpSL； 汽油燃烧放出的热量： Q放＝mq＝ρVq， 汽油机把内能转化为机械能的效率： η。 答：（1）这种汽油机每个工作循环对外做功大小为pSL； （2）汽油机把内能转化为机械能的效率是。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十二章 内能与热机 第4节 热机 课标要点 1. 了解热机的工作原理。 2. 知道内能的利用在人类社会发展史中的重要意义。 学习重难点 重点：四冲程汽油机的工作过程、汽油机与柴油机区别、热机的能量转化。 难点：区分四个冲程、准确判断各冲程的能量转化、汽油机柴油机细节对比。 知识点 热机的工作原理 1. 观察与实验：不同形式能量之间的转化 【实验方法】 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。 【实验现象】 瓶塞 ；管口附近出现“ ”。 【分析论证】 酒精燃烧放出热量，酒精的 转化为水和水蒸气的 ； 水蒸气对瓶塞做功，内能转化为瓶塞的 。 【实验结论】 利用内能可以 。 2. 热机 （1）热机：是把燃料燃烧时释放的 的装置。 热机的能量转化：燃料的 （燃烧）→ （做功）→ 。 （2）热机种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 随学随练 1．（2026•内江中考）下列设备工作过程中没有使用热机的是（　　） A．燃油汽车 B．火箭 C．喷气式飞机 D．电瓶车 2．（2026•潮州期末）如图所示的四种场景，能反映热机工作原理的是（　　） A． B． C． D． 知识点 内燃机（重点） 1. 内燃机 （1）定义：燃料直接在发动机 产生动力的热机，叫做内燃机。 （2）分类：常见的内燃机有 和 两类。 2. 汽油机 （1）定义：燃烧 的内燃机。 （2）结构：主要由气缸、活塞、进气道、进气阀、排气道、排气阀、曲轴连杆、飞轮和火花塞组成。 （3）冲程：活塞在气缸内做一次单向运动叫做一个 。 （4）工作过程：汽油机的一个工作循环由 四个冲程组成。 3. 柴油机 （1）定义：燃烧 的内燃机。 （2）结构：它与汽油机在结构上的主要不同是气缸顶部的火花塞换成了 。 （3）柴油机与汽油机的异同： 随学随练 1．（2026•兰州校级模拟）如图是单缸汽油机一个工作循环的四个冲程。以下说法正确的是（　　） A．该汽油机一个工作循环有四个冲程，正确的顺序是丙、甲、丁、乙 B．甲图是做功冲程，机械能转化为内能 C．丙图是排气冲程，通过飞轮的惯性完成动作 D．丁图是做功冲程，机械能转化为内能 2．（2026•岚县期末）某工程队使用的小型柴油动力夯土机如图所示。其内燃机工作时，有一个冲程是通过气缸内柴油燃烧产生的高温高压气体推动活塞，使夯土机的夯锤上下运动完成夯实作业的。该冲程是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 3．（2026•范县校级一模）某四冲程汽油机的曲轴转速为1200r/min，如图所示是某冲程的示意图，下列说法正确的是（　　） A．该冲程是吸气冲程 B．该汽油机每秒做功10次 C．该冲程中气缸内气体的温度不变 D．提高曲轴转速有可能使汽油机的效率达到100% 知识点 热机效率（难点） 1. 燃料的热值 燃料燃烧的过程是 的过程。从原始人类学会用火起，至今，人们使用的能量绝大部分还是通过燃烧燃料获得的。 （1）热值定义：把某种燃料完全燃烧放出的热量与所用该燃料的质量 ，叫做这种燃料的热值，用字母q表示。 （2）热值公式：① ；单位： ，符号为 （固体和液体燃料） ② ；单位： ，符号为 （气体燃料） 放热公式： （固、液体燃料）； （气体燃料） m表示燃料的 ，单位是 ； V 表示气体燃料的 ，单位是 ； Q 表示燃料放出的 ，单位是 。 （3）意义：热值表示燃料的燃烧特性、化学能转化为内能的本领大小。热值大，说明相同质量（或体积）的这种燃料完全燃烧时放出的热量 ，即化学能转化成的内能 。 （4）影响因素：热值与燃料的 有关，同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。 （5）常见燃料的热值表： 2. 热机效率 （1）定义：热机运转中，对外做的 的比值称为热机效率。 （2）公式： 。 其中W有用表示对外做的 ，Q放表示燃料完全燃烧所释放的 。 （3）物理意义： 热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗 的燃料，节约能源。 （4）提高热机效率的主要途径： ①减少燃烧过程中的热量损失。 ②尽量简化机械传动部分，并选用优良的润滑材料 ，以减少能量损失。 ③设法利用 ，是提高燃料利用率的重要措施。 （5）常见热机的效率： 各种热机的效率是不同的。如推动世界上第一次工业革命的蒸汽机，其效率只有 ，汽油机的效率为 ，柴油机的效率为 ，而喷气式飞机上的发动机的效率能达到 。 随学随练 1．（2026•越秀区期末）某台热机的工作效率为30%，下列选项中可能符合其能量流向的是（　　） A． B． C． D． 2．（2026•巴音郭楞州期末）一台汽油机，在某段工作时间内消耗2kg汽油，对外输出有用机械能为2.76×107J，可知该汽油机工作时的效率为（已知汽油的热值为4.6×107J/kg）（　　） A．30% B．40% C．48% D．60% 3．（2026•武进区校级月考）小明用塑料矿泉水瓶进行了如下探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（图甲）；扭转瓶子（图乙），轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾，此时能量转化与丙、丁图中汽油机 （丙/丁）的工作过程一致。若某台汽油机1s内对外做功20次，则飞轮转速是 r/min。若该汽车的汽油机在一段时间内做功3.6×106J，汽油机效率为25%，则该汽油机在这段时间内消耗 kg的汽油（汽油的热值取4×107J/kg）。 题型 热机的四冲程辨析 1.四冲程汽油机的工作原理： （1）吸气冲程 旋转的飞轮通过曲轴连杆带动活塞，使活塞从气缸上部向下运动，进气阀开启， 的混合气体通过进气道进入缸内。 （2）压缩冲程 两个气阀关闭，活塞在飞轮带动下，从气缸下部向上运动，缸内混合气体被压缩， ，因此，内能增加、温度升高、压强增大。 （3）做功冲程 压缩冲程结束后做功冲程开始时，气缸顶部的火花塞发出电火花，缸内气体爆发性燃烧，高温高压气体迅速膨胀，使活塞向下运动， 。 （4）排气冲程 飞轮因为 继续转动使活塞上升，排气阀打开，将燃烧后的废气排出缸外。 2.内燃机的一个工作循环是由 四个冲程组成的，在一个工作循环中，活塞往复运动 次，曲轴转动 周，对外做功 次。 活学活用 1．（2026•苏州中考）在安全教育活动中，老师用图示装置演示面粉爆炸现象。面粉被吹入塑料桶后，遇到火焰爆燃，桶口的硬纸板被迅速弹飞。面粉燃烧释放的内能转化为硬纸板的 ，该过程相当于汽油机工作时的 冲程。 2．（2026•雁塔区校级二模）《宋史•兵志》记载：“又造突火枪，以钜竹为筒，内安子窠（弹丸），如烧放，焰绝然后子窠发出，如炮声，远闻百五十余步。”如图所示，弹丸被喷出的过程主要发生的能量转化是内能转化为 能，该能量转化与四冲程汽油机的 冲程相同；发射弹丸后一会儿，人们会闻到火药味，这是 现象。 3．（2026•南京模拟）如图甲所示是小明用可乐瓶制作的水火箭。小明先在瓶中装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气，此时瓶中气体的内能 （选填“增加”、“减少”或“不变”）；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中，此过程中的能量转化方式与汽油机的 （选填“乙”或“丙”）冲程相似。