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14.4 跨学科实践：制作简易热机模型
目 录 A组 巩固过关 知识点1：基础概念 知识点2：简易的热机模型 B组 能力进阶 C组 思维拔高
基础概念
1.热机是利用____做功的机械，工作时将____能转化为____能。常见的外燃机有______，常见的内燃机有_______和________，是现代汽车中最常用的热机类型。
2.内燃机的一个工作循环由四个冲程组成，分别是________、_________、_________和_________ ，其中只有____冲程对外做功，将______能转化为______能，______冲程则将机械能转化为内能。
答案
1.内能；内；机械；蒸汽机；汽油机；柴油机
2.吸气冲程；压缩冲程；做功冲程；排气冲程；做功；内；机械；压缩
简易热机模型
1．（25-26九年级上·山西运城·期末）科技小组用饮料瓶制作水火箭，先在瓶里装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气（如图）；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中。瓶内气体压强增大的过程相当于汽油机的（　　）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
【答案】B
【详解】A．吸气冲程中进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下端运动，气体的体积增大，压强减小，故A不符合题意；
B．压缩冲程中进气门和排气门关闭，活塞向上运动，气体的体积减小，压强增大，故B符合题意；
C．做功冲程中进气门和排气门关闭，活塞向下运动，气体的体积增大，压强减小，故C不符合题意；
D．排气冲程中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸，压强接近大气压，故D不符合题意。
故选B。
2．（25-26九年级上·河北石家庄·期末）如图所示，用塞子塞紧瓶口，再用打气筒向瓶内打气，当瓶内气压达到足够大时，塞子从瓶口冲出。下列关于瓶内气体的说法，正确的是（ ）
A．向瓶内打气，是通过热传递的方式改变瓶内气体内能
B．向瓶内打气，气体对外界做功，气体内能增加
C．塞子从瓶口冲出，气体内能转化为塞子的机械能
D．塞子被气体冲出，与四冲程汽油机压缩冲程能量转化相同
【答案】C
【详解】A．向瓶内打气，是通过压缩气体，对气体做功的方式来改变瓶内气体的内能，使得气体内能增加，故A错误；
B．向瓶内打气，是外界对瓶内气体做功，使气体内能增加，而不是气体对外界做功，故B错误；
C．塞子从瓶口冲出，是瓶内气体对塞子做功，将气体的内能转化为塞子的机械能，故C正确；
D．塞子被气体冲出，是内能转化为机械能；四冲程汽油机的压缩冲程是活塞压缩气体，将机械能转化为内能，二者的能量转化过程不相同，故D错误。
故选C。
3．（25-26九年级上·湖北黄石·期末）如图是某同学制作的简易热机模型，水蒸气喷出驱动风车转动的过程，与四冲程汽油机的哪一个冲程的能量转化相似？（ ）
A．吸气 B．压缩 C．做功 D．排气
【答案】C
【详解】在这个简易热机模型中，水蒸气喷出驱动风车转动，是将水蒸气的内能转化为风车的机械能，与汽油机的做功冲程相似。
故选 C。
4．（25-26九年级上·广东珠海·期末）走马灯底部蜡烛如图所示，扇叶在热空气的驱动下转动起来，其原理与下面汽油机的哪个冲程相似（　　）
A．吸气冲程 B．压缩冲程
C．做功冲程 D．排气冲程
【答案】C
【详解】走马灯原理：蜡烛加热空气→空气受热密度减小→热空气上升推动扇叶转动→这是内能转化为机械能的过程。汽油机四个冲程对应能量转化：吸气冲程：进气门开，活塞下行吸入混合气（无能量转化）；压缩冲程：活塞上行压缩气体，机械能转化为内能（温度升高）；做功冲程：火花塞点燃混合气，气体燃烧膨胀推动活塞下行，内能转化为机械能 ；排气冲程：活塞上行排出废气（无能量转化）。走马灯扇叶转动是热空气膨胀推动的结果，对应内能→机械能，与汽油机的做功冲程本质相同。 故C符合题意，ABD不符合题意。
故选C。
5．（25-26九年级上·山东济南·期末）如图所示，“脚踏冲天炮”是一种深受大家喜爱的户外玩具。发射时，需要先用脚使劲踩踏气泵，泵内气体被压缩，松开脚后气泵内的气体推动泡沫“火箭”向上飞出。气体推动泡沫“火箭”升空的过程相当于下列的哪个冲程（　　）
A． B．
C． D．
【答案】C
【详解】空气推动小火箭升空的过程中，空气体积膨胀对小火箭做功，内能转化为机械能。
A．如图，为排气冲程，不涉及能量转化，故A不符合题意；
B．如图，为压缩冲程，活塞压缩缸内气体，对气体做功，机械能转化为内能，故B不符合题意；
C．如图，为做功冲程，燃气推动活塞做功，内能转化为机械能，故C符合题意；
D．如图，为吸气冲程，不涉及能量转化，故D不符合题意。
故选C 。
6．（25-26九年级上·福建三明·期中）如图所示的“汽油机模型”实验中，将适量的酒精喷入筒内，用橡胶塞塞住筒口，电火花点火，观察到橡胶塞跳出。该实验可模拟四冲程汽油机工作时的（　　）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
【答案】C
【详解】当电火花点火时，酒精燃烧，圆筒内气体的内能增加，气体对软橡胶塞做功，橡胶塞被高温高压的气体冲出，而汽油机的做功冲程也是高温高压的气体对外做功，因此该实验可模拟四冲程汽油机工作时的做功冲程，故C符合题意，ABD不符合题意。
故选C。
7．（25-26九年级上·安徽亳州·期中）如图甲所示，在一个空易拉罐的底部钻一个小孔，从易拉罐开口端向罐内喷适量酒精喷雾，然后将一个空纸杯迅速套上。如图乙所示，用细线将易拉罐水平悬挂在铁架台上，将点燃的点火枪靠近易拉罐底部的小孔，纸杯就会“向前”飞去。下列说法中错误的是（　　）
