第2章
改变世界的热机
1．热
机
1．下列现象中，利用内能加热的是( ?
)
?A．在太阳下晒谷子
?B．热气球升上高空
?C．喷气式飞机在飞行
?D．水沸腾时，壶盖被水蒸气顶起
2．下列实例中，属于内能转化为机械能的是(
)
?A．放爆竹，爆竹腾空飞起
?B．用酒精灯加热烧杯中的冷水
?C．把热水倒进冷水中
?D．人在冬天晒太阳
3．下列现象中，消耗内能做功的是(
)
?A．风推动风车转动
?B．弯弓将箭射出去
?C．热水瓶的塞子“自动”跳起
?D．河水把石头冲走
4．下列四种机器中，属于热机的是(
)
?A．抽气机
?B．蒸汽机
?C．发电机
?D．滑翔机
5．目前我国已将发动机研发列为国家重大科技专项。下列我国“陆、海、空、天”装备中动力机械不属于热机(利用内能做功的机械)的是( ?
)
?A．中国高铁交流异步牵引电动机
?B．052D型导弹驱逐舰燃气轮机
?C．歼20战机涡扇15煤油发动机
?D．长征五号火箭液氢液氧发动机
6．最早的热机是
，经过
的改进、完善，才得到广泛应用。它是把
能转化为
能的机器。
7．热机是利用内能做功的机械，直接在发动机汽缸内燃烧燃料从而产生动力的热机叫
，是现代社会使用最为广泛的一种热机，根据燃料的不同，可分为
和
两大类。
8．如图是小明制作的简易“蒸汽船”模型。将盛有一定量水的铜制容器安装在“船体”上，用蜡烛对铜制容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”就向左行驶。
(1)蜡烛对铜制容器加热导致容器内水温升高这是通过
的方式改变水的内能；
(2)当铜管向右喷蒸汽时“船体”获得喷出的蒸汽对其向左的推力，这说明了
，此时蒸汽的
能转化为船的
能。
9．气体膨胀做功的过程是( ?D? )
?A．机械能转化为内能，气体的温度升高
?B．气体内能增加，消耗了机械能
?C．内能转化为机械能，气体的温度升高
?D．内能转化为机械能，气体的内能减少
10．如图所示，有关这个小蒸汽轮机的说法不正确的是( ?)
?A．酒精燃烧将内能转化为化学能
?B．水吸热发生了汽化现象
?C．水蒸气的内能转化为轮子的机械能
?D．内能的一个重要应用是可以用来做功
11．历史上热机的出现曾标志着人类利用能源的巨大进步，早期的蒸汽机是将水加热至高温，利用高温高压蒸汽推动机器转动的，与现在的内燃机相比，蒸汽机的效率较低，除了机械制造的技术因素外，还有一个重要的原因是( ?
)
?A．内燃机所用燃料的热值高
B．内燃机燃料高温、高压、功率大
C．蒸汽机工作时水蒸气带走了大部分能量
D．蒸汽机工作过程不符合能的转化规律
12．(物理观念)阅读短文，回答问题。
从火车到火箭
生产的发展需要强大的动力。17世纪，人类发明了热机。最早的热机是蒸汽机，在锅炉里把水烧成水蒸气，水蒸气在汽缸里推动活塞做功。原始的蒸汽机不便于使用……
交通运输的发展迫切需要轻便的热机，于是，内燃机应运而生。内燃机分为汽油机、柴油机两大类。汽油机是1876年发明的，柴油机是1892年发明的。内燃机行驶时不需要携带很多的水和煤，不但轻便，效率也提高了……
早期的飞机是由内燃机提供动力的。从上世纪40年代开始，飞机上越来越多地使用喷气发动机，它向后高速喷出气体，从而获得前进的动力。在功率相同时，喷气发动机比内燃机更轻便……
(1)在功率相同时，蒸汽机、内燃机、喷气发动机的自身重力依次
(选填“增大”或“减小”)。
(2)内燃机包括
、
两大类。
(3)汽油机工作过程中燃料的化学能先转化为
，再转化为
。
参考答案
1．A
【解析】
热气球升上高空，是利用浮力大于重力，使物体上升的。
2．A
3．C
4．B
5．A
6．蒸汽机
瓦特
内
机械
7．内燃机
汽油机
柴油机
8．(1)热传递
(2)力的作用是相互的
内
机械
9．D【解析】
气体膨胀，对外做功，内能减少，温度降低。
10．A【解析】
酒精燃烧是将化学能转化为内能。
11．C
12．
(1)减小
(2)汽油机
柴油机
(3)内能
机械能
5第2章
改变世界的热机
3．热机效率
1．提高热机效率的有效途径是( ?
)
?A．采用优质的燃料
?B．减少热机的各种热损失，保证良好的润滑
?C．降低热机的效率
?D．避免使用热机
2．如图所示为内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为( ?
)
A．η＝×100%
?B．η＝×100%
?C．η＝×100%
?D．η＝×100%
3．为节约能源，需提高热机的效率，下列措施中不能提高热机效率的是( ?
)
?A．尽量使燃料充分燃烧
?B．尽量减少热机部件间的摩擦
?C．尽量减少废气带走的热量
?D．尽量增加热机的工作时间
4．汽油机甲的效率比汽油机乙的效率高，这说明(
)
?A．甲做的有用功多
?B．相同的时间内，汽油机甲比乙所用的汽油节约一些
?C．甲比乙用的汽油少
?D．完全燃烧相等的汽油，其内能转化为有用功的能量甲比乙多
5．下列关于热机和环境保护的说法，正确的是(
)
?A．热机排出的尾气没有内能
?B．热机的效率能达到100%
?C．热机都是使用汽油做燃料
?D．热机的大量使用会造成环境污染
6．有经验的柴油机维修师，不用任何仪器，只是靠近柴油机排气管口观察和闻一下，并将手伸到排气管口附近感觉一下尾气的温度，就能初步判断这台柴油机的节能效果。在同样负荷的情况下，关于柴油机的节能效果，下列判断中正确的是( ?
)
?A．尾气的温度越高，柴油机越节能
?B．尾气的温度越低，柴油机越节能
?C．尾气的柴油味越浓，柴油机越节能
?D．尾气的颜色越发黑，柴油机越节能
7．一台柴油机，当输出3.4×107?J有用功时，消耗了2?kg的柴油，完全燃烧柴油可放出热量
J?，柴油机的效率是
。(柴油的热值是4.3×107?J/kg?)
8．一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为3
600转/分，该柴油机在1
s内活塞完成
个冲程，曲轴转动
周，对外做功
次。
若其效率为40%，消耗5?kg的柴油转化成的机械能是
。
(q柴油＝4.3×107?
J/kg?)
9．发动机的效率是汽车的经济性能指标之一。某汽车在t(s)时间内匀速行驶一段距离后，消耗了93号汽油V升[汽油的热值为q(J/kg)、密度为ρ(kg/m3)]，那么燃料完全燃烧放出
J?的热量，若发动机输出功率为P(kW)，则发动机的效率为
。(均用所给的字
母表示，注意单位换算)
10．(物理思维)如图所示，2017年12月24日，广东珠海金湾机场，由我国航空工业自主研发的首款大型水陆两栖飞机——“鲲龙”AG600成功首飞。飞机总体技术水平和性能达到当前国际同类飞机的先进水平，完全具有自主知识产权。若飞机在空中飞行时获得1.6×105?N的水平推力，以500?km/h的速度沿水平方向匀速航行500?km
，需要完全燃烧热值为4×107?
J/kg?的航空煤油
4
000
kg。则：
(1)飞机在空中飞行的时间是多久？
(2)航空煤油完全燃烧放出的热量为多大？
(3)发动机的效率为多大？
参考答案
1．B
2．B
3．D
4．D
5．D
6．B
【解析】
尾气的温度高，内能利用率低，不节能；尾气的柴油味浓，尾气的颜色发黑，说明燃料没有充分燃烧，不节能。
7．8.6×107
40%
8．
120
60
30
8.6×107
J
9．ρVq×10－3
10．
解：(1)由v＝可得，飞机匀速航行的时间：
t＝＝＝1
h。
(2)航空煤油完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq＝4
000
kg×4×107
J/kg
＝1.6×1011
(3)发动机所做的有用功：
W＝Fs＝1.6×105
N×5×105?m＝8×1010
J；
发动机的效率：
η＝×100%＝×100%＝50%。
5第2章
改变世界的热机
2．内燃机
1．单缸四冲程汽油机一个工作循环涉及的主要能量转化情况是( ?
)
?A．做功冲程：内能转化为机械能
?B．吸气冲程：内能转化为机械能
?C．做功冲程：机械能转化为内能
?D．压缩冲程：内能转化为机械能
2．如图所示，是汽油机工作时的四个冲程，其中属于做功冲程的是(
)
A?
B?
C?
?D?
3．内燃机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀而做功，此过程中气体的温度、内能、压强的变化情况是( ?
)
?A．温度升高，内能增大，压强增大
?B．温度升高，内能增大，压强减小
?C．温度降低，内能减小，压强减小
?D．温度降低，内能减小，压强增大
4．如图是四冲程汽油机的工作示意图，下列说法正确的是(
? )
?A．这四个冲程的正确顺序是丁→甲→乙→丙
?B．丙冲程存在着化学能转化为内能的过程
?C．乙冲程使汽车获得动力
?D．甲、乙、丙冲程是靠惯性完成的
5．一台四冲程内燃机飞轮转速为3
600?
r/min，它1
s完成了( ?
)
?A?.30个冲程，对外做了30次功
?B?.60个冲程，对外做了60次功
?C?.120个冲程，对外做了30次功
?D?.60个冲程，对外做了15次功
6．如图所示是某种柴油机某一冲程的示意图，由图可知：
(1)它表示的是
冲程；
(2)在这个冲程中
能转化为
能；
(3)完成这一冲程，曲轴和飞轮转
圈；
(4)仔细观察其铭牌，可看见“1
800?
r/min”字样，则它正常工作时，1秒钟对外做功
次，
个冲程。
7．?如图所示，图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图，图E、F是演示实验的示意图，C图是
冲程，与它原理相同的是
图所示的演示实验，汽油机的工作示意图中机械能转化为内能的冲程是
图。(后两空选填字母)
8．一台单缸四冲程柴油机，它的转速是800?r/min，做功冲程推动活塞一次做功1
500
J，那么这台柴油机的功率是(
)
?A?.10
kW?
?
B?.15?kW?
?C?.20?kW?
?
D?.120
kW?
9．单缸四冲程汽油机汽缸活塞面积是50
cm2?，一个冲程内活塞在汽缸中移动的距离是100
mm，做功冲程中燃气平均压强是7×105
Pa，飞轮转速是1
200
r/min。求：
(1)一次做功冲程中气体做功多少？
(2)汽油机的输出功率？
10．(科学思维)阅读短文，回答文后的问题。
汽车发动机
发动机是汽车的动力源，汽油机的性能和汽缸排量有关。汽缸排量指活塞一个冲程中活塞在汽缸内通过的容积，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离(冲程长度)。如果发动机有若干个汽缸，所有汽缸“工作容积”之和称为发动机排量，实际汽车往往采用多缸发动机。
如图所示发动机有4个汽缸(图中标注1、2、3、4)，通过连杆把4个汽缸的活塞连在一根曲轴上。各个汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在吸气、压缩和排气冲程。
(1)汽油机工作时将燃料燃烧的内能转化为
能；
(2)已知汽油的热值为4×107?J/kg?，如果该发动机消耗2
kg的汽油，且这些汽油充分燃烧，应放出的热量为
J；
(3)四缸发动机中1号汽缸在做功冲程中，4号汽缸所处的冲程是?
?。
?A．吸气
?B．压缩
?C．做功
?D．排气
(4)设该发动机做功冲程燃气对活塞的平均压强是p0，发动机排量为V排，则发动机转速为2
400
r/min时该轿车的输出功率P与发动机排量V排的关系式为P＝
。
参考答案
1．A
2．C
【解析】
判断汽油机的四个冲程，先看进气门和排气门的关闭情况，进气门打开的是吸气冲程，排气门打开的是排气冲程，进气门和排气门都关闭的是压缩冲程或做功冲程；活塞上行是压缩冲程或排气冲程；活塞下行是吸气冲程或做功冲程。
3．C
4．B
5．C
【解析】
飞轮转速为3
600
r/min
，即每秒转60圈，两圈一个工作循环，即每秒30个工作循环，120个冲程，对外做功30次。
6．(1)压缩
(2)机械
内
(3)半
(4)15
60
7．做功
F
B
8．A
9．
解：(1)做功冲程中燃气对活塞的平均压力：
F＝pS＝7×105－4
m2＝3
500
N。
一个做功冲程中燃气对活塞做的功：
W1＝Fs＝3
500
N×0.1
m＝350
J。
(2)飞轮转速1
200?r/min＝20
r/s，
因为一个工作循环飞轮转2圈，完成4个冲程，做功一次，所以每秒共有10个工作循环，对外做功10次；该柴油机每秒做的功W＝10×350
J＝3
500
J，
汽油机的输出功率为P＝＝＝3
500?
W?。
10．
(1)机械
(2)
8×107
(3)A
(4)
20p0V排
【解析】
(1)内燃机就是将内能转化为机械能的机器；
(2)2?kg汽油完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq＝2?kg×4×107?J/kg?＝8×107?J；
(3)四汽缸发动机，各个汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在吸气、压缩和排气冲程，据此可知四缸发动机中1号汽缸在做功冲程中，4号汽缸所处的是吸气冲程，故选A；
(4)在发动机中，飞轮转2周完成一个工作循环，所以发动机转速为2
400
r/min?时，完成1
200个工作循环，
每个工作循环所需要的时间为t＝
s?＝0.05
s，
设做功冲程燃气对活塞的平均压强为p0，发动机排量为V排，则一个活塞的排气量V排，
做功冲程燃气对一个活塞的平均压力：F＝p0S，
每个做功冲程燃气对一个活塞做的功：W＝FL＝p0SL＝p0V排，
燃气对活塞做功的功率：P＝＝＝5p0V排，
由于发动机有4个汽缸，所以燃气对活塞做功的总功率：P总＝4P＝4×5p0V排＝20p0V排。
故答案为(1)机械；(2)8×107；(3)
A；(4)20p0V排。
7
