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第4讲 热机
【考情分析】
考点（知识点） 重要程度 考情分析 本讲教学目标 升学教学目标
比热容 ★☆☆ 理解能力 理解 理解
热量的计算 ★★☆ 计算能力、逻辑思维能力 掌握 掌握
注:★☆☆:普通考点知识点；★★☆：中考、高考高频考点；★★★：中高考重点、难点、必考点；
【知识导图】
【知识梳理】
知识点一：热机
1.热机：利用内能做功的机械。
2.热机的种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
3.内燃机：燃料直接在发动机的汽缸内燃烧产生动力的热机。
（1）种类：汽油机和柴油机
（2）内部构造：如图所示，汽油机的主体是气缸。气缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞，下部有活塞，活塞通过连杆与曲轴相连。
（3）冲程：活塞在往复运动中从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程．
（4）工作过程：
①吸气冲程：吸入汽油和空气组成的燃料混合物．
②压缩冲程：燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高．
③做功冲程：在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动．
④排气冲程：活塞向上运动，将废气排出气缸．
（5）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：先是化学能→内能，再由内能→机械能．
（6）四冲程内燃机的工作过程是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的。四个冲程为一个工作循环，在一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两周，四个冲程中，只有做功冲程燃气对外做功，其他三个冲程靠飞轮的惯性完成。巧记为“4-2-2-1”。
题型一：热机的种类
【例1】下列交通工具中，没有利用热机的是（ ）
A．蒸汽火车 B．飞机 C．轮船 D．电动车
[变式]内燃机及其工作原理：将燃料的____能通过燃烧转化为____能，又通过做功，把____能转化为______能。按燃烧燃料的不同，内燃机可分为____、_____ 等。
题型二：热机工作过程能量转化
【例2】用酒精灯给试管中的水加热，如图所示，在软木塞被冲出试管口的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．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．软木塞的机械能转化为水蒸气的内能
D．能量的转化形式与热机压缩冲程能量转化相同
[变式]如图显示了热机的共同特点，其中虚线框处应该填（ ）
A．内能 B．电能 C．动能 D．势能
题型三：汽油机的工作过程
【例3】如图所示为四冲程汽油机未按工作循环排列的各冲程示意图，工作时，属于做功冲程的是（ ）
A． B． C． D．
[变式]神舟飞船穿越大气层返回地面时，与大气层摩擦，将机械能转化为 _____，这与 _____图所示汽油机的冲程一致（选填“甲”或“乙”）。
题型四：汽油机的计算
【例4】如图所示是某单缸四冲程汽油机的 _____冲程；若该汽油机飞轮的转速为3000r/kW·h，每1秒钟对外做功 _____次。
[变式1]如图所示，甲、乙、丙、丁分别表示汽油机的四个冲程，请你按正确的顺序进行排列：___________；若该汽油机活塞1s内对外做功30次，则该汽油机的飞轮的转速为___________r/min。
[变式2]爸爸驾驶汽车带小明去海边沙滩浴场游泳，汽车是依靠发动机（汽油机）工作时的 _____冲程获得动力的。一台汽油机飞轮的转速为3600r/min，在1s内汽油机对外做了 _____次功。
知识点二：汽油机和柴油机
1.汽油机和柴油机的异同点：
不同点 相同点
项目 汽油机 柴油机 （1）构造基本相同都是燃料在气缸内燃烧，都是内燃机。 （2）都将内能转化为机械能。 （3）每一个工作循环都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。
构造 汽缸顶部有火花塞 汽缸顶部有喷油嘴
点火 方式 压缩冲程末由火花塞放出电火花点燃，称点燃式 压缩冲程末由喷油嘴向汽缸内喷雾状柴油遇到高温高压的空气自动燃烧，称压燃式
燃料 汽油、吸气冲程吸进汽油和空气混合物 柴油、吸气冲程吸进汽缸的只是空气
压缩比 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1/9至1/6 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1/22至1/16
做功 做功冲程初燃气压强为30至50个大气压，温度2000℃至2500℃，高温高压的气体推动活塞做功 做功冲程初燃气压强为50至100个大气压，温度1700℃至2000℃，高温高压的气体推动活塞做功
效率 效率较低20％至30％ 效率较高30％至45％
用途 轻便，多用于汽车、飞机、小型农机具 笨重，多用于拖拉机、载重汽车、轮船等重型机械
