科学九年级上册第5节 物体的内能综合训练题

浙教版九年级上册第三章第五节

物体的内能-内燃机及相关计算

【知识点分析】

一.热机

1.定义：把内能转化为机械能的机械

2.常见的内燃机种类：

（1）蒸汽机

（2）喷气式发动机

二.内燃机

1.定义：燃料在机器汽缸内燃烧的热机。汽油机和柴油机是两种常见的内燃机。

2.常见的内燃机：汽油机和柴油机

3.汽油机工作原理：气缸吸入汽油和空气的混合物，经火花塞点火将内能转化为机械能，推动着活塞运动。

4.柴油机工作原理：气缸吸入柴油，经喷油嘴把柴油喷进高温的气缸点燃，将内能转化为机械能，推动着活塞运动。

5. 内燃机的工作：对于内燃机的活塞上下运动我们把内燃机的工作分为四个冲程，作为一个工作循环，转两圈，做一次功，只有做功冲程是对外做功，其他冲程都是靠惯性完成

6. 内燃机的工作（以汽油机的图示为例）

（1）吸气冲程---进气门打开，排气门关闭，活塞向下，将空气吸入气缸（汽油机吸入的是汽油和空气的混合物）

（2）压缩冲程---进气门关闭，排气门关闭，活塞向上，压缩气缸里的气体（将机械能转化为内能）

（3）做功冲程---进气门关闭，排气门关闭，活塞向下，气缸里燃料燃烧（将内能转化为机械能，汽油机需要火花塞点火，柴油机压燃）

（4）排气冲程---进气门关闭，排气门打开，活塞向上，将气缸里的气体排出

7.汽油机与柴油机的区别：

（1）缸内吸入的气体： 汽油机吸入的是空气与汽油的混合气体，柴油机吸入的是空气

（2）点火方式： 汽油机在压缩冲程结束通过火花塞电子打火点燃，柴油机是压缩冲程结束通过喷油嘴喷入柴油蒸气后直接压燃

（3）结构上： 汽油机的火花塞，柴油机有喷油嘴。

（4）效率上： 柴油机的效率高于汽油机

（5）体积上： 柴油机更大，功率也相对大些。

【考点回顾】

1.      理解热机
2.      分清汽油机和柴油机的区别与联系
3.      掌握四个冲程的特点

【例题分析】

【例1】5月8日，我国新一代载人飞船试验船返回舱成功降落，标志着此次试验船飞行任务取得圆满成功。关于新一代载人飞船试验船分析正确的是（       ）

A．飞船减速下落过程中机械能保持守恒

B．飞船减速下落过程中，能量转化是动能转化为势能

C．飞船下落过程中与大气剧烈摩擦，内能转化为机械能

D．飞船运行过程中燃料燃烧将化学能转化为热能

【答案】D

【解析】

ABC．飞船减速下落过程中，与大气层摩擦，高度减小，速度减小，机械能转化为内能，机械能减小，动能减小，势能减小，故ABC错误；

D．飞船运行过程中燃烧燃料将燃料放出热量，将化学能转化为热能，故D正确。

【例2】热机的出现加快了人类社会的进步，同时也带来了相应的环境问题。如图所示为汽油机工作原理图，下列说法错误的是（　　）   

A．图a是吸气冲程 B．图b中气体温度升高

C．图d中内能转化为机械能 D．靠惯性完成的冲程是a、d、e

【答案】D

【解析】

A．图a中，一个气门打开，活塞向下运动，则为吸气冲程，故A正确不合题意。

B．图b中，两个气门关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，将机械能转化为内能，则气体温度升高，故B正确不合题意。