A．酒精的热值与质量无关
B．纸杯飞出去后在惯性的作用下继续向前运动
C．纸杯飞出去时，易拉罐内气体的内能减小
D．纸杯飞出过程中的能量转化与内燃机的做功冲程相同
【答案】B
【详解】A．燃料的热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关，因此酒精的热值与质量无关，故A正确，不符合题意；
B．惯性是物体的一种性质，而不是一种力，纸杯飞出后，是由于自身具有惯性，要保持原来的运动状态，所以会继续向前运动，不能说“在惯性的作用下”，故B错误，符合题意；
C．纸杯飞出去时，是易拉罐内燃烧产生的高温高压气体对纸杯做功，将气体的内能转化为纸杯的机械能，所以易拉罐内气体的内能会减小，故C正确，不符合题意；
D．纸杯飞出过程中，是燃料燃烧产生的内能转化为纸杯的机械能；内燃机的做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞做功，也是将内能转化为机械能。因此，二者的能量转化是相同的，故D正确，不符合题意。
故选B。
8．（25-26九年级上·陕西榆林·期末）如图是小明制作的简易“蒸汽船”模型。将盛有一定量水的玻璃容器安装在“船体”上，用蜡烛对玻璃容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”就向左行驶。蜡烛对玻璃容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过________的方式改变水的内能。当铜管向右喷蒸汽时“船体”向左运动，该过程将内能转化为________能，该过程中能量的总量________。
【答案】 热传递 机械 保持不变
【详解】[1]蜡烛燃烧放出热量被水吸收，水温升高，增大了水的内能，这是通过热传递的方式改变水内能。
[2]当铜管向右喷蒸汽时“船体”向左运动，此时气体内能减小，“船体”机械能增大，这个过程将内能转化为机械能。
[3]根据能量守恒定律可知，该过程中能量的总量保持不变。
9．（25-26九年级上·辽宁抚顺·阶段检测）塑料瓶是一种常见的生活物品，空塑料瓶可以做许多物理小实验。在安全情况下，小明用高压打气筒往封闭空塑料瓶内打入空气，如图所示。当气压达到一定程度时，瓶盖飞出，气体的_____转化为瓶盖飞出去的机械能，这一过程与内燃机_____冲程的能量转化情况相同。
【答案】 内能 做功
【详解】[1]当瓶盖飞出时，瓶内高压气体对外做功，内能转化为瓶盖的机械能。
[2]这一能量转化过程（内能→机械能），与内燃机的做功冲程能量转化情况相同（做功冲程中，燃气膨胀推动活塞做功，内能转化为机械能）。
10．（25-26九年级上·河南焦作·期末）碳酸饮料易拉罐的拉环断掉很难打开，如图所示，可用笔尾在罐口旁快速摩擦，易拉罐开口处就可以“炸开”。摩擦时，易拉罐内气体内能_____（选填“增加”“减少”“不变”），气压变大；“炸开”过程的能量转化与四冲程汽油机的_____冲程相同。
【答案】 增加 做功
【详解】[1]用笔尾在罐口旁快速摩擦，克服摩擦做功，机械能转化为内能，易拉罐内气体内能增加。
[2]“炸开”时，罐内气体内能转化为机械能；四冲程内燃机的做功冲程将内能转化为机械能，所以二者能量转化形式相同。
11．（25-26九年级上·河北邢台·期末）如图所示，这是常见的气压式玩具水枪的储水罐。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。在水喷出的过程中，储水罐中气体的内能转化为水的______能，其能量转化与四冲程内燃机的______冲程相同。
【答案】 机械 做功
【详解】[1][2]在水喷出的过程中，储水罐中的气体膨胀对水做功，将水排出，储水罐中的气体的内能转化为水的机械能，四冲程内燃机的做功冲程中，燃料燃烧产生的高温气体对活塞做功，推动活塞下行，也是将内能转化为机械能。能量转化与四冲程内燃机的做功冲程相同。
12．（25-26九年级上·安徽马鞍山·期末）小明制作了一艘“噗噗”船，其结构如图所示。启动前，先注入些水到蒸汽室，当蒸汽室的水被蜡烛火焰加热，随着水温升高，产生的水蒸气从管口喷出，发出“噗噗”的响声，船也会在水池中向前移动，此过程和汽油机的做功冲程能量转化情况相同，水蒸气的内能转化为船的_______能。
【答案】机械
【详解】当蒸汽室的水被蜡烛火焰加热，产生的水蒸气从管口喷出，水蒸气对外做功，推动船在水池中向前移动。在这个过程中，水蒸气的内能转化为船运动的机械能。
13．（25-26九年级上·河南驻马店·期末）如图所示，瓶中装少量的水，水上方有水蒸气，塞紧瓶塞，用打气筒向瓶内打气，看到瓶塞从瓶口跳起。瓶塞跳出时，瓶内气体温度_________（选填“升高”“不变”或“降低”），此过程相当于汽油机的_________冲程。
【答案】 降低 做功
【详解】[1][2]用打气筒向瓶内打气，瓶内气压增大，当瓶塞跳出时，瓶内气体对瓶塞做功，内能转化为瓶塞的机械能，瓶内气体的内能减小，温度降低。汽油机的做功冲程是内能转化为机械能，与汽油机的做功冲程能量转化相同。
14．（25-26九年级上·四川内江·期末）如图甲所示，是小明用易拉罐制作的一辆小车，往易拉罐内喷入一些酒精并点燃后，小车就会向前行驶。如图乙所示是汽油机的四个冲程，其中与甲图中小车行驶时能量转化相同的是（ ）
A． B． C． D．
【答案】C
【详解】小车被燃气推动的过程，是燃气的内能转化为小车的机械能，相当于内燃机的做功冲程，做功冲程进气门关闭、排气门关闭，活塞下行，火花塞点火，故选C。
15．（25-26九年级上·广东广州·阶段检测）小明用可乐瓶制作了一个“小火箭”，通过打气筒压缩“小火箭”中空气的方式发射，如图所示，与空气推动“小火箭”升空过程的能量转化情况相同的冲程是（　　）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
【答案】C
【详解】空气推动“小火箭”升空时，瓶内压缩空气对外做功，内能转化为机械能。吸气冲程、排气冲程没有能量转化；压缩冲程将机械能转化为内能；只有做功冲程是燃气膨胀对外做功，将内能转化为机械能，故ABD不符合题意，C符合题意。
故选C 。
16．（25-26九年级上·山东德州·期中）课外活动中，小亮将刚喝完水的空矿泉水瓶的瓶盖拧上但不拧紧，用手握住瓶子的上下两部分，用力迅速拧成图示状态时，瓶盖被弹出并伴有爆响声，同时瓶口内出现白雾。关于上述过程，下列说法错误的是（　　）
A．矿泉水瓶被用力拧成图示形状，瓶内气体的内能增加
B．瓶盖弹出前，拧瓶子的过程与汽油机的做功冲程类似
C．瓶盖被弹出时，瓶内压缩气体的内能转化为瓶盖的机械能
D．瓶盖被弹出时，气体内能减小，温度降低，瓶内出现白雾
【答案】B
【详解】A．用力拧瓶子时，对瓶内气体压缩做功，机械能转化为瓶内气体的内能，瓶内气体内能增加，故A正确，不符合题意；
B．拧瓶子的过程是机械能转化为内能，和汽油机的压缩冲程能量转化一致，故B错误，符合题意；
C．瓶盖被弹出时，瓶内压缩气体对瓶盖做功，将内能转化为瓶盖的机械能，故C正确，不符合题意；
D．瓶盖弹出时，瓶内气体对外做功，内能减小，温度降低，瓶内水蒸气因降温液化形成小水珠，即瓶内的白雾，故D正确，不符合题意。
故选B。
17．（25-26九年级上·山西晋中·期末）如图所示，用酒精灯给试管中的水加热，水温上升，直至沸腾一段时间后，会看到试管口的橡皮塞被冲出。下列描述正确的是（　　）
A．试管中的水在升温过程中是通过做功的方式增加内能的
B．橡皮塞冲出后，试管中的水继续沸腾且吸收热量，温度升高
C．水蒸气对橡皮塞做功，水蒸气的内能不变
D．水蒸气对橡皮塞做功，其能量转化与汽油机做功冲程的能量转化相同
【答案】D
【详解】A．试管中的水在升温过程中吸收热量，是通过热传递的方式增加内能的，故A错误；
B．水沸腾时吸收热量，温度不变，故B错误；
C．水蒸气对橡皮塞做功，水蒸气的内能转化为橡皮塞的机械能，水蒸气的内能减小，故C错误；
D．水蒸气对橡皮塞做功，将内能转化为机械能，其能量转化与汽油机做功冲程的能量转化相同，故D正确。
故选D。
18．（25-26九年级上·广东茂名·期中）物理课上，李老师演示了如图所示的实验。他把活塞迅速压下去，观察到硝化棉燃烧，硝化棉燃烧是由于做功使管内空气的内能________（选填“减小”或“增大”）。这与四冲程柴油机的________冲程相同。若某柴油机的转速为1200r/min，则在1s内这台柴油机对外做功________次。
【答案】 增大 压缩 10
【详解】下压活塞时，活塞对筒内空气做功，机械能转化为空气的内能，使管内空气内能增大，温度升高达到硝化棉的燃点，因此硝化棉燃烧；四冲程柴油机的压缩冲程中，活塞压缩气缸内气体做功，机械能转化为内能，和该实验的能量转化过程一致；柴油机转速
即1秒内曲轴转动20圈；四冲程内燃机每完成一个工作循环，曲轴转2圈，对外做功1次，因此1秒内对外做功的次数为次。
19．（25-26九年级上·江苏泰州·阶段检测）如图所示为气泡机，主机让高压二氧化碳气体快速冲出，此时二氧化碳气体体积膨胀，内能___________（选填“增大”“减小”或“不变”），打入水瓶内的饮料从而制出冰凉气泡饮料，此过程中的能量转化过程与汽油机的___________冲程相同。若某汽车的汽油机的飞轮转速为1800r/min，则该汽油机每分钟完成___________个工作循环。当汽油燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时汽油的热值将___________（“变大”、“不变”或“变小”）。
【答案】 减小 做功 900 不变
【详解】[1]二氧化碳气体体积膨胀，对外做功，将内能转化为机械能，内能减小。
[2]汽油机的做功冲程中，缸内气体推动活塞做功，将内能转化为机械能，所以此过程中的能量转化过程与汽油机的做功冲程相同。
[3]若飞轮转速是1800r/min，表示每分钟飞轮转动1800圈，因为热机完成一个工作循环，飞轮转动2周，所以该汽油机每分钟完成900个工作循环。
[4]热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，当汽油燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时汽油的热值将不变。
20．（25-26九年级上·广西钦州·期中）轩宇是班里的小发明家，刚刚学了热机的他，制作了如图所示的模型，他在透明塑料盒的底部钻一个孔，把电子式火花发生器的放电针紧紧地塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒内滴入数滴酒精，再将盒盖盖紧，然后揿动电火花发生器的按钮……
(1)在此过程中，酒精燃烧后产生的________能转化为盒盖的________能。
(2)汽油机工作过程中的________冲程与这一实验过程中能量的转化是一致的。
【答案】(1) 内 机械
(2)做功
【详解】（1）[1][2]酒精燃烧将储存的化学能转化为内能，通过高温高压的燃气体积膨胀对外做功，使盒盖飞出去，将燃气的内能转化为盒盖的机械能。
（2）汽油机的做功冲程中，高温高压燃气推动活塞对外做功，将内能转化为机械能，所以汽油机的做功冲程与这一实验过程中能量的转化是一致的。
21．（25-26九年级上·湖北孝感·期中）如图是课外兴趣小组制作的“蒸汽船”模型，在铜制容器中盛一定量的水后将其安装在“船体”上，用蜡烛对铜制容器底部加热，一段时间后铜制容器内水温升高产生蒸汽，铜管会向右喷出蒸汽，“蒸汽船”就会向左行驶。“蒸汽船”模型工作过程的能量转化是：化学能→___________→机械能。这个过程能量转化与四冲程汽油机的___________冲程类似。
