2020-2021学年人教版九年级物理全一册练习题：14.1热机（含答案）

第1节　热机
题组1　热机及其工作原理　　　　　　　
1.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
2.小明做了如图1所示的实验,关于该实验,下列说法错误的是
(　　)
A.试管口出现的白雾是水蒸气液化的结果
B.该实验基本能反映热机的工作原理
C.木塞冲出的过程机械能转化为内能
D.该实验可以说明做功能改变物体的内能
图1
图2
3.如图2所示为“长征六号”运载火箭,它首次采用了我国最新研制的大推力液氧煤油发动机。煤油燃烧推动火箭的过程中能量的转化情况是?
　。?
题组2　汽油机　　　　　　　
4.如图3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,图C是　　　　冲程,与它原理相同的是如图　　　　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　　　　。(后两空均选填字母代号)?
图3
5.[2019·辽阳]
如图4所示是单缸四冲程汽油机两个冲程的示意图,其中图　　中的冲程为汽车提供了动力。汽油机在吸气冲程中吸入汽缸的是　　　　　(选填“空气”或“汽油和空气的混合物”)。?
图4
图5
6.[2020·衡阳]
如图5所示为内燃机四冲程工作示意图,下列说法正确的是
(　　)
A.一个工作循环的正确顺序是:甲、乙、丙、丁
B.图乙冲程能获得动力
C.图丁冲程有明显机械能转化为内能的过程
D.图丙冲程存在化学能转化为内能的过程
7.如图6所示为一四冲程汽油机某个冲程的示意图,关于这个冲程的说法错误的是(　　)
图6
A.图中A位置的物质温度越来越高
B.该冲程将机械能转化为内能
C.B位置的装置为喷油嘴
D.该冲程是靠飞轮的惯性完成的
题组3　柴油机　　　　　　　
8.如图7所示是某种内燃机某一冲程的示意图,由图可知:
图7
(1)这种内燃机是　　　　机。?
(2)它表示的是　　　　冲程。?
(3)在这个冲程中,　　　　能转化为　　　　能。?
(4)完成这一冲程,曲轴和飞轮转　　　　周。?
9.下列关于汽油机和柴油机的主要区别,说法正确的是
(　　)
A.构造上,汽油机汽缸顶部有喷油嘴,柴油机汽缸顶部有火花塞
B.吸气冲程中,柴油机吸入汽缸的是柴油和空气的混合物,汽油机吸入汽缸的是空气
C.在压缩冲程末,柴油机的点火方式是点燃式,汽油机的点火方式是压燃式
D.在做功冲程中,柴油机的燃气温度和压强比汽油机里的高
题组4　有关内燃机的计算　　　　　　　
10.[2019·扬州改编]
如图8所示是汽油机的　　　　冲程。若汽油机飞轮的转速为3000
r/min,则1
s内汽油机完成　　　个冲程,对外做功　　　次。?
图8
11.一台单缸四冲程汽油机,飞轮转速是4800
r/min,该汽油机每秒对外做功　　
次。另一台单缸四冲程汽油机在1
s内完成了15个工作循环,则该汽油机飞轮转速为　　　r/min。?
12.一台单缸四冲程汽油机飞轮的转速是800
r/min,做功冲程中燃气推动活塞一次做功1500
J,那么这台汽油机的功率为
(　　)
A.10
kW
B.15
kW
C.20
kW
D.1200
kW
【能力提升】
13.[2020·温州]
英国物理学家斯特林于1816年发明了“斯特林发动机”。斯特林发动机汽缸内的工作介质易汽化、易液化,该介质经过吸热膨胀,冷却压缩的循环过程输出动力,因此又被称为热气机。某工程师按照“斯特林发动机”的原理设计了如图9所示的模型机,工作过程中飞轮持续旋转(如图10所示)。请结合所学知识解释飞轮能持续转动的工作原理。
图9
图10
14.如图11甲所示为四缸发动机的工作原理:内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上,并使各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,其他三个汽缸分别处于吸气、压缩和排气过程。
图11
(1)发动机在做功冲程中,高温高压的燃气推动活塞向下运动,对外做功,同时将　　　　能转化为　　　　能。?
(2)有一台四缸发动机,其主要技术指标如下表所示。其中排量等于四个汽缸工作容积的总和,汽缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积,又称单缸排量,它取决于活塞的横截面积和活塞上下运动的距离(即冲程长)(如图乙所示)。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的圈数。
排量
2.0
L
输出功率
120
kW
转速
6000
r/min
①该发动机在1
s内做功　　　　J,单缸排量V=　　　　L。?
②每个做功冲程中,发动机做功W=　　　　J。?
(3)在做功冲程中,燃气对活塞所做的功可表示为W=pV,式中p表示燃气对活塞的压强,则
p=　　　　Pa。?
