14.1热机
一、单选题：本大题共10小题，共20分。
1.关于如图所示的实验，下列说法错误的是( )
A. 这个实验说明可以利用物体内能对外做功
B. 对木塞做功的过程中管内水蒸气的内能增加
C. 此过程中水蒸气内能转化为木塞的机械能
D. 这个实验能够显示热机的工作原理
2.如图所示，在一个配有活塞的密闭厚壁玻璃筒里放一小团硝化棉，用力把活塞迅速下压，棉花就会立即燃烧，根据实验现象判断下列说法中正确的是( )
A. 活塞迅速下压棉花燃烧，表明筒内气体温度升高了
B. 活塞迅速下压的过程中，筒内气体的内能保持不变
C. 活塞下压过程的能量转化与热机做功冲程的能量转化相同
D. 实验中棉花的点燃方式与汽油机中汽油的点燃方式相同
3.如图所示描述的物理过程，下列分析正确的是( )
A. 图甲：厚玻璃筒内的空气被压缩时，空气的温度升高，内能不变
B. 图乙：瓶子内的空气推动塞子做功后，瓶子内空气的内能增大
C. 图丙：试管内的水蒸气推动塞子冲出时，水蒸气的内能增加
D. 图丁：汽缸内的气体推动活塞向下运动，内能转化为机械能，气体内能减少
4.关于四冲程汽油机的工作过程有以下几种说法，其中正确的是( )
①做功冲程，机械能转化为内能；②做功冲程，内能转化为机械能；
③只有做功冲程是燃气对外做功；④汽油机和柴油机的点火方式相同
A. ①③ B. ②③ C. ②④ D. ②③④
5.如图所示为某单缸四冲程内燃机工作示意图，下列说法中正确的是( )
A. 一个完整的工作循环顺序是：乙甲丁丙
B. 丁冲程发生的能量转化为内能转化为机械能
C. 只有甲冲程获得动力，其他冲程都是靠惯性运转的
D. 丙冲程中排出的废气没有任何利用的价值
6.如图所示是我国古代劳动人民的智慧成果“取火器”的模型图，把木质推杆迅速推入内壁光滑的牛角套筒时，杆前端的艾绒立刻燃烧起来。汽油机的下列冲程中与“取火器”能量转化相同的是( )
A. B. C. D.
7.礼花喷射器结构如图，气罐内有高压气体，气罐通过气阀与纸筒相连。使用时转动纸筒打开气阀，气体将纸筒内的礼花快速喷向远处，对该过程的分析正确的是( )
A. 罐内气体的内能增加 B. 罐内气体分子热运动加剧
C. 罐内气体通过热传递方式改变了其内能 D. 该过程能转化方式与汽油机做功冲程相同
8.如图，对于图中所述的物理过程，下列分析正确的是( )
A. 图甲，瓶子内的空气推动塞子跳起时，瓶内空气的内能增大
B. 图乙，试管内的水蒸气推动塞子冲出时，水蒸气的温度升高
C. 图丙，汽缸内的气体推动活塞向下运动时，气体的内能增大
D. 图丁，用力将活塞迅速下压，这一过程与汽油机的压缩冲程相同
9.下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况．关于对图中①②③④的补充正确的是( )
A. ①做功冲程②内能转化为机械能③压缩冲程④机械能转化为内能
B. ①压缩冲程②内能转化为机械能③做功冲程④机械能转化为内能
C. ①压缩冲程②机械能转化为内能③做功冲程④内能转化为机械能
D. ①做功冲程②机械能转化为内能③压缩冲程④内能转化为机械能
10.喜欢思考的小明用塑料矿泉水瓶子进行了如下游戏探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖如图甲；扭转瓶子如图乙；轻轻扰动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾如图丙。图乙和图丙所示的过程，分别与四冲程内燃机连续的两个冲程相似，这两个冲程是( )
A. 吸气冲程和压缩冲程 B. 压缩冲程和做功冲程
C. 做功冲程和排气冲程 D. 压缩冲程和排气冲程
二、填空题：本大题共8小题，共16分。
11.如图所示为生活中常用的热水瓶，注入一定量的热水后，立即盖上软木塞，软木塞会跳起来。这一过程与汽油机的_____冲程也发生同样的能量转化。如果该汽油机每秒钟对外做功20次该汽油机飞轮的转速是_____。
12.柴油机的构造与汽油机类似，不同点在于柴油机有一个喷油嘴而没有火花塞，其压缩冲程结束时，气缸内气体被压缩为高温气体，温度超过柴油的燃点，此时由喷油嘴向气缸内喷入雾化的柴油，柴油迅速燃烧，从而推动活塞做功，则如图中图________是柴油机的做功冲程，柴油燃烧时将________能转化为________能。
13.单缸四冲程汽油机，飞轮转速是，该汽油机每秒钟内完成__________个冲程，做功__________次。
