北师大版九年级物理全一册10.4热机同步练习（有解析）

10.4 热机 同步练习
一、单选题
1．小汽车已成为大多数家庭出行代步的工具，其发动机大多数为汽油机，下列有关汽油机的说法正确的是（　　）
A．汽油机的吸气冲程吸入的是空气 B．汽油机的效率一般比柴油机的效率高
C．汽油机的点火方式是压燃式 D．汽油机的压缩冲程是把机械能转化为内能
2．关于四冲程汽油机的工作过程，下列说法正确的是（　　）
A．吸气冲程：只吸入空气 B．压缩冲程：缸内温度降低
C．做功冲程：气体推动活塞做功 D．排气冲程：内能转化为机械能
3．下列关于热现象的说法中，正确的是（　　）
A．0℃的冰没有内能
B．内燃机的做功冲程将机械能转化成内能
C．物质的比热容越大反映了物质吸收或放出热量的能力越弱
D．腊梅飘香说明分子在永不停息地做无规则运动
4．一台单缸汽油机，飞轮转速为，那么内汽油做功的次数为（　　）
A．次 B．次 C．次 D．次
5．下列关于热值和热机效率的说法，正确的是（　　）
A．使燃料燃烧更充分，可以增大热值
B．使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率
C．柴油机的热机效率通常为100%
D．燃料燃烧释放的热量越大，热值越大
6．下列说法正确的是（ ）
A．柴油机压缩冲程，机械能转化为内能 B．汽油机压缩冲程，内能转化为机械能
C．物体内能的改变必须通过做功才能实现 D．同一物体的内能增加，其机械能一定增加
7．如下图甲、乙、丙、丁是单缸内燃机一个工作循环有四个冲程，该内燃机工作时飞轮转速为2400r/min。以下说法正确的是（　　）
A．该内燃机一个工作循环有四个冲程，正确的顺序是丙、甲、丁、乙
B．该内燃机每秒做功20次
C．汽油机和柴油机的构造相似，汽油机在压缩冲程中对气体的压缩程度更高
D．如图丁是做功冲程，机械能转化为内能
8．下列与热现象有关的说法，正确的是（　　）
A．固体很难被压缩说明分子间没有间隙 B．0℃的物体也有内能，但一定很小
C．物体吸收热量后，温度不一定升高 D．汽油机的做功冲程将机械能转化为内能
9．汽车在高速公路上急刹车时轮胎的温度会升高，此过程与热机中能量转化相同的冲程是（　　）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
10．关于热量、温度、内能，下列说法正确的是（　　）
A．0℃的冰水混合物的内能为零 B．汽油机压缩冲程燃气的内能增加
C．物体温度升高一定是吸收了热量 D．物体吸收了热量，温度一定升高
11．两台汽油机，甲的效率为，乙的效率为，这两个数据都表明
A．甲机比乙机做的功多
B．甲机比乙机的功率大
C．甲机比乙机消耗的汽油少
D．甲机用来做有用功的能量与完全燃烧所放出的能量的比值比乙机的大
12．上世纪人类制成了世界上第一盏用海浪发电的航标灯。它的气室示意图如图所示，其工作原理是利用海浪上下起伏的力量将空气吸入气室，压缩后再推入工作室，然后推动涡轮机带动发电机发电。那么（　　）
A．当海水下降时，阀门K1开启，阀门K2关闭
B．当海水上升时，阀门K1关闭，阀门K2开启
C．当海水下降时，类似于汽油机的做功冲程
D．当海水上升时，类似于汽油机的压缩冲程
二、填空题
13．如图所示，某单缸四冲程汽油机正处于_______冲程，若该汽油机的飞轮转速2400r/min，则该汽油机每秒做功______次。
14．如图甲所示，用酒精灯加热试管中的水，当水沸腾一段时间以后，塞子被试管内水蒸气推出，水蒸气的 _____ 能转化为塞子的机械能；图 _____ 中汽油机的工作过程与这一实验过程中能量的转化是一致的。汽油机工作时要产生大量的热通常采用水循环将热量带走，这是因为 _____ 。
15．一辆运输物资的汽车在行驶的过程中，它的一个单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1800r/min，则该汽油机每秒内完成______个冲程，对外做功______次。
16．汽车夜间行驶时亮起前照灯，刹车时才亮起尾部的刹车灯，这两种灯是______(选填串联和并联)的。若汽车的四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min，则该汽油机每秒钟做功______次。
三、综合题
17．柴油机在__________冲程把内能转化为机械能．某货车行驶100公里消耗柴油7kg，这些柴油完全燃烧能放出__________J的热量．（柴油的热值q=4.3×107J/kg）如果柴油机的能量转换如图所示，若废气的内能占35%，散热损失占30%，机械损失占10%，则内燃机的热机效率是_________．