如果此热机1s做功20次，则汽油机曲轴转速为 r/min。 题型 热机效率、热效率的分析与计算 1.热机效率计算公式： 。 车辆行驶时做的有用功的计算方法：① （F是牵引力，s是在力的方向上经过的距离）；② （P是机械功率，t是时间） 2.热效率计算公式： 。 用煤气灶、天然气等烧水时，只有被水吸收的热量才是有用的，计算公式为 ；燃料燃烧放出的热量为总热量，计算公式为 （固、液体燃料）或 （气体燃料）。 活学活用 1．（2026•阜阳校级月考）为纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年，我国在天安门广场举行了盛大的阅兵仪式其中首次亮相的某款无人驾驶战车，在平直的长安街上接受检阅。若战车匀速行驶了3km，这个过程中受到的阻力为1200N，发动机总共消耗0.3kg柴油。（已知），则这辆战车发动机的热机效率为。 2．（2026•鹿邑县校级模拟）为纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年，2025年9月3日，我国在天安门广场举行了盛大的阅兵仪式。如图所示是首次亮相的某款无人驾驶战车，在平直的长安街上接受检阅。若战车10min匀速行驶了3km，这个过程中受到的阻力为1200N，发动机总共消耗0.3kg柴油。[已知c水＝4.2×103J/（kg•℃），q柴油＝4×107J/kg，当地大气压为1个标准大气压]求： （1）战车的牵引力在这10min里做的功； （2）这辆战车发动机的热机效率； （3）若发动机所做额外功的20%的能量，全部被初温为10℃、质量为5kg的水吸收，水温可以升高多少℃。 基础通关 1．（2026•扬州中考）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 2．（2026•讷河市期末）下列机械的动力装置不是使用热机的是（　　） A．玉兔号月球车 B．山东号航母 C．C919客机 D．长征五号火箭 3．（2026•喀什地区期末）在学校展开的科技节活动中，小明自制了一个水火箭。利用一个空可乐瓶装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气，如图所示；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中。下列说法正确的是（　　） A．打气时，水火箭中气体的内能增大 B．水火箭的水是一种热值较高的燃料 C．水火箭升空与热机的压缩冲程原理相同 D．水火箭升空的过程，机械能转化为内能 4．（2026•花都区二模）涡轮发动机（内燃机）的工作过程如图所示。空气通过压缩机压缩后进入燃烧室与燃料混合燃烧，产生的高温高压燃气向后高速喷出，推动涡轮机旋转，剩余能量经排气管排出。内能转化为机械能的过程发生在（　　） A．进气室 B．压缩室 C．燃烧室 D．排气室 5．（2026•新荣区期末）如图所示，小明在吹气球时，被吹饱满的气球没能用手握住，呼啸着飞了出去。下列分析正确的是（　　） A．喷气的嘴部很热，因为与空气摩擦导致内能增加 B．喷气的嘴部很冷，因为气球内气体放出时对外做功导致内能减少 C．此过程中的能量转化为机械能转化为内能 D．此过程中的能量转化与汽油机压缩冲程相同 6．（2026•南海区期末）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 7．（2026•兰州月考）如图所示，是小符同学跟爷爷学习功夫的四个基本动作，由此他联想到热机的冲程，以下与压缩冲程最相似的是（　　） A．