【答案】 内能 做功
【详解】[1][2]蜡烛对铜制容器底部加热，这个过程中将化学能转化为水的内能，铜管向右喷蒸汽，“船体”向左行驶，这个过程中将水蒸气的内能转化为船体的机械能，这与四冲程汽油机的做功冲程相同。
22．（25-26九年级上·安徽合肥·期末）小川制作的汽轮机模型如图所示，在试管中装入适量的水，用酒精灯加热，水沸腾后产生的蒸汽冲击叶轮使其转动。这一过程与汽油机的___________冲程作用相似。
【答案】做功
【详解】在这个汽轮机模型中，水蒸气冲击叶轮转动，是将内能转化为机械能的过程。汽油机的做功冲程也是将内能转化为机械能，因此这一过程与汽油机的做功冲程作用相似。
23．（25-26九年级上·云南曲靖·期中）热机是人们获得动力的重要机械，例如燃油汽车中的汽油机、大型轮船使用的柴油机或汽轮机、有些飞机使用的喷气发动机等。热机在生产生活中非常重要，为了更好地了解热机的工作原理，某小组制作一个热机模型。在测试模型的过程中，有同学提出如果换用乙醇蒸气来驱动风车，效果是否会优于水蒸气，于是用如图所示装置进行实验。在桌面上点燃酒精灯，然后分别加热一支悬挂着的装着水的试管，在试管口放一个风车，将水加热至沸腾，使水蒸气喷到风车叶片上；接下来的操作是应换用装有__________的试管，用_________（选填“相同”或“不同”）的酒精灯加热至乙醇沸腾，使乙醇蒸气喷到风车叶片上。对比两种蒸气推动风车叶片转动的转速，若_________________________________，则说明用乙醇蒸气驱动风车的效果不如水蒸气驱动风车的效果。（注：本实验选用的乙醇浓度为15%，不易燃，不易爆炸）
【答案】 乙醇 相同 乙醇蒸汽推动风车叶片转动的转速比水蒸气推动的慢
【详解】[1][2][3]根据控制变量法，应控制其他因素相同，只改变试管内液体的种类，用相同的酒精灯加热，对比两种蒸气推动风车叶片转动的转速，即可比较两种蒸气驱动风车的效果。故接下来的操作是：应换用装有乙醇的试管，用相同的酒精灯加热至乙醇沸腾，如果乙醇蒸气推动风车叶片转动的速度比水蒸气推动时慢，表明用乙醇蒸气驱动风车的效果不如水蒸气驱动风车的效果。
24．（25-26九年级上·山西临汾·阶段检测）为了探究物体内能变化与做功的关系，某小组同学利用气压式喷雾器、数字式温度计、小风扇等进行实验，如图所示。
(1)该实验通过_________的变化来反映气体内能的变化，这里所运用的物理研究方法是_________；
(2)图丙中，打开喷嘴处的阀门，迅速放出喷雾器内一部分气体时，喷雾器前的小风扇转动，此时气体的___________能转化为风扇的___________能，与四冲程内燃机的___________冲程相同。
【答案】(1) 温度计示数 转换法
(2) 内 机械 做功
【详解】（1）内能无法直接观察，本实验中气体内能变化会引起温度变化，因此通过温度计示数（温度）的变化反映气体内能的变化，将不易直接观察的物理量转换为容易测量的物理量，这种研究方法是转换法。
（2）打开阀门后，瓶内高压气体对外做功，推动风扇转动，此过程气体的内能转化为风扇的机械能。
四冲程内燃机的做功冲程，也是内能转化为机械能，因此该过程和做功冲程能量转化相同。
25．（25-26九年级上·广东广州·期末）【项目提出】制作简易热机模型
【项目分析】①热机的工作原理是什么？②热机包含哪些主要装置？
【项目实施】
①制作叶轮：取一个空易拉罐，剪下一块圆形片，再将圆形金属片剪成螺旋桨的形状.最后，在中心钻孔，用铁丝穿过小孔，如图甲；
②组装“汽轮机”：在另一个易拉罐盖旁打个孔，倒出饮料后往其内部装入半罐水，如图乙；用铁丝制作支架，最后组装器材，如图丙，该“汽轮机”属于_______（选填“内燃机”或“外燃机”）；
③“汽轮机”工作：点燃固体酒精，加热易拉罐中的水直至沸腾，当孔周围出现大量的“白气”时，再将叶轮移到正对孔的位置。该“汽轮机”工作时，图丙中的水蒸气的_______能转化为叶轮的_______能，这是通过_______方式改变水蒸气能量。
【展示交流】
①小昕发现，该“汽轮机”工作时，叶轮转动断断续续，根据这一现象，请你提出一条改进措施：______；
②小昕改进问题后，叶轮能持续稳定转动，但速度慢，小阳提议用干抹布覆盖储水罐顶部，尝试后叶轮转动速度变快，该操作提高了“汽轮机”的_______。
A．燃料热值 B．输出功率 C．输出效率
【答案】外燃机 内 机械 做功 增大酒精灯火焰或增加水量、用密封性更好的容器 B
【详解】[1]汽轮机”类型 该“汽轮机”属于外燃机。它是通过外部加热水产生水蒸气来推动叶轮转动的，燃料在装置外部燃烧，符合外燃机的特点。
[2][3][4]水蒸气的内能转化为叶轮的机械能，这是通过做功方式改变水蒸气能量的。水蒸气推动叶轮转动时，自身的内能减少，转化为叶轮的机械能，这个过程是通过做功的方式来实现能量转化的。
[5]增大酒精灯火焰或增加水量、用密封性更好的容器，以持续产生稳定的水蒸气，让叶轮转动更平稳。
[6]用干抹布覆盖储水罐顶部，减少了热量散失，使水蒸气的内能更集中地转化为叶轮的机械能，从而加快了叶轮转速，提升了输出功率。AC不符合题意，B符合题意。
故选B。
26．（2024·广东·二模）我国航天技术已达到世界领先水平。在跨学科实践课上，某小组开展了“制作火箭模型”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助完成下列内容：
（1）了解火箭的相关知识：2024年4月25日，搭载神舟十八号载人飞船的“长征二号F”火箭点火发射。如图甲所示，火箭刚发射时，高温火焰向下喷射到发射台的地面，发射台遇到这样的高温容易发生________。为了保护发射台，在发射台底建了一个大水池，让火焰喷射到水中，利用水的________来吸收大量的热量（前两空均填物态变化）火箭升空的瞬间，伴有庞大白色气团实质是________（选填“小水滴”“烟雾”或“水蒸气”）。
（2）制作并发射：火箭模型小组的同学制作了水火箭并进行发射，如图乙，图丙是其结构示意图，对水火箭打气，打开阀门，水向下喷出，水火箭一飞冲天。使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的__________冲程相同，使水火箭上升的施力物体是__________（选填“地球”或“喷出的水”）
（3）项目评估：各个小组制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，发现“水火箭”在竖直方向飞行上升的高度不容易测量。同学们讨论后认为可以通过测量__________来评选出“最佳飞行奖”。（写出一种方法即可）
【答案】 熔化 汽化 小水滴 压缩 喷出的水 飞行时间
【详解】（1）[1]火焰的温度很高，所以很多物体遇到高温的火焰会吸热而熔化。
[2]发射台下是水池，而让火焰喷射到水中，水从液态变为气态的水蒸气即发生汽化，从而能从周围吸取热量。
[3]这些水蒸气散发到空气中，遇到冷空气液化成的小水滴就是我们看到的“白气”。
（2）[4]使用打气筒打气时，活塞压缩气体做功，将机械能转化为气体的内能，与汽油机的压缩冲程相同。
[5]水火箭向下喷水，喷出的水给火箭一个向上的力，使火箭上升，所以使水火箭上升的施力物体是喷出的水。
（3）[6]“水火箭”在竖直方向飞行上升的高度不容易测量，可以测量水火箭在空中飞行的时间，时间越长，飞行的高度越高。
27．（25-26九年级上·广东佛山·阶段检测）阅读短文，回答问题。
汽车发动机
发动机是汽车的动力源。汽油机以汽油为燃料，使活塞在气缸中往复运动，一个工作循环经历进气、压缩、做功和排气四个冲程，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气缸内通过的容积，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气缸，所有气缸“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、，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)汽油机工作时燃料燃烧，将化学能转化为______能再转化为______能。
(2)若汽车发动机以恒定功率输出，在爬坡的时候减慢车速，______就会增大。
(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)若一个汽缸排量为V，燃气对活塞的平均压强为p，则一个做功冲程中燃气对活塞所做的功为______用字母表示。
(5)当发动机转速为时，则发动机每个工作循环所需要的时间为______s；设做功冲程燃气对活塞的平均压强是，发动机排量为，则发动机转速为时，该轿车的输出功率P与发动机排量为的关系式为______。
A． B． C． D．
【答案】(1) 内 机械
(2)牵引力
(3)A
(4)
(5) 0.04 A
【详解】（1）[1][2]内燃机工作时，燃料燃烧，将燃料的化学能转化为内能，再通过活塞推动缸内气体做功，将内能转化为机械能。
（2）因为发动机的功率，即功率一定时，降低速度是为了增大牵引力。
（3）ABCD．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，据图可知四缸发动机中1号汽缸在做功冲程中；2号和3号活塞是向上运动的，应该是排气或压缩冲程；4号活塞向下运动，汽缸所处的是吸气冲程，故BCD不符合题意，A符合题意。
故选A。
（4）在做功冲程，活塞移动的距离为L，发动机的单缸排量，燃气对活塞所做的功
（5）[1]在发动机工作中，飞轮转2周完成一个工作循环，所以发动机转速为时，1min完成1500个工作循环，每个工作循环所需要的时间为
[2]设做功冲程燃气对活塞的平均压强为，发动机排量为，则一个活塞的排气量，做功冲程燃气对一个活塞的平均压力，每个做功冲程燃气对一个活塞做的功
发动机转速为时，燃气对活塞做功的功率 ，故BCD不符合题意，A符合题意。
故选A。
28．（25-26九年级上·江苏苏州·阶段检测）阅读短文，回答问题。
科学家在四冲程发动机的基础上发明了“六冲程引擎”发动机。这种引擎在完成四冲程工作后，会把水注入气缸，使水瞬间变成水蒸气，从而带动活塞运动，产生第五冲程，为汽车提供动力，第六冲程让水蒸气排放到冷凝器，变成可再次注入气缸的水。“六冲程引擎”发动机的优点是环保、效率高，“六冲程引擎”发动机比传统四冲程发动机效率可提高40%，在一定程度上能够缓解如今由于能源供应短缺而导致的能源危机。
(1)汽油机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将内能转化为______能；
(2)若汽车发动机以恒定功率输出，在爬坡的时候减慢车速，目的是______；
(3)一台单缸四冲程汽油机的曲轴转速是1200r/min，若每次做功为500J，则汽油机的功率为______W；
(4)测试人员驾驶该车在平直公路上匀速直线行驶0.25h，观察仪表盘，发现这段时间内汽车消耗燃油2kg，车速为50km/h，若这些燃油完全燃烧，则放出的热量为______J（燃油的热值为）；
(5)“六冲程引擎”发动机第五冲程相当于四冲程汽油机的______冲程；如果这种单缸六冲程内燃机飞轮转速是3600r/min，则该汽油机每秒钟对外做功______次。
【答案】(1)机械
(2)增大牵引力
(3)5000
(4)9.2×107
(5) 做功 40
【详解】（1）汽油机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，消耗燃气的内能，得到活塞的机械能，因此是将内能转化为机械能。
（2）因为发动机的功率为
即功率一定时，降低速度是为了增大牵引力。
（3）一台单缸四冲程汽油机正常工作时的转速为
因为汽油机的一个工作循环中飞轮转2圈，对外做功一次，所以汽油机1s可以做功的次数
1s内汽油机做的功W=500J×10=5000J
则该汽油机的功率为
（4）若这些燃油完全燃烧，则放出的热量为
（5）[1]由题意可知，六冲程引擎中的第五冲程，是水变为水蒸气推动活塞做功，从而为汽车提供动力，所以相当于四冲程内燃机的做功冲程。
[2]由题意可知，单缸六冲程内燃机飞轮转速为
由题意可知，四冲程内燃机完成一个工作循环，飞轮转2圈，对外做功1次。六冲程发动机在四冲程基础上增加了两个冲程，故完成一个工作循环飞轮转3圈；其中，常规做功冲程和第五冲程均对外做功，故一个工作循环对外做功2次，完成一个工作循环飞轮转3r，对外做功2次，所以飞轮转速是时，飞轮每秒转动60转，因此每秒完成的工作循环个数为
因为一个工作循环对外做功2次，所以对外做功的次数为
即该汽油机每秒对外做功40次。/ 让教学更有效
14.4 跨学科实践：制作简易热机模型
目 录 A组 巩固过关 知识点1：基础概念 知识点2：简易的热机模型 B组 能力进阶 C组 思维拔高
基础概念
1.热机是利用____做功的机械，工作时将____能转化为____能。常见的外燃机有______，常见的内燃机有_______和________，是现代汽车中最常用的热机类型。
2.内燃机的一个工作循环由四个冲程组成，分别是________、_________、_________和_________ ，其中只有____冲程对外做功，将______能转化为______能，______冲程则将机械能转化为内能。
简易热机模型
1．（25-26九年级上·山西运城·期末）科技小组用饮料瓶制作水火箭，先在瓶里装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气（如图）；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中。瓶内气体压强增大的过程相当于汽油机的（　　）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
2．（25-26九年级上·河北石家庄·期末）如图所示，用塞子塞紧瓶口，再用打气筒向瓶内打气，当瓶内气压达到足够大时，塞子从瓶口冲出。下列关于瓶内气体的说法，正确的是（ ）
A．向瓶内打气，是通过热传递的方式改变瓶内气体内能
B．向瓶内打气，气体对外界做功，气体内能增加
C．塞子从瓶口冲出，气体内能转化为塞子的机械能
D．塞子被气体冲出，与四冲程汽油机压缩冲程能量转化相同
3．（25-26九年级上·湖北黄石·期末）如图是某同学制作的简易热机模型，水蒸气喷出驱动风车转动的过程，与四冲程汽油机的哪一个冲程的能量转化相似？（ ）
A．吸气 B．压缩 C．做功 D．排气
4．（25-26九年级上·广东珠海·期末）走马灯底部蜡烛如图所示，扇叶在热空气的驱动下转动起来，其原理与下面汽油机的哪个冲程相似（　　）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
5．（25-26九年级上·山东济南·期末）如图所示，“脚踏冲天炮”是一种深受大家喜爱的户外玩具。发射时，需要先用脚使劲踩踏气泵，泵内气体被压缩，松开脚后气泵内的气体推动泡沫“火箭”向上飞出。气体推动泡沫“火箭”升空的过程相当于下列的哪个冲程（　　）
A． B． C． D．
6．（25-26九年级上·福建三明·期中）如图所示的“汽油机模型”实验中，将适量的酒精喷入筒内，用橡胶塞塞住筒口，电火花点火，观察到橡胶塞跳出。该实验可模拟四冲程汽油机工作时的（　　）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
7．（25-26九年级上·安徽亳州·期中）如图甲所示，在一个空易拉罐的底部钻一个小孔，从易拉罐开口端向罐内喷适量酒精喷雾，然后将一个空纸杯迅速套上。如图乙所示，用细线将易拉罐水平悬挂在铁架台上，将点燃的点火枪靠近易拉罐底部的小孔，纸杯就会“向前”飞去。下列说法中错误的是（　　）
A．酒精的热值与质量无关
B．纸杯飞出去后在惯性的作用下继续向前运动
C．纸杯飞出去时，易拉罐内气体的内能减小
D．纸杯飞出过程中的能量转化与内燃机的做功冲程相同
8．（25-26九年级上·陕西榆林·期末）如图是小明制作的简易“蒸汽船”模型。将盛有一定量水的玻璃容器安装在“船体”上，用蜡烛对玻璃容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”就向左行驶。蜡烛对玻璃容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过________的方式改变水的内能。当铜管向右喷蒸汽时“船体”向左运动，该过程将内能转化为________能，该过程中能量的总量________。
9．（25-26九年级上·辽宁抚顺·阶段检测）塑料瓶是一种常见的生活物品，空塑料瓶可以做许多物理小实验。在安全情况下，小明用高压打气筒往封闭空塑料瓶内打入空气，如图所示。当气压达到一定程度时，瓶盖飞出，气体的_____转化为瓶盖飞出去的机械能，这一过程与内燃机_____冲程的能量转化情况相同。
10．（25-26九年级上·河南焦作·期末）碳酸饮料易拉罐的拉环断掉很难打开，如图所示，可用笔尾在罐口旁快速摩擦，易拉罐开口处就可以“炸开”。摩擦时，易拉罐内气体内能_____（选填“增加”“减少”“不变”），气压变大；“炸开”过程的能量转化与四冲程汽油机的_____冲程相同。
11．（25-26九年级上·河北邢台·期末）如图所示，这是常见的气压式玩具水枪的储水罐。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。在水喷出的过程中，储水罐中气体的内能转化为水的______能，其能量转化与四冲程内燃机的______冲程相同。