18．小王家购买了一辆小汽车，他将小汽车里里外外都看了个遍，发现汽车上许多地方都用到了物理知识，下面就是他思考的一些问题，请你帮他补充完整．
（1）汽车发动机的冷却系统选择水作为工作物质，因为水的_________大．
（2）汽车发动机属于汽油机，汽油机工作时可以将内能转化为机械能的是______冲程．
（3）若小汽车以90kW的恒定功率输出，其运动速度v与时间t的关系如图所示，则在第15s至25s内，小汽车在运动过程中受到的阻力为_______N．
19．如图1所示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。
排量 2.0L
输出功率 120kW
转速 6000r/min
(1)有一台四缸发动机，其主要技术指标如表所示。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_____J，单缸排量V=_____L。
②在每个做功冲程里，发动机做功W=_____J。
(2)在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为W=pV，式中p表示燃气对活塞的压强，则p=_____Pa。
(3)如图2为发动机在做功冲程中的示意图。下面给出了公式W=pV的证明，请将推导过程补充完整（要求各表达式均用S、l或p表示）：设活塞的面积为S，冲程长为l，燃气对活塞的压强为p，则燃气对活塞的压力F=_____，燃气对活塞所做的功W=_____，又根据数学知识可知发动机的单缸排量V=_____，故W=pV。
20．我国自主研制的某型新一代战斗机，它具备超音速巡航、电磁隐身、超机动性、超视距攻击等优异性能，该飞机最大起飞质量为37t，最大飞行高度达20000m，最大航行速度达2.5倍声速（合3060km/h），最大载油量为10t，飞机航行时所受阻力的大小与速度的关系见下表：
速度v/（m/s） 100 200 300 400 500
阻力f/N 0.3×104 1.2×104 2.7×104 7.5×104
已知：飞机发动机燃油完全燃烧的能量转化为机械能的效率是30%，
飞机使用的航空汽油的热值为5×107J/kg．
作战半径：是指战机携带正常作战载荷，在不进行空中加油，自机场起飞，沿指定航线飞行，执行完任务后，返回原机场所能达到的最远单程距离．
（1）若不计飞机燃油质量的变化，该战斗机在水平跑道上加速滑行时，飞机对跑道的压力______（选填“大于”、“等于”或“小于”）飞机的重力，当飞机腾空加速上升，其机械能的增加量______（选填“大于”、“不变”或“小于”）动能的增加量，此时飞机受到的力是_____（选填“平衡力”或“非平衡力”）
（2）该战斗机以400m/s的速度巡航时，所受到的阻力为______，此时发动机的输出功率为_______．
（3）某次执行任务紧急任务起飞时，飞机的油量还有5×103千克燃油，如果以500m/s的速度巡航，此次该战斗机的最大作战半径是多少千米___________．
21．阅读下列短文，回答问题：
2020年11月24日凌晨，在中国人民酣睡进入梦乡的时刻，中国的航空航天历史再进一步，取得了又一次重大突破！根据央视新闻报道，2020年11月24日凌晨4时30分，中国长征五号运载火箭搭载着嫦娥五号月球探测器在海南文昌航天发射场成功发射升空。这次嫦娥五号任务的主要目标是完成月球采样并返回，但这次嫦娥五号登月，没有像之前一样带着玉兔二号月球车去采集月球表面物质，只通过一个机械臂来实现采样。这是中国首次月球采样返回任务，也是首次地外天体采样任务，同样也是迄今为止我国执行的最为复杂的航天任务，嫦娥五号探月意味着中国航天事业从此将开启新的篇章。
“长征”送“嫦五”，中国探月工程嫦娥五号成功发射！
　　
（1）发射“嫦娥五号”的长征五号运载火箭采用液氢为燃料，是利用液氢的______大的优点；嫦娥五号月球探测器穿过大气层时，包裏探测器的整流罩与大气层发生剧烈摩擦，整流罩温度迅速升高，在这个过程通过______（选填“做功”或“热传递”）增大了它的内能。由于整流罩不善于导热、并且熔点______（选填“高”或“低”），因此能对探测器起到保护装置。
（2）如图甲所示，是嫦娥五号“忘带”的玉兔二号月球车，它有六个宽大的车轮，是为了______；假定在月球车前面有一起石头，当车轮通过石块时，可将石块与车轮的接触点看作是支点，为车轮受到的推力，为阻力，如图乙所示。通过分析可知，石块高度越高（不高于车轮半径），推力______（选填“越大”或“越小”）
（3）计算：假设月球车的质量是135千克，月球引力约是地球引力的六分之一，月球车在月面上行驶时，受到的阻力是月球车在月球所受“重力”的倍，则月球车在月面上行驶20米克服阻力做的功为多少焦耳_______。（地球上的）
