資源簡介

第二章 改變世界的熱機（復習講義）
單元目標
考點要求 新課標要求 命題預測
熱機 理解熱機的原理，正解熱機的工作循環，包括四個沖程及內能和機械能的相互轉化。 熱機是內能利用最典型的例子，主要命題點有：熱機工作原理、內燃機四沖程工作過程和能量轉化關系等。
熱機效率 理解熱機效率的概念，掌握熱機效率的計算方法；分析影響熱機效率的因素，并提出提高熱機效率的途徑。 在內能利用過程中存在能量損失。該考點中，熱機的效率是各地中考的常考熱點。該考點考查形式多樣，難易程度也有所不同。主要命題點有：熱機效率概念理解、提高熱機效率的方法、熱機效率相關計算等。
跨學科實踐：保護地球家園 了解熱機使用帶來的環境污染，知道保護環境的措施，有保護環境的意識。 熱機使用造成的環境污染：大氣、熱和噪聲。從國家和個人層面看該做些什么措施。主要命題點：大氣污染（溫室效應）、熱污染（城市熱島效應）、“碳達峰”“碳中和”等。
思維導圖
知識點
一、熱機
1.熱機
①熱機：利用________做功的機械叫熱機。
②熱機的種類：分為蒸汽機、內燃機、汽輪機、噴氣發動機。它們構造________，但它們有一個共同特點，那就是________________。
③內燃機：燃料直接在發動機________內燃燒產生動力的熱機。內燃機根據其所使用的燃料分為________和________兩類。內燃機的能量轉化：________能轉化為________能，________能再轉化為________能。
2.汽油機
①構造：由氣缸、________、進氣門、排氣門、活塞、曲軸、連桿組成。
②工作過程
沖程：活塞在氣缸內往復運動時，從汽缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個________。
多數汽油機是由________、________、________、________四個沖程的不斷循環來保證連續工作的。
_______沖程 _______沖程 _______沖程 _______沖程
吸氣沖程：進氣門________，排氣門________，活塞向________運動，______________的混合物進入汽缸。
壓縮沖程：進氣門和排氣門都________，活塞向________運動，燃料混合物被壓縮。能量轉化：________能轉化為________能。
做功沖程：火花塞產生電火花，使燃料猛烈燃燒，產生高溫高壓的氣體。高溫高壓的氣體推動活塞向 下 運動，帶動曲軸轉動，對外________。能量轉化：________能轉化為________能。
排氣沖程：進氣門保持________，排氣門________，活塞向________運動，把廢氣排出汽缸。
在四個沖程中，只有做功沖程對外做功，其他三個沖程是輔助沖程，要靠安裝在曲軸上的飛輪的________帶動活塞完成，周而復始，使汽油機連續轉動下去。
3.柴油機
①構造：與汽油機的大致相同，不同的是柴油機氣缸頂部沒有火花塞而是________。
②工作過程：柴油機與汽油機大致相同，也是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程構成一個工作循環，在一個工作循環中，活塞往復運動________次，曲軸轉動________周，對外做功________次。
③柴油機和汽油機構造及工作過程的不同點：
a.汽油機汽缸頂部有火花塞，在壓縮沖程末，火花塞產生電火花，使燃料燃燒，產生高溫高壓的氣體（俗稱“________”）；柴油機汽缸頂部沒有火花塞，只有噴油嘴，在壓縮沖程結束時，壓縮空氣的溫度已經超過柴油的燃點，此時從噴油嘴噴出的霧狀柴油遇到熱空氣就立刻燃燒起來（俗稱“________”）。
b.汽油機吸氣沖程吸入_______________的混合物；柴油機吸入氣缸內的物質_______________。
汽油機 柴油機
不同點 結構圖
吸氣沖程 吸入的是空氣和汽油的混合物 吸入的只有空氣
壓縮沖程 壓縮程度較柴油機低 壓縮程度高
做功沖程 火花塞點火（點燃式） 噴油嘴噴出柴油（壓燃式）
相同點 排氣沖程 把廢氣排出氣缸
判斷內燃機處于哪個工作沖程應抓住兩點：一是氣門的開與關；二是活塞的運動方向。有火花塞的就是做功沖程；兩個氣門都關閉，也無火花塞，就是壓縮沖程；若是吸氣沖程，進氣門打開；排氣沖程，排氣門打開。
①汽油機在開始工作時，要靠外力先使曲軸、連桿轉動起來，由曲軸通過連桿帶動活塞運動以后，汽油機才能連續工作；
②在汽油機的1個工作循環中，有4個沖程，活塞往復運動2次（2圈），曲軸轉動2周，對外做功1次，巧記為“1-4-2-2-1”；
③在四個沖程中，只有做功沖程是燃氣對外做功，將內能轉化為機械能，其他三個沖程是靠飛輪的慣性來完成的，故飛輪的質量要足夠大。
考點二：機械效率
1.熱機里的能量變化
2.熱機效率
①熱機所做________與所用燃料________燃燒釋放的________之比叫作熱機的效率，用來描述熱機的________。
②計算公式：，其中：Q放=m燃料q固液 或Q放=V燃料q氣體，單位：Q放（J）、m燃料（kg）、q固液（J/kg）、V燃料（m3）、q氣體（J/m3）。
注意：熱機效率計算公式中的Q完全指的是燃料完全燃燒釋放的能量，用Q=mq或 Q=Vq計算。不要與比熱容中的放熱計算公式Q=cm t混淆！
③物理意義：熱機的效率是熱機性能的重要指標。熱機的效率表示使用熱機時對燃料的利用率的高低，熱機的效率高，在做功同樣多的情況下，就消耗更少的燃料，節約能源。
因為熱機中用于做有用功的能量只是燃料完全燃燒所放出的總能量的一部分，由于各種能量的損失和燃燒條件的限制，這部分能量一定________完全燃燒放出總能量，所以有用功的能量與燃燒放出的總能量的比值必然________1，即熱機的效率一定________1。
④提高熱機效率的方法：a.使燃料充分燃燒；b.盡量減少各種熱量損失；c.利用廢氣的能量（廢氣帶走的能量最多）；d.注意保養，保證良好的潤滑，減少因克服摩擦阻力而額外消耗的能量。
考點三：跨學科實踐：保護地球家園
1.我們面臨的困擾
①大氣污染：火力發電廠中，燃煤釋放的內能轉化為電能輸送到千家萬戶，但排放的氮氧化物、硫化物等有毒氣體，會危害人體健康、影響植物生長。排出的二氧化碳所引起的額外的__________，對地球表面的熱平衡有較大影響。
②熱污染：熱機排出的二氧化碳氣體會加劇溫室效應，內燃機的廢氣和冷卻水帶走的熱量會對環境產生較大的熱污染，成為______________的元兇之一。
③噪聲污染：大量以熱機作為動力來源的機械工作時會產生噪聲，影響人們的正常生活，甚至危害人體健康。
2.國家發展戰略
近年來，我國不斷更新燃煤電廠氮氧化物排放標準，積極穩妥地推動“碳達峰”“碳中和”，彰顯了大國的使命擔當。
3.保護地球從我做起
①優化能源結構，推廣清潔能源的使用，如天然氣、風能、太陽能等，降低化石燃料比重，減少有毒氣體排放。
②建立區域聯防聯控機制，在京津冀及周邊地區、長三角地區、汾渭平原等重點區域建立聯防聯控機制，協同治理大氣污染。
③加強工業污染治理，改進燃燒設備，減少工業排放。
④強化揚塵管控和秸稈焚燒治理。
⑤控制交通污染，加快交通結構調整，推進城市軌道交通建設，推廣新能源汽車，形成綠色低碳交通出行體系。
4.實踐活動評價
我的活動涉及的學科 我的活動圍繞的物理概念和規律 我的活動成果 我的觀點 我的問題
典型例題
(
題型一 熱機的種類
)
【例1】（23-24九年級上·福建寧德·期末）近年來我國先進裝備層出不窮，民族自豪感倍增。以下裝備的動力裝置不屬于是熱機的是（ ）
A.玉兔號月球車 B.山東艦 C.殲20 D.長征五號火箭
【變式1-1】（24-25九年級上·廣西防城港·期中）以下機械屬于內燃機的是（　?。?br/>A.電風扇 B.汽油機 C.滑輪組 D.洗衣機
【變式1-2】（24-25九年級上·吉林·期中）下列裝備的動力裝置不是熱機的是（　　）
A.電動汽車 B.海纜施工船 C.國產飛機C919 D.長征五號運載火箭
【變式1-3】（24-25九年級上·陜西榆林·階段練習）2024年5月3日，搭載嫦娥六號探測器的長征五號遙八運載火箭，在中國文昌航天發射場點火發射?；鸺齙_______（選填“屬于”或“不屬于”）熱機，_______ （選填“能”或“不能”）在大氣層外工作。在探測器加速上升過程中，它的機械能_________（選填“守恒”或“不守恒”）。
(
題型二 熱機工作過程中的能量變化
)
【例2】（24-25九年級上·青海果洛·期末）2024年10月30日4時27分，搭載神舟十九號載人飛船的長征二號F遙十九運載火箭在酒泉衛星發射中心點火發射（如圖1）。火箭在加速上升過程中，下列說法正確的是（ ）
A.火箭上升過程中機械能增加 B.火箭上升過程中動能不變
C.火箭上升過程中動能轉化為化學能 D.若不計空氣阻力，火箭上升時機械能守恒
【變式2-1】（2025·河南·二模）物理科技文化節中，同學們展示了自制水火箭，結構如圖所示。在塑料瓶中裝入適量水，用帶有打氣管的瓶塞將瓶口塞住，發射時用打氣筒向瓶內打氣，當瓶內壓強足夠大時，瓶內的水向下噴出，水火箭升空。用打氣筒將空氣壓入水火箭的能量轉化與汽油機的________（選填“壓縮”或“做功”）沖程相同；水火箭上升過程中，瓶內氣體的內能________（選填“增加”“減少”或“不變”）。
【變式2-2】科學家發明了一款單缸六沖程內燃機，它每一個工作循環的前四個沖程與單缸四沖程內燃機相同，在第四沖程結束后，立刻向汽缸內噴水，水在高溫汽缸內迅速汽化成高溫、高壓水蒸氣，推動活塞再次做功，水蒸氣溫度________（選填“升高”、“降低”或“不變”），其內能________（選填“增大”、“減小”或“不變”）。
(
題型三
汽油機的構成及工作過程
)
【例3】（24-25九年級上·湖北武漢·期末）如圖所示為單缸四沖程汽油機工作示意圖，下列說法正確的是（　　）
A.圖甲：吸入汽缸的是空氣
B.圖乙：氣體對活塞做功，是壓縮沖程
C.圖丙：汽油的內能轉化為機械能，為汽油機提供動力
D.圖?。簭U氣帶走的能量占比大，是汽油機效率低的一個原因
【變式3-1】（24-25九年級上·河南鄭州·期末）2024年11月30日，我國新型運載火箭長征十二號成功實現首飛?；鸺剂先紵a生的高溫燃氣對火箭產生反推力，推動火箭升空，此能量轉化過程相當于熱機的哪個沖程（　　）
