第1节 热机
[基础达标练]
知识点1 热机
1．下列四种交通工具，不用热机作为动力机械的是（ ）
A．自行车 B．轮船 C．卡车 D．飞机
2.我国于2019年5月17日在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭，成功发射一颗北斗导航卫星。如图5所示，长征三号丙运载火箭升空时，燃料燃烧后通过做功，把_____能转化为_____能。
3. 世界上很多发明都是受到生活现象的启发而萌生的创意，比如：蒸汽机和汽油机，它们工作时，能的转化过程是 。图中 是汽油机的工作原理图。
4．如图所示，在试管内装些水，用橡皮塞塞住，加热水至沸腾，将会看到的现象是橡皮塞__________，并在管口处看到 。此实验能量的转化过程：燃料的____________能通过燃烧转化为______能，又通过做功，将______能转化为________能。利用内能做功的原理，可以制成________。
知识点2 汽油机
5．如图所示，用电火花发生器点燃塑料盒内的酒精气体，能将盒盖喷出很远，此过程中的能量转化方式与汽油机的哪一个冲程相似？（ ）
A．压缩冲程 B．吸气冲程 C．排气冲程 D．做功冲程
6．如图所示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
7．如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，不是靠飞轮惯性完成的冲程是（ ）
(
A B C D
)
8．图中单缸四冲程汽油机正处在 冲程。若该汽油机转速为1800r/min，则它每秒钟完成 个冲程。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。
知识点3 柴油机
9.关于热机，下列说法正确的是（ ）
A． 四冲程汽油机在工作过程中，进气门和排气门同时关闭的冲程是压缩冲程和做功冲程
B． 热机做功冲程中把机械能转化为内能
C． 柴油机上安装一个笨重的飞轮，是为了提高它的功率
D． 柴油机的功率比汽油机的高
10． 柴油机压缩冲程中，随着活塞的运动，气缸内空气密度不断________（选填：“增大”“减压缩小”或“不变”），这时活塞的机械能转化为被压缩空气的________能，使其温度更高、压强更大。
11．将下表中汽油机和柴油机的不同点填写完整。
汽油机 柴油机
构造 ________ 喷油嘴
吸入物质 汽油和空气的混合物 ________
点火方式 ________ 压燃式
12．质量为1×104t的轮船静止在水面上时，受到的浮力是 N，排开水的体积是 m3。轮船利用柴油机的 冲程获得机械能。当轮船以36km/h的速度匀速行驶时，柴油机的输出功率是2×106W，则轮船受到的牵引力是 N（ρ水=1.0×103kg/m3，g取10N/kg）。
[能力提升练]
13．一种用于轻型低速飞机的活塞式航空发动机，它有多个气缸，气缸工作时经历进气、压缩、膨胀、排气四个过程，在这四个过程中，能为飞机提供动力的是（ ）
A．进气 B．压缩 C．膨胀 D．排气
14．如图所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，把活塞迅速压下去，看到棉花燃烧起来，活塞被向上顶起。关于这个过程说法正确的是（ ）
A．活塞对棉花做功，使棉花温度升高
B．缓慢压下活塞也能看到同样的实验现象
C．压下活塞的过程中是内能转化为机械能
D．活塞被向上顶起相当于内燃机的做功冲程
15．2019年春节期间热映的《流浪地球》被誉为开启了中国科幻电影元年。这部电影讲述了 多年以后太阳急速衰老膨胀，无法再给地球提供能量，人类为了拯救地球而点燃木星周围的可燃气体，逃离太阳系的故事。其中“点燃木星”将地球推开相当于内燃机的（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
16.科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同，在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，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．以下关于该内燃机的说法正确的是（ ）
A．气缸内水蒸气做功后温度升高
B．这款内燃机的第六个冲程是排气冲程
C．这款内燃机的第五个冲程是压缩冲程
D．在压缩冲程是内能转化成机械能
17.如图所示是内燃机某一冲程的示意图，其中喷油嘴正在喷油，由图可知：
（1）这种内燃机是 （选填“汽油机”或“柴油机”）；
（2）它在吸气冲程吸入的物质是 （选填“空气”或“汽油”或“柴油”或“空气和汽油的混合物”）；
（3）图中内燃机处在 冲程；该冲程中其能量转化是把 能转化为 能；
（4）若此内燃机转速为50r/s（即每秒飞轮转50转），那么，它正常工作时，每秒钟对外做功 次。
[高频考题实战练]
18．（2021·浙江宁波市·中考真题）在如图所示的“汽油机模型”实验中，将少量的汽油喷入筒内，用软木塞塞住筒口，摇动起电机，观察到放电针放电，汽油燃烧，软木塞被高温高压的气体冲出。该实验可模拟四冲程汽油机工作时的（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
19．（2021·黑龙江齐齐哈尔市·中考真题）如图所示试管内水蒸气将塞子推出的过程，水蒸气的________能转化为塞子的机械能.四冲程汽油机工作过程中的________冲程与上述能量转化过程相同.
