《热机》同步试题
一、选择题
1．内燃机工作的四个冲程中，内能转化为机械能的冲程是（ ）
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：内燃机在工作时，一般包含四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。这四个冲程中涉及内能和机械能间转化只有压缩冲程和做功冲程，压缩冲程是把机械能转化为内能，做功冲程是把内能转化为机械能。
2．下列现象中，利用内能做功的是（ ）
A．冬天在户外时两手相搓一会儿就暖和
B．车刀在砂轮的高速摩擦之下溅出火花
C．在烈日之下柏油路面被晒熔化了
D．火箭在“熊熊烈火”的喷射中冲天而起
答案：D
解析：内能的利用可以用于加热物体，也可以用来做功，利用内能做功是把内能转化为机械能，热机就是利用内能来做功的。搓手使手暖和，利用手之间克服摩擦做功，使手的内能增大，是把机械能转化为内能；B选项中的车刀在砂轮的调整摩擦之下溅火花也是通过做功的方法增加物体的内能；C选项是利用热传递的方法改变物体的内能。火箭发动机属于热机的一种，它是利用燃料燃烧后释放的内能转化为火箭的机械能。
3．（2013年包头市中考题）用酒精灯给试管中的水加热，如图1所示，在软木塞被冲出试管口的过程中，下列说法正确的是（ ）
cA．水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能增大
B．水蒸气的内能转化为软木塞的机械能
C．能量的转化形式与热机压缩冲程能量转化相同
D．软木塞的机械能守恒
答案：B
解析：本题的实验是用来说明可以利用内能对外做功。利用酒精灯加热，把酒精的化学能转化为内能，传递给水，使水的内能增大，水不断汽化，试管内的水蒸气越来越多，压强增大。水蒸气推动活塞做功，把水蒸气的内能转化为塞子的机械能，能量的转化与热机中的做功冲程能量转化相同。软木塞被冲出时机械能增大，机械能不守恒。
4．关于热机，下列说法正确的是（ ）
A．汽油机在吸气冲程中吸入的是空气
B．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞
C．汽油机和柴油机只有做功冲程对外做功，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的
D．柴油机可广泛用于汽车、飞机和火箭的发动机
答案：C
解析：汽油机与柴油机都属于热机，利用内能来做功，它们一般都有四个冲程，但也有不同之处。从结构来看，汽油机顶部是火花塞，柴油机的顶部是喷油嘴。从工作过程来看，吸气冲程中，汽油机吸入的是汽油和空气的混合物，柴油机吸入的是空气；压缩冲程中，柴油机汽缸中的空气体积被压缩得更小，压强更大，温度更高；做功冲程中，汽油机的火花塞产生电火花，使燃料燃烧，属于点燃式，柴油机喷油嘴喷出雾状柴油，属于压燃式。在热机的四个冲程中，只有做功冲程是把内能转化为机械能，对外做功，其余冲程只能利用飞轮的惯性完成。汽油机和柴油机都属于内燃机，而喷气式飞机的发动机属于喷气发动机，不是内燃机，火箭发动机也不是内燃机。
5．如图2所示的内燃机工作的一个循环中，其四个冲程的顺序应当是（ ）
A．乙、甲、丁、丙 B．甲、乙、丙、丁
C．乙、丁、甲、丙 D．甲、丁、乙、丙
答案：A
解析：本题主要考查了内燃机的工作过程，根据进气门和排气门的开关情况，以及活塞的运动方向来判断冲程。两个门有一个打开的是吸气冲程或排气冲程，两个门均闭合的是压缩冲程或做功冲程；图中的活塞向上运动是压缩冲程或排气冲程，活塞向下运动可能是吸气冲程或做功冲程。结合这两个现象就可以判断出每张图所对应的冲程。例如吸气冲程肯定是进气门打开，否则无法吸气。
6．如图3是内燃机的某冲程工作示意图，以下改变内能方式与此相同的是（ ）
A．烤火取暖 B．搓手取暖
C．向手“呵气”取暖 D．用热水袋取暖
答案：B
解析：本题主要考查的是汽油机冲程的判断以及汽油机工作时的能量转化。由图可知，汽油机的进气门和排气门都是闭合的，并且活塞向上运动，压缩汽缸内的空气，属于压缩冲程，把机械能转化为内能。在选项中只有B是把机械能转化为内能的，其余几个选项都是利用热传递来改变物体的内能的。
