12.4热机与社会发展
【知识点1】冲程的个数 1
【知识点2】热机的效率公式与计算 2
【知识点3】四冲程的能量转化 3
【知识点4】热机的效率的概念 4
【题型1】热机及其能量转化 5
【题型2】热机的效率 8
【题型3】汽油机的工作原理 9
【题型4】汽油机与柴油机的区别 12
【知识点1】冲程的个数
在单缸四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环，每个工作循环曲轴转2周，活塞上下往复2次，做功1次。
考查冲程个数的计算。
例：科幻大片《流浪地球》中地球为摆脱木星，主人公点燃了木星上的可燃气体，从而将地球推离木星。在推离过程中能的转化方式，与四冲程内燃机的______冲程的能量转化方式相同。若单缸四冲程汽油机飞轮转速为1200r/min，则1s内完成______个冲程。
分析：（1）四冲程内燃机的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；
（2）四冲程汽油机的一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次。
解析：解：可燃气体燃烧时产生大量的内能，内能转化为机械能，从而将地球推离木星；而四冲程内燃机的做功冲程中将内能转化为机械能，所以在推离过程中能的转化方式，与四冲程内燃机的做功冲程的能量转化方式相同；
单缸四冲程汽油机飞轮转速为1200r/min=20r/s，即汽油机的飞轮每秒转20圈，由于四冲程汽油机的一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次，所以该汽油机1s内完成40个冲程。
故答案为：做功；40。
点评：本题考查内燃机工作过程中的能量转化、燃料燃烧过程中的能量转化以及热机的有关计算，是一道基础题。
转数与做功次数和工作循环的个数的关系：
一个工作循环=四个冲程=曲轴、飞轮转动两周=活塞往复运动两次=对外做功一次=两次能量转化
【知识点2】热机的效率公式与计算
（1）定义：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率，其表达式为：η=×100%．由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1．
（2）物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是描述热机性能的一个重要指标。
热机效率会以条件出现，也会考查热机效率的计算，通常在综合计算中考查。
例：如图，是一台以柴油为动力的双履带消防机器人，质量为1000kg，静止时履带与地面接触总面积为0.4m2。在某段平直公路上，机器人以3m/s的速度匀速行驶3min，其受到的阻力为2000N，通过这段路程共消耗0.09kg柴油（q柴油=4.0×107J/kg；g取10N/kg）。求：
（1）机器人3min通过的路程；
（2）机器人静止时，对水平地面产生的压强；
（3）机器人在这段路程中消耗柴油用于牵引力做功的效率。
分析：（1）利用速度计算公式求得机器人3min通过的路程；
（2）利用G=mg可求出机器人的重力，在水平地面上，机器人对地面的压力等于机器人的重力，根据p=得到机器人静止在水平地面时对地面产生的压强；
（3）根据题意和二力平衡条件求出机器人受到的牵引力，利用W=Fs求得牵引力做功，利用Q放=mq求得柴油燃烧放出的热量，进一步求得机器人在这段路程中消耗柴油用于牵引力做功的效率。
解析：解：（1）机器人3min通过的路程
s=vt=3m/s×3×60s=540m
（2）机器人静止时对地面的压力
F=G=mg=1000kg×10N/kg=1×104N
对水平地面产生的压强
（3）机器人匀速行驶，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，所以，牵引力的大小
F′=f=2000N
牵引力做的功
W=F′s=2000N×540m=1.08×106J
柴油完全燃烧释放的热量
Q放=mq=0.09kg×4.0×107J/kg=3.6×106J
牵引力做功的效率
答：（1）机器人3min通过的路程为540m；
（2）机器人静止时，对水平地面产生的压强为2.5×104Pa；
（3）机器人在这段路程中消耗柴油用于牵引力做功的效率为30%。点评：本题考查了速度公式、压强公式以及功率公式，注意当机器人匀速直线运动时，牵引力与阻力是一对平衡力。
对于热机效率可与机械效率进行对比理解，热机效率是衡量热机性能好坏的一个重要参数，要提高热机的效率就是要提高热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，并且热机的效率总小于1．
【知识点3】四冲程的能量转化
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．
根据题干信息，判断与题目相同能量转化的冲程，或者以概念的形式进行考查，常以选择填空中一小问为主。
例：如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，利用酒精灯加热一段时间，观察现象。对时于这个过程的分析，下列说法正确的是（ ）
A.酒精燃烧过程中将化学能转化为内能
B.管内水沸腾后将橡胶塞冲出，水蒸气的内能会减少
C.管内水沸腾后将橡胶塞冲出，管口出现的“白气”是水蒸气
D.该过程的能量转化跟内燃机的做功冲程相同
分析：（1）燃料燃烧的过程是将化学能转化为内能的过程。
（2）做功和热传递都能改变物体的内能。
（3）当对物体做功时，机械能转化为物体的内能，物体的内能增大；当物体对外做功时，物体的内能转化为机械能，物体的内能减小。