燃料在热机中燃烧时，总有一小部分燃料不能完全燃烧而损失掉，燃料释放出的内能只有一部分用来推动热机的运动，即转化为热机的机械能，其余的能量在废气、散热、机械摩擦中损失掉了，其中废气带走的能量最多，所以设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。热机的效率是热机性能的一个重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。
题型五：采油机和汽油机的异同
【例5】关于四冲程柴油机的工作过程，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：活塞推动气体做功 D．排气冲程：内能转化为机械能
[变式1]下列关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是（ ）
A．柴油机汽缸顶部有个火花塞，汽油机汽缸顶部有个喷油嘴
B．柴油机通过压缩空气直接点燃柴油
C．汽油机与柴油机使用的燃料不同
D．汽油机与柴油机的工作过程都分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程
[变式2]单缸四冲程柴油机，做功冲程将_______能转化为_______能。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，立刻向汽缸内喷水，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。为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是______冲程。
题型六：热机与环境保护
【例6】随着人们生活水平的提高，汽车走进千家万户，下列关于小汽车的知识说法正确的是（ ）
A．用甘油做发动机的冷却剂
B．单缸四冲程内燃机的一个工作循环中有两次能量的转化
C．精心保养可使发电机的效率达到100%
D．排出的尾气对环境没有任何污染
[变式1]以内燃机为动力的各种机械，在人类生产生活中应用极为广泛．从轮船、火车，到拖拉机、摩托车等，它们的动力大都来源于内燃机．它们虽然在构造上略有差异，但工作原理都是一样的，下面对内燃机的有关叙述，错误的是
A．内燃机是内能转化为机械能的装置
B．内燃机用水冷却，是因为水的比热容大
C．它排出的废气无污染，是一种环保型的机器
D．内燃机靠产生的高温、高压气体做功
[变式2]热机(如汽车、拖拉机的发动机等)的发展和应用推动了社会的快速发展，热机在能量的转化过程中要损失一部分，并且会对环境造成一定的污染．问：
(1)热机中主要存在哪些能量损失？
(2)热机可能对环境造成哪些污染？
(3)为什么要开发利用太阳能等新能源？
【题型演练】
一、单选题
1．下列没有利用热机的交通工具是（ ）
A．蒸汽火车 B．山地自行车 C．喷气式飞机 D．越野摩托车
2．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，软木塞常常会跳起来。以下说法正确的是（ ）
A．这过程相当于热机的压缩冲程 B．软木塞跳起后瓶内气体内能增大
C．这过程相当于热机的做功冲程 D．软木塞跳起后瓶内气体温度不变
3．小明用塑料矿泉水瓶子装上少量水，将瓶盖未全拧紧在瓶口上，如图甲所示，用力扭转瓶子，如图乙所示，观察到瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶中出现白雾，如图丙所示。本实验中图乙和图丙所示的过程，与四冲程汽油机的两个冲程非常相似，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．排气冲程和吸气冲程
4．2022年9月13日，我国炮兵兵种举行。2022年军事演习。在实弹射击演习中，火炮击发炮弹过程与如图所示四冲程汽油机的哪个工作冲程相同（ ）
A． B． C． D．
5．关于四冲程汽油机的工作过程有以下几种说法
①在做功冲程中，是机械能转化为内能；
②在压缩冲程中，是机械能转化为内能
③在一个工作循环中，曲轴转动两周，对外做功一次；；
④汽油机的点火方式与柴油机不同，汽油机的点火方式是压燃式。
以上说法中正确的是（ ）
A．①③ B．②③ C．②③④ D．③④
6．如图所示的是汽油机的四冲程的示意图，其中表示压缩冲程的是（ ）
A． B． C． D．
7．下列四幅图为汽车发动机一个工作循环中的四个冲程，其中将内能转化为机械能的是（ ）
A． B． C． D．
8．景颇族的祖先曾发明一种活塞式点火器，如图所示。以牛角做套筒，木质推杆前端粘附艾绒（一种很容易被点燃的物质）。取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃，随即将杆拔出，口吹立见火苗，与手推杆入筒过程能量转化过程相同的冲程是（ ）
A． B． C． D．
9．对于图中所示的四幅图，下列说法中正确的是（ ）
A．甲图中软木塞飞出时，管内水蒸气的内能增加
B．乙图中两个压紧的铅块能吊起钩码，主要是因为分子间存在引力
C．丙图中活塞向下运动是内燃机的做功冲程
D．丁图中小朋友下滑时，内能转化为机械能
二、填空题
10．如图所示，这是演示点火爆炸的实验装置。按动电火花发生器的按钮，点燃盒内酒精，盒盖被炸飞出去，这与四冲程汽油机 _____冲程中的能量转化相同。若某四冲程汽油机飞轮的转速为2400r/min，那么1s内汽油机可以完成 _____个冲程，对外做功 _____次。