7．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
答案：C
解析：汽油机的四个冲程是指吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程，这四个冲程是依次完成的。第二个是压缩冲程，活塞压缩空气，使空气温度升高，内能增大，把机械能转化为内能。第三个是做功冲程，汽油燃烧放出的内能使活塞运动，把内能转化为机械能。
8．某四冲程汽油机每秒可完成10个工作循环，该汽油机的曲轴每分钟转动的圈数是（ ）
A．60 B．600 C．1200 D．2400
答案：C
解析：汽油机工作时一个工作循环包含四个冲程，曲轴转两圈，对外做功一次。该汽油机每秒钟完成10个工作循环，则每分钟会完成600个工作循环，汽油机的曲轴每分钟转动的圈数是1200圈。
9．如图4（a）（b）是课本中的两个实验，针对这两个实验，下列说法中正确的是（ ）
A．图（a）实验中的能量转化与汽油机中的做功冲程能量转化相同
B．图（b）中的能量转化与汽油机中的做功冲程能量转化相同
C．图（a）的实验说明对物体做功，物体的内能会减小
D．图（b）中的实验水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能增大
答案：B
解析：本题中的两个实验说明了做功可以改变物体的内能，图（a）是对物体做功，物体的内能会增大，实验中活塞对筒内空气做功，把机械能转化为内能，使筒内空气内能增大，温度升高；图（b）是物体对外做功内能会减小，水蒸气的内能转化为塞子的机械能。从能量转化的角度来看，图（a）是把机械能转化为内能，与汽油机的压缩冲程能量转化相同；图（b）主要是把内能转化为机械能，与汽油机的做功冲程能量转化相同。
二、填空题
10．如图5装置，酒精灯对试管加热，通过______的方式使水的_____增加。试管中的水______产生大量水蒸气，当水蒸气冲开软木塞时，水蒸气膨胀，对______做功，消耗了水蒸气的______，温度降低。________能转化成________能。
答案：热传递 内能 汽化 软木塞 内能 内 机械
解析：本题考查了利用内能做功的实验，通过分析实验中的能量的转化和转移，了解做功可以改变物体的内能。从能量转化的角度来认识利用内能来做功，从而得出热机的概念。
11．汽油机的一个工作循环由________、________、________、________四个冲程组成。每个工作循环活塞上下运动________次，曲轴转动________周，对外做功_________次。在压缩冲程中，________能转化为________能；在做功冲程中，________能转化为___________能。
答案：吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 两 两 一 机械 内 内 机械
解析：本题考查的是汽油机的工作过程及能量的转化，汽油机的一个工作循环的四个冲程在连续工作，每个冲程活塞从汽缸的一端运动到另一端，曲轴转动半周，四个冲程曲轴转动两周。在四个冲程中只有做功冲程向外提供机械能，其余三个冲程是靠飞轮的惯性完成的。压缩冲程是把机械能转化为内能，使汽缸内的气体内能增大，温度升高。
12．如图6所示，此图是汽油机的________冲程。在此冲程中，汽缸中的气体体积________，压强________。（填“变大”“变小”或“不变”）
答案：压缩 变小 变大
解析：根据汽油机进气门和排气门的开关情况，以及活塞的运动方向可以判断出本题中汽油机处于压缩冲程。在该冲程中汽缸内的气体体积变小，压强变大，气体的内能增大，温度升高。
13．物理老师在课堂上用瓶壁较薄的矿泉水瓶（内盛少量水）做了如下演示：首先旋紧瓶盖，接着两手分别握住瓶的上、下部分，使劲拧紧瓶的下部，使其严重变形压缩瓶内空气，然后迅速旋开瓶盖，可看到瓶盖飞出数米远，瓶口和瓶内有“白雾”产生。产生这种现象的原因是打开瓶盖时，瓶内气体膨胀对外 ，内能 ，温度 ，使瓶内水蒸气发生 ，形成“白雾”，它的能量转化与汽油机工作中的________冲程相同。
