第4讲： 能量的转化与守恒 热机 讲义-2026-2027学年人教版物理九年级全一册

本讲义聚焦能量的转化与守恒定律及热机两大核心知识点，系统梳理五种能量形式、转化与转移的区别、守恒定律及方向性，衔接热机定义、内燃机四冲程原理，细化汽油机与柴油机的构造及工作过程，构建从理论到应用的学习支架。 该资料通过表格对比能量形式与热机冲程，结合压缩空气蓄能、空间站相变材料等科技实例设计例题，融入制作简易热机模型的跨学科实践，培养学生能量观念与科学探究能力。题型分层覆盖基础到综合，课中辅助教师教学，课后助力学生查漏补缺。

第4讲： 能量的转化与守恒 热机 题型一：能量的转化与守恒定律 2 题型二：热机 3 题型三：汽油机构造及其工作过程 5 题型四：柴油机结构及其工作过程 6 题型五：热机的有关计算 7 题型六：能量与热机的综合问题 8 【知识点1】 能量的转化与守恒定律 一、常见的五种能量形式 能量形式 含义 影响因素 机械能 动能 + 势能（重力势能、弹性势能） 动能：质量、速度重力势能：质量、高度弹性势能：弹性形变大小 内能（热能） 物体内部分子热运动的能量 温度、质量、状态 电能 电流具有的能量 —— 化学能 储存于燃料、电池、食物中的能量 —— 光能 光携带的能量 —— 能量转化：能量形式发生改变 能量转移：能量形式不变，只是从一个物体传给另一个物体（典型：热传递） 二：能量守恒定律 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体；在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 注意技巧： 总能量永远守恒，不会消失，只是换形式、换物体。 永动机不可能制成：违背能量守恒定律，不存在不消耗能量却持续对外做功的机器。 能量转化具有方向性： 机械能可以通过摩擦变为内能，但这些内能无法自动、全部变回机械能。 题型一：能量的转化与守恒定律 【例1】．（2026·陕西铜川·模拟预测）如图所示，压缩空气蓄能电站是一种新型电能存储系统，通过压缩空气储存与释放，实现电网负荷调节。其工作原理是：利用电网用电低谷时，将剩余电力驱动电动压缩机压缩空气，将其储存在高压密封设施内；在用电高峰时释放压缩空气，驱动汽轮机带动发电机发电。下列说法正确的是（     ） A．储能过程中，电能最终转化为内能 B．释能过程中，空气膨胀对外做功，空气内能增大 C．释能过程中，能量的总量不断减小 D．电能、机械能、内能可以相互转化，说明能量的转化是没有方向性的 【变式1】．（2026·江苏苏州·二模）2026年4月中国空间站计划将T型三舱扩容为十字形，新扩展舱段将用到相变材料控温，当温度升高时吸热熔化，温度降低时固化放热，以此稳定站内温度应对太空极端温差。下列说法正确的是（     ） A．相变材料熔化吸热凝固放热，是发生了能量的转移 B．空间站向阳面温度比背阴面温度高，所以向阳面的内能一定更大一点 C．空间站进入地球阴影区，温度骤降到0℃以下，整个设备不再具有内能 D．空间站被火箭加速推进升空时，其动能和重力势能均增大，违背了能量守恒定律 【变式2】．（2026·山西·三模）全国首个地铁氢赋能零碳能源项目，用“光伏+氢能”打造零碳交通，其供能方式如图所示。通过能量调度控制系统，实现地源热泵、制氢站、车辆段用电的智能化调度与高效利用，最终达成能源自给自足与零碳排放的目标。下列有关该项目的说法正确的是（     ） A．在光伏发电的过程中，电能转化为光能 B．氢燃料电池供电时将化学能转化为电能 C．储能电池充电时，将化学能转化为电能 D．能量调度控制系统可使能量无损耗转移 【知识点2：热机】 1.热机：利用内能做功的机械叫热机。 （1）热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 （2）内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。 2.内燃机的工作原理： （1）内燃机的每一个工作循环分为四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 题型二：热机 【例2】．（25-26九年级上·河北沧州·期末）年来我国先进装备层出不穷，我们倍感自豪。如图所示，装备的动力装置不是使用热机的是（     ） A．玉兔号月球车 B．福建号航母 C．100坦克 D．长征五号火箭 【变式1】．（25-26九年级上·云南昭通·期末）航空涡轴发动机是将空气压缩后与燃料混合，并在燃烧室燃烧后产生的高温高压气体推动涡轮转动做功。下列有关说法正确的是（　　） A．航空涡轴发动机不属于热机 B．由于燃料不可能完全燃尽，故整个过程总能量不守恒 C．燃料燃烧越充分，航空涡轴发动机效率越高 D．空气被压缩后内能减小 【变式2】．（26-27九年级上·全国·课后作业）空气喷气发动机飞机只携带燃料，从外界空气中获得足够的氧来助燃，工作过程中，空气从进气口进入，被压缩机压缩后进入燃烧室和从喷雾器喷出的燃料混合，由火花塞点火燃烧，产生大量气体向后喷出，冲击燃气轮机叶轮转动，最后气体以极大的速度从尾部喷管喷出，使机身得到巨大的反冲推力向前飞行。下列有关说法中错误的是（     ） A．该发动机工作过程中，先将燃料的化学能转化为内能，然后再将其转化为机身的机械能 B．该发动机不能在大气层外工作 C．该发动机工作过程中，气体温度先升高再降低 D．该发动机点火燃烧前的过程与柴油机某冲程相同，点火方式也与柴油机相同 【知识点3】汽油机 1.工作原理 利用气缸内汽油燃烧产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。 多数汽油机的一个工作循环由四个冲程组成，这四个冲程分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。四个冲程不断循环来保证连续工作，如图所示。 题型三：汽油机构造及其工作过程 【例3】．（25-26九年级上·福建厦门·阶段检测）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 【变式1】．（25-26九年级上·山东滨州·期末）跨学科实践：制作简易热机模型。如图所示，易拉罐里盛有适量的水，用酒精灯加热使罐内水沸腾，中性笔管口冒出的蒸汽推动小风扇转动。下列说法正确的是（　　） A．罐中水的内能增大是通过做功方式实现的 B．此热机从工作方式和分类上看属于内燃机 C．水在沸腾时不断吸热，温度升高，内能增大 D．蒸汽使风扇转动过程与汽油机做功冲程类似 【变式2】．（2026·黑龙江绥化·二模）如图所示是某汽油机一个工作循环的四个冲程的示意图，若该单缸四冲程汽油机的转速为，则下列说法不正确的是（　　） A．正确的工作顺序是乙、甲、丁、丙 B．图甲冲程中的能量转化是机械能转化为内能 C．图乙冲程中吸入气缸内的物质只有空气 D．该汽油机每分钟对外做功300次，共经历了1200个冲程 【知识点4】 柴油机 1.工作原理 利用柴油在气缸内燃烧所产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。 柴油机的一个工作循环有四个冲程，包括吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 进气门打开，排气门关闭。活塞由上向下运动，将空气吸进汽缸 进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，汽缸容积变小，空气被压缩，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，汽缸内空气的温度已达到柴油的着火点。此过程将机械能转化为内能 在压缩冲程结束时，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到高温高压的空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。