解析：解：
A、酒精燃烧将化学能转化为内能，故A正确。
BC、水蒸气对软木塞做功，将塞子推出，水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，水蒸气内能减小、温度降低，液化成小水珠飘散在空中，即“白气”，故B正确，C错误。
D、水蒸气对软木塞做功，将塞子推出，水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，内燃机的做功冲程中，内能转化为机械能，所以能量转化跟内燃机的做功冲程相同，故D正确。
故选：ABD。
点评：本题考查了能量的转化、改变物体内能的方法，注意做功和热传递的区分：做功实质是能量的转化，热传递实质是能量的转移。
理解对汽油机工作过程，牢记即可。
【知识点4】热机的效率的概念
定义：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率，其表达式为：η=×100%．由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1．
考查热机的效率，影响热机效率的因素，热机效率与功率的区别。
例：关于热机的效率，下列说法中正确的是（ ）
A.热机做的有用功越多，效率就一定高
B.热机的功率大，效率就一定高
C.热机消耗的燃料越多，效率就一定高
D.以上说法都不正确
分析：热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比。功率是表示物体做功快慢的物理量。
解析：解：热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比。所以AC说法错误。
功率是物体做功快慢的物理量，与热机的效率的高低无关。所以B说法错误。
故选：D。
点评：此题主要考查了热机的效率以及影响热机效率的因素，并且考查了热机效率与功率的区别。
在对热机的效率进行辨析时，只有有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比越大时，热机的效率才会越大。
【题型1】热机及其能量转化
【典型例题】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.吸气冲程
B.压缩冲程
C.做功冲程
D.排气冲程
【举一反三1】如图所示的是某学校自制的教具，在矿泉水瓶的侧壁上钻一个孔，把电火花发生器紧紧塞进孔中，实验时从上方瓶口喷入液态酒精并盖上一次性纸杯，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，纸杯即刻飞出，瓶口出现白雾。气体推动纸杯飞出的过程中( )
A.外界对气体做功，气体内能增加
B.气体膨胀对外做功，内能增加
C.能量转化与内燃机的压缩冲程能量转化相同
D.能量转化与内燃机的做功冲程能量转化相同
【举一反三2】在学校展开的科技节活动中，小明自制了一个水火箭。利用一个空可乐瓶装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气，如图所示；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水水箭向上飞向空中。下列说法正确的是( )
A.打气时，水火箭中气体的内能增大
B.水水箭的水是一种热值较高的燃料
C.水火箭升空与热机的压缩冲程原理相同
D.水火箭升空的过程，机械能转化为内能
【举一反三3】在学校展开的科技节活动中，小明自制了一个水火箭。利用一个空可乐瓶装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气，如图所示；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水水箭向上飞向空中。下列说法正确的是( )
A.打气时，水火箭中气体的内能增大
B.水水箭的水是一种热值较高的燃料
C.水火箭升空与热机的压缩冲程原理相同
D.水火箭升空的过程，机械能转化为内能
【举一反三4】如图所示的是我国传统的走马灯。点燃底部的蜡烛，上升的热空气驱动扇叶转动，带动纸片小人转动，此过程中的能量转化与四冲程汽油机的下列哪个冲程是相同的( )
A.吸气冲程
B.压缩冲程
C.做功冲程
D.排气冲程
【举一反三5】生活中常用的热水瓶，其外壁采用镀银的双层玻璃，并将中间抽成真空。注入一定量的热水后，立即盖上软木塞，软木塞会跳起来。这一过程中热水瓶内气体的内能 (选填“增大”“减小”或“不变”)，汽油机的 冲程也发生同样的能量转化。
【举一反三6】2024年10 月30日凌晨4时27分，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射升空，火箭起飞时，采用液态氢作为燃料，原因是液态氢的 (选填“比热容”或“热值”)大。燃料燃烧时，把燃料的 能转化为内能，最终转化为火箭升空的机械能。
【举一反三7】9月19日09时14分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭与远征一号上面级，成功发射第五十九颗、六十颗北斗导航卫星(如图)。火箭的发动机 (选填“属于”或“不属于”)热机。火箭采用液态氢做燃料，是因为它的 大，燃料燃烧时将 能转化为内能。
【题型2】热机的效率
【典型例题】某品牌太阳能热水器的光热转换效率为，该太阳能热水器内装有100kg、温度为的水，阳光照射一天后，水温升高，则热水器内的水吸收了 的热量，这些热量由太阳能转化而来，热水器接收的总的太阳能相当于完全燃烧了 的天然气。(已知水的比热容为，天然气的热值约为。)
