第二章 改变世界的热机 （含解析）2024-2025学年物理教科版九年级上册

改变世界的热机
一、单选题（共10小题，每小题4分，共40分）
1.四冲程内燃机工作时，将内能转化成机械能的冲程是( )
A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程
2.如图是四冲程汽油机工作原理示意图，下列说法正确的是( )
A.甲图是吸气冲程，吸入汽缸的物质是汽油
B.乙图冲程是通过做功使燃料混合物内能增加
C.丙图冲程中，燃气的内能增加、温度升高
D.甲、丙、丁是辅助冲程，靠飞轮惯性完成
3.汽油机在压缩冲程结束后，下一个冲程对应的气缸工作状态是( )
A. B. C. D.
4.如图是某内燃机工作过程中的工作示意图，下列说法正确的是( )
A.随着技术的进步，内燃机的效率可以达到100%
B.这是压缩冲程，此冲程中内能转化为机械能
C.内燃机飞轮的转速是2400 r/min，其每秒对外做功30次
D.热机的效率越高，它将内能转化为机械能的比例越大
5.汽车已经成为现代生活不可缺少的一部分，汽车多数采用汽油机作为发动机，如图是四冲程汽油机的工作循环示意图，下列说法中正确的是( )
A.在一个工作循环中工作过程依次是丁、丙、甲、乙
B.甲冲程是通过做功的方式改变内能；丙冲程将内能转化为机械能
C.甲、丙冲程是获得动力完成的；乙、丁冲程是靠飞轮的惯性完成的
D.丁冲程是吸气冲程，只吸入空气，汽油是由喷油嘴喷入汽缸的
6.汽车是常见的交通工具，如图甲、乙分别是某汽油机的某冲程及能量流向图。下列有关说法正确的是( )
A.甲图中活塞对汽缸内的气体做功，气体的温度降低
B.乙图中汽油机的效率是30%
C.汽车尾气中的“汽油味”越浓，燃料燃烧得越不充分，汽油的热值越小
D.冬天汽车都会利用废气中的余热给车内供暖，该举措提高了燃料的利用率
7.关于燃料的热值，以下说法正确的是( )
A.煤的热值比干木柴大，因此1 kg煤完全燃烧放出的热量一定比1 kg干木柴多
B.越容易燃烧，放热越多的燃料，其热值越大
C.火箭所用燃料是液态氢，因为液态氢燃烧放出的热量一定比汽油和柴油高
D.燃料的热值与燃料的质量成反比
8.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
9.点燃孔明灯底部的蜡烛后，它就会自动升空。关于这一过程，下列说法不正确的是( )
A.孔明灯内的空气吸收热量，温度升高
B.孔明灯自动升空不遵循能量守恒定律
C.孔明灯上升过程中将内能转化为机械能
D.孔明灯升空和热机工作原理相同
10.如图所示，甲、乙是课堂上看到的两个演示实验示意图；丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的其中两个冲程的示意图，下列说法正确的是( )
A.甲图的能量转化是内能转化为机械能
B.乙图的能量转化是机械能转化为内能
C.丙图是汽油机的做功冲程
D.丁和乙图是利用内能来做功的
二、填空题（共38分）
11.某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000 r/min，则该汽油机每分钟做功______次。如果完全燃烧500 g汽油放出的热量是______J。（汽油的热值是）
12.某中学为学生供应开水，用焦炭作为燃料，焦炭燃烧过程，将______能转化为内能；已知焦炭的热值是，现完全燃烧了4.2 kg的焦炭，放出的热量为______J，设该热量全部被水吸收，能将______kg的水从20 ℃加热到100 ℃[已知]。
13.某单缸四冲程内燃机的一个冲程剖面图如图所示。由图可知，该内燃机是______（选填“汽油机”或“柴油机”），该冲程是______冲程。若该内燃机的一个工作循环对外做功30 J，则燃料完全燃烧放出的热量一定______（选填“大于”“等于”或“小于”）30 J。
14.如图甲所示，在试管内装些水，用软木塞塞住，给水加热，通过______（选填“做功”或“热传递”）方式使水的内能增加。水沸腾，水蒸气会把木塞冲开将水蒸气______能转化为活塞的______能，四冲程内燃机的______冲程与这个工作原理相同。根据图乙给出的内燃机能量流向的信息图，可知该内燃机的工作效率为______%。
