2023-2024学年沪科版物理九全同步教学 13.3 内燃机 同步练习（含解析）

13.3 内燃机
一、单选题
1．如图所示是内燃机工作中的一个冲程，下列描述正确的是（　　）
A．压缩冲程，内能转化为机械能
B．压缩冲程，机械能转化为内能
C．做功冲程，机械能转化为内能
D．做功冲程，内能转化为机械能
2．小美刚走进厨房，就闻到一股浓浓的果香味，原来是妈妈在煮水果燕麦粥。她还看到锅盖不断被水蒸气顶起而发生“跳动”。下面对此过程涉及到的有关物理现象表述错误的是（ ）
A．闻到果香味，说明分子在不停地做无规则运动
B．燃气燃烧过程中热值减小，燕麦粥温度升高，内能增大
C．煮粥过程中，主要是通过热传递改变粥的内能的
D．锅盖“跳动”过程的能量转化与内燃机做功冲程相似
3．恩格斯曾说过：“摩擦生火第一次使人支配了一种自然力，从而最终把人和动物分开。”如图所示，“钻木取火”时（　　）
A．产生的内能无法自主转化为其他形式的能
B．能量的转换与热机的做功冲程相同
C．手握的木钻将内能转移给了木柴
D．木柴燃烧越充分，其热值越高
4．如图所示是一新款跑车，当跑车在水平路面上疾驰时，下列说法正确是（　　）
A．给跑车提供动力的是压缩冲程
B．跑车用水作冷却剂，是因为水的比热容小
C．做功冲程中，内能转化为机械能
D．夏天在户外的车身较热，这是通过做功增加车身的内能
5．如图所示的设备和器材中，利用浮力的是（ ）
A．铅垂线
B．潜水艇
C．火箭
D．气压计
二、计算题
6．为了实现节能减排，我市很多出租车都换成了燃气汽车。一辆出租车气罐中充有的压缩天然气，天然气的热值为，若天然气完全燃烧后产生的热量有30%用于出租车牵引力做功，出租车行驶过程中受到的平均阻力为。求：
（1）出租车气罐中的天然气完全燃烧后产生的热量Q；
（2）气罐中天然气完全燃烧后出租车能匀速行驶的路程s。
7．高速铁路的广泛应用，使人们的出行更加快捷。放假期间，小明乘坐高铁去看望外婆。下表是他乘坐的“和谐号”高铁列车部分参数。
（1）高铁以最高时速平直运行270km，经过了多长时间
（2）满载的列车总重力是多少
（3）满载的列车停在水平轨道上时，对轨道的压强是多少
（4）如果列车运行1km耗电1.075x108J，这些电能全部由燃烧柴油来获得，列车行驶1km需要消耗多少千克柴油 （q柴=4.3x107J/kg）
满载时总质量 1200t
车轮与铁轨接触总面积 1m2
最高时速 360km/h
8．在“探究水和沙子吸热能力”的实验中，选用两个完全相同的酒精灯给200g水和沙子加热，并画出水和沙子的温度随时间变化的图像，已知酒精的热值是3.0×10J/kg，水的比热容为4.2×103J/(kg ℃)，酒精灯每分钟消耗1g酒精；
（1）2min时水吸收的热量；
（2）2min时酒精完全燃烧放出的热量；
（3）若用酒精灯加热水和沙子时热量的利用效率相同，求沙子的比热容。
9．如图所示是5G无人驾驶智慧公交车，假设智慧公交车的部分参数如表一所示，回答下列问题（g取10N/kg）
空车质量 3000kg 最大行驶速度 40km/h
满载量 8人 电动机最大输出功率 20km
最大续航里程 200km 轮胎与地面的接触总面积 0.08m2
（1）智慧公交车在水平公路上沿直线以36km/h的速度匀速行驶时，受到的阻力为多大？
（2）智慧公交车以36km/h的速度行驶200km，此过程中牵引力做了多少功？若这些能量全部由效率为40%的四冲程汽油机提供，则需要消耗汽油的质量是多少？（q汽油＝4×107J/kg，汽油完全燃烧）
10．如图是某款油电混动小汽车，部分信息如下表。某次测试，质量50kg的测试员驾驶该车以72km/h的速度匀速直线行驶0.5h。测试中，汽油机既向车轮提供动力，又向蓄电池充电，同时蓄电池又将部分能量通过驱动电机向车轮输送。（假设汽油完全燃烧，且忽略蓄电池和电机的热损失，g取10N/kg，q汽油=4.6×107J/kg）测试时：
（1）测试员进入车内未启动汽车时，求该车对水平地面的压强；
（2）前进时汽车受到的阻力为1000N，求牵引力做的功及功率；
（3）驱动汽车所需能量E1的65%直接来自汽油燃烧，汽油燃烧放出热量的40%用于汽车行驶和蓄电池充电，其中向蓄电池充电的能量E2为1.34×107J，求该次测试消耗的汽油质量。
空车质量 950kg
车轮与地面接触总面积 0.1m2
三、实验题
11．如图，将少许易燃硝化棉放入透明有机玻璃筒内，用活塞将筒口密封住，然后将活塞迅速压下，当活塞压至接近底部时，发现硝化棉起火燃烧。
（1）实验中，根据______现象可知筒内空气的内能增加了。当活塞压下时，筒内空气分子间的斥力______（选填“增大”或“减小”）
（2）该实验证明：用______的方式能改变物体的内能。从能的转化角度分析，上述过程类似于四冲程内燃机工作时的______冲程。
12．如图所示，某同学探究物体对外做功时能量的转化情况。他利用酒精灯给试管和水加热如图（a），当水沸腾后，水蒸气会把瓶塞“冲”出去如图（b），在研究过程中发现，如将瓶塞塞的紧一些，酒精灯对试管和水的加热时间会长一些，瓶塞被“冲”出去的距离会远一些如图（c）。
（1）观察图 （a）和图（b）或图（a）和图（c），在水蒸气把瓶塞“冲”出去的过程中，水蒸气对瓶塞 ______，在此过程中，能量的转化情况是 ______；
（2）分析比较图（b）和图（c）的实验现象， 可以得出初步结论：______。
13．阅读短文，回答问题
随着人民生活水平的不断提高，汽车已经走进我们的家庭，小明的爸爸最近也购买了一辆某品牌的小汽车，如图a所示。
（1）汽车在行驶时，发动机的温度会升得很高。为了确保安全，利用冷却液进行冷却。如图b是A、B两种质量相等的非燃料液体分别在同一热源上的温度随加热时间变化的关系图象，根据图中提供的信息，若请你在A、B两种液体中选择一种作为汽车的冷却液，应选择___________（选填“A”或“B”）液体更好；
（2）说明书上提到，该汽车其中一个四冲程的气缸工作时转速是2400R/min，则此气缸工作时每秒做功___________次；
（3）小明上网查得该型号轿车在某次启动性能测试的有关数据，轿车以60kW的恒定功率启动做直线运动，运动过程中受到的阻力不变，运动速度v与时间t的关系如图c所示。则在0～5s内，轿车发动机对外做功___________J；
（4）小明还查到该型号轿车的行驶速度与对应的制动距离（即从操纵制动刹车到车停下来的距离），数据如表所示：根据表中数据所反映的规律可知，当轿车速度为120km/h时对应的制动距离是___________m；
实验次数 1 2 3 4 5
速度/（km h-1） 40 60 80 100 120
制动距离/m 8 18 32 50
（5）制动距离是衡量汽车安全性能的重要参数之一、图d中所示的图线分别为甲、乙两不同品牌汽车在同一路面上紧急刹车过程中的实际制动距离s与刹车前的车速v的关系图象。图中___________（选填“甲”或“乙”）车的刹车性能较好，你判断的依据是___________。
14．小明利用空易拉罐做了几个物理小实验。
（1）如图甲所示，在易拉罐中注入少量的水，用酒精灯对易拉罐加热，待罐口出现白雾时，将罐口堵住，撤去酒精灯，让易拉罐冷却，观察到易拉罐变瘪了，这一现象说明了______的存在；
（2）如图乙所示，向空易拉罐中插入透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱，把罐体放在热水中，可以看到油柱______；
（3）如图丙所示，将两个易拉罐平行放置在水平桌面上，为了能让两易拉罐间距离减小，可用吸管按图中箭头______所示的方向用力吹气；
（4）如图丁所示，将易拉罐底部开一圆孔倒出饮料，放入滴有酒精的脱脂棉，把电火花发生器紧紧塞进孔中，按动按钮，观察到罐子飞出去，这个过程与汽油机的______冲程能量转化方式一致。
15．小阳同学学习了燃料的热值之后，自己设计一个实验来探究酒精和碎纸片的热值大小。
（1）在安装、调整实验器材时，科学合理的顺序是：将燃料放好后，应先调整固定______（选填“铁圈”或“横杆”）的位置，再调整固定好其余的器材；
（2）为保证实验结论的可靠性，实验时应控制一些物理量相同，这些量是酒精和碎纸片的质量、两杯水的______和水的初温；
（3）小阳实验时记录的数据如下表所示，已知在相同的加热设备下，相同时间内，消耗的燃料质量相同，通过表中记录的数据，发现酒精和碎纸片这两种燃料中，热值较大的是______；
加热时间/min 0 1 2 3 4 5 6
甲杯水温/℃ 25 27 29 32 34 36 38
乙杯水温/℃ 25 26 27 28 29 30 31
（4）小阳实验前用天平分别测出了烧杯中水和两种燃料的质量，并利用记录的数据及公式计算出了水吸收的热量，他认为通过这些数据能准确地计算出酒精和碎纸片的热值。他的计算结果与实际值相比偏______（填“大”或“小”），你认为出现这种情况的主要原因是：___________。
四、填空题
16．如图所示，将水加热至沸腾后，塞子被冲出，此过程的能量转化方式与汽油机的__________冲程相同。若单缸四冲程汽油机飞轮转速为1200r/min，则1s内完成__________个冲程。
17．如图是汽油机工作过程中的 ___________冲程。一单缸四冲程汽油机的飞轮转速是3600r/min，则该汽油机每秒内对外做功 ___________次。
18．如图是“家庭实验室”的一个探究活动，小明同学在玻璃试管里，装上一小半试管的沙子，将温度计插在沙子中。用力晃动试管十余下，发现温度计示数变大了，这主要是通过 _____的方式改变沙子的内能，该过程与热机的 _____冲程能量转化过程相同。
19．如图所示装置，当塞子从试管口喷出时，水蒸气的______能转化为塞子的______能，这个能量转化过程与汽油机工作时______冲程的能量转化过程一样。
20．如图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。气缸内蒸汽体积膨胀，对外做功，内能___________（填“增大”、“减少”或“不变”），推动活塞运动，使舰载机获得巨大的动能。此过程的能量转化方式类似于汽油机的___________冲程。
参考答案：
1．D
【解析】
【详解】
图中内燃机两个气阀都关闭，火花塞点火，点燃燃料，燃料燃烧产生大量燃气，燃气推动活塞向下运动，是做功冲程，此冲程将燃气的内能转化为活塞的机械能，故ABC错误，D正确。
故选D。
2．B
【解析】
【详解】
A．闻到果香味，说明分子在不停地做无规则运动，故A正确，不符合题意；
B．燃料的热值是燃料的性质，不会改变，故B错误，符合题意；
C．煮粥过程中，主要是通过热传递改变粥的内能的，故C正确，不符合题意；
D．锅盖“跳动”过程是内能转化为机械能，与内燃机做功冲程相似，故D正确，不符合题意。
故选B。
3．A
【解析】
【详解】
A．能量的转化和转移具有方向性，所以，“钻木取火”过程中产生的内能无法自主转化为其他形式的能，故A正确；
B．“钻木取火”过程中把机械能转化为内能，是通过做功的方式改变物体的内能；热机的做功冲程中，内能转化为机械能，故能量的转换与热机的做功冲程不同，故B错误；
C．钻木取火时钻与木头相互摩擦做功，机械能转化为木头的内能，是通过做功的方式改变物体的内能，而并非是能量的转移，故C错误；
D．燃料的热值是燃料本身的一种特性，热值大小与燃料燃烧情况无关，故D错误。
故选A。
4．C
【解析】
【详解】
AC．压缩冲程是将机械能转化为内能，做功冲程是将内能转化为机械能，因此给跑车提供动力的是做功冲程，故A错误，C正确；
B．用水做冷却剂，是因为水的比热容较大，相同质量的水和其它物质相比较，升高相同的温度，水吸收的热量更多，故B错误；
D．夏天在户外的车，从太阳光中吸热，温度升高，这是通过热传递的方式增加了车身的内能，故D错误。
故选C。
5．B
【解析】
【详解】
A．铅垂线是利用重力方向始终竖直向下的规律制成的，故A不符合题意；
B．潜水艇在水下悬停利用了浮力与重力相等的规律，故B符合题意；
C．火箭发射时，高温高压的燃气从尾部喷出，火箭对气体产生一个向下的力，气体对火箭产生一个向上的力，火箭获得上升的推力，这是利用了力的作用是相互的，故C不符合题意；
D．气压计是测量大气压的仪器，与浮力无关，故D不符合题意。
故选B。
6．（1）；（2）
【解析】
【详解】
解：（1）由题意可知，根据公式
可得，出租车气罐中的天然气完全燃烧后产生的热量
（2）因为出租车在公路上做匀速直线运动，所以
牵引力做功所消耗的能量为
根据公式
可得，气罐中天然气完全燃烧后出租车能匀速行驶的路程
答：（1）出租车气罐中的天然气完全燃烧后产生的热量Q为；
（2）气罐中天然气完全燃烧后出租车能匀速行驶的路程s为。
7．（1）0.75h；（2）；（3）；（4）2.5kg
【解析】
【详解】
解：（1）高铁以最高时速平直运行270km，经过的时间
（2）满载的列车总质量
满载的列车总重力
（3）满载的列车停在水平轨道上时，对轨道的压力
对轨道的压强
（4）列车运行1km时柴油完全燃烧放出的热量
需要消耗柴油的质量
答：（1）高铁以最高时速平直运行270km，经过了0.75h；
（2）满载的列车总重力是；
（3）满载的列车停在水平轨道上时，对轨道的压强是；
（4）列车行驶1km需要消耗2.5kg柴油。
8．（1）4.2×104J；（2）6.0×104J；（3）0.84×103J/(kg ℃)
【解析】
【详解】
解：（1）由题意可知，水的质量为
m水=200g=0.2kg
因一个标准大气压下，水的沸点为100℃，故可知图a是沙子的温度随时间变化的图像，图b是水的温度随时间变化的图像。由图中可知，0~2min水的温度变化量为
Δt水=70℃-20℃=50℃
故由Q=cmΔt可得，2min时水吸收的热量为
Q水=c水m水Δt=4.2×103J/(kg ℃)×0.2kg×50℃=4.2×104J
（2）由题意可知，2min时消耗的酒精的质量为
m酒精=1g/min×2min=2g=2×10-3kg
由Q=qm可得，2g酒精完全燃烧释放的热量为
Q放=q酒精m酒精=3.0×107J/kg×2×10-3kg=6.0×104J
（3）因两酒精灯完全相同，则相同时间内酒精灯释放的热量相同，若用酒精灯加热水和沙子时热量的利用效率相同，则由
可知2min时沙子和和水吸收的热量相同，即
Q沙=Q水=4.2×104J
由图中可知，0~2min沙子的温度变化量为
Δt沙=270℃-20℃=250℃
故由Q=cmΔt可得，沙子的比热容为
答：（1）2min时水吸收的热量为4.2×104J；
（2）2min时酒精完全燃烧放出的热量为6.0×104J；
（3）沙子的比热容为0.84×103J/(kg ℃)。
9．（1）2000N；（2）4×108J，25kg
【解析】
【详解】
解：（1）公交车匀速行驶的速度为
牵引力和阻力的大小相等，所以阻力为
（2）公交车行驶的路程为
牵引力做的功
汽油完全燃烧放出的热量
消耗汽油的质量
答：（1）智慧公交车在水平公路上沿直线以36km/h的速度匀速行驶时，受到的阻力为2000N；
（2）智慧公交车以36km/h的速度行驶200km，此过程中牵引力做功为4×108J；若这些能量全部由效率为40%的四冲程汽油机提供，则需要消耗汽油的质量是25kg。
10．（1）；（2）；；（3）2kg
【解析】
【详解】
解：（1）该车对水平地面的压力
该车对水平地面的压强
（2）因汽车匀速行驶时处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，所以，汽车的牵引力
由可知，0.5h通过的距离
牵引力做的功
由可知，牵引力做功的功率
（3）根据题意可知，该次测试消耗的汽油质量
答：（1）该车对水平地面的压强为1×105Pa；
（2）牵引力做的功为3.6×107J ，牵引力做功的功率为2×104W；
（3）该次测试消耗的汽油质量为2kg。
11． 硝化棉起火燃烧 增大 做功 压缩
【解析】
【详解】
（1）[1]将活塞迅速压下，当活塞压至接近底部时，发现硝化棉起火燃烧；硝化棉起火燃烧，说明筒内空气温度升高了、内能增大了。
[2]当活塞压下时，空气分子间的距离减小，同时我们感觉到越往下压缩越费力，这是由于筒内空气分子间斥力增大的缘故。
（2）[3]在下压活塞时，活塞压缩筒内空气做功，机械能转化为内能，筒内空气的内能增大，说明用做功的方式能改变物体的内能。
[4]内燃机在压缩冲程中活塞向上运动，压缩气体对气体做功，将机械能转化为内能；它们的能量转化情况相同，即上述过程类似于四冲程内燃机工作时的压缩冲程。
12． 做功 内能转化为机械能 物体对外做功时，内能越大，转化的机械能越多
【解析】
【详解】
（1）[1][2]在水蒸气把瓶塞“冲”出去的过程中，水蒸气推动瓶塞运动，对瓶塞做功，水蒸气的内能转化为瓶塞的机械能。
（2）[3]图（c）和图（b）相比，将瓶塞塞的紧一些，酒精灯对试管和水的加热时间会长一些，水蒸气具有的内能更大，瓶塞被“冲”出去的距离会远，说明瓶塞获得的机械能变多，则可得出结论，物体对外做功时，内能越大，转化的机械能越多。
13． B 20 3×105 72 乙
速度相同时，乙制动距离小
【解析】
【详解】
（1）[1]由图b知，质量相同的A和B，加热相同的时间，即吸收相同热量时，A升温更快，即A的比热容较小，B的比热容较大，所以应选择B液体作为冷却液更好。
（2）[2]气缸工作时飞轮转速2400R/min，则
四冲程的汽油机一个循环4个冲程，飞轮转2周，对外做功1次，所以1秒钟飞轮转40转，则对外做功20次。
（3）[3]由题意可知，轿车的功率P=60kW，则5s内轿车发动机对外做功
W=Pt=60×103W×5s=3×105J
（4）[4]由表格数据知，速度越大，制动距离越大，且速度增大为原来的几倍，制动距离便增大为原来的几平方倍，即制动距离与速度的平方成正比，即
当速度为120km/h时
解得，当轿车速度为120km/h时，对应的制动距离
s=72m
（5） [5][6]由图d可知，速度相同时，乙的制动距离更短，因此乙车的刹车性能更好。
14． 大气压 上升 A 做功
【解析】
【详解】