C．图d中，两个气门关闭，活塞向下运动，为做功冲程，将内能转化为机械能，故C正确不合题意。

D．d为做功冲程，这是四个冲程中唯一获得能量的冲程，故D错误符合题意。

【例3】如图是某内燃机工作过程中的工作示意图，下列说法错误的是（　　）   

A．热机的效率越高，做同样多的功消耗的燃料越少

B．这是压缩冲程，此冲程中机械能转化为内能

C．若该内燃机的转速为2400r/min，则该内燃机在1S内做功40次

D．这个冲程不给外界提供动力，靠飞轮的惯性完成

【答案】C

【解析】

A．根据公式

可知，当做的功相同时，热机的效率越大，消耗的燃料的质量m越小，故A正确，不合题意。

B．两个气门关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，将活塞的机械能转化为气体的内能，故B正确，不合题意。

C．若转速为2400r/min，则每秒内转动40r，因为转2圈做功1次，所以1s内做功20次，故C错误，符合题意。

D．压缩冲程不给外界提供动力，依靠飞轮的惯性完成，故D正确，不合题意。

【例4】如图是四冲程汽油机的工作示意图，下列说法错误的是（　　）

A．汽油机工作时各冲程的顺序依次为：丁、甲、丙、乙

B．除了丙冲程以外，其他冲程均靠飞轮的惯性完成

C．甲冲程中能量的转化：内能转化为机械能

D．无论怎样改进汽油机，汽油机的效率也无法达到100%

【答案】C

【解析】

A．甲图中气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程；乙图中排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程；丙图中气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，丁图中进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，汽油机工作时各冲程的顺序依次为：丁、甲、丙、乙，故A正确，不符合题意；

B．在热机的四个冲程中，只有丙冲程（做功冲程）做功，其他三个冲程是靠飞轮的惯性完成的，故B正确，不符合题意；

C．甲冲程是压缩冲程，将机械能转化为了内能，故C错误，符合题意；

D．热机在工作时不可避免的要克服机械部件间的摩擦做额外功，机械效率一定小于100%，故D正确，不符合题意。

【例5】2021年10月16日，搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火起飞，成功发射。如图，火箭喷气发动机是利用燃料在燃烧室中燃烧，燃气向后高速喷出，从而获得向前的动力。下列与火箭发动机燃烧室工作原理一致的冲程是（　　）

A． B． C． D．

【答案】C

【解析】

火箭的喷气发动机工作时，燃料燃烧产生高温高压的气体，经喷管向后高速喷出，从而获得向前的动力，使火箭发射出去，燃料燃烧时将化学能转化为内能，然后再将内能转化为火箭的机械能。

A．该图中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，为吸气冲程，没有能量的转化，故A不符合题意；

B．该图中两个气门关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，机械能转化为内能，故B不符合题意；

C．该图中两个气门关闭，活塞向下运动，为做功冲程，内能转化为机械能，故C符合题意；

D．该图中排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动，为排气冲程，没有能量的转化，故D不符合题意。

