14.2 热机 同步分层练习 2026-2027学年人教版物理九年级全一册

第十四章 内能的利用 第2节 热机 同步分层练习 姓名：__________ 班级：__________ 成绩：__________ （练习时间：45分钟 满分：100分） 一、基础巩固（共40分） 本部分为基础题，考查热机的基本概念、四冲程的判断、汽油机与柴油机的区别等核心知识点。 （一）选择题（每题3分，共24分） 1. 下列装置中，属于热机的是（ ） A. 电动机 B. 汽油机 C. 发电机 D. 电热水器 2. 热机工作时，能量转化的主要过程是（ ） A. 内能 → 化学能 → 机械能 B. 化学能 → 内能 → 机械能 C. 机械能 → 内能 → 化学能 D. 化学能 → 机械能 → 内能 3. （2025秋·永顺县期末）如图是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（ ） A. 压缩冲程，将化学能转化成内能 B. 压缩冲程，将机械能转化成内能 C. 做功冲程，将内能转化成机械能 D. 做功冲程，将机械能转化成内能 4. （2026·南海模拟）内燃机的做功冲程是（ ） A. B. C. D. 5. 汽油机在压缩冲程中，气缸内气体的变化情况是（ ） A. 质量增大，温度升高，内能增大 B. 质量不变，温度升高，内能增大 C. 质量减小，温度降低，内能减小 D. 质量不变，温度降低，内能减小 6. 关于汽油机和柴油机，下列说法正确的是（ ） A. 汽油机气缸顶部有喷油嘴，柴油机气缸顶部有火花塞 B. 吸气冲程中，汽油机吸入的是空气，柴油机吸入的是柴油和空气的混合物 C. 汽油机采用点燃式点火，柴油机采用压燃式点火 D. 汽油机的效率通常比柴油机高 7. （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 8. 一台四冲程汽油机的飞轮转速为1800 r/min，则它每秒内对外做功的次数是（ ） A. 15次 B. 30次 C. 60次 D. 900次 （二）填空题（每空2分，共16分） 9. 内燃机的一个工作循环由________、________、________和________四个冲程组成。 10. 压缩冲程中，活塞对气缸内的气体做功，将________能转化为________能；做功冲程中，燃气推动活塞做功，将________能转化为________能。 11. 柴油机在吸气冲程中吸入气缸的是________，它的点火方式是________式。 12. 热机的种类很多，除了内燃机（汽油机、柴油机）外，你还知道的热机有________、________（写出两种即可）。 二、综合运用（共40分） 本部分为中档题，结合图像分析、实验探究和生活应用，考查四冲程的判断方法、能量转化分析、转速计算等综合能力。 （一）选择题（每题4分，共16分） 13. （2026·贵阳期末） 热机是一种将内能转化为机械能的装置，下列生活实例与其原理相同的是（ ） A．火柴划过砂纸被点燃 B．沸水的蒸气顶起壶盖 C．通电灯丝发热而发光 D．电动机驱动车辆行驶 14. 某四冲程汽油机的飞轮转速为2400 r/min，则下列说法正确的是（ ） A. 每秒内完成20个工作循环 B. 每秒内活塞往复运动20次 C. 每分钟内做功2400次 D. 每秒钟内完成40个冲程 15.  （2026·常宁期末） 如图所示，甲、乙是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图，丙、丁是两个演示实验示意图，下列说法中正确的是（ ） A. 甲图是做功冲程，其工作原理如丙图 B. 乙图是压缩冲程，其工作原理如丙图 C. 甲图是压缩冲程，其工作原理如丁图 D. 乙图是做功冲程，其工作原理如丁图 16. 一台单缸四冲程柴油机，它的转速为800 r/min，做功冲程推动活塞一次做功1500 J，则这台柴油机的功率为（ ） A. 10 kW B. 15 kW C. 20 kW D. 120 kW （二）实验探究题（共12分） 17. （2026·凉山期末） 学校科技兴趣小组研究了制作一个简易热机模型的方法，收集材料并组装了如图所示的简易热机装置。取一个空易拉罐，根据易拉罐的形状制作支架，向易拉罐内注入大约半罐水，将笔外壳的尖端朝外，另一端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封；将易拉罐放在支架上，笔外壳的尖端对准小风扇的扇叶，点燃易拉罐下方的酒精灯，罐内的水蒸气通过笔外壳尖端处喷出，推动风扇转动。