三、热机的工作原理教案和学案内容

高中人教版物理选修1-2 第二章

第三节

热机的工作原理

同步测试

一、单选题（共10题；共20分）

1.PM2.5主要来自化石燃料、生物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，要求我们节约及高效利用能源．关于能源和能量，下列说法中正确的是（ ）

A. 自然界中的石油、煤炭等能源可供人类永久使用 B. 人类应多开发与利用太阳能、风能等新能源

C. 能量被使用后就消灭了，所以要节约能源 D. 能量耗散说明自然界的能量在不断减少

2.内燃机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀而做功，则（

）

A. 这些气体的内能一定不变 B. 这些气体的内能一定增加

C. 这些气体的温度一定降低 D. 这些气体的温度一定升高

3.摩托车上的热机工作时提供动力的冲程是（

）

A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程

4.下列现象中，通过做功改变物体内能的是（

）

A. 放入电冰箱中的食物温度降低 B. 夏天，在阳光的照射下，柏油路面温度升高

C. 给自行车轮胎充气时，气筒变热 D. 用火炉烧水，水的温度升高

5.关于能量耗散，下列说法中正确的是（ ）

A. 能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了

B. 能量耗散表明，能量守恒定律具有一定的局限性

C. 能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了

D. 能量不可能耗散，能量守恒定律反映了自然界中能量转化的宏观过程可以有任意的方向性

6.“绿色、环保、低碳”是当今世界的关键词，“低碳”要求我们节约及高效利用能源．关于能源与能量，下列说法正确的是（ ）

A. 能量被使用后就消失了，所以要节约能源

B. 自然界中石油、煤炭等能源是可再生资源，可供人类长期使用

C. 能量被使用后虽然没有减少，但可利用的品质下降了，所以要节约能源

D. 人类可以不断开发和利用风能、太阳能等质量能源，所以能量可以被创造

7.某同学非常勤于物理思考．一次，该同学对自行车打气，在打气筒缓慢下压的过程中，得出车胎内气体的几种说法，你认为正确的说法是（

）

A. 气体内能减小，放出热量 B. 气体对外做功，温度升高

C. 气体体积减小，吸收热量 D. 气体压强增大，内能几乎不变

8.能源是社会发展的基础．下列关于能量守恒和能源的说法正确的是（ ）

A. 能量是守恒的，能源是取之不尽、用之不竭的

B. 能量的耗散反映了能量是不守恒的

C. 开发新能源，是缓解能源危机的重要途径

D. 对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减小，形成“能源危机”

9.一种冷暖两用空调铭牌标注有如下指标：输入功率1kW

，

制冷能力1.2×104kJ/h

，

制热能力1.3×104kJ/h

，

这样，

该空调在制热时，每消耗1J的电能，将放出约3J的热量．下列说法正确的是：（

）A. 此数据违反了能量守恒定律，所以铭牌标注的指标有错误

B. 空调不论是制热还是制冷都是将热量从高温物体传给低温物体，所以不违反热力学第二定律

C. 空调不论是制热还是制冷都是将热量从低温物体传给高温物体，而且违反热力学第二定律

D. 空调制热时放出的热量，一部分由电能转化而来的，另一部分则是从室外吸收的

10.关于能量和能源，下列说法正确的是（ ）

A. 在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源

B. 能量耗散说明能量在转化的过程中，其总量会不断减少

C. 能量耗散现象说明，在能量转化的过程中，可利用的品质降低了

D. 人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造

二、填空题（共4题；共13分）

11.近期科学家发明了一种单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同，在第四冲程结束后，立刻向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速________（填物态变化名称）成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，在水蒸气推动活塞做功的过程中主要的能量转化情况是________，从而提高了热机的效率．

12.内燃机的一个工作循环有四个冲程，其中压缩冲程是把________转化________；某四冲程汽油机的转速3000转每分钟，那么在1分钟内，该汽油机的冲程数是________个，对外做功________次．

13.如图是汽油机工作的四个冲程（顺序已打乱），汽油机一个工作循环对外做功________次，请按一个工作循环的过程，将四个图重新排序：________，内燃机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀而对外做功，做功时气体的温度________，内能________．

14.如图表示的是汽油机的________冲程；在该冲程中，是________能转化为________能．

三、综合题（共2题；共14分）

15.图1为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作．

排量

2.0L 输出功率 120kW 转速

6000r/min

（1）发动机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将________能转化为________能．

（2）有一台四缸发动机，其主要技术指标如上表所示．其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离L（如图2）．该发动机在1s内做功________ J，单缸排量V= ________ L．

16.一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V0

，

开始时内部封闭气体的压强为p0

．

经过太阳暴晒，气体温度由T0=300K升至T1=350K ．

（1）求此时气体的压强．

（2）保持T1=350K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p0

．

求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值．判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因．