【举一反三1】用清洁能源天然气有助于国家提出的2060年前实现碳中和的目标。小明同学用他家的燃气灶将质量为2.5kg，初温为18℃的水加热到96℃。若此燃气灶的热效率为39%，则此过程消耗天然气 m3[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，天然气热值为4.2×107J/m3]。
【举一反三2】水暖电热毯以其温润环保的加热方式成为部分人群冬天御寒的新宠。如图所示是一款水暖电热毯，高温状态的额定功率为100W，高温状态正常工作20min，可将毯内1kg的水从20℃加热到40℃。已知水的比热容为，求：
(1)水热吸收的热量；
(2)高温状态正常工作时的加热效率。
【举一反三3】如图所示，这是一款小型的无人驾驶汽车，在一次测试中，该汽车在内沿平直的公路匀速行驶了1800m，消耗汽油，该款汽车的发动机的输出功率为，已知汽油的热值为，在此过程中，求：
(1)该款汽车的行驶速度；
(2)汽油完全燃烧放出的热量；
(3)该款汽车发动机的效率。
【题型3】汽油机的工作原理
【典型例题】在下列四幅图中，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过程示意图。下列说法中不正确的是( )
A.甲图表示压缩空气做功，内能增加，温度不变
B.乙图加热一段时间后，塞子被冲开，此过程与汽油机做功冲程原理相同
C.丙图是压缩冲程，活塞对汽缸内的气体做功
D.丁图是做功冲程，内能转化为机械能
【举一反三1】如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，把水加热至沸腾一段时间后，塞子会冲出去。有关塞子冲出过程中的能量转化形式与下图所示汽油机的四个冲程的说法中正确的是( )
A.塞子冲出过程中的能量转化形式与甲图的能量转化情况相同
B.若该汽油机飞轮转速是1200r/min，则每2s对外做功20次
C.该汽油机一个工作循环有四个冲程，正确的顺序是乙、丁、甲、丙
D.靠惯性完成的冲程是甲、乙、丁
【举一反三2】如图为单缸四冲程汽油机工作时各冲程的示意图，该汽油机完成一个工作循环的四个冲程正确的顺序( )
A.①②③④
B.②③④①
C.③④①②
D.④①②③
【举一反三3】在下列四幅图中，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过程示意图。下列说法中不正确的是( )
A.甲图表示压缩空气做功，内能增加，温度不变
B.乙图加热一段时间后，塞子被冲开，此过程与汽油机做功冲程原理相同
C.丙图是压缩冲程，活塞对汽缸内的气体做功
D.丁图是做功冲程，内能转化为机械能
【举一反三4】某同学分别画出四冲程内燃机工作示意图中的吸气、压缩、做功、排气冲程。观察活塞和曲轴的位置和进气门、排气门的开闭情况，其中不正确的是( )
A.吸气
B.压缩
C.做功
D.排气
【举一反三5】一台单缸四冲程内燃机正常工作时的转速为1800r/min，该内燃机每秒做功 次，如图所示的单缸四冲程汽油机正处于 冲程，此时高温高压燃气的内能转化为 能。
【举一反三6】如图所示，图甲为小昕自制的热机模型，她在矿泉水瓶的侧壁上开了一个孔，把电火花发生器紧紧插入孔中，实验时从上方瓶口喷入液态酒精并轻轻盖上一次性塑料杯，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，塑料杯立即飞出，此过程酒精燃烧产生的 能转化为塑料杯的 能，相当于图乙中 (选填“A”“B”“C”或“D”)的能量转化过程。
【举一反三7】神舟飞船在穿越大气层返回地面时，与大气层摩擦，通过做功的方式将机械能转化为内能，这与图 (选填“甲”或“乙”)中汽油机的冲程一致，如果该汽油机飞轮的转速为3000r/min，则1s内汽油机对外做功 次，共完成 个冲程。
【题型4】汽油机与柴油机的区别
【典型例题】关于四冲程汽油机和柴油机的工作过程有以下几种说法：
①汽缸内燃料燃烧得越充分，热值越大；②在做功冲程中，是内能转化为机械能；③只有做功冲程是燃气对外做功；④汽油机和柴油机的点火方式相同。以上说法中正确的是( )
A.①②
B.①③
C.②③
D.②③④
【举一反三1】关于内燃机下列说法正确的是( )
A.四冲程内燃机工作过程只有一个工作循环
B.汽油机和柴油机汽缸顶部都有一个火花塞
C.汽油机是内燃机，柴油机不是内燃机
D.汽油机和柴油机都有做功冲程
【举一反三2】关于汽油机和柴油机的主要不同点，下列说法正确的是( )
A.在吸气冲程中汽油机吸入汽缸的是汽油，柴油机吸入汽缸的是柴油
B.在构造上汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机的汽缸顶部有喷油嘴
C.汽油机点火方式是压燃式，柴油机点火方式是点燃式
D.柴油机的效率比汽油机的效率高，是因为柴油的热值比汽油的热值大
【举一反三3】如图所示，迅速压下活塞的过程相当于柴油机的( )
A.吸气冲程
B.压缩冲程
C.做功冲程
D.排气冲程
【举一反三4】小王家有一辆农用拖拉机，父亲检查发动机时，小明发现发动机上有喷油嘴，据此可判断这台发动机是 (选填“汽油机”或“柴油机”)，该发动机在吸气冲程中把 (选填“燃料”“空气”或“燃料和空气的混合物)吸入汽缸。
【举一反三5】汽油机和柴油机的结构不同，有喷油嘴的是 (选填“汽油机”或“柴油机”)，某单缸汽油机的飞轮转速为2400r/min，它每秒对外做功 次。
【举一反三6】汽油机和柴油机在构造上的差别是汽油机汽缸顶部有 ，而柴油机的汽缸顶部有喷油嘴；一柴油机飞轮转速为600r/min，则每秒对外做功 次。
