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9. 新趋势 教材 P46 素材改编 [2025 北京]在试管内装些水,用橡胶塞塞住管口,将水加热一段时间,橡胶塞被推出,管口出现大量“白气”,如图所示。下列说法中,正确的是 （
A.水变热的过程,其内能是通过做功的方式改变的
B.橡胶塞被推出的过程中,水的内能全部转化为塞子的机械能
C.水蒸气推出橡胶塞的过程中,水蒸气的内能减小
D.管口出现的“白气”是试管内的水直接汽化形成的
C
）A.水变热的过程,其内能是通过做功的方式改变的
B.橡胶塞被推出的过程中,水的内能全部转化为塞子的机械能
C.水蒸气推出橡胶塞的过程中,水蒸气的内能减小
D.管口出现的“白气”是试管内的水直接汽化形成的
答案
C
解析
【分析】本题考查内能的改变、物态变化及能量转化的相关知识，需结合对应概念逐一分析选项：明确改变内能的两种方式（做功、热传递）、能量转化的特点，以及“白气”的本质是液化形成的小水滴，再判断各选项的正误。
【解析】
选项A：水变热是通过酒精灯加热实现的，属于热传递改变物体内能，并非做功，因此A错误。
选项B：橡胶塞被推出时，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，但过程中会有部分能量散失（如热量向周围环境传递），并非全部转化，因此B错误。
选项C：水蒸气推出橡胶塞的过程中，水蒸气对外做功，自身内能减小、温度降低，因此C正确。
选项D：管口的“白气”是试管内的水蒸气遇冷液化形成的小水滴，不是水直接汽化（汽化是水变为水蒸气的过程）形成的，因此D错误。
【答案】C
【知识点】内能的改变、液化现象、能量转化
【点评】本题为基础概念题，考查内能、物态变化的核心知识点，需准确区分热传递与做功改变内能、液化与汽化的差异，理解能量转化的实际情况，难度较低。
【难度系数】0.6
【解析】
选项A：水变热是通过酒精灯加热实现的，属于热传递改变物体内能，并非做功，因此A错误。
选项B：橡胶塞被推出时，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，但过程中会有部分能量散失（如热量向周围环境传递），并非全部转化，因此B错误。
选项C：水蒸气推出橡胶塞的过程中，水蒸气对外做功，自身内能减小、温度降低，因此C正确。
选项D：管口的“白气”是试管内的水蒸气遇冷液化形成的小水滴，不是水直接汽化（汽化是水变为水蒸气的过程）形成的，因此D错误。
【答案】C
【知识点】内能的改变、液化现象、能量转化
【点评】本题为基础概念题，考查内能、物态变化的核心知识点，需准确区分热传递与做功改变内能、液化与汽化的差异，理解能量转化的实际情况，难度较低。
【难度系数】0.6
10. 某单缸四冲程汽油机的汽缸的活塞面积为 $30\ \mathrm{cm^2}$, 一个冲程中活塞在汽缸中移动的距离为50 mm, 满负荷工作时做功冲程中燃气的平均压强为 $9.0× 10^5\ \mathrm{Pa}$, 飞轮 1 min 转动 1 800 r。当汽油机满负荷工作时(不计摩擦),求:
(1) 做功冲程中燃气对活塞的平均压力。
(2) 一个做功冲程中燃气对活塞做的功。
(3) 汽油机的功率。
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(1) 做功冲程中燃气对活塞的平均压力。
(2) 一个做功冲程中燃气对活塞做的功。
(3) 汽油机的功率。
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答案
解：
(1) 做功冲程中燃气对活塞的平均压力
$ F = pS = 9.0×10^5\ \mathrm{Pa} × 30×10^{-4}\ \mathrm{m}^2 = 2.7×10^3\ \mathrm{N}$
(2) 一个做功冲程中燃气对活塞做的功
$ W = Fs = 2.7×10^3\ \mathrm{N} × 50×10^{-3}\ \mathrm{m} = 135\ \mathrm{J}$
(3) 飞轮转速为$1800\ \mathrm{r/min} = 30\ \mathrm{r/s}$，四冲程汽油机一个工作循环飞轮转2r，对外做功1次，因此每秒对外做功15次，
单次做功的时间$t=\frac{1}{15}\ \mathrm{s}$，
汽油机的功率
$ P = \frac{W}{t} = \frac{135\ \mathrm{J}}{\frac{1}{15}\ \mathrm{s}} = 2025\ \mathrm{W}$
(1) 做功冲程中燃气对活塞的平均压力
$ F = pS = 9.0×10^5\ \mathrm{Pa} × 30×10^{-4}\ \mathrm{m}^2 = 2.7×10^3\ \mathrm{N}$
(2) 一个做功冲程中燃气对活塞做的功
$ W = Fs = 2.7×10^3\ \mathrm{N} × 50×10^{-3}\ \mathrm{m} = 135\ \mathrm{J}$
(3) 飞轮转速为$1800\ \mathrm{r/min} = 30\ \mathrm{r/s}$，四冲程汽油机一个工作循环飞轮转2r，对外做功1次，因此每秒对外做功15次，