第1节 热机
[基础达标练]
知识点1 热机
1．下列四种交通工具，不用热机作为动力机械的是（ ）
A．自行车 B．轮船 C．卡车 D．飞机
【答案】A
【解析】
分析 热机是利用了燃料燃烧时化学能转化为内能，产生高温高压的燃气，推动活塞做功，将内能转化为机械能．
解答 解：自行车是消耗人的生物质能，转化为自行车的机械能；轮船、卡车、飞机工作时都要使用化石能源作燃料，燃料燃烧时将内能转化为机械能驱使它们运动，所以它们都是使用热机工作的．
故选A．
【点评】 本题考查了热机和自行车在生活中的使用，对这些机械的能量转化要了解．
2.我国于2019年5月17日在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭，成功发射一颗北斗导航卫星。如图5所示，长征三号丙运载火箭升空时，燃料燃烧后通过做功，把_____能转化为_____能。
【答案】内、机械
【解析】燃料燃烧后做功使火箭升空，是内能转化为机械能，因为火箭升空，不仅高度升高，且速度增加，因此填写机械能比较合理。
3. 世界上很多发明都是受到生活现象的启发而萌生的创意，比如：蒸汽机和汽油机，它们工作时，能的转化过程是 。图中 是汽油机的工作原理图。
【答案】内能转化为机械能 乙
【解析】 蒸汽机和汽油机都属于热机，是将内能转化为机械能的机器。由图甲可知，燃料燃烧，将燃料的化学能转化为水和水蒸气的内能，从玻璃管口喷出的水蒸气驱动叶轮转动，水蒸气会对叶轮做功，水蒸气的内能转化为叶轮的机械能，此过程与蒸汽机的工作过程相似，反映了蒸汽机的工作原理。在图乙中，火焰使上方空气温度升高、上升，热空气带动叶轮转动，内能转化为机械能，与汽油机的工作原理相同。
4．如图所示，在试管内装些水，用橡皮塞塞住，加热水至沸腾，将会看到的现象是橡皮塞__________，并在管口处看到 。此实验能量的转化过程：燃料的____________能通过燃烧转化为______能，又通过做功，将______能转化为________能。利用内能做功的原理，可以制成________。
【答案】冲出；白雾；化学；内；内；机械 热机。
【解析】
分析 做功可以改变物体的内能：对物体做功，物体的内能增加，例如克服摩擦做功、压缩气体做功等；物体对外做功内能会减少，例如气体膨胀做功，物体的内能减小，转化为机械能．
了解实验中的现象及能量转化，再逐一进行解答．
解答 解：在如图所示的实验中，用酒精灯加热一段时间后，会观察到的现象有：①瓶塞冲出试管；②瓶塞冲出后试管口处出现白雾等．
实验中的能量转化过程是：①酒精燃烧放出热量，酒精的化学能转化为水的内能；
水吸热沸腾，产生大量水蒸气，气体膨胀对橡皮塞做功，气体的内能转化为橡皮塞的机械能．利用内能做功的原理，可以制成热机。
故答案为：冲出；白雾；化学；内；内；机械；热机．
【点评】了解在本实验过程中是如何通过做功来改变物体内能的，知道相关的现象并能用热学的知识做出解释，是解答的关键．
知识点2 汽油机
5．如图所示，用电火花发生器点燃塑料盒内的酒精气体，能将盒盖喷出很远，此过程中的能量转化方式与汽油机的哪一个冲程相似？（ ）
A．压缩冲程 B．吸气冲程 C．排气冲程 D．做功冲程
【答案】D
【解析】按动电火花发生器的按钮，点燃盒内酒精，盒盖被打出去，这是因为酒精燃烧产生的燃气对外做功，消耗燃气的内能，变成盒盖的机械能，故是将内能转化为机械能的过程；四冲程热机中的做功冲程就是利用内能来做功的冲程，将内能转化为机械能。
6．如图所示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
【答案】B
【解析】解决此题要结合内燃机的做功冲程特点和原理进行分析解答，知道做功冲程中的能量转化。
图中的气门关闭，活塞上行，这是压缩冲程的特点；
在压缩冲程中，能量转化关系是将机械能转化成内能。
7．如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，不是靠飞轮惯性完成的冲程是（ ）
(
A B C D
)
【答案】B
【解析】解：在汽油机的四个冲程中只有做功冲程对外做功，其他三个冲程都是靠飞轮的惯性完成的。
A图：排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，不符合题意；
B图：两气门都关闭，活塞向下运行，火花塞点火，气缸容积增大，是做功冲程，符合题意；
C图：两气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，不符合题意；