A. B. C. D.
【變式3-2】（24-25九年級上·廣東廣州·期末）如圖所示，圖甲為小昕自制的熱機模型，她在礦泉水瓶的側壁上開了一個孔，把電火花發生器緊緊插入孔中，實驗時從上方瓶口噴入液態酒精并輕輕蓋上一次性塑料杯，按動電火花發生器的按鈕，點燃瓶內酒精后，塑料杯立即飛出，此過程酒精燃燒產生的_______能轉化為塑料杯的________能，相當于圖乙中_______（選填“A”、“B”、“C”或“D”）的能量轉化過程。
(
題型四 柴油機的構造及工作過程
)
【例4】（24-25九年級上·廣西南寧·期末）如圖所示，迅速壓下活塞的過程相當于柴油機的（　?。?br/>A.吸氣沖程 B.壓縮沖程 C.做功沖程 D.排氣沖程
【變式4-1】（24-25九年級上·河南洛陽·期中）如圖是內燃機工作時某沖程示意圖，該沖程為________沖程，它是________（“汽油”或“柴油”）機。若飛輪的轉速為2400r/min，在1s內，該內燃機完成_______個工作循環。
【變式4-2】（24-25九年級上·湖北孝感·期中）關于四沖程汽油機和柴油機的工作過程有以下幾種說法：
①汽缸內燃料燃燒得越充分，熱值越大；②在做功沖程中，是內能轉化為機械能；③只有做功沖程是燃氣對外做功；④汽油機和柴油機的點火方式相同。以上說法中正確的是（ ）
A.①② B.①③ C.②③ D.②③④
(
題型五 內燃機工作循環中的計算問題
)
【例5】（23-24九年級上·貴州六盤水·階段練習）一個汽油機上標有“3000r/min”的字樣，則每秒鐘汽油機完成對外做功________次，其中發生能量轉化共________次。
【變式5-1】（24-25九年級上·江蘇無錫·期末）如圖所示，用電子點火槍點易拉罐內的酒精氣體，可將一次性杯子噴出很遠。紙杯被沖飛的過程與汽油機的________沖程能量轉化情況相同，若汽油機飛輪的轉速是1800r/min，則該汽油機1min內燃氣對外做功_______次。
【變式5-2】（24-25九年級上·甘肅平涼·期末）如圖是汽油機的________沖程示意圖；某單缸四沖程汽油機飛輪的轉速為，在內，汽油機對外做功_______次。
(
題型六 燃燒放熱及效率計算
)
【例6】（23-24九年級上·海南·期末）燃氣灶將20kg的水由42℃加熱到62℃，這是通過________（選填“熱傳遞”或“做功”）方式改變水的內能，若天然氣完全燃燒放出的熱量有42%被水吸收，需要消耗_______m3的天然氣。[水的比熱容c=4.2×103J/（kg·℃），天然氣熱值q=4×107J/m3]
【變式3-1】（23-24九年級上·陜西安康·期末）某家庭用的燃氣熱水器將100kg的水從20℃加熱到了50℃，消耗了0.8m3的天然氣（假設天然氣完全燃燒）。求：［已知c水=4.2×103J/（kg·℃），q天然氣=3.15×107J/m3]
（1）燒水時，水吸收熱量溫度升高，內能________；
（2）水吸收的熱量；
（3）該熱水器燒水的效率。
【變式3-2】（23-24九年級上·湖南湘西·期末）天然氣具有熱值高、價格實惠、污染少、安全等優點。張明把5L水從20℃加熱到50℃時，用了天然氣0.01m3，已知天然氣熱值為8.4×107J/m3。水的密度為1.0×103kg/m3，水的比熱容為4.2×103J/（kg·℃）。求：
（1）完全燃燒0.01m3天然氣放出的熱量；
（2）5L水從20℃加熱到50℃吸收的熱量；
（3）張明家天然氣灶的效率。
(
題型七 機車效率與節能減排
)
【例7】（23-24九年級上·全國·期末）一輛氫氣動力試驗汽車10min內在平直路面上勻速直線行駛了1.2km，消耗了0.15kg的氫氣，假設氫氣完全燃燒，汽車發動機的效率為50%，求：（氫氣的熱值取1.4×108J/kg）
（1）氫氣完全燃燒產生的熱量是多少？
（2）發動機所做的有用功是多少？
（3）汽車勻速行駛時受到的阻力是多少？
【變式7-1】（23-24九年級上·吉林長春·階段練習）一輛使用汽油為燃料的小汽車，以72km/h的速度在水平路面上勻速行駛時，發動機的實際功率為20kW。若小汽車行駛的距離為100km，汽油的熱值q=4.6×107J/kg，小汽車發動機的效率為25%。求小汽車在這段路程中：
（1）運動的時間；
（2）發動機所做的功；
（3）消耗汽油的質量。
【變式7-2】2020年9月22日，國家主席習近平在第75屆聯合國大會上提出，把“碳達峰”、“碳中和”工作列為重點任務之一，提出“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現“碳中和”。如圖形象解讀了“碳達峰”和“碳中和”。下列措施不符合上述發展理念的是（ ）
A.優先選乘公共交通 B.隨手關閉電源
C.盡量用一次性餐具 D.使用節能燈泡
(
題型八 提高熱機效率的方法
)
【例8】（23-24九年級上·四川成都·期末）汽車是現代生活中最常見的一種交通工具，如圖甲、乙分別是某汽油機的某沖程及能量流向圖。下列有關說法正確的是（　 　）
A.甲圖是壓縮沖程，活塞對氣缸內的氣體做功，氣體的溫度升高
B.由乙圖可知該汽油機的效率是30%
C.汽車尾氣中的“汽油味”越濃燃料燃燒得越不充分，這會降低燃料的熱值
D.增加廢氣帶走的熱量可以提高熱機的效率
【變式8-1】（23-24九年級上·四川德陽·期末）成都大運會火炬“蓉火”取自成都的簡稱“蓉”，同時寓有“融合”“包容”之意，在燃料方面，“蓉火”采用了生物質丙烷燃料，這種燃料是采用常溫壓縮體積的方法使氣體丙烷液化的：火炬結合它的外形特點，優化燃料噴注與空氣摻混方案，這種方案能提高燃料的________（選填“功率”或“效率”）：已知丙烷的熱值是4.61×107J/kg；若完全燃燒20g的丙烷，則其放出的熱量為________J。
【變式8-2】（22-23九年級上·福建龍巖·期末）下列關于“熱機”的說法中，不正確的是（ ）
A.在四沖程內燃機中減少廢氣帶走的大量熱量可以大大提高熱機效率
B.熱機性能好壞的重要指標之一是熱機效率，通過技術改進，熱機效率也不能達到100%
C.火箭發動機屬于熱機
D.熱機常用水做冷卻劑，是因為水的沸點高
分層練習
基礎鞏固
一、單選題
1.（23-24九年級上 河北保定 期末）四沖程內燃機工作時，將內能轉化成機械能的沖程是（　?。?br/>A.吸氣沖程 B.壓縮沖程 C.做功沖程 D.排氣沖程
2.（24-25九年級上·四川綿陽·期末）如圖所示的是某學校自制的教具，在礦泉水瓶的側壁上鉆一個孔，把電火花發生器緊緊塞進孔中，實驗時從上方瓶口噴入液態酒精并蓋上一次性紙杯，按動電火花發生器的按鈕，點燃瓶內酒精后，紙杯即刻飛出，瓶口出現白霧。氣體推動紙杯飛出的過程中（　?。?br/>A.外界對氣體做功，氣體內能增加　　　　　　　B.氣體膨脹對外做功，內能增加
C.能量轉化與內燃機的壓縮沖程能量轉化相同　　D.能量轉化與內燃機的做功沖程能量轉化相同
3.（24-25九年級上·山東濟寧·期末）如圖是一種雜技的道具，點燃一端封閉的金屬盒內的火藥，火焰從盒的開口端噴出，木棒連同金屬盒由靜止開始順時針旋轉起來。道具中的能量轉化與下圖中汽油機的四個沖程中能量轉化相同的是（　?。?br/>A.　　　　　B.　　　　　C.　　　　　D.
4.（24-25九年級上·江蘇常州·期末）電火花發生器點燃塑料盒內的酒精，酒精燃燒產生的燃氣能將盒蓋噴出很遠。實驗時在盒內滴入2×10-4kg的酒精（q酒精=3×107J/kg）。對于此實驗過程，以下說法不正確的是（　?。?br/>A.燃氣在噴出的過程中溫度會降低　　　　　　 B.燃氣的內能轉化為盒蓋的機械能
C.能量轉化方式與汽油機的做功沖程相同　　　　　　D.酒精燃燒放出的熱量一定是6000J
5.（24-25九年級上·福建泉州·期末）如圖的禮花筒是利用鋼瓶內的高壓空氣膨脹做功，將筒內彩帶噴向空中產生喜慶效果，選項圖中，汽油機的能量轉化與禮花筒的能量轉化情況相同的是（　　）
A.　　　　　B.　　　　　C.　　　　　D.
6.（23-24九年級上·重慶南川·期末）下列有關能量及其利用的說法，正確的是（　?。?br/>A.燃料燃燒越充分，燃料的熱值越高 B.汽油機功率越大，汽油機的效率越高
C.減小機械摩擦和熱損失，能提高熱機的效率 D.內燃機工作過程中，每個沖程均能對外做功
7.（22-23九年級上·湖北武漢·期中）某汽車以20m/s的速度在平直的公路上勻速行駛時，柴油發動機的功率為2.1×105W，每行駛43s消耗柴油700g，柴油的熱值為4.3×107J/kg。下列計算中有幾項是正確的（　?。?br/>①完全燃燒700g柴油放出的熱量為3.01×107J ②該柴油發動機效率為70%
③汽車的牽引力為1.05×103N ④汽車行駛8.6km消耗柴油7kg
A.一項 B.二項 C.三項 D.四項
二、多選題
8.（24-25九年級上·遼寧大連·期末）如圖甲所示，我們常用打氣筒來給自行車胎充氣，圖乙是打氣筒的結構簡化圖。當推動活塞向下運動時，活塞擠壓筒內氣體，使其充入輪胎。關于這個過程的說法正確的是（　?。?br/>A.打氣筒底部筒壁溫度降低　　　　　　　　　B.筒內氣體分子運動得越來越劇烈
C.筒內氣體溫度升高主要是因為熱傳遞　　　　D.這一過程中的能量轉化與汽油機的壓縮沖程相同
9.（24-25九年級上·河南南陽·期中）如圖所示，將裝有少量水的礦泉水瓶瓶蓋擰緊，接著用兩手握住瓶下三分之一處，用力擰幾圈使其嚴重變形，然后輕輕旋開瓶蓋，“砰”的一聲，瓶蓋飛出數米遠，瓶口出現大量白氣。下列說法正確的是（　　）
A.擰瓶子時機械能轉化為內能，相當于內燃機的吸氣沖程
B.瓶蓋飛出是由于瓶內氣體對瓶蓋做功，機械能轉化為內能
C.瓶蓋飛出時的能量轉化與內燃機的做功沖程相同
D.瓶口出現的白氣是水蒸氣液化放熱形成的
三、填空題
10.（24-25九年級上·江蘇南京·期末）如圖甲所示，此過程的能量轉化與熱機＿＿＿＿沖程的能量轉化相同；若不放棉花，快速壓縮活塞，筒內空氣溫度＿＿＿＿（選填“升高”、“不變”或“降低”）。如圖乙所示，盒蓋飛出時，盒內燃氣的內能＿＿＿＿（選填“變大”、“不變”或“變小”），這是通過＿＿＿＿的方式改變盒內燃氣內能。
11.神舟飛船在穿越大氣層返回地面時，與大氣層摩擦，通過做功的方式將機械能轉化為內能，這與圖＿＿＿＿ （選填“甲”或“乙”）中汽油機的沖程一致，如果該汽油機飛輪的轉速為3000r/min，則1s內汽油機對外做功＿＿＿＿次，共完成＿＿＿＿個沖程。
12.（23-24九年級上·廣東陽江·期末）（1）汽油機是汽車的“心臟”，汽油燃燒時將________能轉化為內能，完全燃燒0.5kg的汽油能夠獲得________J的能量（汽油的熱值為4.6×107J/kg）；熱機一個工作循環有四個沖程，如圖甲中表示的是________沖程；