单次做功的时间$t=\frac{1}{15}\ \mathrm{s}$，
汽油机的功率
$ P = \frac{W}{t} = \frac{135\ \mathrm{J}}{\frac{1}{15}\ \mathrm{s}} = 2025\ \mathrm{W}$
解析
【分析】
要解决该问题，需分三步逐步推导：
1. 求燃气对活塞的平均压力：利用压强公式变形F=pS，注意将活塞面积的单位从cm²换算为m²，保证单位统一后计算；
2. 求一个做功冲程的功：依据功的计算公式W=Fs，把活塞移动距离的单位从mm换算为m，代入已求出的压力计算；
3. 求汽油机的功率：先明确四冲程汽油机的工作规律——飞轮每转2圈对外做功1次，据此算出1分钟内的做功次数，再计算总功，最后用功率公式P=W总/t算出功率。
【解析】
解：
(1) 做功冲程中燃气对活塞的平均压力：
活塞面积S=30 cm²=30×10⁻⁴ m²，由压强公式F=pS得：
F = pS = 9.0×10⁵ Pa × 30×10⁻⁴ m² = 2.7×10³ N；
(2) 一个做功冲程中燃气对活塞做的功：
活塞移动距离s=50 mm=50×10⁻³ m，由功的公式W=Fs得：
W = Fs = 2.7×10³ N × 50×10⁻³ m = 135 J；
(3) 汽油机的功率：
飞轮转速为1800 r/min，四冲程汽油机飞轮每转2圈对外做功1次，故1分钟内对外做功次数为1800÷2=900次；
1分钟内总功W总=900×135 J=121500 J，时间t=1 min=60 s；
由功率公式P=W总/t得：
P = 121500 J ÷ 60 s = 2025 W；
【答案】
(1) 2.7×10³ N；(2) 135 J；(3) 2025 W
【知识点】
压强计算、功的计算、功率计算
【点评】
本题结合四冲程汽油机的工作特性，考查压强、功、功率的综合计算，核心是单位换算和汽油机做功次数的规律，属于热机基础计算的典型题型，难度适中，需熟练掌握相关公式与规律。
【难度系数】
0.6
要解决该问题，需分三步逐步推导：
1. 求燃气对活塞的平均压力：利用压强公式变形F=pS，注意将活塞面积的单位从cm²换算为m²，保证单位统一后计算；
2. 求一个做功冲程的功：依据功的计算公式W=Fs，把活塞移动距离的单位从mm换算为m，代入已求出的压力计算；
3. 求汽油机的功率：先明确四冲程汽油机的工作规律——飞轮每转2圈对外做功1次，据此算出1分钟内的做功次数，再计算总功，最后用功率公式P=W总/t算出功率。
【解析】
解：
(1) 做功冲程中燃气对活塞的平均压力：
活塞面积S=30 cm²=30×10⁻⁴ m²，由压强公式F=pS得：
F = pS = 9.0×10⁵ Pa × 30×10⁻⁴ m² = 2.7×10³ N；
(2) 一个做功冲程中燃气对活塞做的功：
活塞移动距离s=50 mm=50×10⁻³ m，由功的公式W=Fs得：
W = Fs = 2.7×10³ N × 50×10⁻³ m = 135 J；
(3) 汽油机的功率：
飞轮转速为1800 r/min，四冲程汽油机飞轮每转2圈对外做功1次，故1分钟内对外做功次数为1800÷2=900次；
1分钟内总功W总=900×135 J=121500 J，时间t=1 min=60 s；
由功率公式P=W总/t得：
P = 121500 J ÷ 60 s = 2025 W；
【答案】
(1) 2.7×10³ N；(2) 135 J；(3) 2025 W
【知识点】
压强计算、功的计算、功率计算
【点评】
本题结合四冲程汽油机的工作特性，考查压强、功、功率的综合计算，核心是单位换算和汽油机做功次数的规律，属于热机基础计算的典型题型，难度适中，需熟练掌握相关公式与规律。
【难度系数】
0.6
11. 如图甲所示为四缸发动机的工作原理图，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彼此错开，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。
（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
（2）有一台四缸发动机，其主要技术指标如表所示。其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积是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（即冲程长）。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的转数。
① 该发动机在1 s内做功
② 在每个做功冲程里，发动机对外做功
（3）在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为$W=pV$，式中$p$表示燃气对活塞的压强，则$p=$
（4）如图乙所示为发动机在做功冲程中的示意图。下面给出公式$W=pV$的推导过程，请将推导过程补充完整（要求各表达式均用$S$、$l$或$p$表示）。设活塞的面积为$S$，冲程长为$l$，燃气对活塞的压强为$p$，则燃气对活塞的压力$F=$
（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
内
能转化为机械
能。（2）有一台四缸发动机，其主要技术指标如表所示。其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积是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（即冲程长）。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的转数。
① 该发动机在1 s内做功
$1.2×10^5$
J，单缸排量$V=$0.5
L。② 在每个做功冲程里，发动机对外做功
600
J。（3）在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为$W=pV$，式中$p$表示燃气对活塞的压强，则$p=$
$1.2×10^6$
Pa。（4）如图乙所示为发动机在做功冲程中的示意图。下面给出公式$W=pV$的推导过程，请将推导过程补充完整（要求各表达式均用$S$、$l$或$p$表示）。设活塞的面积为$S$，冲程长为$l$，燃气对活塞的压强为$p$，则燃气对活塞的压力$F=$
$pS$
，燃气对活塞所做的功$W=$$pSl$
，又根据数学知识可知发动机的单缸排量$V=$$Sl$
，故$W=pV$。答案
内
机械
$1.2×10^5$
0.5
600
$1.2×10^6$
pS
pSl
Sl
机械
$1.2×10^5$
0.5
600
$1.2×10^6$
pS
pSl
Sl
解析
【分析】
本题围绕四缸发动机的工作原理，考查内燃机的能量转化、功与功率的计算、压强公式的应用及推导。解题时需明确：1. 做功冲程的能量转化方向；2. 计算发动机1s内做功需利用功率公式；3. 单缸排量为总排量除以缸数；4. 每个做功冲程的做功量需结合转速分析做功次数；5. 压强、功、体积相关公式的应用与推导逻辑。
【解析】
（1）发动机做功冲程中，高温高压燃气的内能推动活塞运动对外做功，将内能转化为机械能，故填“内”“机械”。
（2）① 由发动机功率指标，$P=120kW=1.2×10^5 W$，1s内做功$W=Pt=1.2×10^5 W×1s=1.2×10^5 J$；总排量为2.0L，四缸发动机单缸排量$V=2.0L÷4=0.5L$。
② 转速为$6000r/min=100r/s$，四缸发动机每半周有1个做功冲程，每秒做功次数为$100×2=200$次，每个做功冲程做功$W'=1.2×10^5 J÷200=600J$。
（3）单缸排量$V=0.5L=0.5×10^{-3} m^3$，由$W=pV$得燃气压强$p=\frac{W'}{V}=\frac{600J}{0.5×10^{-3} m^3}=1.2×10^6 Pa$。
（4）根据压强公式，燃气对活塞的压力$F=pS$；做功$W=Fl=pSl$；单缸排量为活塞扫过的体积，$V=Sl$，故$W=pV$。
【答案】
内；机械；$1.2×10^5$；0.5；600；$1.2×10^6$；$pS$；$pSl$；$Sl$
【知识点】
内能转化、功的计算、压强应用
【点评】
本题结合四缸发动机的实际工作场景，将物理知识与生活应用结合，考查学生对内燃机原理、功和功率、压强公式的掌握及推导能力，需理清做功次数与转速的关系，难度适中。
【难度系数】
0.5
本题围绕四缸发动机的工作原理，考查内燃机的能量转化、功与功率的计算、压强公式的应用及推导。解题时需明确：1. 做功冲程的能量转化方向；2. 计算发动机1s内做功需利用功率公式；3. 单缸排量为总排量除以缸数；4. 每个做功冲程的做功量需结合转速分析做功次数；5. 压强、功、体积相关公式的应用与推导逻辑。
【解析】
（1）发动机做功冲程中，高温高压燃气的内能推动活塞运动对外做功，将内能转化为机械能，故填“内”“机械”。
（2）① 由发动机功率指标，$P=120kW=1.2×10^5 W$，1s内做功$W=Pt=1.2×10^5 W×1s=1.2×10^5 J$；总排量为2.0L，四缸发动机单缸排量$V=2.0L÷4=0.5L$。
② 转速为$6000r/min=100r/s$，四缸发动机每半周有1个做功冲程，每秒做功次数为$100×2=200$次，每个做功冲程做功$W'=1.2×10^5 J÷200=600J$。
（3）单缸排量$V=0.5L=0.5×10^{-3} m^3$，由$W=pV$得燃气压强$p=\frac{W'}{V}=\frac{600J}{0.5×10^{-3} m^3}=1.2×10^6 Pa$。
（4）根据压强公式，燃气对活塞的压力$F=pS$；做功$W=Fl=pSl$；单缸排量为活塞扫过的体积，$V=Sl$，故$W=pV$。
【答案】
内；机械；$1.2×10^5$；0.5；600；$1.2×10^6$；$pS$；$pSl$；$Sl$
【知识点】
内能转化、功的计算、压强应用
【点评】
本题结合四缸发动机的实际工作场景，将物理知识与生活应用结合，考查学生对内燃机原理、功和功率、压强公式的掌握及推导能力，需理清做功次数与转速的关系，难度适中。
【难度系数】
0.5
