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8.如图所示,将一个空易拉罐的底部钻一个小孔,从易拉罐开口端向罐内喷适量酒精喷雾,然后将一个空纸杯迅速套上。用细线将易拉罐水平悬挂在铁架台上,将点燃的打火枪靠近底部的小孔,纸杯就会“向前”飞去。纸杯飞出过程中,下列说法正确的是 (
A.罐内气体的内能增加
B.该过程机械能转化为内能
C.能量转化情况与内燃机的压缩冲程相同
D.能量转化情况与内燃机的做功冲程相同
D
)A.罐内气体的内能增加
B.该过程机械能转化为内能
C.能量转化情况与内燃机的压缩冲程相同
D.能量转化情况与内燃机的做功冲程相同
答案
8.D 【点拨】纸杯飞出去时，易拉罐内的气体对纸杯做功，气体的内能减小，故A错误；纸杯飞出去的过程中，内能转化为机械能，能量转化与内燃机的做功冲程相同，故BC错误，D正确。故选D。
解析
【分析】首先明确实验过程：罐内酒精被点燃后，气体受热膨胀，对纸杯做功使其飞出。解题思路是分析该过程的能量转化，结合内能改变的规律和内燃机冲程的能量特点逐一判断选项。
【解析】当纸杯飞出时，易拉罐内的气体对纸杯做功，气体的内能转化为纸杯的机械能，因此罐内气体的内能减小，故A错误；该过程是内能转化为机械能，并非机械能转化为内能，故B错误；内燃机的压缩冲程是将机械能转化为内能，做功冲程是将内能转化为机械能，因此该过程的能量转化与内燃机的做功冲程相同，故C错误，D正确。
【答案】D
【知识点】内能的改变、能量转化、内燃机冲程
【点评】本题结合生活实验考查内能与机械能的转化及内燃机冲程的能量特点，需准确区分做功和压缩冲程的能量变化，属于基础应用类题目。
【难度系数】0.5
【解析】当纸杯飞出时，易拉罐内的气体对纸杯做功，气体的内能转化为纸杯的机械能，因此罐内气体的内能减小，故A错误；该过程是内能转化为机械能，并非机械能转化为内能，故B错误；内燃机的压缩冲程是将机械能转化为内能，做功冲程是将内能转化为机械能，因此该过程的能量转化与内燃机的做功冲程相同，故C错误，D正确。
【答案】D
【知识点】内能的改变、能量转化、内燃机冲程
【点评】本题结合生活实验考查内能与机械能的转化及内燃机冲程的能量特点，需准确区分做功和压缩冲程的能量变化，属于基础应用类题目。
【难度系数】0.5
9.（立德树人 传统文化）如图所示的是我国传统的走马灯。点燃底部的蜡烛，热空气上升，驱动扇叶转动，可以看到纸马动起来了，在此过程中，能量的转化情况是
（第9题）（第10题）
空气的内能转化为扇叶的机械能
。某汽油机每秒对外做功的次数为20次，则该汽油机飞轮的转速为2 400
r/min。（第9题）（第10题）
答案
9.空气的内能转化为扇叶的机械能；2 400 【点拨】热空气上升，驱动扇叶转动，热空气对扇叶做功，空气内能减小，能量的转化情况是空气的内能转化为扇叶的机械能。汽油机每秒对外做功的次数为20次，则飞轮每秒转动40次，故1 min转动40×60＝2 400(次)，飞轮的转速为2 400 r/min。
解析
【分析】
首先分析走马灯的能量转化：点燃蜡烛后，底部空气受热内能增加，热空气上升时对扇叶做功，使扇叶转动，将内能转化为机械能；再分析汽油机飞轮转速：汽油机的工作规律是，每对外做功1次，飞轮转动2圈，据此结合每秒做功次数计算转速。
【解析】
1. 能量转化过程：点燃蜡烛，热空气具有内能，热空气上升驱动扇叶转动，热空气对扇叶做功，空气的内能减小，扇叶获得机械能，因此能量转化为空气的内能转化为扇叶的机械能。
2. 汽油机转速计算：汽油机每秒对外做功20次，由于汽油机每对外做功1次，飞轮转动2圈，所以飞轮每秒转动的圈数为 $20 × 2 = 40$ 圈；1分钟=60秒，因此飞轮每分钟转动的圈数为 $40 × 60 = 2400$ 圈，即飞轮转速为2400 r/min。
【答案】
空气的内能转化为扇叶的机械能；2400
【知识点】
能量的转化、汽油机的工作原理
【点评】
本题结合传统科技（走马灯）与热机知识，考查能量转化和汽油机转速计算，需理解热空气做功的能量变化，以及汽油机做功与飞轮转数的关系，体现了物理知识与传统文化的融合。
【难度系数】
0.6