D图：进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，不符合题意。
8．图中单缸四冲程汽油机正处在 冲程。若该汽油机转速为1800r/min，则它每秒钟完成 个冲程。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】排气 60 比热容
【解析】活塞向上运动，一个气门打开，说明此时处于排气冲程；1800r/min说明飞轮每秒转30r，而汽油机1个工作循环，完成四个冲程，飞轮转2转，对外做功1次，所以汽油机每秒钟完成15个工作循环，对外做功15次，完成60个冲程；汽车的散热器可用水做冷却剂，是因为水的比热容比较大。
知识点3 柴油机
9.关于热机，下列说法正确的是（ ）
A． 四冲程汽油机在工作过程中，进气门和排气门同时关闭的冲程是压缩冲程和做功冲程
B． 热机做功冲程中把机械能转化为内能
C． 柴油机上安装一个笨重的飞轮，是为了提高它的功率
D． 柴油机的功率比汽油机的高
【答案】A
【解析】
试题分析：内燃机的工作过程见下表，可知A对B错；
进气门 排气门 活塞运动方向 曲轴转动 能量转化
吸气冲程 开 关 由上到下 半周 \
压缩冲程 关 关 由下到上 半周 机械能转化成内能
做功冲程 关 关 由上到下 半周 内能转化成机械能
排气冲程 关 开 由下到上 半周 \
柴油机上的飞轮质量大，惯性大，有利于完成排气、吸气、压缩三个辅助冲程，C错；柴油机的功率高，是因为柴油机在吸气冲程吸入的是纯空气，所以在压缩冲程，可以把空气压缩的体积更小，压强更大，温度更高，D错。
【考点】热机
10． 柴油机压缩冲程中，随着活塞的运动，气缸内空气密度不断________（选填：“增大”“减压缩小”或“不变”），这时活塞的机械能转化为被压缩空气的________能，使其温度更高、压强更大。
【答案】增大；内
【解析】柴油机冲程中，随着活塞的运动，外界对气缸内气体做功，气缸内空气体积减小，密度不断增大，这时活塞的机械能转化为被压缩空气的内能，使其温度更高、压强更大。
11．将下表中汽油机和柴油机的不同点填写完整。
汽油机 柴油机
构造 ________ 喷油嘴
吸入物质 汽油和空气的混合物 ________
点火方式 ________ 压燃式
【答案】火花塞 点燃式
12．质量为1×104t的轮船静止在水面上时，受到的浮力是 N，排开水的体积是 m3。轮船利用柴油机的 冲程获得机械能。当轮船以36km/h的速度匀速行驶时，柴油机的输出功率是2×106W，则轮船受到的牵引力是 N（ρ水=1.0×103kg/m3，g取10N/kg）。
【答案】1×108 1×104 做功 2×105
【解析】根据二力平衡原理，漂浮在液面上的物体所受到的浮力与物体自身的重力相等，F浮＝G＝mg＝1×107kg×10N/kg=1×108N；V排== = 1×104 m3；内燃机中只有做功冲程把内能转化为机械能；v＝36km/h＝10m/s，由公式P＝＝Fv得：F＝＝＝2×105N。
[能力提升练]
13．一种用于轻型低速飞机的活塞式航空发动机，它有多个气缸，气缸工作时经历进气、压缩、膨胀、排气四个过程，在这四个过程中，能为飞机提供动力的是（ ）
A．进气 B．压缩 C．膨胀 D．排气
【答案】C
【解析】内燃机工作时，提供动力的冲程是做功冲程，即气缸工作时经历进气、压缩、膨胀、排气四个过程中的膨胀过程，能为飞机提供动力。
14．如图所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，把活塞迅速压下去，看到棉花燃烧起来，活塞被向上顶起。关于这个过程说法正确的是（ ）
A．活塞对棉花做功，使棉花温度升高
B．缓慢压下活塞也能看到同样的实验现象
C．压下活塞的过程中是内能转化为机械能
D．活塞被向上顶起相当于内燃机的做功冲程
【答案】D
【解析】改变内能的方式有两种，即做功和热传递；对物体做功，物体的内能会增加，物体对外做功，其内能会减小。
AC、把活塞迅速压下去，此时活塞对筒内的空气做功，空气的内能变大，温度升高，是机械能转化为内能，空气和棉花之间发生热传递，使得棉花的温度升高，故AC错误，
B、缓慢压下活塞，由于存在热损失，在慢慢下压的过程中，空气的内能增加的较小，温度升的不高，达不到棉花的燃点，棉花不会燃烧，故B错误；
D、活塞被向上顶起是因为筒内的空气推动活塞做功，内能转化为机械能，与内燃机的做功冲程相同，故D正确。
15．2019年春节期间热映的《流浪地球》被誉为开启了中国科幻电影元年。这部电影讲述了 多年以后太阳急速衰老膨胀，无法再给地球提供能量，人类为了拯救地球而点燃木星周围的可燃气体，逃离太阳系的故事。其中“点燃木星”将地球推开相当于内燃机的（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