（2）汽車發動機的氣缸體和汽缸蓋的內外殼間有個“水套”，冷卻液在其間循環，以防止汽車發動機過熱，在汽車開始行駛的一段時間內，冷卻液溫度逐漸升高，它的內能會________（選填“增大”、“減小”或“不變”），這是通過________的方式改變冷卻液的內能；
（3）小明同學閱讀了某牌號汽車發動的說明書后，將內燃機的能量流向圖制成如圖乙所示的圖表，根據給出的信息，該內燃機的效率為__________。
13.（23-24九年級上·江蘇南通·期末）如圖甲所示，混合動力汽車由一臺內燃機和一臺電機組成，混合動力汽車啟動時，蓄電池通過電機向車輪輸送能量；當需要高速行駛或蓄電池儲存電能過低時，向車輪輸送能量，并通過電機給蓄電池充電。請回答下列問題。
（1）該混合動力汽車的內燃機是一臺單缸四沖程汽油機，如圖乙是汽油機的_______沖程，此沖程是利用________方式改變內能；
（2）若飛輪轉速是2400r/min，則每秒對外做功_______次；
（3）駕駛員踩剎車踏板時，可以通過車輪帶動電機發電，再將產生的電能轉化為________能儲存在蓄電池中；
（4）假設一輛發動機效率為30%的汽車一年消耗燃油400kg，將發動機的效率從30%提高到40%每年可以節省汽油________kg。
四、實驗題
14.（24-25九年級上·河南信陽·階段練習）如圖，在試管里裝一些水，用軟木塞塞住，加熱使水沸騰，水蒸氣會把木塞沖開。
（1）試管內的水溫度升高，這是用＿＿＿＿＿的方法增加水的內能；
（2）水蒸氣沖開瓶塞，水蒸氣對瓶塞＿＿＿＿；水蒸氣的溫度＿＿＿＿（選填“升高”“不變”或“降低”），內能＿＿＿＿（選填“減小”“增加”或“不變”），在此過程中是水蒸氣的內能轉化為塞子的＿＿＿＿能；
（3）與內燃機相比，本實驗裝置中＿＿＿＿相當于燃料，＿＿＿＿相當于汽缸，＿＿＿＿＿相當于活塞，水蒸氣把木塞沖開的過程類似于內燃機的＿＿＿＿沖程。
五、簡答題
15.（2023·遼寧葫蘆島·二模）如圖為我國古代勞動人民的智慧成果“取火器”的模型圖，把木質推桿迅速推入內壁光滑的牛角套筒時，桿前端的艾絨立刻燃燒起來。問：
（1）從能量轉化的角度解釋艾絨燃燒的原因；
（2）點燃艾絨的過程與四沖程柴油機哪個沖程的工作原理相同。
六、計算題
16.（23-24九年級上·貴州畢節·期末）2023年11月24日10時18分，貴陽經金沙至古藺（黔川界）高速公路（貴金高速）正式通車運營。大大縮短了金沙至貴陽的行駛時間。樂于觀察的小艾同學發現路上有許多新型混動汽車。上網查詢到，新型混合動力汽車具有節能、低排放等優點，當混合動力汽車啟動時，內燃機不工作，蓄電池向車輪輸送能量，當需要高速行駛或蓄電池電能過低時，內燃機啟動，既可以向車輪輸送能量，又可以給蓄電池充電，車速與所受阻力的關系如圖所示。在某次測試中，由內燃機提供能量，汽車以50km/h的速度勻速行駛了0.5h，同時蓄電池的電能增加了5.12×107J。求：
（1）此次測試中，該汽車通過的路程是多少？
（2）此次測試中，該汽車牽引力做了多少功？
（3）若所用燃料的熱值為4.5×107J/kg，此次測試過程中消耗8kg燃料（假設燃料完全燃燒），該汽車內燃機的效率是多大？
七、科普閱讀題
17．（22-23九年級上·江蘇徐州·期末）閱讀短文，回答文后問題：
燃氣熱水器
燃氣熱水器是一種使用方便快捷，不受天氣影響的家用熱水設備，如圖為燃氣熱水器的結構和工作原理示意圖。熱水器工作時，用電子點火器點火，燃氣在燃燒器內燃燒，產生的1700℃的高溫煙氣。同時風機轉動，使高溫煙氣上升到達熱交換器，熱交換器是回環形的金屬管，冷水從A處流入管內，被管外的高溫燃氣加熱，變成熱水從為B處源源不斷流出，溫度降低后的煙氣從排煙管排出。下表是一臺燃氣熱水器的技術參數，其中“熱水產出率”的含義是每分鐘使水溫升高25℃時的出水體積；“額定耗氣量”的含義是熱水器正常工作1小時消耗的燃氣體積。
適用燃氣 天然氣
熱值 3×107J/kg
額定耗氣量 3.6m3/h
熱水產出率 12L/min
（1）燃氣燃燒把化學能轉化為煙氣的________能；
（2）在熱交換器中冷水變熱，使其內能改變的方式稱為_________；
（3）根據表格中數據，該燃氣熱水器工作時，如果使水溫升高25℃，則每分鐘產生的熱水吸收的熱量為________J；[c水=4.2×103J/（kg·℃）]
（4）天然氣完全燃燒放出熱量，沒有完全被水吸收，熱水吸收的熱量和天然氣完全燃燒放出的熱量的比值稱為效率，則該燃氣熱水器的效率為_________。
能力提升
一、單選題
1.（20-21九年級上 貴州遵義 期中）如圖所示描述的物理過程，下列分析正確的是（　?。?br/>A.圖甲：厚玻璃筒內的空氣被壓縮時，空氣的溫度升高，內能不變
B.圖乙：瓶子內的空氣推動塞子做功后，瓶子內空氣的內能增大
C.圖丙：試管內的水蒸氣推動塞子沖出時，水蒸氣的內能增加
D.圖?。浩變鹊臍怏w推動活塞向下運動，內能轉化為機械能，氣體內能減少
2.（24-25九年級上·陜西西安·期末）“奔跑吧 少年”2024年陜西省青少年體育俱樂部輪滑聯賽總決賽11月2至3日在閻良區石川河極限運動中心舉行。如圖所示，選手激烈追逐時，輪滑鞋與地面摩擦溫度升高，能量轉化與其相同的是（　?。?br/>A.做功沖程　　　　　　B.壓縮沖程　　　　　　C.吸氣沖程　　　　　　D.排氣沖程
3.（23-24九年級上 山東棗莊 期末）如圖是四沖程汽油機的工作循環示意圖，下列說法中錯誤的是（　　）
A.汽油機在吸氣沖程中吸進汽缸的是汽油和空氣的混合物
B.吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程的四個圖的排序是：丁甲丙乙
C.丙圖是做功沖程，發生的能量是把內能轉化為機械能
D.若飛輪每分鐘轉3000轉，則每秒對外做功50次
4.（23-24九年級上 河南鄭州 期末）如圖所示是我國古代勞動人民的智慧成果“取火器”的模型圖，把木質推桿迅速推入內壁光滑的牛角套筒時，桿前端的艾絨立刻燃燒起來。汽油機的下列沖程中與“取火器”能量轉化相同的是（　　）
A. B. C. D.
5.（23-24九年級上 江蘇南通 期末）下列四個現象中，屬于內能轉化機械能的是（　　）
A.壓縮點燃棉花 B.蒸汽頂起壺蓋 C.冬天哈氣取暖 D.壓縮沖程
6.（23-24九年級上 福建莆田 期末）如圖所示是四沖程汽油機工作時各沖程的示意圖，其中與汽車剎車過程中能量轉化相同的是（　　）
A. B. C. D.
7.（23-24九年級上 安徽淮北 期末）茶文化在中國已經有幾千年的歷史，在寒冷的冬季，泡上一壺茶，手握著茶杯，聞著濃濃的茶香，品一杯熱茶，渾身上下暖暖的感覺。在品茶過程中涉及到的物理知識，下列說法錯誤的是（　?。?br/>A.聞到茶香，這是一種擴散現象
B.開水能很快泡出茶香，是因為溫度越高，分子熱運動越劇烈
C.燒水時水蒸氣將壺蓋頂起的能量轉化與汽油機做功沖程相同
D.熱茶上方冒出的白霧是一種汽化現象
二、填空題
8.（23-24九年級上·湖南郴州·期末）如果瓶裝液化氣每瓶中裝入2kg液化氣，已知液化氣的熱值4.2×107J/kg，則每瓶液化氣全部完全燃燒放出的熱量是_________J，若放出的熱量有40%被利用，在標準大氣壓下可把________kg的水從20℃加熱至沸騰。[c水＝4.2×103J/（kg ℃）]
9.（23-24九年級上·青海西寧·期末）人類發展史也是利用燃料的歷史，干木柴、煤、天然氣的放熱本領不同，是因為它們的________（選填“熱值”“熱量”或“溫度”）不同。西寧市已廣泛使用天然氣，完全燃燒0.1m3天然氣可以放出_________J的熱量，這些熱量若只有42%被水吸收，則可以使1標準大氣壓下溫度為21℃、質量5kg的水溫度升高到________℃。[水的比熱容為c水＝4.2×103J/（kg ℃）、天然氣的熱值為4.2×107J/kg]。
10.（23-24九年級上 云南曲靖 期中）如圖所示為生活中常用的熱水瓶，注入一定量的熱水后，立即蓋上軟木塞，軟木塞會跳起來。這一過程與汽油機的________沖程也發生同樣的能量轉化。如果該汽油機每秒鐘對外做功20次該汽油機飛輪的轉速是________r/min。
11.（23-24九年級上 四川眉山 期中）如圖所示為一單缸四沖程汽油機某沖程剖面圖，此沖程把_______（選填番號①內能轉化為機械能②機械能轉化為內能），該單缸四沖程汽油機的主要技術指標如表所示，則發動機做功的功率為________kW。
排量 2.0L
做功沖程推動活塞一次做功 2400J
轉速 6000r/min
三、科普閱讀題
12.（23-24九年級上 江蘇蘇州 期末）閱讀材料，回答問題
空氣動力是指空氣與物體相對運動時作用在物體上的力，簡稱氣動力。經過長時間探索，人們已經成功制造出使用空氣作為動力的活塞式發動機。
如圖甲是某新型空氣動力汽車，儲氣罐總容量為80L，可儲存標準大氣壓下90m3的空氣，其設計最高速度可達144km/h，平均每加滿一次氣能行駛200km。該車發動機的工作原理如圖乙和圖丙所示。由于空氣發動機不直接使用燃料，因而具有體積小、結構簡單和“零”排放等優點。 雖然因為技術不成熟還存在某些缺點，但是這項技術仍然具有廣闊的發展前景。
（1）空氣動力汽車發動機工作時，將_______能轉化為機械能；
（2）空氣發動機在工作過程中，曲軸轉動一圈完成一個工作循環，當轉速表顯示3000r/min時，該空氣發動機活塞每秒經歷_______個沖程，對外做功_______次；
（3）若該車在水平地面上以最高速度向前勻速行駛5min，受到的阻力為1000N，則牽引力對汽車做功為________J。
四、計算題
13.“低碳環?！笔钱斀袷澜绛h境主題，天然氣是一種低污染燃料，在我市已普遍使用。天然氣熱值為4×107J/m3。完全燃燒0.42m3的天然氣所釋放的熱量為 J，若釋放的這些能量能使100kg的水溫度升高20℃，那么該過程中的熱效率是 。[c水＝4.2×103J/（kg ℃）]
參考答案
知識點
一、熱機
1.熱機
①熱機：利用 內能 做功的機械叫熱機。
②熱機的種類：分為蒸汽機、內燃機、汽輪機、噴氣發動機。它們構造 不同 ，但它們有一個共同特點，那就是 利用內能做功 。
③內燃機：燃料直接在發動機 氣缸 內燃燒產生動力的熱機。內燃機根據其所使用的燃料分為 汽油機 和 柴油機 兩類。內燃機的能量轉化： 化學 能轉化為 內 能， 內 能再轉化為 機械 能。
2.汽油機
①構造：由氣缸、 火花塞 、進氣門、排氣門、活塞、曲軸、連桿組成。
②工作過程
沖程：活塞在氣缸內往復運動時，從汽缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個沖程。
