14.1热机（重难点突破）

20222023学年九年级物理重难点分类突破14.1热机（重难点突破）一．重点：热机的原理与工作过程（共11小题）1．近年来我国重大装备层出不穷，国人倍感自豪，下列机械的动力装置不是使用热机的是（）A．玉兔号月球车 B．山东号航母 C．C919客机 D．长征五号火箭【解析】热机工作时需要将燃料在汽缸内燃烧，把燃料的内能转化为机械能；A、因为月球上没有空气，也就没有氧气，在月球上热机无法正常工作，所以月球车不用热机来驱动，故A符合题意；BCD、山东号航母、C919客机、长征五号火箭都是利用燃料燃烧产生的内能来做功，把内能转化成机械能的装置，符合热机的特点，故BCD不符合题意。【答案】A。2．如图甲为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，如图乙为汽油机的工作冲程。下列判断不正确的是（）A．气缸内的蒸汽推动活塞后，内能增加 B．舰载机获得的牵引力是因为气缸内的蒸汽体积膨胀，从而推动活塞 C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图乙中C所示的原理相似 D．从能量转化角度讲，图乙中B冲程是把机械能转化为内能【解析】AB、甲图中，气缸内蒸汽体积膨胀，对外做功，其内能减小，同时推动活塞，使舰载机获得巨大的牵引力，该过程中内能转化为机械能，燃气的内能减小，故B正确，A错误；C、图中汽油机两气门都关闭，火花塞点火和活塞向下移动，是汽油机的做功冲程，也是内能转化为机械能的过程，与蒸汽弹射装置工作时的原理相似，故C正确；D、图中汽油机两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，此冲程机械能转化为内能，故D正确。【答案】A。3．关于四冲程汽油机和柴油机的工作过程有以下几种说法；上述说法中正确的是（）①在压缩冲程中，是机械能转化为内能②在做功冲程中，是内能转化为机械能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．只有①②③ B．只有①③ C．只有②④ D．只有②③④【解析】①在压缩冲程中，是机械能转化为内能，故①正确；②在做功冲程中，是内能转化为机械能，故②正确；③在汽油机的四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，故③正确；④汽油机和柴油机的点火方式不同，汽油机中有火花塞，采用的是点燃式点火；而柴油机是喷油嘴喷出雾状柴油，进行压燃式点火，故④错误。所以只有①②③正确。【答案】A。4．如图依次为四冲程内燃机工作示意图，这四个冲程中活塞和曲轴的位置，进气门、排气门的开闭情况和活塞的运动情况错误的是（）A．吸气 B．压缩 C．做功 D．排气【解析】A、吸气冲程中，进气门打开，排气门关闭，根据图中曲轴的位置可知，活塞向下运动，故A正确；B、压缩冲程中，两个气门都关闭，活塞应该向上运动，根据图中曲轴的位置可知，此时活塞向下运动了，不应该发出电火花，故B错误；C、做功冲程中，两个气门都关闭，活塞向下运动，故C正确；D、排气冲程中，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，故D正确。【答案】B。5．2020年1月18日，第十届江苏“台湾灯会”在常州恐龙城开幕。如图所示为展会中的“走马灯”，点燃底部蜡烛，热空气上升驱动扇叶转动，观众惊奇地看到纸片小人的影子动了起来。这个过程发生的能量转化与四冲程汽油机冲程图中相同的是（）A． B． C． D．【解析】A、两气门都关闭，火花塞点火，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，此冲程内能转化为机械能；B、进气门开启，排气门关闭，气体流入汽缸，是吸气冲程，此冲程没有能量转化；C、两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，此冲程机械能转化为内能；D、进气门关闭，排气门开启，气体流出汽缸，是排气冲程，此冲程没有能量转化；点燃蜡烛时，气体温度升高，气体的密度变小，热空气就会向上运动，运动的热空气推动扇叶转动，运动的热空气对外做功，将内能转化为机械能，该冲程和四冲程汽油机的做功冲程的能量转化相同。【答案】A。6．在吹气球时，由于没有握住，吹大了的气球“叫嚣”着飞走了，如图甲所示，在此过程中发生了能量转化。如图乙所示的是汽油机的四个冲程，其中与图甲中能量转化相同的冲程是c（选填“a”、“b”、“c”或“d”）。【解析】气球内的气体向外喷出，气体对外做功，内能转化成球的机械能，球内气体的温度降低；由图可知，a是压缩冲程，b是排气冲程，c是做功冲程，d是吸气冲程；压缩冲程中机械能转化成内能，做功冲程中内能转化为机械能，故与图甲中能量转化相同的冲程是c。【答案】c。7．