“鼻孔吸气”对应的汽油机冲程吸入的是汽油和空气的混合物 B．“气沉丹田”对应的汽油机冲程是将机械能转化为内能 C．“排山倒海”所对应的汽油机冲程是靠飞轮的惯性来完成的 D．汽油机和柴油机都是通过火花塞点火的 8．（2026•湖口县模拟）有经验的维修师，通过观、闻等方式，就可以初步判断一台柴油机的效率高低。下列判断方式不可靠的是（　　） A．观察尾气的颜色是否发黑 B．闻尾气中柴油味的浓淡 C．观察柴油机外观是否干净 D．感受排气管附近温度的高低 9．（2026•包头期末）礼花喷射器原理如图，通过扭动气阀可释放压缩气罐内气体产生冲击，将纸管里填充的礼花彩条喷向高处，营造气氛。在喷出礼花彩条的过程中，罐内气体温度 （选填“升高”“降低”或“不变”），内能 （选填“增大”“减小”或“不变”），此过程的能量转化情况与四冲程汽油机的 冲程相似。 10．（2026•樊城区一模）家庭轿车的发动机是四冲程内燃机，内燃机在工作过程中将内能转化为机械能的是 冲程；如图所示是内燃机的能量流向图，根据图中给出的信息，该内燃机的效率为 %。已知汽油的热值是4.6×107J/kg，完全燃烧0.5kg的汽油，按该内燃机的工作效率计算，该汽车获得的机械能是 J。 11．（2026•张家港市一模）如图，小华发现家中蒸蛋器在使用时会通过上方小孔喷出蒸汽，于是小心地将自制的风车放在小孔附近，成功的让风车转了起来，蒸汽推动风车时能量转化与汽油机 冲程的能量转化相同；某单缸四冲程汽油机工作时，飞轮转速为3000r/min，则其1s内对外做功 次；若缸内燃气对活塞平均推力为2000N，活塞向下运动的距离为0.05m，则功率是 W。 12．（2026•黑龙江中考）跨学科实践：制作简易蒸汽机模型 【项目提出】 了解热机的原理，制作简易蒸汽机模型。 【项目实施】 将一支去掉笔芯和笔尾的中性笔，笔尖朝外，插入一个装有约半罐水的易拉罐中，用胶将罐的开口处密封。再将易拉罐放在如图所示的支架上，使笔尖对准小风扇。点燃酒精灯，过一会儿扇叶转动起来。 【项目交流】 （1）气流冲击使风车转起来，这与热机的 冲程原理相同。 （2）实验中若闻到酒精气味，属于 现象。 （3）喷气时，笔尖应对准风车的 （选填“扇叶”或“轴心”），能使风车转动得更快。 （4）实验时，发现喷出的水汽较少，风车转动较慢，改进方法是 。 A.向酒精灯内添加酒精 B.将酒精灯改换为煤油灯（q酒精＜q煤油） 素养提升 13．（2026•三元区二模）光发动机可用于卫星的能源补充，原理如图，密闭气室中N2O4在光照下会分解，使气室气压增大，推动活塞右移，无光条件下发生逆反应，控制光照即可实现活塞往复运动。活塞右移过程相当于汽油机的（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 14．（2026•洪山区期中）小洪同学看到爸爸开汽车时，转速表如图所示。转速表中的示数反映了发动机曲轴每分钟的转动次数。如果汽车用的是四冲程汽油机，此时发动机一个气缸的相关数据正确的是（　　） A．曲轴转速为每分钟3周 B．每分钟的冲程数为3000个 C．每秒钟排气冲程数为1500个 D．每秒钟对外做功数为25次 15．（2026•西安模拟）现代工程建设中大都采用如图所示的二氧化碳（CO2）爆破技术，起爆前高压泵将气态CO2压缩成液体后注入爆破筒内。爆破时电加热管通电发热，使筒内的液态CO2迅速变为气体，高压气体从泄气孔中喷出，实施爆破。下列说法正确的是（　　） A．电加热管通电后，液态CO2迅速升华形成高压气体 B．高压CO2气体喷出时，内能减小，温度降低 C．爆破时能量转化与汽油机的压缩冲程相同 D．高压泵压缩气态CO2，是通过热传递方式改变内能 16．（2026•碑林区校级三模）（1）如图是课外兴趣小组制作的“蒸汽船”模型在铜制容器中盛有一定量的水之后安装在“船体”上，用蜡烛对铜质容器底部加热，一段时间后铜质容器内水温升高产生蒸汽，铜管会向右喷出蒸汽，“蒸汽船”就会向左行驶。