【答案】C
【解析】“点燃木星”将地球推开，将内能转化为机械能，相当于内燃机的做功冲程。
A．吸气冲程，无能量转化；
B．压缩冲程，机械能转化为内能；
C．做功冲程，内能转化为机械能；
D．排气冲程，无能量转化。
16.科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同，在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，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．以下关于该内燃机的说法正确的是（ ）
A．气缸内水蒸气做功后温度升高
B．这款内燃机的第六个冲程是排气冲程
C．这款内燃机的第五个冲程是压缩冲程
D．在压缩冲程是内能转化成机械能
【答案】B
【解析】
分析：单缸六冲程内燃机一个工作循环，6个冲程，燃气对外做功2次，据此分析回答．
解答：解：A、在做功冲程中，高温气体迅速膨胀对活塞做功，气体的内能减小，温度降低；故A错误；
B、为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是排气冲程．故B正确；
C、这款内燃机的第五个冲程是第二次对外做功，是做功冲程，故C错误；
D、在压缩冲程中，将机械能转化为内能；故D错误．
故选B．
【点评】本题考查了改变内燃机六个冲程的工作过程，重点是理解新型内燃机一个工作循环，6个冲程，燃气对外做功2次．
17.如图所示是内燃机某一冲程的示意图，其中喷油嘴正在喷油，由图可知：
（1）这种内燃机是 （选填“汽油机”或“柴油机”）；
（2）它在吸气冲程吸入的物质是 （选填“空气”或“汽油”或“柴油”或“空气和汽油的混合物”）；
（3）图中内燃机处在 冲程；该冲程中其能量转化是把 能转化为 能；
（4）若此内燃机转速为50r/s（即每秒飞轮转50转），那么，它正常工作时，每秒钟对外做功 次。
【答案】（1）柴油机；（2）空气；（3）做功；内；机械；（4）25．
【解析】
分析：利用下列知识分析回答：
①柴油机和汽油机的主要区别是：柴油机的顶端是喷油嘴，而汽油机的顶端是火花塞；在吸气冲程中柴油机吸入的是空气，汽油机吸入的是汽油和空气的混合物；
②判断冲程可以看气阀门的开关情况和活塞运动情况，有能量转化的是两个冲程（压缩冲程、做功冲程）；
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．
解答：解：
（1）由题知，内燃机的顶端是喷油嘴，所以该内燃机是柴油机；
（2）在柴油机的吸气冲程中吸入的是空气；
（3）图中的气门闭合、燃料燃烧做功，活塞下移，是做功冲程；该冲程中，燃气膨胀做功，将内能转化为机械能；
（4）此内燃机转速为50r/s，即每秒飞轮转50转，每秒可完成25个工作循环，100个冲程，对外做功25次．
故答案为：（1）柴油机；（2）空气；（3）做功；内；机械；（4）25．
【点评】本题是关于内燃机的综合题目，能否知道汽油机和柴油机的区别、四个冲程的特点及压缩和做功冲程的特点是解决此类问题的关键．
[高频考题实战练]
18．（2021·浙江宁波市·中考真题）在如图所示的“汽油机模型”实验中，将少量的汽油喷入筒内，用软木塞塞住筒口，摇动起电机，观察到放电针放电，汽油燃烧，软木塞被高温高压的气体冲出。该实验可模拟四冲程汽油机工作时的（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
【答案】C
【解析】
将少量的汽油喷入筒内，用软木塞塞住筒口，摇动起电机使放电针放电，电火花将汽油点燃，汽油燃烧产生高温高压燃气对软木塞做功，将燃气的内能转化为软木塞的机械能，所以软木塞被冲出。四冲程汽油机的做功冲程也是将燃气的内能转化为活塞的机械能，故这一过程是模拟四冲程汽油机的做功冲程。
故选C。
19．（2021·黑龙江齐齐哈尔市·中考真题）如图所示试管内水蒸气将塞子推出的过程，水蒸气的________能转化为塞子的机械能.四冲程汽油机工作过程中的________冲程与上述能量转化过程相同.
【答案】内 做功
【解析】
试管内水蒸气将塞子推出的过程中对塞子做功，水蒸气的内能减少转化为塞子的机械能，四冲程汽油机的四个冲成为：吸气冲程，压缩冲程，做功冲程，排气冲程；做功冲程中高温高压气体推动活塞运动，对活塞做功，内能转化为机械能，与上述能量转化过程相同．