【举一反三7】在内燃机中，柴油机在吸气冲程中吸入气缸的物质是 ，汽油机在做功冲程中燃料燃烧的方式为 (选填“点燃式”或“压燃式”)；若该热机ls内对外做功15次，则飞轮转速是 r/min。12.4热机与社会发展
【知识点1】冲程的个数 1
【知识点2】热机的效率公式与计算 2
【知识点3】四冲程的能量转化 3
【知识点4】热机的效率的概念 4
【题型1】热机及其能量转化 5
【题型2】热机的效率 9
【题型3】汽油机的工作原理 11
【题型4】汽油机与柴油机的区别 17
【知识点1】冲程的个数
在单缸四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环，每个工作循环曲轴转2周，活塞上下往复2次，做功1次。
考查冲程个数的计算。
例：科幻大片《流浪地球》中地球为摆脱木星，主人公点燃了木星上的可燃气体，从而将地球推离木星。在推离过程中能的转化方式，与四冲程内燃机的______冲程的能量转化方式相同。若单缸四冲程汽油机飞轮转速为1200r/min，则1s内完成______个冲程。
分析：（1）四冲程内燃机的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；
（2）四冲程汽油机的一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次。
解析：解：可燃气体燃烧时产生大量的内能，内能转化为机械能，从而将地球推离木星；而四冲程内燃机的做功冲程中将内能转化为机械能，所以在推离过程中能的转化方式，与四冲程内燃机的做功冲程的能量转化方式相同；
单缸四冲程汽油机飞轮转速为1200r/min=20r/s，即汽油机的飞轮每秒转20圈，由于四冲程汽油机的一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次，所以该汽油机1s内完成40个冲程。
故答案为：做功；40。
点评：本题考查内燃机工作过程中的能量转化、燃料燃烧过程中的能量转化以及热机的有关计算，是一道基础题。
转数与做功次数和工作循环的个数的关系：
一个工作循环=四个冲程=曲轴、飞轮转动两周=活塞往复运动两次=对外做功一次=两次能量转化
【知识点2】热机的效率公式与计算
（1）定义：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率，其表达式为：η=×100%．由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1．
（2）物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是描述热机性能的一个重要指标。
热机效率会以条件出现，也会考查热机效率的计算，通常在综合计算中考查。
例：如图，是一台以柴油为动力的双履带消防机器人，质量为1000kg，静止时履带与地面接触总面积为0.4m2。在某段平直公路上，机器人以3m/s的速度匀速行驶3min，其受到的阻力为2000N，通过这段路程共消耗0.09kg柴油（q柴油=4.0×107J/kg；g取10N/kg）。求：
（1）机器人3min通过的路程；
（2）机器人静止时，对水平地面产生的压强；
（3）机器人在这段路程中消耗柴油用于牵引力做功的效率。
分析：（1）利用速度计算公式求得机器人3min通过的路程；
（2）利用G=mg可求出机器人的重力，在水平地面上，机器人对地面的压力等于机器人的重力，根据p=得到机器人静止在水平地面时对地面产生的压强；
（3）根据题意和二力平衡条件求出机器人受到的牵引力，利用W=Fs求得牵引力做功，利用Q放=mq求得柴油燃烧放出的热量，进一步求得机器人在这段路程中消耗柴油用于牵引力做功的效率。
解析：解：（1）机器人3min通过的路程
s=vt=3m/s×3×60s=540m
（2）机器人静止时对地面的压力
F=G=mg=1000kg×10N/kg=1×104N
对水平地面产生的压强
（3）机器人匀速行驶，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，所以，牵引力的大小
F′=f=2000N
牵引力做的功
W=F′s=2000N×540m=1.08×106J
柴油完全燃烧释放的热量
Q放=mq=0.09kg×4.0×107J/kg=3.6×106J
牵引力做功的效率
答：（1）机器人3min通过的路程为540m；
（2）机器人静止时，对水平地面产生的压强为2.5×104Pa；
（3）机器人在这段路程中消耗柴油用于牵引力做功的效率为30%。点评：本题考查了速度公式、压强公式以及功率公式，注意当机器人匀速直线运动时，牵引力与阻力是一对平衡力。
对于热机效率可与机械效率进行对比理解，热机效率是衡量热机性能好坏的一个重要参数，要提高热机的效率就是要提高热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，并且热机的效率总小于1．
【知识点3】四冲程的能量转化
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．
根据题干信息，判断与题目相同能量转化的冲程，或者以概念的形式进行考查，常以选择填空中一小问为主。
例：如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，利用酒精灯加热一段时间，观察现象。对时于这个过程的分析，下列说法正确的是（ ）
A.酒精燃烧过程中将化学能转化为内能
B.管内水沸腾后将橡胶塞冲出，水蒸气的内能会减少
C.管内水沸腾后将橡胶塞冲出，管口出现的“白气”是水蒸气