这样就完成了一个简易热机模型的制作。 （1）该简易热机模型工作时，充当能量传递和转化的核心介质是 ________ （选填“扇叶”或“水蒸气”）。（3分） （2）工作过程中中性笔管应在易拉罐的水面 ________ （选填“上”“下”或“上下均可以”），推动小风扇转动过程相当于汽油机的 ________ 冲程。（6分） （3）实验改进：同学们在测试过程中，发现加热很长时间后，扇叶才开始转动。针对此情况，下列可行的改进方法是_____。（3分） A. 将酒精灯垫高 B. 增加易拉罐中水的质量 C. 降低水的初温 D. 提高水的初温 （三）计算题（共12分） 18. 某型号四冲程汽油机，飞轮转速为3000 r/min，做功冲程中燃气推动活塞一次做功1200 J。求： （1）这台汽油机每秒内完成多少个冲程？（4分） （2）这台汽油机每秒内对外做功多少次？（4分） （3）这台汽油机的功率是多少千瓦？（4分） 三、拓展题（共20分） 本部分为拓展提升题，结合生活实际和创新情境，考查综合分析能力和知识迁移运用能力，对接中考综合题命题方向。 （一）科普阅读题（共10分） 19. 阅读下面的短文，回答问题。 六冲程发动机 传统的四冲程发动机（吸气、压缩、做功、排气）效率较低，约有三分之一的能量随高温废气被排出。科学家发明了一种六冲程发动机，它的前四个冲程与四冲程发动机完全相同。在第四冲程（排气冲程）结束后，立即向气缸内喷水，水在高温气缸内迅速汽化成高温高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度降低，内能减小。这样燃烧同样多的燃料，获得了更多的机械能，提高了热机的效率。随后气缸进入第六冲程，将水蒸气排出气缸。 （1）六冲程发动机的第五冲程，相当于四冲程汽油机的哪个冲程？在此冲程中能量是如何转化的？（4分） （2）六冲程发动机的第六冲程是排气冲程，在此过程中，气缸排出的是________________。（2分） （3）为什么说六冲程发动机比四冲程发动机效率更高？请从能量利用的角度分析。（4分） （二）综合计算题（共10分） 20. 某型号汽车使用的是单缸四冲程汽油机，在一次测试中，汽车在平直公路上以72 km/h的速度匀速行驶了10 km，消耗汽油1.5 kg。已知汽油机飞轮的转速为2400 r/min，汽油的热值为q = 4.6×10⁷ J/kg，汽车行驶时受到的阻力为900 N。求： （1）汽车行驶的时间是多少秒？（2分） （2）在这段时间内，汽油机完成了多少个工作循环？对外做功多少次？（4分） （3）该汽油机将内能转化为机械能的效率是多少？（结果保留一位小数）（4分） 参考答案与解析 一、基础巩固 （一）选择题 1. 答案：B 解析：热机是利用内能来做功的机器，将内能转化为机械能。汽油机通过燃料燃烧获得内能，再通过活塞运动将内能转化为机械能，属于热机。电动机将电能转化为机械能，发电机将机械能转化为电能，电热水器将电能转化为内能，都不属于热机。 方法技巧：判断热机的关键：工作过程中是否有‘内能→机械能’的转化。 2. 答案：B 解析：热机工作时，首先燃料燃烧，将燃料的化学能转化为内能（高温高压燃气），然后燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能。所以能量转化过程是：化学能→内能→机械能。 3. 答案：C 解析：图中的进、排气门都关闭，活塞下行，因此这是做功冲程，将内能转化为机械能，故C正确，ABD错误。 4. 答案：C 解析：两个气门全部关闭，火花塞点火，活塞向下运动，属于做功冲程，故C正确。 5. 答案：B 解析：在压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，气缸是封闭的，所以气体质量不变。活塞向上运动，压缩气体，对气体做功，机械能转化为内能，使气体的内能增大，温度升高，压强增大。 6. 答案：C 解析：汽油机气缸顶部有火花塞，采用点燃式点火，吸气冲程吸入汽油和空气的混合物；柴油机气缸顶部有喷油嘴，采用压燃式点火，吸气冲程只吸入空气。柴油机的压缩比更大，效率通常比汽油机高。所以C正确。 方法技巧：汽油机和柴油机的区别可记忆为：构造（火花塞vs喷油嘴）、吸入物（混合气vs空气）、点火方式（点燃式vs压燃式）、效率（较低vs较高）。 