答案
第1节　热机
1.A　[解析]
燃气轮机、煤油发动机和火箭发动机都是热机,工作时把内能转化成机械能,而电动机是把电能转化成机械能,不属于热机。
2.C　[解析]
试管口出现白雾是由于水蒸气对外做功,内能减少,温度降低,液化形成小水珠,故A正确;热机是把内能转化为机械能的机械,该实验中水蒸气对木塞做功,内能转化为机械能,该实验基本反映了热机的工作原理,故B正确,C错误;木塞冲出,水蒸气对木塞做功,水蒸气的内能减少,此实验说明做功能改变物体的内能,故D正确。
3.化学能先转化为内能,内能再转化为机械能
[解析]
煤油燃烧过程中将化学能转化为燃气的内能;燃气对火箭做功,内能又转化为机械能。
4.做功　F　B
[解析]
图C中,两气门都关闭,活塞下行,汽缸容积变大,是做功冲程,此冲程将内能转化为机械能。图E,用力将活塞压下,活塞对空气做功,将机械能转化为内能;图F,对试管中的水加热,产生的水蒸气对木塞做功,将内能转化为机械能,因此与做功冲程原理相同的是图F所示的实验。汽油机工作时,将机械能转化为内能的冲程是压缩冲程,即图B。
5.乙　汽油和空气的混合物
[解析]
由图可知,图甲中两个气门都关闭,活塞上行,为压缩冲程;图乙中,两个气门都关闭,活塞下行,为做功冲程。为汽车提供动力的冲程是做功冲程;在吸气冲程中汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物。
6.C　[解析]
甲、乙、丙、丁四个冲程分别为做功冲程、吸气冲程、排气冲程和压缩冲程,四个冲程的正确顺序是乙、丁、甲、丙,故A错误;图乙为吸气冲程,内燃机在做功冲程能获得动力,故B错误;图丁为压缩冲程,在该冲程中将机械能转化为内能,故C正确;图丙为排气冲程,而在做功冲程中才存在化学能转化为内能的过程,故D错误。
7.C　[解析]
图中汽油机两气门关闭,活塞上行,是压缩冲程,该冲程是将机械能转化为内能,汽油和空气的混合物温度升高,A、B项正确;除做功冲程外,其他冲程都是靠飞轮的惯性完成的,D项正确;汽油机顶部有火花塞,为点燃式,所以B位置的装置为火花塞,故C错误。
8.(1)柴油　(2)压缩
(3)机械　内
(4)半
[解析]
根据汽缸顶部是喷油嘴可判断它是柴油机。根据该内燃机两个气门都关闭且活塞上行,可判断该冲程是压缩冲程;此冲程中,活塞压缩汽缸内气体,使汽缸内气体内能增大、温度升高,其能量转化是机械能转化为内能。
9.D　[解析]
柴油机和汽油机的区别:在结构上,柴油机的汽缸顶部是喷油嘴,汽油机的汽缸顶部是火花塞,故A错误;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,故B错误;在做功冲程,汽油机的点火方式为点燃式,柴油机的点火方式为压燃式,故C错误;柴油机的压缩比例更大,柴油机燃气温度和压强比汽油机更高,故D正确。
10.做功　100　25　[解析]
汽油机飞轮的转速为3000
r/min=50
r/s,说明每秒钟飞轮转动50圈,完成=25个工作循环,100个冲程,对外做功25次。
11.40　1800　[解析]
由题知,该单缸四冲程汽油机的飞轮转速是4800
r/min=80
r/s,因一个工作循环飞轮转2圈,完成4个冲程,对外做功1次,所以该汽油机每秒完成40个工作循环,完成160个冲程,对外做功40次。汽油机在1
s内完成了15个循环,飞轮转15×2=30
r,则1
min转30
r×60=1800
r,故该汽油机工作时飞轮的转速为1800
r/min。
12.A　[解析]
汽油机飞轮的转速为800
r/min,即每分钟飞轮转动800圈,完成400个工作循环,对外做功400次。做功冲程中,推动活塞一次做功1500
J,1
min做功为W=1500
J×400=6×105
J,这台汽油机的功率:P===1×104
W=10
kW。
13.根据图示可知,酒精灯燃烧将化学能转化为内能,热汽缸中的工作介质吸热汽化膨胀,推动活塞A向右运动做功,将内能转化为机械能:由于飞轮具有惯性,带动活塞A向左运动,活塞A将热汽缸中的工作介质推入冷汽缸并液化,活塞B又将介质推回热汽缸。如此反复。
14.(1)内　机械
(2)①1.2×105　0.5　②600　
(3)1.2×106
[解析]
(1)在做功冲程中,高温高压的燃气膨胀做功,将内能转化为机械能。(2)①发动机在1
s内做功:W1=Pt=120×103
W×1
s=1.2×105
J;四缸总排量为2.0
L,则单缸排量:V=×2.0
L=0.5
L。②发动机有四个汽缸,则每个汽缸1
s内做功:W2=×1.2×105
J=3×104
J;每个汽缸一个工作循环曲轴转两周、做功一次,该发动机飞轮的转速为6000
r/min,则每个汽缸1
s内做功50次,每个做功冲程做功:W=×3×104
J=600
J。(3)因为W=pV,V=0.5
L=5×10-4m3,所以燃气对活塞的压强:p===1.2×106
Pa。
发动机的功率主要取决于发动机的排量和转速。当排量一定时,发动机的转速越大,其输出功率越大;当转速一定时,排量越大,其输出功率越大。