D.该过程的能量转化跟内燃机的做功冲程相同
分析：（1）燃料燃烧的过程是将化学能转化为内能的过程。
（2）做功和热传递都能改变物体的内能。
（3）当对物体做功时，机械能转化为物体的内能，物体的内能增大；当物体对外做功时，物体的内能转化为机械能，物体的内能减小。
解析：解：
A、酒精燃烧将化学能转化为内能，故A正确。
BC、水蒸气对软木塞做功，将塞子推出，水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，水蒸气内能减小、温度降低，液化成小水珠飘散在空中，即“白气”，故B正确，C错误。
D、水蒸气对软木塞做功，将塞子推出，水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，内燃机的做功冲程中，内能转化为机械能，所以能量转化跟内燃机的做功冲程相同，故D正确。
故选：ABD。
点评：本题考查了能量的转化、改变物体内能的方法，注意做功和热传递的区分：做功实质是能量的转化，热传递实质是能量的转移。
理解对汽油机工作过程，牢记即可。
【知识点4】热机的效率的概念
定义：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率，其表达式为：η=×100%．由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1．
考查热机的效率，影响热机效率的因素，热机效率与功率的区别。
例：关于热机的效率，下列说法中正确的是（ ）
A.热机做的有用功越多，效率就一定高
B.热机的功率大，效率就一定高
C.热机消耗的燃料越多，效率就一定高
D.以上说法都不正确
分析：热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比。功率是表示物体做功快慢的物理量。
解析：解：热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比。所以AC说法错误。
功率是物体做功快慢的物理量，与热机的效率的高低无关。所以B说法错误。
故选：D。
点评：此题主要考查了热机的效率以及影响热机效率的因素，并且考查了热机效率与功率的区别。
在对热机的效率进行辨析时，只有有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比越大时，热机的效率才会越大。
【题型1】热机及其能量转化
【典型例题】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.吸气冲程
B.压缩冲程
C.做功冲程
D.排气冲程
【答案】B
【解析】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。故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
【举一反三1】如图所示的是某学校自制的教具，在矿泉水瓶的侧壁上钻一个孔，把电火花发生器紧紧塞进孔中，实验时从上方瓶口喷入液态酒精并盖上一次性纸杯，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，纸杯即刻飞出，瓶口出现白雾。气体推动纸杯飞出的过程中( )
A.外界对气体做功，气体内能增加
B.气体膨胀对外做功，内能增加
C.能量转化与内燃机的压缩冲程能量转化相同
D.能量转化与内燃机的做功冲程能量转化相同
【答案】D
【解析】气体推动纸杯飞出的过程中，气体膨胀对外做功，内能减小，能量转化由内能转化为机械能，内燃机的做功冲程中，内能转化为机械能，能量转化与内燃机的做功冲程能量转化相同，故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。
【举一反三2】在学校展开的科技节活动中，小明自制了一个水火箭。利用一个空可乐瓶装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气，如图所示；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水水箭向上飞向空中。下列说法正确的是( )
A.打气时，水火箭中气体的内能增大
B.水水箭的水是一种热值较高的燃料
C.水火箭升空与热机的压缩冲程原理相同
D.水火箭升空的过程，机械能转化为内能
【答案】A
【解析】打气时，水火箭中气体的内能增大，是通过做功改变内能的，故A正确；
水不能燃烧，不是燃料，故B错误；
水火箭升空过程中，高压气体对外做功，将高压气体的内能转化为水火箭的机械能，能量转化与热机的做功冲程相同，故CD错误。
故选A。
【举一反三3】在学校展开的科技节活动中，小明自制了一个水火箭。利用一个空可乐瓶装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气，如图所示；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水水箭向上飞向空中。下列说法正确的是( )
A.打气时，水火箭中气体的内能增大
B.水水箭的水是一种热值较高的燃料
C.水火箭升空与热机的压缩冲程原理相同
D.水火箭升空的过程，机械能转化为内能
【答案】A
【解析】打气时，水火箭中气体的内能增大，是通过做功改变内能的，故A正确；
水不能燃烧，不是燃料，故B错误；
水火箭升空过程中，高压气体对外做功，将高压气体的内能转化为水火箭的机械能，能量转化与热机的做功冲程相同，故CD错误。
故选A。
【举一反三4】如图所示的是我国传统的走马灯。点燃底部的蜡烛，上升的热空气驱动扇叶转动，带动纸片小人转动，此过程中的能量转化与四冲程汽油机的下列哪个冲程是相同的( )