多數汽油機是由 吸氣 、 壓縮 、 做功 、 排氣 四個沖程的不斷循環來保證連續工作的。
_______沖程 _______沖程 _______沖程 _______沖程
吸氣沖程：進氣門 打開 ，排氣門 關閉 ，活塞向 下 運動， 空氣和汽油 的混合物進入汽缸。
壓縮沖程：進氣門和排氣門都 關閉 ，活塞向 上 運動，燃料混合物被壓縮。能量轉化： 機械 能轉化為 內 能。
做功沖程：火花塞產生電火花，使燃料猛烈燃燒，產生高溫高壓的氣體。高溫高壓的氣體推動活塞向 下 運動，帶動曲軸轉動，對外 做功 。能量轉化： 內 能轉化為 機械 能。
排氣沖程：進氣門保持 關閉 ，排氣門 打開 ，活塞向 上 運動，把廢氣排出汽缸。
在四個沖程中，只有做功沖程對外做功，其他三個沖程是輔助沖程，要靠安裝在曲軸上的飛輪的 慣性 帶動活塞完成，周而復始，使汽油機連續轉動下去。
3.柴油機
①構造：與汽油機的大致相同，不同的是柴油機氣缸頂部沒有火花塞而是 噴油嘴 。
②工作過程：柴油機與汽油機大致相同，也是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程構成一個工作循環，在一個工作循環中，活塞往復運動 兩 次，曲軸轉動 兩 周，對外做功 一 次。
③柴油機和汽油機構造及工作過程的不同點：
a.汽油機汽缸頂部有火花塞，在壓縮沖程末，火花塞產生電火花，使燃料燃燒，產生高溫高壓的氣體（俗稱“ 點燃式 ”）；柴油機汽缸頂部沒有火花塞，只有噴油嘴，在壓縮沖程結束時，壓縮空氣的溫度已經超過柴油的燃點，此時從噴油嘴噴出的霧狀柴油遇到熱空氣就立刻燃燒起來（俗稱“ 壓燃式 ”）。
b.汽油機吸氣沖程吸入 空氣和汽油 的混合物；柴油機吸入氣缸內的物質 只有空氣 。
汽油機 柴油機
不同點 結構圖
吸氣沖程 吸入的是空氣和汽油的混合物 吸入的只有空氣
壓縮沖程 壓縮程度較柴油機低 壓縮程度高
做功沖程 火花塞點火（點燃式） 噴油嘴噴出柴油（壓燃式）
相同點 排氣沖程 把廢氣排出氣缸
判斷內燃機處于哪個工作沖程應抓住兩點：一是氣門的開與關；二是活塞的運動方向。有火花塞的就是做功沖程；兩個氣門都關閉，也無火花塞，就是壓縮沖程；若是吸氣沖程，進氣門打開；排氣沖程，排氣門打開。
①汽油機在開始工作時，要靠外力先使曲軸、連桿轉動起來，由曲軸通過連桿帶動活塞運動以后，汽油機才能連續工作；
②在汽油機的1個工作循環中，有4個沖程，活塞往復運動2次（2圈），曲軸轉動2周，對外做功1次，巧記為“1-4-2-2-1”；
③在四個沖程中，只有做功沖程是燃氣對外做功，將內能轉化為機械能，其他三個沖程是靠飛輪的慣性來完成的，故飛輪的質量要足夠大。
考點二：機械效率
1.熱機里的能量變化
2.熱機效率
①熱機所做 有用功 與所用燃料 完全 燃燒釋放的 熱量 之比叫作熱機的效率，用來描述熱機的 性能 。
②計算公式：，其中：Q放=m燃料q固液 或Q放=V燃料q氣體，單位：Q放（J）、m燃料（kg）、q固液（J/kg）、V燃料（m3）、q氣體（J/m3）。
注意：熱機效率計算公式中的Q完全指的是燃料完全燃燒釋放的能量，用Q=mq或 Q=Vq計算。不要與比熱容中的放熱計算公式Q=cm t混淆！
③物理意義：熱機的效率是熱機性能的重要指標。熱機的效率表示使用熱機時對燃料的利用率的高低，熱機的效率高，在做功同樣多的情況下，就消耗更少的燃料，節約能源。
因為熱機中用于做有用功的能量只是燃料完全燃燒所放出的總能量的一部分，由于各種能量的損失和燃燒條件的限制，這部分能量一定 小于 完全燃燒放出總能量，所以有用功的能量與燃燒放出的總能量的比值必然 小于 1，即熱機的效率一定 小于 1。
④提高熱機效率的方法：a.使燃料充分燃燒；b.盡量減少各種熱量損失；c.利用廢氣的能量（廢氣帶走的能量最多）；d.注意保養，保證良好的潤滑，減少因克服摩擦阻力而額外消耗的能量。
考點三：跨學科實踐：保護地球家園
1.我們面臨的困擾
①大氣污染：火力發電廠中，燃煤釋放的內能轉化為電能輸送到千家萬戶，但排放的氮氧化物、硫化物等有毒氣體，會危害人體健康、影響植物生長。排出的二氧化碳所引起的額外的溫室效應，對地球表面的熱平衡有較大影響。
②熱污染：熱機排出的二氧化碳氣體會加劇溫室效應，內燃機的廢氣和冷卻水帶走的熱量會對環境產生較大的熱污染，成為城市熱島效應的元兇之一。
③噪聲污染：大量以熱機作為動力來源的機械工作時會產生噪聲，影響人們的正常生活，甚至危害人體健康。
2.國家發展戰略
近年來，我國不斷更新燃煤電廠氮氧化物排放標準，積極穩妥地推動“碳達峰”“碳中和”，彰顯了大國的使命擔當。
3.保護地球從我做起
①優化能源結構，推廣清潔能源的使用，如天然氣、風能、太陽能等，降低化石燃料比重，減少有毒氣體排放。
②建立區域聯防聯控機制，在京津冀及周邊地區、長三角地區、汾渭平原等重點區域建立聯防聯控機制，協同治理大氣污染。
③加強工業污染治理，改進燃燒設備，減少工業排放。
④強化揚塵管控和秸稈焚燒治理。
⑤控制交通污染，加快交通結構調整，推進城市軌道交通建設，推廣新能源汽車，形成綠色低碳交通出行體系。
4.實踐活動評價
我的活動涉及的學科 我的活動圍繞的物理概念和規律 我的活動成果 我的觀點 我的問題
典型例題
(
題型一 熱機的種類
)
【例1】（23-24九年級上·福建寧德·期末）近年來我國先進裝備層出不窮，民族自豪感倍增。以下裝備的動力裝置不屬于是熱機的是（ ）
A.玉兔號月球車 B.山東艦 C.殲20 D.長征五號火箭
【答案】A
【解析】山東艦、殲20、長征五號火箭都是利用熱機提供動力的。因為月球上沒有空氣，且對動力要求是非常高，所以玉兔號月球車是利用電動機來提供動力的。故A符合題意，BCD不符合題意。
故選A。
【變式1-1】（24-25九年級上·廣西防城港·期中）以下機械屬于內燃機的是（　　）
A.電風扇 B.汽油機 C.滑輪組 D.洗衣機
【答案】B
【解析】AD.電風扇和洗衣機的主要部件電動機，不是內燃機，故AD不符合題意；
B.內燃機是一種熱機，汽油機和柴油機都是內燃機，故 B符合題意；
C.滑輪組是一種簡單機械，不是內燃機，故C不符合題意。
故選B。
【變式1-2】（24-25九年級上·吉林·期中）下列裝備的動力裝置不是熱機的是（　　）
A.電動汽車 B.海纜施工船 C.國產飛機C919 D.長征五號運載火箭
【答案】A
【解析】A.電動汽車的動力裝置主要是電動機，它利用的是電能轉化為機械能，而不是通過燃料燃燒產生的內能轉化為機械能，所以電動汽車的動力裝置不是熱機。故A符合題意；
B.海纜施工船通常使用柴油機等內燃機作為動力裝置，內燃機是熱機的一種，故B不符合題意；
C.國產飛機C919通常使用渦扇發動機等燃氣輪機作為動力裝置，燃氣輪機也是熱機的一種，故C不符合題意；
D.長征五號運載火箭使用的是液體火箭發動機，它通過燃燒燃料產生高溫高壓的燃氣，推動火箭前進，火箭發動機也是熱機的一種。 故D不符合題意。
故選A。
【變式1-3】（24-25九年級上·陜西榆林·階段練習）2024年5月3日，搭載嫦娥六號探測器的長征五號遙八運載火箭，在中國文昌航天發射場點火發射?；鸺齙_______（選填“屬于”或“不屬于”）熱機，_______ （選填“能”或“不能”）在大氣層外工作。在探測器加速上升過程中，它的機械能_________（選填“守恒”或“不守恒”）。
【答案】屬于；能；不守恒
【解析】火箭發動機屬于熱機，是利用內能轉化為機械能來工作的；火箭要把探測器送到大氣層外，所以火箭的發動機能在大氣層外工作。
探測器加速升空時，質量不變，速度增大，動能增大，高度增大，重力勢能增大，所以機械能增大，即機械能不守恒。
(
題型二 熱機工作過程中的能量變化
)
【例2】（24-25九年級上·青海果洛·期末）2024年10月30日4時27分，搭載神舟十九號載人飛船的長征二號F遙十九運載火箭在酒泉衛星發射中心點火發射（如圖1）?；鸺诩铀偕仙^程中，下列說法正確的是（ ）
A.火箭上升過程中機械能增加 B.火箭上升過程中動能不變
C.火箭上升過程中動能轉化為化學能 D.若不計空氣阻力，火箭上升時機械能守恒
【答案】A
【解析】A.火箭加速上升時，將燃料燃燒產生的內能轉化為機械能，所以，火箭的機械能在加速上升過程中是增加的。故A正確；
B.動能是物體由于運動而具有的能量，與物體的質量和速度有關。火箭在加速上升過程中，速度明顯增大，因此動能是變化的。故B錯誤；
C.火箭上升過程中，是燃料的化學能轉化為火箭的機械能，故C錯誤；
D.若不計空氣阻力，火箭上升時火箭的發動機在工作，將燃料燃燒釋放的內能轉化為火箭的機械能。所以，火箭的機械能在上升過程中是增加的，不守恒。故D錯誤。
故選A。
【變式2-1】（2025·河南·二模）物理科技文化節中，同學們展示了自制水火箭，結構如圖所示。在塑料瓶中裝入適量水，用帶有打氣管的瓶塞將瓶口塞住，發射時用打氣筒向瓶內打氣，當瓶內壓強足夠大時，瓶內的水向下噴出，水火箭升空。用打氣筒將空氣壓入水火箭的能量轉化與汽油機的________（選填“壓縮”或“做功”）沖程相同；水火箭上升過程中，瓶內氣體的內能________（選填“增加”“減少”或“不變”）。
【答案】壓縮；減少
【解析】汽油機的壓縮沖程是由機械能轉化為內能，用打氣筒將空氣壓入水火箭，當外界對物體做功時，物體的內能增大，伴隨著能量轉化是由機械能轉化為內能，所以用打氣筒將空氣壓入水火箭的能量轉化與汽油機的壓縮沖程相同；水火箭上升過程中，瓶內氣體對外做功，內能轉化為機械能，所以內能減少。
【變式2-2】科學家發明了一款單缸六沖程內燃機，它每一個工作循環的前四個沖程與單缸四沖程內燃機相同，在第四沖程結束后，立刻向汽缸內噴水，水在高溫汽缸內迅速汽化成高溫、高壓水蒸氣，推動活塞再次做功，水蒸氣溫度________（選填“升高”、“降低”或“不變”），其內能________（選填“增大”、“減小”或“不變”）。
【答案】降低；減小
【解析】在做功沖程中，高溫氣體迅速膨脹對活塞做功，氣體的內能減小，溫度降低，轉化為機械能。 在第四沖程結束后，立即向汽缸內噴水，水在高溫汽缸內迅速汽化成高溫、高壓水蒸氣，推動活塞再次做功，水蒸氣溫度降低，內能減小。
(
題型三 汽油機的構成及工作過程
)
【例3】（24-25九年級上·湖北武漢·期末）如圖所示為單缸四沖程汽油機工作示意圖，下列說法正確的是（　?。?br/>A.圖甲：吸入汽缸的是空氣
B.圖乙：氣體對活塞做功，是壓縮沖程
C.圖丙：汽油的內能轉化為機械能，為汽油機提供動力
D.圖丁：廢氣帶走的能量占比大，是汽油機效率低的一個原因
【答案】D
【解析】A.汽油機在吸氣沖程中吸入了汽油和空氣的混合物，故A錯誤；
B.由圖乙可知為壓縮沖程，機械能轉化為內能，故B錯誤；