“蒸汽船”运动时的能量转化与汽油机 冲程相同； （2）涡轮增压汽车通过压缩空气来增加发动机的进气量，使汽油更充分地燃烧，进而更节能。与相同规格的普通汽车相比，同样的汽油在涡轮增压汽车内它的热值 （选填“更大”、“更小”或“一样大”）。如果一单缸四冲程汽油机，飞轮转速为2400r/min，则1s内对外做功 次。 17．（2026•雷州市月考）随着经济的发展，汽车已成为人们常用的交通工具，截至2020年9月，全国机动车保有量达3.65亿辆，其中汽车保有量2.75亿辆。某物理小组的同学在社会实践活动中，通过实际调查和网上查询，绘制了一辆某种型号汽车在额定功率下行驶时单位时间的能量流向图，请你参与讨论有关问题。 （1）根据图中的能量流向，该轿车行驶时造成的能量损耗最主要的是 。 （2）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1800r/min，此汽油机每秒钟完成 个做功冲程，其中 冲程将机械能转化为内能。 （3）若将机器转化有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”，由图中提供的数据可得，该轿车的能量转化效率为 。（保留三位有效数字） （4）一辆使用汽油为燃料的小汽车，在路面水平的高速公路上以100km/h的速度匀速行驶时，百公里油耗为8L，发动机的效率为25%。设汽车通过50km的路程。汽油的密度ρ＝0.75×103kg/m3，汽油热值为q＝4.5×107J/kg。该路段上消耗的汽油完全燃烧释放的热量是 J，该路段上发动机给汽车行驶提供的牵引力为 N。 （5）对减少汽车行驶中的能量损耗，就你所知，提出一条建议： 。 18．（2026•沭阳县一模）一般小汽车每消耗1kg汽油就会排放2.3kg的二氧化碳气体，为了实现节能减排，各种新能源汽车相继出现，如图所示为某太阳能汽车，能将太阳能转换为电能储存起来供汽车行驶，真正实现了零排放。若该太阳能汽车行驶时受到的阻力恒为900N，某天接收到的太阳能为1.08×108J，可供汽车匀速行驶30km路程。求： （1）该太阳能汽车匀速行驶30km过程中牵引力所做的功； （2）该太阳能汽车太阳能转化为机械能的效率； （3）相比较效率为30%的汽油车，牵引力做相同的功可以减少多少千克二氧化碳气体的排放？（汽油热值为4.6×107J/kg） 迁移创新 19．（2026•太原一模）王同学记录了如下错题，请你帮助他找出错误之处、分析错因并写出正确解答过程。 错题记录 错题改正 实践小组利用易拉罐、酒精等物品自制了一个小火箭，点燃易拉罐内的酒精后，小火箭上升。此过程中燃烧酒精0.5g，酒精燃烧放出的热量对小火箭做功1.5×103J，热量散失4.5×103J。请你计算小火箭的效率。（酒精的热值q取3.0×107J/kg） 解：酒精燃烧放出的热量 Q放＝mq＝0.5×10﹣3kg×3.0×107J/kg＝1.5×104J 有用功 小火箭的效率 错误之处： 。 错因分析： 。 正确解答： 。 20．（2026•李沧区二模）如图所示，某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为S，一个冲程中活塞在气缸中移动的距离是L。满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为p，t时间内曲轴转动N圈、消耗汽油的体积为V，已知汽油的密度为ρ，汽油的热值为q，不考虑大气压对计算的影响，不计摩擦损失，满负荷工作时： （1）这种汽油机每个工作循环对外做功大小为多少？ （2）汽油机把内能转化为机械能的效率是多少？ 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $