14.1熱機（重難點突破）

20222023學年九年級物理重難點分類突破14.1熱機（重難點突破）一．重點：熱機的原理與工作過程（共11小題）1．近年來我國重大裝備層出不窮，國人倍感自豪，下列機械的動力裝置不是使用熱機的是（）A．玉兔號月球車 B．山東號航母 C．C919客機 D．長征五號火箭【解析】熱機工作時需要將燃料在汽缸內燃燒，把燃料的內能轉化為機械能；A、因為月球上沒有空氣，也就沒有氧氣，在月球上熱機無法正常工作，所以月球車不用熱機來驅動，故A符合題意；BCD、山東號航母、C919客機、長征五號火箭都是利用燃料燃燒產生的內能來做功，把內能轉化成機械能的裝置，符合熱機的特點，故BCD不符合題意?！敬鸢浮緼。2．如圖甲為航母上簡化的蒸汽彈射裝置，能帶動艦載機在兩秒鐘內達到起飛速度，如圖乙為汽油機的工作沖程。下列判斷不正確的是（）A．氣缸內的蒸汽推動活塞后，內能增加 B．艦載機獲得的牽引力是因為氣缸內的蒸汽體積膨脹，從而推動活塞 C．從能量轉化角度講，蒸汽彈射裝置工作時與圖乙中C所示的原理相似 D．從能量轉化角度講，圖乙中B沖程是把機械能轉化為內能【解析】AB、甲圖中，氣缸內蒸汽體積膨脹，對外做功，其內能減小，同時推動活塞，使艦載機獲得巨大的牽引力，該過程中內能轉化為機械能，燃氣的內能減小，故B正確，A錯誤；C、圖中汽油機兩氣門都關閉，火花塞點火和活塞向下移動，是汽油機的做功沖程，也是內能轉化為機械能的過程，與蒸汽彈射裝置工作時的原理相似，故C正確；D、圖中汽油機兩個氣門都關閉，活塞向上運動，是壓縮沖程，此沖程機械能轉化為內能，故D正確?！敬鸢浮緼。3．關于四沖程汽油機和柴油機的工作過程有以下幾種說法；上述說法中正確的是（）①在壓縮沖程中，是機械能轉化為內能②在做功沖程中，是內能轉化為機械能③只有做功沖程是燃氣對外做功④汽油機和柴油機的點火方式相同A．只有①②③ B．只有①③ C．只有②④ D．只有②③④【解析】①在壓縮沖程中，是機械能轉化為內能，故①正確；②在做功沖程中，是內能轉化為機械能，故②正確；③在汽油機的四個沖程中，只有做功沖程是燃氣對外做功，故③正確；④汽油機和柴油機的點火方式不同，汽油機中有火花塞，采用的是點燃式點火；而柴油機是噴油嘴噴出霧狀柴油，進行壓燃式點火，故④錯誤。所以只有①②③正確?！敬鸢浮緼。4．如圖依次為四沖程內燃機工作示意圖，這四個沖程中活塞和曲軸的位置，進氣門、排氣門的開閉情況和活塞的運動情況錯誤的是（）A．吸氣 B．壓縮 C．做功 D．排氣【解析】A、吸氣沖程中，進氣門打開，排氣門關閉，根據圖中曲軸的位置可知，活塞向下運動，故A正確；B、壓縮沖程中，兩個氣門都關閉，活塞應該向上運動，根據圖中曲軸的位置可知，此時活塞向下運動了，不應該發(fā)出電火花，故B錯誤；C、做功沖程中，兩個氣門都關閉，活塞向下運動，故C正確；D、排氣沖程中，進氣門關閉，排氣門打開，活塞向上運動，故D正確?！敬鸢浮緽。5．2020年1月18日，第十屆江蘇“臺灣燈會”在常州恐龍城開幕。如圖所示為展會中的“走馬燈”，點燃底部蠟燭，熱空氣上升驅動扇葉轉動，觀眾驚奇地看到紙片小人的影子動了起來。這個過程發(fā)生的能量轉化與四沖程汽油機沖程圖中相同的是（）A． B． C． D．【解析】A、兩氣門都關閉，火花塞點火，活塞下行，汽缸容積變大，是做功沖程，此沖程內能轉化為機械能；B、進氣門開啟，排氣門關閉，氣體流入汽缸，是吸氣沖程，此沖程沒有能量轉化；C、兩氣門都關閉，活塞上行，汽缸容積變小，是壓縮沖程，此沖程機械能轉化為內能；D、進氣門關閉，排氣門開啟，氣體流出汽缸，是排氣沖程，此沖程沒有能量轉化；點燃蠟燭時，氣體溫度升高，氣體的密度變小，熱空氣就會向上運動，運動的熱空氣推動扇葉轉動，運動的熱空氣對外做功，將內能轉化為機械能，該沖程和四沖程汽油機的做功沖程的能量轉化相同?！敬鸢浮緼。6．在吹氣球時，由于沒有握住，吹大了的氣球“叫囂”著飛走了，如圖甲所示，在此過程中發(fā)生了能量轉化。如圖乙所示的是汽油機的四個沖程，其中與圖甲中能量轉化相同的沖程是c（選填“a”、“b”、“c”或“d”）。【解析】氣球內的氣體向外噴出，氣體對外做功，內能轉化成球的機械能，球內氣體的溫度降低；由圖可知，a是壓縮沖程，b是排氣沖程，c是做功沖程，d是吸氣沖程；壓縮沖程中機械能轉化成內能，做功沖程中內能轉化為機械能，故與圖甲中能量轉化相同的沖程是c。【答案】c。7．如圖為汽車的四缸發(fā)動機工作原理：內燃機通過連桿把四個汽缸的活塞連在一根曲軸上并使各汽缸的做功過程錯開，在飛輪轉動的每半周里，都有一個汽缸在做功，其他三個汽缸分別在做吸氣、壓縮和排氣工作。在上述四個沖程中，使汽車獲得動力的是做功沖程。發(fā)動機在對外做功時將內能轉化為機械能。若在圖示狀態(tài)中，氣缸1正在做功，氣缸2正在壓縮，則氣缸3正在排氣，氣缸4正在吸氣。飛輪轉動半周后，正在做功的是氣缸2?！窘馕觥科蜋C只在做功沖程對外做功，內能轉化為機械能，獲得動力；若在圖示狀態(tài)中，氣缸1正在做功，氣缸2正在壓縮，則氣缸3正在排氣，氣缸4正吸氣；壓縮沖程之后是做功沖程，所以飛輪轉動半周后，正在做功的是氣缸氣缸2。【答案】做功；內；機械；排氣；吸氣；2。8．如圖所示，是四沖程汽油機工作的部分沖程示意圖。（1）甲圖是壓縮沖程。（2）乙圖是將內能轉化為機械能。（3）汽車獲取動力的沖程是乙圖?！窘馕觥浚?）甲圖中，兩氣門都關閉，活塞上行，汽缸容積變小，是壓縮沖程，壓縮沖程是把機械能轉化為內能的過程；（2）乙圖中，兩氣門都關閉，活塞下行，汽缸容積變大，是做功沖程，做功沖程將內能轉化為機械能；（3）汽車獲取動力的沖程是做功沖程，即乙圖?！敬鸢浮浚?）壓縮；（2）內；機械；（3）乙。9．如圖是汽油機兩個沖程的示意圖，其中乙圖中的沖程為汽車提供了動力。汽油機在吸氣沖程吸入氣缸的是汽油和空氣（填“空氣”或“汽油和空氣”），汽車發(fā)動機用水來冷卻、是利用了水的比熱容大的特點?！窘馕觥坑蓤D可知，甲圖中兩個氣門都關閉，活塞上行，為壓縮沖程，圖乙中，兩個氣門關閉，活塞下行，為做功沖程，為汽車提供動力的沖程是做功沖程，故圖乙是正確的；在吸氣沖程中汽油機吸入的是汽油和空氣的混合物；與其它液體相比較，水的比熱容最大，在質量和升高的溫度相同時，水吸收的熱量最多，制冷效果最好?！敬鸢浮恳?；汽油和空氣；比熱容。10．如圖所示，向小盒中滴入幾滴酒精后就聞到了酒精的氣味，這現象說明酒精分子不停地做無規(guī)則運動，將盒蓋蓋緊后啟動電火花發(fā)生器，盒內的酒精燃燒，盒蓋向外飛出，這過程中酒精燃燒的化學能轉化為內能，對盒蓋做功。此過程類似四沖程內燃機的做功沖程。【解析】我們會聞到酒精味兒，這是酒精的芳香分子擴散到空氣中，是擴散現象，擴散現象表明分子不停地做無規(guī)則運動；當按動電火花發(fā)生器的按鈕時，酒精燃燒后的燃氣對盒蓋做功，將燃氣的內能轉化為盒蓋的機械能，燃氣的內能減?。凰臎_程熱機中的做功沖程就是利用內能來做功的沖程，將內能轉化為機械能?！敬鸢浮坎煌５刈鰺o規(guī)則運動；內能；做功；做功。11．世界上很多發(fā)明都是受到生活現象的啟發(fā)而萌生的。比如蒸汽機和汽油機都是熱機，它們工作時，能的轉化過程是內能轉化為機械能，喜歡探究的小明同學做了如圖甲、乙所示的實驗，其中乙（選填“甲”或“乙”）圖可以反映汽油機的工作原理。如圖丙所示，來回摩擦繩甲乙使金屬筒的溫度升高，這是通過做功的方式改變了金屬筒的內能；當筒內的酒精蒸氣將軟木塞彈開后，周圍的人能聞到酒精的氣味，這個擴散現象說明了分子在不停地做無規(guī)則運動?！窘馕觥浚?）蒸汽機和汽油機都屬于熱機，工作時將內能轉化為機械能；（2）由圖甲可知，燃料燃燒，將燃料的化學能轉化為水和水蒸氣的內能，從玻璃管口噴出的水蒸氣驅動葉輪轉動，水蒸氣會對葉輪做功，將水蒸氣的內能轉化為葉輪的機械能；此過程與蒸汽機的工作過程相似，反映了蒸汽機的工作原理。在圖乙中，火焰使上方空氣溫度升高、上升，熱空氣帶動葉輪轉動，內能轉化為機械能，與汽油機的工作原理相同。圖中的工作過程是內能轉化為機械能，是汽油機的做功沖程。（3）來回拉繞在金屬筒上的繩子，繩子對筒做功時，機械能轉化為筒的內能，筒的溫度升高，筒內酒精蒸氣的溫度也會升高，內能增加；當酒精蒸氣的內能足夠大時會將塞子噴出，酒精蒸氣的內能轉化為塞子的機械能，周圍的人也能聞到酒精味，說明了分子在不停地做無規(guī)則運動，屬于擴散現象。【答案】內能轉化為機械能；乙；做功；分子在不停地做無規(guī)則運動。二．難點：與熱機有關的計算（共6小題）12．關于四沖程汽油發(fā)動機內部工作描述正確的是（）A．吸氣沖程時，吸入的是空氣 B．通過噴油嘴壓燃點火，在壓縮沖程時，將機械能轉化為內能 C．做功沖程時，若每次對外做功1000J，則2400r/min的發(fā)動機的額定功率為20kW D．排氣沖程時，排出的廢氣已經沒有內能，全轉化為機械能【解析】A、汽油機在吸氣沖程中，吸入的是空氣和汽油的混合物，故A錯誤；B、汽油機在壓縮沖程中，將機械能轉換為內能，點燃方式采用點燃式，故B錯誤；C、做功沖程中一次對外做功1000J，即汽油機2r對外做功1000J，1min轉2400r，1min做功是W＝＝1.2×106J；發(fā)動機的額定功率P＝＝＝2×104W＝20kW，即發(fā)動機的額定功率是20kW，故C正確；D、排氣沖程時，排出廢氣的溫度很高，具有很大的內能，故D錯誤?！敬鸢浮緾。13．某機器的能量流向圖如圖所示，據此推測該機器可能是（）A．熱機 B．洗衣機 C．發(fā)電機 D．電熱水器【解析】讀圖可知，該機器消耗的內能，得到了機械能，即將內能轉化為機械能，同時廢氣等帶走一部分內能，散熱損失部分內能。對照選項可知，熱機：將內能主要轉化為機械能；電熱水器：將電能轉化為內能；洗衣機：將電能轉化為機械能，發(fā)電機：將機械能轉化為電能，故BCD均不合題意，故A符合題意?！敬鸢浮緼。14．如圖甲所示，在空氣壓縮引火儀的玻璃筒底部放一小團干燥的棉花，快速壓下活塞，可觀察到棉花著火燃燒。此過程中活塞對空氣做功。實驗中如果用小紙片代替棉絮，小紙片并沒有燃起，則關于壓縮過程中的能量轉化的結論成立（填“成立”或“不成立”）。這與四沖程汽油機的壓縮沖程的能量轉化相同。如乙圖所示是汽油機的做功沖程，若飛輪的轉速為2400r/min，在1s內，汽油機做功20次?！窘馕觥浚?）