如图为汽车的四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上并使各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做吸气、压缩和排气工作。在上述四个冲程中，使汽车获得动力的是做功冲程。发动机在对外做功时将内能转化为机械能。若在图示状态中，气缸1正在做功，气缸2正在压缩，则气缸3正在排气，气缸4正在吸气。飞轮转动半周后，正在做功的是气缸2。【解析】汽油机只在做功冲程对外做功，内能转化为机械能，获得动力；若在图示状态中，气缸1正在做功，气缸2正在压缩，则气缸3正在排气，气缸4正吸气；压缩冲程之后是做功冲程，所以飞轮转动半周后，正在做功的是气缸气缸2。【答案】做功；内；机械；排气；吸气；2。8．如图所示，是四冲程汽油机工作的部分冲程示意图。（1）甲图是压缩冲程。（2）乙图是将内能转化为机械能。（3）汽车获取动力的冲程是乙图。【解析】（1）甲图中，两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，压缩冲程是把机械能转化为内能的过程；（2）乙图中，两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，做功冲程将内能转化为机械能；（3）汽车获取动力的冲程是做功冲程，即乙图。【答案】（1）压缩；（2）内；机械；（3）乙。9．如图是汽油机两个冲程的示意图，其中乙图中的冲程为汽车提供了动力。汽油机在吸气冲程吸入气缸的是汽油和空气（填“空气”或“汽油和空气”），汽车发动机用水来冷却、是利用了水的比热容大的特点。【解析】由图可知，甲图中两个气门都关闭，活塞上行，为压缩冲程，图乙中，两个气门关闭，活塞下行，为做功冲程，为汽车提供动力的冲程是做功冲程，故图乙是正确的；在吸气冲程中汽油机吸入的是汽油和空气的混合物；与其它液体相比较，水的比热容最大，在质量和升高的温度相同时，水吸收的热量最多，制冷效果最好。【答案】乙；汽油和空气；比热容。10．如图所示，向小盒中滴入几滴酒精后就闻到了酒精的气味，这现象说明酒精分子不停地做无规则运动，将盒盖盖紧后启动电火花发生器，盒内的酒精燃烧，盒盖向外飞出，这过程中酒精燃烧的化学能转化为内能，对盒盖做功。此过程类似四冲程内燃机的做功冲程。【解析】我们会闻到酒精味儿，这是酒精的芳香分子扩散到空气中，是扩散现象，扩散现象表明分子不停地做无规则运动；当按动电火花发生器的按钮时，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，燃气的内能减小；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。【答案】不停地做无规则运动；内能；做功；做功。11．世界上很多发明都是受到生活现象的启发而萌生的。比如蒸汽机和汽油机都是热机，它们工作时，能的转化过程是内能转化为机械能，喜欢探究的小明同学做了如图甲、乙所示的实验，其中乙（选填“甲”或“乙”）图可以反映汽油机的工作原理。如图丙所示，来回摩擦绳甲乙使金属筒的温度升高，这是通过做功的方式改变了金属筒的内能；当筒内的酒精蒸气将软木塞弹开后，周围的人能闻到酒精的气味，这个扩散现象说明了分子在不停地做无规则运动。【解析】（1）蒸汽机和汽油机都属于热机，工作时将内能转化为机械能；（2）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，将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。图中的工作过程是内能转化为机械能，是汽油机的做功冲程。（3）来回拉绕在金属筒上的绳子，绳子对筒做功时，机械能转化为筒的内能，筒的温度升高，筒内酒精蒸气的温度也会升高，内能增加；当酒精蒸气的内能足够大时会将塞子喷出，酒精蒸气的内能转化为塞子的机械能，周围的人也能闻到酒精味，说明了分子在不停地做无规则运动，属于扩散现象。【答案】内能转化为机械能；乙；做功；分子在不停地做无规则运动。二．难点：与热机有关的计算（共6小题）12．关于四冲程汽油发动机内部工作描述正确的是（）A．吸气冲程时，吸入的是空气 B．通过喷油嘴压燃点火，在压缩冲程时，将机械能转化为内能 C．做功冲程时，若每次对外做功1000J，则2400r/min的发动机的额定功率为20kW D．排气冲程时，排出的废气已经没有内能，全转化为机械能【解析】A、汽油机在吸气冲程中，吸入的是空气和汽油的混合物，故A错误；B、汽油机在压缩冲程中，将机械能转换为内能，点燃方式采用点燃式，故B错误；C、做功冲程中一次对外做功1000J，即汽油机2r对外做功1000J，1min转2400r，1min做功是W＝＝1.2×106J；发动机的额定功率P＝＝＝2×104W＝20kW，即发动机的额定功率是20kW，故C正确；D、排气冲程时，排出废气的温度很高，具有很大的内能，故D错误。【答案】C。13．某机器的能量流向图如图所示，据此推测该机器可能是（）A．热机 B．洗衣机 C．发电机 D．电热水器【解析】读图可知，该机器消耗的内能，得到了机械能，即将内能转化为机械能，同时废气等带走一部分内能，散热损失部分内能。对照选项可知，热机：将内能主要转化为机械能；电热水器：将电能转化为内能；洗衣机：将电能转化为机械能，发电机：将机械能转化为电能，故BCD均不合题意，故A符合题意。【答案】A。14．如图甲所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，快速压下活塞，可观察到棉花着火燃烧。此过程中活塞对空气做功。实验中如果用小纸片代替棉絮，小纸片并没有燃起，则关于压缩过程中的能量转化的结论成立（填“成立”或“不成立”）。这与四冲程汽油机的压缩冲程的能量转化相同。如乙图所示是汽油机的做功冲程，若飞轮的转速为2400r/min，在1s内，汽油机做功20次。【解析】（1）在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小撮干燥的棉絮，用力将活塞迅速向下压，棉絮燃烧起来；说明压缩筒内空气做功，使空气的内能增加；实验中如果不放入棉絮，放入小纸片，将活塞迅速向下压，虽然纸片没有燃烧，筒内气体内能仍增大，温度照样升高，能量转化是机械能转化为内能，所以关于压缩过程中的能量转化的结论成立；在压火仪实验中，活塞的机械能转化为空气的内能，与内燃机的压缩冲程相似；（2）图乙中两气门关闭，活塞向下运动，火花塞点火，是做功冲程；四冲程汽油机的飞轮转速为2400r/min，则该飞轮每秒钟转40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，所以飞轮转40圈，共20个工作循环，共80个冲程，共做功20次。【答案】空气；成立；压缩；做功；20。15．汽油机的一个工作循环是由四个冲程组成，活塞往复2次，曲轴转2圈，其中对外做功1次。一台汽油机的转速为1800r/min，则在1s内汽油机飞轮转了30r，1s内完成60个冲程，对外做功15次。在压缩冲程中，气体的温度升高，这是通过做功的方式增加内能。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，这是通过热传递的方式减少汽缸内能。用水来冷却汽缸是因为水的比热容较大。【解析】汽油机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功和排气四个冲程组成，一个工作循环活塞上下往复2次，曲轴转动2周，对外做功一次；飞轮转速为1800r/min＝30r/s，也就是1s飞轮转动30r，完成60个冲程，对外做功15次；在压缩冲程中，活塞由上向下压缩气缸内的空气，即对空气做功，使得空气的内能增加，温度升高，这是通过做功的方式改变了气缸内物质的内能；同时为了避免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，即通过水吸收热量而使得气缸温度降低，这是通过热传递的方式改变内能的；因为水的比热容大，即相同质量的水和其他的液体相比较时，若都是升高1℃时，水能吸收的热量最多，故用水冷却效果最好。【答案】四；2；2；1；30；60；15；做功；热传递；比热容。16．如图所示是某种内燃机某一冲程的示意图，由图可知：（1）这种内燃机是柴油机；（2）它表示的是压缩冲程；（3）在这个冲程中机械能转化为内能；（4）完成这一冲程，曲轴和飞轮转半圈；（5）仔细观察其铭牌，可看见“1800r/min“字样，则它正常工作时，1秒钟对外做功15次，60个冲程。【解析】（1）由图可知，内燃机的顶端是喷油嘴，所以该内燃机是柴油机；（2）图中的两气门都关闭、活塞上行，所以是压缩冲程；（3）压缩冲程中机械能转化为内能；（4）曲轴转一圈可以完成2个冲程，所以完成一个压缩冲程时曲轴转动半圈；（5）四冲程汽油机曲轴转速是1800r/min＝30r/s，所以此汽油机每秒钟转30圈，可完成15个工作循环，60个冲程，对外做15次功；【答案】（1）柴油；（2）压缩；（3）机械；内；（4）半；（5）15；60。17．如图为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各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做吸气、压缩和排气工作。（1）发动机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将内能转化为机械能。（2）有一台四缸发动机，其主要技术指标如图表所示。其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（既冲程长）。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数。①该发动机在1s内做功1.2×105J，