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第2章 2.1热机 2.2内燃机 课时1 热机工作原理
课时作业
一、选择题（共6题）
1．我们生活在能量的世界里，下列关于热机工作和能量的说法不正确的是（　　）
A．热机工作时产生的废气会污染环境
B．物质运动的多样性与能量形式的多样性之间没有关系
C．能量转化和转移过程是有方向性、不可逆的
D．提高热机的效率可以节约能源减少污染
2．随着科技的发展，热机被应用到了不同的领域，下列设备工作过程中没有使用热机的是（　　）
A．电灯
B．推土机
C．拖拉机
D．火箭
3．2026年4月24日是第十一个“中国航天日”，如图所示是运载火箭点火发射时的情景，火箭起飞时，发动机内的液氢燃料剧烈燃烧。下列说法正确的是（　　）
A．火箭发动机不属于热机
B．火箭使用液氢作燃料，是因为它的热值较小
C．无论液氢燃料燃烧得是否充分，其热值不变
D．火箭加速升空时，机械能变大，说明能量不守恒
4．如图所示，在试管内装适量水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间后，橡胶塞被推出，管口出现大量“白气”。下列说法正确的是（　　）
A．管口出现的“白气”是空气中的水蒸气汽化现象导致
B．水蒸气推出橡胶塞过程的能量转化，与热机压缩冲程相同
C．水被加热的过程中，其内能是通过做功的方式改变的
D．水蒸气推出橡胶塞的过程中，橡胶塞的动能是由水蒸气的内能转化来的
5．如图甲所示，烧瓶内盛少量水，然后用气筒给瓶内打气，当瓶塞跳起来时，看到瓶内出现白雾。如图乙所示，给试管里的水加热，水沸腾后，瓶塞被迅速冲出试管口且试管口出现“白气”。根据实验现象推断，下列说法中错误的是（　　）
A．甲图中打气过程的能量转化与热机压缩冲程能量转化相同
B．乙图中水蒸气推动试管塞过程的能量转化与热机做功冲程的能量转化相同
C．甲图瓶中的白雾是瓶内的空气遇冷液化形成的，乙图试管口“白气”是水蒸气液化形成的
D．甲图当瓶塞跳出和乙图瓶塞冲出试管口的过程中，烧瓶和试管内的气体的内能都在减小
6．涡轴9“玉龙”是我国完全自主研发的航空涡轴发动机，其大致工作过程是：空气通过进气道进入压气机，被压气机压缩后进入燃烧室与燃料混合，燃料在燃烧室燃烧后，产生的高温高压气体推动涡轮转动，从而输出动力。该发动机在高温高压气体推动涡轮转动的过程中的能量转化与图中热机冲程相同的是（　　）
二、填空题（共3题）
7．火箭用液氢做燃料，主要利用了液氢________大的优点，火箭发动机________（选填“属于”或“不属于”）热机。
8．2026年3月30日，力箭二号遥一运载火箭在东风商业航天创新试验区成功首飞，将多颗卫星送入预定轨道。火箭升空时，燃料燃烧产生的高温高压燃气向后高速喷出。
(1)火箭发射时高温高压的燃气从尾部喷出，火箭获得向上推力，这个过程中的能量转化与热机的________冲程相同；
(2)航天员在太空中有效的锻炼方式是________（选填“跳绳”、“举重”或“拉力器”）。
9．如图所示，小明家的暖水瓶灌上热水后，瓶塞子会蹦出来，能听到“嘭”一声响声，还看到在瓶口形成“白气”，请你结合所学物理知识完成下列填空。水蒸气因推动瓶塞跳起而自身的内能________；双层内胆及塑料外壳是通过阻碍________（选填“做功”或“热传递”）的方式防止热水降温快的。
三、实验探究题（共2题）
10．如图是一组实验，观察实验完成填空。
(1)如图实验甲所示，利用酒精灯对着试管加热，过了一会儿，水沸腾产生大量的水蒸气，水蒸气将把塞子冲出去，此过程与热机的________冲程相类似；
(2)如图实验乙是扩散现象，说明________；图实验丙是把墨水同时滴入冷水和热水，此实验说明温度越高，分子无规则运动越________（选填“剧烈”或“缓慢”）；