在空氣壓縮引火儀玻璃筒的底部放一小撮干燥的棉絮，用力將活塞迅速向下壓，棉絮燃燒起來；說明壓縮筒內空氣做功，使空氣的內能增加；實驗中如果不放入棉絮，放入小紙片，將活塞迅速向下壓，雖然紙片沒有燃燒，筒內氣體內能仍增大，溫度照樣升高，能量轉化是機械能轉化為內能，所以關于壓縮過程中的能量轉化的結論成立；在壓火儀實驗中，活塞的機械能轉化為空氣的內能，與內燃機的壓縮沖程相似；（2）圖乙中兩氣門關閉，活塞向下運動，火花塞點火，是做功沖程；四沖程汽油機的飛輪轉速為2400r/min，則該飛輪每秒鐘轉40圈。因為一個工作循環(huán)飛輪轉2圈，完成四個工作沖程，做功1次，所以飛輪轉40圈，共20個工作循環(huán)，共80個沖程，共做功20次。【答案】空氣；成立；壓縮；做功；20。15．汽油機的一個工作循環(huán)是由四個沖程組成，活塞往復2次，曲軸轉2圈，其中對外做功1次。一臺汽油機的轉速為1800r/min，則在1s內汽油機飛輪轉了30r，1s內完成60個沖程，對外做功15次。在壓縮沖程中，氣體的溫度升高，這是通過做功的方式增加內能。為了不讓汽油機在工作時溫度升得太高，在設計制造時，汽缸外有一個水套，讓汽缸被水包圍著，這是通過熱傳遞的方式減少汽缸內能。用水來冷卻汽缸是因為水的比熱容較大?！窘馕觥科蜋C的一個工作循環(huán)是由吸氣、壓縮、做功和排氣四個沖程組成，一個工作循環(huán)活塞上下往復2次，曲軸轉動2周，對外做功一次；飛輪轉速為1800r/min＝30r/s，也就是1s飛輪轉動30r，完成60個沖程，對外做功15次；在壓縮沖程中，活塞由上向下壓縮氣缸內的空氣，即對空氣做功，使得空氣的內能增加，溫度升高，這是通過做功的方式改變了氣缸內物質的內能；同時為了避免汽油機在工作時溫度升得太高，在設計制造時，汽缸外有一個水套，讓汽缸被水包圍著，即通過水吸收熱量而使得氣缸溫度降低，這是通過熱傳遞的方式改變內能的；因為水的比熱容大，即相同質量的水和其他的液體相比較時，若都是升高1℃時，水能吸收的熱量最多，故用水冷卻效果最好?！敬鸢浮克模?；2；1；30；60；15；做功；熱傳遞；比熱容。16．如圖所示是某種內燃機某一沖程的示意圖，由圖可知：（1）這種內燃機是柴油機；（2）它表示的是壓縮沖程；（3）在這個沖程中機械能轉化為內能；（4）完成這一沖程，曲軸和飛輪轉半圈；（5）仔細觀察其銘牌，可看見“1800r/min“字樣，則它正常工作時，1秒鐘對外做功15次，60個沖程?！窘馕觥浚?）由圖可知，內燃機的頂端是噴油嘴，所以該內燃機是柴油機；（2）圖中的兩氣門都關閉、活塞上行，所以是壓縮沖程；（3）壓縮沖程中機械能轉化為內能；（4）曲軸轉一圈可以完成2個沖程，所以完成一個壓縮沖程時曲軸轉動半圈；（5）四沖程汽油機曲軸轉速是1800r/min＝30r/s，所以此汽油機每秒鐘轉30圈，可完成15個工作循環(huán)，60個沖程，對外做15次功；【答案】（1）柴油；（2）壓縮；（3）機械；內；（4）半；（5）15；60。17．如圖為四缸發(fā)動機工作原理：內燃機通過連桿把四個汽缸的活塞連在一根曲軸上，并使各汽缸的做功過程錯開，在飛輪轉動的每半周里，都有一個汽缸在做功，其他三個汽缸分別在做吸氣、壓縮和排氣工作。（1）發(fā)動機在做功沖程里，高溫、高壓的燃氣推動活塞向下運動，對外做功，同時將內能轉化為機械能。（2）有一臺四缸發(fā)動機，其主要技術指標如圖表所示。其中排量等于四個汽缸工作容積的總和，汽缸工作容積指活塞從上止點到下止點所掃過的容積，又稱單缸排量，它取決于活塞的面積和活塞上下運動的距離（既沖程長）。轉速表示每分鐘曲軸或飛輪所轉的周數。①該發(fā)動機在1s內做功1.2×105J，