2.1《热机》学科素养同步分层练习设计（基础版）-2026-2027学年教科版物理九年级上学期

**基本信息** 以基础认知为核心，通过生活与科技情境构建"单一概念→情境应用→综合拓展"的巩固路径，强化能量观念与热机原理，适配新授课基础巩固需求。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础认知层|能量转化、热机冲程等单一概念|选择题1-7以水稻旅程、钻木取火等实例，直观考查物理观念| |情境应用层|能量转化、比热容在科技场景中的应用|填空题9-13结合神舟发射、伞梯发电等情境，培养科学思维| |综合拓展层|热机效率、环保等跨知识点整合|综合题15-16通过混合动力汽车、热岛效应分析，体现科学态度与责任|

2.1《热机》学科素养同步分层练习设计（基础版） 一、选择题 1．（2026·青羊模拟）一粒水稻种子从土壤到餐桌的奇妙旅程，本质上是一场能量的宏大接力。对这个过程描述正确的是(　　) A．光合作用叶绿素将太阳能转化为机械能 B．收获加工碾米电机将电能转化为化学能 C．蒸煮烹饪天然气灶将化学能转化为内能 D．消化吸收胃肠道将化学能转化为机械能 2．（2026九下·龙泉驿期中）2025年10月31日，搭载神舟二十一号载人飞船的长征二号运载火箭在酒泉卫星发射中心发射，成功将我国航天员送入空间站。火箭加速升空的过程中，下列分析正确的是（　　） A．火箭燃料燃烧释放的内能全部转化为机械能 B．飞船的动能、重力势能和机械能都增大 C．航天员的动能转化为重力势能 D．火箭的机械能始终保持不变 3．（2026·长沙模拟）2025 年荒野求生赛选手先钻木取火获得火源点燃柴薪，再用柴火在石头下面燃烧一段时间后用冷水淋石头，最终“开山炸石”成功。下列说法正确的是 A．钻木取火是将机械能转化为内能 B．柴薪燃烧时，将内能转化为化学能 C．柴火烧石头时，石头的温度升高，内能减小 D．冷水淋石头时，温度由石头传递给冷水 4．（2026·东莞模拟）题图是四冲程内燃机的某一冲程示意图，该冲程是(　　) A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 5．（2026·湖南模拟）2026年3月30日，“力箭二号”液体运载火箭在东风商业航天发射场点火升空，成功将卫星送入预定轨道。火箭加速上升过程中，能量的主要转化顺序是（　　） A．化学能内能机械能 B．内能化学能机械能 C．机械能内能化学能 D．化学能机械能内能 6．（2026·茂名模拟）如图是我国传统玩具走马灯，灯内蜡烛燃烧产生的热空气推动叶轮转动，从能量转化的角度，此过程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 7．（2026·东莞模拟）如图所示是汽油机的四个冲程，其中内能转化成机械能的是（　　） A． B． C． D． 二、多选题 8．（2026·绥化中考）我国古人曾发明一种点火器，结构如图所示。取火时握住套筒，然后向内猛推推杆，前端的艾绒就会被点燃，拔出推杆后，吹吹艾绒就有火苗产生。下列说法正确的是 A．艾绒燃烧是化学能转化为内能 B．推入推杆过程中是通过做功方式改变气体的内能 C．推入推杆使简内气体分子运动加快 D．推入推杆过程与汽油机做功冲程的能量转化相似 三、填空题 9．（2026·湖南模拟）我国在伞梯高空风力发电领域已达到世界领先水平，伞梯由牵引缆绳把捕风伞串成长串并和地面发电站相连。伞梯发电时，捕风伞在氦气球带动下升至数百米的高空，伞面打开后捕获风能并拉动缆绳带动地面发电机发电，捕风伞到达地面后伞面闭合，由氦气球牵引复位，循环工作。请回答下列问题： （1）氦气球能带动捕风伞升空，是因为氦气的密度比空气的密度　 　。 （2）捕风伞捕获风能带动发电机发电时，是将　 　能最终转化为电能。 10．（2026·花溪模拟）在人类社会发展历程中，内能的利用极大地推动了生产力进步，例如日常生活中煤和燃气燃烧，都是将　 　能转化为我们需要的内能再加以利用。 11．（2026·吉林）2026年5月24日，搭载神舟二十三号载人飞船的长征二号F遥二十三运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。 （1）飞船与空间站对接成功后，以空间站为参照物，飞船是　 　的。空间站上的太阳能电池翼可以把　 　能转化为电能。 （2）在空间站内，宇航员吃饭时能闻到香味，这是由于物质的分子都在不停地做无规则的　 　；宇航员们说话时，他们的声音是由声带　 　产生的。 