14.早在八百多年前，我国就发明了流行于民间的走马灯如图甲所示。如图乙点燃走马灯内的蜡烛，纸筒内部的空气温度升高，体积膨胀，密度变______选填“大”或“小”而上升，形成气流，驱动纸筒顶部的纸风车和固定在转轴上的纸马转动。该过程中，空气的______能转化为风车的机械能，这与四冲程汽油机______冲程的能量转化情况相同。若一汽油机曲轴的转速为，则该汽油机1s对外做功______次。
15.如图所示是演示点火爆炸实验装置，在演示前先给装置内喷少量的酒精，按动电火花发生器开关按钮，盒盖被打出去，这是因为酒精燃烧产生的热气对外_______；这过程与图中汽油机图_____选填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”工作冲程的能量转化相同。
16.如图所示是一款斯特林发动机模型，点燃酒精灯后会发现发动机的连杆带动飞轮转动起来，当酒精灯通过_________的方式增加汽缸内空气的内能，高温的空气推动活塞做功，内能_________选填“不变”“变大”或“变小”，酒精灯继续加热汽缸内的空气从而实现往复工作。如图所示是某单缸四冲程汽油机的结构示意图，图中所示为汽油机的_________冲程，若该汽油机飞轮转速为，则该汽油机每秒对外做功_________次。
17.如图所示，小明在吹气球时，被吹大了的气球没能被用手握住，呼啸着飞了出去。他及时捡起气球，感觉到它喷气的嘴部温度和原来相比__________变高了/没有变化/变低了，这是因为当球内气体喷出来时，发生的能量转化情况是__________能转化为__________能。汽油机在工作时，__________冲程与这一过程中能量的转化是一致的。汽油机工作时对外的输出功率为25kW，飞轮转速为，则每个工作循环汽油机对外做功__________J。
18.某老师通过温度传感器监测密封针筒内气体的温度，在室温恒为的环境中，当他快速向下推动活塞压缩针筒内的气体后松手，活塞即刻被向上弹起，此过程中针筒内均处于密封，针筒内物质均处于气态，针筒内气体温度随时间变化图像如图所示。由于气体分子间距离比较大，分子间作用力可以忽略不计，因此在实验过程中可以不考虑分子势能
密封气体在时刻的内能_____时刻的内能选填“>”、“<”、“=”；
以下过程发生的能量转化与图丙相同的是_____；
A.过程 过程 过程 都没有
活塞静止后，密封气体的温度最终保持在_____。
A.
三、综合题：本大题共2小题，共20分。
19.阅读短文，回答文后的问题：
汽车发动机
发动机是汽车的动力源，汽油机以汽油为燃料，使活塞在汽缸中往复运动，一个工作循环经历吸气、压缩、做功和排气四个冲程，汽油机的性能和汽缸排量有关。汽缸排量指活塞一个冲程中活塞在汽缸内通过的容积，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离冲程长度，如果发动机有若干个汽缸，那么所有汽缸“工作容积”之和称为发动机排量，实际汽车往往采用多缸发动机。如图所示发动机有4个汽缸图中标注1、2、3、，通过连杆把4个汽缸的活塞连在一根曲轴上。各个汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在吸气、压缩和排气冲程。
汽油机工作时将燃料燃烧的内能转化为_______能；
若一个汽缸排量为V，燃气对活塞的平均压强为p，则一个做功冲程中燃气对活塞所做的功为_______用字母表示；
若汽车发动机以恒定功率输出，在爬坡的时候减慢车速，目的是_______；
若做功冲程燃气对活塞的平均压强是，发动机排量为，则发动机转速为时，该轿车的输出功率P与发动机排量的关系式为_______。
20.阅读短文，回答问题
图是17世纪一种原始热机的示意图，以下是它对外做一次功的简要概述：
①燃烧燃料，对锅炉里的水加热，产生大量的水蒸气；
②高温水蒸气通过锅炉与汽缸间的阀门进入汽缸；
③关闭锅炉与汽缸间的阀门，打开水箱与汽缸间的阀门，向汽缸里注入冷水；
④汽缸里大量的水蒸气液化成水；
⑤活塞向下运动，对连杆产生巨大的向下的拉力，从而对外提供动力做功。
改变内能的方法有两种，①中通过_______的方法使水的内能增大；
④中水蒸气液化，要_______热量；
不计活塞质量，在④和⑤中，汽缸内大量水蒸气液化成水，导致汽缸内气压减小，在_______的作用下，活塞向下运动。
答案和解析
1.【答案】B
【解析】【分析】
当物体对外做功时，物体的内能转化为机械能，物体的内能减小；结合物体之间的能量转化关系进行分析判断。