C.圖丙為做功沖程，汽油的化學能轉化為內能，內能再轉化為機械能，為汽油機提供動力，故C錯誤；
D.圖丁是排氣沖程，廢氣帶走的能量占比大，是汽油機效率低的一個原因，故D正確。
故選D。
【變式3-1】（24-25九年級上·河南鄭州·期末）2024年11月30日，我國新型運載火箭長征十二號成功實現首飛?；鸺剂先紵a生的高溫燃氣對火箭產生反推力，推動火箭升空，此能量轉化過程相當于熱機的哪個沖程（　　）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】A.火箭燃料燃燒產生的高溫燃氣對火箭產生反推力，推動火箭升空，將內能轉化為機械能，相當于熱機的做功沖程。圖中兩氣門都關閉，活塞向上運動，將機械能轉化為內能，是壓縮沖程，故A不符合題意；
B.圖中進氣門關閉，排氣門打開，活塞向上運動，此沖程沒有明顯的能量轉化，是排氣沖程，故B不符合題意；
C.圖中兩氣門都關閉，火花塞點火，活塞向下運動，將內能轉化為機械能，是做功沖程，故C符合題意；
D.圖中排氣門關閉，進氣門打開，活塞向下運動，此沖程沒有明顯的能量轉化，是吸氣沖程，故D不符合題意。
故選C。
【變式3-2】（24-25九年級上·廣東廣州·期末）如圖所示，圖甲為小昕自制的熱機模型，她在礦泉水瓶的側壁上開了一個孔，把電火花發生器緊緊插入孔中，實驗時從上方瓶口噴入液態酒精并輕輕蓋上一次性塑料杯，按動電火花發生器的按鈕，點燃瓶內酒精后，塑料杯立即飛出，此過程酒精燃燒產生的_______能轉化為塑料杯的________能，相當于圖乙中_______（選填“A”、“B”、“C”或“D”）的能量轉化過程。
【答案】內；機械；C
【解析】燃料在汽缸中燃燒時，將存儲的化學能轉化為高溫高壓的燃氣的內能，又通過燃氣推動活塞做功，將內能轉化為機械能。
圖乙C中活塞向下運動，火花塞點火，是做功沖程，將內能轉變為機械能；酒精燃燒產生的內能轉化為塑料杯的機械能的過程，相當于圖乙中C的能量轉化過程。
(
題型四 柴油機的構造及工作過程
)
【例4】（24-25九年級上·廣西南寧·期末）如圖所示，迅速壓下活塞的過程相當于柴油機的（　　）
A.吸氣沖程 B.壓縮沖程 C.做功沖程 D.排氣沖程
【答案】B
【解析】迅速壓下活塞，會發現筒的棉花燃燒起來。下壓活塞時，活塞對筒內的空氣做功，機械能轉化為空氣的內能，柴油機的壓縮沖程將機械能轉化為內能，所以與該實驗的能量轉化相同的是壓縮沖程。
故選B。
【變式4-1】（24-25九年級上·河南洛陽·期中）如圖是內燃機工作時某沖程示意圖，該沖程為________沖程，它是________（“汽油”或“柴油”）機。若飛輪的轉速為2400r/min，在1s內，該內燃機完成_______個工作循環。
【答案】壓縮；柴油；20
【解析】如圖，兩氣門關閉，活塞上行，為壓縮沖程。
如圖，該內燃機有噴油嘴，是柴油機。
飛輪的轉速為：
2400r/min=40r/s
一個工作循環飛輪轉兩周，在1s內，該內燃機完成20個工作循環。
【變式4-2】（24-25九年級上·湖北孝感·期中）關于四沖程汽油機和柴油機的工作過程有以下幾種說法：
①汽缸內燃料燃燒得越充分，熱值越大；②在做功沖程中，是內能轉化為機械能；③只有做功沖程是燃氣對外做功；④汽油機和柴油機的點火方式相同。以上說法中正確的是（ ）
A.①② B.①③ C.②③ D.②③④
【答案】C
【解析】①熱值與物質的種類有關，與燃燒情況無關。汽缸內燃料燃燒得越充分，熱值不變；
②在做功沖程中，高溫高壓的氣體推動活塞向下運動，帶動曲軸轉動，對外做功，是內能轉化為機械能；
③四個沖程中，只有做功沖程是燃氣對外做功，其它三個沖程都依靠飛輪的慣性完成；
④汽油機頂部有火花塞，采用的是點燃式點火；柴油機汽缸頂部沒有火花塞，有一個噴油嘴，采用的壓燃式點火，汽油機和柴油機的點火方式不相同。
綜上，故C符合題意，ABD不符合題意。
故選C。
(
題型五 內燃機工作循環中的計算問題
)
【例5】（23-24九年級上·貴州六盤水·階段練習）一個汽油機上標有“3000r/min”的字樣，則每秒鐘汽油機完成對外做功________次，其中發生能量轉化共________次。
【答案】25；50
【解析】汽油機飛輪轉速：
3000r/min=50r/s
四沖程汽油機的一個工作循環包括吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程，在一個工作循環中，飛輪轉2圈，對外做功1次。則汽油機每秒完成的工作循環數為：
（個）
由于一個工作循環對外做功1次，所以每秒對外做功的次數為25次。
在四沖程汽油機的一個工作循環中，壓縮沖程將機械能轉化為內能，做功沖程將內能轉化為機械能，即一個工作循環中發生2次能量轉化。每秒完成25個工作循環，那么每秒發生能量轉化的次數為：
25×2=50（次）
【變式5-1】（24-25九年級上·江蘇無錫·期末）如圖所示，用電子點火槍點易拉罐內的酒精氣體，可將一次性杯子噴出很遠。紙杯被沖飛的過程與汽油機的________沖程能量轉化情況相同，若汽油機飛輪的轉速是1800r/min，則該汽油機1min內燃氣對外做功_______次。
【答案】做功；900
【解析】紙杯被沖飛的過程是將內能轉化為機械能，紙杯被沖飛的過程與汽油機的做功沖程能量轉化情況相同，若汽油機飛輪的轉速是：
1800r/min＝1800r/60s＝30r/s
則該汽油機1min內燃氣對外做功：
15次/s×60s＝900次
【變式5-2】（24-25九年級上·甘肅平涼·期末）如圖是汽油機的________沖程示意圖；某單缸四沖程汽油機飛輪的轉速為，在內，汽油機對外做功_______次。
【答案】做功；25
【解析】如圖所示，進氣門關閉，排氣門關閉，火花塞點火，活塞向下運動，所以是做功沖程。
飛輪轉速為3000r/min，則1s內該汽油機的飛輪轉的圈數為50r，每一個工作循環，飛輪轉2圈，對外做功一次，故1s內該汽油機對外做功25次。
(
題型六 燃燒放熱及效率計算
)
【例6】（23-24九年級上·海南·期末）燃氣灶將20kg的水由42℃加熱到62℃，這是通過________（選填“熱傳遞”或“做功”）方式改變水的內能，若天然氣完全燃燒放出的熱量有42%被水吸收，需要消耗_______m3的天然氣。[水的比熱容c=4.2×103J/（kg·℃），天然氣熱值q=4×107J/m3]
【答案】熱傳遞；0.1
【解析】水吸收熱量，內能增加，這是通過熱傳遞的方式改變水的內能。
水吸收的熱量：Q吸=cmΔt=4.2×103J/（kg·℃）×20kg×（62℃-42℃）=1.68×106J
由得，天然氣完全燃燒放出的熱量：
由Q放=Vq得，需要天然氣的體積：
【變式3-1】（23-24九年級上·陜西安康·期末）某家庭用的燃氣熱水器將100kg的水從20℃加熱到了50℃，消耗了0.8m3的天然氣（假設天然氣完全燃燒）。求：［已知c水=4.2×103J/（kg·℃），q天然氣=3.15×107J/m3]
（1）燒水時，水吸收熱量溫度升高，內能________；
（2）水吸收的熱量；
（3）該熱水器燒水的效率。
【答案】增大；1.26×107J；50%
【解析】（1）燒水時，水吸收熱量溫度升高，分子熱運動加劇，水的內能增大。
（2）水吸收的熱量：
Q吸=c水m（t-t0）=4.2×103J/（kg·℃）×100kg×（50℃-20℃）=1.26×107J
（3）天然氣完全燃燒放出的熱量：Q放=Vq=0.8m3×3.15×107J/m3=2.52×107J
該熱水器燒水的效率：
【變式3-2】（23-24九年級上·湖南湘西·期末）天然氣具有熱值高、價格實惠、污染少、安全等優點。張明把5L水從20℃加熱到50℃時，用了天然氣0.01m3，已知天然氣熱值為8.4×107J/m3。水的密度為1.0×103kg/m3，水的比熱容為4.2×103J/（kg·℃）。求：
（1）完全燃燒0.01m3天然氣放出的熱量；
（2）5L水從20℃加熱到50℃吸收的熱量；
（3）張明家天然氣灶的效率。
【答案】（1）8.4×105J；（2）6.3×105J；（3）75%
【解析】（1）完全燃燒0.01m3天然氣放出的熱量為：
Q放=Vq=0.01m3×8.4×107J/m3=8.4×105J
（2）5L水的質量為：
m=ρV=1.0×103kg/m3×5×10-3m3=5kg
5L水從20℃加熱到50℃吸收的熱量：
Q吸=cmΔt=4.2×103J/（kg·℃）×5kg×（50℃-20℃）=6.3×105J
（3）天然氣灶的效率為：
答：（1）完全燃燒0.01m3天然氣放出的熱量8.4×105J；
（2）5L水從20℃加熱到50℃吸收的熱量6.3×105J；
（3）張明家天然氣灶的效率75%。
(
題型七 機車效率與節能減排
)
【例7】（23-24九年級上·全國·期末）一輛氫氣動力試驗汽車10min內在平直路面上勻速直線行駛了1.2km，消耗了0.15kg的氫氣，假設氫氣完全燃燒，汽車發動機的效率為50%，求：（氫氣的熱值取1.4×108J/kg）
（1）氫氣完全燃燒產生的熱量是多少？
（2）發動機所做的有用功是多少？
（3）汽車勻速行駛時受到的阻力是多少？
【答案】（1）2.1×107J；（2）1.05×107J；（3）8750N
【解析】（1）氫氣完全燃燒放出的熱量為：
Q放=mq=0.15kg×1.4×108J/kg=2.1×107J
（2）根據可知，發動機所做的有用功為：
W=ηQ放=50%×2.1×107J=1.05×107J
（3）根據W=Fs可知，汽車受到的牽引力為：
因汽車勻速行駛，由二力平衡的條件可知汽車的阻力為：f=F=8750N
答：（1）氫氣完全燃燒產生的熱量是2.1×107J；
（2）發動機所做的有用功是1.05×107J；
（3）汽車勻速行駛時受到的阻力是8750N。
【變式7-1】（23-24九年級上·吉林長春·階段練習）一輛使用汽油為燃料的小汽車，以72km/h的速度在水平路面上勻速行駛時，發動機的實際功率為20kW。若小汽車行駛的距離為100km，汽油的熱值q=4.6×107J/kg，小汽車發動機的效率為25%。求小汽車在這段路程中：
（1）運動的時間；
（2）發動機所做的功；
（3）消耗汽油的質量。
【答案】（1）5000s；（2）1×108J；（3）8.7kg
【解析】（1）小汽車運動的時間為：
（2）發動機的實際功率為：P=20kW=20000W
發動機做的功為：W=Pt=20000W×5000s=1×108J
（3）由知道，放出的熱量：
由Q放=mq知道，消耗汽油的質量：
答：（1）小汽車運動的時間為5000s；
（2）發動機做的功為1×108J；
（3）消耗汽油的質量為8.7kg。