15.烈日下的海边，沙子热得烫脚，而海水却不怎么热，这是因为海水的______大；火箭的燃料用了液态氢是因为液态氢的______比较大（前两空选填“比热容”或“热值”），若完全燃烧2 kg的氢燃料，可放出热量______J。（已知氢燃料热值）
16.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3600 r/min，则该汽油机每秒内对外做功______次。
17.阅读材料，回答问题。
燃气轮机
燃气轮机是以连续流动的气体带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机工作时将空气从进气口吸入，通过压气叶片将其压力升高，送入燃烧室后，与周围喷入的天然气混合并点火燃烧。气体燃烧受热后膨胀，进入涡轮区逐级推动叶片转动，叶片转动带动轴和轴上连接的机械一起转动，最后气体从出气口排出，成为废气。因为涡轮叶片要在燃料燃烧的温度下工作，所以保护这些高温热部件是燃气轮机真正的难点。为了在工作中保护叶片，会将冷空气引入到叶片上，从叶片上的孔中喷出，与燃烧膨胀的热空气逆流，形成冷却的气膜包裹叶片，在一种动平衡下持续工作。
燃气轮机和冲程发动机不同，没有往复过程，燃气轮机是连续不间断地旋转做功，效率比柴油机高得多，体积小，但单位体积出能大。
（1）燃气轮机是将燃料的能量转变为______的内燃式动力机械。燃气轮机在工作时为保护涡轮叶片将______从叶片上的孔中喷出形成冷却的气膜包裹叶片。
（2）燃气轮机的整个工作过程相当于内燃机的______冲程。
（3）燃气轮机与冲程发动机相比，它的优势有__________________（写出一条即可）。
18.随着人们生活水平的提高，汽车已经进入千家万户，它给我们的生活提供了便利，促进了社会的发展。请你解答：
（1）当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率会_______（选填“升高”“降低”或“不变”）。
（2）如图1所示为汽车发动机的四个冲程。图_______所示的冲程是给汽车提供动力的。该汽油机飞轮的转速为1800 r/min，则每秒钟对外做功_______次。
（3）小明同学阅读了某发动机的说明书后，将发动机的能量流向制成了如图2所示的图表，请根据给出的信息计算：完全燃烧0.2 kg的汽油能够获得_______J的能量，这些能量能产生_______J的有用功。（汽油的热值为）
三、计算题（共22分）
19.（10分）“自嗨锅”成为当下一种时尚快餐，很受年轻人喜爱。现用它里面的发热包将600g水从5℃加热至沸腾（1个标准气压下）。
（1）此加热过程中，提供给水的热量至少为多少；
（2）如果用效率50%的酒精灯给600g水加热升高同样温度，酒精燃烧放出的热量为多少；
（3）若用（2）中酒精灯加热，则至少需要多少酒精？[，]
20.（12分）某初中开展“节能与环保”主题活动。请你和他们一起，完成以下活动内容。
（1）垃圾燃烧时，把______能转化为______能。
（2）小明调查发现：焚烧1吨垃圾相当于完全燃烧20千克无烟煤放出的热量。则每天焚烧5吨生活垃圾放出的热量是多少？（无烟煤热值为）
（3）若这些热量的50%用来加热自来水，则可以使多少千克初温为20 ℃的自来水温度升高到40 ℃？[，结果保留两位小数]
（4）垃圾焚烧发电虽然有效利用了能源，但不可避免地带来了环境污染。请写出一种减小污染的有效措施。
答案以及解析
1.答案：C
解析：在四冲程内燃机工作时，压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程将内能转化为机械能，吸气冲程和排气冲程没有发生能量转化。
故选C。
2.答案：B
解析：甲图中进气门打开，活塞向下运行，汽缸容积增大，是吸气冲程，汽油机吸气冲程中，吸入汽缸的是空气和汽油的混合物，故A错误；乙图中两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，机械能转化为内能，此冲程通过做功使燃料混合物内能增加，故B正确；丙图中两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，此冲程将内能转化为机械能，燃气的内能减小，温度降低，故C错误；丙是做功冲程，做功冲程对外提供动力，不是依靠飞轮的惯性完成的，故D错误。
3.答案：A