11．如图1所示是一款斯特林发动机模型，点燃酒精灯后就会发现发动机的连杆带动飞轮转动起来。其工作原理是：酒精灯火焰通过________（选填“做功”或“热传递”）的方式增加了气缸内空气的内能，高温的空气推动活塞做功。如图2所示是某单缸四冲程汽油机结构示意图，图中所示为汽油机的________冲程，若该汽油机飞轮转速为3600r/min，则该汽油机每秒对外做功________次。
12．从内能改变的角度看，“炙手可热”是通过 ___________的方式改变手的内能的；一台四冲程汽油机，如果该汽油机飞轮每秒钟做功30次，则飞轮的转速是 ___________ r/min。
13．如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程，这是___________（选填“做功”或“压缩”）冲程；此时汽缸内的燃气内能___________（选填“增加”或“减少”），若完全燃烧汽油，放出热量为4.2×106J，如果这些热量全部被质量为100kg的水吸收，能使水的温度升高___________℃。（c水=4.2×103J/（kg ℃）
四、简答题
14．如图为氢气爆炸实验装置，向纸杯中通入适量的氢气与空气混合，用火柴点燃气体，发生爆炸，纸杯被崩起。请回答下列问题：
（1）爆炸的能量转化情况与汽油机工作时的哪一冲程相同
（2）请你解释崩起的纸杯为什么能继续向上运动，且运动速度越来越小
15．如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，用酒精灯加热一会儿，当水沸腾一段时间后，橡皮塞突然从管口飞出。请描述这个实验中做功与能量的转化情况。
16．现代生活越来越离不开热机，因此全面了解和认清热机的结构和工作过程对我们的生活至关重要，请你完成下面围绕“热机”展开的一些问题：
(1)如图所示的流程图是用来说明汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况，请将其补充完整。①_____________；②_______________。
(2)我们发现热机工作时，一般要在汽缸的外面安装一个水箱用来降低汽缸的温度，是利用水_____的特性，这是采用_____的方式来减小汽缸的内能的。
(3)有一种单缸汽油机在原有四冲程的基础上增加两个冲程，成为六冲程汽油机，也就是在原有四冲程汽油机完成排气冲程后向汽缸内喷水，水在汽缸内汽化成水蒸气，水蒸气膨胀对外做功，这种汽油机一个工作循环有六个冲程，做功____次，这种汽油机这样设计的目的是_________。
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第4讲 热机
【考情分析】
考点（知识点） 重要程度 考情分析 本讲教学目标 升学教学目标
比热容 ★☆☆ 理解能力 理解 理解
热量的计算 ★★☆ 计算能力、逻辑思维能力 掌握 掌握
注:★☆☆:普通考点知识点；★★☆：中考、高考高频考点；★★★：中高考重点、难点、必考点；
【知识导图】
【知识梳理】
知识点一：热机
1.热机：利用内能做功的机械。
2.热机的种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
3.内燃机：燃料直接在发动机的汽缸内燃烧产生动力的热机。
（1）种类：汽油机和柴油机
（2）内部构造：如图所示，汽油机的主体是气缸。气缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞，下部有活塞，活塞通过连杆与曲轴相连。
（3）冲程：活塞在往复运动中从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程．
（4）工作过程：
①吸气冲程：吸入汽油和空气组成的燃料混合物．
②压缩冲程：燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高．
③做功冲程：在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动．
④排气冲程：活塞向上运动，将废气排出气缸．
（5）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：先是化学能→内能，再由内能→机械能．
（6）四冲程内燃机的工作过程是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的。四个冲程为一个工作循环，在一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两周，四个冲程中，只有做功冲程燃气对外做功，其他三个冲程靠飞轮的惯性完成。巧记为“4-2-2-1”。
题型一：热机的种类
【例1】下列交通工具中，没有利用热机的是（ ）
A．蒸汽火车 B．飞机 C．轮船 D．电动车
【答案】D
【详解】热机是燃料燃烧后，将内能转化为机械能的一种机器，蒸汽火车、飞机、轮船都属于热机，而电动车是将电能转化为机械能的机器，所以不属于热机。
故选D。
[变式]内燃机及其工作原理：将燃料的____能通过燃烧转化为____能，又通过做功，把____能转化为______能。按燃烧燃料的不同，内燃机可分为____、_____ 等。
【答案】 化学 内 内 机械 汽油机 柴油机
【解析】略
题型二：热机工作过程能量转化
【例2】用酒精灯给试管中的水加热，如图所示，在软木塞被冲出试管口的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．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．软木塞的机械能转化为水蒸气的内能
D．能量的转化形式与热机压缩冲程能量转化相同
【答案】B
【详解】ABC．在软木塞被冲出试管口的过程中，水蒸气体积膨胀对软木塞做功，水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，水蒸气的内能减小，故B正确，AC错误；
D．热机压缩冲程中将机械能转化为内能，与上述过程中能量的转化不同，故D错误。
故选B。
[变式]如图显示了热机的共同特点，其中虚线框处应该填（ ）
A．内能 B．电能 C．动能 D．势能
【答案】A
【详解】所有的燃料都储存了化学能，而热机工作的过程是将燃料的化学能转化为内能，再通过做功的方式将内能转化成机械能的过程，故A不符合题意，BCD符合题意。
故选A。
题型三：汽油机的工作过程
【例3】如图所示为四冲程汽油机未按工作循环排列的各冲程示意图，工作时，属于做功冲程的是（ ）
A． B． C． D．
【答案】D
【详解】A．图中的排气门打开，活塞向上运动，汽缸容积减小，是排气冲程，故A不符合题意；
B．图中的气门都关闭，活塞向上运行，汽缸容积减小，是压缩冲程，故B不符合题意；
C．进气门打开，活塞向下运行，汽缸容积增大，是吸气冲程，故C不符合题意；
D．图中的气门都关闭，活塞向下运行，汽缸容积增大，是做功冲程，故D符合题意。
故选D。
[变式]神舟飞船穿越大气层返回地面时，与大气层摩擦，将机械能转化为 _____，这与 _____图所示汽油机的冲程一致（选填“甲”或“乙”）。
【答案】 内能 甲
【详解】[1]神舟飞船穿越大气层返回地面时，与大气层摩擦，克服摩擦做功，将机械能转化为内能，飞船的温度升高。
[2]在图甲中的进气门和排气门都关闭，且活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能，故图甲符合题意；图乙中的进气门和排气门都关闭，且活塞向下运动，是做功冲程，将内能转化为机械能，故图乙不符合题意。
题型四：汽油机的计算
【例4】如图所示是某单缸四冲程汽油机的 _____冲程；若该汽油机飞轮的转速为3000r/kW·h，每1秒钟对外做功 _____次。
【答案】 压缩 25
【详解】[1]观察图甲可知，两个气门都关闭，活塞向上运动，压缩气缸内气体，因此是压缩冲程。
[2]汽油机的转速为3000r/min，说明1s内汽油机曲轴的转动50r。因为一个工作循环中，曲轴转动两周，对外做功一次，所以1s内对外做功25次。
[变式1]如图所示，甲、乙、丙、丁分别表示汽油机的四个冲程，请你按正确的顺序进行排列：___________；若该汽油机活塞1s内对外做功30次，则该汽油机的飞轮的转速为___________r/min。
【答案】 丁、乙、甲、丙 3600
【详解】[1]由图知，甲两个气门都关闭，活塞向下运动，是做功冲程；乙两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程；丙一个气门打开，一个气门关闭，活塞向上运动，是排气冲程；丁一个气门打开，一个气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，所以顺序应为丁、乙、甲、丙。
[2]汽油机一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周。汽油机活塞ls内对外做功30次，则该汽油机的飞轮转速为60r/s，轮转速为3600r/min。
[变式2]爸爸驾驶汽车带小明去海边沙滩浴场游泳，汽车是依靠发动机（汽油机）工作时的 _____冲程获得动力的。一台汽油机飞轮的转速为3600r/min，在1s内汽油机对外做了 _____次功。
【答案】 做功 30
【详解】[1]汽车是依靠发动机（汽油机）工作时做功冲程，将内能转化为机械能获得动力的。
[2]飞轮的转速是3600r/min，每秒转动的圈数为60r，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对外做功30次。
知识点二：汽油机和柴油机
1.汽油机和柴油机的异同点：
不同点 相同点
项目 汽油机 柴油机 （1）构造基本相同都是燃料在气缸内燃烧，都是内燃机。 （2）都将内能转化为机械能。 （3）每一个工作循环都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。
构造 汽缸顶部有火花塞 汽缸顶部有喷油嘴
点火 方式 压缩冲程末由火花塞放出电火花点燃，称点燃式 压缩冲程末由喷油嘴向汽缸内喷雾状柴油遇到高温高压的空气自动燃烧，称压燃式
燃料 汽油、吸气冲程吸进汽油和空气混合物 柴油、吸气冲程吸进汽缸的只是空气
压缩比 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1/9至1/6 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1/22至1/16
做功 做功冲程初燃气压强为30至50个大气压，温度2000℃至2500℃，高温高压的气体推动活塞做功 做功冲程初燃气压强为50至100个大气压，温度1700℃至2000℃，高温高压的气体推动活塞做功
效率 效率较低20％至30％ 效率较高30％至45％
用途 轻便，多用于汽车、飞机、小型农机具 笨重，多用于拖拉机、载重汽车、轮船等重型机械
燃料在热机中燃烧时，总有一小部分燃料不能完全燃烧而损失掉，燃料释放出的内能只有一部分用来推动热机的运动，即转化为热机的机械能，其余的能量在废气、散热、机械摩擦中损失掉了，其中废气带走的能量最多，所以设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。热机的效率是热机性能的一个重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。
题型五：采油机和汽油机的异同
【例5】关于四冲程柴油机的工作过程，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：活塞推动气体做功 D．排气冲程：内能转化为机械能
【答案】A
【详解】A．四冲程柴油机的吸气冲程中吸入的是空气，故A正确；
B．在压缩冲程，活塞对气体做功，将机械能转化为内能，气体的内能变大，温度升高，故B错误；
C．做功冲程中，燃气对活塞做功，燃气的内能转化为活塞的机械能，故C错误；
D．排气冲程中没有能量的转化，故D错误。
故选A。
[变式1]下列关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是（ ）
A．柴油机汽缸顶部有个火花塞，汽油机汽缸顶部有个喷油嘴
B．柴油机通过压缩空气直接点燃柴油
C．汽油机与柴油机使用的燃料不同
D．汽油机与柴油机的工作过程都分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程
【答案】A
【详解】A．柴油机汽缸顶部有个喷油嘴，汽油机汽缸顶部有个火花塞，故A错误，符合题意；
B．柴油机通过压缩空气直接点燃柴油，采用压燃式，故B正确，不符合题意；
C．汽油机与柴油机使用的燃料不同，汽油机的燃料是汽油，柴油机的燃料是柴油，故C正确，不符合题意；
D．柴油机和汽油机的工作过程分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程，故D正确，不符合题意。
故选A。
[变式2]单缸四冲程柴油机，做功冲程将_______能转化为_______能。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，立刻向汽缸内喷水，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。为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是______冲程。
【答案】 内 机械 排气
【详解】[1][2]单缸四冲程柴油机，做功冲程燃料燃烧产生的高温高压气体对活塞做功，内能转化为机械能。
[3]这款内燃机第六冲程的工作过程是排气冲程，即：把水蒸气排放到一个冷却器，水蒸气在那里重新变成水。
题型六：热机与环境保护
【例6】随着人们生活水平的提高，汽车走进千家万户，下列关于小汽车的知识说法正确的是（ ）
A．用甘油做发动机的冷却剂
B．单缸四冲程内燃机的一个工作循环中有两次能量的转化
C．精心保养可使发电机的效率达到100%
D．排出的尾气对环境没有任何污染
【答案】B
【分析】(1)因为水的比热容较大，常用来做冷却剂；
(2)在内燃机的四个冲程中做功冲程对外做功，将内能转化为机械能；压缩冲程压缩气体的过程中，将机械能转换为内能；
(3)任何能量转化过程都伴随能量的损失，所以转化效率不可能达到100%；
(4)热机排出的废气带走了大量的热量，所以热机的效率都比较低，同时废气中还含有二氧化碳、二氧化硫等有害物质污染环境。
【详解】A．汽车发动机是利用水来做冷却剂的，这是利用了水比热容大的性质，则A错误；
B．汽油机共有四个冲程，有两次能量转化：汽油机在压缩冲程中，活塞压缩汽缸内物质，将机械能转化为内能；在做功冲程中，高温高压燃气推动活塞做功，将内能转化机械能，则B正确；
C．无论科技如何发展，热机的效率可以提高，总存在摩擦、要做额外功，效率一定不会达到100%，则C错误；
D．汽车排放的废气中还含有二氧化碳、二氧化硫等有害物质会污染环境，则D错误；
故选B。
[变式1]以内燃机为动力的各种机械，在人类生产生活中应用极为广泛．从轮船、火车，到拖拉机、摩托车等，它们的动力大都来源于内燃机．它们虽然在构造上略有差异，但工作原理都是一样的，下面对内燃机的有关叙述，错误的是
A．内燃机是内能转化为机械能的装置
B．内燃机用水冷却，是因为水的比热容大
C．它排出的废气无污染，是一种环保型的机器
D．内燃机靠产生的高温、高压气体做功
【答案】C
【详解】A. 内燃机消耗了燃料的化学能，得到内能，最终转化为机械能，所以内燃机是内能转化为机械能的装置，故A正确；B. 水的比热容大，所以经常被用作制冷剂，故B正确；C. 内燃机在排气冲程排除的废气有未燃烧的燃料和产生的二氧化硫等污染物；同时产生噪声，对环境有一定的污染，故C错误，符合题意；D. 内燃机在做功冲程中靠产生的高温、高压燃气对外做功，故D正确；故选C.
【点睛】水的比热容大，经常被用作制冷剂；内燃机是内能转化为机械能的装置；内燃机在排气冲程排除的废气有未燃烧的燃料和产生的二氧化硫等污染物；同时产生噪声．
[变式2]热机(如汽车、拖拉机的发动机等)的发展和应用推动了社会的快速发展，热机在能量的转化过程中要损失一部分，并且会对环境造成一定的污染．问：
(1)热机中主要存在哪些能量损失？
(2)热机可能对环境造成哪些污染？
(3)为什么要开发利用太阳能等新能源？
【答案】见解析
【详解】(1) 热机中存在的能量损失主要是：废气带走部分能量，克服阻力消耗部分能量，机器本身散热损耗的能量，燃料不能完全燃烧损耗的能量；
(2) 热机对环境造成的污染有：废气对大气的污染，粉尘对大气和土壤的污染及噪音污染；
(3) 因为太阳能属于可再生能源，取之不竭，用之不尽，清洁无污染，所以要开发利用太阳能等新能源．
【题型演练】
一、单选题
1．下列没有利用热机的交通工具是（ ）
A．蒸汽火车 B．山地自行车 C．喷气式飞机 D．越野摩托车
【答案】B
【详解】ACD．蒸汽火车、喷气飞机、越野摩托车工作时都要使用化石能源作燃料，将内能转化为机械能，也就是利用内能做功，所以都是使用热机工作的，故ACD不符合题意；
B．山地自行车靠人力作为动力，没有使用热机；故B符合题意。
故选B。
2．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，软木塞常常会跳起来。以下说法正确的是（ ）
A．这过程相当于热机的压缩冲程 B．软木塞跳起后瓶内气体内能增大
C．这过程相当于热机的做功冲程 D．软木塞跳起后瓶内气体温度不变
【答案】C
【详解】AC．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，所以该过程相当于做功冲程，故C正确，A错误；
BD．软木塞跳起后，由于暖瓶内气体对外做功，所以气体内能减小，温度降低，故BD错误。
故选C。
3．小明用塑料矿泉水瓶子装上少量水，将瓶盖未全拧紧在瓶口上，如图甲所示，用力扭转瓶子，如图乙所示，观察到瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶中出现白雾，如图丙所示。本实验中图乙和图丙所示的过程，与四冲程汽油机的两个冲程非常相似，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．排气冲程和吸气冲程
【答案】B
【详解】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。故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
4．2022年9月13日，我国炮兵兵种举行。2022年军事演习。在实弹射击演习中，火炮击发炮弹过程与如图所示四冲程汽油机的哪个工作冲程相同（ ）
A． B． C． D．
【答案】B
【详解】火炮飞出过程是内能转化为机械能的过程，与汽油机工作时做功冲程的能量转化相同。
A．A图中，排气门开启，活塞上行，废气被排出，为排气冲程，该冲程没有能量转化，故A不符合题意；
B．B图中，两气门都关闭，燃气膨胀推动活塞做功，将内能转化为机械能，是做功冲程。故B符合题意；
C．C图中，两气门都关闭，活塞上行，压缩燃料和空气的混合物做功，将机械能转化为内能，是压缩冲程。故C不符合题意；
D．D图中，进气门开启，活塞下行，气体被吸入汽缸中，为吸气冲程，该冲程没有能量转化，故D不符合题意。
故选B。
5．关于四冲程汽油机的工作过程有以下几种说法
①在做功冲程中，是机械能转化为内能；
②在压缩冲程中，是机械能转化为内能
③在一个工作循环中，曲轴转动两周，对外做功一次；；
④汽油机的点火方式与柴油机不同，汽油机的点火方式是压燃式。
以上说法中正确的是（ ）
A．①③ B．②③ C．②③④ D．③④
【答案】B
【详解】①②汽油机四个冲程中，只有做功冲程燃气对外做功，将内能转化为机械能，在压缩冲程中将机械能转化为内能，故①错误，②正确；
③在汽油机的一个工作循环中，可以完成4个冲程，活塞往复2次，曲轴转动2周，对外做功1次，故③正确；
④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。
故选B。
6．如图所示的是汽油机的四冲程的示意图，其中表示压缩冲程的是（ ）
A． B． C． D．
【答案】B
【详解】A．进气门开启，排气门关闭，活塞下行，燃料和空气的混合物进入汽缸，是吸气冲程，故A不符合题意；
B．两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，故B符合题意；
C．两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，火花塞喷出电火花，是做功冲程，故C不符合题意；
D．进气门关闭，排气门开启，活塞上行，废气被排出汽缸，是排气冲程，故D不符合题意。
故选B。
7．下列四幅图为汽车发动机一个工作循环中的四个冲程，其中将内能转化为机械能的是（ ）
A． B． C． D．
【答案】B
【详解】汽车发动机的四个冲程中，内能转化为机械能的是做功冲程。
A．由图示知，汽缸的进入门打开，排入门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，故A不符合题意；
B．图示中，两个气门都关闭，活塞向下运动，是做功冲程，故B符合题意；
C．图示中两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，故C不符合题意；
D．进入门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，故D不符合题意。
故选B。
8．景颇族的祖先曾发明一种活塞式点火器，如图所示。以牛角做套筒，木质推杆前端粘附艾绒（一种很容易被点燃的物质）。取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃，随即将杆拔出，口吹立见火苗，与手推杆入筒过程能量转化过程相同的冲程是（ ）
A． B． C． D．
【答案】A
【详解】封闭的气体被推杆压缩过程中，活塞对气体做功，气体内能增加，是机械能转化为内能；汽油机的压缩冲程是机械能转化为内能的冲程，与上述能量转化相同；
A．两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，机械能转化为内能，故A符合题意；
B．排气门开启，活塞上行，废气被排出汽缸，是排气冲程，没有发生能量转化，故B不符合题意；
C．两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，火花塞喷出电火花，是做功冲程，内能转化为机械能，故C不符合题意；
D．进气门开启，活塞下行，燃料和空气的混合物进入汽缸，是吸气冲程，没有发生能量转化，故D不符合题意。
故选A。
9．对于图中所示的四幅图，下列说法中正确的是（ ）
A．甲图中软木塞飞出时，管内水蒸气的内能增加
B．乙图中两个压紧的铅块能吊起钩码，主要是因为分子间存在引力
C．丙图中活塞向下运动是内燃机的做功冲程
D．丁图中小朋友下滑时，内能转化为机械能
【答案】B
【详解】A．甲图中软木塞飞出时，管内水蒸气对木塞做功，内能减少，故A错误，不符合题意；
B．由于分子间存在相互作用的引力，两个压紧的铅块能吊起钩码，铅块之间不会分开，故B正确，符合题意；
C．丙图中活塞向下运动时，压缩气体，将活塞的机械能转化为气体的内能，与内燃机的压缩冲程相同，故C错误，不符合题意；
D．丁图中小朋友下滑时，克服摩擦做功，机械能转化为内能，故D错误，不符合题意。
故选B。
二、填空题
10．如图所示，这是演示点火爆炸的实验装置。按动电火花发生器的按钮，点燃盒内酒精，盒盖被炸飞出去，这与四冲程汽油机 _____冲程中的能量转化相同。若某四冲程汽油机飞轮的转速为2400r/min，那么1s内汽油机可以完成 _____个冲程，对外做功 _____次。
【答案】 做功 80 20
【详解】[1]点燃盒内酒精，盒盖被打出去，是将内能转化为机械能的过程，四冲程汽油机的做功冲程将内能转化为机械能，这与四冲程汽油机的做功冲程的能量转化相同。
[2][3]汽油机飞轮的转速为2400r/min＝40r/s，即1s内汽油机的飞轮转过40圈；由于汽油机在一个工作循环中，完成4个冲程，曲轴和飞轮转运2圈，对外做功1次，那么1s内汽油机可以完成80个冲程，该汽油机每秒对外做功20次。
11．如图1所示是一款斯特林发动机模型，点燃酒精灯后就会发现发动机的连杆带动飞轮转动起来。其工作原理是：酒精灯火焰通过________（选填“做功”或“热传递”）的方式增加了气缸内空气的内能，高温的空气推动活塞做功。如图2所示是某单缸四冲程汽油机结构示意图，图中所示为汽油机的________冲程，若该汽油机飞轮转速为3600r/min，则该汽油机每秒对外做功________次。
【答案】 热传递 压缩 30
【详解】[1]气缸内的空气吸收火焰的热量，内能增大，温度升高，所以酒精灯火焰通过热传递的方式增加气缸空气的内能，高温的空气推动活塞做功，空气的内能减小，温度降低。
[2]由图2可知，汽油机进气门和排气门关闭，活塞向上运动，活塞压缩气体，所以此时为汽油机的压缩冲程。
[3]汽油机飞轮转速为，由于四冲程汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功一次，所以该汽油机每秒对外做功30次。
