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人教版2024九年级全册物理同步精讲精炼学案（全国通用）
第十四章 内能的利用
专题12 《内能的利用》单元重难点训练
一、能量的转化和转移（共9小题）
二、能量守恒定律 （共8小题）
三、热机（共5小题）
四、汽油机和柴油机（共15小题）
五、热值（共6小题）
六、热机的效率（共8小题）
七、热机模型（跨学科实践）问题（共7小题）
一、能量的转化和转移（共9小题）
1. 如图所示是一种新型照明灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板，“腰挎”照明灯，“脚踩”蓄电池。下列说法中不正确的是（　　）
A．蓄电池白天是将化学能转化为电能
B．照明灯晚上工作时将电能主要转化为光能
C．小风扇利用风力发电时，是将机械能转化为电能
D．太阳能电池板工作时是将太阳能转化为电能
【答案】A.
【解析】AD．蓄电池白天充电，光电池板是将太阳能转化为电能，电能转化为化学能，故A错误，符合题意，D正确，不符合题意；
B．照明灯工作时，将电能主要转化为光能，故B正确；
C．利用风力发电时，“小风扇”将机械能转化为电能，故C正确.
所以选A。
2.在文昌航天发射场，搭载“天舟六号”货运飞船的长征七号遥七运载火箭发射升空，如图所示。在火箭加速升空过程中，下列说法正确的是（　　）

A．“天舟六号”货运飞船的重力势能增大
B．“天舟六号”货运飞船的动能保持不变
C．“天舟六号”货运飞船的机械能不变
D．“天舟六号”货运飞船的动能转化为重力势能
【答案】A
【解析】ABC．在火箭加速升空过程中，货运飞船的质量不变，速度增大，高度增大，所以货运飞船的动能增大，重力势能增大，机械能增大，故A正确，BC错误；
D．火箭中燃料燃烧放出热量，将内能转化为重力势能，故D错误。
故选A。
3．下列关于能量转移和转化的方向性的说法中，不正确的是（　　）
A．在自然界中不是所有能量都能利用
B．能量的利用是有条件的，也是有代价的
C．不同温度的物体发生热传递时，热量可以自发地从高温物体传到低温物体
D．汽车刹车时，车的动能转化为内能，这些内能可以收集起来，再作为车行驶的动力
【答案】D
【解析】A．在自然界中不是所有能量都能利用，例如雷电带来的能量，还不能被人类所利用，故A正确，不符合题意；
B．能量的利用是有条件的，也是有代价的，例如利用核能来发电，一旦核泄漏造程度的后果将不堪想象，故B正确，不符合题意；
C．热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，但却不能自发地从低温物体传递到高温物体，说明能量转移具有方向性，故C正确，不符合题意；
D．汽车刹车时，车的动能转化为内能，内能不可以自动地、不引起其它变化地完全转化为机械能，说能量转化具有方向性，故D错误，符合题意。
故选D。
4．甲亢哥在深圳体验无人机送餐时，观察到无人机携带外卖从地面升至高空。关于此过程的能量转化分析，正确的是（　　）
A．无人机若可以精准做到匀速上升，则机械能保持不变
B．电池的电能主要转化为无人机的机械能和外卖的重力势能
C．化学能通过电池转化为电能，再转化为热能和光能
D．无人机运动越快，无人机做功越多
【答案】B
【解析】A．无人机若匀速上升，速度不变，质量不变，动能不变，而高度升高，质量不变，重力势能增大，所以机械能增大，故A错误；
BC．无人机飞行时，锂电池供电消耗化学能得到电能，再转化为无人机的机械能和外卖的重力势能，故B正确，C错误；
D．无人机运动越快，无人机做功越快，做功的多少与时间有关，时间未知，所以无法判断做功的多少，故D错误。
故选B。
5．下列关于能量转化、转移现象的说法中，错误的（　　）
A．给蓄电池充电，化学能转化为电能
B．用太阳能电池板，是太阳能转化为电能
C．电风扇工作时，电能主要转化为机械能
D．用热水袋取暖，内能发生了转移
【答案】A
【解析】A．给蓄电池充电，是将电能转化为化学能储存起来，故A错误，符合题意；
B．用太阳能电池板，是太阳能转化为电能，供用电器使用，故B正确，不符合题意；
C．电风扇工作时，消耗电能，使扇叶转动，电能主要转化为机械能，故C正确，不符合题意；
D．用热水袋取暖，热量从温度高的热水袋转移到温度低的人体，内能发生了转移，故D正确，不符合题意。
故选A。
6. 小芳同学将能量的转化及常见的例子连线，其中一组出现了错误。请帮她找出（　　）
A．机械能转化为内能——用磨刀石磨刀
B．内能转化为机械能——暖水瓶瓶盖蹦起
C．势能转化为动能——向上运动的乒乓球
D．电能转化为内能——电炉工作
【答案】C
【解析】A．用磨刀石磨刀，克服摩擦力做功，将机械能转化为内能，故A正确，A不符合题意；
B．暖水瓶瓶盖蹦起，高温水蒸气膨胀对外做功，将内能转化为机械能，故B正确，B不符合题意；
C．向上运动的乒乓球，质量不变，速度减小，动能减小，高度增加，重力势能增加，故是动能转化为重力势能，故C错误，C符合题意；
D．电炉工作，电流做功，将电能转化为内能，故D正确，D不符合题意。
故选C。
7．能量的“转化”和“转移”的区别：
（1）能量的转化：能量的转化是能的 发生了改变。在能量转化过程中，一种形式的能量 了，必然其他形式的能量 了；
（2）能量的转移：能量的转移是指能量从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分，能量的形式 。
【答案】（1）形式 增加 减少 （2） 没有改变
【解析】（1）能量的转化中一定存在不同形式的能量，一种形式的能量增加了，一定会有其他的形式的能量减少，比如，气体膨胀做功，就是内能和机械能两种形式的能量发生了相互转化。
（2）能量的转移只是同种形式的能量从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，比如热传递，就是内能这一种形式的能量的转移。
8．分析以下现象：①煤炭燃烧；②热水变凉；③搓手取暖；④摩擦生电；⑤温度计测温度。
属于能量转移的是_____，属于能量转化的是_____。
【答案】 ②⑤ ，①③④。
【解析】①煤炭燃烧是化学变化，化学能转化为内能，属于能量的转化；
②热水变凉，热水放出热量，温度降低，属于能量的转移；
③搓手取暖，克服摩擦做功，机械能转化为内能，属于能量的转化；
④摩擦生电，机械能转化为电能，属于能量的转化；
⑤温度计测温度，温度计吸收或放出热量，属于能量的转移；
综上所述，属于能量转移的是②⑤，属于能量转化的是①③④。
9. 如下图所示是不同形式的能量的相互转化图，圆圈内B的能量形式是 ，请举一个序号⑩的实例 。
【答案】 电能 见解析
【解析】由图可知，加热器不存在发电的功能，但可以将电能转化为内能，因此圆圈内A的能量形式是内能，B是电能。
序号⑩是机械能转化为内能。生活中的实例，如摩擦生热；刹车时，车轮胎与地面的摩擦等。
二、能量守恒定律 （共8小题）
1．如图所示，滚摆由最高点静止释放后开始做上下往复运动，在此过程中摆动幅度越来越小，最终停在最低点，下列说法正确的是（ ）
A．停在最低点时，滚摆受到的是非平衡力
B．滚摆上升的过程中，重力势能转化为动能
C．整个过程中滚摆的机械能不变
D．滚摆的运动过程遵循能量守恒定律
【答案】D
【解析】A．停在最低点时，滚摆保持静止，处于平衡状态，受到的是平衡力的作用，故A错误；
B．滚摆上升的过程中，质量不变，速度减小，高度升高，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能，故B错误；
C．整个过程中滚摆不断克服摩擦力做功，则机械能不断减小，故C错误；
D．滚摆的运动过程，总能量不变，遵循能量守恒定律，故D正确。
故选D。
2．根据能量守恒定律，以下情形可能发生的是（　　）
A．向上抛出的石头在向上运动过程中速度越来越快
B．电热水壶的水沸腾后，给该电热水壶断电后，水的沸腾永不停止
C．上紧发条的玩具小车能从斜面底端沿斜面向上运动
D．孤岛上被人们遗忘的一只机械表，默默地走了几十年
【答案】C
【解析】A．向上抛出的石头在向上运动过程中，高度变大，重力势能变大，动能转化为重力势能，动能变小，质量不变，所以速度越来越小，故A错误，不符合题意；
B．电热水壶的水沸腾后，给该电热水壶断电后，水无法吸收热量，由液体沸腾条件知，水会停止沸腾，故B错误，不符合题意；
C．上紧发条的玩具小车具有弹性势能，弹性势能可以转化小车的动能，动能再转化为小车的重力势能，所以小车能从斜面底端沿斜面向上运动，故C正确，符合题意；
D．机械表工作靠表内弹簧片的弹性势能转化为机械能，机械表零件之间有摩擦，再将机械能转化为内能，不久就会消耗完毕，不会一直默默地几十年，故D错误，不符合题意。
故选C。
3. 掉在水平地面上的弹性小球会跳起，而且弹跳的高度越来越低。如图3所示是小球在地面弹跳的频闪照片。下列说法正确的是（　　）
A．小球在1位置和2位置的动能相同
B．在小球运动的过程中，有一部分机械能转化成了内能
C．小球弹起的高度越来越低，说明小球在此过程中能量不守恒
D．此过程机械能是守恒的
【答案】B
【解析】A．由图可知，小球在1位置的机械能大于2位置的机械能，而小球在1位置和2位置的高度相同，重力势能相等，机械能为动能和势能之和，所以小球在1位置的动能大于在2位置的动能。故A错误；
BD．小球弹起的高度越来越低，说明小球的机械能减少，因为在小球运动的过程中，需要克服阻力做功，有一部分机械能转化成了内能，机械能不守恒。故B正确，D错误；
C．小球运动的过程中，需要克服阻力做功，有一部分机械能转化成了内能，但在能的转化和转移过程中，能的总量保持不变。故C错误。
故选B。
4．下列关于能量转化和守恒的说法，正确的是（　　）
A．摩擦起电是将电能转化为机械能
B．太阳能电池板把太阳能转化为电能
C．干电池给灯泡供电时将电能转化为化学能
D．直升机悬停的过程不遵循能量守恒定律
【答案】B
【解析】A．摩擦起电是通过摩擦的方法让正负电荷分离，将机械能转化为电能，故A错误；
B．太阳能电池板吸收太阳能，把太阳能转化为电能，故B正确；
C．干电池给灯泡供电时，干电池提供电能，将化学能转化为电能，故C错误；
D．能量在转化或转移的过程，能量的总量保持不变，均要遵守能量守恒定律，故直升机悬停的过程遵循能量守恒定律，故D错误。
故选B。
5．现在很多电动汽车为了节能安装了一套“能量回收装置”。在刹车时该装置可带动发电机发电，将机械能转化为电能储存起来，但轮胎与地面摩擦会产生大量内能，这些内能是无法自动转化成机械能供汽车运动的，这是因为能量的转移和转化具有 。此种“能量回收装置”工作时 （选填“遵循”或“不遵循”）能量守恒定律。
【答案】方向性 遵循
【解析】在刹车时该装置可带动发电机发电，将机械能转化为电能储存起来，但轮胎与地面摩擦会产生大量内能，这些内能是无法自动转化成机械能供汽车运动的，即能量只能朝一个方向自动转化，而不能反方向进行，这是因为能量的转移和转化具有方向性。
自然界的物理现象都遵循能量守恒定律，所以，此种“能量回收装置”工作时也遵循能量守恒定律。
6.有人曾设想制造一种不消耗任何能量和燃料，却源源不断对外做功的机器，人们把这种机器叫永动机。这种机器有可能制成吗？
【答案】见解析
【解析】高处的水具有一定的机械能W总，在水向下流动时，对水轮机做功，水轮机转动，把低处的水抽到高处。而水轮机做机械运动的各部件间有摩擦，会有部分机械能转化为内能W内能，只有一部分能量W抽水用来对外做功抽水。
根据能量守恒定律可知： W总=W内能+ W抽水，最后抽水的能量小于原来水的总能量，使流下的水不能全部抽回。
7．如图所示实验和设想。
(1)图甲中，两个底面平整、干净的铅柱压紧后，下面可吊起一个重物，说明铅柱的分子间存在 力；
(2)图乙所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，迅速下压活塞后，硝化棉的内能 （选填“增加”或“减少”），这是利用 的方式增大内能；
(3)图丙是一种设想中的永动机。从能量守恒的角度可知它 （选填“能”或“不能”）一直工作下去。
【答案】(1)引 (2) 增加 做功 (3)不能
【解析】（1）分子间存在相互作用的引力和斥力。两个底面削平的铅柱紧压在一起，下面吊一个重物也不能把它们拉开，说明分子之间存在相互作用的引力。
（2）活塞迅速压下去时，活塞对气体做功，使气体的内能增大，温度升高，硝化棉吸收热量，内能增加，温度升高，达到硝化棉的着火点，因此硝化棉燃烧起来。
活塞迅速压下去时，活塞对气体做功，使气体的内能增大,是通过做功的方式增大内能的。
（3）根据能量守恒定律可知，能量不会凭空产生，设想中的永动机不能一直工作下去，因为抽水器在工作过程中，有部分机械能会转化为内能，即机械能会逐渐减少，根据能量守恒定律，抽水机最后会停止工作。
8. （2026·广东一模）《天工开物》记载“凡河滨有制筒车者，堰陂障流，绕于车下，激轮使转，挽水入筒，一一倾于枧内，流入亩中，昼夜不息，百亩无忧。”，如题图甲，图乙为筒车简化图，其工作原理可理解为把流水的 能转化为 能。筒车“昼夜不息”， （选填“能”或“不能”）说明它就是永动机。
【答案】动 机械 不能
【解析】在筒车工作过程中，流水冲击筒车，使筒车转动，流水的速度减小，动能减小；筒车带动水上升，水的高度增加，重力势能增大。所以流水的动能转化为筒车和水的机械能（这里主要是重力势能）。
筒车 “昼夜不息” 是因为有流水持续提供能量推动它转动，它并不是不需要外界能量输入就能一直运转的机器，不满足永动机的定义。根据能量守恒定律，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到其它物体，而能的总量保持不变。所以筒车不是永动机。
三、热机（5小题）
1．神舟十三号载人飞船返回舱进入大气层后下落（如图所示）。接近地面时反推发动机点火，最终返回舱在东风着陆场预定区内实现软着陆。
（1）返回舱刚进入大气层下落时，机械能大小如何变化，为什么？
（2）反推发动机属于喷气式发动机，反推发动机是否属于热机？
【答案】（1）见解析（2）是
【解析】（1）机械能减小。原因是返回舱刚进入大气层后，降落伞相继打开，临近地面时，反推发动机启动向下喷气，给气体一个向下的力，由于物体间力的作用是相互的，气体给返回舱一个向上的力，迫使返回舱减速“刹车”，由于速度减小，故动能减小；返回舱下落过程中高度减小，故重力势能减小；由于返回舱与大气摩擦，机械能转化为内能，故机械能减小。
（2）热机的种类很多，例如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机都属于热机。
2．如图所示，是小滨在学校科技节中制作的一个“冲天炮”，他将一个空易拉罐的底部钻一个小孔，往易拉罐里喷少量酒精，用手拿着这个“冲天炮”对着前方点燃的打火机靠近易拉罐底部的小孔，纸杯就会“冲天”飞出去。下列说法正确的是（　　）
A．酒精燃烧时，将化学能全部转化为内能
B．纸杯飞出去的过程的能量转化，与内燃机的吸气冲程相同
C．纸杯飞出去时，易拉罐内气体的内能减小
D．纸杯飞出去时，易拉罐对纸杯做了功
【答案】C
【解析】A．酒精燃烧时，除了将酒精的化学能转化为化学能，还会转化为光能，故A错误；
B．纸杯飞出去的过程，燃气的内能转化为纸杯的机械能，相当于内燃机的做功冲程，故B错误；
CD．纸杯飞出去时，酒精燃烧产生的燃气对纸杯做功，易拉罐内气体的内能减小，温度降低，故C正确，D错误。
故选C。
3．小华用塑料矿泉水瓶子进行了如下实践探究实验：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（如图a）；扭转瓶子压缩瓶内的气体（如图b）；轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾（如图c）。图b和图c所示的过程分别与下列所示的四冲程内燃机示意图中相对应的两个冲程是（　　）
A．甲和乙 B．丁和乙
C．丙和甲 D．丁和甲
【答案】B
【解析】图a：瓶中留有少量水，盖上瓶盖，此时瓶内气体处于初始状态。图b：扭转瓶子，压缩瓶内的气体，此时外力对瓶内气体做功，气体的内能增加，温度升高。 图c：轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的高压气体冲出，同时瓶内出现白雾。这是由于瓶内气体膨胀对外做功，内能减少，温度降低，水蒸气液化形成白雾；图甲为吸气冲程，无能量转化。图乙为做功冲程，将高温高压燃气的内能转化为活塞的机械能。图丙为排气冲程，排出废气，无能量转化。图丁为压缩冲程，将活塞的机械能转化为气体的内能。对比实验过程与内燃机冲程：图b扭转瓶子压缩气体，机械能转化为内能，与内燃机的压缩冲程相似。图c气体膨胀对外做功，内能转化为机械能，与内燃机的做功冲程相似。故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
4．建设具有国际先进水平的空间站，解决较大规模的、长期有人照料的空间站应用问题，是我国载人航天工程“三步走”发展战略中第三步的任务目标。火箭搭载载人飞船升空过程中，发动机的工作原理相当于四冲程内燃机的 冲程。此过程，火箭箭体与空气摩擦会发热，这是通过 方式改变箭体的内能。
【答案】 做功 做功
【解析】火箭升空过程中，火箭发动机工作，将内能转化为机械能，这一过程与内燃机做功冲程工作原理相同。
通过题干可知火箭升空过程中，空气与火箭箭体摩擦发热，摩擦属做功的一种，故这是通过做功改变箭体的内能。
5．二氧化碳（）爆破是工程建设中环保的爆破技术。起爆前利用高压泵使通过 方式发生液化，流入爆破筒内。如图所示，通电后电加热管发热，液态迅速汽化，形成的高压气体从泄气孔喷出，实施爆破，这一过程相当于内燃机的 冲程。
【答案】 压缩 做功
【解析】使气体液化的方式有两种：降低温度；在一定温度条件下压缩体积。二氧化碳CO2主要是利用压缩体积的方式液化的。
起爆前高压泵压缩CO2时，机械能转化为内能，气体内能增大，温度升高，爆破时高压气体对外做功，将内能转化为机械能，能量转化与汽油机工作循环中的做功冲程相同。
四、汽油机和柴油机（15小题）
1. （2026·江苏常州一模）四冲程汽油机工作时，将内能转化为机械能的冲程是（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
【答案】C
【解析】热机的四个冲程中，压缩冲程和做功冲程有明显的能量转化，压缩冲程将机械能转化成内能，做功冲程将内能转化成机械能，故C符合题意。ABD不符合题意。故选C。
2. （2026·四川广元一模）1883年人类发明了汽油机。一台四冲程汽油机的一个冲程中，火花塞点火，燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体推动活塞对外做功，则该冲程（　　）
A．是压缩冲程 B．气体对外做功，内能转化为机械能
C．活塞依靠飞轮的惯性而运动 D．气体对外做功，气体的内能增加
【答案】B
【解析】火花塞点火，燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体推动活塞对外做功，燃气的内能转化为活塞的机械能，这是做功冲程。
A．在压缩冲程中，活塞向上运动，压缩混合气体，使其内能增加、温度升高，但此时并没有点火燃烧和对外做功。故A不符合题意；
B．在做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞向下运动，通过连杆带动曲轴转动，将内能转化为机械能，故B符合题意；
C．在做功冲程中，是高温高压的燃气推动活塞运动，而不是活塞依靠飞轮的惯性运动。飞轮的惯性主要在其他冲程（如吸气、压缩和排气冲程）中起作用，帮助活塞完成这些冲程，故C不符合题意；
D．在做功冲程中，气体对外做功，其内能会减小（因为部分内能转化为了机械能），而不是增加，故D不符合题意。
故选B。
3．汽油机飞轮转速是3600r/min，在1s内汽油机内能转化为机械能的次数及完成的冲程个数为（　　）
A．15次，60个 B．18次，120个
C．30次，120个 D．900次，30个
【答案】C
【解析】汽油机的转速是3600r/min，即60r/s，因一个工作循环，曲轴转两圈，对外做功一次，所以，该汽油机每秒可以做功30次，完成120个冲程。
故选：C。
4．如图所示为内燃机四个冲程的工作示意图，下列说法正确的是（　　）
A．一个工作循环的正确顺序是乙、甲、丁、丙
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
【答案】C
【解析】甲图中两个气阀都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，此冲程将内能转化为机械能；乙图中进气门打开，活塞向下运行，汽缸容积增大，是吸气冲程；丙图中排气门打开，活塞向上运动，汽缸容积减小，是排气冲程；丁图中两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，是机械能转化为内能。
A．四个冲程的正确顺序是乙、丁、甲、丙，故A错误；
B．甲图为做功冲程，此冲程将内能转化为机械能，能获得动力，乙图是吸气冲程没有能量转换，该冲程不能获得动力，故B错误；
C．丁图为压缩冲程，在该冲程中将机械能转化为内能，故C正确；
D．丙图是排气冲程，不存在能量转化，故D错误。
故选C。
5. 如图所示是四冲程汽油机的一个工作循环示意图，其中属于做功冲程的是
A． B． C． D．
【答案】C
【解析】四冲程汽油机的四个工作冲程是：吸气、压缩、做功、排气，区分它们的依据有活塞的运动方向、进气阀和排气阀的开闭情况，如活塞向下运动、进气阀和排气阀都关闭时，是燃气推动活塞做功，是做功冲程，所以选项C正确。
6．如图所示为单缸四冲程汽油机工作示意图，下列说法正确的是（　　）
A．图甲：吸入汽缸的是空气
B．图乙：气体对活塞做功，是压缩冲程
C．图丙：汽油的内能转化为机械能，为汽油机提供动力
D．图丁：废气带走的能量占比大，是汽油机效率低的一个原因
【答案】D
【解析】A．汽油机在吸气冲程中吸入了汽油和空气的混合物，故A错误；
B．由图乙可知为压缩冲程，机械能转化为内能，故B错误；
C．图丙为做功冲程，汽油的化学能转化为内能，内能再转化为机械能，为汽油机提供动力，故C错误；
D．图丁是排气冲程，废气带走的能量占比大，是汽油机效率低的一个原因，故D正确。
故选D。
7. 下列热机冲程示意图中（火花塞产生电火花未画出），利用机械能转化为内能的冲程是（ ）
A B C D
【答案】C
【解析】内燃机的一个工作循环有吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程四个冲程组成，其中压缩冲程中机械能转化成内能，做功冲程中内能转化成机械能。
A．进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，故A不符合题意；
B．气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，故B不符合题意；
C．气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，故C符合题意；
D．排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，故D不符合题意。
故选C。
8．如图所示是单缸四冲程汽油机某一冲程工作示意图，该冲程是 冲程。若该汽油机1s对外做功15次，则汽油机的飞轮速度为 r/min。

【答案】 压缩 1800
【解析】图中的进气门和排气门关闭，活塞向上运动，所以是压缩冲程。
四冲程汽油机在1s内对外做功15次，则汽油机1min做功900次，由于汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次，所以汽油机的飞轮1min内飞轮转1800次，即该汽油机工作时飞轮的转速为1800r/min。
9．如图是内燃机工作时某冲程示意图，该冲程为 冲程，它是 （“汽油”或“柴油”）机。若飞轮的转速为2400r/min，在1s内，该内燃机完成 个工作循环。
【答案】 压缩 柴油 20
【解析】如图，两气门关闭，活塞上行，为压缩冲程。
如图，该内燃机有喷油嘴，是柴油机。
飞轮的转速为
2400r/min=40r/s
一个工作循环飞轮转两周，在1s内，该内燃机完成20个工作循环。
10．如图所示，这是 （选填“汽油机”或“柴油机”）工作循环中的 冲程，该冲程的能量转化为 能转化为机械能。

【答案】 柴油机 做功 内
【解析】由图可知，该内燃机有喷油嘴，故是柴油机。进气门和排气门都关闭，活塞向下运动，是做功冲程。
做功冲程中，燃料燃烧产生的高温高压气体推动活塞向下运动，内能转化为机械能。
11. 柴油机的构造与汽油机类似，不同点在于柴油机有一个喷油嘴而没有火花塞，其压缩冲程结束时，气缸内气体被压缩为高温气体，温度超过柴油的燃点，此时由喷油嘴向气缸内喷入雾化的柴油，柴油迅速燃烧，从而推动活塞做功，则如图中图 是柴油机的做功冲程，柴油燃烧时将 能转化为 能。
【答案】 甲 化学 内
【解析】图中甲图燃料燃烧，气体对外做功，内能转化为机械能，活塞向下移动，所以图甲表示的是做功冲程。柴油燃烧时向外放热，将储存的化学能转化为内能。
12. 在四冲程汽油机中，将机械能转化为内能的冲程是 冲程；汽车发动机工作时飞轮转了3600r/min，1s做 次功。若该汽油机1s对外做功20次，则汽油机飞轮转速为 r/min；发动机工作时会产生大量的热量，为让它正常工作，“水冷”是冷却方式之一，这是因为水的 较大。
【答案】压缩 30 2400 比热容
【解析】汽油机的压缩冲程是活塞向上运动，压缩汽油和空气的混合物，机械能转化为内能。
汽油机的转速为 3600r/min= 60r/s
说明1s内汽油机曲轴的转动次数为60转，曲轴转动两周，对外做功1次，则1s内做功30次。
若该汽油机1s对外做功20次，则1s曲轴转动40周，则飞轮的转数为 40r/s=2400r/min
用水做冷却剂是因为水的比热容较大，与其他物质相比，升高相同的温度，水吸收的热量较多，所以发动机散热器常用水做冷却剂。
13. 神舟十六号飞船目前正在太空中遨游，计划将在2023年11月返回我国东风着陆场。按照以往经验，神舟飞船在穿越大气层返回地面时，与大气层摩擦，将机械能转化为内能，这与图中汽油机的 （选填“甲”或“乙”）冲程一致，若该汽油机的转速为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，所以，图乙符合题意。
在内燃机的一个工作循环中，有4个冲程，曲轴转动2圈，对外做功1次；飞轮转速为3000r/min，所以，每秒钟的转速是50 r/s，可以完成100个冲程，做功25次。
14. 国产油电混合动力汽车。
（1）汽油机是热机的一种，如图所示是四冲程汽油机工作状态示意图，此时它正处在 冲程。该冲程将内能转化为 能；
（2）汽油机的飞轮转速为2400r/min，则在1s内，汽油机完成 个冲程，对外做功的次数是 次；
（3）该汽车在高速公路上以108km/h的速度匀速行驶了1min，发动机的功率始终保持72kW不变，该过程中发动机做的功为 J，发动机牵引力的大小为 N。
【答案】（1）做功 机械 （2） 80 20 （3） 4.32×106 2400
【详解】（1）从图中可以看出，两气门关闭，火花塞点火和活塞向下移动的特点，可以判断这个冲程是做功冲程，将内能转化为了机械能。
（2）汽油机的飞轮的转速为2400r/min=40r/s
即飞轮在1内转40圈，由于飞轮转动两圈，完成一个工作循环，四个冲程，对外做功一次，所以1s内该汽油机完成80个冲程，对外做功20次。
（3）发动机所做的功W=Pt=72×103 W×60s=4.32×106J
汽车的速度v=108km/h=30m/s
根据P=W/t=Fs/t=Fv
得，发动机牵引力的大小为
15．小明在学习笔记中记录了如下错题，请你帮助他找出错误之处、分析错因并写出正确解答过程。
错题记录 错题改正
习题： 某单缸四冲程内燃机每秒对外做功20次，则其飞轮转速为 　　 r/min。 解：汽油机工作1个循环，完成4个冲程，活塞往复2次，飞轮转2圈，做2次功。汽油机1s内对外做功20次，即1s的时间内飞轮转20圈，即1min转1200圈，所以其飞轮的转速为1200r/min。 错误之处：　　 错因分析：　　 正确解答：　　
【答案】2400；汽油机工作1个循环做2次功；汽油机1个工作循环中只有做功冲程对外做功；1个工作循环中包括4个冲程，飞轮转2圈并对外做功1次，某单缸四冲程内燃机每秒对外做功20次，则汽油机在1s内完成了20个循环，所以1s内转动的圈数为20×2＝40r，则1min转动的圈数为40r/s×60s＝2400r，故该内燃机工作时飞轮的转速为2400r/min。
【解析】小明在学习笔记中错误之处为：汽油机工作1个循环做2次功；
错因分析：汽油机1个工作循环中只有做功冲程对外做功，所以汽油机工作1个循环做1次功；
正确解答：1个工作循环中包括4个冲程，飞轮转2圈并对外做功1次，某单缸四冲程内燃机每秒对外做功20次，则汽油机在1s内完成了20个循环，所以1s内转动的圈数为20×2＝40r，则1min转动的圈数为40r/s×60s＝2400r，故该内燃机工作时飞轮的转速为2400r/min。
五、热值（共6小题）
1. 关于q=Q/m的理解，下列说法中正确的是（　　）
A．热值与燃料完全燃烧放出的热量成正比
B．若燃料燃烧不充分时，热值将减小
C．当燃料未燃烧时，其热值为零
D．某种燃料的热值大小与是否充分燃烧无关
【答案】D
【解析】A．热值是质量为1kg的燃料完全燃烧时所释放出的热量，热值是燃料本身的特性，与热量无关，故A错误；
B．热值的大小只与燃料的种类有关，与燃烧程度无关，故B错误；
C．热值是燃料的一种特性，与燃料是否燃烧无关，故C错误；
D．热值是由燃料本身特性决定的，与燃料是否充分燃烧无关，故D正确。
故选D。
2. 木炭的热值是3.4×107J/kg，根据其物理意义可知，2kg的木炭完全燃烧可以放出 J的热量，有10kg的木炭，完全燃烧掉一半，剩下一半木炭的热值 （选填“变大”、“不变”、“变小”）。
【答案】 6.8×107 不变
【解析】2kg木炭完全燃烧放出的热量为Q放=mq=2kg×3.4×107J/kg=6.8×107J
热值是燃料的一种性质，热值的大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧情况等因素无关。所以10kg木炭，完全燃烧掉一半，剩下一半木炭的质量虽然减小，但热值不变，还是3.4×107J/kg。
3. 某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min，则该汽油机每分钟做功_____次。如果完全燃烧500g汽油放出的热量是______J。（汽油的热值是4.6107J/kg）
【答案】 1500 2.3107
【解析】四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min,即汽油机飞轮每分钟转3000圈，由于四冲程汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮中曲轴转2圈，对外做功1次，所以该汽油机每分钟做功1500次。
完全燃烧500g汽油放出的热量为
4. 人类发展史也是利用燃料的历史，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的　　 （选填“热值”“热量”或“温度”）不同，完全燃烧0.28m2的天然气可放出　　 J的热量，这些热量若全部被水吸收，可让　　 kg的水温度升高20°C[已知天然气热值q=3.0×107J/m3，水的比热容c=4.2×103]/（kg．°C）]。
【答案】 热值 100
【解析】单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，它表示燃料的放热本领强弱，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的热值不同。
完全燃烧0.28m2的天然气可放出的热量
水的质量
5．如图是杜甫绝句《迟日江山丽》中诗句“沙暖睡鸳鸯”的画面。太阳升起时，沙地比水更暖和，因为沙的比热容比水　　 。在1标准大气压下，质量为10kg的水温度从30℃升高40℃.吸收热量　　 J。如果这些热量由燃烧天然气来获得，需要完全燃烧　　 m3天然气（不计热量损失）。[已知水的比热容c＝4.2×103J/（kg ℃），天然气的热值q＝4.0×107J/m3]
【答案】小；1.68×106；0.042
【解】（1）太阳升起时，质量和初温相同的沙地和水吸收相同的热量时，沙子的比热容比水小，根据公式可知，沙子升高的温度比水大、末温高，沙地比水更暖和。
（2）水吸收的热量：
，
由题意可得，Q放＝Q吸＝1.68×106J，
由Q放＝Vq可得需要完全燃烧天然气的体积：
。
6. 如图所示，轻巧便携的卡式炉已成为户外餐桌上的神器，卡式炉又叫便携式丁烷气炉，某种气瓶装有250g液化丁烷气，若该液化丁烷气的热值约为4.8×107J/kg。水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）。求：这瓶丁烷气完全燃烧放出的热量。
【答案】1.2×107J
【解析】燃气的质量m气=250g=0.25kg
液化丁烷气完全燃烧释放热量Q放=m气q=0.25kg×4.8×107J/kg=1.2×107J
六、热机的效率（共8小题）
1.下列关于热值和热机效率说法，正确的是（　　）
A. 使燃料燃烧更充分，可以增大热值
B. 使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率
C. 柴油机的热机效率通常为100%
D. 燃料燃烧释放的热量越大，热值越大
【答案】B
【解析】A．热值是燃料的特性，与燃烧情况无关，故A错误；
B．使燃料燃烧更充分，可以增大有效利用的能量，提高热机的效率，故B正确；
C．任何机器的做功时都不可避免的做额外功，效率不可能达到100%，故C错误；
D．热值是燃料的特性，与放出热量的多少无关，故D错误。
2．最新一款无人驾驶汽车，自动驾驶时使用雷达传感器和激光测距仪来了解周围的交通状况。该款车以72km/h的速度在一段平直的公路上匀速行驶了8km，消耗汽油1.5L。假设汽油完全燃烧，汽油机的效率为30%，已知：汽油的密度为0.8×103kg/m3，汽油的热值为4.5×107J/kg。在这段运动过程中，下列说法（　　）①所消耗汽油的质量1.2kg
②汽油燃烧所放出的热量1.62×107J；
③汽车发动机的功率40500W
④汽车发动机的牵引力2020N
A．只有①③正确 B．只有①②正确 C．只有②③正确 D．只有②④正确
【答案】A
【解析】（1）消耗汽油的体积V＝1.5L＝1.5×10﹣3m3，则由ρ＝得消耗汽油的质量：
m＝ρV＝0.8×103kg/m3×1.5×10﹣3m3＝1.2kg，故①正确。
（2）汽油完全燃烧放出的热量
Q放＝mq＝1.2 kg×4.5×107J/kg＝5.4×107J，故②错误。
（3）汽车行驶8km所用的时间
t＝＝h＝400s，
由η＝得，汽油机的有用功
W＝ηQ放＝30%×5.4×107J＝1.62×107J。
汽车发动机的功率
P＝＝＝40500W，故③正确。
（4）由W＝Fs得汽车发动机的牵引力
F＝＝＝2025N。
综上所述只有①③正确。
3.如图所示是内燃机的能量流向图，则热机效率（）等于（　　）
A． B．
C． D．
【答案】B
【解析】热机效率是指用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比。由图示知，燃料完全燃烧放出的能量为E，用来做有用功的能量为E2，且E2=E-E1-E3-E4
所以热机效率
故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
4．小明同学用如图甲所示装置加热质量为100g的冰，直至水沸腾。根据实验记录的数据，小明绘制了如图乙所示的温度随时间变化的图像。已知0~2min消耗酒精的质量为0.4g，c冰=2.1×103J/（kg ℃），c水=4.2×103J/（kg ℃），q酒精=3×107J/kg。若单位时间内物质吸收热量相等，下列分析正确的是（　　）
A．BC段是熔化过程，温度不变，内能不变
B．0~12min，物质共吸收热量4.2×103J
C．通过计算可得图乙中tx的值为32
D．该酒精灯的加热效率为30%
【答案】C
【解析】A．BC 段是冰的熔化过程，晶体熔化时吸收热量，温度不变，但内能增大。故A错误；
BC．0~2min冰吸收热量
0 ~12min 是 0~2min 时间的 6 倍，且单位时间内物质吸收热量相等，所以 0 ~12min 物质吸收热量为
CD 段水从0℃升高到100℃，水吸收热量
即水吸收的热量为冰吸收热量的10倍，因为单位时间吸热相等，故水吸收热量时间为冰吸吸收热量时间的10倍为20min。
所以
故B错误，C正确；
D．0~2min消耗酒精的质量为0.4g，酒精完全燃烧放出热量为
该酒精灯的加热效率为
故D错误。故选C。
5.用煤气灶把2kg、初温为20℃的水加热到70℃，消耗了20g煤气。已知水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），煤气的热值为4.0×107J/kg，则水吸收的热量为　　 J，煤气灶烧水的效率为　　 。
【答案】 (1)4.2×105 (2) 52.5%
【解析】（1）水吸收的热量
Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(70℃-20℃)=4.2×105J
（2）20g煤气完全燃烧放出的热量
Q放=mq=20×10-3kg×4.0×107J/kg=8×105J
燃气灶烧水的效率
η==52.5%
6. （2026湖北一模）为全面推进“乡村振兴”工程，加快农业农村绿色发展，荆州市大部分农村地区已经使用上了煤气烧水煮饭。小王同学用他家的煤气将体积为2L，初温为20℃的水加热到100℃，水吸收的热量是　　 J；若此过程的热效率为40%，则消耗煤气　　 m3。[水的密度为1.0×103kg/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg ℃），煤气热值为4.0×107J/m3]
【答案】 6.72×105 0.042
【解析】由题意可知，水的质量为
m=ρV=1.0×103kg/m3×2×10-3m3=2kg
所以将初温为20℃的水加热到100℃，水吸收的热量是
若煤气灶效率为40%，则煤气完全燃烧释放的热量为
所以需要煤气的体积为
7. （2026甘肃兰州二模）一辆燃油汽车沿平直公路匀速行驶了108km，所用时间为1h，消耗汽油10kg，汽车在行驶过程中所受阻力恒为1380N（汽油的热值）。求：
（1）汽车行驶速度；
（2）牵引力的功率；
（3）汽车发动机的效率。
【答案】（1）108km/h；（2）4.14×104W；（3）32.4%
【解析】（1）汽车行驶的速度
（2）汽车沿平直公路匀速行驶，牵引力和阻力是平衡力，牵引力
F=f=1380N
牵引力的功率
（3）牵引力做的功
W=Pt=4.14×104W×3600s=1.4904×108J
汽油完全燃烧放出的热量
Q=mq汽油=10kg×4.6×107J/kg=4.6×108J
汽车发动机的效率
8. 随着经济的发展，汽车已成为人们常用的交通工具，某物理小组的同学在社会实践活动中，通过实际调查和网上查询，绘制了一辆某种型号汽车在额定功率下行驶时单位时间的能量流向图，如图所示，请你参与讨论下列有关问题。
（1）当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率将 （选填“升高”、“不变”或“降低”）；
（2）汽油机是汽车的“心脏”，一台四冲程汽油机工作时曲轴转速是1800r/min，此汽油机每秒钟完成 个做功冲程；
（3）若将机器转化有用功的能量与输入发动机的能量的比值定数“能量转化效率”由图中提供的数据可得，该汽车的能量转化效率为 ；
（4）现代热机的出现，极大地改进了人类的工作方式和生活条件。但是，所有热机工作时都要排放 ，对环境造成污染。为了节能减排和保护环境，请你写出一条措施： 。
【答案】（1）降低；（2）15；（3）12.5%；（4）废气 见解析
【解析】（1）汽油在发动机内燃烧不充分时消耗燃料质量增加，由Q放=mq可知，消耗燃料将会增加，又根据η＝可得，有用功的占比下降，故热机的机械效率降低。
（2）单缸四冲程内燃机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。在一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两周，四个冲程中，只有做功冲程有对外做功。已知四冲程汽油机工作时曲轴转速是1800r/min=30r/s
则此汽油机每秒转30圈，可完成15个工作循环，对外做功15次。
（3）由题意知，汽车的能量转化效率为
（4）现代热机的出现，极大地改进了人类的工作方式和生活条件。但是，所有热机工作时都要排放废气，对环境造成污染。为了节能减排和保护环境，给机器加润滑油，减少有害摩擦；改进油箱的密闭性，减少蒸发损耗；减少化石燃料的使用等。
七、热机模型（跨学科实践）问题（共7小题）
1．如图所示是某老师的自制教具，他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，实验时从瓶口喷入酒精并盖上锥形纸筒，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，纸筒即刻飞出。关于此实验，分析正确的是（　　）
A．酒精不完全燃烧时热值变小
B．能闻到酒精的气味不能说明分子在永不停息的做无规则运动
C．燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的做功冲程
D．纸筒飞出后瓶内气体的内能不变，温度降低
【答案】C
【解析】A．热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料是否充分燃烧无关，酒精不完全燃烧时热值不变。故A错误；
B．能闻到酒精的气味，是因为有酒精的“分子”飘到我们鼻子里，说明酒精分子在永不停息的做无规则运动，故B错误；
C．内燃机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，而燃气推动纸筒飞出的过程中将内能转化为机械能，因此燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的做功冲程。故C正确；
D．瓶内气体对纸筒做功，气体的内能减小，温度降低，故D错误。
故选C。
2．如图是蒸汽机工作的原理示意图，关于蒸汽机的工作过程中所涉及的物理知识，下列说法正确的是（ ）
A．燃料燃烧产生的内能全部转化为蒸汽的内能
B．汽缸内的蒸汽推动活塞做功，蒸汽的内能增大
C．汽缸内的蒸汽推动活塞做功，其能量的转化过程与汽油机的做功冲程一样
D．蒸汽机加装冷凝器，能减少废气带走的温度
【答案】C
【解析】A．燃料燃烧产生的内能仅仅只有一部分转化为蒸汽的内能，还有一部分热量散失了，还有一部分的内能转化为锅炉的内能，故A错误；
B．汽缸内的蒸汽推动活塞做功，内能转化为机械能，蒸汽的内能减小，故B错误；
C．汽缸内的蒸汽推动活塞做功，将内能转化机械能，其能量的转化过程与汽油机的做功冲程一样，做功冲程是膨胀的气体对外做功，将内能转化为机械能，故C正确；
D．蒸汽机加装冷凝器，能减少废气带走的热量，而不是温度，故D错误。
故选C。
3．如图所示。这是一款斯特林发动机模型，点燃酒精灯后就会发现发动机的连杆带动飞轮转动起来。下列关于该发动机的说法正确的是（　　）
A．斯特林发动机将机械能转化成内能
B．热源通过做功的方式改变汽缸内气体内能
C．酒精灯内酒精由液态变为气态，其分子间的作用力会变小
D．随着酒精的燃烧，酒精灯内剩余酒精的热值在不断减小
【答案】C
【解析】A．热源加热将化学能转化为内能，推动活塞运动做功，由此可知斯特林发动机将内能转化成机械能，故A错误；
B．热源对物体加热，是通过热传递的方式改变气缸内气体内能，故B错误；
C．物质液态变成气态后，其分子间的作用力会变小，故C正确；
D．热值是燃料的特性，与其质量的大小无关，酒精炉内剩余酒精的热值不变，故D错误。故选C。
4．如图是我国古代发明的取火器模型图。把推杆迅速推入牛角套筒时，套筒内空气被压缩，推杆前端的艾绒立刻燃烧起来，此过程中是通过 （选填“做功”或“热传递”）的方式改变内能的，套筒内密封气体的内能 （选填“增大”“减小”或“不变”），内燃机工作的 冲程原理与该过程相同。
【答案】 做功 增大 压缩
【解析】封闭的气体被推杆压缩过程中，活塞对气体做功，所以气体内能增加，则温度升高，达到艾绒的着火点，使艾绒燃烧起来。此过程中是通过做功的方式改变内能的，套筒内密封气体的内能增大。
此过程中将机械能转化为内能，内燃机工作的压缩冲程原理与该过程相同。
5．物理科技文化节中，同学们展示了自制水火箭，结构如图所示。在塑料瓶中装入适量水，用带有打气管的瓶塞将瓶口塞住，发射时用打气筒向瓶内打气，当瓶内压强足够大时，瓶内的水向下喷出，水火箭升空。用打气筒将空气压入水火箭的能量转化与汽油机的 （选填“压缩”或“做功”）冲程相同；水火箭上升过程中，瓶内气体的内能 （选填“增加”“减少”或“不变”）。
【答案】 压缩 减少
【解析】汽油机的压缩冲程是由机械能转化为内能，用打气筒将空气压入水火箭，当外界对物体做功时，物体的内能增大，伴随着能量转化是由机械能转化为内能，所以用打气筒将空气压入水火箭的能量转化与汽油机的压缩冲程相同；水火箭上升过程中，瓶内气体对外做功，内能转化为机械能，所以内能减少。
6．早在八百多年前，我国就发明了流行于民间的走马灯如图甲所示。如图乙点燃走马灯内的蜡烛，纸筒内部的空气温度升高，体积膨胀，密度变 （选填“大”或“小”）而上升，形成气流，驱动纸筒顶部的纸风车和固定在转轴上的纸马转动。该过程中，空气的 能转化为风车的机械能，这与四冲程汽油机 冲程的能量转化情况相同。若一汽油机曲轴的转速为1800r/min，则该汽油机1s对外做功 次。
【答案】 小 内 做功 15
【解析】点燃蜡烛，上方的空气吸收热量，温度升高体积膨胀，密度变小，密度小的热空气上升，形成对流，吹动扇叶转动。
该过程中，空气的内能转化为风车的机械能，这与汽油机的做功冲程的能量转化情况相同。
汽油机曲轴的转速为
即汽油机的曲轴每秒转30圈，由于汽油机一个工作循环完成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对外做功15次。
7．如图甲所示为小乐制作的简易“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”向左行驶。
（1）蜡烛对铜制容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过 改变水的内能；
（2）铜管向右喷蒸汽，“蒸汽船”向左行驶，这个过程的能量转化与如图乙所示的汽油机的 （选填字母）冲程相同。
【答案】（1）热传递（2） A
【解析】（1）蜡烛燃烧放出热量被水吸收而增大水的内能，这是通过热传递的方式改变水内能的。
（2）当管向右喷蒸汽时“船体”向左运动，这个过程的能量转化是：内能减小，机械能增大，内能转化为机械能。这与热机的做功冲程相同，图片中A两个气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程。
老卡诺和小卡诺
法国数学家和工程学家萨迪·卡诺的父亲拉札尔·卡诺（Lazre Nico－las Carnot，1753—1823）率先研究了这类问题，在他的著作中讨论了各种机械的效率，隐讳地提出这样一个观念：设计低劣的机器往往有“丢失”或“浪费”。当时，在水力学中有一条卡诺原理，就是拉札尔·卡诺提出的，说的是效率最大的条件是传送动力时不出现振动和湍流，这实际上反映了能量守恒的普遍规律。他的研究对他的儿子有深刻影响。
1824年萨迪·卡诺发表了著名论文《关于火的动力及适于发展这一动力的机器的思考》，提出了在热机理论中有重要地位的卡诺定理，这个定理后来成了热力学第二定律的先导。他写道：“为了以最普遍的形式来考虑热产生运动的原理，就必须撇开任何的机构或任何特殊的工作物质来进行考虑，就必须不仅建立蒸汽机原理，而且要建立所有假想的热机的原理，不论在这种热机里用的是什么工作物质，也不论以什么方法来运转它们。”
卡诺取最普遍的形式进行研究的方法，充分体现了热力学的精髓。他撇开一切次要因素，径直选取一个理想循环，由此建立热量和其转移过程中所作功之间的理论联系。
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人教版2024九年级全册物理同步精讲精炼学案（全国通用）
第十四章 内能的利用
专题12 《内能的利用》单元重难点训练
一、能量的转化和转移（共9小题）
二、能量守恒定律 （共8小题）
三、热机（共5小题）
四、汽油机和柴油机（共15小题）
五、热值（共6小题）
六、热机的效率（共8小题）
七、热机模型（跨学科实践）问题（共7小题）
一、能量的转化和转移（共9小题）
1. 如图所示是一种新型照明灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板，“腰挎”照明灯，“脚踩”蓄电池。下列说法中不正确的是（　　）
A．蓄电池白天是将化学能转化为电能
B．照明灯晚上工作时将电能主要转化为光能
C．小风扇利用风力发电时，是将机械能转化为电能
D．太阳能电池板工作时是将太阳能转化为电能
2.在文昌航天发射场，搭载“天舟六号”货运飞船的长征七号遥七运载火箭发射升空，如图所示。在火箭加速升空过程中，下列说法正确的是（　　）

A．“天舟六号”货运飞船的重力势能增大
B．“天舟六号”货运飞船的动能保持不变
C．“天舟六号”货运飞船的机械能不变
D．“天舟六号”货运飞船的动能转化为重力势能
3．下列关于能量转移和转化的方向性的说法中，不正确的是（　　）
A．在自然界中不是所有能量都能利用
B．能量的利用是有条件的，也是有代价的
C．不同温度的物体发生热传递时，热量可以自发地从高温物体传到低温物体
D．汽车刹车时，车的动能转化为内能，这些内能可以收集起来，再作为车行驶的动力
4．甲亢哥在深圳体验无人机送餐时，观察到无人机携带外卖从地面升至高空。关于此过程的能量转化分析，正确的是（　　）
A．无人机若可以精准做到匀速上升，则机械能保持不变
B．电池的电能主要转化为无人机的机械能和外卖的重力势能
C．化学能通过电池转化为电能，再转化为热能和光能
D．无人机运动越快，无人机做功越多
5．下列关于能量转化、转移现象的说法中，错误的（　　）
A．给蓄电池充电，化学能转化为电能
B．用太阳能电池板，是太阳能转化为电能
C．电风扇工作时，电能主要转化为机械能
D．用热水袋取暖，内能发生了转移
6. 小芳同学将能量的转化及常见的例子连线，其中一组出现了错误。请帮她找出（　　）
A．机械能转化为内能——用磨刀石磨刀
B．内能转化为机械能——暖水瓶瓶盖蹦起
C．势能转化为动能——向上运动的乒乓球
D．电能转化为内能——电炉工作
7．能量的“转化”和“转移”的区别：
（1）能量的转化：能量的转化是能的 发生了改变。在能量转化过程中，一种形式的能量 了，必然其他形式的能量 了；
（2）能量的转移：能量的转移是指能量从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分，能量的形式 。
8．分析以下现象：①煤炭燃烧；②热水变凉；③搓手取暖；④摩擦生电；⑤温度计测温度。
属于能量转移的是_____，属于能量转化的是_____。
9. 如下图所示是不同形式的能量的相互转化图，圆圈内B的能量形式是 ，请举一个序号⑩的实例 。
二、能量守恒定律 （共8小题）
1．如图所示，滚摆由最高点静止释放后开始做上下往复运动，在此过程中摆动幅度越来越小，最终停在最低点，下列说法正确的是（ ）
A．停在最低点时，滚摆受到的是非平衡力
B．滚摆上升的过程中，重力势能转化为动能
C．整个过程中滚摆的机械能不变
D．滚摆的运动过程遵循能量守恒定律
2．根据能量守恒定律，以下情形可能发生的是（　　）
A．向上抛出的石头在向上运动过程中速度越来越快
B．电热水壶的水沸腾后，给该电热水壶断电后，水的沸腾永不停止
C．上紧发条的玩具小车能从斜面底端沿斜面向上运动
D．孤岛上被人们遗忘的一只机械表，默默地走了几十年
3. 掉在水平地面上的弹性小球会跳起，而且弹跳的高度越来越低。如图3所示是小球在地面弹跳的频闪照片。下列说法正确的是（　　）
A．小球在1位置和2位置的动能相同
B．在小球运动的过程中，有一部分机械能转化成了内能
C．小球弹起的高度越来越低，说明小球在此过程中能量不守恒
D．此过程机械能是守恒的
4．下列关于能量转化和守恒的说法，正确的是（　　）
A．摩擦起电是将电能转化为机械能
B．太阳能电池板把太阳能转化为电能
C．干电池给灯泡供电时将电能转化为化学能
D．直升机悬停的过程不遵循能量守恒定律
5．现在很多电动汽车为了节能安装了一套“能量回收装置”。在刹车时该装置可带动发电机发电，将机械能转化为电能储存起来，但轮胎与地面摩擦会产生大量内能，这些内能是无法自动转化成机械能供汽车运动的，这是因为能量的转移和转化具有 。此种“能量回收装置”工作时 （选填“遵循”或“不遵循”）能量守恒定律。
6.有人曾设想制造一种不消耗任何能量和燃料，却源源不断对外做功的机器，人们把这种机器叫永动机。这种机器有可能制成吗？
7．如图所示实验和设想。
(1)图甲中，两个底面平整、干净的铅柱压紧后，下面可吊起一个重物，说明铅柱的分子间存在 力；
(2)图乙所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，迅速下压活塞后，硝化棉的内能 （选填“增加”或“减少”），这是利用 的方式增大内能；
(3)图丙是一种设想中的永动机。从能量守恒的角度可知它 （选填“能”或“不能”）一直工作下去。
8. （2026·广东一模）《天工开物》记载“凡河滨有制筒车者，堰陂障流，绕于车下，激轮使转，挽水入筒，一一倾于枧内，流入亩中，昼夜不息，百亩无忧。”，如题图甲，图乙为筒车简化图，其工作原理可理解为把流水的 能转化为 能。筒车“昼夜不息”， （选填“能”或“不能”）说明它就是永动机。
三、热机（5小题）
1．神舟十三号载人飞船返回舱进入大气层后下落（如图所示）。接近地面时反推发动机点火，最终返回舱在东风着陆场预定区内实现软着陆。
（1）返回舱刚进入大气层下落时，机械能大小如何变化，为什么？
（2）反推发动机属于喷气式发动机，反推发动机是否属于热机？
2．如图所示，是小滨在学校科技节中制作的一个“冲天炮”，他将一个空易拉罐的底部钻一个小孔，往易拉罐里喷少量酒精，用手拿着这个“冲天炮”对着前方点燃的打火机靠近易拉罐底部的小孔，纸杯就会“冲天”飞出去。下列说法正确的是（　　）
A．酒精燃烧时，将化学能全部转化为内能
B．纸杯飞出去的过程的能量转化，与内燃机的吸气冲程相同
C．纸杯飞出去时，易拉罐内气体的内能减小
D．纸杯飞出去时，易拉罐对纸杯做了功
3．小华用塑料矿泉水瓶子进行了如下实践探究实验：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（如图a）；扭转瓶子压缩瓶内的气体（如图b）；轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾（如图c）。图b和图c所示的过程分别与下列所示的四冲程内燃机示意图中相对应的两个冲程是（　　）
A．甲和乙 B．丁和乙
C．丙和甲 D．丁和甲
4．建设具有国际先进水平的空间站，解决较大规模的、长期有人照料的空间站应用问题，是我国载人航天工程“三步走”发展战略中第三步的任务目标。火箭搭载载人飞船升空过程中，发动机的工作原理相当于四冲程内燃机的 冲程。此过程，火箭箭体与空气摩擦会发热，这是通过 方式改变箭体的内能。
5．二氧化碳（）爆破是工程建设中环保的爆破技术。起爆前利用高压泵使通过 方式发生液化，流入爆破筒内。如图所示，通电后电加热管发热，液态迅速汽化，形成的高压气体从泄气孔喷出，实施爆破，这一过程相当于内燃机的 冲程。
四、汽油机和柴油机（15小题）
1. （2026·江苏常州一模）四冲程汽油机工作时，将内能转化为机械能的冲程是（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
2. （2026·四川广元一模）1883年人类发明了汽油机。一台四冲程汽油机的一个冲程中，火花塞点火，燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体推动活塞对外做功，则该冲程（　　）
A．是压缩冲程 B．气体对外做功，内能转化为机械能
C．活塞依靠飞轮的惯性而运动 D．气体对外做功，气体的内能增加
3．汽油机飞轮转速是3600r/min，在1s内汽油机内能转化为机械能的次数及完成的冲程个数为（　　）
A．15次，60个 B．18次，120个
C．30次，120个 D．900次，30个
4．如图所示为内燃机四个冲程的工作示意图，下列说法正确的是（　　）
A．一个工作循环的正确顺序是乙、甲、丁、丙
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
5. 如图所示是四冲程汽油机的一个工作循环示意图，其中属于做功冲程的是
A． B． C． D．
6．如图所示为单缸四冲程汽油机工作示意图，下列说法正确的是（　　）
A．图甲：吸入汽缸的是空气
B．图乙：气体对活塞做功，是压缩冲程
C．图丙：汽油的内能转化为机械能，为汽油机提供动力
D．图丁：废气带走的能量占比大，是汽油机效率低的一个原因
7. 下列热机冲程示意图中（火花塞产生电火花未画出），利用机械能转化为内能的冲程是（ ）
A B C D
8．如图所示是单缸四冲程汽油机某一冲程工作示意图，该冲程是 冲程。若该汽油机1s对外做功15次，则汽油机的飞轮速度为 r/min。

9．如图是内燃机工作时某冲程示意图，该冲程为 冲程，它是 （“汽油”或“柴油”）机。若飞轮的转速为2400r/min，在1s内，该内燃机完成 个工作循环。
10．如图所示，这是 （选填“汽油机”或“柴油机”）工作循环中的 冲程，该冲程的能量转化为 能转化为机械能。

11. 柴油机的构造与汽油机类似，不同点在于柴油机有一个喷油嘴而没有火花塞，其压缩冲程结束时，气缸内气体被压缩为高温气体，温度超过柴油的燃点，此时由喷油嘴向气缸内喷入雾化的柴油，柴油迅速燃烧，从而推动活塞做功，则如图中图 是柴油机的做功冲程，柴油燃烧时将 能转化为 能。
12. 在四冲程汽油机中，将机械能转化为内能的冲程是 冲程；汽车发动机工作时飞轮转了3600r/min，1s做 次功。若该汽油机1s对外做功20次，则汽油机飞轮转速为 r/min；发动机工作时会产生大量的热量，为让它正常工作，“水冷”是冷却方式之一，这是因为水的 较大。
13. 神舟十六号飞船目前正在太空中遨游，计划将在2023年11月返回我国东风着陆场。按照以往经验，神舟飞船在穿越大气层返回地面时，与大气层摩擦，将机械能转化为内能，这与图中汽油机的 （选填“甲”或“乙”）冲程一致，若该汽油机的转速为3000r/min，则1s内汽油机对外做功 次，共完成 个冲程。

14. 国产油电混合动力汽车。
（1）汽油机是热机的一种，如图所示是四冲程汽油机工作状态示意图，此时它正处在 冲程。该冲程将内能转化为 能；
（2）汽油机的飞轮转速为2400r/min，则在1s内，汽油机完成 个冲程，对外做功的次数是 次；
（3）该汽车在高速公路上以108km/h的速度匀速行驶了1min，发动机的功率始终保持72kW不变，该过程中发动机做的功为 J，发动机牵引力的大小为 N。
15．小明在学习笔记中记录了如下错题，请你帮助他找出错误之处、分析错因并写出正确解答过程。
错题记录 错题改正
习题： 某单缸四冲程内燃机每秒对外做功20次，则其飞轮转速为 　　 r/min。 解：汽油机工作1个循环，完成4个冲程，活塞往复2次，飞轮转2圈，做2次功。汽油机1s内对外做功20次，即1s的时间内飞轮转20圈，即1min转1200圈，所以其飞轮的转速为1200r/min。 错误之处：　　 错因分析：　　 正确解答：　　
五、热值（共6小题）
1. 关于q=Q/m的理解，下列说法中正确的是（　　）
A．热值与燃料完全燃烧放出的热量成正比
B．若燃料燃烧不充分时，热值将减小
C．当燃料未燃烧时，其热值为零
D．某种燃料的热值大小与是否充分燃烧无关
2. 木炭的热值是3.4×107J/kg，根据其物理意义可知，2kg的木炭完全燃烧可以放出 J的热量，有10kg的木炭，完全燃烧掉一半，剩下一半木炭的热值 （选填“变大”、“不变”、“变小”）。
3. 某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min，则该汽油机每分钟做功_____次。如果完全燃烧500g汽油放出的热量是______J。（汽油的热值是4.6107J/kg）
4. 人类发展史也是利用燃料的历史，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的　　 （选填“热值”“热量”或“温度”）不同，完全燃烧0.28m2的天然气可放出　　 J的热量，这些热量若全部被水吸收，可让　　 kg的水温度升高20°C[已知天然气热值q=3.0×107J/m3，水的比热容c=4.2×103]/（kg．°C）]。
5．如图是杜甫绝句《迟日江山丽》中诗句“沙暖睡鸳鸯”的画面。太阳升起时，沙地比水更暖和，因为沙的比热容比水　　 。在1标准大气压下，质量为10kg的水温度从30℃升高40℃.吸收热量　　 J。如果这些热量由燃烧天然气来获得，需要完全燃烧　　 m3天然气（不计热量损失）。[已知水的比热容c＝4.2×103J/（kg ℃），天然气的热值q＝4.0×107J/m3]
6. 如图所示，轻巧便携的卡式炉已成为户外餐桌上的神器，卡式炉又叫便携式丁烷气炉，某种气瓶装有250g液化丁烷气，若该液化丁烷气的热值约为4.8×107J/kg。水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）。求：这瓶丁烷气完全燃烧放出的热量。
六、热机的效率（共8小题）
1.下列关于热值和热机效率说法，正确的是（　　）
A. 使燃料燃烧更充分，可以增大热值
B. 使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率
C. 柴油机的热机效率通常为100%
D. 燃料燃烧释放的热量越大，热值越大
2．最新一款无人驾驶汽车，自动驾驶时使用雷达传感器和激光测距仪来了解周围的交通状况。该款车以72km/h的速度在一段平直的公路上匀速行驶了8km，消耗汽油1.5L。假设汽油完全燃烧，汽油机的效率为30%，已知：汽油的密度为0.8×103kg/m3，汽油的热值为4.5×107J/kg。在这段运动过程中，下列说法（　　）①所消耗汽油的质量1.2kg②汽油燃烧所放出的热量1.62×107J；
③汽车发动机的功率40500W
④汽车发动机的牵引力2020N
A. 只有①③正确 B．只有①②正确 C．只有②③正确 D．只有②④正确
3.如图所示是内燃机的能量流向图，则热机效率（）等于（　　）
A． B．
C． D．
4．小明同学用如图甲所示装置加热质量为100g的冰，直至水沸腾。根据实验记录的数据，小明绘制了如图乙所示的温度随时间变化的图像。已知0~2min消耗酒精的质量为0.4g，c冰=2.1×103J/（kg ℃），c水=4.2×103J/（kg ℃），q酒精=3×107J/kg。若单位时间内物质吸收热量相等，下列分析正确的是（　　）
A．BC段是熔化过程，温度不变，内能不变
B．0~12min，物质共吸收热量4.2×103J
C．通过计算可得图乙中tx的值为32
D．该酒精灯的加热效率为30%
5.用煤气灶把2kg、初温为20℃的水加热到70℃，消耗了20g煤气。已知水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），煤气的热值为4.0×107J/kg，则水吸收的热量为　　 J，煤气灶烧水的效率为　　 。
6. （2026湖北一模）为全面推进“乡村振兴”工程，加快农业农村绿色发展，荆州市大部分农村地区已经使用上了煤气烧水煮饭。小王同学用他家的煤气将体积为2L，初温为20℃的水加热到100℃，水吸收的热量是　　 J；若此过程的热效率为40%，则消耗煤气　　 m3。[水的密度为1.0×103kg/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg ℃），煤气热值为4.0×107J/m3]
7. （2026甘肃兰州二模）一辆燃油汽车沿平直公路匀速行驶了108km，所用时间为1h，消耗汽油10kg，汽车在行驶过程中所受阻力恒为1380N（汽油的热值）。求：
（1）汽车行驶速度；
（2）牵引力的功率；
（3）汽车发动机的效率。
8. 随着经济的发展，汽车已成为人们常用的交通工具，某物理小组的同学在社会实践活动中，通过实际调查和网上查询，绘制了一辆某种型号汽车在额定功率下行驶时单位时间的能量流向图，如图所示，请你参与讨论下列有关问题。
（1）当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率将 （选填“升高”、“不变”或“降低”）；
（2）汽油机是汽车的“心脏”，一台四冲程汽油机工作时曲轴转速是1800r/min，此汽油机每秒钟完成 个做功冲程；
（3）若将机器转化有用功的能量与输入发动机的能量的比值定数“能量转化效率”由图中提供的数据可得，该汽车的能量转化效率为 ；
（4）现代热机的出现，极大地改进了人类的工作方式和生活条件。但是，所有热机工作时都要排放 ，对环境造成污染。为了节能减排和保护环境，请你写出一条措施： 。
七、热机模型（跨学科实践）问题（共7小题）
1．如图所示是某老师的自制教具，他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，实验时从瓶口喷入酒精并盖上锥形纸筒，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，纸筒即刻飞出。关于此实验，分析正确的是（　　）
A．酒精不完全燃烧时热值变小
B．能闻到酒精的气味不能说明分子在永不停息的做无规则运动
C．燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的做功冲程
D．纸筒飞出后瓶内气体的内能不变，温度降低
2．如图是蒸汽机工作的原理示意图，关于蒸汽机的工作过程中所涉及的物理知识，下列说法正确的是（ ）
A．燃料燃烧产生的内能全部转化为蒸汽的内能
B．汽缸内的蒸汽推动活塞做功，蒸汽的内能增大
C．汽缸内的蒸汽推动活塞做功，其能量的转化过程与汽油机的做功冲程一样
D．蒸汽机加装冷凝器，能减少废气带走的温度
3．如图所示。这是一款斯特林发动机模型，点燃酒精灯后就会发现发动机的连杆带动飞轮转动起来。下列关于该发动机的说法正确的是（　　）
A．斯特林发动机将机械能转化成内能
B．热源通过做功的方式改变汽缸内气体内能
C．酒精灯内酒精由液态变为气态，其分子间的作用力会变小
D．随着酒精的燃烧，酒精灯内剩余酒精的热值在不断减小
4．如图是我国古代发明的取火器模型图。把推杆迅速推入牛角套筒时，套筒内空气被压缩，推杆前端的艾绒立刻燃烧起来，此过程中是通过 （选填“做功”或“热传递”）的方式改变内能的，套筒内密封气体的内能 （选填“增大”“减小”或“不变”），内燃机工作的 冲程原理与该过程相同。
5．物理科技文化节中，同学们展示了自制水火箭，结构如图所示。在塑料瓶中装入适量水，用带有打气管的瓶塞将瓶口塞住，发射时用打气筒向瓶内打气，当瓶内压强足够大时，瓶内的水向下喷出，水火箭升空。用打气筒将空气压入水火箭的能量转化与汽油机的 （选填“压缩”或“做功”）冲程相同；水火箭上升过程中，瓶内气体的内能 （选填“增加”“减少”或“不变”）。
6．早在八百多年前，我国就发明了流行于民间的走马灯如图甲所示。如图乙点燃走马灯内的蜡烛，纸筒内部的空气温度升高，体积膨胀，密度变 （选填“大”或“小”）而上升，形成气流，驱动纸筒顶部的纸风车和固定在转轴上的纸马转动。该过程中，空气的 能转化为风车的机械能，这与四冲程汽油机 冲程的能量转化情况相同。若一汽油机曲轴的转速为1800r/min，则该汽油机1s对外做功 次。
7．如图甲所示为小乐制作的简易“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”向左行驶。
（1）蜡烛对铜制容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过 改变水的内能；
（2）铜管向右喷蒸汽，“蒸汽船”向左行驶，这个过程的能量转化与如图乙所示的汽油机的 （选填字母）冲程相同。
老卡诺和小卡诺
法国数学家和工程学家萨迪·卡诺的父亲拉札尔·卡诺（Lazre Nico－las Carnot，1753—1823）率先研究了这类问题，在他的著作中讨论了各种机械的效率，隐讳地提出这样一个观念：设计低劣的机器往往有“丢失”或“浪费”。当时，在水力学中有一条卡诺原理，就是拉札尔·卡诺提出的，说的是效率最大的条件是传送动力时不出现振动和湍流，这实际上反映了能量守恒的普遍规律。他的研究对他的儿子有深刻影响。
1824年萨迪·卡诺发表了著名论文《关于火的动力及适于发展这一动力的机器的思考》，提出了在热机理论中有重要地位的卡诺定理，这个定理后来成了热力学第二定律的先导。他写道：“为了以最普遍的形式来考虑热产生运动的原理，就必须撇开任何的机构或任何特殊的工作物质来进行考虑，就必须不仅建立蒸汽机原理，而且要建立所有假想的热机的原理，不论在这种热机里用的是什么工作物质，也不论以什么方法来运转它们。”
卡诺取最普遍的形式进行研究的方法，充分体现了热力学的精髓。他撇开一切次要因素，径直选取一个理想循环，由此建立热量和其转移过程中所作功之间的理论联系。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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