12．（2026·广西）2025年12月29日，广西首座抽水蓄能电站建成投产。在用电低谷时电站通过　 　(选填“抽水机”或“发电机”)将水从低处抽至高处储存，在用电高鿍时放水发电，将机械能转化为　 　能。 13．（2026·湖北）为降低深空探测返回器进入大气层速度过快产生的风险，返回器常采用“打水漂”的返回方式(半弹道跳跃式返回)。如下图，轨道器携带返回器在大气层外运动时是相对　 　的；在A点分离后，返回器从B点进入大气层，因与大气　 　而产生热量，从C点离开大气层时速度变小，再从D点第二次进入大气层。CD 过程返回器受力　 　(填“平衡”或“不平衡”)。 四、科普阅读题 14．（2025九上·茂名期中）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）汽油机作为一辆汽车的“心脏”，其中汽油机的做功冲程是将　 　 能转化为　 　 能； （2）汽车发动机是用水作冷却剂的，这是利用了水的 　 　 的性质；冬天，小蒋的父亲开车行驶在路上，不一会儿汽车挡风玻璃内侧出现了一层“白雾”，为 了尽快消除“白雾”，你认为应该开启空调的　 　 （选填“冷”或“热”）风，从而加快水的 　 　 （3）开车上坡前，往往加大油门，以提高汽车的速度，这是为了增大　 　 (选填“惯性”和“动能”）。 五、综合题 15．（2025九上·珠海期中）如图甲，这是我国自研发的一款油电混合动力汽车。该汽车启动时，内燃机不工作，车内蓄电池输出能量：当高速行驶或蓄电池存能过低时；内燃机启动，既可以向车轮输出能量，同时又可以向蓄电泄充电。在某次测试中，司机驾驶该车在平直公路上以50km/h的速度匀速行驶1h。这段时间内燃机消耗燃油10kg，蓄电池储存的能量由最大值的30%增大至最大值的80%。该车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图丙所示，该汽车的某些参数如表所示。（燃油热值=4.0×107J/kg） 电机 电池 整车 输出最大功率/kW 输出电压/V 最大容量/J 质量/t 40 300 1.0×108 1 （1）该混合动力汽车的内燃机是一台四冲程汽油机，图乙是汽油机的　 　冲程；汽车行驶一段时间后，油箱中剩余燃油的热值　 　（选填“变大”*变小”或“不变”》：若该汽油机的转速为3000r/min时，其中一个气缸在 1s 内做功　 　次。 （2）汽油机使用水做冷却剂，是因为水的　 　较大。 （3）该车以_50km/h的速度匀速行驶时，牵引力为　 　N. （4）汽车的能量利用率　 　%。 16．（2025九上·鹤山月考）阅读短文，回答问题。 热岛效应，指由于人为原因，改变了城市地表的局部温度、湿度、空气对流等因素，进而引起的城市小气候变化现象。该现象属于城市气候最明显的特征之一。由于城市化的速度加快，城市建筑群密集，柏油路和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更大的吸热率和更小的比热容，使得相同的日照情况下，城市地区升温较快，并向四周和大气中大量辐射，造成了同一时间城区气温普遍高于周围的郊区气温，高温的城区处于低温的郊区包围之中，如同汪洋大海中的岛屿，人们把这种现象称之为城市热岛效应。在热岛效应的作用下，城市中每个地方的温度并不一样，而是呈现出一个个闭合的高温中心。在这些高温区内，空气密度小，气压低，容易产生气旋式上升气流，使得周围各种废气和有害气体不断对高温区进行补充。在这些有害气体作用下，高温区的居民极易患上呼吸系统或神经系统疾病。 （1）减弱热岛效应的措施之一：增大城区的绿地、水体面积，多植树。城区的水体、绿地对减弱夏季城市热岛效应起着十分可观的作用，这主要是利用了水的　 　的特性。 （2）减弱热岛效应的措施之二：人工蒸发补偿。解决城市大气热污染的首要办法是增大蒸发量，受城市安装条件的限制，采用喷雾系统是一种高效且经济的办法，这是利用了水　 　（填物态变化名称）有　 　（选填“吸热”或“放热”）的作用。 （3）研究表明，现在城市机动车保有量越来越大，机动车也是造成热岛效应的因素之一。以四冲程发动机小车为例，回答下列问题： 实现机械能转化为内能的是　 　冲程；实现内能转化为机械能的是　 　冲程。 在紧急刹车时，刹车片会发烫，这是通过　 　的方式增加物体的内能。 答案解析部分 1．【答案】C 【知识点】能量的转化或转移 【解析】【解答】 A. 光合作用叶绿素将太阳能转化为化学能 ，故A错误； B. 收获加工碾米电机将电能转化为机械能 ，故B错误； C. 蒸煮烹饪天然气灶将化学能转化为内能，故C正确； D. 消化吸收胃肠道中食物发生化学分解，化学能被人体吸收一大部分，然后再转化为内能和机械能等，故D错误。 故选C。 【分析】根据能量转化的知识分析判断。 2．【答案】B 【知识点】动能和势能的大小变化；机械能及其转化；能量的转化或转移 【解析】【解答】A．火箭燃料燃烧时，一部分能量会散失到周围环境中，并非全部转化为机械能，故A错误； B．火箭加速升空时，飞船的质量不变，速度变大，则动能增大；飞船的质量不变，则高度变高，那么重力势能增大。根据“机械能=动能+重力势能”可知，所以机械能增大，故B正确； C．航天员随飞船加速升空，动能和重力势能均增大，二者之间不存在转化关系，故C错误； D．综上所述，火箭的动能和重力势能都在增大，根据“机械能=动能+重力势能”可知，机械能不断增大，故D错误。 故选B。 【分析】A.注意火箭燃烧时肯定有热量散失； B.动能与质量和速度有关，重力势能与质量和高度有关，而“机械能=动能+重力势能”； C.根据航天员的动能和重力势能的大小变化判断； D.机械能=动能+重力势能。 3．【答案】A 【知识点】做功改变物体内能；热传递改变物体内能；能量的转化或转移 【解析】【解答】A、钻木取火是通过摩擦做功的方式，将机械能转化为内能，使木头温度升高达到燃点，故 A 正确； B、柴薪燃烧时，是将化学能转化为内能，而非内能转化为化学能，故 B 错误； C、柴火烧石头时，石头吸收热量，温度升高，内能增大，而非减小，故 C 错误； D、冷水淋石头时，传递的是热量，而非温度，热量由高温的石头传递给冷水，故 D 错误； 故答案为：A。 【分析】A、考查能量转化，理解钻木取火是通过做功将机械能转化为内能； B、考查燃烧过程的能量转化，燃烧是化学能转化为内能的过程； C、考查内能与温度的关系，同一物体温度升高，内能增大； D、考查热传递的概念，热传递过程中传递的是热量，而非温度。 4．【答案】B 【知识点】热机的四个冲程 【解析】【解答】据图可知，进气口和排气口关闭，活塞上移动，机械能转化为内能，所以属于压缩冲程。故B正确，ACD错误； 故选B。 【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：活塞下移，火花塞点燃，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。 5．【答案】A 【知识点】能量的转化或转移 【解析】【解答】火箭燃料储存的能量属于化学能，在燃料燃烧的过程中，燃料储存的化学能会转化为燃气的内能；之后高温高压的燃气膨胀对外做功，推动火箭升空，会将燃气的内能进一步转化为火箭的机械能，因此整个过程的能量转化顺序为：化学能→内能→机械能。 故选A。 【分析】 1. 燃料具有化学能，燃烧时将化学能转化为内能。 2. 热机做功冲程，内能转化为机械能，火箭发动机属于热机。 6．【答案】C 【知识点】热机的四个冲程；能量的转化或转移 【解析】【解答】走马灯中，蜡烛燃烧产生的热空气推动叶轮转动，是内能转化为机械能。汽油机的做功冲程中，燃气膨胀对外做功，也是内能转化为机械能，因此两者能量转化相同。 故答案选 C。 【分析】热机（汽油机）的四个冲程：吸气、压缩、做功、排气。其中做功冲程将内能转化为机械能，其他冲程消耗机械能。 走马灯的工作原理：热空气上升，带动叶轮转动，内能转化为机械能。 7．【答案】A 【知识点】热机的四个冲程 【解析】【解答】A．汽油机的气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程，将内能转化为机械能，故A符合题意； B．汽油机的进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，故B不符合题意； C．汽油机的两个气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，机械能转化为内能，故C不符合题意； D．图中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，故D不符合题意。 故选A。 【分析】根据汽油机的气门状态，结合活塞运行方向，判断冲程和能量转化。 8．【答案】A,B,C 【知识点】做功改变物体内能；热机的四个冲程；能量的转化或转移；分子热运动 【解析】【解答】 A、艾绒燃烧时，储存的化学能释放，转化为内能，故 A 正确； B、向内猛推推杆，压缩筒内气体，对气体做功，是通过做功改变气体内能，故 B 正确； C、压缩气体做功，气体内能增加、温度升高，温度越高分子无规则运动越快，分子运动加快，故 C 正确； D、推入推杆是机械能转化为内能；汽油机做功冲程是内能转化为机械能，二者能量转化相反，故 D 错误； 故选 ABC。 【分析】1、燃料燃烧，化学能转化为内能； 2、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 3、分子热运动的特点：分子无规则运动，肉眼无法观察，常见例子有：气体颜色的改变，味道的扩散；且温度越高，分子热运动速度越快； 4、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：活塞下移，火花塞点燃，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。 9．【答案】（1）小 （2）机械 【知识点】能量的转化或转移；浮力的利用 【解析】【解答】（1）根据浮力与物体浮沉的条件可知：氦气的密度小于空气的密度，当体积相同时，氦气球与捕风伞的总重力小于排开空气的总重力，使得整体受到的浮力大于自身总重力，因此装置可以带着捕风伞升空。 （2）风能属于机械能，在该发电过程中，最终是将风的机械能转化为电能。 【分析】 1. 物体浮沉条件，当物体所受浮力大于总重力时，物体上浮；风能属于机械能，风力发电的能量转化为机械能转化为电能。 2. 比较氦气球装置整体浮力和总重力大小关系，浮力大于重力，装置上浮；风力发电消耗机械能，得到电能，据此判断能量转化。 （1）根据浮力浮沉条件：当氦气密度小于空气密度时，相同体积下氦气球和捕风伞的总重力小于排开空气的总重力，整体浮力大于重力，因此可以带动捕风伞升空。 （2）风能属于机械能，该发电过程是将风的机械能最终转化为电能。 10．【答案】化学 【知识点】能量的转化或转移 【解析】【解答】燃料燃烧属于化学反应释放能量的过程，煤和燃气这类燃料储存着化学能，燃烧时将化学能转化为内能， 故答案为：化学。 【分析】考查能量的转化；燃料内部储存化学能，发生燃烧化学反应时，消耗化学能，得到内能，实现化学能向内能的转化。 11．【答案】（1）静止；太阳 （2）运动；振动 【知识点】能量的转化或转移；声音的产生；参照物及其选择；分子热运动 【解析】【解答】（1）飞船与空间站对接完成后，二者相对位置不再发生变化，以空间站为参照物，飞船是静止的。太阳能电池翼的能量转化过程是将太阳能（光能）转化为电能。 （2）闻到香味属于扩散现象，本质是一切物质的分子都在永不停息地做无规则运动。声音由物体振动产生，宇航员说话时的声音是声带振动产生的。 【分析】1、物体相对运动：物体与参照物运动状态不一致，所以物体相对参照物运动，物体与参照物运动状态不一致，所以物体相对参照物静止； 2、能量转化：根据物体起始状态具有的能量和最终状态具有的能量进行判断，如太阳能电池是将太阳能转化为电能； 3、分子热运动的特点：分子无规则运动，肉眼无法观察，常见例子有：气体颜色的改变，味道的扩散；且温度越高，分子热运动速度越快； 4、声音产生是由物体振动产生，通过介质（固体、液体、气体）中传播，不能在真空中传播。 12．【答案】抽水机；电 【知识点】能量的转化或转移 【解析】【解答】用电低谷时段需要把低处的水输送至高位水库储存，抽水机依靠电力驱动完成提水作业，发电机功能为向外输出电能，因此此处选抽水机。 用电高峰阶段开闸放水，水流冲击机组运转发电，该过程中水携带的机械能会转化为电能向外供给。 故答案为：抽水机；电； 【分析】依托抽水机、发电机的功能差异判断，抽水机消耗电能提升水的重力势能，发电机依靠机械能产出电能，结合低谷蓄水的操作场景确定设备。 依托发电机能量转化规律判断，水力发电时水流的机械能输入机组，最终转化为电能输出。 13．【答案】静止；摩擦；不平衡 【知识点】能量的转化或转移；平衡状态的判断；运动和静止的相对性 【解析】【解答】轨道器携带返回器同步在大气层外运动，二者相对位置不变，因此返回器相对轨道器静止；返回器进入大气层，和大气剧烈摩擦，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，产生大量热量；CD段返回器沿曲线飞行，运动方向持续变化，运动状态发生改变，不满足平衡状态条件，因此受力不平衡。 【分析】两个物体之间位置不发生变化，则彼此相对静止；克服摩擦做功可以将机械能转化为内能，使物体温度升高；物体静止或做匀速直线运动时受力平衡；运动速度大小或运动方向改变，即运动状态改变，物体受力不平衡。 14．【答案】（1）内；机械 （2）比热容大；热；汽化 （3）动能 【知识点】汽化及汽化吸热的特点；热机的四个冲程；惯性及其现象；水的比热容的特点及其应用 【解析】【解答】（1）做功冲程的能量变化为内能转换为机械能； （2）水比热容大，所以温度变化大，吸收热量多，开启热风可以使得小水滴加速汽化； （3）增加速度是为了增加动能，惯性和物体的速度无关。 【分析】1、机械能：机械能为动能和重力势能之和，当质量不变时，动能和速度成正比，速度不变时，动能和质量成正比；当质量不变时，重力势能和高度成正比，高度不变时，重力势能和质量成正比； 2、比热容的应用：水的比热容较大，用水做冷却剂； 3、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。 15．【答案】（1）做功；不变；25 （2）比热容 （3）2000 （4）37.5% 【知识点】燃料的热值；热机的四个冲程；二力平衡的条件及其应用；水的比热容的特点及其应用 【解析】【解答】（1）据图可知，火花塞点燃，属于做功冲程，热值和质量无关，所以热值不变， 该汽油机的转速为3000r/min =50r/s，所以气缸在1s中做功25次； （2）水的比热容大，变化相同温度下，吸收或者释放的热量多，所以可以作为冷却剂； （3）据图可知，速度为50km/h，阻力为2000N，汽车做匀速直线运动，所以汽车的牵引力等于阻力等于2000N； （4）牵引力做功W=Fvt=2000N×50km×1h=105J，畜电池释放的能量W=1×108J×0.5=0.5×108J，输出的总能量Q=mq=10kg× 4.0×107J/kg =4.0×108J.所以能量利用效率为。 【分析】1、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。 2、热机转速和做功的关系，热机转2次，对应一次做功，对应四个冲程。 3、比热容的应用：水的比热容较大，用水做冷却剂。 4、力和运动：物体静止或者做匀速直线运动，物体受到平衡力的作用，所以推力等于摩擦力。 5、热值的计算：公式为Q=mq；做功公式W=Fs。 16．【答案】（1）比热容大 （2）汽化；吸热 （3）压缩；做功；做功 【知识点】汽化及汽化吸热的特点；做功改变物体内能；热机；水的比热容的特点及其应用 【解析】【解答】（1）因为水的比热容较大，相同质量的水和其他物质（沙石、土壤等）比较，吸收相同的热量，水的温度升高的少，所以，保护并增大城区的绿地、水体面积，多植树，可以大大减弱该城市的“热岛效应”； （2）第1空，第2空，采用喷雾系统是利用了水汽化能够从周围物体中吸收热量，能起到降温的作用； （3）第 1 空，四冲程发动机中，压缩冲程的特点是活塞向上运动，压缩气缸内气体。此过程中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。 第 2 空，做功冲程中，燃料燃烧产生的高温高压气体推动活塞向下运动。气体的内能转化为活塞的机械能，进而驱动小车前进，是发动机对外做功的核心冲程。第 3 空，紧急刹车时，刹车片与车轮之间存在剧烈摩擦。克服摩擦力做功的过程中，机械能转化为内能，导致刹车片温度升高、发烫，这是通过做功的方式改变内能。故答案为：（1）比热容大；（2）汽化；吸热；（3）压缩；做功；做功。【分析】（1）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； （2）物质由液态变为气态叫汽化，汽化吸热； （3）①在汽油机的四个冲程中，机械能转化为内能的是压缩冲程，内能转化为机械能的是做功冲程； ②改变内能的方法：一是做功，对物体做功（克服摩擦做功、压缩气体做功），物体内能会增加；物体对外做功，物体内能会减少；二是热传递。 （1）水的比热容较大，相同质量的水和其他物质相比，吸收相同热量时温度变化较小，因此利用水的比热容大特性可有效调节城区温度。 （2）[1][2]喷雾系统中的水雾通过汽化（蒸发）过程吸收周围环境的热量，从而降低温度，汽化属于吸热过程。 （3）[1][2]压缩冲程中活塞压缩气体做功，机械能转化为内能；做功冲程中高温高压气体推动活塞做功，内能转化为机械能。 [3]刹车片与车轮摩擦时，通过做功的方式将机械能转化为内能，使刹车片温度升高。 学科网（北京）股份有限公司 $