答案解析部分

一、单选题

1.【答案】B

【解析】【解答】A、煤、石油虽然是当今人类利用的主要能源，但不能短期内从自然界得到补充，是不可再生能源，故A错误；

B、太阳能和风能，包括水能等都是可再生资源且为清洁能源，应该尽量开发，故B正确；

C、D、能量虽然守恒，但有些能量使用以后不可能再被利用，所以要节约资源，但能量是不会减少，也不会被消灭掉的，只是形式发生转变，故C错误，D错误；

故选：B．

【分析】可以从自然界源源不断得到补充的能源叫可再生能源，如：风能、水能、生物质能、太阳能；

短期内不能从自然界得到补充的能源叫不可再生能源，如：煤、石油、天然气．据此分析判断．

能量是守恒的，会发生转变，但不会减少，也不会被消灭．

2.【答案】C

【解析】【解答】当内燃机内部的高温燃气迅速膨胀对外做功时，内能转化为机械能，使得燃气的内能减小、温度降低．故选C．【分析】做功可以改变物体的内能：当外界对物体做功时，机械能转化为物体的内能，物体的内能增大、温度升高；例如克服摩擦做功、压缩气体做功、弯折铁丝做功、敲打铁块做功等

当物体对外界做功时，物体的内能转化为机械能，物体的内能减小，温度降低；例如气体膨胀做功．

3.【答案】C

【解析】【解答】做功冲程中将燃料燃烧产生的内能转化为机械能，为热机工作提供动力；故选C．

【分析】在四冲程内燃机的做功冲程中，燃料燃烧产生大量的高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能．

4.【答案】C

【解析】【解答】A、电冰箱中的食物放出热量、内能减少、温度降低，是利用热传递改变物体的内能，不符合题意；B、路面从太阳吸收热量、内能增加、温度升高，是利用热传递改变物体的内能，不符合题意；C、给自行车轮胎充气时，压缩空气做功，使空气和气筒内能增加、温度升高，是利用做功改变物体的内能，符合题意；D、水从火吸收热量，内能增加、温度升高，是利用热传递改变物体的内能，不符合

题意；故选C．【分析】改变物体内能的方法：做功和热传递，

热传递是能的转移过程，即内能从高温物体向低温物体转移的过程；

做功实质是能的转化过程．

5.【答案】C

【解析】【解答】A、B、C、能量耗散的过程中能量向品质低的大气内能转变，但是总的能量是守恒的，能量不能凭空产生，也不能凭空消失，但有方向性，故AB错误，C正确．

D、能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有的方向性，机械能可以自发地转化为内能，但内能不可能全部转化为机械能而不引起其它变化，故D错误．

故选：C．

【分析】解答本题的关键是充分理解热力学第二定律，正确理解能量耗散和能量的转化与守恒

6.【答案】C

【解析】【解答】A、能量守恒定律告诉我们，能量是不会减少的，煤炭、石油、天然气等化石能源使用后，化学能转化为内能耗散了，虽然总能量没有减小，但是可以利用的品质降低了，故依然要节约能源，故A错误；C正确；

B、自然界中石油、煤炭等能源是有限的，故会不断减少，故B错误；

D、人类不断地开发和利用新的能源，如风能、太阳能，本质上都来源于太阳，符合能量守恒定律；所以故D错误；

故选：C．

【分析】能源就是向自然界提供能量转化的物质（矿物质能源，核物理能源，大气环流能源，地理性能源）．新能源又称非常规能源．是指传统能源之外的各种能源形式．指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等．

7.【答案】D

【解析】【解答】在打气筒缓慢下压的过程中，气体的温度几乎不变，内能几乎不变，外界对气体做功，

根据热力学第一定律可知气体放出热量，由pV=c知，气体的压强增大，故ABC错误，D正确．故选：D．【分析】在打气筒缓慢下压的过程中，气体的温度几乎不变，内能几乎不变，根据玻意耳定律分析压强的变化，由体积的变化分析做功情况．由热力学第一定律分析热量．

8.【答案】C

【解析】【解答】A、能量是守恒的，但是能为人类直利使用的能源却是有限的；故A错误；

B、能量的耗散是因为能源的品质降低，并不违背能量守恒定律；故B错误；

C、开发新能源，特别是可重复利用的能源是缓解能源危机的重要途径；故C正确；

D、对能源的过度消耗将使自然界的能源不断减小，形成“能源危机”；但并没有使能量减小；故D错误；

故选：C．

【分析】能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变，这就是能量守恒定律．

9.【答案】D

【解析】【解答】A、该空调在向室内放出的热量，一部分通过电流做功，消耗电能转化而来，另一部分通过从外界吸收热量而来，因此并不违反能量守恒定律，故A错误，D正确．

B、C、空调不论是制热还是制冷都是通过电流做功，将热量从低温物体传给高温物体，并不违反热力学第二定律，故B错误，C不正确．

故选：D．

【分析】做功和热传递都可以改变物体的内能，空调制热时一方面通过电流做功即消耗电能，另一方面通过房间内外的热传递进行．

10.【答案】C

【解析】【解答】A、在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但可利用率越来越小，故仍需节约能源．故A错误．

B、能量耗散说明能量在转化的过程中能量的可利用率越来越小，但总量不会减少．故B错误．

C、能量耗散说明能量在转化的过程中能量的可利用率越来越小，可利用的品质降低了，故C正确．

D、能量既不会创生也不会消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体．故D错误．

故选C．

【分析】能量既不会创生也不会消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体．在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但由于能量耗散，故能量的可利用率越来越小．

二、填空题

11.【答案】汽化；内能转化为机械能

【解析】【解答】据题意可知，该内燃机在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸汽，推动活塞再次做功，使得水蒸气的内能转化为内燃机的机械能，即这样燃烧同样

多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的效率．

故答案为：汽化；内能转化为机械能．

【分析】（1）物质由液体变为气态称为汽化；（2）看清该过程中消耗了哪种形式的能，进而又产生了哪种形式的能即可；

12.【答案】机械能；内能；6000；1500

【解析】【解答】（1）内燃机的压缩冲程将机械能转化为内能；（2）汽油机飞轮转速为3000r/min，则1min内完成

×3000=1500个工作循环，完成的冲程为1500×4=6000个，对外做功1500次．故答案为：机械能；内能；6000；1500．

【分析】（1）内燃机的四个冲程中压缩冲程将机械能转化成内能，做功冲程是将内能转化为机械能；（2）汽油机飞轮每转2转，对外做功一次，完成一个工作循环．

13.【答案】一；DACB；降低；减小

【解析】【解答】汽油机一个工作循环包括四个冲程，只有做功冲程对外做功，因此一个工作循环做功一次；

A图中的两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程；

B中的一个气阀打开，活塞向上运动，所以为排气冲程；

C中的两个气阀都关闭，活塞下运动，所以为做功冲程；

D中的一个气阀打开，活塞向下运动，所以为吸气冲程；

故正确的排列顺序应该为：DACB．

内燃机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀而对外做功，做功时气体的温度降低，内能减小，将内能转化为机械能．

故答案为：一；DACB；降低；减小．

【分析】要解决此题首先要掌握汽油机的四个冲程：吸气、压缩、做功、排气冲程，同时需要掌握汽油机四冲程的特点；汽油机完成1个工作循环，对外做功一次．

14.【答案】做功；内；机械

【解析】【解答】进气门和排气门都是关闭的，活塞下行，火花塞喷出电火花，可以判断是做功冲程，做功冲程中内能转化为机械能．

故答案为：做功；内；机械．

【分析】由进气门和排气门的关闭和打开情况、活塞的上行和下行情况来判断是哪个冲程；

汽油机四个冲程中压缩冲程是机械能转化为内能，做功冲程是内能转化为机械能，排气和吸气冲程没有能的转化．

三、综合题

15.【答案】（1）内；机械

（2）1.2×10；0.5

∵

【解析】【解答】（1）在做功冲程里，高温、高压的燃气膨胀做功，将内能转化为机械能；（2）∴发动机在1s内做功：

W=Pt=120×103W×1s=1.2×105J，

∵四缸总排量为2.0L，

单缸排量：

V= ×2.0L=0.5L，

，55故答案为：（1）内；机械；（2）1.2×10；0.5．

【分析】（1）发动机在做功冲程里，高温、高压的燃气膨胀推动活塞做功，将燃气的内能转化为机械能．（2）知道发动机的输出功率，利用功率公式

排量．

16.【答案】（1）由于在温度升高的过程中封闭气体的体积保持不变，即封闭气体发生了等容变化，故根据

，

计算发动机在1s内做功；知道四个缸总排量，可以求单缸可得当温度升高到T1=350K时封闭气体的压强为

（2）根据根据克拉珀龙方程

，解得封闭气体的质量

，故有集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值

，根据热力学第二定律W+Q=△U，可知由于气体的温度T保持不变，所以△U=0．因为体积膨胀，即封闭气体对外做功，所以W＜0，所以Q＞0，即剩余气体从外界吸热．

【解析】【分析】（1）封闭气体发生了等容变化，故根据

即可求出封闭气体的压强．（2）根据根据克拉珀龙方程

，解得封闭气体的质量

，故有集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值

，再根据热力学第二定律W+Q=△U

，

可判定物体是吸热还是放热．