第1節(jié) 熱機(jī)（解析版）

14.1\o"13.1分子熱運(yùn)動"熱機(jī)知識講解內(nèi)能的利用：①加熱物體（燒水、做飯）②做功：熱機(jī)1.熱機(jī)（1）概念：利用內(nèi)能做功的機(jī)械。（2）種類：蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動機(jī)等。（3）工作原理：燃料的化學(xué)能通過燃燒轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，然后通過做功把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。1.內(nèi)燃機(jī)（1）概念：燃料直接在汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動力的熱機(jī)。（2）分類：汽油機(jī)和柴油機(jī)，它們分別以汽油和柴油為燃料。2.汽油機(jī)①工作原理：利用氣缸內(nèi)高溫高壓的燃?xì)馔苿踊钊龉Φ臒釞C(jī)②工作過程：沖程定義：汽油機(jī)工作時(shí)，活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動，從氣缸的一端運(yùn)動到氣缸的另一端四個(gè)沖程特點(diǎn)：沖程吸氣沖程壓縮沖程做功沖程排氣沖程工作示意圖特點(diǎn)①進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉②活塞由上端向下運(yùn)動，吸入汽油和空氣組成的燃料混合物①進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉②活塞向上運(yùn)動，壓縮汽缸內(nèi)燃料空氣和汽油的混合物③外界對物體做功溫度升高，內(nèi)能增加①進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉②活塞在高溫高壓的燃?xì)庾饔孟孪蛳逻\(yùn)動，帶動曲軸轉(zhuǎn)動，對外做功，溫度降低，內(nèi)能減小進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門打開，活塞向上運(yùn)動，把廢氣排出氣缸能量轉(zhuǎn)化機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能廢氣帶走很多熱量注意：只有做功沖程對外做功，其他三個(gè)沖程都是靠飛輪的慣性來完成的方法指導(dǎo)方法指導(dǎo)：汽油機(jī)四個(gè)沖程識別進(jìn)氣門打開就是吸氣沖程，僅排氣門打開是排氣沖程火花塞點(diǎn)火就是做功沖程，另一個(gè)圖就是壓縮沖程兩氣門都關(guān)閉：活塞向上運(yùn)動是壓縮沖程；活塞向下運(yùn)動是做功沖程。③工作循環(huán)：（4沖2轉(zhuǎn)1功）1個(gè)工作循環(huán)：4個(gè)沖程，活塞往復(fù)2次，曲軸轉(zhuǎn)2周，飛輪轉(zhuǎn)2圈，對外做功1次例題：如圖為一臺單缸四沖程汽油機(jī)，飛輪轉(zhuǎn)速為2400r/min，該汽油機(jī)每秒鐘對外做功20次，每秒鐘共有20個(gè)沖程，如圖所示是汽油機(jī)的80沖程。解：（1）汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速為2400r/min，說明1s內(nèi)汽油機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)動次數(shù)等于40．一個(gè)工作循環(huán)中，曲軸轉(zhuǎn)動兩周，對外做功一次，1s內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)動40次，對外做功20次，共80個(gè)沖程；（2）由題中示意圖可知：兩氣門關(guān)閉，炎花塞點(diǎn)火，活塞下移，是做功沖程。3.汽油機(jī)和柴油機(jī)的區(qū)別：汽油機(jī)柴油機(jī)不同點(diǎn)燃料汽油柴油構(gòu)造氣缸頂部有火花塞氣缸頂部有噴油嘴點(diǎn)火方式點(diǎn)火式壓燃式吸氣沖程吸入空氣和汽油的混合物吸入空氣壓縮沖程壓縮程度較小，混合物被壓縮后，壓強(qiáng)達(dá)6-15atm，溫度達(dá)250-300℃壓縮程度較大，混合物被壓縮后，壓強(qiáng)達(dá)35-45atm，溫度達(dá)500-700℃做功沖程火花塞點(diǎn)火，燃料燃燒，即點(diǎn)火式噴油嘴噴出霧狀柴油，遇高溫空氣燃燒，即壓燃式主要特點(diǎn)輕巧、體積小、效率較低笨重、功率大、效率較高用途摩托車、小型汽車、輕型飛機(jī)等載重汽車、輪船、坦克、大型發(fā)電機(jī)1．以下機(jī)械屬于內(nèi)燃機(jī)的是（）A．火箭噴氣發(fā)動機(jī)B．汽油機(jī) C．滑輪組 D．洗衣機(jī)解：A、火箭噴氣發(fā)動機(jī)屬于熱機(jī)，但與內(nèi)燃機(jī)并不完全相同，它是以熱氣流高速向后噴出，利用產(chǎn)生的反作用力向前運(yùn)動的噴氣推進(jìn)裝置。它自身攜帶燃燒劑與氧化劑，不依賴空氣中的氧助燃，火箭在飛行過程中隨著火箭推進(jìn)劑的消耗，其質(zhì)量不斷減小，是變質(zhì)量飛行體，因此，嚴(yán)格講不屬于內(nèi)燃機(jī)，故A不合題意；B、汽油機(jī)工作時(shí)，燃料在氣缸內(nèi)燃燒，通過燃?xì)鈱ν庾龉?，將?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，屬于內(nèi)燃機(jī)，故B符合題意；C、滑輪組屬于簡單機(jī)械，不是內(nèi)燃機(jī)，故C不合題意；D、洗衣機(jī)利用的是電動機(jī)來工作，不是內(nèi)燃機(jī)，故D不合題意。故選：B。2．6月17日，我國運(yùn)載火箭將“神舟十二號”載人飛船準(zhǔn)確送入預(yù)定軌道。如圖所示，火箭工作時(shí)將高溫氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；火箭發(fā)動機(jī)屬于熱機(jī)（選填“屬于”或“不屬于”）。解：火箭噴氣式發(fā)動機(jī)靠燃燒燃料獲得內(nèi)能，將燃料燃燒的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為火箭運(yùn)動的機(jī)械能，屬于熱機(jī)。故答案為：內(nèi)；屬于。3．人類最早發(fā)明的熱機(jī)是（A）A．蒸汽機(jī) B．內(nèi)燃機(jī) C．噴氣發(fā)動機(jī) D．火箭發(fā)動機(jī)解：熱機(jī)是指各種利用內(nèi)能做功的機(jī)械，17世紀(jì)人類發(fā)明了熱機(jī)，最早的熱機(jī)是蒸汽機(jī)；內(nèi)燃機(jī)、噴氣發(fā)動機(jī)、火箭發(fā)動機(jī)都是19世紀(jì)后期發(fā)明出來的，故A正確。故選：A。4．如圖顯示了熱機(jī)的共同特點(diǎn)，其中虛線框處應(yīng)該填（A）A．內(nèi)能 B．電能 C．動能 D．勢能解：所有的燃料都儲存了化學(xué)能，而熱機(jī)工作的過程是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，再通過做功的方式將內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的過程，故A正確、BCD錯(cuò)誤。故選：A。5．在如圖所示的四幅圖中，甲、乙是兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)示意圖；丙、丁是四沖程汽油機(jī)工作過程中的兩個(gè)沖程示意圖．與壓縮沖程原理相同的是乙圖所示的演示實(shí)驗(yàn)（選填“甲”或“乙”），都是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；汽油機(jī)利用內(nèi)能來做功的沖程是丙圖（選填“丙”或“丁”）。解：（1）乙圖，用力將活塞壓下，活塞對瓶內(nèi)空氣做功，空氣的內(nèi)能增大，溫度升高，達(dá)到了棉花的著火點(diǎn)，棉花就會燃燒；這是通過對物體做功來增大物體內(nèi)能的，即是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程。甲圖，對試管中的水加熱，使試管中水的內(nèi)能增大，水蒸氣體積膨脹，對外做功，使塞子飛出去，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為塞子的機(jī)械能；熱機(jī)就是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器，故與熱機(jī)壓縮沖程工作原理相同的是乙圖所示的演示實(shí)驗(yàn)。（2）丙圖，兩氣門都關(guān)閉，火花塞點(diǎn)火，高溫高壓的燃?xì)馔苿踊钊滦?，利用?nèi)能來對外做功，是做功沖程；丁圖，兩氣門都關(guān)閉，活塞上行，汽缸容積變小，是汽油機(jī)的壓縮沖程。故答案為：乙；機(jī)械；內(nèi)；丙。6．汽油機(jī)在壓縮沖程中，氣缸中混合氣體的溫度、內(nèi)能和體積變化情況是（A）A．溫度升高，內(nèi)能增加，體積縮小 B．溫度升高，內(nèi)能增加，體積增大 C．溫度降低，內(nèi)能減少，體積縮小 D．溫度降低，內(nèi)能減少，體積增大解：汽油機(jī)在壓縮沖程中，活塞由下向上運(yùn)動，壓縮汽缸內(nèi)的混合氣體，使其體積減小，活塞對汽缸中的混合氣體做功，使混合氣體的內(nèi)能增大，溫度升高，故A正確，BCD錯(cuò)誤。故選：A。7．下列關(guān)于內(nèi)能與內(nèi)燃機(jī)的說法正確的是（C）A．玻璃杯中的水凝固成冰后，其內(nèi)能變?yōu)榱?B．熱氣騰騰的火鍋含有較多的熱量 C．溫度越高分子無規(guī)則運(yùn)動越劇烈 D．汽油機(jī)的吸氣沖程吸入的是空氣解：A、物體在任何情況下，都具有內(nèi)能，故A錯(cuò)誤；B、熱量是過程量，不能說含有，故B錯(cuò)誤；C、分子做無規(guī)則運(yùn)動的劇烈程度與溫度有關(guān)，溫度越高，分子的無規(guī)則運(yùn)動越劇烈，故C正確；D、汽油機(jī)吸氣沖程吸入的是空氣和汽油的混合物，故D錯(cuò)誤。故選：C。8．下列四幅圖中，屬于做功沖程的是（C）A．B． C． D．解：A、兩氣門都關(guān)閉，活塞向上運(yùn)動，氣缸容積減小，是壓縮沖程，故A不符合題意；B、進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，活塞向下運(yùn)動，氣缸容積增大，是吸氣沖程，故B不符合題意；C、兩氣門都關(guān)閉，火花塞噴出電火花，活塞向下運(yùn)動，氣缸容積增大，是做功沖程，故C符合題意；D、排氣門打開，進(jìn)氣門關(guān)閉，活塞向上運(yùn)動，氣缸容積減小，是排氣沖程，故D不符合題意。故選：C。小明在做完“壓縮點(diǎn)火”實(shí)驗(yàn)后，將桶蓋擰開，用手甩一甩小桶，將桶中廢氣甩出，這個(gè)過程與四沖程汽油機(jī)相似的沖程是（D）A．吸氣沖程 B．壓縮沖程 C．做功沖程 D．排氣沖程解：小明在做完“壓縮點(diǎn)火”實(shí)驗(yàn)后，將桶蓋擰開，用手甩一甩小桶，將桶中廢氣甩出，這相當(dāng)于汽油機(jī)的排氣沖程。故選：D。10．2022年5月20日，我國使用長征二號丙運(yùn)載火箭同時(shí)將3顆試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射成功?；鸺龔牡孛嫦蛏习l(fā)射過程中，其外殼與大氣摩擦后溫度升高，這里面的能量轉(zhuǎn)化過程與下面哪個(gè)沖程相同（D）A． B． C． D．解：火箭在大氣層中高速飛行時(shí)，外殼與空氣劇烈摩擦，此過程克服摩擦做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，從而使火箭外殼溫度升高，內(nèi)能增大；D汽油機(jī)中兩個(gè)氣門關(guān)閉，活塞上行，是壓縮沖程，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，與實(shí)驗(yàn)過程中的能量轉(zhuǎn)化是一致的。故選：D。11．氮?dú)鈴椈墒且环N以密閉高壓氮?dú)鉃楣ぷ鹘橘|(zhì)的彈性組件，具有體積小、彈力大、工作平穩(wěn)、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。它在生活和工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用，其工作結(jié)構(gòu)簡圖如圖。當(dāng)活塞頂部受到壓力向下運(yùn)動時(shí)，下列說法正確的是（A）A．缸體內(nèi)氮?dú)獾拿芏茸兇?B．缸體內(nèi)的氣體被壓緊后，氮?dú)夥肿硬辉龠\(yùn)動 C．缸體內(nèi)的氣體壓強(qiáng)減小 D．該過程中能量的轉(zhuǎn)化方式與汽油機(jī)的做功沖程相同解：A、活塞頂部受到壓力向下運(yùn)動時(shí)，缸體內(nèi)氮?dú)怏w積減小，密度變大，故A正確；B、組成物質(zhì)的分子，不停地做無規(guī)則運(yùn)動，缸體內(nèi)的氣體被壓緊后，氮?dú)夥肿尤宰鰺o規(guī)則運(yùn)動，故B錯(cuò)誤；C、氣體壓縮后，體積變小、壓強(qiáng)增大，故C錯(cuò)誤；D、活塞向下壓縮，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾膬?nèi)能，能量的轉(zhuǎn)化方式與汽油機(jī)的壓縮沖程相同，故D錯(cuò)誤。故選：A。如圖所示是單缸四沖程汽油機(jī)某一沖程工作示意圖，該沖程是壓縮沖程。若該汽油機(jī)1s對外做功15次，則汽油機(jī)的飛輪速度為1800r/min。解：根據(jù)圖示可知，兩個(gè)氣門關(guān)閉、活塞上行，為壓縮沖程；汽油機(jī)每秒內(nèi)對外做功15次，曲軸轉(zhuǎn)30圈，活塞往復(fù)30次，則每分鐘對外做功900次，曲軸轉(zhuǎn)1800圈，活塞往復(fù)1800次，因此曲軸的轉(zhuǎn)速為1800r/min。故答案為：壓縮；1800。13．爸爸駕駛汽車帶小明去海邊玩，汽車是依靠發(fā)動機(jī)（汽油機(jī)）工作時(shí)的做功沖程獲得動力的。為了給發(fā)動機(jī)降溫，往往需要向汽車內(nèi)加入冷卻液，如圖所示是質(zhì)量相等的甲、乙兩種冷卻液吸收相同的熱量，溫度隨加熱時(shí)間變化的關(guān)系圖像。由圖可知，甲、乙兩種冷卻液的比熱容，c甲小于c乙（選填“大于”、“小于”或“等于”）。解：汽車發(fā)動機(jī)工作時(shí)做功沖程將燃料燃燒釋放的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，為汽車提供動力；由圖象可知：質(zhì)量相等的甲、乙兩種冷卻液吸收相同的熱量，加熱相同的時(shí)間，會吸收相同的熱量，圖中所示甲升高的溫度高，說明甲的比熱容比乙的比熱容小。故答案為：做功；小于。14．如圖所示，用酒精燈給水加熱，一段時(shí)間后，管內(nèi)的氣壓大于（選填“大于”、“小于”或“等于”）大氣壓，軟木塞沖出試管口，該過程的能量轉(zhuǎn)化形式與汽油機(jī)的做功沖程相似。試管口出現(xiàn)白霧，此時(shí)發(fā)生的物態(tài)變化過程中會放熱（選填“吸熱”或“放熱”）。解：軟木塞堵在試管口，用酒精燈給水加熱，一段時(shí)間后，管內(nèi)的水不斷汽化成水蒸氣，管內(nèi)水蒸氣不斷增多，管內(nèi)氣壓就不斷增大。當(dāng)管內(nèi)的氣壓大于大氣壓時(shí)，就能把軟木塞沖出試管口。試管內(nèi)的水蒸氣把軟木塞沖出試管口，是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；汽油機(jī)的做功沖程是高溫高壓的燃?xì)馔苿踊钊\(yùn)動做功，也是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。試管口出現(xiàn)的白霧，是高溫的水蒸氣沖出試管后，在空氣中遇冷液化成的小水珠。液化過程要放熱。