此过程将内能转化为机械能 进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸 一个工作循环，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，完成四个冲程，对外做功一次，除做功冲程外，其他冲程靠飞轮的惯性来完成 柴油机工作过程中的能量转化 压缩冲程∶机械能转化为内能 做功冲程∶内能转化为机械能 题型四：柴油机结构及其工作过程 【例4】．（26-27九年级上·安徽·课后作业）关于汽油机和柴油机的主要区别，下列说法正确的是（　　） A．构造上，汽油机气缸顶部有喷油嘴，柴油机气缸顶部有火花塞 B．在做功冲程中，柴油机气缸中的气体温度和压强比汽油机里的高 C．在压缩冲程末，柴油机的点火方式是点燃式，汽油机的点火方式是压燃式 D．吸气冲程中，柴油机吸入气缸的是柴油和空气的混合物，汽油机吸入气缸的是空气 【变式1】．（25-26九年级上·河南洛阳·阶段检测）汽油机和柴油机是内燃机中最常见的两种类型，广泛应用于生产，生活的设备中。关于汽油机和柴油机描述正确的是（     ） A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞 B．汽油机在吸气冲程只将空气吸入气缸 C．柴油机比较轻巧，主要应用在摩托车、小汽车上 D．汽油机和柴油机的大量使用均会对环境造成不良的影响 【变式2】．（25-26九年级上·山西运城·期末）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 题型五：热机的有关计算 【例5】．（25-26九年级上·江苏泰州·阶段检测）汽车发动机采用以水为主要成分的冷却液来降温，这是因为水的_____较大；一台单缸四冲程汽油机工作时，______冲程将内能转化为机械能，若该汽油机每分钟做功1800次，则每秒______个冲程，飞轮转速是______r/min。 【变式1】．（2026·黑龙江绥化·模拟预测）如图所示为汽油机一个工作循环的四个冲程。 (1)其中将机械能转化为内能的是图________。 (2)四个冲程中只有________冲程能提供动力，其他三个冲程都要靠飞轮的惯性带动。 (3)若这台汽油机飞轮的转速为1800r/min，则这台汽油机每秒钟完成________个冲程，对外做了________次功。 【变式2】．（2026·江苏镇江·二模）图中单缸四冲程汽油机正处在______冲程，若该汽油机转速为，则它每秒钟完成______个冲程，对外做功______次。用水循环带走汽油机产生的热量，这是利用了水的______较大的特性。 题型六：能量与热机的综合问题 【例6】．（25-26九年级上·福建泉州·期末）我国航天技术已达到世界领先水平，在科学实践活动中，某小组开展了“制作火箭模型”的学习活动，下面是该小组同学交流的实践过程。 (1)了解火箭的相关知识：2025年中国共完成92次运载火箭发射，较2024年增长35.3%，再创历史新高，如图甲所示。火箭发射开始上升时，它的机械能_______（选填“增加”“减小”或“不变”）。火箭产生的高温火焰向下喷射到发射台的地面，如果没有保护发射台金属底座遇到这样的高温容易发生熔化，为了保护发射台，在发射台底建了一个大水池，让火焰喷射到水中，利用水的_______（填物态变化名称）来吸收大量的热量，同时可以看到周围冒出大量白色气团实际上由________组成（选填“小水滴”“烟雾”或“水蒸气”）； (2)制作并发射：同学们制作了“水火箭”并进行发射，如图乙、丙所示，给“水火箭”打气，打开阀门，水向下喷出，“水火箭”一飞冲天，使用打气筒打气时发现筒壁发烫，这能量转化与汽油机的_______冲程的能量转化情况相同； (3)项目评估：小组的同学们制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，发现“水火箭”在竖直方向上升高的高度不容易测量，同学们讨论后认为可以通过测量“水火箭”的_________来评选出“最佳飞行奖”（写出一种方法即可）。 【变式1】．（2026·河南洛阳·一模）伴随着科技的不断进步，现代农业也迎来了巨大发展，图为某型号联合收割机正在收割小麦。该收割机进行收割作业时所受重力约为，整机与地面接触的总面积是。 (1)在柴油发动机的工作循环中，获得动力的冲程是________冲程；阳光暴晒下的驾驶室的温度升高，这是通过_______的方式增大了其内能。 (2)该收割机进行收割作业时对水平地面的压强是多少？ (3)收割机水平匀速收割时受到的阻力为整机重力的0.8倍。某次收割作业时，收割机水平匀速行进700m，用时5min，求此过程中收割机牵引力做功的功率。 【变式2】．（2026·河南漯河·一模）2021年4月23日，我国自主研制的075两栖型攻击舰“海南舰”，在海南三亚某军港交接正式入列。如图所示，假设该舰满载时的排水量为4万吨，该舰使用的中速柴油机能提供5万千瓦的输出功率。（g取10N/kg） (1)该舰的动力系统是柴油机，柴油机工作时将________能转化成__________能； (2)该舰在以36km/h的速度巡航时，加满一次燃料可以行驶14400km，那么以该速度最多能行驶多久？ (3)该舰满载时受到的浮力是多大？ (4)该舰在以36km/h的速度航行时提供的前进动力是多大？ 一、单选题 1．（26-27九年级上·全国·课后作业）下列四种现象中，只发生能量的转移而不发生能量的转化的过程是（     ） A．烧水时，水蒸气顶起壶盖 B．植物吸收太阳光进行光合作用 C．冬天，用手摸户外的金属杆时手感到凉 D．给电动车的蓄电池充电 2．（2026·宁夏银川·三模）嫦娥五号返回器采用类似“打水漂”的方式着陆地球，部分轨迹简化如图。返回器由M点首次进入大气层，滑行至A点后上升至B点穿出大气层，后由C点再次进入大气层，经D点最终着陆。说法正确（     ） （1）返回器在MA段减少的重力势能等于其增加的动能 （2）返回器在M点的动能与在C点时动能可能相等 （3）通过这样“打水漂”的方式，可有效减小飞行器着陆时的动能 （4）整个着陆过程中能量守恒 A．（1）（2） B．（2）（3） C．（1）（4） D．（3）（4） 3．（26-27九年级上·河南信阳·开学考试）关于汽油机与柴油机，下列说法不正确的是（     ） A．汽油机吸入气缸的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入气缸的是空气 B．汽油机采用点燃式点火，柴油机采用压燃式点火 C．柴油机做功冲程中燃气的温度和压强比汽油机大，因而输出的功率更大 D．一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为600 r/min，则它每秒钟对外做功10次 4．（2026·广东清远·一模）如图所示，用酒精灯给试管中的水加热，一段时间后橡皮塞被冲开，下列说法正确的是（     ） A．橡皮塞被冲开的过程，是内能转化为机械能的过程 B．酒精燃烧越充分，酒精的热值越大 C．试管口的“白气”是凝固现象 D．试管中水的内能是通过做功的方式增加的 5．（26-27九年级上·全国·课后作业）空气喷气发动机飞机只携带燃料，从外界空气中获得足够的氧来助燃。工作过程中，空气从进气口进入，被压缩机压缩后进入燃烧室和从喷雾器喷出的燃料混合，由火花塞点火燃烧，产生大量气体向后喷出，冲击燃气轮机叶轮转动，最后气体以极大的速度从尾部喷管喷出，使机身得到巨大的反冲推力向前飞行。下列有关说法中错误的是（     ） A．该发动机工作过程中，先将燃料的化学能转化为内能，然后再将其转化为机身的机械能 B．该发动机不能在大气层外工作 C．该发动机工作过程中，气体温度先升高再降低 D．该发动机点火方式与汽油机不相同 6．（26-27九年级上·全国·课后作业）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，以下正确的是（     ） A．“鼻孔吸气”对应的汽油机冲程吸入的是汽油 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 7．（25-26九年级上·贵州毕节·期末）将装有酒精的金属管固定在桌子上，并用塞子塞紧，快速来回拉动绕在管子上的绳子，过一会儿塞子跳动起来，如图所示，则下列说法正确的是（　　） A．拉动绳子过程中，金属管温度升高、内能增加，是通过做功改变物体的内能 B．拉动绳子过程中，金属管内酒精温度降低、内能减小 C．