热机是把内能转化为机械能的装置。
此题结合木塞冲出的实验考查了能量转化关系和热机的工作原理，正确分析实验中的能量转化是解题的关键。
【解答】
AC、在实验过程中，燃料的化学能转化为试管内水和水蒸气的内能，当内能增大到一定程度时，水蒸气的内能会转化为塞子的机械能，把塞子冲出去，说明可以利用物体内能对外做功，故AC正确；
B、对木塞做功的过程中管内水蒸气的内能减少，故B错误；
D、这个实验的原理和热机的工作原理相同，所以能够显示热机的工作原理，故D正确。
故选：B。
2.【答案】A
【解析】解：
ABC、图中在一个配有活塞的厚壁玻璃筒中放一小团硝化棉，迅速向下压活塞，由于压缩玻璃筒内的空气对其做功，使得空气的内能增加，温度升高，故是将机械能转化为内能的过程，故与内燃机的压缩冲程相类似，故A正确，BC错误；
D、实验中棉花的点燃方式属于压燃式，与柴油机的点燃方式相同，汽油机机的点燃方式是点燃式；故D错误。
故选：A。
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。
四冲程汽油机一个工作循环有四个冲程，分别是吸气、做功、压缩和排气，其中只有做功冲程对外做功，将内能转化为机械能；另外还有压缩冲程有能量转化，将机械能转化为内能。
点火方式：汽油机为点燃式，柴油机为压燃式。
知道做功可以改变物体的内能，并能准确判断其能量的转化过程是解决该题的关键。
3.【答案】D
【解析】【分析】
做功可以改变物体的内能，当外界对物体做功时，物体的内能增大，当物体对外界做功时，物体的内能就会减小；
内燃机做功冲程，燃气推动活塞做功，燃气内能转化为机械能。
本题考查做功改变物体的内能，当外界对物体做功时，物体的内能增大，当物体对外界做功时，物体的内能就会减小。
【解答】
A、图甲中厚玻璃内的空气被压缩时，活塞对空气做功，瓶内空气温度升高，空气的内能增加，故A错误；
B、图乙中瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气对活塞做功，空气的内能减小，故B错误；
C、图丙中试管内的水蒸气推动了塞子冲出时，水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，水蒸气的内能减少，故C错误；
D、图丁中汽缸内的气体推动活塞向下运动时即做功冲程，内能转化为机械能，气体的内能减少，故D正确。
故选：D。
4.【答案】B
【解析】汽油机四冲程分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。在压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，机械能转化为内能；在做功冲程中，高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功，是内能转化为机械能；四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，其它三个冲程都依靠飞轮的惯性完成，故①错误，②③正确；④汽油机顶部有火花塞，采用的是点燃式点火；而柴油机汽缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴，采用压燃式点火，汽油机和柴油机的点火方式不相同，故④错误。故ACD错误，B正确。
故选B。
5.【答案】C
【解析】【分析】
熟悉每个冲程的特征是识别冲程的关键．该题难度不大，逐个确定每个冲程，然后进行正确排序。
四冲程内燃机一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，根据两个气门的开关、活塞的运动方向以及火花塞是否点火可以确定每个冲程，从而排列出正确的顺序。
【解答】
A.乙的进气门打开是吸气冲程，丁的活塞正在向上运动，压缩气缸内的空气是压缩冲程，甲的活塞正在向下运动，气缸内的气体正在膨胀对外做功，是做功冲程也可以根据火花塞点火判断，丙的排气门打开，是排气冲程；一个完整的工作循环应该是乙丁甲丙，故A错误；
B.丁为压缩冲程，能量转化应该是机械能转化为内能，故B错误；
C.甲为做功冲程，只有做功冲程是对外做功的，获得动力，其他冲程都是靠飞轮的惯性工作的，故C正确；
D.排放的尾气中含有大量的内能，可以回收利用，故D错误。
6.【答案】C
【解析】封闭的气体被推杆压缩过程中，活塞对气体做功，所以气体内能增加，则温度升高，达到艾绒的着火点，使艾绒着火达到去火的目的；此过程中是机械能转化为内能，与汽油机的压缩冲程的能量转化相同。