（1）[1]如图甲所示，在易拉罐中注入少量的水，用酒精灯对易拉罐加热，待罐口出现白雾时，将罐口堵住，撤去酒精灯，让易拉罐冷却，观察到易拉罐变瘪了，是因为加热时，罐内气体受热膨胀，堵住罐口后，再冷却，罐内气压小于外界大气压，罐变瘪说明了大气压的存在。
（2）[2]如图乙所示，向空易拉罐中插入透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱，把罐体放在热水中，罐内气压受热膨胀，气压增大，且大于外界大气压，吸管内的油柱会上升。
（3）[3]如图丙所示，将两个易拉罐平行放置在水平桌面上，若按B所示方向用力吹气，流速越快，压强越小，则右罐左侧气压大，右侧气压小，右罐会向右滚动，两罐间距离增大，不符合题意；若按A所示方向用力吹气，两罐间气流速度快，气压小，两罐外侧气压大，两罐向会中间滚动，距离减小，符合题意。
（4）[4]如图丁所示，将易拉罐底部开一圆孔倒出饮料，放入滴有酒精的脱脂棉，把电火花发生器紧紧塞进孔中，按动按钮，观察到罐子飞出去，这个过程中内能转化为机械能，与汽油机的做功冲程能量转化方式一致。
15． 铁圈 质量 酒精 小 见解析
【解析】
【详解】
（1）[1]为了利用火焰的外焰加热，安装器材时需要先固定铁圈的位置，然后再调整其他器材的位置，并且注意温度计的玻璃泡不要碰到烧杯壁和烧杯底。
（2）[2]探究酒精和碎纸片的热值大小时采用的是控制变量法，需要控制酒精和碎纸片的质量、水的质量相同。
（3）[3]甲、乙两个装置中，水的质量和初温相同，由Δ知，末温高的吸收的热量较多；在相同的加热设备下，相同时间内，消耗的燃料相同，由知，水温上升高的，对应的燃料的热值较大，故酒精的热值大。
（4）[4][5]因为燃料燃烧产生的热量不能完全被水吸收，存在热损失，根据可知，直接计算得出的热值比实际值要小，因此这样的计算结果不可靠。
16． 做功 40
【解析】
【详解】
[1]木塞冲出时，水蒸气的内能对塞子做功，将水蒸气的内能转化为塞子的机械能，水蒸气的内能会减小，温度降低，内燃机的做功冲程也是将内能转化为机械能的过程。
[2]飞轮转速是
表示每秒飞轮转动20圈，要经过40个冲程，对外做功10次。
17． 做功 30
【解析】
【详解】
[1]图中进气门和排气门关闭，活塞向下运动，火花塞产生电火花，故此冲程为汽油机的做功冲程。
[2]汽油机的一个工作循环中，经历四个冲程，飞轮转动两周，对外做功一次，因为该汽油机飞轮的转速是3600r/min=60r/s，所以飞轮每秒转动60周，则汽油机每秒钟对外做功30次。
18． 做功 压缩
【解析】
【详解】
[1]将装有一小半沙子的试管用力晃动多次，观察到温度计的示数升高，是由于沙子克服摩擦力做功，机械能转化为内能，使沙子的内能增大，温度升高，这是通过做功的方式改变物体的内能。
[2]热机的压缩冲程中，机械能转化为内能，做功冲程中，内能转化为机械能，所以该过程与热机的压缩冲程能量转化过程相同。
19． 内 机械 做功
【解析】
【详解】
[1][2]当试管内水被酒精灯加热后，水蒸气的内能逐渐增大，最后会把塞子冲出去，水蒸气的内能转化为了塞子的机械能。
[3] 汽油机的做功冲程是将汽油燃烧产生的内能转化为曲轴的机械能，因此这一现象与做功冲程的能量转化相同。
20． 减少 做功
【解析】
【详解】
[1][2]汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能。气缸内蒸汽体积膨胀，对外做功，内能减少，推动活塞运动，使舰载机获得巨大的动能，此过程的能量转化方式类似于汽油机的做功冲程，都是将内能转化为机械能。
试卷第10页，共10页