资源简介

12.4　热机与社会发展
基础提质
1.【情境素材·科技成就】如图甲所示的C919大型客机是中国首款按照最新国际适航标准自主研制,具有自主知识产权的干线民用飞机。发动机工作时,能量转化的流程图如图乙所示,该发动机_______(选填“属于”或“不属于”)热机。请完成下列横线部分的内容。
①_______;②_______;③_______。
2.【核心素养·物理观念】(2026安徽庐江期末)如图甲、乙、丙、丁所示是单缸汽油机一个工作循环的四个冲程,下列说法正确的是(　　)
A.该汽油机一个工作循环的四个冲程正确的顺序是乙、丁、甲、丙
B.图丁是做功冲程,机械能转化为内能
C.汽油机在吸气冲程中吸入气缸内的是空气和汽油的混合物
D.图甲是压缩冲程,气缸内气体的内能不变
3.(2026广东深圳南山月考)四冲程内燃机在一个工作循环中,曲轴转动______周,燃气对活塞做功______次。在内燃机工作的四个冲程中,只有_______冲程对外做功,其他三个冲程都要靠飞轮的惯性来完成。
4.【核心素养·物理观念】(2026广东广州天河期中)如图所示是某热机单位时间内的能量流向图,以下选项中热机效率表示不正确的是(　　)
A.η=×100%　　B.η=×100%
C.η=×100%　　D.η=1-
5.【跨学科实践·社会发展】(2026广西崇左期中)提高热机效率对缓解能源紧缺非常重要。下列有关热机效率的说法正确的是(　　)
A.尽量减少热机内部各部件间的摩擦可提高热机效率
B.实现“零排放”的新型燃料汽车的热机效率为100%
C.使用的燃料热值越高,热机的效率越高
D.柴油机的效率一般低于汽油机的效率
能力提升
6.【跨学科融合·体育】(2026广东阳江月考,★☆☆)如图所示,小普同学跟爷爷学习太极拳的四个基本动作,由此他联想到热机的四个冲程,以下说法正确的是(　　)
A.“鼻孔吸气”所对应的柴油机冲程吸入的是汽油和空气的混合物
B.“气沉丹田”所对应的汽油机冲程是将机械能转化为内能
C.汽油机和柴油机都是通过火花塞点火的
D.“排山倒海”所对应的汽油机冲程是靠飞轮的惯性来完成的
7.(2026江西赣州期末,★★☆)喜欢思考的小明用塑料矿泉水瓶进行了如下实验探究:瓶中留有少量水,盖上瓶盖(如图甲);扭转瓶身(如图乙);拧松瓶盖(如图丙),瓶盖被瓶内的气体冲出,同时瓶口出现白雾(如图丁)。图乙和图丁所示的过程,分别与四冲程内燃机的两个冲程类似,下列说法正确的是(　　)
A.图乙相当于压缩冲程,将内能转化为机械能　　B.图丁相当于排气冲程,将机械能转化为内能
C.图乙相当于做功冲程,将机械能转化为内能　　D.图丁相当于做功冲程,将内能转化为机械能
8.(★★☆)为了提高汽油发动机的效率,工程师们正在研发一种六冲程汽油机,它的每一个工作循环的前四个冲程与四冲程汽油机相同,第四个冲程结束以后,立即向气缸内喷水,水在高温气缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气,推动活塞再次做功,最后再将水蒸气排出。这种汽油机理论上的极限转速可以达到2 700 r/min,则在极限转速下,该汽油机1 s内经历______次工作循环,对外做功______次。
9.【跨学科实践·日常生活】(2026安徽合肥庐阳期中,★★☆)国庆长假王老师带着孩子自驾回临泉老家看望长辈,临泉到合肥全程约300 km,驾车大约需要3 h,假设汽车发动机全程的功率恒为25 kW。(汽油的热值q取4.5×10 J/kg,假设汽油完全燃烧)
(1)求汽车全程所做的有用功。
(2)汽车行驶全程发动机的效率为30%,求消耗汽油的质量。
10.【跨学科实践·社会发展】如图是国产新能源汽车中的一款插电式混合动力汽车,同时使用电动机和内燃机,其内燃机热效率最高可达43%;此外,其拥有快捷语音助手,可实现车外语音控制自动泊车和开、关车门等功能。分析该款新能源汽车,下列说法中,不能提高其热机效率的方法是(　　)
A.尽量使用热值大的燃料
B.优化冲程控制,让燃料与空气混合充分,使燃料燃烧得比较完全
C.使用黏度较低的机油进而减少热机内部各部件间的摩擦
D.车型设计中,采用高效传动和轻量化车身,进而减重
素养提优
11.(2026广东揭阳榕城期末)一辆载货汽车,在平直的公路上以90 km/h的速度匀速行驶,匀速行驶6 km消耗1.4 kg汽油,汽车受到的阻力为4 200 N。燃烧1.4 kg汽油放出的热量为_______J;汽车匀速行驶的功率为_______W;汽车匀速行驶过程中发动机的效率为_______。(假设汽油完全燃烧,汽油的热值取4.5×10 J/kg)