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【解析】
【详解】
A．汽油机的吸气冲程吸入的是空气和汽油的混合物，故A错误；
B．柴油机是压燃式，一般是柴油机的效率高，故B错误；
C．汽油机的点火方式是用火花塞点火，故C错误；
D．汽油机的压缩冲程中，活塞向上运动，压缩空气和汽油的混合物，混合物内能增大，温度升高，是把机械能转化为内能，故D正确。
故选D。
2．C
【解析】
【详解】
A．吸气冲程：吸入空气和汽油的混合物，故A错误；
B．压缩冲程：活塞压缩混合气做功，缸内气体内能增大，温度升高，故B错误；
C．做功冲程：燃烧后的高温高压气体推动活塞做功，内能转化为机械能，故C正确；
D．排气冲程：排气门打开，进气门开闭，由飞轮的惯性带曲轴转动，带活塞上移，排出废气，不涉及内能与机械能间的转化，故D错误。
故选C。
3．D
【解析】
【详解】
A．一切物体都有内能，温度为0℃的冰也有内能，故A错误；
B．内燃机的一个工作循环有四个冲程，做功冲程是将内能转化成机械能，故B错误；
C．比热容是表示物质吸热或放热能力强弱的物理量，物质的比热容越大，反映了物质吸收或放出热量的能力越强，故C错误；
D．腊梅飘香说明香气分子扩散到空气中，是分子在永不停息地做无规则运动的结果，故D正确。
故选D。
4．C
【解析】
【详解】
在四冲程内燃机的一个工作循环中，完成4个冲程，曲轴和飞轮转2圈，对外做功1次，一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min，说明1min飞轮转1800r；则每秒钟飞轮转
飞轮转30r，完成15个工作循环，做功15次，故ABD不符合题意，C符合题意。
故选C。
5．B
【解析】
【详解】
A．热值是燃料的特性，与燃烧情况无关，故A错误；
B．使燃料燃烧更充分，可以增大有效利用的能量，提高热机的效率，故B正确；
C．任何机器的做功时都不可避免的做额外功，效率不可能达到100%，故C错误；
D．热值是燃料的特性，与放出热量的多少无关，故D错误。
故选B。
6．A
【解析】
【详解】
AB．柴油机和汽油机的压缩冲程都是将机械能转化为内能，故A正确，B错误；
C．改变物体内能的方法是做功和热传递。物体内能的改变也可通过热传递实现，故C错误；
D．物体内所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和叫物体的内能，机械能与整个物体的机械运动的情况有关，两者没有必然的关系。对一个静止的铁块加热，铁块温度升高，内能增加，其机械能却保持不变，故D错误。
故选A。
7．B
【解析】
【分析】
【详解】
由图可知，甲两个阀门关闭，活塞向上，属于压缩冲程；乙进气阀门打开，排气阀门关闭，活塞向下，属于吸气冲程；丙进气阀门关闭，排气阀门打开，活塞向上，属于排气冲程；丁两个阀门关闭，发出电火花，活塞向下，属于做功冲程。
A．由图可知该内燃机一个工作循环有四个冲程，正确的顺序是乙、甲、丁、丙，故A错误；
B．内燃机一个工作循环有四个冲程，飞轮转两转，活塞上下往返两次，对外做功一次。该内燃机工作时飞轮转速为2400r/min，即40r/s。故该内燃机每秒对外做功20次。故B正确；
C．柴油机的压缩比例更大，温度更高，做功越多，效率越高，故C错误；
D．由上已知，丁属于做功冲程，是将内能转化为机械能，故D错误。
故选B。
8．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．固体很难被压缩，这是因为分子间存在斥力，故A错误；
B．0℃的物体也有内能，但内能的大小还与物体的质量、材料、状态等因素有关，故只有温度，无法确定物体内能的大小，故B错误；
C．物体吸收热量后，温度不一定升高，如晶体熔化过程中，晶体虽然吸收热量，但是温度不变，故C正确；
D．汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能，故D错误。
故选C。
9．B
【解析】
【详解】
急刹车时，轮胎的机械能转化为内能，热机的压缩冲程也是将机械能转化为内能，吸气及排气冲程中没有能量转化，而做功冲程是内能转化为机械能，故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
10．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．任何物体都有内能，0℃的冰水混合物内能不为零，故A错误；
B．汽油机压缩冲程，活塞压缩燃气对燃气做功，机械能转化为内能，汽缸内燃气的内能增加，故B正确；
