第 04 讲《10.4 热机》（分层练习）（解析版）
一、单选题
1．中国太空站航天员乘组首次成功完成在轨交接后，“神舟十四号”乘组的三名航天员
于 2022 年 12 月 4 日顺利返回地面。当返回舱进入大气层后，与大气会摩擦产生高温形
成“火球”。如图所示是汽油机工作循环的四个冲程，其能量转化与“火球”形成时的能量
转化相同的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】B。
【解析】“火球”的形成是返回舱进入大气层，与大气层摩擦生热形成的，是克服摩擦做
功，使机械能转化为内能。
A．图中吸气阀打开，排气阀关闭，活塞下行，是吸气冲程，没有能量的转化；故 A 不
符合题意；
B．图中两气阀紧闭，活塞向上运动，是压缩冲程，机械能转化为内能；故 B 符合题意；
C．图中两气阀关闭，火花塞点火，是做功冲程，内能转化为机械能；故 C 不符合题意；
D．图中排气阀打开，吸气阀关闭，活塞上行，是排气冲程，没有能量的转化；故 D 不
符合题意。
2．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。
【解析】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。
3．光发动机可用于卫星的能源补充，原理如图，密闭气室中 N 2O4 在光照下会分解，使
气室气压增大，推动活塞右移，无光条件下发生逆反应；控制光照即可实现活塞往复运
动。活塞右移过程相当于汽油机的（ ）
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】当活塞右移时，活塞对外做功，则该过程相当于汽油机四个冲程中的做功冲程。
故 C 符合题意，ABD 不符合题意。
4．内燃机的发明，使人类的许多梦想得以实现:飞机，汽车，潜艇、坦克等等，都是在
内燃机发明之后才研制成功的。下列有关四冲程内燃机的说法正确的是（ ）
A．汽油机和柴油机吸入汽缸的物质相同 B．汽油机和柴油机都通过火花塞点火
C．压缩冲程把机械能转化为内能 D．一个工作循环做四次功
【答案】C。
【解析】A．内燃机工作过程中，汽油机吸入汽缸的是空气和汽油的混合物，柴油机吸
入汽缸的是空气，故 A 错误；
B．汽油机通过火花塞点火，柴油机顶部有一个喷油嘴，通过压燃式点火，故 B 错误；
C．内燃机的四个冲程中，压缩冲程把机械能转化为内能，做功冲程把内能转化为机械
能，故 C 正确；
D．四冲程内燃机工作时，活塞在汽缸中往复运动两次，完成一个工作循环，做一次功，
共四个冲程，故 D 错误。
5．为了实现人类的可持续发展，中国庄严承诺 2030 年碳达峰，2060 年碳中和，汽车
已经走入千家万户，实现汽车的能源高效利用对实现碳中和具有实际的意义。如图所示
是某节能汽车发动机某个冲程的示意图，下列说法正确的是（ ）
A．该冲程是压缩冲程
B．活塞与汽缸壁之间无摩擦
C．气门两侧内外的气压相同
D．该冲程部分内能转化为活塞的机械能
【答案】D。
【解析】AD．根据图示可知，两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，汽缸容
积增大，因此是做功冲程，在做功冲程中将内能转化为机械能，故 A 错误，D 正确；
B．活塞在上下运动过程中与汽缸壁之间有摩擦，将一部分的机械能转化为内能，故 B
错误；
C．进气门一侧空气和汽油的温度低，气压低，外面气压相对较大，气体才能进入汽缸；
排气门的一侧温度高，气压高，外面气压相对较低，气体才能排出汽缸。因此气门两侧
内外气压不同。故 C 错误。
6．如图为甲、乙两汽油机的数据。两者相比，甲汽油机（ ）
A．热机效率较大 B．热机效率较小
C．产生的有用机械能较少 D．产生的有用机械能较多
【答案】B。
【解析】AB．由图可知，甲汽油机有用机械能的占比为 25%，乙汽油机有用机械能的
占比为 30%，所以，甲汽油机热机效率较小，乙汽油机热机效率较大，故 A 不符合题
意，B 符合题意；
CD．由图可知，甲损耗的能量为 1800J，占比为 75%，则甲获取的总能量
Q
Q 甲损 1800J甲总 = = = 2400Jh甲损 75%
获得的有用机械能
W 甲有=η 甲 Q 甲总=25%×2400J=600J
同样，由图可知，乙损耗的能量为 1400J，占比为 70%，则乙获取的总能量
Q
Q 乙损 1400J乙总 = = = 2000Jh乙损 70%
获得的有用机械能
W 乙有=η 乙 Q 乙总=30%×2000J=600J
即 W 甲有=W 乙有，故 CD 不符合题意。
7．如图所示，用电热水壶烧水至沸腾时，水蒸气会顶开壶盖。以下说法正确的是（ ）
A．烧水过程中，水的内能增加，这是通过做功的方式实现的
B．烧水过程中，利用了电流的热效应，水吸收的热量可以用公式 Q=I2R 计算
C．水蒸气顶开壶盖，该过程的能量转化情况与四冲程汽油机的做功冲程相同
D．水蒸气顶开壶盖后，内能增加，温度升高，最终液化为小水滴
【答案】C。
【解析】A．烧水过程中，水的内能增加，这是通过热传递的方式实现的，故 A 错误；
B．烧水过程中，利用了电流的热效应，水吸收的热量可以用公式 Q=cmΔt 来计算，故
B 错误；
C．水蒸气顶开壶盖，内能转化为机械能，该过程的能量转化情况与四冲程汽油机的做
功冲程相同，故 C 正确；
D．水蒸气顶开壶盖后，内能减少，温度降低，水蒸气液化成小水滴，故 D 错误。
8．如图所示的实验，当试管中的水蒸气压力增加到一定程度后，橡皮塞被水蒸气冲出
试管口。下列有关该实验的分析正确的是（ ）
A．该实验过程类似内燃机车工作过程 B．该实验过程类似蒸汽机车工作过程
C．蒸气将橡皮塞冲出，蒸气内能增加 D．橡皮塞落地过程中，其机械能增加
【答案】B。
【解析】AB.塞子被试管内的水蒸气推出过程是水蒸气的内能转化为塞子机械能的过程，
类似蒸汽机车工作过程，故 A 错误，B 正确；
C.在塞子被冲出试管口的过程中，水蒸气膨胀做功，将内能转化为塞子的机械能，水蒸
气的内能减小，故 C 错误；
D.橡皮塞落地过程中，与空气摩擦，克服摩擦做功，机械能减小，故 D 错误。
二、填空题
9．连日来，大风扬沙肆虐，空气质量和能见度大幅降低，康巴什区各相关单位采取多
项措施积极应对极端天气，其中使用雾炮车向空中喷水雾能使尘埃粒子快速沉降到地
面，起到净化空气的作用，确保居民生活环境的健康安全。该雾炮车的发动机是柴油机。
柴油机四个冲程中的 冲程实现了内能转化为机械能，驱动雾炮车前进。柴油机工
作时会产生大量热，需要用水进行降温，是利用水的 大的特性。
【答案】 做功 比热容
【解析】[1]柴油机四个冲程分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程，四冲程
柴油机在做功冲程中将内能转化为机械能。
[2]汽油机工作时会产生大量热，一般用水做冷却剂，是因为水的比热容大，在质量相同、
升高的温度相同时，水可以吸收更多的热量。
10．2021 年是中国共产党成立一百周年，学校组织学生观看献礼建党 100 周年纪录电
影，如图是电影中志愿军战士使用机枪英勇杀敌时的情景。子弹中的火药燃烧爆炸推动
弹头射出，此过程与内燃机的 冲程原理相同，弹头从枪口飞出后能继续向前运
动，是由于弹头具有 。
【答案】 做功 惯性
【解析】[1]子弹中的火药燃烧爆炸推动弹头射出，燃气对子弹做功，故和内燃机的做功
冲程原理相同。
[2]子弹离开枪口后，由于惯性继续前进。
11．如图是用热成像手机拍摄的老师擦黑板时的情景。从手机屏幕上看到，黑板擦过的
地方又红又亮，其它地方较暗，说明擦黑板的过程，黑板的内能变 ；如图汽油
机四个冲程中，图 的原理与其相同（选填“甲”、“乙”、“丙”、“丁”）。
【答案】 大 乙
【解析】[1]红外线具有热效应，温度越高的物体辐射红外线的能力越强，热成像手机是
利用红外线工作的。黑板擦过的地方又红又亮，其它地方较暗，说明擦黑板的过程，克
服摩擦做功，黑板的内能变大，温度升高。
[2]擦黑板的过程中，机械能转化为内能。甲图中，进气门打开，排气门关闭，活塞向下
运行，是吸气冲程；乙图中，两气门都关闭，活塞向上运行，汽缸容积减小，是压缩冲
程，机械能转化为内能；丙图中两气门都关闭，活塞向下运行，火花塞点火，汽缸容积
增大，是做功冲程，内能转化为机械能；丁图中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运
动，汽缸容积减小，是排气冲程。故汽油机四个冲程中，图乙的原理与其相同。
12．如表是广受欢迎的长城 WEVVV6 汽车的四缸四冲程发动机配置表（部分）。从表
中可以看出，发动机每分钟对外做功 次。发动机工作过程中，把燃料燃烧产生
的内能转化为汽车的 能。油箱加满油之后，完全燃烧可以产生热量 J（q
7 3 3
汽油＝3×10 J/kg，ρ 汽油＝0.8×10 kg/m ）。
最大功率 最大转速 燃料 燃油 油箱容积
型号 排量（L）
（kW） （r/min） 形式 标号 （L）
E20CB 2 167 5500 汽油 92 56
【答案】 2750 机械 1.344×109
【解析】[1]由配置表可知，四冲程发动机的飞轮转速为 5500r/min，即每分钟飞轮转 5500
圈，由于四冲程发动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，
所以发动机每分钟对外做功的次数为
1
5500次 = 2750次
2
[2]发动机工作过程中，把燃料燃烧产生的内能转化为汽车的机械能，给汽车提供动力。
[3]油箱内汽油的体积
V＝56L＝56dm3＝0.056m3
由ρ=
m
可知，汽油的质量为
V
m＝r V＝0.8 103 kg/m3 0.056m3＝44.8kg
汽油
汽油完全燃烧放出的热量
Q ＝mq ＝44.8kg 3 107J/kg＝1.344 109J
放 汽油
13．如图是流行于民间的玩具式走马灯，点燃底部蜡烛，热空气上升驱动扇叶转动，它
的能量转化和四冲程内燃机 冲程相同，某单缸四冲程内燃机的飞轮转速
1200r/min，则 1s 内该内燃机对外做功 次；走马灯转动时，观众惊奇地看到纸片
小人的影子动了起来，影子形成的原理是 。
【答案】 做功 10 光的直线传播
【解析】[1]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，该过程和四冲
程汽油机的做功冲程的能量转化相同。
[2]飞轮转速是 1200r/min＝20r/s，表示每秒飞轮转动 20 圈，内燃机完成 10 个工作循环，
对外做功 10 次。
[3]光现象中，影子形成的原理是光的直线传播。
14．小明利用图示装置进行实验，加热试管使水沸腾是通过 （选填“热传递”
或“做功”）的方式改变水的内能，在水蒸气驱动下叶轮转动起来，这个实验体现了
（选填“热机”或“电动机”）的原理。
【答案】 热传递 热机
【解析】[1]给试管中的水加热，水吸收热量，内能增大，这是通过热传递来改变水的内
能。
[2]水沸腾汽化为水蒸气，高温的水蒸气可以驱动叶轮转动，将内能转化为机械能，与热
机的原理相同。
三、简答题
15．2022 年 4 月 16 日，神舟十三号载人飞船返回舱进入大气层后下落（如图所示）。
接近地面时反推发动机点火，最终返回舱在东风着陆场预定区内实现软着陆。
（1）返回舱刚进入大气层下落时，机械能大小如何变化，为什么？
（2）反推发动机属于喷气式发动机，反推发动机是否属于热机？
【答案】（1）见解析（2）是
【解析】（1）机械能减小。原因是返回舱刚进入大气层后，降落伞相继打开，临近地面
时，反推发动机启动向下喷气，给气体一个向下的力，由于物体间力的作用是相互的，
气体给返回舱一个向上的力，迫使返回舱减速“刹车”，由于速度减小，故动能减小；返
回舱下落过程中高度减小，故重力势能减小；由于返回舱与大气摩擦，机械能转化为内
能，故机械能减小。
（2）热机的种类很多，例如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机都属于热机。第 04 讲《10.4 热机》（分层练习）（原卷版）
一、单选题
1．中国太空站航天员乘组首次成功完成在轨交接后，“神舟十四号”乘组的三名航天员
于 2022 年 12 月 4 日顺利返回地面。当返回舱进入大气层后，与大气会摩擦产生高温形
成“火球”。如图所示是汽油机工作循环的四个冲程，其能量转化与“火球”形成时的能量
转化相同的是（ ）
A． B．
C． D．
2．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
3．光发动机可用于卫星的能源补充，原理如图，密闭气室中 N 2O4 在光照下会分解，使
气室气压增大，推动活塞右移，无光条件下发生逆反应；控制光照即可实现活塞往复运
动。活塞右移过程相当于汽油机的（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
4．内燃机的发明，使人类的许多梦想得以实现:飞机，汽车，潜艇、坦克等等，都是在
内燃机发明之后才研制成功的。下列有关四冲程内燃机的说法正确的是（ ）
A．汽油机和柴油机吸入汽缸的物质相同 B．汽油机和柴油机都通过火花塞点火
C．压缩冲程把机械能转化为内能 D．一个工作循环做四次功
5．为了实现人类的可持续发展，中国庄严承诺 2030 年碳达峰，2060 年碳中和，汽车
已经走入千家万户，实现汽车的能源高效利用对实现碳中和具有实际的意义。如图所示
是某节能汽车发动机某个冲程的示意图，下列说法正确的是（ ）
A．该冲程是压缩冲程
B．活塞与汽缸壁之间无摩擦
C．气门两侧内外的气压相同
D．该冲程部分内能转化为活塞的机械能
6．如图为甲、乙两汽油机的数据。两者相比，甲汽油机（ ）
A．热机效率较大 B．热机效率较小
C．产生的有用机械能较少 D．产生的有用机械能较多
7．如图所示，用电热水壶烧水至沸腾时，水蒸气会顶开壶盖。以下说法正确的是（ ）
A．烧水过程中，水的内能增加，这是通过做功的方式实现的
B．烧水过程中，利用了电流的热效应，水吸收的热量可以用公式 Q=I2R 计算
C．水蒸气顶开壶盖，该过程的能量转化情况与四冲程汽油机的做功冲程相同
D．水蒸气顶开壶盖后，内能增加，温度升高，最终液化为小水滴
8．如图所示的实验，当试管中的水蒸气压力增加到一定程度后，橡皮塞被水蒸气冲出
试管口。下列有关该实验的分析正确的是（ ）
A．该实验过程类似内燃机车工作过程 B．该实验过程类似蒸汽机车工作过程
C．蒸气将橡皮塞冲出，蒸气内能增加 D．橡皮塞落地过程中，其机械能增加
二、填空题
9．连日来，大风扬沙肆虐，空气质量和能见度大幅降低，康巴什区各相关单位采取多
项措施积极应对极端天气，其中使用雾炮车向空中喷水雾能使尘埃粒子快速沉降到地
面，起到净化空气的作用，确保居民生活环境的健康安全。该雾炮车的发动机是柴油机。
柴油机四个冲程中的 冲程实现了内能转化为机械能，驱动雾炮车前进。柴油机工
作时会产生大量热，需要用水进行降温，是利用水的 大的特性。
10．2021 年是中国共产党成立一百周年，学校组织学生观看献礼建党 100 周年纪录电
影，如图是电影中志愿军战士使用机枪英勇杀敌时的情景。子弹中的火药燃烧爆炸推动
弹头射出，此过程与内燃机的 冲程原理相同，弹头从枪口飞出后能继续向前运
动，是由于弹头具有 。
11．如图是用热成像手机拍摄的老师擦黑板时的情景。从手机屏幕上看到，黑板擦过的
地方又红又亮，其它地方较暗，说明擦黑板的过程，黑板的内能变 ；如图汽油
机四个冲程中，图 的原理与其相同（选填“甲”、“乙”、“丙”、“丁”）。
12．如表是广受欢迎的长城 WEVVV6 汽车的四缸四冲程发动机配置表（部分）。从表
中可以看出，发动机每分钟对外做功 次。发动机工作过程中，把燃料燃烧产生
的内能转化为汽车的 能。油箱加满油之后，完全燃烧可以产生热量 J（q
＝3×107J/kg，ρ ＝0.8×103kg/m3汽油 汽油 ）。
最大功率 最大转速 燃料 燃油 油箱容积
型号 排量（L）
（kW） （r/min） 形式 标号 （L）
E20CB 2 167 5500 汽油 92 56
13．如图是流行于民间的玩具式走马灯，点燃底部蜡烛，热空气上升驱动扇叶转动，它
的能量转化和四冲程内燃机 冲程相同，某单缸四冲程内燃机的飞轮转速
1200r/min，则 1s 内该内燃机对外做功 次；走马灯转动时，观众惊奇地看到纸片
小人的影子动了起来，影子形成的原理是 。
14．小明利用图示装置进行实验，加热试管使水沸腾是通过 （选填“热传递”
或“做功”）的方式改变水的内能，在水蒸气驱动下叶轮转动起来，这个实验体现了
（选填“热机”或“电动机”）的原理。
三、简答题
15．2022 年 4 月 16 日，神舟十三号载人飞船返回舱进入大气层后下落（如图所示）。
接近地面时反推发动机点火，最终返回舱在东风着陆场预定区内实现软着陆。
（1）返回舱刚进入大气层下落时，机械能大小如何变化，为什么？
（2）反推发动机属于喷气式发动机，反推发动机是否属于热机？