塞子跳起时，管内气体温度升高、内能增加 D．塞子跳起时，与内燃机的压缩冲程能量转化相同 8．（25-26九年级下·内蒙古兴安·阶段检测）小明自制了如图所示的“水火箭”，用打气筒对水火箭打气，水向下喷出，水火箭一飞冲天。下列说法正确的是（　　） A．打气后气筒会发热，这是通过热传递改变气筒的内能 B．水从水火箭中喷出相当于内燃机的排气冲程 C．上升过程中，水火箭瓶内气体的内能增加 D．水火箭冲天是利用力的作用是相互的原理 9．（2026·广西南宁·三模）如图为一种蒸汽船玩具，在玻璃瓶内装适量水，将小船放置在水面上，点燃蜡烛加热玻璃瓶一段时间，产生大量水蒸气，并和受热膨胀的空气一起从细窄的吸管冲出，推动小船前进。下列有关该实验的说法合理的是（     ） A．加热过程中，玻璃瓶内的水通过做功的方式增大内能 B．吸管处出现白雾，冲出的水蒸气内能增大，温度升高 C．蒸汽推动小船做匀速直线运动，说明力是维持物体运动状态的原因 D．蒸汽推动小船前进，能量的转化方式和内燃机的做功冲程相同 二、填空题 10．（26-27九年级上·全国·课后作业）如图是四冲程汽油机________冲程的示意图。汽油燃烧产生高温高压的气体推动活塞向下运动，在活塞向下运动的过程中，汽缸内气体内能________（填“减少”“增加”或“不变”）。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，让汽缸被水包围着，这是通过________的方式减少汽缸内能。 11．（25-26九年级上·湖北黄冈·自主招生）如图1所示是一款斯特林发动机模型，点燃酒精灯后就会看到发动机的连杆带动飞轮转动起来。其工作原理是：酒精灯火焰通过________（选填“做功”或“热传递”）的方式增加了气缸内空气的内能，高温的空气推动活塞做功。如图2所示是某单缸四冲程汽油机结构示意图，若该汽油机飞轮转速为3600r/min，则该汽油机每秒对外做功_______次。 12．（2026·青海·中考真题）如图展示的是我国传统的走马灯，点燃底部的蜡烛，上升的热空气驱动扇叶转动，带动纸片转动。在这一过程中空气的内能转化为扇叶的__________能，这一能量转化过程与四冲程汽油机的__________冲程相似。 13．（2026·江苏泰州·三模）今年首个春假，小明一家自驾旅行，关于汽车有如下问题： (1)如图所示为某四冲程汽油机的________冲程；若该汽油机1s内完成100个冲程，则飞轮转速为________r/min。 (2)在长时间高速行驶后，刹车片与刹车盘剧烈摩擦，导致刹车系统温度升高，这是通过________的方式改变了刹车片的内能。 14．（25-26九年级下·江苏扬州·阶段检测）一台单缸四冲程汽油机，如图所示的汽油机正处于____冲程；在此过程中能量的转化情况为内能转化为____；若飞轮的转速为1800r/min，该汽油机每秒钟做功____次。 三、计算题 15．（25-26九年级上·广西百色·阶段检测）某单缸四冲程汽油机的活塞横截面积为，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是80mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为，曲轴转速为2400r/min，当汽油机满负荷工作时，求： (1)做功冲程中燃气对活塞的平均压力； (2)汽油机的功率； 16．（2026·山东临沂·二模）如图是我国第一艘自主建造的极地科考破冰船“雪龙2号”，“雪龙2号”破冰船满载时的排水量为1.4万吨，船底面积约为。取。 (1)为破冰船提供动力的是大功率柴油发动机的___________冲程。南极空气很湿润，这是由于冰雪___________成水蒸气的原因。 (2)“雪龙2号”满载时船底受到水的压强约为多大？ (3)“雪龙2号”能在冰中以速度连续破冰航行，破冰船的推进功率为，则破冰船在1h内的前进过程中动力做功多少？受到的平均阻力为多大？ 四、综合题 17．（25-26九年级上·上海金山·期中）在学校科技节活动中有许多有趣的活动。 (1)如图1所示，将各种颜色的糖果放在白色浅碟中，加入少量冷水，会发现糖果周围的水被染色，换用热水重新实验，会发现加入热水时的染色范围比冷水扩大得更快。这个实验可以说明_________。【多选】 A．分子在不停地做无规则运动 B．温度越高，分子的运动越剧烈 C．分子间存在相互作用力 (2)如图2（a）所示是用饮料瓶制作的水火箭，其结构如图2（b）所示，在安全情况下，先用高压打气筒往封闭空塑料瓶内打入空气，这是通过_________（选填“A．热传递”或“B．做功”）的方式使瓶内气体的内能_________（选填“A．增加”或“B．减少”）。打开下方阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中，在此过程中_________（选填“A．机械能转化为内能”或“B．内能转化为机械能”），与图3中热机的_________（选填“A．甲”或“B．乙”）冲程中的能量转化情况相同。 18．（2026·河南三门峡·二模）为实现精准灌溉与科学管理，河南多地建设智慧农田示范区。智慧农业为农业现代化插上“科技的翅膀”，让科学种田从梦想照进现实。如图是农户们驾驶自走式植保机给小麦喷施除草剂的场景。已知植保机质量为1500kg，匀速直线作业时行驶速度为2.5m/s，g取10N/kg。 (1)植保机的轮胎上刻有凹凸不平的花纹，是为了________（填“增大”或“减小”）摩擦力；为自走式植保机提供动力的是四冲程内燃机的________冲程。 (2)植保机作业100m牵引力所做的功为，则植保机牵引力为多少？ (3)植保机非作业时间，车轮与地面的总接触面积为，植保机静止在水平地面上时，对地面的压强为多少？ (4)若植保机喷洒宽度为2m，则匀速喷完2亩地至少需要的时间为多少？（1亩地取，不考虑植保机掉头的时间） 19．（2026年广东省深圳市实验集团南海中学九年级中考考前预测物理试卷）跨学科实践：制作简易热机模型 【项目提出】 随着科技发展，热机是人们获得动力的重要机械，汽车走入寻常百姓家，燃烧汽油的是汽油机。大型轮船和飞机有的使用柴油作为燃料是柴油机，而早年燃烧煤炭的火车使用的是蒸汽机。热机在生产生活中非常重要，如我们能尝试制作一个热机模型，就可以更好地了解热机工作原理及其工作过程中的能量转化。 【项目分析】 蒸汽机工作时，燃料燃烧使水______（填物态变化）成水蒸气，水蒸气推动活塞运动产生动力，蒸汽机的燃烧室在汽缸外，属于外燃机，它的效率非常低，它在工作时______（选填“遵循”或“不遵循”）能量守恒定律。利用密封的易拉罐加热水，类比家用高压锅，开小孔后蒸汽喷出，可以推动高压阀运动：实现内能转化为机械能。 【项目实施】 实验器材：易拉罐、剪刀、一支去掉笔芯和尾塞的中性笔、水、密封胶、一小块泡沫、一台小风扇、一个酒精灯。 实验步骤∶ (1)以上填空内容应为________、________； (2)①在易拉罐的底部开一小孔，将笔的尖端朝外，另一端插入易拉罐内；（操作过程中要注意安全） ②在易拉罐内加入少量的水； ③用一小块泡沫和密封胶，将易拉罐的口封严。将易拉罐平放在支架上，且保证留着喷气的中性笔位于罐子_____（填“上”或“下”）部分； (3)点燃酒精灯加热易拉罐，观察到水沸腾后有“白气”喷出，推动风扇转动，但是风扇的转速比较慢。请你提出一种能增大风扇转速的方法_____； 【项目拓展】 (4)一架飞机搭载的涡轮喷气发动机，飞机所受空气阻力与运行速度平方的关系如图2所示，当飞机以200m/s的速度水平匀速巡航0.5h的过程中，推力做了多少功_____。 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4讲： 能量的转化与守恒 热机 题型一：能量的转化与守恒定律 1 题型二：热机 3 题型三：汽油机构造及其工作过程 5 题型四：柴油机结构及其工作过程 9 题型五：热机的有关计算 10 题型六：能量与热机的综合问题 12 【知识点1】 能量的转化与守恒定律 一、常见的五种能量形式 能量形式 含义 影响因素 机械能 动能 + 势能（重力势能、弹性势能） 动能：质量、速度重力势能：质量、高度弹性势能：弹性形变大小 内能（热能） 物体内部分子热运动的能量 温度、质量、状态 电能 电流具有的能量 —— 化学能 储存于燃料、电池、食物中的能量 —— 光能 光携带的能量 —— 能量转化：能量形式发生改变 能量转移：能量形式不变，只是从一个物体传给另一个物体（典型：热传递） 二：能量守恒定律 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体；在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 注意技巧： 总能量永远守恒，不会消失，只是换形式、换物体。 永动机不可能制成：违背能量守恒定律，不存在不消耗能量却持续对外做功的机器。 能量转化具有方向性： 机械能可以通过摩擦变为内能，但这些内能无法自动、全部变回机械能。 题型一：能量的转化与守恒定律 【例1】．（2026·陕西铜川·模拟预测）如图所示，压缩空气蓄能电站是一种新型电能存储系统，通过压缩空气储存与释放，实现电网负荷调节。其工作原理是：利用电网用电低谷时，将剩余电力驱动电动压缩机压缩空气，将其储存在高压密封设施内；在用电高峰时释放压缩空气，驱动汽轮机带动发电机发电。下列说法正确的是（     ） A．储能过程中，电能最终转化为内能 B．释能过程中，空气膨胀对外做功，空气内能增大 C．释能过程中，能量的总量不断减小 D．电能、机械能、内能可以相互转化，说明能量的转化是没有方向性的 【答案】A 【详解】A．储能过程中，剩余电能驱动压缩机压缩空气，对空气做功，电能先转化为压缩机的机械能，最终转化为空气的内能储存起来，故A正确； B．释能过程中，空气膨胀对外做功，空气的内能会减小，而非增大，故B错误； C．根据能量守恒定律，能量既不会凭空消失，总能量保持不变，故C错误； D．虽然电能、机械能、内能可以相互转化，但能量的转化是有方向性的，比如耗散到环境中的内能无法自发收集重新利用，故D错误。 故选A。 【变式1】．（2026·江苏苏州·二模）2026年4月中国空间站计划将T型三舱扩容为十字形，新扩展舱段将用到相变材料控温，当温度升高时吸热熔化，温度降低时固化放热，以此稳定站内温度应对太空极端温差。下列说法正确的是（     ） A．相变材料熔化吸热凝固放热，是发生了能量的转移 B．空间站向阳面温度比背阴面温度高，所以向阳面的内能一定更大一点 C．空间站进入地球阴影区，温度骤降到0℃以下，整个设备不再具有内能 D．空间站被火箭加速推进升空时，其动能和重力势能均增大，违背了能量守恒定律 【答案】A 【详解】A．相变材料熔化吸热凝固放热，是热量发生了转移，故A正确； B．物体的内能与物体的质量、状态、温度等有关，空间站向阳面温度比背阴面温度高，向阳面的内能不一定更大，故B错误； C．任何物体均有内能，空间站进入地球阴影区，温度骤降到0℃以下，整个设备仍具有内能，故C错误； D．空间站被火箭加速推进升空时，其质量不变，速度变大，高度升高，动能和重力势能均增大，机械能变大；这是因为火箭的推力对空间站做了功，将燃料的化学能部分转化为了空间的机械能，总能量守恒，该过程遵守能量守恒定律，故D错误。 故选A。 【变式2】．（2026·山西·三模）全国首个地铁氢赋能零碳能源项目，用“光伏+氢能”打造零碳交通，其供能方式如图所示。通过能量调度控制系统，实现地源热泵、制氢站、车辆段用电的智能化调度与高效利用，最终达成能源自给自足与零碳排放的目标。下列有关该项目的说法正确的是（     ） A．在光伏发电的过程中，电能转化为光能 B．氢燃料电池供电时将化学能转化为电能 C．储能电池充电时，将化学能转化为电能 D．能量调度控制系统可使能量无损耗转移 【答案】B 【详解】A．光伏发电过程中，是将光能（太阳能）转化为电能，故A错误； B．氢燃料电池供电时，消耗燃料储存的化学能，对外提供电能，是将化学能转化为电能，故B正确； C．储能电池充电时，是将电能转化为化学能储存起来，故C错误； D．能量在转移、转化过程中不可避免会存在损耗，不可能实现能量无损耗转移，D错误。 故选B。 【知识点2：热机】 1.热机：利用内能做功的机械叫热机。 （1）热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 （2）内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。 2.内燃机的工作原理： （1）内燃机的每一个工作循环分为四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 题型二：热机 【例2】．（25-26九年级上·河北沧州·期末）年来我国先进装备层出不穷，我们倍感自豪。如图所示，装备的动力装置不是使用热机的是（     ） A．玉兔号月球车 B．福建号航母 C．100坦克 D．长征五号火箭 【答案】A 【详解】A．玉兔号月球车是将电能转化为机械能，不是用热机来驱动的，故A符合题意； BCD．福建号航母、100坦克、长征五号火箭都是将燃料燃烧释放的内能转化为机械能，属于热机，故BCD不符合题意。 故选 A。 【变式1】．（25-26九年级上·云南昭通·期末）航空涡轴发动机是将空气压缩后与燃料混合，并在燃烧室燃烧后产生的高温高压气体推动涡轮转动做功。下列有关说法正确的是（　　） A．航空涡轴发动机不属于热机 B．由于燃料不可能完全燃尽，故整个过程总能量不守恒 C．燃料燃烧越充分，航空涡轴发动机效率越高 D．空气被压缩后内能减小 【答案】C 【详解】A．热机是将内能（热能）转化为机械能的装置。航空涡轴发动机通过燃料燃烧产生高温气体推动涡轮转动，符合热机的定义，因此属于热机，故A错误； B．能量守恒定律是自然界的基本规律，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式。燃料未完全燃尽时，部分化学能未被释放，但总能量（包括已释放的热能和未燃尽的燃料的化学能）仍然守恒，未燃尽的燃料只是导致能量转化效率降低，并非总能量不守恒，故B错误； C．热机效率定义为有用功（输出）与燃料完全燃烧释放的总能量（输入）之比。燃料燃烧越充分，释放的热能越多，推动涡轮做的有用功越多，同时减少未燃尽燃料的浪费，因此效率越高，故C正确； D．压缩空气时，外界对气体做功，气体体积减小，分子间碰撞加剧，温度升高。内能是物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和，与温度相关，温度升高时，内能增加，因此压缩后空气的内能增大，故D错误。 故选C。 【变式2】．（26-27九年级上·全国·课后作业）空气喷气发动机飞机只携带燃料，从外界空气中获得足够的氧来助燃，工作过程中，空气从进气口进入，被压缩机压缩后进入燃烧室和从喷雾器喷出的燃料混合，由火花塞点火燃烧，产生大量气体向后喷出，冲击燃气轮机叶轮转动，最后气体以极大的速度从尾部喷管喷出，使机身得到巨大的反冲推力向前飞行。下列有关说法中错误的是（     ） A．该发动机工作过程中，先将燃料的化学能转化为内能，然后再将其转化为机身的机械能 B．该发动机不能在大气层外工作 C．该发动机工作过程中，气体温度先升高再降低 D．该发动机点火燃烧前的过程与柴油机某冲程相同，点火方式也与柴油机相同 【答案】D 【详解】A． 燃料燃烧时，燃料的化学能会先释放转化为燃气的内能，之后高温高压的燃气对外做功，最终转化为飞机机身运动的机械能，故A正确； B． 该发动机需要从外界空气中获得氧气助燃，大气层外没有空气，该发动机不能在大气层外工作，故B正确； C．发动机工作时，压缩机对空气做功压缩空气，后续燃料燃烧也会释放大量热量，这两个过程都会让气体内能增加、温度升高，之后高温气体膨胀对外做功，推动轮机转动并高速从喷管喷出，气体内能减小，温度降低，因此气体温度先升高再降低，故C正确； D．该发动机的点火方式是点燃式，柴油机是压燃式，两者不同，故D错误。 题目要求选错误的，故选D。 【知识点3】汽油机 1.工作原理 利用气缸内汽油燃烧产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。 多数汽油机的一个工作循环由四个冲程组成，这四个冲程分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。四个冲程不断循环来保证连续工作，如图所示。 题型三：汽油机构造及其工作过程 【例3】．