(3)如图实验丁是把一块玻璃板用弹簧测力计拉出水面。在离开水面前，观察到弹簧测力计示数变大，说明了分子间存在________。
11．在跨学科实践课上，某小组围绕“制作内燃机还是外燃机模型”进行了探究，最终完成了简易热机模型的设计与制作。
【项目分析】
(1)热机的分类
外燃机：燃烧室在气缸外，如蒸汽机，燃烧燃料使水变成水蒸气，推动活塞做功。
内燃机：燃料在气缸内部燃烧，利用燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功。其原理与图(a)中________的原理相同。
【项目实施】
(2)制作简易内燃机模型
如图(b)，在塑料瓶的侧壁上打一个小孔，向瓶内喷入适量酒精，将塑料杯倒扣在瓶口，用点火器通过侧壁小孔点燃瓶内酒精，塑料杯被向上弹开，瓶内气体内能变________，此过程与四冲程内燃机________冲程的能量转化相同。
【评价交流】若喷入酒精少，实验效果差；喷入酒精多，易引发瓶口及塑料杯燃烧，存在安全隐患。综合安全性与可操作性的考虑，同学们最终选择了制作外燃机模型。
(3)制作简易外燃机模型
如图(c)，向易拉罐内注入适量水；将去掉笔芯和尾塞的中性笔的一端朝外，另一端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封；将易拉罐放置在支架上，笔的一端对准小风扇的扇叶。
①将易拉罐平放在支架上，且保证留着喷气的中性笔位于罐子靠________（填“上”或“下”）部分；将笔的________端（选填“粗”或“细”）朝外，在水蒸气流量相同的情况下流速更大，产生的推力更大，推动扇叶转动效果更好。
②初步测试时，同学们发现扇叶转动不明显，请提出一种加快扇叶转速的改进措施：________。
三、简答题（共1题）
12．自制汽轮机模型如图，中空笔壳一端插入装少量水的易拉罐，接口处用胶密封，中空笔壳尖口对准小风扇的扇叶，点燃酒精灯，蒸汽喷出推动扇叶转动。
(1)请说明该热机工作过程相当于四冲程内燃机的哪一个冲程？其能量转化情况是怎样的？
(2)在测试过程中，发现扇叶转动很慢，请写出出现这种现象的一种可能原因。
参考答案与解析
1．【答案】B
【解析】A．热机工作排出的废气含有有毒有害物质，会污染环境，故A正确；B．不同的运动形式对应不同的能量形式，物质运动的多样性与能量形式的多样性存在对应关系，故B错误，符合题意；C．能量转化和转移过程具有方向性、不可逆性，故C正确；D．输出相同有用功时，热机效率越高，消耗的燃料越少，可节约能源减少污染，故D正确。故选B。
2．【答案】A
【解析】热机是将内能转化为机械能的装置，推土机、拖拉机的动力装置为内燃机，火箭的动力装置为喷气发动机，均属于热机；电灯工作是将电能转化为光能和内能，未使用热机。故选A。
3．【答案】C
【解析】A．火箭发动机工作时，燃料燃烧释放的内能最终转化为火箭的机械能，属于热机，故A错误；B．火箭选用液氢作燃料，是因为液氢的热值大，与相同质量的其他燃料相比，完全燃烧可释放更多热量，故B错误；C．热值是燃料的固有特性，与燃料的质量、燃烧是否充分无关，故C正确；D．能量守恒是自然界普遍规律，火箭机械能变大是燃料燃烧释放的内能转化而来，整个过程能量守恒，故D错误。故选C。
4．【答案】D
【解析】A．管口出现的“白气”是试管内喷出的高温水蒸气遇冷液化形成的小水珠，故A错误；B、D．水蒸气推出橡胶塞过程，水蒸气对橡胶塞做功，将水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能（动能），与热机做功冲程的能量转化相同，故B错误、D正确；C．水被加热的过程中，吸收火焰中的热量，是通过热传递的方式改变水的内能，故C错误。故选D。
5．【答案】C