首先分析走马灯的能量转化：点燃蜡烛后，底部空气受热内能增加，热空气上升时对扇叶做功，使扇叶转动，将内能转化为机械能；再分析汽油机飞轮转速：汽油机的工作规律是，每对外做功1次，飞轮转动2圈，据此结合每秒做功次数计算转速。
【解析】
1. 能量转化过程：点燃蜡烛，热空气具有内能，热空气上升驱动扇叶转动，热空气对扇叶做功，空气的内能减小，扇叶获得机械能，因此能量转化为空气的内能转化为扇叶的机械能。
2. 汽油机转速计算：汽油机每秒对外做功20次，由于汽油机每对外做功1次，飞轮转动2圈，所以飞轮每秒转动的圈数为 $20 × 2 = 40$ 圈；1分钟=60秒，因此飞轮每分钟转动的圈数为 $40 × 60 = 2400$ 圈，即飞轮转速为2400 r/min。
【答案】
空气的内能转化为扇叶的机械能；2400
【知识点】
能量的转化、汽油机的工作原理
【点评】
本题结合传统科技（走马灯）与热机知识，考查能量转化和汽油机转速计算，需理解热空气做功的能量变化，以及汽油机做功与飞轮转数的关系，体现了物理知识与传统文化的融合。
【难度系数】
0.6
10. ★★（科学思维 发散思维）如图所示的是老师在物理课上做的汽油机工作原理的模拟实验，在玻璃管中先加入少量酒精，将橡皮塞放入玻璃管并向下压缩气体，然后用电子点火器点火，橡皮塞会向上弹出。
(1)向下压橡皮塞时，其能量转化与四冲程汽油机工作中的
(2)如果想让橡皮塞弹得更远，你的方法是
(1)向下压橡皮塞时，其能量转化与四冲程汽油机工作中的
压缩
冲程相同。(2)如果想让橡皮塞弹得更远，你的方法是
将橡皮塞下压更长距离(答案合理即可)
（答出一条即可）。答案
10.(1)压缩 (2)将橡皮塞下压更长距离(答案合理即可)
解析
【分析】
首先，向下压橡皮塞时，是对管内气体做功，将机械能转化为气体的内能，这一能量转化过程与汽油机的某一冲程对应；要让橡皮塞弹得更远，需让管内气体燃烧后获得更多内能，从而对橡皮塞做更多功，据此分析解题。
【解析】
(1) 向下压橡皮塞时，对玻璃管内的气体做功，机械能转化为气体的内能；四冲程汽油机的压缩冲程中，活塞压缩气缸内的混合气体，将机械能转化为内能，二者能量转化一致，因此对应压缩冲程。
(2) 要使橡皮塞弹得更远，需让管内气体燃烧后释放更多内能，从而对橡皮塞做更多功，可采取的方法如：将橡皮塞下压更长距离（压缩更多气体，点火后释放更多内能），或增加管内酒精的量等，合理即可。
【答案】
(1)压缩；(2)将橡皮塞下压更长距离（答案合理即可）
【知识点】
汽油机冲程、能量转化、内能的利用
【点评】
本题结合模拟实验考查汽油机的工作原理和内能的利用，将物理知识与实际实验结合，注重基础概念的理解与应用，难度适中。
【难度系数】
0.3
首先，向下压橡皮塞时，是对管内气体做功，将机械能转化为气体的内能，这一能量转化过程与汽油机的某一冲程对应；要让橡皮塞弹得更远，需让管内气体燃烧后获得更多内能，从而对橡皮塞做更多功，据此分析解题。
【解析】
(1) 向下压橡皮塞时，对玻璃管内的气体做功，机械能转化为气体的内能；四冲程汽油机的压缩冲程中，活塞压缩气缸内的混合气体，将机械能转化为内能，二者能量转化一致，因此对应压缩冲程。
(2) 要使橡皮塞弹得更远，需让管内气体燃烧后释放更多内能，从而对橡皮塞做更多功，可采取的方法如：将橡皮塞下压更长距离（压缩更多气体，点火后释放更多内能），或增加管内酒精的量等，合理即可。
【答案】
(1)压缩；(2)将橡皮塞下压更长距离（答案合理即可）
【知识点】
汽油机冲程、能量转化、内能的利用
【点评】
本题结合模拟实验考查汽油机的工作原理和内能的利用，将物理知识与实际实验结合，注重基础概念的理解与应用，难度适中。
【难度系数】
0.3
11. (科学思维 科学推理) 如图甲所示的为四缸发动机工作原理:内燃机通过连杆把四个气缸的活塞连在一根曲轴上,并使各气缸的做功冲程错开,在飞轮转动的每半周里,都有一个气缸在做功,其他三个气缸分别在做吸气、压缩和排气工作。有一台四缸发动机,其主要技术指标如表所示。其中排量等于四个气缸工作容积的总和,如图乙所示,气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(即冲程长)。
完成下列填空:
(1)求每个做功冲程做的功。
(2)求燃气对活塞的压强。
完成下列填空:
(1)求每个做功冲程做的功。
(2)求燃气对活塞的压强。
答案
11.(1)$1.2×10^5$；$3×10^4$；50；600 (2)$\dfrac{W_F}{Sl}$；$1.2×10^6$
【点拨】(1)由 $P=\dfrac{W}{t}$可知，发动机在1 s 内做功 $W=Pt=120×10^3\ \mathrm{W}×1\ \mathrm{s}=1.2×10^5\ \mathrm{J}$，发动机有四个气缸同时工作，则每个气缸1 s 内做功 $W_1=\dfrac{1}{4}×1.2×10^5\ \mathrm{J}=3×10^4\ \mathrm{J}$。发动机飞轮的转速为 $6\ 000\ \mathrm{r/min}=100\ \mathrm{r/s}$，四冲程内燃机每个工作循环曲轴转两周、做功一次，所以发动机每个气缸1 s 内做功50次，每个做功冲程做功 $W_2=\dfrac{1}{50}×3×10^4\ \mathrm{J}=600\ \mathrm{J}$。(2)根据题意可知，$W_F=W_2=Fl=pSl$，$Sl=\dfrac{2.0\ \mathrm{L}}{4}=0.5\ \mathrm{L}=5×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$，则燃气对活塞的压强 $p=\dfrac{W_F}{Sl}=\dfrac{W_2}{Sl}=\dfrac{600\ \mathrm{J}}{5×10^{-4}\ \mathrm{m}^3}=1.2×10^6\ \mathrm{Pa}$。
【点拨】(1)由 $P=\dfrac{W}{t}$可知，发动机在1 s 内做功 $W=Pt=120×10^3\ \mathrm{W}×1\ \mathrm{s}=1.2×10^5\ \mathrm{J}$，发动机有四个气缸同时工作，则每个气缸1 s 内做功 $W_1=\dfrac{1}{4}×1.2×10^5\ \mathrm{J}=3×10^4\ \mathrm{J}$。发动机飞轮的转速为 $6\ 000\ \mathrm{r/min}=100\ \mathrm{r/s}$，四冲程内燃机每个工作循环曲轴转两周、做功一次，所以发动机每个气缸1 s 内做功50次，每个做功冲程做功 $W_2=\dfrac{1}{50}×3×10^4\ \mathrm{J}=600\ \mathrm{J}$。(2)根据题意可知，$W_F=W_2=Fl=pSl$，$Sl=\dfrac{2.0\ \mathrm{L}}{4}=0.5\ \mathrm{L}=5×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$，则燃气对活塞的压强 $p=\dfrac{W_F}{Sl}=\dfrac{W_2}{Sl}=\dfrac{600\ \mathrm{J}}{5×10^{-4}\ \mathrm{m}^3}=1.2×10^6\ \mathrm{Pa}$。
解析
【分析】
要解决这道题，需结合四缸发动机的工作原理，利用功率、功、压强的相关公式逐步推导：
1. 求每个做功冲程的功：先根据发动机功率算出1秒内总功，再结合四缸特点得到每个气缸1秒内的做功，最后根据飞轮转速和内燃机做功规律，算出每个气缸每秒的做功次数，进而求出单个做功冲程的功。
2. 求燃气对活塞的压强：根据功与压强的关系（$ W=pV $，$ V $为单缸排量），代入单缸排量和单个做功冲程的功，计算出压强。
【解析】
(1) 已知发动机功率 $ P = 120 × 10^3\ \mathrm{W} $，1秒内发动机总做功：
$ W_{\mathrm{总}} = Pt = 120 × 10^3\ \mathrm{W} × 1\ \mathrm{s} = 1.2 × 10^5\ \mathrm{J} $
因发动机为四缸，每个气缸1秒内做功：
$ W_1 = \frac{1}{4}W_{\mathrm{总}} = \frac{1}{4} × 1.2 × 10^5\ \mathrm{J} = 3 × 10^4\ \mathrm{J} $
飞轮转速 $ n = 6000\ \mathrm{r/min} = 100\ \mathrm{r/s} $，四冲程内燃机每转2周完成一个工作循环，每个工作循环每个气缸做功1次，因此每个气缸1秒内做功次数为：
$ \frac{100\ \mathrm{r/s}}{2} = 50 $次
则每个做功冲程的功：
$ W_2 = \frac{W_1}{50} = \frac{3 × 10^4\ \mathrm{J}}{50} = 600\ \mathrm{J} $
(2) 单缸排量 $ V = \frac{2.0\ \mathrm{L}}{4} = 0.5\ \mathrm{L} = 5 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^3 $，根据功的公式 $ W = pV $（$ W $为单个做功冲程的功，$ p $为燃气压强），可得：
$ p = \frac{W_2}{V} = \frac{600\ \mathrm{J}}{5 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^3} = 1.2 × 10^6\ \mathrm{Pa} $
【答案】
(1) $ 1.2×10^5 $；$ 3×10^4 $；50；600 (2) $ \dfrac{W_F}{Sl} $；$ 1.2×10^6 $
【知识点】
功的计算、压强的计算、内燃机工作原理
【点评】
本题结合四缸发动机的实际工作场景，将物理知识与机械原理结合，需要学生理解功率、功、压强的关联，以及内燃机转速与做功次数的规律，综合性较强，能有效考查学生的科学推理能力。
【难度系数】
0.5
要解决这道题，需结合四缸发动机的工作原理，利用功率、功、压强的相关公式逐步推导：
1. 求每个做功冲程的功：先根据发动机功率算出1秒内总功，再结合四缸特点得到每个气缸1秒内的做功，最后根据飞轮转速和内燃机做功规律，算出每个气缸每秒的做功次数，进而求出单个做功冲程的功。
2. 求燃气对活塞的压强：根据功与压强的关系（$ W=pV $，$ V $为单缸排量），代入单缸排量和单个做功冲程的功，计算出压强。
【解析】
(1) 已知发动机功率 $ P = 120 × 10^3\ \mathrm{W} $，1秒内发动机总做功：
$ W_{\mathrm{总}} = Pt = 120 × 10^3\ \mathrm{W} × 1\ \mathrm{s} = 1.2 × 10^5\ \mathrm{J} $
因发动机为四缸，每个气缸1秒内做功：
$ W_1 = \frac{1}{4}W_{\mathrm{总}} = \frac{1}{4} × 1.2 × 10^5\ \mathrm{J} = 3 × 10^4\ \mathrm{J} $
飞轮转速 $ n = 6000\ \mathrm{r/min} = 100\ \mathrm{r/s} $，四冲程内燃机每转2周完成一个工作循环，每个工作循环每个气缸做功1次，因此每个气缸1秒内做功次数为：
$ \frac{100\ \mathrm{r/s}}{2} = 50 $次
则每个做功冲程的功：
$ W_2 = \frac{W_1}{50} = \frac{3 × 10^4\ \mathrm{J}}{50} = 600\ \mathrm{J} $
(2) 单缸排量 $ V = \frac{2.0\ \mathrm{L}}{4} = 0.5\ \mathrm{L} = 5 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^3 $，根据功的公式 $ W = pV $（$ W $为单个做功冲程的功，$ p $为燃气压强），可得：
$ p = \frac{W_2}{V} = \frac{600\ \mathrm{J}}{5 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^3} = 1.2 × 10^6\ \mathrm{Pa} $
【答案】
(1) $ 1.2×10^5 $；$ 3×10^4 $；50；600 (2) $ \dfrac{W_F}{Sl} $；$ 1.2×10^6 $
【知识点】
功的计算、压强的计算、内燃机工作原理
【点评】
本题结合四缸发动机的实际工作场景，将物理知识与机械原理结合，需要学生理解功率、功、压强的关联，以及内燃机转速与做功次数的规律，综合性较强，能有效考查学生的科学推理能力。
【难度系数】
0.5
