2026秋北师郭玉英版九上物理10.4《热机》学科素养同步分层练习设计（培优版）

10.4《热机》学科素养同步分层练习设计（培优版）初中物理九年级上册（北师郭玉英新教材）一、选择题1．（2025九上·西城月考）如图是我国古代流行于民间的走马灯。当点燃走马灯内的蜡烛时，燃烧产生的高温气体便上升并推动纸风车和固定在转轴上的纸马转动。这和内燃机的哪个冲程类似（）A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程2．（2026·邵阳模拟）如图是小华用家里的高压锅和小风扇叶制作汽轮机模型。当高压锅的水蒸气冲动叶片时相当于内燃机的（）A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程3．（2025九上·南京月考）如图，物理兴趣小组制作了一个简易汽轮机装置。在易拉罐中装入适量的水，用酒精灯加热，水沸腾后从管口喷出蒸汽使风车转动。简易汽轮机工作过程中（）A．酒精燃烧将内能转化为化学能B．水的内能增加的方式是热传递C．蒸汽被喷出后内能保持不变D．蒸汽的内能全部转化为风车的机械能4．（2024九上·南山期末）如图所示，将试管中的水加热后，水蒸气从橡皮塞小孔冲出，推动风车转动。汽油机工作时，与水蒸气推动风车转动时能量转化过程相同的冲程是（）A． B． C． D．5．（2024九下·怀化开学考）为实现国家关于“碳达峰”“碳中和”目标，东风汽车集团研发了一款汽车。该款汽车发动机工作时，效率更高，下列有关说法中正确的是（）A．该款汽车发动机工作时，效率更高，是因为它使用了热值更大的汽油B．如图所示为做功冲程，内能转化为机械能，需要靠飞轮的惯性来完成C．该款汽油机的吸气冲程，只吸入空气D．若该汽油机飞轮的转速为1200r/min，则在1s内汽油机对外做了10次功6．（2023九上·浠水期中）4月16日，神舟十三号载人飞船返回舱在内蒙古东风着陆场成功着陆，中国的航天事业又向前迈了一大步，如图为返回舱着陆时的情景。下列说法正确的是（）A．返回舱着陆前，动能转化为重力势能B．进入大气层之后，若返回舱关闭动力系统，机械能减小C．从打开降落伞到着陆过程称为着陆段，假如降落伞在某一时刻匀速下落，此过程中返回舱的机械能守恒D．进入大气层之后，返回舱与大气摩擦过程中涉及的能量转化与汽油机做功冲程相同二、多选题7．（2024·章丘模拟）美丽的章丘明水古城，水路环绕，坐着船，徜徉其中，可感受古风之美。下列有关说法中正确的是（）A．冬天水面结冰时需要不断放热B．游船漂在水面上，所受浮力大于重力C．水面上的岸边景物的倒影是光的反射形成的D．游船前进，是内燃机提供的动力，动力来源于压缩冲程三、填空题8．（2025·南山）某同学在课上分享了小组合作完成的“自制简易热机模型”，向易拉罐内注入大约半罐水，点燃易拉罐下方的酒精灯，罐内的水蒸气通过笔外尖端处喷出，推动风扇转动。（1）原理分析：水蒸气推动扇叶转动时发生的能量转化与汽油机的冲程相同。若一台单四冲程汽油机的飞轮转速是2400r/min，1秒内将完成个做功冲程；（2）实验改进：同学们在测试过程中，发现加热很长时间后，扇叶才开始转动。针对此情况，下列可行的改进方法是____（填字母）A．将酒精灯垫高B．增加易拉罐中水的质量C．提高水的初温9．（2025·深圳模拟）如图所示，小华发现家中蒸蛋器在使用时会通过上方小孔喷出蒸汽，于是他小心地将自制的风车放在小孔附近，成功让风车转了起来，蒸汽推动风车转动时的能量转化与汽油机冲程的能量转化相同。某单缸四冲程汽油机工作时，飞轮转速为3600r/min，则其10s内对外做功次；若缸内燃气对活塞平均推力为1500N，活塞向下运动的距离为0.05m，则功率是W。10．（2024九上·白云期中）如图所示，在试管里盛适量的水，用带玻璃管的胶塞塞住试管口，加热试管使水沸腾，玻璃管口冒出的“白气”推动管口处的风车转动。“白气”使风车转动的过程相当于汽油机的冲程。四、实验探究题11．（2025九上·广州期中）跨学科实践小组利用酒精灯、易拉罐、去掉笔芯和尾塞的中性笔、小风扇等材料组装成汽轮机模型（如图）。实验时，向易拉罐内注入适量水，密封罐口后用酒精灯加热，当水蒸气从中性笔管喷出时，能推动小风扇的扇叶转动。（1）组装汽轮机模型时把易拉罐平放在支架上，应将留着“喷气孔”的中性笔管位于罐子靠（选填“上”或“下”）部分。将风扇平放在水平桌面，调整支架高度，使中性笔的“喷气孔”正对风扇扇叶，点燃酒精灯加热易拉罐，观察到水沸腾后有“白气”喷出，风扇转动，同时扇叶温度升高，扇叶内能（选填“增大”或“减小”）；（2）汽轮机模型工作时，罐内的水蒸气通过中性笔喷出，推动风扇转动时发生的能量转化是，这与下图中汽油机的（选填字母）冲程相似；（3）同学们在测试过程中，发现扇叶转动得很慢。同学们交流后认为，这是蒸汽喷射力不足造成的。以下几种解决方案中可以提升扇叶转速的有______。A．增加酒精灯的高度，用其内焰加热B．更换一个更轻的扇叶C．更换一个“喷气孔”更大的中性笔管D．用密封胶密封易拉罐和笔管的间隙，减少漏气12．（2026九上·凉山期末）学校科技兴趣小组研究了制作一个简易热机模型的方法，收集材料并组装了如图所示的简易热机装置。取一个空易拉罐，根据易拉罐的形状制作支架，向易拉罐内注入大约半罐水，将笔外壳的尖端朝外，另一端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封；将易拉罐放在支架上，笔外壳的尖端对准小风扇的扇叶，点燃易拉罐下方的酒精灯，罐内的水蒸气通过笔外壳尖端处喷出，推动风扇转动。这样就完成了一个简易热机模型的制作。（1）该简易热机模型工作时，充当能量传递和转化的核心介质是（选填“扇叶”或“水蒸气”）。（2）工作过程中中性笔管应在易拉罐的水面（选填“上”“下”或“上下均可以”），推动小风扇转动过程相当于汽油机的冲程。（3）实验改进：同学们在测试过程中，发现加热很长时间后，扇叶才开始转动。针对此情况，下列可行的改进方法是______。A．将酒精灯垫高 B．增加易拉罐中水的质量C．降低水的初温 D．提高水的初温五、简答题13．（2022·本溪）2022年4月16日，神舟十三号载人飞船返回舱进入大气层后下落（如图所示）。接近地面时反推发动机点火，最终返回舱在东风着陆场预定区内实现软着陆。（1）返回舱刚进入大气层下落时，机械能大小如何变化，为什么？（2）反推发动机属于喷气式发动机，反推发动机是否属于热机？六、科普阅读题14．（2023九上·龙湖期末）阅读下面短文，回答以下问题。背负式机动喷雾喷粉机背负式机动喷雾喷粉机（以下简称背负机）主要由机架、离心风机、汽油机、油箱、药箱和喷洒装置等部件组成。离心风机与汽油机输出轴直连，汽油机带动风机叶轮旋转，产生高速气流，并在风机出口处形成一定压力，其中大部分高速气流经风机出口流经喷管，而少量气流流进药箱内，使药箱中形成一定的气压。药液在压力的作用下流到喷头，从喷嘴周围的小孔以一定的流量流出，先与喷嘴叶片相撞，初步雾化，再与高速气流在喷口中冲击相遇，进一步雾化，弥散成细小雾粒，并随气流吹到很远的前方。某型号背负机相关参数如下：型号MODEL3W﹣650风机转速（r/min）6500药箱容积（L）15喷量（L/min）（水平）2.5水平射程（m）12风量（m3/s）0.2雾粒平均直径___________105（1）已知1m=106μm=109nm如表格中划横线部分，雾粒平均直径的单位是：（选填“nm”或“μm”）；（2）试说明背负机工作时的能量转化：汽油机内部汽油燃烧先将能转化为能，再带动风机叶轮旋转，转化为能；（3）从文中所述可知背负机是利用使药液从喷嘴处喷出；（4）用该背负机给农作物喷洒农药，若每分钟最多可喷洒300m2的面积，一箱药液最多可喷m2的农作物。七、综合题15．（2023九上·信宜期中）小明家购买了一辆轿车，如图所示，汽车应用了许多物理知识。请你运用所学的物理知识解答下列问题：（1）汽油机是汽车的“心脏”，汽油机的做功冲程是将能转化为能；（2）小轿车前方的挡风玻璃是倾斜的，目的是使车内物体所成的像（选填“实”或“虚”）位于玻璃的上方，不妨碍司机视线；（3）当功率一定，汽车在爬坡时应该（选填“加速”或“减速”），目的是为了（选填“增大”或“减小”）牵引力；（4）小汽车的外形设计成流线型，当小汽车在水平路面上高速行驶时对路面的压力比静止时（选填“增大”“减小”或“不变”）。

答案解析部分1．【答案】C【知识点】做功改变物体内能；热机的四个冲程【解析】【解答】根据题目描述可知，在走马灯中，高温气体推动物体转动，将内能转化为机械能，与内燃机的做功冲程能量转化过程相似。故选C。

【分析】四冲程内燃机的做功冲程，将内能转化为机械能；压缩冲程，将机械能转化为内能。2．【答案】C【知识点】热机；热机的四个冲程【解析】【解答】高压锅的水蒸气喷出，冲动叶片，水蒸气的内能转化为叶片的机械能，内燃机的做功冲程，将燃气的内能转化为活塞的机械能，能量转化一致，C符合题意。故选C。

【分析】内能对外做功时，转化为机械能。3．【答案】B【知识点】做功改变物体内能；热传递改变物体内能；热机【解析】【解答】A：酒精燃烧是化学能转化为内能，而非内能转化为化学能，故A错误。B：水通过酒精灯加热，是通过热传递的方式增加内能，故B正确。

C：蒸汽喷出时对外做功，其内能会减小，并非保持不变，故C错误。

D：能量转化过程中存在损耗(如热量散失)，蒸汽的内能不可能全部转化为风车的机械能，故D错误。

故选B。

【分析】本题考查能量转化与内能改变的核心知识点，需明确“燃烧的能量转化(化学能→内能)""热传递与做功改变内能的区别”“能量转化的损耗性”，通过逐一分析选项，体现对能量守恒与转化规律的理解能力。4．【答案】B【知识点】热机；热机的四个冲程【解析】【解答】试管中的水加热不断汽化为水蒸气，水蒸气从橡皮塞小孔冲出，推动风车转动，该过程涉及到的能量转化为内能转化为机械能。和热机的做功冲程类似，该冲程的特点为进气门和排气门都关闭，活塞向下运动，火花塞点火，B正确，ACD错误；

综上选B。【分析】做功冲程：进气后关闭，排气口关闭，火花塞点燃，高温高压的气体推动活塞下移，气体内能减小，能量转化为内能转化为机械能。5．【答案】D【知识点】热机【解析】【解答】A、热机效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出能量的比值，使用热值更大的汽油不能提高热机的效率，故A错误。

B、由图可知，汽油机的进气门和排气门关闭，活塞向下运动，此时为汽油机的做功冲程，将内能转化为的机械能，此冲程可以获取动力，不需要靠惯性完成，故B错误。

C、汽油机的吸气冲程吸入空气和汽油的混合物，故C错误。

D、该汽油机飞轮的转速为1200/min=20r/s，即汽油机飞轮每秒转20圈，由于汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功一次，则在1s内汽油机对外做了10次功，故D正确。

故答案为：D。

【分析】（1）热机效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出能量的比值，比值越大，热机效率越高。

（2）根据进气门、排气门的打开和关闭情况以及活塞的运动方向可知汽油机的冲程，只有做功冲程内能转化为机械能，其它冲程都是靠惯性完成。

（3）汽油机的吸气冲程吸入空气和汽油的混合物。

（4）汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功一次。6．【答案】B【知识点】机械能及其转化；热机【解析】【解答】A、返回舱着陆前，速度保持匀速状态，所以动能不变，A错误

B、进入大气层之后，返回舱关闭动力系统，重力势能减小，动能不变，所以机械能减小，B正确，C错误D．返回舱与大气摩擦过程中涉及的能量转化与汽油机压缩冲程相同，故D错误。故选B。

【分析】1、机械能：机械能为动能和重力势能之和，当质量不变时，动能和速度成正比，速度不变时，动能和质量成正比；当质量不变时，重力势能和高度成正比，高度不变时，重力势能和质量成正比；

2、压缩冲程：进气后关闭，排气口关闭，活塞上移，能量转化为机械能转化为内能，气缸内空气内能增加；做功冲程：进气后关闭，排气口关闭，火花塞点燃，高温高压的气体推动活塞下移，气体内能减小，能量转化为内能转化为机械能7．【答案】A,C【知识点】凝固与凝固放热特点；光的反射；热机的四个冲程；物体的浮沉条件及其应用【解析】【解答】A．水面结冰，从液态变成固态，是凝固现象，凝固放热，故A正确；B．游船漂在水面上，受到平衡力，此时所受浮力等于重力，故B错误；C．水面上景物的倒影是平面镜成像，成像原理是光的反射，形成的是虚像，故C正确；D．汽油机工作中，做功冲程中将内能转化为机械能，提供动力，使游船前进，故D错误。故选AC。

【分析】液体变为固态，是凝固现象；漂浮的物体受到的浮力等于自身重力；水中倒影，是光的反射现象；汽油机工作时，做功冲程提供动力。8．【答案】（1）做功；20（2）C【知识点】热机；热机的四个冲程【解析】【解答】(1)水蒸气推动扇叶转动，水蒸气的内能转化为扇叶的机械能，和汽油机的做功冲程能量转化一致。

飞轮转速2400r/min=40r/s；四冲程汽油机飞轮每转2圈完成1个做功冲程，1s转动40圈，做功冲程数量402=20个。

故答案为：做功；20。

(2)A：将酒精灯垫高，只是改变火焰位置，不会加快水沸腾产生水蒸气，不可行。

B：增加水的质量，水需要吸收更多热量才能沸腾，会等待更长时间，不可行。

C：提高水的初温，水更快沸腾产生大量水蒸气，扇叶可以更快转动，可行。9．【答案】做功；300；2250【知识点】功率计算公式的应用；热机；热机的四个冲程【解析】【解答】（1）根据题意可知，水蒸气推动风车转动时做功，将水蒸气的内能转化成了风车的机械能，因此蒸汽推动风车转动时的能量转化与汽油机的做功冲程的能量转化相同。（2）四冲程汽油机飞轮转速3600r/min，即3600r60s=60r/s，即汽油机飞轮每秒转60圈，

由于四冲程内燃机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次，（3）汽缸内燃气推动活塞一次所做的功W=Fs=1500N×0.05m=75J；则做功一次所用的时间t=1则汽油机的功率P=Wt=75J130s=2250W。10．【答案】做功【知识点】热机的四个冲程【解析】【解答】图中，试管中的水蒸气喷出，对风车做功，内能转化为风车的机械能；汽油机的做功冲程，内能转化为机械能，“白气”使风车转动相当于汽油机的做功冲程。故第1空填：做功。

【分析】内能对外做功时，内能转化为机械能；汽油机的做功冲程中，内能转化为机械能。11．【答案】（1）下；增大（2）内能转化为机械能；A（3）B；C；D【知识点】热传递改变物体内能；热机；热机的四个冲程【解析】【解答】（1）组装汽轮机模型时，为了优化水蒸气喷射效果，应将带有"喷气孔"的中性笔管安装在罐体下部。这是由于水在底部受热产生蒸汽，从下方喷气孔排出更为高效。水蒸气推动风扇旋转时，对扇叶施加作用力做功，导致扇叶温度上升，其内能随之增加。（2）汽轮机模型运行过程中，罐内蒸汽通过笔管喷出驱动风扇，实现了内能向机械能的转化。图示四个冲程顺序为：做功冲程（内能→机械能）、排气冲程、压缩冲程、吸气冲程。其中做功冲程与汽轮机模型的能量转换方式一致，因此正确答案为A。（3）A．使用酒精灯內焰加热会降低温度，减少蒸汽产量，无法提高转速；B．采用更轻质的扇叶可降低转动惯量，在同等蒸汽推力下转速提升；C．增大喷气孔直径可增加蒸汽流量，增强推动力；D．密封间隙能减少蒸汽泄漏，提高喷射效率。正确答案为BCD。

【分析】1、吸气冲程特点：进气后打开，排气口关闭，活塞下移；压缩冲程：进气后关闭，排气口关闭，活塞上移，能量转化为机械能转化为内能，气缸内空气内能增加；做功冲程：进气后关闭，排气口关闭，火花塞点燃，高温高压的气体推动活塞下移，气体内能减小，能量转化为内能转化为机械能；排气冲程：进气后关闭，排气口打开，活塞上移，排除废气。

2、改变物体内能的方式有做功和热传递，如钻木取火、搓手取暖属于做功改变物体内能，用酒精灯热水属于热传递改变物体内能；

3、能量转化：根据物体起始状态具有的能量和最终状态具有的能量进行判断，题目中点燃酒精灯，化学能转化为内能，水蒸汽喷出，风扇转动，内能转化为机械能。（1）[1]组装汽轮机模型时，为了让水蒸气更好地喷出推动风扇，应将留着“喷气孔”的中性笔管位于罐子靠下部分。因为水在下方被加热，产生的水蒸气从下方的喷气孔喷出更顺畅。[2]当水蒸气喷出推动风扇转动时，对扇叶做功，同时扇叶温度升高，扇叶的内能增大。（2）[1][2]汽轮机模型工作时，罐内的水蒸气通过中性笔喷出，推动风扇转动，是水蒸气的内能转化为风扇的机械能，能量转化是内能转化为机械能。如图所示的四个冲程依次是做功冲程、排气冲程、压缩冲程、吸气冲程，其中做功冲程是内能转化为机械能，和汽轮机模型相似。故A符合题意，BCD不符合题意；故选A。（3）A．增加酒精灯的高度，用其內焰加热，內焰温度低，会使水产生的水蒸气减少，蒸汽喷射力更不足，不能提升扇叶转速，故A不符合题意；B．更换一个更轻的扇叶，扇叶质量减小，在相同的蒸汽喷射力作用下，更容易转动，能提升扇叶转速，故B符合题意；C．更换一个“喷气孔”更大的中性笔管，能喷出更多的水蒸气，增大蒸汽喷射力，能提升扇叶转速，故C符合题意；D．用密封胶密封易拉罐和笔管的间隙，减少漏气，能使更多的水蒸气从喷气孔喷出，增大蒸汽喷射力，能提升扇叶转速，故D符合题意。故选BCD。12．【答案】（1）水蒸气（2）上；做功（3）D【知识点】热机；热机的四个冲程【解析】【解答】（1）根据图片可知，给罐内的水加热，水汽化为高温的水蒸气，罐内的水蒸气通过笔外壳喷出，推动风扇转动，将内能转化为机械能，则该简易热机模型工作时，充当能量传递和转化的核心介质是水蒸气；（2）①水沸腾后产生的水蒸气在水面上方，则为了使水蒸气顺利排出冲击扇叶，因此中性笔管应在易拉罐的水面以上，以便水蒸气能够顺利喷出并推动扇叶。②水蒸气喷出时推动风扇转动，将自身的内能转化为风扇的机械能，相当于汽油机的做功冲程。（3）A．将酒精灯垫高后，酒精灯火焰的高度发生改变，此时不是利用酒精灯外焰加热，酒精灯火焰在单位时间内放出的热量减少，水升温慢，会使加热时间变长，故A不符合题意；B．由Δt=CD．酒精灯火焰在单位时间内放出的热量相同，提高水的初温，水加热至沸腾需要升高的温度变小，所用的时间会变短。故C不符合题意，D符合题意。故选D。

【分析】（1）根据图片推测这个装置的工作过程和原理，进而确定核心介质；

（2）①水沸腾后产生的水蒸气在水面上方，则为了使水蒸气顺利排出冲击扇叶据此确定笔管的位置；

②汽油机的压缩冲程，将机械能转化为内能；做功冲程，将内能转化为机械能。

（3）加热很长时间后，扇叶才开始转动，说明水蒸气的压力太小，想办法加快水蒸气产生的速度即可。（1）该简易热机模型工作时，充当能量传递和转化的核心介质是水蒸气，给罐内的水加热，水汽化为高温的水蒸气，罐内的水蒸气通过笔外壳喷出，推动风扇转动，将内能转化为机械能。（2）[1]简易热机模型工作时能量传递和转化的核心介质是水蒸气。水沸腾后产生的水蒸气在水面上方，因此中性笔管应在易拉罐的水面以上，以便水蒸气能够顺利喷出并推动扇叶。[2]水蒸气喷出时推动风扇转动，将自身的内能转化为风扇的机械能；热机的做功冲程中，燃气内能转化为活塞机械能，因此水蒸气推动小风扇转动过程相当于汽油机的做功冲程。（3）A．将酒精灯垫高，不是利用酒精灯外焰加热，酒精灯火焰在单位时间内放出的热量减少，水升温慢，会使加热时间变长，故A不符合题意；B．酒精灯火焰在单位时间内放出的热量相同，增加易拉罐中水的质量，由Δt=CD．酒精灯火焰在单位时间内放出的热量相同，若水的质量不变，不考虑热损失，单位时间内水温升高的度数相同。降低水的初温，水加热至沸腾需要升高的温度变大，所用的时间会更长；提高水的初温，水加热至沸腾需要升高的温度变小，所用的时间会变短。故C不符合题意，D符合题意。故选D。13．【答案】（1）机械能减小。原因是返回舱刚进入大气层后，降落伞相继打开，临近地面时，反推发动机启动向下喷气，给气体一个向下的力，由于物体间力的作用是相互的，气体给返回舱一个向上