参考答案与解析
1. 属于;①化学能;②内能;③机械能
解析　该发动机工作时消耗燃料,燃料燃烧将化学能转化为内能,再通过做功将内能转化为机械能,在内能转化为机械能的过程中,会损失一部分内能;该发动机符合热机的特点,属于热机。
2. C
解析　甲图中,进气门和排气门均关闭,活塞向上运动压缩空气和汽油的混合物,气缸内气体的内能增加,是压缩冲程;乙图中,进气门打开,吸入气缸内的是空气和汽油的混合物,排气门关闭,是吸气冲程;丙图中,进气门关闭,排气门打开,活塞向上运动,是排气冲程;丁图中,进气门和排气门均关闭,活塞向下运动,是做功冲程,内能转化成机械能;则该汽油机一个工作循环的四个冲程正确的顺序是乙、甲、丁、丙,故A、B、D错误,C正确。
3. 2;1;做功
解析　四冲程内燃机在一个工作循环中,曲轴转动2周,燃气对活塞做功1次;在内燃机工作的四个冲程中,只有做功冲程对外做功,其他三个冲程是靠飞轮的惯性来完成的。
4. B
解析　由图可知,该热机的效率η=×100%=×100%=1-,故B不正确。
5. A
解析　尽量减少热机内部各部件间的摩擦,可以减少能量损失,从而提高热机效率,故A正确;由于热机工作过程中部件摩擦等因素不可避免,会产生额外功,所以热机效率不可能达到100%,故B错误;热机效率与所使用燃料的热值无关,故C错误;一般来说,柴油机的压缩程度比汽油机大得多且气缸内柴油比汽油燃烧更充分,所以柴油机的效率一般高于汽油机的效率,故D错误。
6. B
解析　“鼻孔吸气”相当于吸气冲程,柴油机在吸气冲程中吸入气缸的是空气,故A错误;“气沉丹田”相当于压缩冲程,将机械能转化为内能,故B正确;汽油机是通过火花塞点火使燃料燃烧,柴油机是靠喷油嘴喷出雾状柴油达到燃点燃烧,不需要火花塞点火,故C错误;“排山倒海”时对外做功,相当于汽油机的做功冲程,气缸内高温高压气体的内能转化为机械能,不是靠飞轮的惯性来完成的,故D错误。
能力迁移　汽油机和柴油机的区别:构造上汽油机用火花塞、柴油机用喷油嘴;燃料上汽油机用汽油、柴油机用柴油;吸气冲程中汽油机吸入汽油和空气的混合物、柴油机只吸入空气;压缩冲程中柴油机压缩程度较大;点火方式上汽油机为点燃式、柴油机为压燃式;效率上汽油机较低、柴油机较高。
7. D
解析　图乙扭转瓶子时,施加的外力压缩瓶内气体做功,将机械能转化为内能,相当于压缩冲程,故A、C错误;图丁中,瓶盖被瓶内的气体冲出时,瓶内气体对瓶盖做功,内能转化为机械能,相当于做功冲程,故B错误,D正确。
8. 15;30
解析　这种汽油机理论上的极限转速为2 700 r/min=45 r/s,由题意可知,这种六冲程汽油机每个工作循环完成6个冲程,飞轮、曲轴转3周,做功2次,所以该汽油机1 s内经历工作循环次=15次,对外做功15次×2=30次。
9. (1)2.7×10 J　(2)20 kg
解析　(1)由题意可知,假设发动机全程功率恒为25 kW,则汽车全程做的有用功W有=Pt=25×10 W×3×3 600 s=2.7×10 J;
(2)由η=可得,汽油完全燃烧放出的热量Q放===9×10 J;由Q放=mq可得,消耗汽油的质量m===20 kg。
10. A
解析　热机效率与所使用燃料的热值无关,故A符合题意;优化冲程控制,使燃料燃烧得更充分,可以提高热机效率,故B不符合题意;使用黏度较低的机油进而减少热机内部各部件间的摩擦可以减少额外功,从而提高热机效率,故C不符合题意;减小车的自重,可以减小轮胎与地面之间的摩擦,从而提高热机效率,故D不符合题意。
11. 6.3×10 ;1.05×10 ;40%
解析　完全燃烧1.4 kg汽油放出热量Q放=mq=1.4 kg×4.5×10 J/kg=6.3×10 J;由于汽车做匀速直线运动,受到的牵引力和阻力互相平衡,则牵引力F=f=4 200 N;由P===Fv可知,汽车匀速行驶的功率P=Fv=4 200 N×m/s=4 200 N×25 m/s=1.05×10 W;
发动机做的有用功W=Fs=4 200 N×6×10 m=2.52×10 J,所以汽车匀速行驶过程中发动机的效率η=×100%=×100%=40%。

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