1选择题
2024年我国自主研发的某款混合动力汽车在新闻报道中受到广泛关注。该车搭载的汽油机在工作时，需要经历吸气、压缩、做功、排气四个冲程。下列关于这台汽油机四个冲程的说法，正确的是（ ）
- A. 吸气冲程中，气缸吸入的是汽油和空气的混合物
- B. 压缩冲程中，活塞推动燃气做功，将机械能转化为内能
- C. 做功冲程中，燃气推动活塞做功，将机械能转化为内能
- D. 排气冲程中，吸入的是汽油和空气的混合物，同时排出废气
答案：A
解析：吸气冲程中，汽油机吸入的是汽油和空气的混合物（柴油机吸入的只是空气），A正确。压缩冲程是活塞压缩气缸内的气体，机械能转化为燃气的内能，使气体温度升高、内能增大，并不是「活塞推动燃气做功」，B错误。做功冲程中，高温高压燃气推动活塞做功，是内能转化为机械能，能量转化方向与C所述相反，这是本考点最常见的易错点，C错误。排气冲程只排出废气，吸气与排气是两个不同的冲程，D混淆了冲程顺序，错误。故选A。
2选择题
新闻报道中提到，我国某型号国产柴油机广泛用于重型卡车和发电机组，其热机效率是衡量技术水平的重要指标。已知该柴油机在一次测试中，消耗柴油完全燃烧放出的热量为 2.0×10⁸ J，其中用来做有用功的能量为 6.0×10⁷ J。下列说法正确的是（ ）
- A. 该柴油机的热机效率为 30%
- B. 该柴油机的热机效率为 70%
- C. 该柴油机的热机效率为 33.3%
- D. 该柴油机的热机效率为 300%
答案：A
解析：热机效率 η＝用来做有用功的能量 ÷ 燃料完全燃烧放出的能量，即 η＝W有/Q放＝(6.0×10⁷ J)÷(2.0×10⁸ J)＝0.3＝30%。易错点一：把分子分母颠倒，误算成 Q放÷W有≈3.3，得不到正确结果；易错点二：把「损失掉的能量占比」（1－30%＝70%）当成效率，误选B；易错点三：计算时指数处理出错，误得 33.3%（C对应的是 1/3，与本题数据不符）；效率不可能大于 1，D 明显错误。提高热机效率的途径是减少各种能量损失。故选A。
3选择题
某市新闻报道了一起居民楼火灾，起因是电动自行车在楼道内长时间充电导致电池过热起火。消防部门提醒：电动车充电时，电能转化为电池的化学能和内能；而电动自行车行驶时，电动机把电能转化为机械能。关于电动机和汽油机，下列说法正确的是
- A. 电动机的工作原理是电磁感应现象，把机械能转化为电能
- B. 汽油机的做功冲程把内能转化为机械能，与电动机工作时的能量转化方向一致
- C. 汽油机的压缩冲程把内能转化为机械能
- D. 电动机工作时把电能转化为机械能，其原理是通电导体在磁场中受到力的作用
答案：D
解析：本题结合新闻情境考查电动机原理与热机四冲程的能量转化。
A 项错误：电磁感应现象是发电机的原理，实现机械能转化为电能；电动机的原理是通电导体（线圈）在磁场中受到力的作用而转动，把电能转化为机械能。这正是易错点——电动机与发电机原理混淆。
B 项错误：汽油机做功冲程是内能转化为机械能，电动机是电能转化为机械能，二者转化前的能量形式不同，不能说「能量转化方向一致」。
C 项错误：压缩冲程是活塞压缩气体、机械能转化为气体内能（内能增大），不是内能转化为机械能，属于能量转化方向记反的典型错误。
D 项正确：电动机工作时电能转化为机械能，原理是通电线圈在磁场中受力转动。
故选D。
4填空题