答案：做功 减小 降低 液化 做功
解析：瓶内有少量水，会汽化成水蒸气。用手挤压矿泉水瓶，使瓶内气体体积减小，压强增大，当松开瓶盖时，瓶内气体推动瓶盖做功，把气体的内能转化为瓶盖的机械能。瓶内气体的内能减小，温度降低，水蒸气会液化成小水珠，形成“白雾”。从能量转化的角度来看，此过程是把内能转化为机械能，它与汽油机做功冲程的能量转化相同。
三、解答题
14．如图7所示玻璃瓶内装入少量的水，用塞子塞紧，通过塞子上的开口往瓶里打气，当塞子从瓶口跳起来时，可以观察到什么现象？请解释出现此现象的原因。
答案：可以看到瓶塞子跳起时，在瓶口附近会出现白雾。这是因为玻璃瓶内有少量的水，在瓶内会汽化成水蒸气。利用打气筒向瓶内打气时，瓶内气压升高，推动瓶塞子做功，把气体的内能转化塞子的机械能。气体的内能减小，温度降低，一部分水蒸气会液化成小水珠，形成白雾。
解析：本题考查了利用内能做功的实例，通过解释现象可以了解对利用内能做功的掌握情况。瓶内的水是为了使瓶内的水蒸气含量增大，在瓶塞子被冲出时液化成的小水珠增多，增强实验效果。
自制蒸汽动力发电机
实验目的：
1．通过实验知道内能可以做功，把内能转化为机械能，了解热机的工作原理。
2．利用电动机可以改装成发电机。
实验原理：
高温高压的水蒸气能对外做功，把内能转化为机械能，带动发电机发电。
实验器材：
铁架台、酒精灯、试管、水、小电动机（作为发电机用）、发光二极管、细铜管、试管塞、铁丝、长木条、导线、发光二极管。
实验步骤：
1．用钳子把2根细铜管弯成羚羊角形，如图1，长边大约3厘米长。
2．把细铜管和铁钉如图2插进橡胶塞预先钻出来的小孔里，在铁钉的另一端固定铁丝。
3．把两个铁架台水平放置，中间固定一个长木条，把电动机固定在水平木条的中央，如图3。
4．用铁丝做一个圆环，固定在电动机的正下方。
5．把试管塞的铁丝绕紧在电动机的转轴上，装上小试管，点燃酒精灯，调节铁丝悬挂的高度，使试管底部位于酒精灯的外焰上。
6．在试管内装入约1/3的水，用试管塞子塞紧试管口。
7．利用酒精灯加热试管，当试管内水沸腾时，从铜管内喷出高温、高压的水蒸气，使试管带动电动机转起来，如图4。
8．在电动机的两个接线柱上拉入一个发光二极管，可以观察到二极管发光，此时的电动机相当于一个微型发电机。
操作提示：
1．本实验中使用的细铜管可以在卖管材的地方购买，直径细一些更好，还可以在铜管的管口用老虎钳夹扁一些，效果更好。
2．试管塞子中间固定铁钉用的洞要与铁钉粗细差不多，不能太大，使铁钉与塞子能紧密接触，不打滑，如果洞打大了，可以用强力胶固定。
3．安装细铜管时，要让铜管的喷口沿水平方向喷气，可以提供更强的动力。
4．在电动机正下方的圆环主要是使试管在转动时不要发生较大的水平方向运动，圆环可以使用试管夹固定。
5．实验中塞子与试管一定要塞紧，防止在实验中试管脱落造成危险，可以使用铁丝把塞子和试管固定在一起。
6．实验中要注意不要被水蒸气烫伤，实验结束时应先熄灭酒精灯。
7．本实验中电动机相当于一个小发电机，对于发电机的工作原理，可以先预习课本后面的内容。
8．本实验装置还可以作为后面发电机工作原理的模型，铜管中喷出的水蒸气把内能转化为试管的机械能，带动发电机的工作。
《热机》教学设计
一、教学目标
（一）知识与技能
1．通过观察、分析内能转化为机械能的实验，知道热机的概念，初步了解其工作原理。
2．借助于模型、挂图和动画视频，了解汽油机和柴油机的构造和工作过程。
（二）过程与方法
通过了解汽油机和柴油机的构造和工作过程，利用对比的方法来认识这两种内燃机的异同点。
（三）情感态度和价值观
通过阅读“现代汽车”，了解内能的利用对人类社会发展的重要意义。
二、教学重难点