12．从内能改变的角度看，“炙手可热”是通过 ___________的方式改变手的内能的；一台四冲程汽油机，如果该汽油机飞轮每秒钟做功30次，则飞轮的转速是 ___________ r/min。
【答案】 热传递 3600
【详解】[1]“炙手可热”是利用火加热把热量转移给了手，因此是通过热传递的方式来改变手的内能
[2]如果该汽油机飞轮每秒钟做功30次，则飞轮每分钟做功1800次，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，所以飞轮的转速为3600r/min。
13．如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程，这是___________（选填“做功”或“压缩”）冲程；此时汽缸内的燃气内能___________（选填“增加”或“减少”），若完全燃烧汽油，放出热量为4.2×106J，如果这些热量全部被质量为100kg的水吸收，能使水的温度升高___________℃。（c水=4.2×103J/（kg ℃）
【答案】 做功 减少 10
【详解】[1][2]如图，内燃机的进气门和排气门都是关闭的，活塞下行，所以是做功冲程；此冲程中，汽缸内的燃气推动活塞做功，燃气内能转化为机械能，则燃气的内能减小。
[3]由题知，水吸收的热量，由可得，水升高的温度
四、简答题
14．如图为氢气爆炸实验装置，向纸杯中通入适量的氢气与空气混合，用火柴点燃气体，发生爆炸，纸杯被崩起。请回答下列问题：
（1）爆炸的能量转化情况与汽油机工作时的哪一冲程相同
（2）请你解释崩起的纸杯为什么能继续向上运动，且运动速度越来越小
【答案】（1）汽油机做功冲程；（2）见详解
【详解】（1）氢气爆炸实验中，将氢气燃烧释放的内能转化为纸杯的机械能，与汽油机做功冲程相同。
（2）由于纸杯具有惯性将保持原来的运动状态不变，由于在竖直方向上受到重力的作用和纸杯在上升的过程中将动能转化为重力势能，高度增大，重力势能增大，动能减小，速度越来越小。
15．如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，用酒精灯加热一会儿，当水沸腾一段时间后，橡皮塞突然从管口飞出。请描述这个实验中做功与能量的转化情况。
【答案】见解析
【详解】答：如图所示，用酒精灯加热试管中的水，在这个过程中，酒精燃烧将化学能转化为内能，水吸收热量，温度升高，内能增加；水沸腾一段时间后，橡皮塞被水蒸气顶开，在这个过程中，水蒸气对橡胶塞做功，将水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能，水蒸气的内能减少，温度降低，橡皮塞被顶开具有机械能。
16．现代生活越来越离不开热机，因此全面了解和认清热机的结构和工作过程对我们的生活至关重要，请你完成下面围绕“热机”展开的一些问题：
(1)如图所示的流程图是用来说明汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况，请将其补充完整。①_____________；②_______________。
(2)我们发现热机工作时，一般要在汽缸的外面安装一个水箱用来降低汽缸的温度，是利用水_____的特性，这是采用_____的方式来减小汽缸的内能的。
(3)有一种单缸汽油机在原有四冲程的基础上增加两个冲程，成为六冲程汽油机，也就是在原有四冲程汽油机完成排气冲程后向汽缸内喷水，水在汽缸内汽化成水蒸气，水蒸气膨胀对外做功，这种汽油机一个工作循环有六个冲程，做功____次，这种汽油机这样设计的目的是_________。
【答案】 压缩冲程 内能转化为机械能 比热容大 热传递 2次 提高热机效率
【详解】(1)[1][2]汽油机的四个冲程，吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，压缩冲程中，活塞上升压缩汽缸内的气体，使气体内能增大，燃料燃烧产生高温高压的燃气，机械能转化为内能；做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞向下运动，内能转化为机械能。
(2)[3][4]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，若都是升高相同的温度时，水能吸收的热量最多，故用水冷却效果最好，此时存在温度差，故采用热传递的方式来减小汽缸的内能。
(3)[5][6]这种汽油机一个工作循环有六个冲程，比原有的四冲程汽油机多做一次功，因此六冲程中共做功2次，因为是利用排气冲程后的余热，所以大大的提高了热机的效率，节约了能源。
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