14.1熱機參考答案與試題解析一．基礎過關（共3小題）1．熱機的種類很多，盡管它們在構造上各不相同，但都是把內能轉化為機械能的機器，它的工作循環有四個沖程，其中做功沖程完成上述的能量轉化。【答案】見試題解答內容【解答】解：汽油機和柴油機都是為了讓機械運動，因此都是把內能轉化為機械能的機器；汽油機、柴油機的一個工作循環包括：吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程。做功沖程是高溫高壓的燃氣對活塞做功完成的，是將內能轉化為機械能的過程。故答案為：機械；做功。2．如圖所示為汽油機工作時各沖程的示意圖，請按要求填空。（1）甲的進氣門關閉，排氣門關閉，活塞向上運動，為壓縮沖程。（2）乙的進氣門關閉，排氣門打開，活塞向上運動，為排氣沖程。（3）丙的進氣門打開，排氣門關閉，活塞向下運動，為吸氣沖程。（4）丁的進氣門關閉，排氣門關閉，活塞向下運動，為做功沖程。（5）正常工作順序為丙、甲、丁、乙。其中丁沖程提供動力對外做功，甲乙丙沖程靠飛輪的慣性完成。（均填序號）（6）將機械能轉化為內能的是甲沖程；將內能轉化為機械能的是丁沖程。（均填序號）【答案】（1）關閉；關閉；上；壓縮；（2）關閉；打開；上；排氣；（3）打開；關閉；下；吸氣；（4）關閉；關閉；下；做功；（5）丙、甲、丁、乙；丁；甲乙丙；（6）甲；丁。【解答】解：（1）甲圖中進氣門和排氣門都關閉，活塞向上運動，燃料混合物被壓縮成高溫高壓氣體，是壓縮沖程；（2）乙圖中進氣門關閉，排氣門打開，活塞向上運動，是排氣沖程；（3）丙圖中進氣門打開，排氣門關閉，活塞向下運動，是吸氣沖程；（4）丁圖中進氣門和排氣門都關閉，活塞向下運動，并通過連桿帶動曲軸轉動，是做功沖程；（5）正常工作順序為丙、甲、丁、乙；其中做功沖程提供動力對外做功，其它沖程靠飛輪的慣性完成；（6）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。故答案為：（1）關閉；關閉；上；壓縮；（2）關閉；打開；上；排氣；（3）打開；關閉；下；吸氣；（4）關閉；關閉；下；做功；（5）丙、甲、丁、乙；丁；甲乙丙；（6）甲；丁。3．汽油機與柴油機的區別為：（1）吸入物質上：吸氣沖程汽油機吸入汽油和空氣的混合物，柴油機吸入空氣。（2）在壓縮沖程中，活塞能把燃料氣體混合物的體積或空氣的體積壓縮得更小，使氣體壓強更大，溫度更高，做功更多，效率更高的是柴油機。（3）汽油機和柴油機在構造上相比，汽油機頂部有一個火花塞，柴油機頂部有一個噴油嘴。【答案】見試題解答內容【解答】解：汽油機在吸氣沖程中吸入了汽油和空氣的混合氣體，在壓縮沖程中，機械能轉化為內能，內能增大，溫度升高，汽油機氣缸頂端有個火花塞，此時火花塞噴出電火花，點燃汽油。產生高溫高壓的燃氣推動活塞做功。柴油機在吸氣沖程中吸入空氣，在壓縮沖程中，機械能轉化為內能，空氣的內能增大，溫度升高達到柴油的著火點，柴油機氣缸頂端有個噴油嘴，此時噴油嘴噴出霧狀的柴油，柴油依靠壓縮時內能增大，溫度升高，達到柴油著火點而燃燒，點燃方式是壓燃式。燃燒產生高溫高壓的燃氣推動活塞做功。柴油機的壓縮比例更大，溫度更高，做功越多，效率越高。故答案為：（1）汽油和空氣的混合物；空氣；（2）柴油；（3）火花塞；噴油嘴。二．過關檢測（共12小題）4．下列關于汽油機和柴油機的說法，正確的是（）A．柴油機的工作過程分為吸氣、壓縮、排氣三個沖程 B．汽油機和柴油機都屬于內燃機 C．汽油機比柴油機笨重 D．汽油機的功率比柴油機大【答案】B【解答】解：A、柴油機的工作過程分為吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程，故A選項錯誤；B、柴油機和汽油機都屬于內燃機，故B選項正確；CD、柴油機一般比較笨重，功率相對較大，常用于配置卡車、大型拖拉機等；汽油機比柴油機較輕巧，常用于小型汽車等，故CD錯誤。故選：B。5．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。這四個沖程的正確排列順序是（）A．1234 B．3412 C．1324 D．2341【答案】B【解答】解：1圖中的兩個氣閥都關閉，活塞向下運動，所以為做功沖程，是第三沖程；2圖中的一個氣閥打開，活塞向上運動，所以為排氣沖程，是第四沖程；3圖中的一個氣閥打開，活塞向下運動，所以為吸氣沖程，是第一沖程；4圖中的兩個氣閥都關閉，活塞向上運動，所以為壓縮沖程，是第二沖程故排列順序應該為：3412。故選：B。6．汽油機在壓縮沖程中，汽缸中空氣的溫度、內能和體積的變化情況是（）A．溫度升高，內能增加，體積減小 B．溫度升高，內能增加，體積增大 C．溫度降低，內能減少，體積減小 D．溫度降低，內能減少，體積增大【答案】A【解答】解：在壓縮沖程中，活塞由下向上運動，壓縮汽缸內的混合氣體，使其體積減小，活塞對汽缸中的混合氣體做功，使混合氣體的內能增大，溫度升高。故選：A。7．如圖所示，甲、乙是兩個演示實驗的示意圖；丙、丁是四沖程汽油機工作過程中的兩個沖程示意圖。下列說法中，正確的是（）A．丙圖所示的是壓縮沖程，其工作原理如甲圖所示的實驗 B．丙圖所示的是做功沖程，其工作原理如乙圖所示的實驗 C．丁圖所示的是壓縮沖程，其工作原理如乙圖所示的實驗 D．丁圖所示的是做功沖程，其工作原理如甲圖所示的實驗【答案】D【解答】解：由圖甲，向瓶內打氣到一定程度后瓶塞彈起，瓶內氣體對瓶塞做功，內能轉化為機械能；由圖乙，用力將活塞壓下，活塞對空氣做功，空氣的內能增大，溫度升高，達到了棉花的著火點，棉花就會燃燒。是將機械能轉化為內能的過程。由圖丙，氣門都關閉，活塞向上運動，所以是汽油機的壓縮沖程，機械能轉化為內能；由圖丁，氣門都關閉，活塞向下運動，所以是汽油機的做功沖程，內能轉化為機械能。由以上分析可知，D正確。故選：D。8．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在吸氣沖程中，都會吸入空氣②在做功沖程中，是機械能轉化為內能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．只有①②③ B．只有①③ C．只有②④ D．只有②③④【答案】B【解答】解：①汽油機在吸氣沖程中吸入的是汽油和空氣的混合物，而柴油機吸入的是空氣，所以在吸氣沖程中，都會吸入空氣，故①正確；②在汽油機的做功沖程中，是內能轉化為機械能，故②錯；③在汽油機的四個沖程中，只有做功沖程是燃氣對外做功，故③正確；④汽油機和柴油機的點火方式不同，汽油機中有火花塞，采用的是點燃式點火；而柴油機是噴油嘴噴出霧狀柴油，進行壓燃式點火，故④錯誤。所以只有①③正確。故選：B。9．如圖所示，是小普同學跟爺爺學習氣功的四個基本動作。由此他聯想到熱機的四個沖程，以下與吸氣沖程最相似的是（）A．鼻孔吸氣B．氣沉丹田C．排山倒海 D．打完收工【答案】A【解答】解：小普同學跟爺爺學習氣功的四個基本動作，鼻孔吸氣相當于吸氣沖程，氣沉丹田相當于壓縮沖程，排山倒海時對外做功，相當于做功沖程，打完收工相當于排氣沖程；故A符合題意。故選：A。10．世界上很多發明都是受到生活現象的啟發而萌生的創意，比如：蒸汽機和汽油機，它們工作時，能的轉化過程是內能轉化為機械能，圖中乙（選填“甲”或“乙”）是汽油機的工作原理圖。一臺四沖程內燃機飛輪轉速為3600r/min，在1秒鐘內內燃機的活塞做了30次功。【答案】見試題解答內容【解答】解：（1）蒸汽機和汽油機都屬于熱機，熱機是將內能轉化為機械能的機器；由圖甲可知，燃料燃燒，將燃料的化學能轉化為水和水蒸氣的內能，從玻璃管口噴出的水蒸氣驅動葉輪轉動，水蒸氣會對葉輪做功，將水蒸氣的內能轉化為葉輪的機械能；此過程與蒸汽機的工作過程相似，反映了蒸汽機的工作原理。在圖乙中，火焰使上方空氣溫度升高、上升，熱空氣帶動葉輪轉動，內能轉化為機械能；汽油機在做功沖程中，高溫高壓的燃氣推動活塞做功，內能轉化為機械能；所以圖乙反映了汽油機的工作原理。（2）四沖程內燃機飛輪轉速為3600r/min＝60r/s，即每秒鐘飛輪轉60圈；因為飛輪每轉2圈，對外做功1次，所以在1秒鐘內做功的次數為＝30次。故答案為：內能轉化為機械能；乙；30。11．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，立即向汽缸內噴水，水在高溫汽缸內迅速汽化成高溫、高壓的水蒸氣，推動活塞再次做功。據此判斷，單缸六沖程內燃機的一個工作循環對外做功2次，為進入下一個工作循環，該內燃機的第六沖程應該是排氣沖程。【答案】2；排氣【解答】解：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；單缸六沖程內燃機的一個工作循環對外做功2次；所以為進入下一個工作循環，這款內燃機的第六沖程是排氣沖程。故答案為：2；排氣。12．“汽車不但要吃油，有時也要喝水”，在汽車內燃機工作的過程中，把內能轉化為機械能的是做功沖程。用水冷卻發動機是因為水的比熱容大，在發動機開始工作后一段時間內，水箱中水的內能會增加（填“增加”或“減少”），這是通過熱傳遞方式來改變內能的。【答案】見試題解答內容【解答】解：汽油機在工作時，在做功沖程中，內能轉化為機械能；由公式Q＝cmΔt知，在質量和升高的溫度相同時，與其它液體比較，因為水的比熱最大，所以吸收的熱量最多，冷卻效果最好；發動機工作過程中會產生熱量，熱量傳遞到水，使水的內能增加。這是通過熱傳遞的方式改變內能的。故答案為：做功；比熱容；增加；熱傳遞。13．如圖是四沖程汽油機的某個沖程，由圖可看出它正處于壓縮沖程，該沖程將機械能轉化為內能，若該汽油機飛輪的轉速是60r/s，則汽油機每秒鐘對外做功30次。【答案】見試題解答內容【解答】解：從圖中可以看出，兩個氣門關閉，活塞上行，是壓縮沖程，此沖程中，機械能轉化為內能；飛輪的轉速是60r/s，因為飛輪轉動一圈完成兩個沖程，所以1s可以完成2×60＝120個沖程，完成四個沖程，對外做功一次，所以1s可以做功30次。故答案為：壓縮；內；30。14．如圖所示，在試管內裝些水，用橡皮塞塞住，加熱水至沸騰，將會看到的現象是橡皮塞被沖出，并在管口處看到白霧。此實驗能量的轉化過程是：燃料的化學能通過燃燒轉化為內能，又通過做功，將內能轉化為機械能。【答案】見試題解答內容【解答】解：在如圖所示的實驗中，用酒精燈加熱一段時間后，會觀察到的現象有：①瓶塞沖出試管；②瓶塞沖出后試管口處出現白霧等。實驗中的能量轉化過程是：①酒精燃燒放出熱量，酒精的化學能轉化為水的內能；水吸熱沸騰，產生大量水蒸氣，氣體膨脹對橡皮塞做功，氣體的內能轉化為橡皮塞的機械能。故答案為：沖出；白霧；化學；內；內；機械。15．如圖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。蒸汽彈射器的汽缸內充滿高溫高壓的氣體，在彈射飛機時，高溫高壓的氣體快速向外推動活塞做功，汽缸內氣體的溫度降低（升高/不變/降低）；我國最新航母“福建”艦采用更先進的電磁彈射技術，電磁彈射把電能轉化成機械能。【答案】做功；降低；電。【解答】解：在彈射飛機時，高溫高壓的氣體快速向外推動活塞，對活塞做功，汽缸內氣體的內能減少，溫度降低；電磁彈射時，消耗了電能，使飛機獲得了機械能，故把電能轉化成機械能。故答案為：做功；降低；電。三．能力提升（共1小題）16．圖甲為四缸發動機工作原理：內燃機通過連桿把四個汽缸的活塞連在一根曲軸上，并使各汽缸的做功過程錯開，在飛輪轉動的每半周里，都有一個汽缸在做功，其他三個汽缸分別在做吸氣、壓縮和排氣工作。排量2L輸出功率100kW轉速3000r/min（1）發動機在做功沖程里，高溫高壓的氣體推動活塞向下運動，對外做功。（2）有一臺四缸發動機，其主要技術指標如表所示。圖乙為發動機做功沖程的示意圖；其中排量等于四個汽缸工作容積的總和，汽缸工作容積指活塞從上止點到下止點所掃過的容積，又稱單缸排量，它取決于活塞的面積和活塞上下運動的距離（即沖程長）。轉速表示每分鐘曲軸或飛輪所轉的周數。該發動機在1s內做功105J，單缸排量V＝0.5L。（3）在做功沖程里，氣體對活塞所做的功可表示為W＝pV，式中p表示氣體對活塞的壓強，則p＝2×106Pa．（1L＝10﹣3m3）【答案】見試題解答內