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】点燃底部的蜡烛，上升的热空气驱动扇叶转动，带动纸片小人转动，此过程将内能转化为机械能。汽油机中的做功冲程冲程中将内能转化为机械能，故此过程中的能量转化与四冲程汽油机的做功冲程相同，故C符合题意，A、B、D不符合题意。
故选C。
【举一反三5】生活中常用的热水瓶，其外壁采用镀银的双层玻璃，并将中间抽成真空。注入一定量的热水后，立即盖上软木塞，软木塞会跳起来。这一过程中热水瓶内气体的内能 (选填“增大”“减小”或“不变”)，汽油机的 冲程也发生同样的能量转化。
【答案】减小 做功
【解析】注入一定量的热水后，立即盖上软木塞，软木塞会跳起来，该过程中瓶内水蒸气对木塞做功，将自身的内能转化为木塞的机械能，瓶内气体的内能会减小，这一能量转化与汽油机的做功冲程能量转化相同。
【举一反三6】2024年10 月30日凌晨4时27分，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射升空，火箭起飞时，采用液态氢作为燃料，原因是液态氢的 (选填“比热容”或“热值”)大。燃料燃烧时，把燃料的 能转化为内能，最终转化为火箭升空的机械能。
【答案】热值 化学
【解析】火箭一般使用液态氢作为燃料，原因是液态氢具有较大的热值，与其它燃料相比，完全燃烧相同质量的液态氢和其他燃料时，液态氢可以释放出更多的热量。
燃料燃烧时，放出热量，把燃料的化学能转化为内能，产生大量高温高压的燃气，燃气对火箭做功，将内能转化为火箭的机械能，使得火箭的机械能增大。
【举一反三7】9月19日09时14分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭与远征一号上面级，成功发射第五十九颗、六十颗北斗导航卫星(如图)。火箭的发动机 (选填“属于”或“不属于”)热机。火箭采用液态氢做燃料，是因为它的 大，燃料燃烧时将 能转化为内能。
【答案】属于 热值 化学
【解析】热机是指各种利用内能做功的机械，火箭发动机工作时，将燃料燃烧放出的内能转化为机械能，所以火箭发动机属于热机。
用液氢作为燃料，是因为液氢的热值较大，与其它燃料相比，燃烧相同质量的液氢放出的热量更多。
液态氢燃烧过程中，消耗燃料，放出热量，将燃料的化学能转化为内能。
【题型2】热机的效率
【典型例题】某品牌太阳能热水器的光热转换效率为，该太阳能热水器内装有100kg、温度为的水，阳光照射一天后，水温升高，则热水器内的水吸收了 的热量，这些热量由太阳能转化而来，热水器接收的总的太阳能相当于完全燃烧了 的天然气。(已知水的比热容为，天然气的热值约为。)
【答案】 0.5
【解析】热水器内的水吸收的热量
太阳能热水器的光热转换效率为，则热水器接收的总的太阳能
天然气的热值约为 8.4×107J/m3，因此这些太阳能相当于完全燃烧的天然气体积为
【举一反三1】用清洁能源天然气有助于国家提出的2060年前实现碳中和的目标。小明同学用他家的燃气灶将质量为2.5kg，初温为18℃的水加热到96℃。若此燃气灶的热效率为39%，则此过程消耗天然气 m3[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，天然气热值为4.2×107J/m3]。
【答案】0.05
【解析】水吸收的热量为
则天然气完全燃烧放出的热量为
则消耗天然气的体积为
【举一反三2】水暖电热毯以其温润环保的加热方式成为部分人群冬天御寒的新宠。如图所示是一款水暖电热毯，高温状态的额定功率为100W，高温状态正常工作20min，可将毯内1kg的水从20℃加热到40℃。已知水的比热容为，求：
(1)水热吸收的热量；
(2)高温状态正常工作时的加热效率。
【答案】(1)8.4×104J (2)70%
【解析】(1)1kg的水从20℃加热到40℃热吸收的热量为
(2)水暖电热毯高温状态正常工作20min消耗的电能为W=Pt=100W×20×60min=1.2×105J
高温状态正常工作时的加热效率为
【举一反三3】如图所示，这是一款小型的无人驾驶汽车，在一次测试中，该汽车在内沿平直的公路匀速行驶了1800m，消耗汽油，该款汽车的发动机的输出功率为，已知汽油的热值为，在此过程中，求：
(1)该款汽车的行驶速度；
(2)汽油完全燃烧放出的热量；
(3)该款汽车发动机的效率。
【答案】(1)10m/s (2)6.9×106J (3)30%
【解析】(1)该款汽车的行驶速度
(2)汽油完全燃烧放出的热量Q放=qm=4.6×107J/kg×0.15kg=6.9×106J
(3)该款汽车发动机做的有用功W=Pt=11.5×1000W×3×60s=2.07×106J
该款汽车发动机的效率
【题型3】汽油机的工作原理
【典型例题】在下列四幅图中，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过程示意图。下列说法中不正确的是( )
A.甲图表示压缩空气做功，内能增加，温度不变
B.乙图加热一段时间后，塞子被冲开，此过程与汽油机做功冲程原理相同
C.丙图是压缩冲程，活塞对汽缸内的气体做功
D.丁图是做功冲程，内能转化为机械能
【答案】A
【解析】甲图是用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧，故A错误，符合题意；
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，此过程与汽油机做功冲程原理相同，故B正确，不符合题意；
丙图两气门都关闭，活塞向上运动，汽缸容积变小，是压缩冲程；活塞对汽缸内的气体做功，把机械能转化为内能，故C正确，不符合题意；
丁图两气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，汽缸容积变大，是做功冲程，做功冲程将内能转化为机械能，故D正确，不符合题意。
故选A。
【举一反三1】如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，把水加热至沸腾一段时间后，塞子会冲出去。有关塞子冲出过程中的能量转化形式与下图所示汽油机的四个冲程的说法中正确的是( )
A.塞子冲出过程中的能量转化形式与甲图的能量转化情况相同
B.若该汽油机飞轮转速是1200r/min，则每2s对外做功20次
C.该汽油机一个工作循环有四个冲程，正确的顺序是乙、丁、甲、丙
D.靠惯性完成的冲程是甲、乙、丁
【答案】B
【解析】塞子冲出过程中，试管内的气体推动塞子做功，内能转化为机械能，图甲是压缩冲程，机械能转化为内能，两者的能量转化形式不同，故A错误；
若该汽油机飞轮转速是1200r/min=20r/s，则每秒曲轴转动20r，完成10个工作循环，对外做功10次，每2s对外做功20次，故B正确；
甲为压缩冲程，乙为吸气冲程，丙为排气冲程，丁为做功冲程，该汽油机一个工作循环有四个冲程，正确的顺序是乙、甲、丁、丙，故C错误；
除做功冲程外，其它三个冲程都靠惯性完成，所以，靠惯性完成的冲程是甲、乙、丙，故D错误。
故选 B。
【举一反三2】如图为单缸四冲程汽油机工作时各冲程的示意图，该汽油机完成一个工作循环的四个冲程正确的顺序( )
A.①②③④
B.②③④①
C.③④①②
D.④①②③
【答案】C
【解析】①图中进、排气门关闭，活塞远离汽缸顶部，火花塞处于点火状态，为做功冲程；②图中进气门关闭，排气门打开，活塞向缸顶运动，为排气冲程；③图中进气门打开，排气门关闭，活塞远离汽缸顶部，为吸气冲程；④图中进气门、排气门皆关闭，活塞向汽缸顶部运动，为压缩冲程，因此油机完成一个工作循环的四个冲程正确的顺序为③④①②。故A、B、D不符合题意，C符合题意。
故选C。
【举一反三3】在下列四幅图中，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过程示意图。下列说法中不正确的是( )
A.甲图表示压缩空气做功，内能增加，温度不变
B.乙图加热一段时间后，塞子被冲开，此过程与汽油机做功冲程原理相同
C.丙图是压缩冲程，活塞对汽缸内的气体做功
D.丁图是做功冲程，内能转化为机械能
【答案】A
【解析】甲图是用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧，故A错误，符合题意；
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，此过程与汽油机做功冲程原理相同，故B正确，不符合题意；
丙图两气门都关闭，活塞向上运动，汽缸容积变小，是压缩冲程；活塞对汽缸内的气体做功，把机械能转化为内能，故C正确，不符合题意；
丁图两气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，汽缸容积变大，是做功冲程，做功冲程将内能转化为机械能，故D正确，不符合题意。
故选A。
【举一反三4】某同学分别画出四冲程内燃机工作示意图中的吸气、压缩、做功、排气冲程。观察活塞和曲轴的位置和进气门、排气门的开闭情况，其中不正确的是( )
A.吸气
B.压缩
C.做功
D.排气
【答案】B
【解析】由图知，进气门打开，排气门关闭，说明活塞向下运动，是吸气冲程，故A正确，不符合题意；
由图知，压缩冲程时火花塞没有点火，则活塞应向上运动，而原图中曲轴和连杆相交的位置在右侧了，故B错误，符合题意；
由图知，火花塞点火，说明活塞向下运动，是做功冲程，故C正确，不符合题意；
由图知，进气门关闭，排气门打开，说明活塞向上运动，是排气冲程，故D正确，不符合题意。
故选B。
【举一反三5】一台单缸四冲程内燃机正常工作时的转速为1800r/min，该内燃机每秒做功 次，如图所示的单缸四冲程汽油机正处于 冲程，此时高温高压燃气的内能转化为 能。
【答案】15 做功 机械能
【解析】转速为
即该内燃机的飞轮每秒转30转，由于飞轮转2转，对外做功1次，所以内燃机每秒对外做功15次。
由图知道，进气门和排气门都是关闭的，火花塞放出电火花，活塞下行，所以该冲程为做功冲程，内能转化为机械能。
【举一反三6】如图所示，图甲为小昕自制的热机模型，她在矿泉水瓶的侧壁上开了一个孔，把电火花发生器紧紧插入孔中，实验时从上方瓶口喷入液态酒精并轻轻盖上一次性塑料杯，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，塑料杯立即飞出，此过程酒精燃烧产生的 能转化为塑料杯的 能，相当于图乙中 (选填“A”“B”“C”或“D”)的能量转化过程。
【答案】内 机械 C
【解析】燃料在汽缸中燃烧时，将存储的化学能转化为高温高压的燃气的内能，又通过燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能。
图乙C中活塞向下运动，火花塞点火，是做功冲程，将内能转变为机械能；酒精燃烧产生的内能转化为塑料杯的机械能的过程，相当于图乙中C的能量转化过程。
【举一反三7】神舟飞船在穿越大气层返回地面时，与大气层摩擦，通过做功的方式将机械能转化为内能，这与图 (选填“甲”或“乙”)中汽油机的冲程一致，如果该汽油机飞轮的转速为3000r/min，则1s内汽油机对外做功 次，共完成 个冲程。
【答案】乙 25 100