12．（25-26九年级上·安徽马鞍山·期末）小明制作了一艘“噗噗”船，其结构如图所示。启动前，先注入些水到蒸汽室，当蒸汽室的水被蜡烛火焰加热，随着水温升高，产生的水蒸气从管口喷出，发出“噗噗”的响声，船也会在水池中向前移动，此过程和汽油机的做功冲程能量转化情况相同，水蒸气的内能转化为船的_______能。
13．（25-26九年级上·河南驻马店·期末）如图所示，瓶中装少量的水，水上方有水蒸气，塞紧瓶塞，用打气筒向瓶内打气，看到瓶塞从瓶口跳起。瓶塞跳出时，瓶内气体温度_________（选填“升高”“不变”或“降低”），此过程相当于汽油机的_________冲程。
14．（25-26九年级上·四川内江·期末）如图甲所示，是小明用易拉罐制作的一辆小车，往易拉罐内喷入一些酒精并点燃后，小车就会向前行驶。如图乙所示是汽油机的四个冲程，其中与甲图中小车行驶时能量转化相同的是（ ）
A． B． C． D．
15．（25-26九年级上·广东广州·阶段检测）小明用可乐瓶制作了一个“小火箭”，通过打气筒压缩“小火箭”中空气的方式发射，如图所示，与空气推动“小火箭”升空过程的能量转化情况相同的冲程是（　　）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
16．（25-26九年级上·山东德州·期中）课外活动中，小亮将刚喝完水的空矿泉水瓶的瓶盖拧上但不拧紧，用手握住瓶子的上下两部分，用力迅速拧成图示状态时，瓶盖被弹出并伴有爆响声，同时瓶口内出现白雾。关于上述过程，下列说法错误的是（　　）
A．矿泉水瓶被用力拧成图示形状，瓶内气体的内能增加
B．瓶盖弹出前，拧瓶子的过程与汽油机的做功冲程类似
C．瓶盖被弹出时，瓶内压缩气体的内能转化为瓶盖的机械能
D．瓶盖被弹出时，气体内能减小，温度降低，瓶内出现白雾
17．（25-26九年级上·山西晋中·期末）如图所示，用酒精灯给试管中的水加热，水温上升，直至沸腾一段时间后，会看到试管口的橡皮塞被冲出。下列描述正确的是（　　）
A．试管中的水在升温过程中是通过做功的方式增加内能的
B．橡皮塞冲出后，试管中的水继续沸腾且吸收热量，温度升高
C．水蒸气对橡皮塞做功，水蒸气的内能不变
D．水蒸气对橡皮塞做功，其能量转化与汽油机做功冲程的能量转化相同
18．（25-26九年级上·广东茂名·期中）物理课上，李老师演示了如图所示的实验。他把活塞迅速压下去，观察到硝化棉燃烧，硝化棉燃烧是由于做功使管内空气的内能________（选填“减小”或“增大”）。这与四冲程柴油机的________冲程相同。若某柴油机的转速为1200r/min，则在1s内这台柴油机对外做功________次。
19．（25-26九年级上·江苏泰州·阶段检测）如图所示为气泡机，主机让高压二氧化碳气体快速冲出，此时二氧化碳气体体积膨胀，内能___________（选填“增大”“减小”或“不变”），打入水瓶内的饮料从而制出冰凉气泡饮料，此过程中的能量转化过程与汽油机的___________冲程相同。若某汽车的汽油机的飞轮转速为1800r/min，则该汽油机每分钟完成___________个工作循环。当汽油燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时汽油的热值将___________（“变大”、“不变”或“变小”）。
20．（25-26九年级上·广西钦州·期中）轩宇是班里的小发明家，刚刚学了热机的他，制作了如图所示的模型，他在透明塑料盒的底部钻一个孔，把电子式火花发生器的放电针紧紧地塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒内滴入数滴酒精，再将盒盖盖紧，然后揿动电火花发生器的按钮……
(1)在此过程中，酒精燃烧后产生的________能转化为盒盖的________能。
(2)汽油机工作过程中的________冲程与这一实验过程中能量的转化是一致的。
21．（25-26九年级上·湖北孝感·期中）如图是课外兴趣小组制作的“蒸汽船”模型，在铜制容器中盛一定量的水后将其安装在“船体”上，用蜡烛对铜制容器底部加热，一段时间后铜制容器内水温升高产生蒸汽，铜管会向右喷出蒸汽，“蒸汽船”就会向左行驶。“蒸汽船”模型工作过程的能量转化是：化学能→___________→机械能。这个过程能量转化与四冲程汽油机的___________冲程类似。
22．（25-26九年级上·安徽合肥·期末）小川制作的汽轮机模型如图所示，在试管中装入适量的水，用酒精灯加热，水沸腾后产生的蒸汽冲击叶轮使其转动。这一过程与汽油机的___________冲程作用相似。
23．（25-26九年级上·云南曲靖·期中）热机是人们获得动力的重要机械，例如燃油汽车中的汽油机、大型轮船使用的柴油机或汽轮机、有些飞机使用的喷气发动机等。热机在生产生活中非常重要，为了更好地了解热机的工作原理，某小组制作一个热机模型。在测试模型的过程中，有同学提出如果换用乙醇蒸气来驱动风车，效果是否会优于水蒸气，于是用如图所示装置进行实验。在桌面上点燃酒精灯，然后分别加热一支悬挂着的装着水的试管，在试管口放一个风车，将水加热至沸腾，使水蒸气喷到风车叶片上；接下来的操作是应换用装有__________的试管，用_________（选填“相同”或“不同”）的酒精灯加热至乙醇沸腾，使乙醇蒸气喷到风车叶片上。对比两种蒸气推动风车叶片转动的转速，若_________________________________，则说明用乙醇蒸气驱动风车的效果不如水蒸气驱动风车的效果。（注：本实验选用的乙醇浓度为15%，不易燃，不易爆炸）
24．（25-26九年级上·山西临汾·阶段检测）为了探究物体内能变化与做功的关系，某小组同学利用气压式喷雾器、数字式温度计、小风扇等进行实验，如图所示。
(1)该实验通过_________的变化来反映气体内能的变化，这里所运用的物理研究方法是_________；
(2)图丙中，打开喷嘴处的阀门，迅速放出喷雾器内一部分气体时，喷雾器前的小风扇转动，此时气体的___________能转化为风扇的___________能，与四冲程内燃机的___________冲程相同。
25．（25-26九年级上·广东广州·期末）【项目提出】制作简易热机模型
【项目分析】①热机的工作原理是什么？②热机包含哪些主要装置？
【项目实施】
①制作叶轮：取一个空易拉罐，剪下一块圆形片，再将圆形金属片剪成螺旋桨的形状.最后，在中心钻孔，用铁丝穿过小孔，如图甲；
②组装“汽轮机”：在另一个易拉罐盖旁打个孔，倒出饮料后往其内部装入半罐水，如图乙；用铁丝制作支架，最后组装器材，如图丙，该“汽轮机”属于_______（选填“内燃机”或“外燃机”）；
③“汽轮机”工作：点燃固体酒精，加热易拉罐中的水直至沸腾，当孔周围出现大量的“白气”时，再将叶轮移到正对孔的位置。该“汽轮机”工作时，图丙中的水蒸气的_______能转化为叶轮的_______能，这是通过_______方式改变水蒸气能量。
【展示交流】
①小昕发现，该“汽轮机”工作时，叶轮转动断断续续，根据这一现象，请你提出一条改进措施：______；
②小昕改进问题后，叶轮能持续稳定转动，但速度慢，小阳提议用干抹布覆盖储水罐顶部，尝试后叶轮转动速度变快，该操作提高了“汽轮机”的_______。
A．燃料热值 B．输出功率 C．输出效率
26．（2024·广东·二模）我国航天技术已达到世界领先水平。在跨学科实践课上，某小组开展了“制作火箭模型”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助完成下列内容：
（1）了解火箭的相关知识：2024年4月25日，搭载神舟十八号载人飞船的“长征二号F”火箭点火发射。如图甲所示，火箭刚发射时，高温火焰向下喷射到发射台的地面，发射台遇到这样的高温容易发生________。为了保护发射台，在发射台底建了一个大水池，让火焰喷射到水中，利用水的________来吸收大量的热量（前两空均填物态变化）火箭升空的瞬间，伴有庞大白色气团实质是________（选填“小水滴”“烟雾”或“水蒸气”）。
（2）制作并发射：火箭模型小组的同学制作了水火箭并进行发射，如图乙，图丙是其结构示意图，对水火箭打气，打开阀门，水向下喷出，水火箭一飞冲天。使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的__________冲程相同，使水火箭上升的施力物体是__________（选填“地球”或“喷出的水”）
（3）项目评估：各个小组制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，发现“水火箭”在竖直方向飞行上升的高度不容易测量。同学们讨论后认为可以通过测量__________来评选出“最佳飞行奖”。（写出一种方法即可）
27．（25-26九年级上·广东佛山·阶段检测）阅读短文，回答问题。
汽车发动机
发动机是汽车的动力源。汽油机以汽油为燃料，使活塞在气缸中往复运动，一个工作循环经历进气、压缩、做功和排气四个冲程，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气缸内通过的容积，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气缸，所有气缸“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、，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)汽油机工作时燃料燃烧，将化学能转化为______能再转化为______能。
(2)若汽车发动机以恒定功率输出，在爬坡的时候减慢车速，______就会增大。
(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)若一个汽缸排量为V，燃气对活塞的平均压强为p，则一个做功冲程中燃气对活塞所做的功为______用字母表示。
(5)当发动机转速为时，则发动机每个工作循环所需要的时间为______s；设做功冲程燃气对活塞的平均压强是，发动机排量为，则发动机转速为时，该轿车的输出功率P与发动机排量为的关系式为______。
A． B． C． D．
28．（25-26九年级上·江苏苏州·阶段检测）阅读短文，回答问题。
科学家在四冲程发动机的基础上发明了“六冲程引擎”发动机。这种引擎在完成四冲程工作后，会把水注入气缸，使水瞬间变成水蒸气，从而带动活塞运动，产生第五冲程，为汽车提供动力，第六冲程让水蒸气排放到冷凝器，变成可再次注入气缸的水。“六冲程引擎”发动机的优点是环保、效率高，“六冲程引擎”发动机比传统四冲程发动机效率可提高40%，在一定程度上能够缓解如今由于能源供应短缺而导致的能源危机。
(1)汽油机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将内能转化为______能；
(2)若汽车发动机以恒定功率输出，在爬坡的时候减慢车速，目的是______；
(3)一台单缸四冲程汽油机的曲轴转速是1200r/min，若每次做功为500J，则汽油机的功率为______W；
(4)测试人员驾驶该车在平直公路上匀速直线行驶0.25h，观察仪表盘，发现这段时间内汽车消耗燃油2kg，车速为50km/h，若这些燃油完全燃烧，则放出的热量为______J（燃油的热值为）；
(5)“六冲程引擎”发动机第五冲程相当于四冲程汽油机的______冲程；如果这种单缸六冲程内燃机飞轮转速是3600r/min，则该汽油机每秒钟对外做功______次。

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