7. 答案：C 解析：A、吸气冲程仅吸入汽油和空气的混合气体，不存在能量转化，故A错误；B、压缩冲程活塞压缩气缸内气体，机械能转化为内能，与实验能量转化方向相反，故B错误；C、做功冲程中汽油燃烧产生的高温高压燃气推动活塞运动，内能转化为机械能，和橡胶塞被冲出的能量转化完全一致，故C正确；D、排气冲程仅将燃烧后的废气排出气缸，不存在能量转化，故D错误。故选：C。 8. 答案：A 解析：飞轮转速1800 r/min = 30 r/s，即每秒飞轮转动30圈。由于一个工作循环飞轮转2圈，对外做功1次，所以每秒对外做功次数为：30 ÷ 2 = 15次。 方法技巧：转速换算口诀：n r/min → 除以60得每秒转速 → 除以2得每秒做功次数。 （二）填空题 9. 答案：吸气冲程；压缩冲程；做功冲程；排气冲程 解析：四冲程内燃机的工作循环按顺序依次为：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。其中做功冲程是唯一对外做功的冲程。 10. 答案：机械；内；内；机械 解析：压缩冲程：活塞向上运动，压缩气缸内的气体，活塞对气体做功，机械能转化为内能，气体温度升高、内能增大。做功冲程：高温高压的燃气推动活塞向下运动，燃气的内能转化为活塞运动的机械能。 11. 答案：空气；压燃 解析：柴油机在吸气冲程中只吸入空气，不吸入柴油。在压缩冲程末，气缸内空气温度很高，超过柴油的着火点，此时喷油嘴喷出雾状柴油，柴油立即燃烧，这种点火方式叫做压燃式。汽油机是火花塞产生电火花点火，叫点燃式。 12. 答案：蒸汽机；汽轮机（或喷气发动机、火箭发动机等，合理即可） 解析：热机的种类很多，凡是利用内能做功的机器都属于热机。常见的有：蒸汽机、内燃机（汽油机、柴油机）、汽轮机、喷气发动机、火箭发动机等。 二、综合运用 （一）选择题 13. 答案：B 解析：热机是一种将内能转化为机械能的装置。A、火柴划过砂纸被点燃，是通过做功，将机械能转化为内能，故A不合题意。B、沸水的蒸气顶起壶盖，是蒸汽对壶盖做功，将内能转化为机械能，故B符合题意。C、通电灯丝发热而发光，是电流做功，将电能转化为内能和光能，故C不合题意。D、电动机驱动车辆行驶，是将电能转化为机械能，故D不合题意。故选：B。 14. 答案：A 解析：飞轮转速2400 r/min = 40 r/s，即每秒飞轮转40圈。一个工作循环飞轮转2圈，完成4个冲程，对外做功1次，活塞往复2次。所以每秒：工作循环数 = 40 ÷ 2 = 20个，A正确；活塞往复次数 = 20 × 2 = 40次，B错；每分钟做功次数 = 2400 ÷ 2 = 1200次，C错；每秒冲程数 = 20 × 4 = 80个，D错。 15. 答案：A 解析：A、甲图是做功冲程，能量转化为内能→机械能；丙图中水蒸气推动塞子，也是内能转化为机械能，二者工作原理一致。故A正确; B、乙图是压缩冲程，能量转化为机械能→内能；丙图是内能转化为机械能，二者工作原理不同。故B错误; C、甲图是做功冲程，不是压缩冲程；且其原理与丁图（机械能→内能）不一致。故C错误; D、乙图是压缩冲程，不是做功冲程；虽然其原理与丁图一致，但冲程判断错误。故D错误。故选：A。 16. 答案：A 解析：飞轮转速800 r/min，即每分钟飞轮转800圈。四冲程柴油机每2圈做功1次，所以每分钟做功次数 = 800 ÷ 2 = 400次。每分钟做的总功W = 400 × 1500 J = 6×10⁵ J。功率P = W/t = 6×10⁵ J / 60 s = 1×10⁴ W = 10 kW。 （二）实验探究题 17. 答案： （1）水蒸气（3分） （2）上（3分）； 做功（3分） （3）D（3分） 解析：（1）根据图片可知，给罐内的水加热，水汽化为高温的水蒸气，罐内的水蒸气通过笔外壳喷出，推动风扇转动，将内能转化为机械能，则该简易热机模型工作时，充当能量传递和转化的核心介质是水蒸气； （2）①水沸腾后产生的水蒸气在水面上方，则为了使水蒸气顺利排出冲击扇叶，因此中性笔管应在易拉罐的水面以上，以便水蒸气能够顺利喷出并推动扇叶。②水蒸气喷出时推动风扇转动，将自身的内能转化为风扇的机械能，相当于汽油机的做功冲程。 （3）A.将酒精灯垫高后，酒精灯火焰的高度发生改变，此时不是利用酒精灯外焰加热，酒精灯火焰在单位时间内放出的热量减少，水升温慢，会使加热时间变长，故A不符合题意；B. 