【變式7-2】2020年9月22日，國家主席習近平在第75屆聯合國大會上提出，把“碳達峰”、“碳中和”工作列為重點任務之一，提出“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現“碳中和”。如圖形象解讀了“碳達峰”和“碳中和”。下列措施不符合上述發展理念的是（ ）
A.優先選乘公共交通 B.隨手關閉電源
C.盡量用一次性餐具 D.使用節能燈泡
【答案】C
【解析】A.優先選乘公共交通可以減少化石燃料的使用，減少二氧化碳的排放，降低大氣中二氧化碳的含量，不符合題意；
B.隨手關閉電源可以節約用電，減少生產電能時二氧化碳的排放量，降低大氣中二氧化碳的含量，不符合題意；
C.盡量用一次性餐具會浪費資源，增加二氧化碳的排放，增加大氣中二氧化碳的含量，符合題意；
D.使用節能燈泡，能減少生產電能時二氧化碳的排放量，降低大氣中二氧化碳的含量，不符合題意。
故選C。
(
題型八 提高熱機效率的方法
)
【例8】（23-24九年級上·四川成都·期末）汽車是現代生活中最常見的一種交通工具，如圖甲、乙分別是某汽油機的某沖程及能量流向圖。下列有關說法正確的是（　 ?。?br/>A.甲圖是壓縮沖程，活塞對氣缸內的氣體做功，氣體的溫度升高
B.由乙圖可知該汽油機的效率是30%
C.汽車尾氣中的“汽油味”越濃燃料燃燒得越不充分，這會降低燃料的熱值
D.增加廢氣帶走的熱量可以提高熱機的效率
【答案】A
【解析】A.甲圖兩氣門關閉，活塞向上運動，壓縮氣體，活塞對氣缸內的氣體做功，氣體的內能增加，溫度升高，是壓縮沖程，故A正確；
B.由乙圖可知該汽油機的效率是η=100%-6%-30%-36%=28%，故B錯誤；
C.燃料的熱值與燃料的種類有關，與燃燒是否充分無關，故C錯誤；
D.熱機效率是有用功與總功的比，增加廢氣帶走的熱量會降低熱機的效率，要提高熱機的效率應減小廢氣帶走的熱量，故D錯誤。
故選A。
【變式8-1】（23-24九年級上·四川德陽·期末）成都大運會火炬“蓉火”取自成都的簡稱“蓉”，同時寓有“融合”“包容”之意，在燃料方面，“蓉火”采用了生物質丙烷燃料，這種燃料是采用常溫壓縮體積的方法使氣體丙烷液化的：火炬結合它的外形特點，優化燃料噴注與空氣摻混方案，這種方案能提高燃料的________（選填“功率”或“效率”）：已知丙烷的熱值是4.61×107J/kg；若完全燃燒20g的丙烷，則其放出的熱量為________J。
【答案】效率；9.22×105J
【解析】燃料噴注與空氣摻混有助于燃料的充分燃燒，可以提高燃料的效率。
完全燃燒20g的丙烷，放出的熱量為：
Q放=mq=20×10-3kg×4.61×107J/kg=9.22×105J
【變式8-2】（22-23九年級上·福建龍巖·期末）下列關于“熱機”的說法中，不正確的是（ ）
A.在四沖程內燃機中減少廢氣帶走的大量熱量可以大大提高熱機效率
B.熱機性能好壞的重要指標之一是熱機效率，通過技術改進，熱機效率也不能達到100%
C.火箭發動機屬于熱機
D.熱機常用水做冷卻劑，是因為水的沸點高
【答案】D
【解析】A.在四沖程內燃機中，廢氣帶走的熱量較多，減少廢氣帶走的大量熱量可以大大提高熱機效率，故A正確，不符合題意；
B.熱機效率是指用來做有用功的那部分能量，與燃料完全燃燒放出的能量之比，這是熱機性能好壞的重要指標之一，無論科技如何發展，熱機的效率可以提高，但總存在摩擦和熱量損失，要做額外功，效率一定不會達到100%，故B正確，不符合題意；
C.熱機是利用內能做功的機械，火箭發動機就是利用燃料燃燒釋放內能做功的機械，所以火箭發動機屬于熱機，故C正確，不符合題意；
D.熱機常用水做冷卻劑，是因為水的比熱容大，在吸收相同熱量后，水溫度升高的較慢，不是因為水的沸點高，故D錯誤，符合題意。
故選D。
分層練習
基礎練習
一、單選題
1.（23-24九年級上 河北保定 期末）四沖程內燃機工作時，將內能轉化成機械能的沖程是（　　）
A.吸氣沖程 B.壓縮沖程 C.做功沖程 D.排氣沖程
【答案】C
【解析】四沖程內燃機包括吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程。其中有兩個沖程存在能量轉化：壓縮沖程中活塞壓縮氣體對其做功，將機械能轉化為內能，做功沖程將內能轉化為機械能，故ABD不符合題意，C符合題意。
故選C。
2.（24-25九年級上·四川綿陽·期末）如圖所示的是某學校自制的教具，在礦泉水瓶的側壁上鉆一個孔，把電火花發生器緊緊塞進孔中，實驗時從上方瓶口噴入液態酒精并蓋上一次性紙杯，按動電火花發生器的按鈕，點燃瓶內酒精后，紙杯即刻飛出，瓶口出現白霧。氣體推動紙杯飛出的過程中（　?。?br/>A.外界對氣體做功，氣體內能增加　　　　　　　B.氣體膨脹對外做功，內能增加
C.能量轉化與內燃機的壓縮沖程能量轉化相同　　D.能量轉化與內燃機的做功沖程能量轉化相同
【答案】D
【解析】氣體推動紙杯飛出的過程中，氣體膨脹對外做功，內能減小，能量轉化由內能轉化為機械能，內燃機的做功沖程中，內能轉化為機械能，能量轉化與內燃機的做功沖程能量轉化相同，故D符合題意，ABC不符合題意。
故選D。
3.（24-25九年級上·山東濟寧·期末）如圖是一種雜技的道具，點燃一端封閉的金屬盒內的火藥，火焰從盒的開口端噴出，木棒連同金屬盒由靜止開始順時針旋轉起來。道具中的能量轉化與下圖中汽油機的四個沖程中能量轉化相同的是（　　）
A.　　　　　B.　　　　　C.　　　　　D.
【答案】D
【解析】點燃金屬盒內的火藥，火焰從盒內噴出，此時將化學能轉化為內能，木棒連同金屬盒由靜止順時針旋轉起來，此過程將內能轉化為機械能；
A.圖中，進氣門關閉，排氣門打開，活塞向上運動，是排氣沖程，沒有能量轉化，故A不符合題意；
B.圖中，進氣門、排氣門關閉，活塞向上運動，是壓縮沖程，機械能轉化為內能，故B不符合題意；
C.圖中，進氣門打開，排氣門關閉，活塞向下運動，是吸氣沖程，沒有能量轉化，故C不符合題意；
D.圖中，進氣門、排氣門關閉，活塞向下運動，是做功沖程，內能轉化為機械能，故D符合題意。
故選D。
4.（24-25九年級上·江蘇常州·期末）電火花發生器點燃塑料盒內的酒精，酒精燃燒產生的燃氣能將盒蓋噴出很遠。實驗時在盒內滴入2×10-4kg的酒精（q酒精=3×107J/kg）。對于此實驗過程，以下說法不正確的是（　　）
A.燃氣在噴出的過程中溫度會降低　　　　　　 B.燃氣的內能轉化為盒蓋的機械能
C.能量轉化方式與汽油機的做功沖程相同　　　　　　D.酒精燃燒放出的熱量一定是6000J
【答案】D
【解析】ABC.燃氣在噴出的過程中，燃氣的內能轉化為盒蓋的機械能，燃氣的溫度會降低，能量轉化方式與汽油機的做功沖程相同，故ABC正確，不符合題意；
D.酒精完全燃燒放出的熱量為：
Ｑ放=mq=2×10-4kg×3×107J/kg=6000J
在燃燒過程中，酒精若不能完全燃燒，酒精燃燒放出的熱量將小于6000J，故D錯誤，符合題意。
故選D。
5.（24-25九年級上·福建泉州·期末）如圖的禮花筒是利用鋼瓶內的高壓空氣膨脹做功，將筒內彩帶噴向空中產生喜慶效果，選項圖中，汽油機的能量轉化與禮花筒的能量轉化情況相同的是（　?。?br/>A.　　　　　B.　　　　　C.　　　　　D.
【答案】A
【解析】禮花筒是利用鋼瓶內的高壓空氣膨脹做功，將筒內彩帶噴向空中產生喜慶效果，即是內能轉化為機械能，汽油機的能量轉化與禮花筒的能量轉化情況相同的是做功沖程；選項中圖A的進氣門和排氣門都關閉，火花塞點火，活塞向下運動，是做功沖程，故A符合題意，BCD不符合題意。
故選A。
6.（23-24九年級上·重慶南川·期末）下列有關能量及其利用的說法，正確的是（　?。?br/>A.燃料燃燒越充分，燃料的熱值越高 B.汽油機功率越大，汽油機的效率越高
C.減小機械摩擦和熱損失，能提高熱機的效率 D.內燃機工作過程中，每個沖程均能對外做功
【答案】C
【解析】A.燃料的熱值大小與其種類有關，與是否燃燒充分無關。故A錯誤；
B.功率表示做功的快慢，效率是指工作時做有用功能量占消耗的所有能量的比例。二者沒有必然關系。故B錯誤；
C.減小機械摩擦與熱損失，即減小了做額外功的能量，則做有用功的能量在消耗的所有能量中的比例會升高，即效率會增大。故C正確；
D.四沖程內燃機在工作時，只有做功沖程能夠對外做功。故D錯誤。
故選C。
7.（22-23九年級上·湖北武漢·期中）某汽車以20m/s的速度在平直的公路上勻速行駛時，柴油發動機的功率為2.1×105W，每行駛43s消耗柴油700g，柴油的熱值為4.3×107J/kg。下列計算中有幾項是正確的（　?。?br/>①完全燃燒700g柴油放出的熱量為3.01×107J ②該柴油發動機效率為70%
③汽車的牽引力為1.05×103N ④汽車行駛8.6km消耗柴油7kg
A.一項 B.二項 C.三項 D.四項
【答案】C
【解析】①完全燃燒700g柴油放出的熱量：
Q放=m柴油q=0.7kg×4.3×107J/kg=3.01×107J
故①正確。
②柴油發動機做功：
W=Pt=2.1×105W×43s=9.03×106J
柴油發動機的效率：
故②錯誤；
③由得汽車的牽引力：
故③正確；
④汽車行駛8.6km做的功：
W′=Fs′=1.05×104N×8.6×103m=9.03×107J
完全燃燒柴油放出的熱量為：
消耗柴油：
故④正確。
綜上所述，正確有①③④。
故選C。
二、多選題
8.（24-25九年級上·遼寧大連·期末）如圖甲所示，我們常用打氣筒來給自行車胎充氣，圖乙是打氣筒的結構簡化圖。當推動活塞向下運動時，活塞擠壓筒內氣體，使其充入輪胎。關于這個過程的說法正確的是（　?。?br/>A.打氣筒底部筒壁溫度降低　　　　　　　　　B.筒內氣體分子運動得越來越劇烈
C.筒內氣體溫度升高主要是因為熱傳遞　　　　D.這一過程中的能量轉化與汽油機的壓縮沖程相同
【答案】BD
【解析】A.當推動活塞向下運動時，對打氣筒底部筒壁做功，內能增加，溫度升高，故A錯誤；
B.當推動活塞向下運動時，對筒內氣體做功，筒內氣體內能增加，筒內氣體分子的溫度升高，運動得越來越劇烈，故B正確；
C.當推動活塞向下運動時，對筒內氣體做功，筒內氣體內能增加，溫度升高，通過做功的方式改變氣體的內能，故C錯誤；
D.當推動活塞向下運動時，對筒內氣體做功，將機械能轉化為內能，汽油機的壓縮沖程將機械能轉化為內能，這一過程中的能量轉化與汽油機的壓縮沖程相同，故D正確。
故選BD。
9.（24-25九年級上·河南南陽·期中）如圖所示，將裝有少量水的礦泉水瓶瓶蓋擰緊，接著用兩手握住瓶下三分之一處，用力擰幾圈使其嚴重變形，然后輕輕旋開瓶蓋，“砰”的一聲，瓶蓋飛出數米遠，瓶口出現大量白氣。下列說法正確的是（　?。?br/>A.擰瓶子時機械能轉化為內能，相當于內燃機的吸氣沖程
B.瓶蓋飛出是由于瓶內氣體對瓶蓋做功，機械能轉化為內能
C.瓶蓋飛出時的能量轉化與內燃機的做功沖程相同
D.瓶口出現的白氣是水蒸氣液化放熱形成的
【答案】CD
【解析】A.擰瓶子時，是用做功的方式改變了瓶內氣體的內能，相當于內燃機壓縮沖程的能量轉化，將機械能轉化為內能，故A錯誤；
BC.瓶蓋飛出，瓶內氣體對瓶蓋做功，將自身的內能轉化為瓶蓋的機械能，瓶蓋飛出時的能量轉化與內燃機的做功沖程相同，將內能轉化為機械能，故B錯誤，C正確；
D.當瓶蓋飛出時瓶口有白霧，這是因為瓶內氣體對外做功，內能減小，溫度降低，水蒸氣遇冷液化形成小水滴，出現白霧，故D正確。
故選CD。
三、填空題
10.（24-25九年級上·江蘇南京·期末）如圖甲所示，此過程的能量轉化與熱機＿＿＿＿沖程的能量轉化相同；若不放棉花，快速壓縮活塞，筒內空氣溫度＿＿＿＿（選填“升高”、“不變”或“降低”）。如圖乙所示，盒蓋飛出時，盒內燃氣的內能＿＿＿＿（選填“變大”、“不變”或“變小”），這是通過＿＿＿＿的方式改變盒內燃氣內能。
【答案】壓縮：升高：變小：做功
【解析】甲圖中快速壓縮活塞對筒內氣體做功，將機械能轉化為內能，筒內氣體的內能增加，溫度升高，與熱機沖程中壓縮沖程能量轉化相同。
盒蓋飛出時，盒內燃氣對盒蓋做功，將內能轉化機械能，導致盒內燃氣的內能會變小，是通過做功的方式改變盒內燃氣內能。
11.神舟飛船在穿越大氣層返回地面時，與大氣層摩擦，通過做功的方式將機械能轉化為內能，這與圖＿＿＿＿ （選填“甲”或“乙”）中汽油機的沖程一致，如果該汽油機飛輪的轉速為3000r/min，則1s內汽油機對外做功＿＿＿＿次，共完成＿＿＿＿個沖程。
【答案】乙；25；100
【解析】神舟飛船穿越大氣層返回地面時，與大氣層摩擦，克服摩擦做功，將機械能轉化為內能，飛船的溫度升高。在圖甲中的進氣門和排氣門都關閉，且活塞向下運動，是做功沖程，將內能轉化為機械能；圖乙中的進氣門和排氣門都關閉，且活塞向上運動，是壓縮沖程，將機械能轉化為內能，故圖乙符合題意。
在內燃機的一個工作循環中，曲軸轉動2周，活塞往復運動2次，對外做功1次，完成4個沖程；飛輪轉速為3000r/min=50r/s，1s內汽油機對外做功25次，共完成100個沖程。
12.（23-24九年級上·廣東陽江·期末）（1）汽油機是汽車的“心臟”，汽油燃燒時將________能轉化為內能，完全燃燒0.5kg的汽油能夠獲得________J的能量（汽油的熱值為4.6×107J/kg）；熱機一個工作循環有四個沖程，如圖甲中表示的是________沖程；
（2）汽車發動機的氣缸體和汽缸蓋的內外殼間有個“水套”，冷卻液在其間循環，以防止汽車發動機過熱，在汽車開始行駛的一段時間內，冷卻液溫度逐漸升高，它的內能會________（選填“增大”、“減小”或“不變”），這是通過________的方式改變冷卻液的內能；
（3）小明同學閱讀了某牌號汽車發動的說明書后，將內燃機的能量流向圖制成如圖乙所示的圖表，根據給出的信息，該內燃機的效率為__________。
【答案】（1）化學；2.3×107；壓縮；（2）增大；熱傳遞；（3）30%
【解析】（1）根據能量轉化可知，汽油燃燒時消耗化學能，得到內能，因此是將化學能轉化為內能。
完全燃燒0.5kg的汽油能夠獲得的能量為：Q放=m油q油=0.5kg×4.6×107J/kg=2.3×107J
由圖甲沖程可知，兩氣門關閉，活塞上行，因此是壓縮沖程。
（2）冷卻液從發動機吸收熱量，內能增大，溫度升高，這是通過熱傳遞的方式改變冷卻液的內能。
（3）由給出的信息可知，該內燃機的效率為：η=100%-33%-30%=7%=30%
13.（23-24九年級上·江蘇南通·期末）如圖甲所示，混合動力汽車由一臺內燃機和一臺電機組成，混合動力汽車啟動時，蓄電池通過電機向車輪輸送能量；當需要高速行駛或蓄電池儲存電能過低時，向車輪輸送能量，并通過電機給蓄電池充電。請回答下列問題。
（1）該混合動力汽車的內燃機是一臺單缸四沖程汽油機，如圖乙是汽油機的_______沖程，此沖程是利用________方式改變內能；
（2）若飛輪轉速是2400r/min，則每秒對外做功_______次；
（3）駕駛員踩剎車踏板時，可以通過車輪帶動電機發電，再將產生的電能轉化為________能儲存在蓄電池中；
（4）假設一輛發動機效率為30%的汽車一年消耗燃油400kg，將發動機的效率從30%提高到40%每年可以節省汽油________kg。
【答案】做功；做功；20；化學；100
【解析】（1）兩個氣門都關閉，火花塞點火，活塞向下運動，為做功沖程。
在做功沖程中，高溫、高壓的燃氣對外做功，將內能轉化為機械能。
（2）四沖程內燃機的飛輪轉速是2400r/min=40r/s，即汽油機飛輪每秒轉40圈，對外做功20次。
（3）駕駛員踩剎車踏板時，可以通過車輪帶動發電機發電，機械能轉化為電能，再將產生的電能轉化為化學能儲存在蓄電池中。
（4）設每年可以節省汽油x%，有用功相同，根據W有= Q放η和Q放=mq，則有：
mq×30%=m×（1－x%）q×40%
解得x%=25%，即可以節省25%的汽油，所以節省的汽油的質量為：
Δm=25%×400kg=100kg
四、實驗題
14.（24-25九年級上·河南信陽·階段練習）如圖，在試管里裝一些水，用軟木塞塞住，加熱使水沸騰，水蒸氣會把木塞沖開。
（1）試管內的水溫度升高，這是用＿＿＿＿＿的方法增加水的內能；
（2）水蒸氣沖開瓶塞，水蒸氣對瓶塞＿＿＿＿；水蒸氣的溫度＿＿＿＿（選填“升高”“不變”或“降低”），內能＿＿＿＿（選填“減小”“增加”或“不變”），在此過程中是水蒸氣的內能轉化為塞子的＿＿＿＿能；
（3）與內燃機相比，本實驗裝置中＿＿＿＿相當于燃料，＿＿＿＿相當于汽缸，＿＿＿＿＿相當于活塞，水蒸氣把木塞沖開的過程類似于內燃機的＿＿＿＿沖程。
【答案】（1）熱傳遞；（2）做功；降低；減小；機械；（3）酒精；試管；軟木塞；做功
【解析】（1）給試管中的水加熱，試管中的水吸收熱量溫度升高，內能增大，這是通過熱傳遞的方式增加水的內能。
（2）水蒸氣沖開瓶塞，水蒸氣對瓶塞做功，水蒸氣的內能轉化為瓶塞的機械能；水蒸氣對外做功，則水蒸氣的溫度降低，內能減小。
（3）與內燃機相比，本實驗裝置中的酒精相當于燃料，燃料燃燒獲得內能對水加熱，試管相當于汽缸，水蒸氣推動軟木塞沖出，所以軟木塞相當于活塞。
水蒸氣把木塞沖開是將內能轉化為機械能，內燃機的做功沖程也是將內能轉化機械能，故水蒸氣把木塞沖開的過程類似于內燃機的做功沖程。
五、簡答題
15.（2023·遼寧葫蘆島·二模）如圖為我國古代勞動人民的智慧成果“取火器”的模型圖，把木質推桿迅速推入內壁光滑的牛角套筒時，桿前端的艾絨立刻燃燒起來。問：
（1）從能量轉化的角度解釋艾絨燃燒的原因；
（2）點燃艾絨的過程與四沖程柴油機哪個沖程的工作原理相同。
【答案】（1）見解析；（2）見解析
【解析】（1）封閉的氣體被推桿壓縮過程中，推桿對氣體做功，所以氣體內能增加，則溫度升高，達到艾絨的著火點，使艾絨著火達到取火的目的；
（2）此過程中是機械能轉化為內能，與汽油機的壓縮沖程的能量轉化相同。
六、計算題
16.（23-24九年級上·貴州畢節·期末）2023年11月24日10時18分，貴陽經金沙至古藺（黔川界）高速公路（貴金高速）正式通車運營。大大縮短了金沙至貴陽的行駛時間。樂于觀察的小艾同學發現路上有許多新型混動汽車。上網查詢到，新型混合動力汽車具有節能、低排放等優點，當混合動力汽車啟動時，內燃機不工作，蓄電池向車輪輸送能量，當需要高速行駛或蓄電池電能過低時，內燃機啟動，既可以向車輪輸送能量，又可以給蓄電池充電，車速與所受阻力的關系如圖所示。在某次測試中，由內燃機提供能量，汽車以50km/h的速度勻速行駛了0.5h，同時蓄電池的電能增加了5.12×107J。求：
（1）此次測試中，該汽車通過的路程是多少？
（2）此次測試中，該汽車牽引力做了多少功？
（3）若所用燃料的熱值為4.5×107J/kg，此次測試過程中消耗8kg燃料（假設燃料完全燃燒），該汽車內燃機的效率是多大？
【答案】（1）25km；（2）1×108J；（3）42%
【解析】（1）汽車行駛的路程：
s=vt=50km/h×0.5h=25km=2.5×104m
（2）由圖象可知，汽車速度為50km/h時，所受阻力為4000N，由于汽車勻速行駛，汽車的牽引力和阻力是平衡力，牽引力F=f=4000N
牽引力做功：
W=Fs=4000N×2.5×104m=1×108J
（3）燃料完全燃燒放出的熱量：
Q放=mq=8kg×4.5×107J/kg=3.6×108J
內燃機的效率：
答：（1）此次測試中，該汽車通過的路程是25km；
（2）此次測試中，該汽車牽引力做了1×108J的功；
（3）該汽車內燃機的效率是42%。
七、科普閱讀題
17．（22-23九年級上·江蘇徐州·期末）閱讀短文，回答文后問題：
燃氣熱水器
燃氣熱水器是一種使用方便快捷，不受天氣影響的家用熱水設備，如圖為燃氣熱水器的結構和工作原理示意圖。熱水器工作時，用電子點火器點火，燃氣在燃燒器內燃燒，產生的1700℃的高溫煙氣。同時風機轉動，使高溫煙氣上升到達熱交換器，熱交換器是回環形的金屬管，冷水從A處流入管內，被管外的高溫燃氣加熱，變成熱水從為B處源源不斷流出，溫度降低后的煙氣從排煙管排出。下表是一臺燃氣熱水器的技術參數，其中“熱水產出率”的含義是每分鐘使水溫升高25℃時的出水體積；“額定耗氣量”的含義是熱水器正常工作1小時消耗的燃氣體積。
適用燃氣 天然氣
熱值 3×107J/kg
額定耗氣量 3.6m3/h
熱水產出率 12L/min
（1）燃氣燃燒把化學能轉化為煙氣的________能；
（2）在熱交換器中冷水變熱，使其內能改變的方式稱為_________；
（3）根據表格中數據，該燃氣熱水器工作時，如果使水溫升高25℃，則每分鐘產生的熱水吸收的熱量為________J；[c水=4.2×103J/（kg·℃）]
（4）天然氣完全燃燒放出熱量，沒有完全被水吸收，熱水吸收的熱量和天然氣完全燃燒放出的熱量的比值稱為效率，則該燃氣熱水器的效率為_________。
【答案】內；熱傳遞；1.26×106；70%
【解析】（1）燃料燃燒時，消耗化學能，產生內能，所以是將化學能轉化為內能的過程。
（2）在熱交換器中，開水的內能轉移到冷水中，是通過熱傳遞的方式改變內能的。
（3）當熱水器熱水產出率為12L/min時，水的質量為：
m水=ρ水V水=1.0×103kg/m3×12×10-3m3=12kg
每分鐘水吸收的熱量：
Q吸=c水m水Δt=4.2×103J/（kg·℃）×12kg×25℃=1.26×106J
（4）由額定耗氣量3.6m3/h可知，每分鐘的耗氣量為：
天然氣完全燃燒，每分鐘放出的熱量：
Q吸=Vq=0.06m3×3×107J/m3=1.826×106J
該燃氣熱水器的效率為：
能力提升
一、單選題
1.（20-21九年級上 貴州遵義 期中）如圖所示描述的物理過程，下列分析正確的是（　　）
A.圖甲：厚玻璃筒內的空氣被壓縮時，空氣的溫度升高，內能不變
B.圖乙：瓶子內的空氣推動塞子做功后，瓶子內空氣的內能增大
C.圖丙：試管內的水蒸氣推動塞子沖出時，水蒸氣的內能增加
D.圖?。浩變鹊臍怏w推動活塞向下運動，內能轉化為機械能，氣體內能減少
【答案】D
【解析】A.圖甲中厚玻璃內的空氣被壓縮時，活塞對空氣做功，瓶內空氣溫度升高，空氣的內能增加，故A錯誤；
B.圖乙中瓶子內的空氣推動塞子跳起時，空氣對活塞做功，內能轉化為機械能，空氣的內能減小，故B錯誤；
C.試管內的水蒸氣推動塞子沖出時，水蒸氣對活塞做功，內能轉化為機械能，水蒸氣的內能減小，故C錯誤；
D.圖丁中汽缸內的氣體推動活塞向下運動時，即做功沖程，內能轉化為機械能，氣體的內能減少，故D正確。
故選D。
2.（24-25九年級上·陜西西安·期末）“奔跑吧 少年”2024年陜西省青少年體育俱樂部輪滑聯賽總決賽11月2至3日在閻良區石川河極限運動中心舉行。如圖所示，選手激烈追逐時，輪滑鞋與地面摩擦溫度升高，能量轉化與其相同的是（　?。?br/>A.做功沖程　　　　　　B.壓縮沖程　　　　　　C.吸氣沖程　　　　　　D.排氣沖程
【答案】B
【解析】選手激烈追逐時，輪滑鞋與地面摩擦溫度升高，克服摩擦做功，將機械能轉化為內能。熱機中的壓縮沖程將機械能轉化為內能，所以此過程的能量轉化與熱機沖程中壓縮沖程能量轉化相同，故B符合題意，ACD不符合題意。
故選B。
3.（23-24九年級上 山東棗莊 期末）如圖是四沖程汽油機的工作循環示意圖，下列說法中錯誤的是（　?。?br/>A.汽油機在吸氣沖程中吸進汽缸的是汽油和空氣的混合物
B.吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程的四個圖的排序是：丁甲丙乙
C.丙圖是做功沖程，發生的能量是把內能轉化為機械能
D.若飛輪每分鐘轉3000轉，則每秒對外做功50次
【答案】D
【解析】A.汽油機在吸氣沖程中吸進汽缸的是汽油和空氣的混合物，進氣門打開，排氣門關閉，活塞向下運動，汽油和空氣的混合物進入氣缸，故A正確，不符合題意；
B.由圖可知，甲進氣門、排氣門都關閉，活塞向上運動，是壓縮沖程，乙排氣門打開，進氣門關閉，活塞向上運動，是排氣沖程，丙進氣門、排氣門都關閉，活塞向下運動，是做功沖程，丁進氣門打開，排氣門關閉，活塞向下運動，是吸氣沖程，吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程的四個圖的排序是：丁甲丙乙，故B正確，不符合題意；
C.丙圖是做功沖程，發生的能量是把內能轉化為機械能，使汽油機獲得動力，故C正確，不符合題意；
D.若飛輪每分鐘轉3000轉，則每秒轉50轉，2轉經歷4個沖程，對外做功1次，所以50轉對外做功25次，故D錯誤，符合題意。
故選D。
4.（23-24九年級上 河南鄭州 期末）如圖所示是我國古代勞動人民的智慧成果“取火器”的模型圖，把木質推桿迅速推入內壁光滑的牛角套筒時，桿前端的艾絨立刻燃燒起來。汽油機的下列沖程中與“取火器”能量轉化相同的是（　?。?br/>A. B. C. D.
【答案】C
【解析】封閉的氣體被推桿壓縮過程中，活塞對氣體做功，所以氣體內能增加，則溫度升高，達到艾絨的著火點，使艾絨著火達到去火的目的；此過程中是機械能轉化為內能，與汽油機的壓縮沖程的能量轉化相同。
A.圖中兩個氣門關閉，活塞向下運動，是做功沖程，故A錯誤；
B.圖中排氣門打開，是排氣沖程，故B錯誤；
C.圖中兩氣門都關閉，活塞向上運動，為壓縮沖程，故C正確；
D.圖中進氣門打開，是吸氣沖程，故D錯誤。
故選C。
5.（23-24九年級上 江蘇南通 期末）下列四個現象中，屬于內能轉化機械能的是（　?。?br/>A.壓縮點燃棉花 B.蒸汽頂起壺蓋 C.冬天哈氣取暖 D.壓縮沖程
【答案】B
【解析】A.壓縮點燃棉花，機械能轉化為內能，內能增大，溫度升高，棉花燃燒，故A不符合題意；
B.蒸汽頂起壺蓋，蒸氣的內能轉化為壺蓋的機械能，故B符合題意；
C.冬天哈氣取暖，是熱傳遞的過程，發生了內能的轉移，不是能量的轉化，故C不符合題意；
D.壓縮沖程，汽缸內氣體被壓縮，氣體內能增加，機械能轉化為內能，故D不符合題意。
故選B。
6.（23-24九年級上 福建莆田 期末）如圖所示是四沖程汽油機工作時各沖程的示意圖，其中與汽車剎車過程中能量轉化相同的是（　?。?br/>A. B. C. D.
【答案】B
【解析】汽車剎車過程中克服摩擦做功，機械能轉化為內能。
A.進氣門開啟，是吸氣沖程，無能量轉化，故A不符合題意；
B.兩氣門都關閉，汽缸容積變小，是壓縮沖程，把機械能轉化為內能，故B符合題意；
C.兩氣門都關閉，汽缸容積變大，是做功沖程，把內能轉化為機械能，故C不符合題意；
D.排氣門開啟，是排氣沖程，無能量轉化，故D不符合題意。
故選B。
7.（23-24九年級上 安徽淮北 期末）茶文化在中國已經有幾千年的歷史，在寒冷的冬季，泡上一壺茶，手握著茶杯，聞著濃濃的茶香，品一杯熱茶，渾身上下暖暖的感覺。在品茶過程中涉及到的物理知識，下列說法錯誤的是（　　）
A.聞到茶香，這是一種擴散現象
B.開水能很快泡出茶香，是因為溫度越高，分子熱運動越劇烈
C.燒水時水蒸氣將壺蓋頂起的能量轉化與汽油機做功沖程相同
D.熱茶上方冒出的白霧是一種汽化現象
【答案】D
【解析】A.聞到茶的香味，是分子熱運動（無規則運動）的結果，這是擴散現象，故A正確，不符合題意；
B.開水能很快泡出茶香，是因為溫度越高，分子熱運動越劇烈，擴散越快，故B正確，不符合題意；
C.水蒸氣將壺蓋頂起，對壺蓋做功，能量轉化是內能轉化為機械能，與汽油機的做功沖程相同，故C正確，不符合題意；
D.熱茶上方冒出的白霧，是因為水蒸氣遇冷液化而形成白霧，故D錯誤，符合題意。
故選D。
二、填空題
8.（23-24九年級上·湖南郴州·期末）如果瓶裝液化氣每瓶中裝入2kg液化氣，已知液化氣的熱值4.2×107J/kg，則每瓶液化氣全部完全燃燒放出的熱量是_________J，若放出的熱量有40%被利用，在標準大氣壓下可把________kg的水從20℃加熱至沸騰。[c水＝4.2×103J/（kg ℃）]
【答案】8.4×107；100
【解析】整瓶液化氣完全燃燒釋放熱量：
Q放＝m氣q＝2kg×4.2×107J/kg＝8.4×107J
水吸收的熱量：
Q吸＝40%×Q放＝40%×8.4×107J＝3.36×107J
在標準大氣壓下水的沸點為100℃，即水的末溫為100℃，
由Q吸＝cm水Δt得水的質量：
9.（23-24九年級上·青海西寧·期末）人類發展史也是利用燃料的歷史，干木柴、煤、天然氣的放熱本領不同，是因為它們的________（選填“熱值”“熱量”或“溫度”）不同。西寧市已廣泛使用天然氣，完全燃燒0.1m3天然氣可以放出_________J的熱量，這些熱量若只有42%被水吸收，則可以使1標準大氣壓下溫度為21℃、質量5kg的水溫度升高到________℃。[水的比熱容為c水＝4.2×103J/（kg ℃）、天然氣的熱值為4.2×107J/kg]。
【答案】熱值；4×106；100
【解析】熱值是完全燃燒放出的熱量與質量的比，體現了燃料放熱的本領，干木柴、煤、天然氣的放熱本領不同，是因為它們的熱值不同。
完全燃燒0.1m3天然氣可以放出：Q放=Vq=0.1m3×4×107J/m3=4×106J
水吸收的熱量為：Q吸=ηQ放=42%×4×107J=1.68×106J
水升高的溫度為：
則水的末溫為：t=t0+Δt水=21℃+80℃=101℃>100℃，故在1標準大氣壓下水的溫度上升到100℃。
10.（23-24九年級上 云南曲靖 期中）如圖所示為生活中常用的熱水瓶，注入一定量的熱水后，立即蓋上軟木塞，軟木塞會跳起來。這一過程與汽油機的________沖程也發生同樣的能量轉化。如果該汽油機每秒鐘對外做功20次該汽油機飛輪的轉速是________r/min。
【答案】做功；2400
【解析】軟木塞會跳起來，這一過程中瓶內氣體對木塞做功，內能減小，氣體的內能轉化為木塞的機械能。汽油機的做功沖程中，汽缸內的氣體對活塞做功，氣體的內能轉化為活塞的機械能，故做功沖程也發生同樣的能量轉化。
汽油機的一個工作循環中，飛輪轉動兩周，對外做功一次，如果該汽油機每秒鐘對外做功20次，則此汽油機飛輪每秒轉動的轉速為：
υ=20×2r/s=40r/s=40×60r/min=2400r/min
11.（23-24九年級上 四川眉山 期中）如圖所示為一單缸四沖程汽油機某沖程剖面圖，此沖程把_______（選填番號①內能轉化為機械能②機械能轉化為內能），該單缸四沖程汽油機的主要技術指標如表所示，則發動機做功的功率為________kW。
排量 2.0L
做功沖程推動活塞一次做功 2400J
轉速 6000r/min
【答案】①；120
【解析】由圖可知，兩個氣門關閉，活塞向下運動，是做功沖程，將內能轉化為機械能。
因為汽油機的飛輪，每轉兩轉對外做功一次，所以汽油機1min對外做功的次數為：
1min做的總功：W=3000×2400J=7.2×106J
發動機做功的功率為：
三、科普閱讀題
12.（23-24九年級上 江蘇蘇州 期末）閱讀材料，回答問題
空氣動力是指空氣與物體相對運動時作用在物體上的力，簡稱氣動力。經過長時間探索，人們已經成功制造出使用空氣作為動力的活塞式發動機。
如圖甲是某新型空氣動力汽車，儲氣罐總容量為80L，可儲存標準大氣壓下90m3的空氣，其設計最高速度可達144km/h，平均每加滿一次氣能行駛200km。該車發動機的工作原理如圖乙和圖丙所示。由于空氣發動機不直接使用燃料，因而具有體積小、結構簡單和“零”排放等優點。 雖然因為技術不成熟還存在某些缺點，但是這項技術仍然具有廣闊的發展前景。
（1）空氣動力汽車發動機工作時，將_______能轉化為機械能；
（2）空氣發動機在工作過程中，曲軸轉動一圈完成一個工作循環，當轉速表顯示3000r/min時，該空氣發動機活塞每秒經歷_______個沖程，對外做功_______次；
（3）若該車在水平地面上以最高速度向前勻速行駛5min，受到的阻力為1000N，則牽引力對汽車做功為________J。
【答案】內能；100；50；1.2×107
【解析】（1）空氣動力汽車工作時壓縮的氣體對外做功，將內能轉化為機械能。
（2）空氣發動機在工作過程中，曲

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