C．物体温度升高，可能是吸收了热量，也可能是外界物体对它做了功，故C错误；
D．物体吸收了热量，内能一定增大，温度不一定升高，如冰熔化，内能增加，温度不变，故D错误。
故选B。
11．D
【解析】
【分析】
热机的效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，效率高则比值大．功率是表示物体做功快慢的物理量，与效率没有关系．
【详解】
A、做功的多少与功率和做功的时间有关系，与其效率无关，故A错误；
B、功率是指机器做功的快慢，与热机的效率没有关系，故B错误；
C、甲汽油机的效率高于乙汽油机的效率，说明做相同的有用功，甲消耗的汽油少，故C错误；
D、甲汽油机的效率高于乙汽油机的效率，说明甲机用来做有用功的能量与完全燃烧所放出的能量的比值比乙机的大，故D正确．
故选D．
【点睛】
此题主要考查了对热机效率的理解，并且考查了热机效率与、功、功率的区别．热机效率是表示热机性能好坏的，功率是表示热机做功快慢的，不要把二者混淆在一起．
12．D
【解析】
【分析】
【详解】
AC．由图示知，海水下降时，活塞向下运动，气室容积增大，阀门上面的大气压强大于气室内的大气压强，于是阀门K1关闭，K2开启，空气进入气室，这个过程相当于汽油机的吸气冲程，故AC不符合题意；
BD．海水上升时，活塞向上运动，气室内的空气被压缩，内能增大，是活塞的动能转化为空气的内能，这相当于汽油机的压缩冲程，这个过程中阀门下面的压强增大，大于阀门上面的大气压，于是阀门K1开启，K2关闭，故B不符合题意，D符合题意。
故选D。
13． 压缩 20
【解析】
【详解】
[1]图中的进气门和排气门关闭，活塞向上运动，所以是压缩冲程。
[2]1个工作循环，飞轮转两圈，包括4个冲程并对外做功1次。四冲程汽油机的飞轮转速为
2400r/min=40r/s
即该飞轮每秒钟转40圈，完成了20个工作循环，完成了80个冲程，对外做功20次。
14． 内 丙 水的比热容比较大，在质量相同、升高的温度相同时，水可以吸收更多的热量，降低发动机的温度
【解析】
【详解】
[1]用酒精灯加热试管中的水，当水沸腾一段时间后，塞子被试管内水蒸气推出，水蒸气对塞子做功，将水蒸气的内能转化为塞子的机械能。
[2]图乙中进气门、排气门关闭，活塞由下向上运动，是压缩冲程，图丙中进气门、排气门关闭，活塞由上向下运动，是做功冲程，将内能转化为机械能，汽油机的做功冲程与甲实验过程中能量的转化是一致的。
[3]汽车的散热器可用水做冷却剂，是因为水的比热容比较大，在质量相同、升高的温度相同时，水可以吸收更多的热量，降低发动机的温度。
15． 60 15
【解析】
【详解】
[1][2]热机完成一个工作循环，完成4个冲程，飞轮转动2周，燃气对外做功1次，单缸四冲程汽油机的飞轮转速是
1800r/min=30r/s
即每秒钟转30圈，完成60个冲程，做功15次。
16． 并联 15
【解析】
【详解】
[1]由于前灯与刹车灯之间互不影响，故这两种灯之间是并联的。
[2]汽油机的转速为1800r/min，说明1s内汽油机曲轴的转动次数等于30r。一个工作循环中，曲轴转动两周，对外做功一次，1s内曲轴转动30次，对外做功15次。
17． 做功 3.01×108 25%
【解析】
【详解】
解：（1）在做功冲程中，汽油燃烧生成的高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，带动曲轴转动，对外提供动力．（2）柴油完全燃烧放出的热量：Q放＝mq＝7kg×4.3×107J/kg＝3.01×108J．（3）热机的效率是用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，由题意知，内燃机的热机效率η＝1﹣35%﹣30%﹣10%＝25%．
点睛：（1）柴油机工作的四个冲程中，每个冲程都伴随着能量的转化或消耗．其中在压缩冲程和做功冲程中，存在着机械能与内能的转化．（2）知道柴油机的质量和热值，利用Q＝mq计算完全燃烧放出的热量．（3）内燃机的有用功与总功的比值，即有用功占总功的百分比是内燃机的热机效率．
18． 比热容 做功 3000
【解析】
【详解】
(1)因为水的比热容大，和其它物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多，所以汽车上的散热器用水作为冷却剂；
(2)汽油机工作时，将内能转化为机械能的是做功冲程；
（3）轿车的功率P=90kW=9×104W，轿车发动机做功：W=Pt=9×104W×50s=4.5×106J；由图示知轿车匀速运动时的速度是v=30m/s；∵P===Fv，∴轿车运动过程中受到的阻力：f=F===3000N.