由可知，增加易拉罐中水的质量后，水升温变慢，产生的蒸汽压强减小，故B不符合题意；C、D. 酒精灯火焰在单位时间内放出的热量相同，提高水的初温，水加热至沸腾需要升高的温度变小，所用的时间会变短。故C不符合题意，D符合题意。 （三）计算题 18. 解答： 解：飞轮转速3000 r/min = 50 r/s，即每秒飞轮转50圈。 （1）一个工作循环飞轮转2圈，完成4个冲程。 每秒完成的工作循环数：50 ÷ 2 = 25个 每秒完成的冲程数：25 × 4 = 100个（4分） （2）一个工作循环对外做功1次，所以每秒对外做功25次。（4分） （3）每秒做的总功：W = 25 × 1200 J = 3×10⁴ J 汽油机的功率：P = W/t = 3×10⁴ J / 1 s = 3×10⁴ W = 30 kW（4分） 解析：本题的关键是掌握四冲程中转速、冲程数和做功次数的关系：一个工作循环 = 4个冲程 = 飞轮转2圈 = 对外做功1次。飞轮转速换算后是突破口。 方法技巧：三步法：①转速单位换算（r/min → r/s）；②除以2得每秒做功次数；③乘以每次做功量再除以时间得功率。 三、拓展题 （一）科普阅读题 19. 答案： （1）相当于做功冲程（2分）；内能转化为机械能（2分） （2）水蒸气（2分） （3）六冲程发动机利用了四冲程发动机中随废气排出的那部分热量（内能），将水喷入气缸后，水吸收热量汽化成水蒸气，推动活塞再次做功，将原本浪费的内能转化为了更多的机械能，所以效率更高。（4分，意思相近即可） 解析：（1）第五冲程中，高温高压的水蒸气推动活塞做功，内能转化为机械能，这与四冲程汽油机的做功冲程相同。（2）第六冲程是排气冲程，排出的是第五冲程做功后的水蒸气。（3）四冲程发动机中，废气带走了大量的热量，这部分内能被浪费了。六冲程发动机利用这部分热量使水汽化并再次做功，提高了能量的利用率，所以效率更高。 （二）综合计算题 20. 解答： 解： （1）汽车速度 v = 72 km/h = 20 m/s，行驶路程 s = 10 km = 1×10⁴ m 行驶时间 t = s / v = 1×10⁴ m / 20 m/s = 500 s（2分） （2）飞轮转速2400 r/min = 40 r/s，即每秒飞轮转40圈 每秒工作循环数 = 40 ÷ 2 = 20个 500 s内完成的工作循环数 = 20 × 500 = 10 000个（2分） 每个工作循环对外做功1次，所以对外做功10 000次（2分） （3）汽车匀速行驶，牵引力 F = f = 900 N 有用功（机械能）：W有 = Fs = 900 N × 1×10⁴ m = 9×10⁶ J 汽油完全燃烧放出的热量：Q放 = mq = 1.5 kg × 4.6×10⁷ J/kg = 6.9×10⁷ J 效率 η = W有 / Q放 × 100% = 9×10⁶ J / 6.9×10⁷ J × 100% ≈ 13.0%（4分） 解析：本题综合考查了速度、二力平衡、功、热量和效率的计算，同时涉及热机工作循环的计算，是中考常见的综合计算题。解题关键：①汽车匀速行驶时牵引力等于阻力；②效率等于有用功与总热量的比值。 方法技巧：热机效率综合题：先求有用功（W=Fs或W=Pt），再求总热量（Q=mq），最后用η=W/Q×100%求效率。 核心知识点总结 1. 热机：利用内能做功的机器，将内能转化为机械能。常见类型：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 2. 四冲程汽油机的一个工作循环：吸气冲程 → 压缩冲程 → 做功冲程 → 排气冲程。 3. 能量转化：压缩冲程——机械能→内能；做功冲程——内能→机械能。 4. 冲程判断方法：先看气门开关情，再看活塞上下行；开下吸气开上排，关上压缩关下功。 5. 一个工作循环：活塞往复2次，曲轴（飞轮）转2圈，完成4个冲程，对外做功1次。（可记为1-4-2-2-1） 6. 飞轮的作用：利用惯性完成吸气、压缩、排气三个辅助冲程，使运转平稳。 7. 汽油机与柴油机的区别：①构造：火花塞 vs 喷油嘴；②吸入物：汽油+空气 vs 空气；③点火方式：点燃式 vs 压燃式；④效率：较低（20%~30%） vs 较高（30%~45%）。 8. 做功次数计算：转速n r/min → 除以60得 r/s → 除以2得每秒做功次数。 第 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $