第1节 热机（解析版）

14.1\o"13.1分子热运动"热机知识讲解内能的利用：①加热物体（烧水、做饭）②做功：热机1.热机（1）概念：利用内能做功的机械。（2）种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。（3）工作原理：燃料的化学能通过燃烧转化为内能，然后通过做功把内能转化为机械能。1.内燃机（1）概念：燃料直接在汽缸内燃烧产生动力的热机。（2）分类：汽油机和柴油机，它们分别以汽油和柴油为燃料。2.汽油机①工作原理：利用气缸内高温高压的燃气推动活塞做功的热机②工作过程：冲程定义：汽油机工作时，活塞在气缸内往复运动，从气缸的一端运动到气缸的另一端四个冲程特点：冲程吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程工作示意图特点①进气门打开，排气门关闭②活塞由上端向下运动，吸入汽油和空气组成的燃料混合物①进气门和排气门都关闭②活塞向上运动，压缩汽缸内燃料空气和汽油的混合物③外界对物体做功温度升高，内能增加①进气门和排气门都关闭②活塞在高温高压的燃气作用下向下运动，带动曲轴转动，对外做功，温度降低，内能减小进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸能量转化机械能转化为内能内能转化为机械能废气带走很多热量注意：只有做功冲程对外做功，其他三个冲程都是靠飞轮的惯性来完成的方法指导方法指导：汽油机四个冲程识别进气门打开就是吸气冲程，仅排气门打开是排气冲程火花塞点火就是做功冲程，另一个图就是压缩冲程两气门都关闭：活塞向上运动是压缩冲程；活塞向下运动是做功冲程。③工作循环：（4冲2转1功）1个工作循环：4个冲程，活塞往复2次，曲轴转2周，飞轮转2圈，对外做功1次例题：如图为一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为2400r/min，该汽油机每秒钟对外做功20次，每秒钟共有20个冲程，如图所示是汽油机的80冲程。解：（1）汽油机的转速为2400r/min，说明1s内汽油机曲轴的转动次数等于40．一个工作循环中，曲轴转动两周，对外做功一次，1s内曲轴转动40次，对外做功20次，共80个冲程；（2）由题中示意图可知：两气门关闭，炎花塞点火，活塞下移，是做功冲程。3.汽油机和柴油机的区别：汽油机柴油机不同点燃料汽油柴油构造气缸顶部有火花塞气缸顶部有喷油嘴点火方式点火式压燃式吸气冲程吸入空气和汽油的混合物吸入空气压缩冲程压缩程度较小，混合物被压缩后，压强达6-15atm，温度达250-300℃压缩程度较大，混合物被压缩后，压强达35-45atm，温度达500-700℃做功冲程火花塞点火，燃料燃烧，即点火式喷油嘴喷出雾状柴油，遇高温空气燃烧，即压燃式主要特点轻巧、体积小、效率较低笨重、功率大、效率较高用途摩托车、小型汽车、轻型飞机等载重汽车、轮船、坦克、大型发电机1．以下机械属于内燃机的是（）A．火箭喷气发动机B．汽油机 C．滑轮组 D．洗衣机解：A、火箭喷气发动机属于热机，但与内燃机并不完全相同，它是以热气流高速向后喷出，利用产生的反作用力向前运动的喷气推进装置。它自身携带燃烧剂与氧化剂，不依赖空气中的氧助燃，火箭在飞行过程中随着火箭推进剂的消耗，其质量不断减小，是变质量飞行体，因此，严格讲不属于内燃机，故A不合题意；B、汽油机工作时，燃料在气缸内燃烧，通过燃气对外做功，将内能转化为机械能，属于内燃机，故B符合题意；C、滑轮组属于简单机械，不是内燃机，故C不合题意；D、洗衣机利用的是电动机来工作，不是内燃机，故D不合题意。故选：B。2．6月17日，我国运载火箭将“神舟十二号”载人飞船准确送入预定轨道。如图所示，火箭工作时将高温气体的内能转化为机械能；火箭发动机属于热机（选填“属于”或“不属于”）。解：火箭喷气式发动机靠燃烧燃料获得内能，将燃料燃烧的内能转化为火箭运动的机械能，属于热机。故答案为：内；属于。3．人类最早发明的热机是（A）A．蒸汽机 B．内燃机 C．喷气发动机 D．火箭发动机解：热机是指各种利用内能做功的机械，17世纪人类发明了热机，最早的热机是蒸汽机；内燃机、喷气发动机、火箭发动机都是19世纪后期发明出来的，故A正确。故选：A。4．如图显示了热机的共同特点，其中虚线框处应该填（A）A．内能 B．电能 C．动能 D．势能解：所有的燃料都储存了化学能，而热机工作的过程是将燃料的化学能转化为内能，再通过做功的方式将内能转化成机械能的过程，故A正确、BCD错误。故选：A。5．在如图所示的四幅图中，甲、乙是两个演示实验示意图；丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图．与压缩冲程原理相同的是乙图所示的演示实验（选填“甲”或“乙”），都是机械能转化为内能；汽油机利用内能来做功的冲程是丙图（选填“丙”或“丁”）。解：（1）乙图，用力将活塞压下，活塞对瓶内空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧；这是通过对物体做功来增大物体内能的，即是将机械能转化为内能的过程。甲图，对试管中的水加热，使试管中水的内能增大，水蒸气体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能；热机就是把内能转化为机械能的机器，故与热机压缩冲程工作原理相同的是乙图所示的演示实验。（2）丙图，两气门都关闭，火花塞点火，高温高压的燃气推动活塞下行，利用内能来对外做功，是做功冲程；丁图，两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是汽油机的压缩冲程。故答案为：乙；机械；内；丙。6．汽油机在压缩冲程中，气缸中混合气体的温度、内能和体积变化情况是（A）A．温度升高，内能增加，体积缩小 B．温度升高，内能增加，体积增大 C．温度降低，内能减少，体积缩小 D．温度降低，内能减少，体积增大解：汽油机在压缩冲程中，活塞由下向上运动，压缩汽缸内的混合气体，使其体积减小，活塞对汽缸中的混合气体做功，使混合气体的内能增大，温度升高，故A正确，BCD错误。故选：A。7．下列关于内能与内燃机的说法正确的是（C）A．玻璃杯中的水凝固成冰后，其内能变为零 B．热气腾腾的火锅含有较多的热量 C．温度越高分子无规则运动越剧烈 D．汽油机的吸气冲程吸入的是空气解：A、物体在任何情况下，都具有内能，故A错误；B、热量是过程量，不能说含有，故B错误；C、分子做无规则运动的剧烈程度与温度有关，温度越高，分子的无规则运动越剧烈，故C正确；D、汽油机吸气冲程吸入的是空气和汽油的混合物，故D错误。故选：C。8．下列四幅图中，属于做功冲程的是（C）A．B． C． D．解：A、两气门都关闭，活塞向上运动，气缸容积减小，是压缩冲程，故A不符合题意；B、进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，气缸容积增大，是吸气冲程，故B不符合题意；C、两气门都关闭，火花塞喷出电火花，活塞向下运动，气缸容积增大，是做功冲程，故C符合题意；D、排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，故D不符合题意。故选：C。小明在做完“压缩点火”实验后，将桶盖拧开，用手甩一甩小桶，将桶中废气甩出，这个过程与四冲程汽油机相似的冲程是（D）A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程解：小明在做完“压缩点火”实验后，将桶盖拧开，用手甩一甩小桶，将桶中废气甩出，这相当于汽油机的排气冲程。故选：D。10．2022年5月20日，我国使用长征二号丙运载火箭同时将3颗试验卫星发射成功。火箭从地面向上发射过程中，其外壳与大气摩擦后温度升高，这里面的能量转化过程与下面哪个冲程相同（D）A． B． C． D．解：火箭在大气层中高速飞行时，外壳与空气剧烈摩擦，此过程克服摩擦做功，机械能转化为内能，从而使火箭外壳温度升高，内能增大；D汽油机中两个气门关闭，活塞上行，是压缩冲程，将机械能转化为内能，与实验过程中的能量转化是一致的。故选：D。11．氮气弹簧是一种以密闭高压氮气为工作介质的弹性组件，具有体积小、弹力大、工作平稳、使用寿命长等优点。它在生活和工业中具有广泛的应用，其工作结构简图如图。当活塞顶部受到压力向下运动时，下列说法正确的是（A）A．缸体内氮气的密度变大 B．缸体内的气体被压紧后，氮气分子不再运动 C．缸体内的气体压强减小 D．该过程中能量的转化方式与汽油机的做功冲程相同解：A、活塞顶部受到压力向下运动时，缸体内氮气体积减小，密度变大，故A正确；B、组成物质的分子，不停地做无规则运动，缸体内的气体被压紧后，氮气分子仍做无规则运动，故B错误；C、气体压缩后，体积变小、压强增大，故C错误；D、活塞向下压缩，机械能转化为氮气的内能，能量的转化方式与汽油机的压缩冲程相同，故D错误。故选：A。如图所示是单缸四冲程汽油机某一冲程工作示意图，该冲程是压缩冲程。若该汽油机1s对外做功15次，则汽油机的飞轮速度为1800r/min。解：根据图示可知，两个气门关闭、活塞上行，为压缩冲程；汽油机每秒内对外做功15次，曲轴转30圈，活塞往复30次，则每分钟对外做功900次，曲轴转1800圈，活塞往复1800次，因此曲轴的转速为1800r/min。故答案为：压缩；1800。13．爸爸驾驶汽车带小明去海边玩，汽车是依靠发动机（汽油机）工作时的做功冲程获得动力的。为了给发动机降温，往往需要向汽车内加入冷却液，如图所示是质量相等的甲、乙两种冷却液吸收相同的热量，温度随加热时间变化的关系图像。由图可知，甲、乙两种冷却液的比热容，c甲小于c乙（选填“大于”、“小于”或“等于”）。解：汽车发动机工作时做功冲程将燃料燃烧释放的内能转化为机械能，为汽车提供动力；由图象可知：质量相等的甲、乙两种冷却液吸收相同的热量，加热相同的时间，会吸收相同的热量，图中所示甲升高的温度高，说明甲的比热容比乙的比热容小。故答案为：做功；小于。14．如图所示，用酒精灯给水加热，一段时间后，管内的气压大于（选填“大于”、“小于”或“等于”）大气压，软木塞冲出试管口，该过程的能量转化形式与汽油机的做功冲程相似。试管口出现白雾，此时发生的物态变化过程中会放热（选填“吸热”或“放热”）。解：软木塞堵在试管口，用酒精灯给水加热，一段时间后，管内的水不断汽化成水蒸气，管内水蒸气不断增多，管内气压就不断增大。当管内的气压大于大气压时，就能把软木塞冲出试管口。试管内的水蒸气把软木塞冲出试管口，是内能转化为机械能；汽油机的做功冲程是高温高压的燃气推动活塞运动做功，也是内能转化为机械能。试管口出现的白雾，是高温的水蒸气冲出试管后，在空气中遇冷液化成的小水珠。液化过程要放热。故答案为：大于；做功；放热。15．2022年11月12日10时03分，天舟五号货运飞船在长征七号火箭的稳稳托举下，满载货物飞天云霄，跨越星海奔赴天宫，如图所示。火箭喷气发动机将燃料燃烧后燃气的内能转化为火箭的机械能，这个能量转化过程与四冲程汽油机的做功冲程能量转化相同。解：火箭起飞过程中，将内能转化为火箭的机械能，四冲程汽油机做功冲程将燃料燃烧释放的内能转化为机械能，火箭发射过程的能量转化与内燃机的做功冲程的原理是相同的。故答案为：机械；做功。16．下列关于汽油机和柴油机的主要区别，说法正确的是（D）A．构造上，汽油机气缸顶部有喷油嘴，柴油机气缸顶部有火花塞 B．吸气冲程中，柴油机吸入汽缸的是柴油和空气的混合物，汽油机吸入汽缸的是空气 C．在压缩冲程末，柴油机的点火方式是点燃式，汽油机的点火方式是压燃式 D．在做功冲程中，柴油机的燃气温度和压强比汽油机里的高解：A、柴油机和汽油机的结构不同：柴油机的气缸上是喷油嘴，汽油机的顶部有火花塞，故A错误；B、在吸气冲程，柴油机吸入气缸的只是空气，汽油机吸入气缸的是汽油和空气的混合物，故B错误；C、在做功冲程，汽油机的点火方式叫点燃式，柴油机的点火方式叫压燃式，故C错误；D、柴油机的压缩比例更大，柴油机燃气压强比汽油机的更高，故D正确。故选：D。如图所示的某空气动力车，运行时车上储存的被高压压缩的空气能驱动发动机缸体内的活塞运动，使汽车前进。汽油机与空气动力车获得动力相似的冲程是（C）A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程解：空气动力汽车工作时利用压缩的气体对外做功，将内能转化为机械能，与内燃机的做功冲程能量转化相同，都是将内能转化为机械能。故选：C。（多选）18．下列关于汽车的说法中正确的是（BD）A．汽油机在压缩冲程中将内能转化为机械能 B．用水作汽车发动机的冷却液，是因为水的比热容较大 C．汽车在刹车过程中，刹车片温度升高，是热传递改变了它的内能 D．给汽车加油时能闻到汽油的味道，说明分子在不停地做无规则运动解：A、汽油机在压缩冲程中机械能转化为内能，故A错误；B、水的比热容较大，相同质量的水和其它物质相比，升高相同的温度，水吸收的热量较多，所以常用水作汽车发动机的冷却液，故B正确；C、汽车在刹车过程中，刹车片温度升高，是做功改变了它的内能，故C错误；D、给汽车加油时能闻到汽油的味道，是汽油分子运动到空气中，说明分子在不停地做无规则运动，故D正确。故选：BD。（多选）19．下列说法中正确的是（CD）A．一杯水倒掉一部分，杯中剩余的水比热容减小 B．组成物体的分子之间只存在引力，不存在斥力 C．汽油机在做功