19． 1.2×105 0.5 600 1.2×106 pS pSl Sl
【解析】
【详解】
(1)[1]发动机在1s内做功
W=Pt=1.2×105W×1s=1.2×105J
[2]单缸排量为
[3]转速为6000r/min，所以每秒转100圈，四缸每转2圈对外做功4次，每转1圈做功2次，所以1秒做功200次，每次做功
(2)[4]由W′=pV可得燃气对活塞的压强
(3)[5][6][7]由可知，活塞受到的压力F=pS；在做功冲程，活塞移动的距离为l，发动机的单缸排量V=Sl，燃气对活塞所做的功
W=Fl=pSl=pV
20． 小于 大于 非平衡力 4.8×104N 1.92×107W 500km
【解析】
【详解】
(1)[1]若不计飞机燃油质量的变化，加速滑行时，飞机上方的空气流速大于下方空气的流速，因而飞机上方气体的压强小于下方气体的压强，从而对飞机产生升力，使得跑道对飞机的压力小于飞机的重力；
[2]不计飞机质量的变化，当飞机腾空加速上升时，速度增大，高度增大，动能和重力势能都增大，所以，其机械能的增加量大于动能的增加量；
[3]由于飞机运动状态在发生变化，所以此时飞机受力不平衡；
(2)[4] 由表格数据知道，飞机航行时所受阻力的大小与速度的关系是：
,
所以，该战斗机以400m/s的速度巡航时，所受到的阻力是：
；
[5]由知道，此时发动机的输出功率是：
；
(3)[6]完全燃烧5×103燃油获得的能量是：
Q=mq=5×103 kg×5×107 J/kg=2.5×1011 J
飞机发动机燃油完全燃烧的能量转化为机械能的效率是30%，则有用功是：
W=30%×Q放 =30%×2.5×1011 J=7.5×1010 J
根据表格查出500m/s时的阻力为7.5×104 N，则由W=fs知道，飞机的最大航程是：
.
所以，此次该战斗机的最大作战半径是：
．
21． 热值 做功 高 减小压强 越大 900J
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的氢时，可以放出更多的热量。
[2]当探测器在大气层中快速飞行时，会与大气层发生剧烈摩擦，克服摩擦做功，内能增加，这是通过做功的方式改变物体的内能。
[3]由于整流罩不善于导热、并且熔点高，不易熔化，因此能对探测器起到保护作用。
（2）[4]玉兔二号月球车有六个宽大的车轮，是通过增大受力面积的方法来减小压强的。
[5]车轮通过石块时，支点为车轮与石块的接触处（如图中的O点），从支点O向阻力、动力的作用线作垂线，支点O到垂足的距离为相应的力臂、，如图所示：
由图可知，石块高度越高（不高于车轮半径），动力臂ll越小、阻力臂l2越大，阻力（即车轮的重力）不变，由杠杆平衡条件可得：，则越大，即所需推力越大。
（3）[6]月球车在地球上的重力
由题意可得，月球车对月面的压力
月球车在月面上行驶时，受到的阻力
在月面上行驶20米克服阻力做的功
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