解析：汽油机四个冲程是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，在该汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下一个冲程是做功冲程；
A.图中两个气门关闭，活塞向下运动，为做功冲程，故A符合题意；
B.图中两个气门关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，故B不符合题意；
C.图中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，为吸气冲程，故C不符合题意；
D.图中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，为排气冲程，故D不符合题意。
故选A。
4.答案：D
解析：内燃机在工作过程中不可避免地要克服机械间的摩擦而做额外功，因此内燃机的效率不能达到100%；从图中信息可知，进气门、排气门都关闭，活塞向上运动，这是压缩冲程，此冲程中机械能转化为内能：内燃机飞轮每转两圈，完成一个工作循环，对外做一次功；已知内燃机飞轮的转速是2400 r/min=40 r/s，则每秒完成20个工作循环，对外做20次功；热机效率越高，热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量的比值越大，内能转化为机械能的比例越大。选D。
5.答案：B
解析：A.甲图中，两气门关闭，活塞上行，为压缩冲程；乙图中，进气门关闭，排气门打开，活塞上行，为排气冲程；丙图中，两气门关闭，活塞下行，为做功冲程；丁图中，进气门打开，排气门关闭，活塞下行，为吸气冲程；在一个工作循环中工作过程依次是丁、甲、丙、乙，故A错误；
B.甲为压缩冲程，活塞压缩缸内气体，使气体内能增大，温度升高，是通过做功来改变气体的内能；丙为做功冲程，高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，故B正确；
C.只有做功冲程是获得动力完成的，吸气、压缩、排气三个冲程都是靠飞轮的惯性完成的，故C错误；
D.丁冲程是吸气冲程，吸入的是空气和汽油蒸气的混合物，故D错误。
故选B。
6.答案：D
解析：A.两个气门都关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，活塞对汽缸内的气体做功，气体的温度升高，故A错误；
B.热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，由图可知，输出有用机械能所占比例为：，即该汽油机的效率为28%，故B错误；
C.燃料的热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关，因此汽油机工作时汽油没有完全燃烧，汽油的热值不变，同时冬天汽车利用尾气中的余热给车内供暖，燃料的热值也不变，故C错误；
D.汽车的尾气含有大量的内能，为节能，冬天汽车都会利用尾气中的余热给车内供暖，该举措大大提高了燃料的利用率，故D正确。
故选D。
7.答案：A
解析：煤的热值比干木柴大，因此1 kg煤完全燃烧放出的热量一定比1 kg干木柴多，故A正确；热值是燃料的一种特性，与是否容易燃烧和燃料的质量无关，故B、D错误；某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值，液态氢燃烧放出的热量不一定比汽油和柴油高，故C错误。
8.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1800 J，占比为75%，则甲获取的总能量
获得的有用机械能
同样，由图可知，乙损耗的能量为1400 J，占比为70%，则乙获取的总能量
获得的有用机械能
即，故CD不符合题意。
故选B。
9.答案：B
解析：点燃底部的蜡烛后，孔明灯内空气吸收热量，温度升高，故A说法正确；任何的能量转化和转移都遵循能量守恒定律，故B说法错误；孔明灯上升过程中，将蜡烛燃烧释放的内能转化为孔明灯的机械能；热机是将内能转化为机械能的机器，孔明灯升空和热机的工作原理相同，故C、D说法正确。
10.答案：D