【例6】如图所示，吹足气的气球放手后，在空中飞行一段时间，气球喷气口温度降低。下图所示的热机四冲程与上述能量转化原理相同的是（　　）

A．B． C．D．

【答案】C

【解析】

A．两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，机械能转化为内能，故A不符合题意；

B．排气门开启，活塞上行，气体流出汽缸，是排气冲程，没有能量转化，故B不符合题意；

C．两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，内能转化为机械能，故C符合题意；

D．进气门开启，活塞下行，气体流入汽缸，是吸气冲程，没有能量转化，故D不符合题意。

【例7】下列四个实验中，其能量转化方式与图甲所示汽油机对应冲程类似的是（　　）

A． 电火火花发生嚣点火后将盒盖顶出      B． 滚摆向下运动

C． 向下压缩空气引火仪                  D． 酒精灯加热杯中冷水

【答案】A

【解析】

图中汽油机两个气门关闭，活塞下行，是做功冲程，此冲程中内能转化为机械能。

A．电火花发生器点火后将盒盖顶出，此时燃气的内能转化为盒盖的机械能，与题中情境的能量转化方式相同，故A正确。

B．滚摆向下运动，重力势能减小，动能增加，所以是重力势能转化为动能的过程，故B错误。

C．向下压缩空气引火仪，将机械能转化为瓶内空气的内能，故C错误。

D．酒精灯加热杯中冷水，这是通过热传递的方式改变水的内能，故D错误。

【例8】十八世纪，瓦特发明的冷凝器蒸汽机推动了人类第一次工业革命。如图为蒸汽机的工作原理：打开阀门A、关闭阀门B，高压蒸汽进入汽缸，推动活塞上行。当活塞达到汽缸顶部时，关闭阀门A、打开阀门B，蒸汽进入冷凝器，汽缸内压强减小，活塞下降，如此循环往复。下列说法错误的是（　　）

A．用水冷凝蒸汽是利用热传递改变内能

B．蒸汽机在整个工作过程中遵循机械能守恒

C．蒸汽机活塞上行过程与汽油机的做功冲程相似

D．蒸汽推动活塞向外做功后，蒸汽的内能会减小

【答案】B

【解析】

A．由于水和蒸汽存在温度差，蒸汽放出热量，水吸收热量，故A正确，不符合题意；

B．在整个工作过程中部分机械能转化为内能，机械能不守恒，故B错误，符合题意；

C．蒸汽机活塞上行过程蒸汽的内能转化为活塞的机械能，故C正确，不符合题意；

D．物体对外做功内能减小温度降低，故D正确，不符合题意。

【例9】婚礼上常用的礼花喷射器结构如图，气罐内有高压气体，气罐通过气阀与纸简相连。使用时转动纸筒打开气阀，气体将纸筒内的礼花快速喷向远处。对该过程的分析正确的是（　　）

A．罐内气体的内能增加

B．气罐内壁的温度降低

C．罐内气体通过热传递方式改变了内能

D．该过程能量转化方式与汽油机压缩冲程类似

【答案】B

【解析】

AB.使用时转动纸筒打开气阀，气体将纸筒内的礼花快速喷向远处，将高压气体的内能转化为礼花的机械能，则气体的内能减小，气罐内壁的温度降低，故A错误，B正确。

C.罐内气体通过做功的方式改变内能，故C错误。

D.该过程将内能转化为机械能，能量转化方式与汽油机的做功冲程类似，故D错误。

【例10】如图是四冲程汽油机做功冲程的示意图，汽油燃烧产生高温高压的气体推动活塞向下运动。在活塞向下运动的过程中，有关气缸内气体的说法正确的是（　　）

A．气体的温度升高 B．气体的内能减少

C．气体的密度增大 D．气体的压强增大

【答案】B

【解析】

由图可知，两个气阀关闭，活塞向下运动，是做功冲程，即高温高压气体对活塞做功，气体的内能减少、温度降低，气体质量不变，体积变大，故气体分子的密度减少，故B正确，ACD错误。

【例11】如图所示对于图片中所描述的物理过程，下列分析中正确的是（　　）

A．图甲，厚玻璃内的空气被压缩时，空气的内能减少

B．图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气的内能增大

C．图丙，试管内的水蒸气动了塞子冲出时，水蒸气的内能增加

D．图丁，汽缸内的气体动活塞向下运动时，气体的内能减少

【答案】D

【解析】

A．图甲中，当把活塞迅速压下去后，活塞压缩气体做功，气体的内能增加，故A错误；

B．瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气对活塞做功，空气的内能转化为塞子的机械能，空气的内能减少，故B错误；

C．试管内的水蒸气推动了塞子冲出时，水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能减少，故C错误；

D．汽缸内的气体推动活塞向下运动时（即做功冲程），气体的内能转化为机械能，气体的内能减少，故D正确。

【例12】2018年12月8日我国嫦娥4号月球探测器在西昌成功发射，经历了地月转移、近月制动、环月飞行、动力下降，最终在2019年1月3日实现了人类首次月球背面软着陆。右图是嫦娥4号发射时的壮观场景，其能量转化正确的是 （　　）

A．内能→化学能→机械能 B．化学能→内能→机械能

C．化学能→内能→重力势能 D．内能→化学能→重力势能

【答案】B

【解析】

火箭属于热机，热机工作时，通过燃料燃烧将化学能转化为内能，而后通过做功，将内能转化为机械能，故B正确。

【例13】如图所示三种现象或过程中都涉及能量的转化，下列分析正确的是（       ）

A．图甲，塞子被弹起时，热水瓶内水蒸气对塞子做功，瓶内气体内能增大

B．图乙，表示汽油机处于做功冲程，能量转化角度看，与图甲相似

C．图丙，表示汽油机处于压缩冲程，能量转化角度看，与图甲相似

D．图丙，燃料的化学能转化成燃气的内能，再转化成机械能

【答案】D

【解析】

A．塞子被弹起时，热水瓶内水蒸气对塞子做功，将水蒸气的内能转化为塞子的机械能，所以瓶内水蒸气的内能会减小，故A错误；

B．乙图中，此时两个气门都关闭，活塞由下向上运动，压缩气缸内气体，则该冲程是压缩冲程，即是把机械能转化为内能的过程，与图甲的能量转化不同，故B错误；

CD．丙图中，进气门和排气门都是关闭的，活塞下行，可以判断是做功冲程，此冲程中燃料的化学能转化成燃气的内能，再转化成机械能，与图甲的能量转化相似，故C错误，D正确。

【例14】油电混合动力汽车是指同时装备两种动力源——热动力源(传统的汽油机或者柴油机)与电动力源(电池与电动机)的汽车。混合动力汽车的发动机要使用燃油，在起步、加速时，由于有电动机的辅助，所以可以降低油耗。以下说法不正确的是(       )

A．汽油机和柴油机都属于内燃机

B．当油电混合动力汽车的电动机工作时，将电能的一部分转化为机械能

C．汽油机的做功冲程将内能转化为机械能

D．上述汽油机的工作原理示意图中③为压缩冲程

【答案】D

【解析】

A．内燃机分为汽油机和柴油机，故A正确，不符合题意；

B．油电混合动力汽车的电动机工作时，除了将内能转化为机械能外，还可以实现一部分电能向汽车的机械能转化，故B正确，不符合题意；

C．在做功冲程中，汽油机将内能转化为机械能，由此获得动力，故C正确，不符合题意；

D．上述汽油机的工作原理示意图中③中，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，高温高压气体推动活塞向下运动，属于做功冲程，故D错误，符合题意。

【例15】汽车紧急刹车时，轮胎温度急剧升高，内能增大；以下四个事例中改变物体内能的方式与之相同的是(　　)

甲、食物放入冰箱内      乙、冬天搓手取暖     丙、取暖器取暖  丁、汽油机压缩冲程

A．乙、丁 B．甲、丙 C．乙、丙 D．甲、丁

【答案】A

【解析】

汽车紧急刹车时，轮胎与地面摩擦，克服摩擦做功，轮胎温度急剧升高，内能增大，是通过做功的方式改变内能的。

甲图中食品放入冰箱内，食品放出热量，属于热传递改变物体的内能；

乙图中冬天搓手取暖，属于做功改变物体的内能；

丙图中取暖器取暖，属于热传递改变物体的内能；

丁图中汽油机压缩冲程，属于做功改变物体的内能。

【例16】如图所示，对于图片中所描述的物理过程，下列分析中正确的是（　　）

①图甲，厚玻璃筒内的空气被压缩时，空气的内能增加

②图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气的内能增大

③图丙，试管内的水蒸气推动塞子冲出时，水蒸气的内能减少

④图丁，汽缸内的气体推动活塞向下运动时，气体的内能增大

A．①② B．③④ C．①③ D．②④

【答案】C

【解析】

①图甲中厚玻璃内的空气被压缩时，活塞对空气做功，瓶内空气温度升高，空气的内能增加，故①正确；

②图乙中瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气对活塞做功，空气的内能减小，故②错误；

③图丙中试管内的水蒸气推动了塞子冲出时，水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，水蒸气的内能减少，故③正确；

④图丁中汽缸内的气体推动活塞向下运动时(即做功冲程)，内能转化为机械能，气体的内能减少，故④错误；

以上分析中正确的是①③。

【例17】如图所示，某同学将电火花发生器尾部金属体塞入注射器前瑞小孔并将小孔密封。另取蘸有酒精的棉球从注射器末端放入并将活塞推至如图所示位置。轻轻晃动棉球后，按动电火花发生器的按钮，点燃注射器中的酒精蒸气，活塞即刻弹出。关于此实验，分析正确的是（       ）

A．酒精完全燃烧和不完全燃烧时，其热值不同

B．酒精燃烧释放热量是将化学能转化为机械能

C．燃气推动活塞飞出的过程相当于汽油机的压缩冲程

D．活塞飞出时，注射器内气体的内能减少，温度降低

【答案】D

【解析】

A.热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料是否完全燃烧无关，故A错误。

B.酒精燃烧过程中把化学能转化为内能，故B错误。

C.燃气推动纸筒飞出的过程是燃气推动纸筒做功的过程，相当于内燃机的做功冲程，故C错误。

D.燃气推动活塞做功，活塞飞出后注射器内气体的内能减小，温度降低，故D正确。

【例18】热水瓶的瓶塞会跳起来，如图甲。汽车中的汽油机在工作，如图乙（一个冲程），那么有（       ）

A．瓶内水蒸气内能增加

B．瓶内热水通过对瓶塞做功将热量传递给空气

C．瓶塞跳起的过程与图乙所示的原理相似

D．汽油机的排气冲程中两个气门都打开

【答案】C

【解析】

AB．热水瓶的瓶塞会跳起来，水蒸气对瓶塞做功，水蒸气的内能转化为瓶塞的机械能，所以水蒸气的内能减小，是通过做功的方式改变瓶内水蒸气的内能，故AB错误；

C．由图可知，两个气门都是闭合的，火花塞点火，活塞下行，为做功冲程，内能转化为机械能，所以瓶塞跳起的过程与图乙所示的原理相似，故C正确；

D．汽油机的排气冲程中，进气门是关闭的，排气门打开，活塞上行，把废气排出去，故D错误。

【例19】在如图所示的四幅图中，甲、乙是课堂上看到的两个演示实验示意图；丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的其中两个过程示意图，从能量转换的角度分析，以下说法正确的是（　　）

A．甲、丁都是将机械能转化为内能

B．甲、丙都是将机械能转化为内能

C．乙、丙都是将内能转化为机械能

D．乙将内能转化为机械能，丁将机械能转化为内能

【答案】B

【解析】

甲图是用力将活塞压下，活塞对空气做功，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；

乙图对试管中的水加热，加快水的蒸发，使试管中水的内能增大，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；

丙图两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程；压缩冲程是把机械能转化为内能的过程；

丁图两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程；做功冲程将内能转化为机械能；

综上所述，B正确。

【例20】下列有关汽油机的说法错误的是（       ）

A．汽油机的做功冲程中将热能转化为机械能

B．汽油机完成一次做功曲轴转动2周

C．在排气冲程末，残余废气不仅影响充气，对燃烧也有不良影响

D．汽油机在压缩冲程末，工作物质压强增大，温度降低

【答案】D

【解析】

A．汽油机的做功冲程中，是将热能转化为机械能，故A正确；不符合题意；

B．汽油机完成一次做功，曲轴转动2周，故B正确；不符合题意；

C．在排气冲程末，残余废气会阻碍空气的吸入，且废气不利于汽油的燃烧，故C正确；不符合题意；

D．汽油机在压缩冲程末，工作物质压强增大，温度升高，故D错误。符合题意。