本节是由热机、汽油机和柴油机三部分内容组成的，它是前一章内能知识的实际应用。内能在实际中主要用于加热物体和做功，热机就是把内能转化为机械能的应用，通过实验得出内能可以转化为机械能。实际中蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等都是热机在实际中的应用，内能的应用对社会的进步、人类的发展具有重大意义。汽油机和柴油机是内燃机在生活中应用广泛的两种机器，它们是如何把内能转化为机械能的？为什么它们能连续工作？要解决这些问题，就必须对四冲程汽油机的结构及工作原理有一定的了解。虽然汽油机和柴油机在实际中应用广泛，但学生对其工作原理还不是很了解，所以了解四冲程汽油的基本工作原理既是本节重点，也是本节的难点。
重点：了解四冲程汽油机的基本工作原理。
难点：了解四冲程汽油机的基本工作原理。
三、教学策略
把内能转化为机械能是内能利用的一个方面，可以通过蒸汽机、内燃机、喷气发动机等应用来引入本节课的主题。通过实验来证明内能可以转化为机械能，得出热机的概念，举例说明生活中热机的应用情况，重点介绍内燃机中的汽油机。利用挂图、模型、视频等认识汽油机的构造，了解汽油机的基本工作原理。学生可以结合课本上的想想议议的问题初学课本内容，请同学根据挂图来介绍每个冲程，其余同学进行补充，重点强调四个冲程中的能量转化、冲程的判断依据等。柴油机的工作原理与汽油机基本相同，可以利用对比的方法来学习柴油机，从构造、工作过程、点火方式等方面与汽油机进行对比。柴油机与汽油机各有优缺点，实际生活中会根据不同的需要使用不同的机器。随着技术的发展，柴油机的一些缺点得到了改进，使用的范围更广泛了。适当介绍其他的热机，了解内能的利用对人类社会发展的重要意义。
四、教学资源准备
多媒体课件、试管、酒精灯、铁架台、水、火柴、汽油机模型和挂图、柴油机模型和挂图等。
《热机》重难点突破
一、教学内容分析
本节主要由热机、汽油机和柴油机三部分内容组成。本节内容是前面内能知识的拓展和应用，做功可以改变物体的内能，物体对外做功，内能会减小。热机就是利用内能来做功的机械，热机工作时要消耗内能，转化为机械能，通过实验说明内能可用于做功。热机有多种，内燃机就是生活中常见的热机，汽油机与柴油机是两种内燃机，它们的工作过程相似，只要了解了四冲程汽油机的工作原理，就能了解柴油机的工作原理。虽然汽油机在生活中应用广泛，但学生很难直观地观察到汽油机是如何工作的，对于汽油机的工作过程了解较少，只是对它的应用有所了解，所以本节的教学重点就是了解四冲程汽油机的基本原理，教学难点与教学重点相同。
本节的教学重点是了解四冲程汽油机的基本工作原理；本节的教学重点同样也是教学难点，也是了解四冲程汽油机的工作原理。
二、重难点突破
突破建议：
汽油机也是一种热机，它也是利用内能来做功的，从内能可以做功来认识汽油机工作原理。演示课本的实验，分析实验现象形成的原因：加热水，使水的内能增大，不断汽化形成水蒸气，水蒸气推动塞子做功，把水蒸气的内能转化为塞子的机械能。进而提出热机的概念，举例说明生活中常见的热机，为了解汽油机的工作原理打下基础。
学生可以先阅读课本上有关汽油机的相关内容，对汽油机的构造、各部件的名称有初步的了解，知道汽油机工作过程中涉及的一些名词。利用实物模型可以形象地看出汽油机的内部构造，结合课本内容，详细分析每个冲程中进气门和排气门的开关情况，活塞的运动方向，曲轴的转动情况，能量转化情况等。吸气冲程中进气门打开，排气门关闭，吸入的是空气和汽油的混合物；压缩冲程中进气门和排气门均关闭，活塞压缩汽缸内的混合物，使汽缸内混合物体积减小、压强增大，把活塞的机械能转化为混合物的内能，汽缸内温度升高；做功冲程中进气门和排气门均关闭，在压缩冲程结束时，火花塞点火，燃料燃烧，产生高温高压的气体，推动活塞做功，把内能转化为机械能；排气冲程中进气门关闭，排气门打开，活塞排出汽缸内的废气。在汽油机的一个工作循环中包括了四个冲程，活塞往复两次，曲轴转两周，对外做功一次。只有做功冲程对外提供机械功，其余冲程都是利用飞轮的惯性来完成的。
为了进一步了解汽油机的基本工作原理，还可以采用对比的方法引导学生来分析柴油机和汽油机的异同。从基本的工作原理上来看，柴油机和汽油机都是利用内能对外做功的，即工作原理相同，可以从结构、工作过程、应用范围等方面比较它们的不同点。最后总结汽油机的基本工作原理及在实际中的应用，这样还可以使学生了解热机的应用对人类社会发展的重要意义。