故答案為：大于；做功；放熱。15．2022年11月12日10時(shí)03分，天舟五號貨運(yùn)飛船在長征七號火箭的穩(wěn)穩(wěn)托舉下，滿載貨物飛天云霄，跨越星海奔赴天宮，如圖所示?；鸺龂姎獍l(fā)動機(jī)將燃料燃燒后燃?xì)獾膬?nèi)能轉(zhuǎn)化為火箭的機(jī)械能，這個(gè)能量轉(zhuǎn)化過程與四沖程汽油機(jī)的做功沖程能量轉(zhuǎn)化相同。解：火箭起飛過程中，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為火箭的機(jī)械能，四沖程汽油機(jī)做功沖程將燃料燃燒釋放的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，火箭發(fā)射過程的能量轉(zhuǎn)化與內(nèi)燃機(jī)的做功沖程的原理是相同的。故答案為：機(jī)械；做功。16．下列關(guān)于汽油機(jī)和柴油機(jī)的主要區(qū)別，說法正確的是（D）A．構(gòu)造上，汽油機(jī)氣缸頂部有噴油嘴，柴油機(jī)氣缸頂部有火花塞 B．吸氣沖程中，柴油機(jī)吸入汽缸的是柴油和空氣的混合物，汽油機(jī)吸入汽缸的是空氣 C．在壓縮沖程末，柴油機(jī)的點(diǎn)火方式是點(diǎn)燃式，汽油機(jī)的點(diǎn)火方式是壓燃式 D．在做功沖程中，柴油機(jī)的燃?xì)鉁囟群蛪簭?qiáng)比汽油機(jī)里的高解：A、柴油機(jī)和汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)不同：柴油機(jī)的氣缸上是噴油嘴，汽油機(jī)的頂部有火花塞，故A錯(cuò)誤；B、在吸氣沖程，柴油機(jī)吸入氣缸的只是空氣，汽油機(jī)吸入氣缸的是汽油和空氣的混合物，故B錯(cuò)誤；C、在做功沖程，汽油機(jī)的點(diǎn)火方式叫點(diǎn)燃式，柴油機(jī)的點(diǎn)火方式叫壓燃式，故C錯(cuò)誤；D、柴油機(jī)的壓縮比例更大，柴油機(jī)燃?xì)鈮簭?qiáng)比汽油機(jī)的更高，故D正確。故選：D。如圖所示的某空氣動力車，運(yùn)行時(shí)車上儲存的被高壓壓縮的空氣能驅(qū)動發(fā)動機(jī)缸體內(nèi)的活塞運(yùn)動，使汽車前進(jìn)。汽油機(jī)與空氣動力車獲得動力相似的沖程是（C）A．吸氣沖程 B．壓縮沖程 C．做功沖程 D．排氣沖程解：空氣動力汽車工作時(shí)利用壓縮的氣體對外做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，與內(nèi)燃機(jī)的做功沖程能量轉(zhuǎn)化相同，都是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。故選：C。（多選）18．下列關(guān)于汽車的說法中正確的是（BD）A．汽油機(jī)在壓縮沖程中將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 B．用水作汽車發(fā)動機(jī)的冷卻液，是因?yàn)樗谋葻崛葺^大 C．汽車在剎車過程中，剎車片溫度升高，是熱傳遞改變了它的內(nèi)能 D．給汽車加油時(shí)能聞到汽油的味道，說明分子在不停地做無規(guī)則運(yùn)動解：A、汽油機(jī)在壓縮沖程中機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故A錯(cuò)誤；B、水的比熱容較大，相同質(zhì)量的水和其它物質(zhì)相比，升高相同的溫度，水吸收的熱量較多，所以常用水作汽車發(fā)動機(jī)的冷卻液，故B正確；C、汽車在剎車過程中，剎車片溫度升高，是做功改變了它的內(nèi)能，故C錯(cuò)誤；D、給汽車加油時(shí)能聞到汽油的味道，是汽油分子運(yùn)動到空氣中，說明分子在不停地做無規(guī)則運(yùn)動，故D正確。故選：BD。（多選）19．下列說法中正確的是（CD）A．一杯水倒掉一部分，杯中剩余的水比熱容減小 B．組成物體的分子之間只存在引力，不存在斥力 C．汽油機(jī)在做功