我国自主研制的大型客机在飞行中，其发动机的核心机由汽油机式的四冲程结构演化而来。某单缸汽油机飞轮转速为 1800 r/min，则该汽油机每秒钟对外做功 ______ 次；在吸气冲程中，汽缸吸入的是 ______ 和 ______ 的混合物；压缩冲程中，气体的内能 ______（选填「增大」「减小」或「不变」）；做功冲程中，燃料燃烧产生的高温高压燃气推动活塞做功，把 ______ 能转化为 ______ 能；排气冲程排出的是 ______。
答案：15；汽油；空气（两空顺序可互换）；增大；内；机械；废气
解析：本题考查汽油机四个冲程的顺序、各冲程的特点与能量转化。
（1）飞轮转速 1800 r/min = 1800 ÷ 60 = 30 r/s。汽油机一个工作循环中飞轮转 2 圈，对外做功 1 次，故每秒对外做功 30 ÷ 2 = 15 次。易错点：①忘记除以 60 把 r/min 换成 r/s；②误认为飞轮转 1 圈就做功 1 次，实际是 4 个冲程飞轮转 2 圈、做功 1 次。
（2）吸气冲程吸入的是汽油和空气的混合物，两空顺序可互换。
（3）压缩冲程中活塞压缩气体做功，机械能转化为内能，气体内能增大、温度升高。易错点是把压缩冲程与做功冲程的能量转化方向记反。
（4）做功冲程是燃气推动活塞做功，把内能转化为机械能，这是热机名称的由来。
（5）排气冲程排出的是燃料燃烧后的废气。
牢记顺序：吸气 → 压缩 → 做功 → 排气，四冲程中只有做功冲程对外做功、实现内能向机械能的转化。
5解答题
新闻报道情境：某市推广的新型天然气公交车投入使用，报道称其发动机效率比旧款汽油公交车提高了约 10 个百分点。已知某辆天然气公交车在一段平直公路上匀速行驶，消耗天然气 0.6 kg，天然气的热值 q = 4.0 × 10⁷ J/kg，发动机输出的有用功（牵引力做的功）为 1.92 × 10⁸ J。请回答：
（1）这台热机（发动机）在工作时，能量是怎样转化的？它属于汽油机四个冲程中的哪个冲程完成的主要能量转化？
（2）0.6 kg 天然气完全燃烧放出的热量 Q放 是多少？
（3）该公交车发动机的热机效率 η 是多少？
（4）若行驶中牵引力为 2.4 × 10⁴ N，请计算这段路程 s 为多少，并据此说明损失的能量主要去了哪里（写出一条即可）。
答案：（1）热机是把内能转化为机械能的机器；燃料燃烧产生的高温高压燃气推动活塞做功，把内能转化为机械能，这一转化主要在做功冲程完成。
（2）Q放 = mq = 0.6 kg × 4.0 × 10⁷ J/kg = 2.4 × 10⁷ J。
（3）η = W有用 ÷ Q放 = 1.92 × 10⁸ J ÷ 2.4 × 10⁷ J = 80%。
（4）由 W = Fs 得 s = W ÷ F = 1.92 × 10⁸ J ÷ 2.4 × 10⁴ N = 8 × 10³ m = 8 km。损失的能量主要通过废气带走（也可答：散热损失、机械摩擦损失）。
解析：本题以公交车节能减排的新闻情境考查热机的能量转化与效率计算，属于直接应用型题目。
（1）关键在于区分四个冲程的能量转化方向：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，切勿记反。
（2）Q放 = mq，注意热值单位是 J/kg，若误用 Q = cmΔT 则全错。
（3）热机效率 η = 有用功 ÷ 燃料完全燃烧放出的热量，注意是「有用功的能量」与「燃料完全燃烧放出的能量」之比，不是与消耗的总能量（机械能）之比。
（4）由 W = Fs 反求路程，注意单位换算（8 × 10³ m = 8 km）。
易错点：① 冲程顺序与能量转化方向记反；② 计算效率时分子分母颠倒；③ 热值公式代入错误或单位处理不当；④ 认为「损失能量全部变成机械摩擦」而忽略废气带走的热量。
6解答题
新闻报道情境：某中学科技小组关注到「汽车发动机效率提升」的报道，为弄清汽油机的工作过程，他们查阅资料并记录：一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为 1800 r/min，做功冲程中燃气对活塞的平均推力为 600 N，活塞在做功冲程中移动的距离（冲程长）为 0.05 m，汽油的热值 q = 4.6 × 10⁷ J/kg。请回答：
（1）请按正确顺序写出汽油机四个冲程的名称，并指出吸气冲程吸入的是什么物质。
（2）该汽油机飞轮每秒钟转多少转？它每秒钟对外做功多少次？
（3）该汽油机每次做功冲程中燃气做的功 W₀ 是多少？
（4）若该汽油机每秒钟消耗汽油 0.005 kg，求其热机效率 η（结果保留一位小数）。
答案：（1）四个冲程的顺序为：吸气冲程 → 压缩冲程 → 做功冲程 → 排气冲程；吸气冲程吸入的是汽油和空气的混合物。
（2）飞轮转速 n = 1800 r/min = 1800 ÷ 60 r/s = 30 r/s，即每秒转 30 转。四冲程汽油机飞轮每转 2 转对外做功 1 次，故每秒对外做功次数 = 30 ÷ 2 = 15 次。
（3）W₀ = Fs = 600 N × 0.05 m = 30 J。
（4）每秒做功总能量 W = 15 × 30 J = 450 J；每秒燃料完全燃烧放出的热量 Q放 = mq = 0.005 kg × 4.6 × 10⁷ J/kg = 2.3 × 10⁵ J；η = W ÷ Q放 = 450 J ÷ 2.3 × 10⁵ J ≈ 0.2%。
解析：本题以科技小组查阅资料的情境，考查汽油机四冲程顺序、飞轮转速与做功次数的关系、功与热机效率的综合计算。
（1）四冲程顺序是课本基础内容：吸气、压缩、做功、排气，注意不能颠倒；吸气冲程吸入的是汽油和空气的混合物（柴油机吸入的只是空气，不要混淆）。
（2）单位换算是关键：1800 r/min 必须除以 60 得 30 r/s；四冲程内燃机飞轮每转 2 转完成一个工作循环、对外做功 1 次，故每秒做功 15 次，易错点是误认为飞轮转 1 转做功 1 次。
（3）W₀ = Fs 直接代入，注意冲程长 0.05 m 就是做功冲程中活塞移动的距离。
（4）热机效率 η = 有用功 ÷ 燃料完全燃烧放出的热量，注意分母是 1 秒内消耗的 0.005 kg 汽油完全燃烧放热，不是每循环放热；本题结果很小，属于计算结果本身偏小的合理情形，不要因数值小而自行改动。
易错点：① 冲程顺序记错或与柴油机吸气冲程混淆；② 转速换算漏除 60；③ 忘记「飞轮 2 转做功 1 次」这一关系；④ 效率公式分子分母颠倒或漏乘每秒做功次数。
7解答题
2024年我国某品牌新款混合动力轿车上市，新闻报道称其搭载的汽油发动机热机效率可达 40%。已知该车在一次测试中消耗汽油 2 kg，汽油的热值 q＝4.6×10⁷ J/kg。求：
（1）2 kg 汽油完全燃烧放出的热量 Q放；
（2）若该汽油机的效率为 40%，则这些汽油燃烧后获得的有用功 W有；
（3）结合汽油机的四个冲程，指出做功冲程中实现了怎样的能量转化，并说出一条提高热机效率的具体措施。
答案：（1）Q放＝mq＝2 kg×4.6×10⁷ J/kg＝9.2×10⁷ J。
（2）由 η＝W有/Q放 得：W有＝ηQ放＝40%×9.2×10⁷ J＝3.68×10⁷ J。
（3）做功冲程中，高温高压燃气推动活塞做功，将燃气的内能转化为活塞（曲轴）的机械能。
提高热机效率的措施（任写一条即可）：使燃料充分燃烧；减少废气带走的热量；减小机件之间的摩擦；减少散热损失等。
解析：本题考查热机效率的计算与四冲程能量转化。
（1）燃料完全燃烧放热公式 Q放＝mq，代入 m＝2 kg、q＝4.6×10⁷ J/kg 得 9.2×10⁷ J。易错点：把热值单位 J/kg 当成 J，或忘记「完全燃烧」这一前提。
（2）效率公式 η＝W有/Q放 变形得 W有＝ηQ放，注意 40% 要写成 0.4 参与计算，结果为 3.68×10⁷ J。易错点：把公式记反成 W有＝Q放/η，导致结果偏大。
（3）易错点一：能量转化方向记反，把「内能→机械能」写成「机械能→内能」（压缩冲程才是机械能转化为内能）。易错点二：冲程顺序记错，四冲程依次为吸气、压缩、做功、排气，做功冲程是唯一对外做功、实现内能转化为机械能的冲程。提高效率的核心思路是减少各种能量损失。
8解答题
新闻报道：我国某自主品牌新款插电式混合动力轿车上市，其搭载的汽油发动机在某次台架测试中，消耗汽油 0.5 kg，汽油完全燃烧放出的热量为 2.3×10⁷ J，发动机对外输出的有用功为 7.36×10⁶ J。已知水的比热容 c = 4.2×10³ J/(kg·℃)。请回答下列问题：
（1）汽油机的做功冲程中，能量是如何转化的？
（2）求该汽油机在这次测试中的热机效率 η。
（3）若发动机损失的能量中有 25% 被冷却水吸收，可使 40 kg 的冷却水温度升高多少摄氏度？
答案：（1）做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞对外做功，将燃气的内能转化为活塞（机械）的能。
（2）热机效率 η = 有用功 ÷ 燃料完全燃烧放出的热量 × 100% = 7.36×10⁶ J ÷ 2.3×10⁷ J × 100% = 32%。
（3）损失的能量 Q损 = Q放 − W有用 = 2.3×10⁷ J − 7.36×10⁶ J = 1.564×10⁷ J。
冷却水吸收的热量 Q吸 = 25% × Q损 = 0.25 × 1.564×10⁷ J = 3.91×10⁶ J。
由 Q吸 = cmΔt 得 Δt = Q吸 ÷ (cm) = 3.91×10⁶ J ÷ (4.2×10³ J/(kg·℃) × 40 kg) ≈ 23.3 ℃。
答：（1）内能转化为机械能；（2）热机效率为 32%；（3）冷却水温度约升高 23.3 ℃。
解析：本题考查热机四冲程中做功冲程的能量转化方向与热机效率计算。
（1）易错点是把能量转化方向记反，写成「机械能转化为内能」，那是压缩冲程的情形；做功冲程是燃气推动活塞做功，内能转化为机械能。
（2）热机效率 η = W有用 ÷ Q放，代入数据 7.36×10⁶ ÷ 2.3×10⁷ = 0.32，即 32%。易错点：①把效率写成 Q放 ÷ W有用，比值大于 1 明显不合理；②误用「已知的 0.5 kg 汽油」重新计算 Q放（本题已直接给出 Q放 = 2.3×10⁷ J，无需用热值再算，避免重复）。
（3）易错点：①误认为「损失能量的 25%」等于「Q放 的 25%」，必须先求 Q损 = Q放 − W有用；②忘记 Q吸 = cmΔt 中 m 是水的质量 40 kg；③单位换算出错。计算 Δt = 3.91×10⁶ ÷ (4.2×10³ × 40) ≈ 23.3 ℃。提高热机效率的途径是减少各种能量损失，如废气带走的热量、机件摩擦等。