解析：甲图用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，机械能转化为内能。乙图对试管中的水加热，加快水的蒸发，使试管中水的内能增大体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能。丙图两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，把机械能转化为内能。丁图两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，火花塞点火，是做功冲程，将内能转化为机械能。综上所述，D正确。
11.答案：1500；
解析：四冲程汽油机的飞轮转速为，即汽油机飞轮每分钟转3000圈，由于四冲程汽油机一个工作循环完成4个冲程，曲轴转2圈，对外做功1次，所以该汽油机每分钟做功1500次；完全燃烧500 g汽油放出的热量。
12.答案：化学；；375
解析：焦炭燃烧过程中消耗化学能，得到内能，将化学能转化为内能；焦炭完全燃烧放出的热量：；水吸收的热量：；根据可知，水的质量：。
13.答案：汽油机；做功；大于
解析：由图可知，内燃机的顶端是火花塞，所以该内燃机是汽油机。图中内燃机的两气门都关闭，火花塞，点火，活塞向下运动，是做功冲程。热机在工作过程中，排放废气、克服摩擦做功等会带走大量的热量，所以若内燃机一个工作循环对外做功30 J，则燃料完全燃烧所放出的热量一定大于30 J。
14.答案：热传递；内；机械；做功；32
解析：用酒精灯给试管内的水加热过程中，水吸收热量、内能增加，是通过热传递的方式改变水的内能的；水蒸气冲开木塞过程中，水蒸气对木塞做功，水蒸气的内能转化为木塞的机械能，这一过程的能量转化情况与内燃机做功冲程相同；由图可知，做有用功的能量所占比例：，所以该内燃机的工作效率为32%。
15.答案：比热容；热值；
解析：相同质量的海水和沙子，在吸收相同的热量时，由于海水的比热容比沙子的大，所以沙子升高的温度大，海水升高的温度小，故可以感觉到沙子烫脚，而海水却不怎么热；火箭使用液氢作燃料，是由于液氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的液氢和其他燃料，液氢可以释放更多的热量。完全燃烧2 kg的氢燃料，可放出的热量为。
16.答案：做功；30
解析：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；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，所以飞轮每秒转动60周，则汽油机每秒对外做功30次。
17.答案：（1）有用功；冷空气
（2）做功
（3）连续不间断地旋转做功，效率比柴油机高得多
解析：（1）燃气轮机是将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械。燃气轮机在工作时为保护涡轮叶片将冷空气从叶片上的孔中喷出形成冷却的气膜包裹叶片；
（2）燃气轮机的整个工作过程相当于内燃机的做功冲程；
（3）燃气轮机与冲程发动机相比，它的优势有连续不间断地旋转做功，效率比柴油机高得多。
18.答案：（1）降低
（2）丁；15
（3）
解析：（1）汽车发动机工作时将内能转化为机械能，冒“黑烟”说明燃料燃烧不充分，有用功占燃料完全燃烧放出的总能量的比值变小，所以效率降低；
（2）甲图中的两个阀门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程；乙图中的进气阀门关闭，排气阀门打开，活塞向上运动，是排气冲程；丙图中进气阀门打开，排气阀门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程；丁图中的两个阀门都关闭，活塞向下运动，火花塞点火，是做功冲程；因为做功冲程将内能转化为机械能，所以给汽车提供动力的是丁图；因为汽车发动机工作时，四个冲程做1次功，飞轮转2转，所以该汽油机每秒钟做功的次数为；
（3）完全燃烧0.2 kg的汽油产生的热量：，由图2可知，汽车输出的有用功所占总能量的比例为：，则产生的有用功：。
19.答案：（1）；（2）；（3）15.96g
解析：（1）1个标准大气压下，水的沸点为100℃，此加热过程中，提供给水的热量至少为
（2）酒精燃烧放出的热量为
（3）需要酒精的质量为
20.答案：（1）化学；内
（2）
（3）
（4）见解析
解析：（1）垃圾燃烧时，把化学能转化为内能；
（2）每天焚烧5吨生活垃圾放出的热量；
（3）自来水吸收的热量，由得，水的质量为；
（4）为了减少污染，我们可以采取垃圾分类处理的措施。