A.图中两个气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程，故A错误；
B.图中排气门打开，是排气冲程，故B错误；
C.图中两气门都关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，故C正确；
D.图中进气门打开，是吸气冲程，故D错误。
故选C。
7.【答案】D
【解析】【分析】
改变物体内能的方法有做功和热传递，做功属于能量的转化，热传递属于能量的转移。
利用内能做功，内能转化为机械能。
汽油机做功冲程，将内能转化为机械能。
本题考查内能及改变内能的两种方式，同时要知道内能与机械能的转化，难度不大。
【解答】
A.罐内的高压空气膨胀对外做功，其自身的内能减小，故A错误；
B.罐内的高压空气对外做功，内能减小，温度降低，分子热运动减弱，故B错误；
C.罐内气体通过做功方式改变了其内能，故C错误；
D.该过程能量转化方式是将内能转化为机械能，与汽油机做功冲程相同，故D正确。
8.【答案】D
【解析】A.图中瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气对活塞做功，空气的内能减小，故A错误；
B.图中试管内的水蒸气推动了塞子冲出时，水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能减少，温度降低，故B错误；
C.图中汽缸内的气体推动活塞向下运动时，气体对活塞做功，所以气体的内能会减小，故C错误；
D.用力将活塞迅速下压，机械能转化为内能，这一过程与汽油机的压缩冲程相同，故D正确。
故选D。
9.【答案】C
【解析】【分析】
内燃机的一个工作循环包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，这四个冲程的顺序是一定的，不能改变；其中的压缩冲程和做功冲程进行了两次重要的能量转化：压缩冲程是机械能转化为内能；做功冲程是内能转化为机械能。
明确内燃机的工作过程是由四个顺序不变的冲程组成的，并且知道每个冲程中的能量转化是解决此题的关键，在内燃机的四个冲程中，只有做功冲程是将内能转化为机械能，其它的三个冲程都要消耗机械能，这也是能量损失的途径之一，其中的排气冲程中排出的废气带走的内能是废气能量在所有损失的能量中其占的比例最大。
【解答】
根据内燃机的工作过程可知，第二个冲程是压缩冲程，在此过程中活塞压缩气缸内的气体，将机械能转化为内能，气缸内的气体温度升高．其中柴油机的气缸中的柴油就是由此点燃的，因此柴油机的点火方式叫压燃式；第三个冲程是做功冲程，此时燃料燃烧生成的高温高压的燃气推动活塞对外做功，将内能转化为机械能。
故选C。
10.【答案】B
【解析】解：如图乙，扭转瓶子时，小明施加的外力压缩瓶内的气体，是机械能转化为内能，这一过程与四冲程内燃机的压缩冲程相似；当瓶盖被瓶内的气体冲出时，是瓶内气体对瓶盖做功，内能转化为机械能，这一过程与四冲程内燃机的做功冲程相似。所以A、C、D都错，B正确。
故选：B。
四冲程内燃机有吸气、压缩、做功、排气四个冲程，根据每个冲程的特点和能量转化情况来判断冲程的类型；工作过程中能量的转化：①压缩冲程：机械能内能；②做功冲程：内能机械能；③吸气冲程、排气冲程没有能量转化。
本题考查了四冲程内燃机的四个冲程的特点，正确解答的关键是对四个冲程特点的记忆和理解，属于基础题。
11.【答案】做功 2400
【解析】解：瓶塞跳起来，机械能增大，这是由于暖瓶内气体膨胀做功造成的，水蒸气的内能转化成瓶塞的机械能；
汽油机在做功冲程中，气缸内高温气体膨胀推动活塞做功，内能转化为机械能；
由于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1次，若汽油机每秒钟对外做功20次，则汽油机每秒飞轮转40圈，
则该汽油机飞轮转速为：。
故答案为：做功；2400。
瓶内热水蒸发产生大量水蒸气，水蒸气膨胀对瓶塞做功，内能转化为机械能；
汽油机的四个冲程中，压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程将内能转化为机械能；
四冲程汽油机的一个工作循环中，完成四个冲程，飞轮转动两周，对外做功一次。
本题考查汽油机的工作原理、能量的转化、热机的有关计算，是一道综合题，难度不大。
12.【答案】 甲 化学 内