（25-26九年级上·福建厦门·阶段检测）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。 【变式1】．（25-26九年级上·山东滨州·期末）跨学科实践：制作简易热机模型。如图所示，易拉罐里盛有适量的水，用酒精灯加热使罐内水沸腾，中性笔管口冒出的蒸汽推动小风扇转动。下列说法正确的是（　　） A．罐中水的内能增大是通过做功方式实现的 B．此热机从工作方式和分类上看属于内燃机 C．水在沸腾时不断吸热，温度升高，内能增大 D．蒸汽使风扇转动过程与汽油机做功冲程类似 【答案】D 【详解】A．酒精灯加热罐内的水，是通过热传递的方式增大水的内能，不是做功，故A错误。 B．内燃机的定义是燃料在机器内部燃烧做功，该模型中酒精在易拉罐外燃烧，依靠喷出的蒸汽对外做功，不属于内燃机，故B错误。 C．水沸腾的特点是持续吸热，温度保持沸点不变，内能增大但温度不升高，故C错误。 D．蒸汽推动风扇转动，是将内能转化为机械能；汽油机的做功冲程也是将内能转化为机械能，二者原理类似，故D正确。 故选D。 【变式2】．（2026·黑龙江绥化·二模）如图所示是某汽油机一个工作循环的四个冲程的示意图，若该单缸四冲程汽油机的转速为，则下列说法不正确的是（　　） A．正确的工作顺序是乙、甲、丁、丙 B．图甲冲程中的能量转化是机械能转化为内能 C．图乙冲程中吸入气缸内的物质只有空气 D．该汽油机每分钟对外做功300次，共经历了1200个冲程 【答案】C 【详解】ABC．甲图中，进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，压缩气缸内吸入的空气和汽油的混合物，是压缩冲程，此过程中机械能转化成内能；乙图中，进气门打开，排气门关闭，吸入空气和汽油的混合物，是吸气冲程；丙图中，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程；丁图中，进气门和排气门均关闭，活塞向下运动，是做功冲程，内能转化成机械能；则该汽油机一个工作循环的四个冲程正确的顺序是乙、甲、丁、丙，故AB正确，C错误； D．汽油机每个工作循环四个冲程，对外做功一次，飞轮转两转；若该单缸四冲程汽油机的转速为600r/min，该汽油机每分钟对外做功次，共经历了冲程，故D正确。 本题选择描述错误的，故选C。 【知识点4】 柴油机 1.工作原理 利用柴油在气缸内燃烧所产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。 柴油机的一个工作循环有四个冲程，包括吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 进气门打开，排气门关闭。活塞由上向下运动，将空气吸进汽缸 进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，汽缸容积变小，空气被压缩，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，汽缸内空气的温度已达到柴油的着火点。此过程将机械能转化为内能 在压缩冲程结束时，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到高温高压的空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。此过程将内能转化为机械能 进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸 一个工作循环，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，完成四个冲程，对外做功一次，除做功冲程外，其他冲程靠飞轮的惯性来完成 柴油机工作过程中的能量转化 压缩冲程∶机械能转化为内能 做功冲程∶内能转化为机械能 题型四：柴油机结构及其工作过程 【例4】．（26-27九年级上·安徽·课后作业）关于汽油机和柴油机的主要区别，下列说法正确的是（　　） A．构造上，汽油机气缸顶部有喷油嘴，柴油机气缸顶部有火花塞 B．在做功冲程中，柴油机气缸中的气体温度和压强比汽油机里的高 C．在压缩冲程末，柴油机的点火方式是点燃式，汽油机的点火方式是压燃式 D．吸气冲程中，柴油机吸入气缸的是柴油和空气的混合物，汽油机吸入气缸的是空气 【答案】B 【详解】A．构造上，汽油机气缸顶部是火花塞，柴油机气缸顶部是喷油嘴，选项说法相反，故A错误； B．压缩冲程中，柴油机对空气的压缩程度远大于汽油机，因此做功冲程中，柴油机气缸内燃气的温度、压强都比汽油机更高，故B正确； C．点火方式上，压缩冲程末，汽油机是点燃式（火花塞点火），柴油机是压燃式（压缩空气升温自燃），选项说法相反，故C错误； D．吸气冲程中，汽油机吸入气缸的是汽油和空气的混合物，柴油机只吸入空气，选项说法相反，故D错误。 故选B。 【变式1】．（25-26九年级上·河南洛阳·阶段检测）汽油机和柴油机是内燃机中最常见的两种类型，广泛应用于生产，生活的设备中。关于汽油机和柴油机描述正确的是（     ） A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞 B．汽油机在吸气冲程只将空气吸入气缸 C．柴油机比较轻巧，主要应用在摩托车、小汽车上 D．汽油机和柴油机的大量使用均会对环境造成不良的影响 【答案】D 【详解】A. 汽油机顶部为火花塞，柴油机顶部为喷油嘴，该选项描述相反，故A错误； B. 汽油机吸气冲程吸入的是汽油和空气的混合物，仅柴油机吸气冲程只吸入空气，故B错误； C. 柴油机较笨重，多用于重型设备，汽油机更轻巧，应用于摩托车、小汽车，故C错误； D. 汽油机和柴油机工作时燃烧化石燃料，会排放有害气体、产生噪声等，均会对环境造成不良影响，故D正确。 故选D。 【变式2】．（25-26九年级上·山西运城·期末）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。 题型五：热机的有关计算 【例5】．（25-26九年级上·江苏泰州·阶段检测）汽车发动机采用以水为主要成分的冷却液来降温，这是因为水的_____较大；一台单缸四冲程汽油机工作时，______冲程将内能转化为机械能，若该汽油机每分钟做功1800次，则每秒______个冲程，飞轮转速是______r/min。 【答案】 比热容 做功 120 3600 【详解】相同质量的水和其他物质，升高相同温度时，比热容大的水吸收的热量更多，适合作为冷却液。 四冲程汽油机的做功冲程，燃气膨胀对外做功，将内能转化为机械能。 四冲程汽油机每完成1个工作循环，包含4个冲程，飞轮转2圈，对外做功1次，已知每分钟做功1800次，则每秒做功次，所以每秒完成个冲程，飞轮每分钟转动转，因此飞轮的转速为 【变式1】．（2026·黑龙江绥化·模拟预测）如图所示为汽油机一个工作循环的四个冲程。 (1)其中将机械能转化为内能的是图________。 (2)四个冲程中只有________冲程能提供动力，其他三个冲程都要靠飞轮的惯性带动。 (3)若这台汽油机飞轮的转速为1800r/min，则这台汽油机每秒钟完成________个冲程，对外做了________次功。 【答案】(1)甲 (2)做功 (3) 60 15 【详解】（1）甲图中两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，该冲程将机械能转化为内能。 （2）丙图中两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，将内能转化为机械能，为汽油机提供动力，其余三个冲程都依靠飞轮的惯性带动完成。 （3）飞轮转速为 即每秒飞轮转30转；汽油机飞轮每转2圈，完成4个冲程，对外做功1次，因此每秒完成冲程个 对外做功次 【变式2】．（2026·江苏镇江·二模）图中单缸四冲程汽油机正处在______冲程，若该汽油机转速为，则它每秒钟完成______个冲程，对外做功______次。用水循环带走汽油机产生的热量，这是利用了水的______较大的特性。 【答案】 做功 80 20 比热容 【详解】[1]图中火花塞点火，是做功冲程； [2][3]该汽油机转速为2400r/min，即40r/s，即每秒完成20个工作循环，完成80个冲程，对外做功20次； [4]水的比热容较大，与同样质量的其它物质相比，升高相同温度，水能吸收的热量多。 题型六：能量与热机的综合问题 【例6】．（25-26九年级上·福建泉州·期末）我国航天技术已达到世界领先水平，在科学实践活动中，某小组开展了“制作火箭模型”的学习活动，下面是该小组同学交流的实践过程。 (1)了解火箭的相关知识：2025年中国共完成92次运载火箭发射，较2024年增长35.3%，再创历史新高，如图甲所示。火箭发射开始上升时，它的机械能_______（选填“增加”“减小”或“不变”）。火箭产生的高温火焰向下喷射到发射台的地面，如果没有保护发射台金属底座遇到这样的高温容易发生熔化，为了保护发射台，在发射台底建了一个大水池，让火焰喷射到水中，利用水的_______（填物态变化名称）来吸收大量的热量，同时可以看到周围冒出大量白色气团实际上由________组成（选填“小水滴”“烟雾”或“水蒸气”）； (2)制作并发射：同学们制作了“水火箭”并进行发射，如图乙、丙所示，给“水火箭”打气，打开阀门，水向下喷出，“水火箭”一飞冲天，使用打气筒打气时发现筒壁发烫，这能量转化与汽油机的_______冲程的能量转化情况相同； (3)项目评估：小组的同学们制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，发现“水火箭”在竖直方向上升高的高度不容易测量，同学们讨论后认为可以通过测量“水火箭”的_________来评选出“最佳飞行奖”（写出一种方法即可）。 【答案】(1) 增加 汽化 小水滴 (2)压缩 (3)飞行时间 【详解】（1）火箭刚发射时，质量不变，速度增加，动能增加；高度增加，重力势能增加，因此机械能增加。 水遇到高温火焰，由液态变为气态，发生汽化，汽化吸热可以吸收大量热量，保护发射台。 水汽化形成的水蒸气散发到空气中，遇到冷空气液化成的小水滴就是我们看到的“白气”。 （2）打气筒打气时，压缩气体做功，将机械能转化为内能，使筒壁温度升高；汽油机的压缩冲程中，活塞压缩气缸内气体做功，同样是机械能转化为内能。 （3）“水火箭”在竖直方向飞行上升的高度不容易测量，可以测量水火箭在空中飞行的时间，时间越长，飞行的高度越高。 【变式1】．（2026·河南洛阳·一模）伴随着科技的不断进步，现代农业也迎来了巨大发展，图为某型号联合收割机正在收割小麦。该收割机进行收割作业时所受重力约为，整机与地面接触的总面积是。 (1)在柴油发动机的工作循环中，获得动力的冲程是________冲程；阳光暴晒下的驾驶室的温度升高，这是通过_______的方式增大了其内能。 (2)该收割机进行收割作业时对水平地面的压强是多少？ (3)收割机水平匀速收割时受到的阻力为整机重力的0.8倍。某次收割作业时，收割机水平匀速行进700m，用时5min，求此过程中收割机牵引力做功的功率。 【答案】(1) 做功 热传递 (2) (3) 【详解】（1）四冲程内燃机的工作循环中，做功冲程将内能转化为机械能，是发动机获得动力的冲程；改变内能的方式分为做功和热传递，阳光暴晒时，驾驶室通过吸热升高温度，能量发生转移，是通过热传递的方式增大内能。 （2）收割机静止在水平地面上，对地面的压力等于自身重力，即 根据压强公式 ，得对地面的压强 （3）收割机水平匀速行进，牵引力与阻力平衡，大小相等，因此牵引力 牵引力做的功 牵引力做功的功率 【变式2】．（2026·河南漯河·一模）2021年4月23日，我国自主研制的075两栖型攻击舰“海南舰”，在海南三亚某军港交接正式入列。如图所示，假设该舰满载时的排水量为4万吨，该舰使用的中速柴油机能提供5万千瓦的输出功率。（g取10N/kg） (1)该舰的动力系统是柴油机，柴油机工作时将________能转化成__________能； (2)该舰在以36km/h的速度巡航时，加满一次燃料可以行驶14400km，那么以该速度最多能行驶多久？ (3)该舰满载时受到的浮力是多大？ (4)该舰在以36km/h的速度航行时提供的前进动力是多大？ 【答案】(1) 内 机械 (2)400h (3)4×108N (4)5×106N 【详解】（1）柴油机属于内燃机，工作时燃料燃烧产生的内能转化为机械能，驱动舰艇运动。 （2）由可得，最长行驶时间为 （3）该舰满载时排开水的质量 由阿基米德原理可得，该舰满载时所受浮力 （4）该舰的功率为 该舰的速度为 由可知，该舰航行时，所提供的动力 一、单选题 1．（26-27九年级上·全国·课后作业）下列四种现象中，只发生能量的转移而不发生能量的转化的过程是（     ） A．烧水时，水蒸气顶起壶盖 B．植物吸收太阳光进行光合作用 C．冬天，用手摸户外的金属杆时手感到凉 D．给电动车的蓄电池充电 【答案】C 【详解】A．水蒸气顶起壶盖是内能转化为机械能，故A不符合题意； B．植物进行光合作用是将光能转化为化学能的过程，故B不符合题意； C．冬天，用手摸户外的金属杆时手感觉到冷，是通过热传递改变内能，是能量的转移过程，故C符合题意； D．给电动车的蓄电池充电，是电能转化为化学能储存起来，是能量的转化过程，故D不符合题意。 故选C。 2．（2026·宁夏银川·三模）嫦娥五号返回器采用类似“打水漂”的方式着陆地球，部分轨迹简化如图。返回器由M点首次进入大气层，滑行至A点后上升至B点穿出大气层，后由C点再次进入大气层，经D点最终着陆。说法正确（     ） （1）返回器在MA段减少的重力势能等于其增加的动能 （2）返回器在M点的动能与在C点时动能可能相等 （3）通过这样“打水漂”的方式，可有效减小飞行器着陆时的动能 （4）整个着陆过程中能量守恒 A．（1）（2） B．（2）（3） C．（1）（4） D．（3）（4） 【答案】D 【详解】MA段位于大气层内，返回器运动过程中需要克服空气阻力做功，一部分重力势能会转化为内能，因此减少的重力势能大于增加的动能，故（1）错误； 从M点到B点的过程中，返回器要克服阻力做功，总机械能减少；从B点到C点，返回器的机械能守恒。M点与C点高度相同，因此M点与C点的重力势能相等。机械能等于动能和重力势能之和，则返回器在M点时的动能大于在C点时的动能，故（2）错误； 这种“打水漂”的方式让返回器多次进入大气层，通过克服空气阻力做功，将大量机械能转化为内能，有效减小了着陆时的动能，故（3）正确； 整个着陆过程中，返回器的机械能不断转化为内能散失到大气中，但总能量保持不变，遵循能量守恒定律，故（4）正确。 故选D。 3．（26-27九年级上·河南信阳·开学考试）关于汽油机与柴油机，下列说法不正确的是（     ） A．汽油机吸入气缸的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入气缸的是空气 B．汽油机采用点燃式点火，柴油机采用压燃式点火 C．柴油机做功冲程中燃气的温度和压强比汽油机大，因而输出的功率更大 D．一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为600 r/min，则它每秒钟对外做功10次 【答案】D 【详解】A．汽油机吸气冲程吸入空气和汽油的混合物，柴油机吸气冲程仅吸入空气，故A正确； B．汽油机通过火花塞点燃混合气体，点火方式是点燃式，柴油机通过压缩空气高温引燃柴油，点火方式是压燃式，故B正确； C．柴油机的压缩比远大于汽油机，做功冲程中燃气的温度、压强都比汽油机更高，因此动力更强，输出功率更大，故C正确； D．四冲程汽油机每对外做功1次，飞轮转动2r，飞轮的转速为，每秒对外做功次数是5次，故D错误。 本题选择描述错误的，故选D。 4．（2026·广东清远·一模）如图所示，用酒精灯给试管中的水加热，一段时间后橡皮塞被冲开，下列说法正确的是（     ） A．橡皮塞被冲开的过程，是内能转化为机械能的过程 B．酒精燃烧越充分，酒精的热值越大 C．试管口的“白气”是凝固现象 D．试管中水的内能是通过做功的方式增加的 【答案】A 【详解】A．水蒸气对橡皮塞做功，内能转化为机械能，故A正确； B．热值是燃料的特性，只与燃料种类有关，与燃烧充分程度无关，故B错误； C．“白气”是水蒸气遇冷液化形成的小水滴，是液化现象，故C错误； D．利用酒精灯给试管中水加热的过程中，温度较高的酒精灯火焰与温度较低的试管和水接触，使试管和水温度升高，内能增加，所以是通过热传递的方式使水的内能增加，故D错误。 故选A。 5．（26-27九年级上·全国·课后作业）空气喷气发动机飞机只携带燃料，从外界空气中获得足够的氧来助燃。工作过程中，空气从进气口进入，被压缩机压缩后进入燃烧室和从喷雾器喷出的燃料混合，由火花塞点火燃烧，产生大量气体向后喷出，冲击燃气轮机叶轮转动，最后气体以极大的速度从尾部喷管喷出，使机身得到巨大的反冲推力向前飞行。下列有关说法中错误的是（     ） A．该发动机工作过程中，先将燃料的化学能转化为内能，然后再将其转化为机身的机械能 B．该发动机不能在大气层外工作 C．该发动机工作过程中，气体温度先升高再降低 D．该发动机点火方式与汽油机不相同 【答案】D 【详解】A．空气喷气发动机工作时，先将燃料的化学能转化为内能，然后再将其转化为机身的机械能，故A正确； B．空气喷气发动机工作时需要吸入空气，所以该发动机不能在大气层外工作，故B正确； C．空气喷气发动机工作时，吸入的空气先被加热，再对外做功，气体温度先升高再降低，故C正确； D．该发动机的点火方式是点燃式，与汽油机相同，故D错误。 本题选择说法错误的，故选D。 6．（26-27九年级上·全国·课后作业）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，以下正确的是（     ） A．“鼻孔吸气”对应的汽油机冲程吸入的是汽油 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】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，故A错误； 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正确； 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，故C错误； D．汽油机是通过火花塞点火，而柴油机不是，故D错误。 故选B。 7．（25-26九年级上·贵州毕节·期末）将装有酒精的金属管固定在桌子上，并用塞子塞紧，快速来回拉动绕在管子上的绳子，过一会儿塞子跳动起来，如图所示，则下列说法正确的是（　　） A．拉动绳子过程中，金属管温度升高、内能增加，是通过做功改变物体的内能 B．拉动绳子过程中，金属管内酒精温度降低、内能减小 C．塞子跳起时，管内气体温度升高、内能增加 D．塞子跳起时，与内燃机的压缩冲程能量转化相同 【答案】A 【详解】A．拉动绳子时，绳子与金属管摩擦，机械能转化为内能，是通过做功改变了金属管的内能，使金属管温度升高、内能增加，故A正确； B．拉动绳子时金属管温度升高，会通过热传递使管内酒精温度升高、内能增加，故B错误； C．塞子跳起时，管内气体对塞子做功，内能转化为机械能，管内气体自身内能减小、温度降低，故C错误； D．塞子跳起时能量转化是内能转化为机械能，这和内燃机做功冲程的能量转化相同；压缩冲程是机械能转化为内能，故D错误。 故选A。 8．（25-26九年级下·内蒙古兴安·阶段检测）小明自制了如图所示的“水火箭”，用打气筒对水火箭打气，水向下喷出，水火箭一飞冲天。下列说法正确的是（　　） A．打气后气筒会发热，这是通过热传递改变气筒的内能 B．水从水火箭中喷出相当于内燃机的排气冲程 C．上升过程中，水火箭瓶内气体的内能增加 D．水火箭冲天是利用力的作用是相互的原理 【答案】D 【详解】A．打气时活塞压缩气体做功，机械能转化为内能，使气筒内能增加、温度升高，这是通过做功改变气筒的内能，故A错误； B．水从水火箭中喷出时，瓶内高压气体对外做功，将内能转化为机械能，该过程相当于内燃机的做功冲程，故B错误； C．上升过程中，瓶内高压气体推动水向下喷出，对外做功，自身内能减少，故C错误； D．水向下喷出时，根据力的作用是相互的，水对水火箭施加向上的反作用力，使水火箭冲天，故D正确。 故选D。 9．（2026·广西南宁·三模）如图为一种蒸汽船玩具，在玻璃瓶内装适量水，将小船放置在水面上，点燃蜡烛加热玻璃瓶一段时间，产生大量水蒸气，并和受热膨胀的空气一起从细窄的吸管冲出，推动小船前进。下列有关该实验的说法合理的是（     ） A．加热过程中，玻璃瓶内的水通过做功的方式增大内能 B．吸管处出现白雾，冲出的水蒸气内能增大，温度升高 C．蒸汽推动小船做匀速直线运动，说明力是维持物体运动状态的原因 D．蒸汽推动小船前进，能量的转化方式和内燃机的做功冲程相同 【答案】D 【详解】A．加热过程中，玻璃瓶内的水吸收热量，是通过热传递的方式增大内能，故A不符合题意； B．冲出的水蒸气对外做功，内能减小，温度降低，水蒸气液化形成白雾，故B不符合题意； C．力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动状态的原因；小船做匀速直线运动是因为推力与阻力平衡，运动状态不变是由于惯性，故C不符合题意； D．蒸汽推动小船前进，是将内能转化为机械能，内燃机的做功冲程的能量转化也为内能转化为机械能，二者能量转化方式相同，故D符合题意。 故选 D。 二、填空题 10．（26-27九年级上·全国·课后作业）如图是四冲程汽油机________冲程的示意图。汽油燃烧产生高温高压的气体推动活塞向下运动，在活塞向下运动的过程中，汽缸内气体内能________（填“减少”“增加”或“不变”）。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，让汽缸被水包围着，这是通过________的方式减少汽缸内能。 【答案】 做功 减少 热传递 【详解】由图可知，两个气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程，汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能，故气体的内能减少； 汽缸被水包围时，温度较高的汽缸和温度较低的水之间存在温度差，热量从汽缸传递到水，通过热传递的方式减小了汽缸的内能。 11．（25-26九年级上·湖北黄冈·自主招生）如图1所示是一款斯特林发动机模型，点燃酒精灯后就会看到发动机的连杆带动飞轮转动起来。其工作原理是：酒精灯火焰通过________（选填“做功”或“热传递”）的方式增加了气缸内空气的内能，高温的空气推动活塞做功。如图2所示是某单缸四冲程汽油机结构示意图，若该汽油机飞轮转速为3600r/min，则该汽油机每秒对外做功_______次。 【答案】 热传递 30 【详解】气缸内的空气吸收火焰的热量，内能增大，温度升高，所以酒精灯火焰通过热传递的方式增加气缸内空气的内能； 汽油机飞轮转速为，由于四冲程汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功一次，所以该汽油机每秒对外做功30次。 12．（2026·青海·中考真题）如图展示的是我国传统的走马灯，点燃底部的蜡烛，上升的热空气驱动扇叶转动，带动纸片转动。在这一过程中空气的内能转化为扇叶的__________能，这一能量转化过程与四冲程汽油机的__________冲程相似。 【答案】 机械 做功 【详解】上升的热空气驱动扇叶转动，是将内能转化为机械能，与汽油机的做功冲程相似。 13．（2026·江苏泰州·三模）今年首个春假，小明一家自驾旅行，关于汽车有如下问题： (1)如图所示为某四冲程汽油机的________冲程；若该汽油机1s内完成100个冲程，则飞轮转速为________r/min。 (2)在长时间高速行驶后，刹车片与刹车盘剧烈摩擦，导致刹车系统温度升高，这是通过________的方式改变了刹车片的内能。 【答案】(1) 压缩 3000 (2)做功 【详解】（1）[1]图中进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，所以是压缩冲程。 [2]因为四冲程汽油机一个工作循环包括4个冲程，飞轮转2圈。该汽油机1s完成100个冲程，则1s内飞轮转的圈数为圈。，所以飞轮转速为，即3000r/min。 （2）刹车片与刹车盘剧烈摩擦，导致刹车系统温度升高，该过程中将机械能转化为内能，是通过做功的方式改变了刹车片的内能。 14．（25-26九年级下·江苏扬州·阶段检测）一台单缸四冲程汽油机，如图所示的汽油机正处于____冲程；在此过程中能量的转化情况为内能转化为____；若飞轮的转速为1800r/min，该汽油机每秒钟做功____次。 【答案】 做功 机械能 15 【详解】图中进气门、排气门全部关闭，火花塞点火，活塞向下运动，为做功冲程；此过程中燃气爆炸膨胀推动活塞，将内能转化为机械能；飞轮的转速，飞轮转2圈，完成1次做功，故该汽油机每秒钟做功次数为15次。 三、计算题 15．（25-26九年级上·广西百色·阶段检测）某单缸四冲程汽油机的活塞横截面积为，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是80mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为，曲轴转速为2400r/min，当汽油机满负荷工作时，求： (1)做功冲程中燃气对活塞的平均压力； (2)汽油机的功率； 【答案】(1) (2) 【详解】（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力 （2）由题意得，一个冲程活塞移动距离 一个做功冲程中燃气对活塞做的功 曲轴转速为，表示每分钟曲轴转动圈，单缸四冲程汽油机每转动圈对外做功次，故内做功次数次 内燃气做的总功 总时间 故汽油机的功率 16．（2026·山东临沂·二模）如图是我国第一艘自主建造的极地科考破冰船“雪龙2号”，“雪龙2号”破冰船满载时的排水量为1.4万吨，船底面积约为。取。 (1)为破冰船提供动力的是大功率柴油发动机的___________冲程。南极空气很湿润，这是由于冰雪___________成水蒸气的原因。 (2)“雪龙2号”满载时船底受到水的压强约为多大？ (3)“雪龙2号”能在冰中以速度连续破冰航行，破冰船的推进功率为，则破冰船在1h内的前进过程中动力做功多少？受到的平均阻力为多大？ 【答案】(1) 做功 升华 (2) (3)； 【详解】（1）柴油发动机工作时，做功冲程将内能转化为机械能，因此为破冰船提供动力的是做功冲程；南极的冰雪是固态，直接变为气态水蒸气进入空气，使空气湿润，该物态变化是升华。 （2）满载排水量 破冰船漂浮在水面，浮力等于船的总重力，即 船底受到水的压力大小等于浮力，即，则压强为 （3）1h内动力做功 航行速度 动力 破冰船匀速航行，动力与平均阻力是平衡力，大小相等，即 四、综合题 17．（25-26九年级上·上海金山·期中）在学校科技节活动中有许多有趣的活动。 (1)如图1所示，将各种颜色的糖果放在白色浅碟中，加入少量冷水，会发现糖果周围的水被染色，换用热水重新实验，会发现加入热水时的染色范围比冷水扩大得更快。这个实验可以说明_________。【多选】 A．分子在不停地做无规则运动 B．温度越高，分子的运动越剧烈 C．分子间存在相互作用力 (2)如图2（a）所示是用饮料瓶制作的水火箭，其结构如图2（b）所示，在安全情况下，先用高压打气筒往封闭空塑料瓶内打入空气，这是通过_________（选填“A．热传递”或“B．做功”）的方式使瓶内气体的内能_________（选填“A．增加”或“B．减少”）。打开下方阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中，在此过程中_________（选填“A．机械能转化为内能”或“B．内能转化为机械能”），与图3中热机的_________（选填“A．甲”或“B．乙”）冲程中的能量转化情况相同。 【答案】(1)AB (2) B A B A 【详解】（1）糖果周围的水被染色，是色素分子扩散到水中的现象，直接说明分子在不停做无规则运动；热水中染色扩散更快，说明温度越高，分子无规则运动越剧烈。本实验没有体现分子间的相互作用力，因此选AB。 （2）用打气筒往封闭塑料瓶内打气，是压缩瓶内空气对气体做功(故选B)，使瓶内气体的内能增加(故选A)。 打开阀门后高压气体推动水向下喷出，气体的内能对外做功，将内能转化为机械能，故选B； 图3中甲冲程火花塞点火，两个气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程，能量转化为内能转机械能；乙冲程两个气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，能量转化为机械能转内能，因此水火箭的能量转化和甲冲程一致，选A。 18．（2026·河南三门峡·二模）为实现精准灌溉与科学管理，河南多地建设智慧农田示范区。智慧农业为农业现代化插上“科技的翅膀”，让科学种田从梦想照进现实。如图是农户们驾驶自走式植保机给小麦喷施除草剂的场景。已知植保机质量为1500kg，匀速直线作业时行驶速度为2.5m/s，g取10N/kg。 (1)植保机的轮胎上刻有凹凸不平的花纹，是为了________（填“增大”或“减小”）摩擦力；为自走式植保机提供动力的是四冲程内燃机的________冲程。 (2)植保机作业100m牵引力所做的功为，则植保机牵引力为多少？ (3)植保机非作业时间，车轮与地面的总接触面积为，植保机静止在水平地面上时，对地面的压强为多少？ (4)若植保机喷洒宽度为2m，则匀速喷完2亩地至少需要的时间为多少？（1亩地取，不考虑植保机掉头的时间） 【答案】(1) 增大 做功 (2)750N (3) (4)146.8s 【详解】（1）植保机的轮胎上刻有凹凸不平的花纹，是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力. 四冲程内燃机中，做功冲程将内能转化为机械能，为机器提供动力。 （2）由可得，植保机牵引力 （3）植保机对水平地面的压力 对地面的压强 （4）2亩地的总面积 喷洒宽度为2m，则需要行驶的路程 由可得，需要的时间 19．（2026年广东省深圳市实验集团南海中学九年级中考考前预测物理试卷）跨学科实践：制作简易热机模型 【项目提出】 随着科技发展，热机是人们获得动力的重要机械，汽车走入寻常百姓家，燃烧汽油的是汽油机。大型轮船和飞机有的使用柴油作为燃料是柴油机，而早年燃烧煤炭的火车使用的是蒸汽机。热机在生产生活中非常重要，如我们能尝试制作一个热机模型，就可以更好地了解热机工作原理及其工作过程中的能量转化。 【项目分析】 蒸汽机工作时，燃料燃烧使水______（填物态变化）成水蒸气，水蒸气推动活塞运动产生动力，蒸汽机的燃烧室在汽缸外，属于外燃机，它的效率非常低，它在工作时______（选填“遵循”或“不遵循”）能量守恒定律。利用密封的易拉罐加热水，类比家用高压锅，开小孔后蒸汽喷出，可以推动高压阀运动：实现内能转化为机械能。 【项目实施】 实验器材：易拉罐、剪刀、一支去掉笔芯和尾塞的中性笔、水、密封胶、一小块泡沫、一台小风扇、一个酒精灯。 实验步骤∶ (1)以上填空内容应为________、________； (2)①在易拉罐的底部开一小孔，将笔的尖端朝外，另一端插入易拉罐内；（操作过程中要注意安全） ②在易拉罐内加入少量的水； ③用一小块泡沫和密封胶，将易拉罐的口封严。将易拉罐平放在支架上，且保证留着喷气的中性笔位于罐子_____（填“上”或“下”）部分； (3)点燃酒精灯加热易拉罐，观察到水沸腾后有“白气”喷出，推动风扇转动，但是风扇的转速比较慢。请你提出一种能增大风扇转速的方法_____； 【项目拓展】 (4)一架飞机搭载的涡轮喷气发动机，飞机所受空气阻力与运行速度平方的关系如图2所示，当飞机以200m/s的速度水平匀速巡航0.5h的过程中，推力做了多少功_____。 【答案】(1) 汽化 遵循 (2)上 (3)换一个更细的喷嘴 (4) 【详解】（1）液态的水变成气态的水蒸气，这个过程属于汽化现象。能量守恒定律是自然界的普遍规律，所有能量转化过程都遵循能量守恒定律，因此蒸汽机也遵循能量守恒定律。 （2）易拉罐平放时，液态水在下部，汽化产生的水蒸气聚集在罐的上部，因此喷气口需要位于罐子靠上部分，才能让水蒸气顺利喷出。 （3）风扇的转速比较慢可能是蒸汽喷射力不足造成的，故可以更换一个更细的喷嘴，以增大蒸汽喷出速度，增大蒸汽喷射力。 （4）如图2所示，飞机所受空气阻力与运行速度平方成正比，则设，代入数据可得，解得，则 故当飞机以200m/s的速度水平匀速巡航0.5h的过程中，阻力为 飞机通过的路程为 飞机处于平衡状态，所受推力等于阻力，故飞机推力做的功为 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $