10.4《热机》学科素养同步分层练习设计（基础版）2026-2027学年北师大版初中物理九年级全一册

**基本信息** 聚焦热机核心知识，以基础认知→情境应用→综合探究分层设计，通过多样化题型构建从单一概念到实际应用的巩固路径，培养物理观念与科学探究能力。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础认知层|热机冲程判断、能量转化形式|选择题1-3直接考查冲程能量转化，匹配新授课基础目标| |情境应用层|实验现象分析、跨学科实践|填空题4-7结合热风车、蒸汽模型等情境，强化物理观念| |综合探究层|实验操作、科普阅读应用|实验题8-9与阅读题10-11整合航天、汽车案例，提升科学探究与社会责任|

10.4《热机》学科素养同步分层练习设计（基础版） 初中物理九年级上册（北师郭玉英新教材） 一、选择题 1．（2025九上·城阳期末）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。该过程中能量转化的方式与四冲程汽油机的哪个冲程相同？（　　） A． B． C． D． 2．（2026·河西模拟）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 3．（2023·平潭模拟）刀削面是山西的一种传统特色面食，因其风味独特而驰名中外。用刀削出的面条，中厚边薄，形似柳叶，如图所示，下列说法正确的是（　　） A．面汤的温度越高，含有的热量越多 B．面条被煮熟，是通过做功的方式增加内能 C．刚端出来的面条香气扑鼻说明分子在不停地做无规则运动 D．水沸腾后锅盖被顶起过程中的能量转化与热机的压缩冲程相同 二、填空题 4．（2026九上·凤山期末）如图所示，试管内的高温高压水蒸气从玻璃管中喷出，使小风车转动，水蒸气的内能转化为风车的　 　能；右图　 　（选填“甲”或“乙”）中汽油机的工作过程与这一实验过程中的能量转化相同。 5．（2025九上·清苑月考）在跨学科实践活动中，小明模拟了风的形成。如图所示的实验装置，点燃蜡烛后，上方的小风车会转动。该过程的能量转化与汽油机的　 　冲程相同；热空气上升过程中，其内能通过　 　（选填“做功”或“热传递”）方式改变周围空气的内能。 6．（2025九上·青秀期中）如图所示，是跨学科实践小组制作的简易热机模型。用酒精灯加热易拉罐中的水，水沸腾后产生蒸汽从管口喷出使风车转动。当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来。此过程由蒸汽的　 　能转化为扇叶的机械能。这一过程与四冲程汽油机的　 　冲程相似。 7．（2024·四川模拟）韩胡的寒食中有诗句“春城无处不飞花，寒食东风御柳斜”，其中“飞花”描述的　 　选填“是”或“不是”扩散现象。如图所示为内燃机工作过程中的　 　冲程。 三、实验探究题 8．小谢在跨学科实践活动中制作了一个简易的汽轮机模型，如图所示。 他向易拉罐内部注入大约半罐水，将喷嘴朝外对准小风扇的扇叶，另一端插入易拉罐内，用胶将易拉罐的开口处密封。 （1）点燃酒精灯加热水，这是通过　 　的方式改变水的内能。 （2）当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来，这里的能量转换与四冲程汽油机的　 　冲程相同。 9．（2024九上·于都月考）完成下列各小题： （1）把一块表面很干净的玻璃板水平地挂在弹簧测力计下（如图甲），手持弹簧测力计上端，将玻璃板放到恰好与水槽内水面相接触（如图乙），并慢慢向上提起弹簧测力计。会发现弹簧测力计示数　 　（ 选 填 “ 变 大 ”、“ 变 小 ” 或 “ 不 变 ”），其 原 因 是　 　。 （2）用图所示的装置演示气体扩散现象，其中一瓶装有密度比空气大的红棕色二氧化氮气体，另一瓶装有空气。为了有力地证明气体发生扩散，装二氧化氮气体的应是　 　（选填“A”或“B”）瓶。根据　 　现象可知气体发生了扩散。 （3）热机是通过燃料燃烧获得内能并转化为机械能的装置。为了探究这一定义，按教材中那样制定模拟实验。如图所示，在桌面上点燃酒精灯，然后加热一支悬挂着的装着水的试管，在试管口放一个纸做的风车，直到将水加热至沸腾。A、你将观察到　 　。B、在这个实验中，酒精燃烧将　 　能转化为内能，水蒸气将内能转化为　 　能，使风车转动起来。 四、科普阅读题 10．（2024九上·龙华月考）阅读短文，回答问题。 在我国科学工作者的辛勤努力下，我国科技领域硕果累累！ [材料—]2020年11月24日，我国在文昌航天发射场利用长征五号遥五运载火箭成功将嫦娥五号探测器运送至地月转移轨道。运载火箭采用液氢作为燃料，给火箭提供强大的动力。火箭点火起飞后火箭向下喷火，为了避免火焰高温烧毁发射台，发射台下方有一个大水池保护发射台。 [材料二]2020年12月17日，嫦娥五号返回器进入大气层时与空气剧烈摩擦，带着长长的火焰穿过大气层，成功在内蒙古四子王旗预定区域着陆，我国首次地外天体采样返回任务圆满完成，如图甲所示。 [材料三]“东风快递，使命必达。”如图乙所示，这是我国高超音速导弹DF-17，该导弹采用火箭动力助推。DF-17的表面层由耐高温材料制成，可防止弹头飞行过程中因高温而损坏。 （1）助推火箭的发动机　 　（选填“属于”或“不属于”）热机； （2）长征五号遥五运载火箭中的液氢燃烧过程中，液氢的　 　能转化为　 　能； （3）嫦娥五号返回器进入大气层时温度升高和高超音速导弹DF-17的弹头温度升高都是通过　 　使内能增大。 11．（2024九上·顺德月考）阅读下面的短文，回答问题。 水冷发动机 汽车发动机在工作过程中需要冷却，如图所示为汽车发动机的水冷系统工作原理示意图，水冷系统由水泵、散热器、风扇、水套和水管等组成。汽车正常行驶时，水泵将水自储水箱中吸出并加压输送到发动机汽缸体水套，冷却液吸收汽缸体的热量温度升高，继而通过汽缸盖顶部的节温器流到散热器中，由于电动风扇的强力抽吸，空气由前向后高速通过散热器，使冷却液在流经散热器的过程中，热量不断散发到大气中去，使冷却液得到冷却，被冷却的冷却液流到散热器的下水室后，在水泵的作用下重又流回到发动机中，由此不断循环，使在高温条件下工作的零部件不断得到冷却。请回答下列问题： （1）水冷系统采用水作冷却液是因为水的　 　大，制冷剂在蒸发器内汽化吸热，温度不变，内能　 　； （2）冷却液流经散热器时是通过　 　方式改变内能的，水泵是利用　 　将水压入汽缸体水套； （3）发动机的效率比较低，影响的主要因素是　 　； （4）发动机的一个工作循环包括四个冲程，一个汽缸正常工作四个冲程的顺序是　 　（对甲、乙、丙、丁重新排序） 答案解析部分 1．【答案】C 【知识点】热机的四个冲程 【解析】【解答】根据图片可知，在悬挂的风车下面点燃蜡烛，空气受热后向上运动，推动小风车转动，此时内能转化为机械能，和四冲程内燃机的做功冲程能量转化相同。 A中排气门打开，是排气冲程；B中进气门打开，是吸气冲程；C中两气门都关闭，活塞下行，是做功冲程；D中两气门都关闭，活塞上行，是压缩冲程。 故选C。 【分析】根据气门的开合，结合活塞的运行方向确定冲程名称，结合其中的能量转化过程分析判断。 2．【答案】C 【知识点】热机；热机的四个冲程 【解析】【解答】火箭升空过程中，燃料燃烧释放出的内能，最终转化为推动火箭上升的机械能。我们来看热机的四个工作冲程：吸气冲程和排气冲程仅完成气阀开闭、气体进出气缸的动作，没有能量转化；压缩冲程里活塞压缩气缸内的气体，是把机械能转化为气体的内能；只有做功冲程中，燃料燃烧产生的高温高压燃气推动活塞向下运动，是将内能转化为机械能，和火箭升空的能量转化形式相同。故答案为：C。 【分析】本题考查热机的四个冲程的能量转化。热机是将机械能转化为热能的机器。在它的一个工作循环中，活塞往复运动2次，曲轴（连杆）转2周，有4个冲程（吸气，压缩，做功，排气），其中只有一个冲程是做功，完成热能转化为机械能。有2个冲程有能量转化，压缩冲程是机械能转化为内能。 3．【答案】C 【知识点】热传递改变物体内能；热机的四个冲程；分子热运动 【解析】【解答】A．热量是一个过程量，不能用“含有”来描述，A不符合题意； B．改变内能的方式有两种，分别是做功和热传递，面条被煮熟，是通过热传递的方式增加内能，B不符合题意； C．面条的香气扑鼻，属于扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动，C符合题意； D．水烧开时，壶盖被水蒸气顶起，是水蒸气对壶盖做功的结果，水蒸气的内能转化为壶盖的机械能，水蒸气的内能会减小；热机的压缩冲程中活塞向上运动，压缩燃料混合物对其做功，使气缸内气体的内能增加，该过程中将机械能转化为内能，所以二者的能量转化情况不同，D不符合题意。 故答案为：C。 【分析】热量是热传递时能量的改变量，温度不同的物体通过热传递改变内能；闻到气味说明分子在不停的无规则运动。 4．【答案】动；乙 【知识点】做功改变物体内能；热机的四个冲程 【解析】【解答】试管内高温高压的水蒸气向外喷出时对小风车施加推力，促使风车旋转，水蒸气的内能转化为风车的动能。 本实验的能量转化形式为内能转化为机械能，和汽油机做功冲程的能量转化规律一致。甲图中两个气门均关闭，活塞向上运动，属于压缩冲程，能量转化为机械能向内能转换；乙图气门全部关闭，火花塞点火，活塞向下运动，为做功冲程，实现内能向机械能的转化，所以和实验能量转化方式相同的是乙。 故答案为：动；乙。 【分析】水蒸气对外做功时自身内能减少，转化为小风车运动的机械能。汽油机四个冲程里，压缩冲程依靠活塞压缩气体，机械能转化为内能；做功冲程燃气膨胀对外做功，内能转化为机械能，结合气门状态与活塞运动方向即可判断冲程类型，匹配对应的能量转化过程。 5．【答案】做功；热传递 【知识点】热传递改变物体内能；热机；热机的四个冲程 【解析】【解答】蜡烛燃烧时产生的热空气上升驱动扇叶转动，此过程将内能转化为机械能。这与四冲程汽油机的做功冲程（内能→机械能）具有相同的能量转化形式。 改变物体内能的方式有两种：做功和热传递。热空气在上升过程中，通过热传递的方式将其内能传递给周围空气。 【分析】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。 改变物体内能的方式有做功和热传递，如钻木取火、搓手取暖属于做功改变物体内能，用酒精灯热水属于热传递改变物体内能。 6．【答案】内；做功 【知识点】做功改变物体内能；热机；热机的四个冲程 【解析】【解答】题目描述的是使用酒精灯加热易拉罐中的水，当水沸腾时产生的水蒸气从管口喷出，推动风车转动。在这一过程中，能量发生了两次转化：首先是燃料燃烧释放的化学能转化为水蒸气的内能，随后水蒸气的内能又转化为风车叶片的机械能。这种能量转化过程与四冲程汽油机中的做功冲程类似，后者同样是将内能转化为机械能的过程。 【分析】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。 简易汽轮机的模型的工作的能量转化为化学能转换为内能，内能转换为机械能。 7．【答案】不是；吸气 【知识点】热机的四个冲程；分子热运动 【解析】【解答】“春城无处不飞花，寒食东风御柳斜"，其中“飞花描述的现象是宏观物体的运动，不属于扩散现象。进气门开启，活塞下行，气体流入汽缸，是吸气冲程。 【分析】本题考查了扩散现象、内燃机的应用，解答此类题注意总结规律， 扩散现象：不同的物质在相互接触时，物质的分子互相进入对方的现象就叫扩散现象。在内燃机的四个冲程中，进气阀和排气阀均关闭的只有压缩冲程和做功冲程，而在压缩冲程中活塞向上运动，做功冲程中活塞向下运动；一个气阀打开，另一个气阀关闭的是吸气冲程和排气冲程，而在吸气冲程中活塞向下运动，排气冲程中活塞向上运动。 8．【答案】（1）热传递 （2）做功 【知识点】热传递改变物体内能；热机的四个冲程；热传递的概念与方式 【解析】【解答】（1）简易汽轮机的模型的工作原理是将酒精灯燃烧，通过热传递增加水的内能。 （2）水蒸气从中性笔管喷出使得风扇转动，能量转化为内能转换为机械能，和做功冲程相同。 【分析】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。 简易汽轮机的模型的工作的能量转化为化学能转换为内能，内能转换为机械能。 9．【答案】变大；分子间存在引力；B；B瓶中颜色变浅（或两瓶颜色变得均匀）；试管口出现“白气”，风车转动；化学；机械 【知识点】热机；分子热运动；分子间相互作用力 【解析】【解答】（1）根据图像，把与水面接触的玻璃提起时，弹簧测力计的示数会变大，水分子与玻璃板分子之间有相互作用的引力，是分子间有引力。 （2）根据图像，探究气体间扩散现象时，二氧化氮气体密度比空气大，若二氧化氮气体在上方，由于密度较大，会下沉，不能反应分子运动。而如果将二氧化氮气体放在下方，扩散到上方的空气中时，并混合在一起，从而有力地证明气体发生了扩散现象。 （3）根据图像，在模拟热机时，水蒸气从试管口喷出，水蒸气在遇冷后液化成小水珠，产生大量“白气”。同时，纸做的风车也会开始转动。 酒精燃烧将化学能转化为内能，对外做功时，水蒸气的内能又转化为机械能，推动风车转动起来。 【分析】（1）分子间存在引力； （2）分子在不停的做无规则运动； （3）热机是通过燃料燃烧获得内能，并转化为机械能的装置。 10．【答案】（1）属于 （2）化学；内 （3）做功 【知识点】做功改变物体内能；热机 【解析】【解答】（1）热机利用内能做功，发动机利用燃料燃烧获得内能，再通过做功的方式将内能转化为机械能，发动机属于热机。 （2）液氢燃烧时将化学能转化为内能。 （3）返回器和弹头在克服摩擦做功，是通过做功的方式改变内能。 【分析】(1)利用内能做功(将内能转化为机械能)的机械称为热机； (2)燃料燃烧时，向外放热，将化学能转化为内能； (3)改变物体内能的方式有两种：做功和热传递。 （1）热机是利用内能做功的机械，助推火箭的发动机利用燃料燃烧获得内能，再通过做功的方式将内能转化为机械能，所以助推火箭的发动机属于热机。 （2）[1][2]液氢燃烧时，向外放热，将化学能转化为内能。 （3）嫦娥五号返回器进入大气层时温度升高和高超音速导弹DF-17的弹头温度升高是因为返回器和弹头在克服摩擦做功，所以是通过做功的方式改变内能。 11．【答案】（1）比热容；增大 （2）热传递；大气压 （3）废气带走大量的热量 （4）乙甲丁丙 【知识点】热传递改变物体内能；热机；热机的四个冲程；大气压的综合应用 【解析】【解答】（1）比热容表示物体的吸热能力，水的比热容较大，吸热能力强，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，用水冷却汽车发动机；制冷剂在蒸发器内汽化吸热，内能增加，温度保持不变。 （2）冷却液流经散热器时，由于温度高，热量不断散发到大气中，通过热传递的方式改变内能。 水泵叶轮附近的气压小于外界气压，水在大气压的作用下进入泵内，再将水压入汽缸体水套。 （3）热机工作时，废气带走大量的热量，是影响热机效率的主要因素。 （4）图甲，进气门和排气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程；图乙，进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程；图丙，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程；图丁，进气门和排气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程；根据汽油机的四个冲程，顺序是乙、甲、丁、丙。 【分析】（1）水的比热容较大，吸热能力强；物体吸收热量，内能变大； （2）物体间温度不同，通过热传递改变内能； （3）热机的排气冲程损失能量最大，影响热机效率明显； （4）根据汽油机的气门和活塞运行方向，判断冲程，并合理排序。 （1）[1][2]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，所以用水冷却汽车发动机；制冷剂在蒸发器内汽化吸热，内能增加，温度保持不变。 （2）[1]冷却液流经散热器时，热量不断散发到大气中去，使冷却液得到冷却，通过热传递的方式改变内能。 [2]水泵叶轮附近的气压减小，由于外界气压较大，在大气压的作用下，将水压入泵内，然后将水压入汽缸体水套。 （3）热机效率指有用能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，废气带走大量的热量是影响的主要因素。 （4）图甲中进气门和排气门关闭，活塞向上运动，说明是压缩冲程；图乙中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，说明是吸气冲程；图丙中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，说明是排气冲程；图丁中进气门和排气门关闭，活塞向下运动，说明是做功冲程；由上述可知一个汽缸正常工作四个冲程的顺序是乙、甲、丁、丙。 学科网（北京）股份有限公司 $