資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
第十四章 內能的利用
第1節 熱機
要點一、內能的利用
1.利用內能來加熱物體，如用熱水袋取暖，用燃料燃燒放出的熱來做飯。
2.利用內能來做功。如汽油機、柴油機等利用燃料燃燒釋放的內能轉化為機械能。.
要點二、熱機
1.熱機：利用內能做功的機械叫熱機。
如圖：熱機的工作原理。如圖所示，酒精燃燒產生熱量傳給試管內的水,水的溫度升高汽化產生大量水蒸氣,使試管內氣壓增大,并將塞子沖出去。水蒸氣的內能轉化為口塞子的機械能。氣體膨脹、對外做功,相當于內燃機工作過程中的做功沖程。
2.內燃機:燃料直接在發動機汽缸內燃燒產生動力的熱機叫內燃機,分為汽油機和柴油機兩大類。
要點三、汽油機
1.構造:如圖所示。
2.工作過程
(1)沖程：活塞在汽缸內往復運動時,從汽缸的一端運動到另一端的過程,叫一個沖程。
(2)工作循環：多數汽油機的一個工作循環是由吸氣、壓縮做功、排氣四個沖程組成的。
(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,其他三個沖程是輔助沖程.要靠安裝在曲軸上的飛輪的慣性來完成。
3.汽油機工作過程中的數量關系
(1)汽油機在一個工作循環中,有四個沖程,活塞往復運動兩次，曲軸和飛輪均轉動兩周，對外做功一次。
(2 )例如，某汽油機正常工作時飛輪轉速為1 800 r/min,1 800 r/min=30 r/s,即每秒飛輪轉動30周,完成15個工作循環，完成60個沖程,活塞往復運動30次,對外做功15次。
要點四、柴油機
1.主要構造:與汽油機大致相同,所不同的是柴油機汽缸頂部無火花塞,而有噴油嘴,通過壓縮空氣直接點燃柴油。
2.柴油機與汽油機的不同點
項 目 汽油機 柴油機
構 造 汽缸頂部有火花塞 汽缸頂部有噴油嘴
燃 料 汽油 柴油
吸氣沖程 吸入汽油和空氣的混合物 只吸入空氣
點火方式 點燃式(火花塞點火) 壓燃式(柴油遇到高溫高壓的熱空氣而燃燒)
特 點 輕便但效率低,主要用于汽車、摩托車等 笨重但效率高，主要用于載重汽車、火車等
3.3.3了解熱機的工作原理。知道內能的利用在人類社會發展史中的重要意義。
例2了解熱機對社會發展所起的作用和對環境的影響。
【例題1】如圖所示的內燃機工作的一個循環中，其四個沖程的順序應當是（　　）
A．乙、甲、丁、丙 B．甲、乙、丙、丁
C．乙、丁、甲、丙 D．甲、丁、乙、丙
【分析】
解答這類試題，一定要先把每個沖程的特點把握好。
吸氣沖程是活塞向下運動，進氣門開，排氣門關閉；壓縮沖程是活塞向上運動，兩個氣門全關閉；做功沖程是兩個氣門都關閉，火花塞點火，活塞向下運動；排氣沖程是活塞向上運動，進氣門關閉，排氣門開啟。
【解答】
解：甲、活塞向下運動，進氣門開啟，排氣門關閉。吸氣沖程。
乙、活塞向下運動，兩個氣門都關閉，做功沖程。
丙、活塞向上運動排氣門開啟，進氣門關閉，排氣沖程。
丁、活塞向上運動，兩氣門關閉，壓縮沖程；
故順序是甲、丁、乙、丙；
故選：D。
【例題2】2022年4月16日，神舟十三號載人飛船返回艙進入大氣層后下落（如圖所示）。接近地面時反推發動機點火，最終返回艙在東風著陸場預定區內實現軟著陸。
（1）返回艙剛進入大氣層下落時，機械能大小如何變化，為什么？
（2）反推發動機屬于噴氣式發動機，反推發動機是否屬于熱機？
【分析】
（1）返回艙進入大氣層后，會與大氣層發生劇烈摩擦，一部分機械能轉化為內能；
（2）熱機是指各種利用內能做功的機械，如蒸汽機、汽輪機、燃氣輪機、內燃機、噴氣式發動機等。工作時將燃料的化學能轉化成內能再轉化成機械能。
【解答】
答：（1）返回艙進入大氣層后，會與大氣層發生劇烈摩擦，一部分機械能轉化為內能。所以返回艙的機械能會減小。
（2）噴氣式發動機工作時，它的燃料在燃燒室內燃燒后產生高溫、高壓的氣體，這種氣體從尾部以極高的速度噴出，同時產生很大的反作用力（即推力）。若推力與機身運動方向相同，則推動機身運動；若推力與機身運動方向相反，則阻礙機身運動。熱機是指利用內能做功的機械，所以噴氣式發動機屬于熱機。由于反推發動機屬于噴氣式發動機，所以它也屬于熱機。
【例題3】如圖所示的是生活中常用的熱水瓶，向其中注入一定量的開水后，立即蓋上軟木塞，有時會發現軟木塞跳了起來。四沖程汽油機在工作時，與軟木塞跳起來的原理相同的沖程是（　　）
A．吸氣沖程 B．壓縮沖程 C．做功沖程 D．排氣沖程。
【分析】（1）做功可以改變物體的內能：當對物體做功時，機械能轉化為內能，當物體對外做功時，內能轉化為機械能；
（2）四沖程汽油機的做功沖程，利用內能來做功的沖程，將內能轉化為機械能。
【解答】解：由圖可知，熱水瓶內的水蒸氣把瓶塞頂起，水蒸氣會對塞子做功，將水蒸氣的內能會轉化為塞子的機械能；此過程與汽油機的做功沖程類似，在做功沖程中也是燃氣的內能轉化為活塞的機械能；故C正確。故選：C。
1. 如圖是2023年1月9日長征七號A運載火箭托舉“實踐二十三號衛星”在中國文昌航天發射場直沖云霄的情景。下列說法中正確的是（　　）
A．火箭升空動力的施力物體是火箭的助推器
B．火箭上升過程中，火箭相對于實踐二十三號衛星是運動的
C．火箭也屬于熱機，能量轉化與汽油機的做功沖程相同
D．火箭加速升空的過程中，火箭受到平衡力作用
2. 科幻大片《流浪地球》中地球為脫離木星，主人公點燃了木星上的可燃氣體，從而將地球推離木星，其中“點燃木星”將地球推開相當于內燃機的（　　）
A．吸氣沖程 B．壓縮沖程 C．做功沖程 D．排氣沖程
3. 如圖所示是一臺四沖程汽油機工作時某一時刻的示意圖，請回答下列問題：
（1）該汽油機此時處于哪個沖程？
（2）在此沖程中發生了怎樣的能量轉化？
（3）請寫出汽油機在工作過程中靠飛輪慣性來完成的任意一個沖程的名稱？
4. 如圖甲、乙是兩個演示實驗的示意圖，圖甲所示的是在一個配有活塞的厚壁玻璃筒里放一小團硝化棉，用力把活塞迅速下壓，棉花燃燒起來；圖乙所示的是給試管里的水加熱，水沸騰后，水蒸氣推動塞子迅速沖出試管口。圖丙、丁所示的是內燃機的兩個工作沖程。下列說法中正確的是（　　）
A．圖甲下壓活塞的過程中，筒內氣體內能不變
B．圖乙塞子沖出試管口的過程中，水蒸氣的內能轉化為塞子的機械能
C．圖丙內燃機的工作沖程與圖甲下壓活塞的過程，能量轉化是一致的
D．圖丁內燃機的工作沖程與圖乙塞子沖出管口的過程，能量轉化是一致的
5. 圖甲是四沖程汽油機工作過程中的 沖程，該過程的能量轉化情況與圖乙 （選填“相同”或“不同”）。若汽油機1s內對外做功15次，則其曲軸的轉速為 r/min。為了降低汽油機汽缸的溫度，汽缸外有一個水箱體，使汽缸被水包圍著，這是通過 的方式減少汽缸的內能。
6. 如圖甲為航母上簡化的蒸汽彈射裝置，能帶動艦載機在兩秒鐘內達到起飛速度，如圖乙為汽油機的工作沖程。下列判斷不正確的是（　　）
A．艦載機獲得的牽引力是因為氣缸內的蒸汽體積膨脹，從而推動活塞
B．氣缸內的蒸汽推動活塞后，內能增加
C．從能量轉化角度講，蒸汽彈射裝置工作時與圖乙中C所示的原理相似
D．從能量轉化角度講，圖乙中B沖程是把機械能轉化為內能
1. 閱讀短文，回答下列問題。
空氣的動力
空氣動力是指空氣與物體做相對運動時作用在物體上的力，簡稱氣動力。當我們快速地松開鼓起來的氣球時，氣球會“嗖”的一下飛出去了，這時氣球獲得了氣動力。
經過長時間探索，人們已經成功制造出多種使用壓縮空氣為動力，推動葉片或者活塞運動的發動機，即葉片式、活塞式空氣發動機。
如圖所示，圖是某新型的以空氣發動機為動力的汽車。它共有4個壓縮空氣缸，總容量為90L，可儲存標準大氣壓下90m3的空氣，其設計最高速度可達154km/h,平均每加一次氣能行駛200km或10h。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、維修成本低、操控方便、“零”排放的優點。即使因為技術不成熟導致某些缺點在科學界引起不小的爭議，但這項技術仍然具有廣闊的發展空間。
根據上述材料，回答下列問題：
（1）壓縮空氣動力汽車最理想的加氣工具應是 （選填“內燃機”、“電動機”或“蒸汽機”）提供動力的。
（2）空氣發動機是利用 能做功的，空氣發動機獲得動力時與四沖程汽油機的 沖程工作過程相似。
（3）分析上文，下面說法正確的有 。
A.松開鼓起來的氣球時，氣球飛出去，這是因為物體受到慣性的作用
B.空氣動力汽車工作時將內能轉化為機械能
C.以空氣發動機為動力的汽車，靠氣缸內空氣燃燒產生能量
D.空氣動力汽車工作時不會有能量的損失
（4）資料表明，空氣發動機排出的尾氣溫度低于周圍空氣的溫度，對于產生此現象的原因，請你提出一條合理的解釋： 。
2. 小婷家購買了一輛轎車，如圖所示，汽車應用了許多物理知識。請你運用所學的物理知識解答下列問題：
（1）汽油機是汽車的“心臟”，汽油機的做功沖程是將 能轉化為 能。
（2）小轎車前方的擋風玻璃是傾斜的，目的是使車內物體所成的 像（填“實”或“虛”）位于玻璃的上方，不妨礙司機視線。
（3）開車上坡前，往往加大油門，以提高汽車的速度，這是為了增大汽車的 （填“慣性”和“動能”）。
（4）小汽車的外形設計成流線型，當小汽車在水平路面上高速行駛時對路面的壓力比靜止時 （選填“增大”、“減小”或“不變”），其原因是 。
參考答案：
熱身訓練：1. C;2.C；3. （1）此時汽油機處于壓縮沖程；（2）此沖程將機械能轉化為內能；（3）吸氣沖程依靠慣性完成的；4.BCD；5. ：做功；相同；1800；熱傳遞；6.B。
拓展閱讀：1. （1）電動機；（2）內；做功；（3）B；（4）氣體對外做功，內能減小，溫度降低；2. （1）內；機械；（2）虛；（3）動能；（4）減小；小汽車外型是流線型，當汽車高速行駛時，車身上方空氣流速大，壓強小，小汽車受到了一個向上的升力，減小了小汽車對地面的壓力。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
21世紀教育網(www.21cnjy.com)

展開更多......

收起↑