【解析】A．甲图打气过程，活塞对气体做功，机械能转化为内能，与汽油机压缩冲程能量转化相同，故A正确；B．乙图水蒸气推动试管塞，气体对外做功，内能转化为机械能，与热机做功冲程能量转化相同，故B正确；C．甲图瓶中的白雾是瓶内的水蒸气遇冷液化形成的小水滴，不是空气液化，故C错误；D．瓶塞蹦出或冲出过程中，气体对外做功，内能减小，故D正确。本题要求选择错误的选项，故选C。
6．【答案】C
【解析】高温高压气体推动涡轮转动，是将内能转化为机械能。A图排气门打开、进气门关闭，活塞向上运动，是排气冲程；B图两气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能；C图两气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程，将内能转化为机械能，符合题意；D图进气门打开、排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程。故选C。
7．【答案】热值；属于
【解析】氢的热值很高，与相同质量的其他燃料相比，完全燃烧时氢能放出更多的热量，为火箭升空提供更大的动力；热机的工作原理是将内能转化为机械能，火箭发动机工作时，先通过燃料燃烧将化学能转化为内能，再将内能转化为机械能，符合热机的特征，属于热机。
8．【答案】(1)做功 (2)拉力器
【解析】(1)火箭发射时高温高压的燃气从尾部喷出，气体推动火箭向上运动，该过程中内能转化为机械能，与热机做功冲程的能量转化相同。(2)太空处于失重状态，跳绳、举重依靠重力作用无法达到锻炼效果，拉力器依靠弹簧弹力工作，不受失重影响，故选拉力器。
9．【答案】减少；热传递
【解析】瓶内水蒸气推动瓶塞跳起时，水蒸气对瓶塞做功，将自身的内能转化为瓶塞的机械能，因此水蒸气的内能会减小。暖水瓶的双层内胆、真空层、塑料外壳都是热的不良导体，作用是阻碍热水的热量向外传递，通过阻碍热传递的方式减慢降温速度。
10．【答案】(1)做功 (2)分子在永不停息地做无规则运动；剧烈 (3)引力
【解析】(1)甲实验中，水蒸气冲开瓶塞的过程，是水蒸气的内能转化为塞子的机械能，与热机做功冲程将内能转化为机械能的原理类似。(2)扩散现象说明分子在永不停息地做无规则运动；墨水在热水中扩散更快，说明温度越高，分子无规则运动越剧烈。(3)玻璃板离开水面前，弹簧测力计示数大于玻璃板自身重力，是因为水分子和玻璃分子之间存在相互吸引的作用，说明分子间存在引力。
11．【答案】(1)甲 (2)小；做功 (3)上；细；换用火焰更大的酒精灯（或换用更细的笔管）
【解析】(1)图(a)甲中燃料在试管内部燃烧，产生高温高压气体，气体推动风车做功，将内能转化为机械能，属于内燃机原理；乙中燃料在试管外侧燃烧给水加热，水汽化后推动风车做功，属于外燃机原理。(2)酒精燃烧将化学能转化为内能，内能转化为塑料杯的机械能，塑料杯被向上弹开，瓶内气体内能变小；此过程与四冲程内燃机做功冲程的能量转化相同。(3)水蒸气密度小于水，聚集在易拉罐上部，喷气的中性笔应位于罐子靠上的部分；水蒸气流量相同时，通道越细流速越大，所以要把中性笔的细端朝外，获得更大推力；扇叶转动不明显通常是因为水蒸气流量较少或流速较小，可换用火焰更大的酒精灯或换用更细的笔管来加快转速。
12．【答案】(1)相当于做功冲程；水蒸气的内能转化为扇叶（风车）的机械能 (2)中空笔壳尖口喷出的水蒸气太少（合理即可）
【解析】(1)点燃酒精灯后，易拉罐内的水受热汽化为高温水蒸气，水蒸气从中空笔壳尖口喷出时推动扇叶转动，对外做功，将内能转化为机械能，与四冲程内燃机做功冲程中的能量转化形式相同。(2)若酒精灯火焰较小，相同时间内水吸收的热量少，产生的水蒸气少、压强小，喷出时对扇叶的推动力小，扇叶转动慢；也可能是接口密封不好导致水蒸气泄漏等。

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