【解析】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。在图甲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；图乙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，故图乙符合题意。
在内燃机的一个工作循环中，曲轴转动2周，活塞往复运动2次，对外做功1次，完成4个冲程；飞轮转速为3000r/min=50r/s，1s内汽油机对外做功25次，共完成100个冲程。
【题型4】汽油机与柴油机的区别
【典型例题】关于四冲程汽油机和柴油机的工作过程有以下几种说法：
①汽缸内燃料燃烧得越充分，热值越大；②在做功冲程中，是内能转化为机械能；③只有做功冲程是燃气对外做功；④汽油机和柴油机的点火方式相同。以上说法中正确的是( )
A.①②
B.①③
C.②③
D.②③④
【答案】C
【解析】热值与物质的种类有关，与燃烧情况无关。汽缸内燃料燃烧得越充分，热值不变；
在做功冲程中，高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功，是内能转化为机械能；
四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，其它三个冲程都依靠飞轮的惯性完成；
汽油机顶部有火花塞，采用的是点燃式点火；柴油机汽缸顶部没有火花塞，有一个喷油嘴，采用的压燃式点火，汽油机和柴油机的点火方式不相同。
综上，故C符合题意，ABD不符合题意。
故选C。
【举一反三1】关于内燃机下列说法正确的是( )
A.四冲程内燃机工作过程只有一个工作循环
B.汽油机和柴油机汽缸顶部都有一个火花塞
C.汽油机是内燃机，柴油机不是内燃机
D.汽油机和柴油机都有做功冲程
【答案】D
【解析】四冲程内燃机工作过程有无数个工作循环，故A错误；
汽油机汽缸顶部有一个火花塞，柴油机汽缸顶部有一个喷油嘴，故B错误；
汽油机和柴油机都是内燃机，故C错误；
汽油机和柴油机的工作过程都包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，则都有做功冲程，故D正确；
故选D。
【举一反三2】关于汽油机和柴油机的主要不同点，下列说法正确的是( )
A.在吸气冲程中汽油机吸入汽缸的是汽油，柴油机吸入汽缸的是柴油
B.在构造上汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机的汽缸顶部有喷油嘴
C.汽油机点火方式是压燃式，柴油机点火方式是点燃式
D.柴油机的效率比汽油机的效率高，是因为柴油的热值比汽油的热值大
【答案】B
【解析】在吸气冲程中汽油机吸入汽缸的是汽油与空气，柴油机吸入汽缸的是柴油，故A错误；
由文字中信息得，在构造上汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机的汽缸顶部有喷油嘴，故B正确；
汽油机点火方式是点燃式，柴油机点火方式是压燃式，故C错误；
柴油机的效率比汽油机的效率高，是柴油机燃料燃烧更充分，故D错误。
故选B。
【举一反三3】如图所示，迅速压下活塞的过程相当于柴油机的( )
A.吸气冲程
B.压缩冲程
C.做功冲程
D.排气冲程
【答案】B
【解析】迅速压下活塞，会发现筒的棉花燃烧起来。下压活塞时，活塞对筒内的空气做功，机械能转化为空气的内能，柴油机的压缩冲程将机械能转化为内能，所以与该实验的能量转化相同的是压缩冲程。
故选B。
【举一反三4】小王家有一辆农用拖拉机，父亲检查发动机时，小明发现发动机上有喷油嘴，据此可判断这台发动机是 (选填“汽油机”或“柴油机”)，该发动机在吸气冲程中把 (选填“燃料”“空气”或“燃料和空气的混合物)吸入汽缸。
【答案】柴油机 空气
【解析】汽油机和柴油机在构造上主要的区别是：汽油机顶部有个火花塞，柴油机顶部有个喷油嘴；可知这台发动机是柴油机。
在吸气冲程，柴油机吸入汽缸的只是空气，汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物。
【举一反三5】汽油机和柴油机的结构不同，有喷油嘴的是 (选填“汽油机”或“柴油机”)，某单缸汽油机的飞轮转速为2400r/min，它每秒对外做功 次。
【答案】柴油机 20
【解析】汽油机和柴油机的结构不同，带有喷油嘴的是柴油机，用火花塞点火的是汽油机。
某单缸汽油机的飞轮转速为2400r/min=40r/s，一个工作循环飞轮转2r，对外做功一次，则它每秒对外做功20次。
【举一反三6】汽油机和柴油机在构造上的差别是汽油机汽缸顶部有 ，而柴油机的汽缸顶部有喷油嘴；一柴油机飞轮转速为600r/min，则每秒对外做功 次。
【答案】火花塞 5
【解析】汽油机和柴油机在构造上的差别是汽油机汽缸顶部是火花塞，靠火花塞点火，而柴油机的汽缸顶部是喷油嘴。
柴油机飞轮转速为600r/min=10r/s，柴油机一个工作循环飞轮转动2圈，对外做功一次，所以该柴油机每秒对外做功5次。
【举一反三7】在内燃机中，柴油机在吸气冲程中吸入气缸的物质是 ，汽油机在做功冲程中燃料燃烧的方式为 (选填“点燃式”或“压燃式”)；若该热机ls内对外做功15次，则飞轮转速是 r/min。
【答案】空气 点燃式 1800
【解析】在吸气冲程，汽油机吸入的是空气和汽油的混合物，而柴油机吸入的只有空气。
做功冲程点火方式：汽油机的点火方式是点燃式，柴油机的点火方式是压燃式。
若该热机1s内对外做功15次，则1min对外做功900次，由于热机在一个工作循环中，完成4个冲程，飞轮和曲轴转2周，对外做功1次，所以该热机的飞轮每分钟转1800周，即飞轮的转速为1800r/min。