【解析】图中甲图燃料燃烧，气体对外做功，内能转化为机械能，活塞向下移动，所以图甲表示的是做功冲程。
柴油燃烧时向外放热，将储存的化学能转化为内能。
13.【答案】 40 10
【解析】四冲程汽油机的飞轮转速为，该飞轮每秒钟转20圈；因为一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，所以，1s内飞轮转20圈，活塞往复运动20次，共10个工作循环，完成40个冲程，做功10次。
14.【答案】 小 内 做功 15
【解析】点燃蜡烛，上方的空气吸收热量，温度升高体积膨胀，密度变小，密度小的热空气上升，形成对流，吹动扇叶转动。
该过程中，空气的内能转化为风车的机械能，这与汽油机的做功冲程的能量转化情况相同。
汽油机曲轴的转速为
即汽油机的曲轴每秒转30圈，由于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1次，所以该汽油机1s对外做功15次。
15.【答案】做功 丙
【解析】酒精燃烧后的燃气对盒盖做功，将燃气的内能转化为盒盖的机械能；四冲程汽油机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；题中甲是排气冲程，乙是压缩冲程，丙是做功冲程，丁是吸气冲程，所以与丙冲程的能量转化相同。
16.【答案】热传递 变小 压缩 25
【解析】酒精灯燃烧，酒精灯的外焰的温度高于气缸的内空气的温度，故存在温度差，会发生热传递，只涉及能量的转移，故是热传递改变汽缸内空气的内能。
高温的空气推动活塞做功，将内能转化为机械能，故内能减小。
如图所示，进气门、排气门关，活塞向上，是将机械能转化为内能，是压缩冲程。
若该汽油机飞轮转速为，汽油机每秒飞轮转的圈数为
每一个工作循环，飞轮转了两圈，对外做功一次，故该汽油机每秒钟做了25个循环，该汽油机每秒对外做功25次。
17.【答案】变低了 内 机械 做功 600
【解析】小明在吹气球时，被吹大了的气球没能用手握住，呼啸着飞了出去，此时气球内的气体对外做功，把气体的内能转化为气球的机械能，气体的内能减小，温度降低，所以会感觉到它喷气的嘴部温度和原来相比变低了。
汽油机在做功冲程中，高温高压的燃气对活塞做功，将内能转为机械能，因此做功冲程与这一过程中能量的转化是一致的。
汽油机工作时对外的输出功率为25kW，每分钟汽油机对外做的功
这台汽油机飞轮转速是，由于汽油机的一个工作循环要完成4个冲程，飞轮和曲轴转2转，对外做功1次，所以该汽油机每分对外做功2500次，则每个工作循环汽油机对外做功
18.【答案】
【解析】物体的内能与它的温度、质量、状态有关，由题意可知，此过程中针筒内均处于密封，气态物质没有外漏，质量不变，针筒内物质均处于气态，状态不变，但观察坐标图，可知，时刻温度比时刻的高，因此时刻气体内能更大。
丙图是内燃机的压缩冲程，该过程是机械能转为内能，应该对应的是密封气体内能增加的那一段过程，观察坐标图，可知，这三个过程，只有过程温度升高，内能增大，故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
最终密封气体的温度会与室温达到平衡，即相等的状态，所以最终温度为，故ABD不符合题意，C符合题意。
故选C。
19.【答案】 机械 pV 增大牵引力
【解析】内燃机就是将内能转化为机械能的机器，因此汽油机工作时将燃料燃烧的内能转化为机械能。
在做功冲程，活塞移动的距离为L，发动机的单缸排量，燃气对活塞所做的功为
因为发动机的功率为
即功率一定时，降低速度是为了增大牵引力。
在发动机中，飞轮转2周完成一个工作循环，所以发动机转速为时，完成1500个工作循环，每个工作循环所需要的时间为
由题意可知：做功冲程燃气对活塞的平均压强为，发动机排量为，则一个汽缸的排气量 ，做功冲程燃气对一个活塞的平均压力为，每个做功冲程燃气对一个活塞做的功为
燃气对活塞做功的功率为
由于发动机有4个汽缸，所以燃气对活塞做功的总功率为
20.【答案】热传递 放出 外界大气压
【解析】改变内能的方法有两种：做功和热传递。①中燃料燃烧对锅炉中的水加热，是将燃料燃烧的热量传递给了水，即通过热传递增大了水的内能。
物体从气态变为液态的过程叫做液化，液化时放出热量。
在④和⑤中，汽缸内大量水蒸气液化成水，气缸内气压减小，而外界大气压不变，若不计活塞质量，则在外界大气压作用下，活塞将向下运动。
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