2.2 内燃机- 【通城学典】2024八年级物理暑期升级训练（教科版）

65 2. 内 燃 机 1. 活塞式内燃机工作时,燃料在 内燃 烧,产生的燃气直接推动活塞 。 2. 汽油机工作时,活塞在汽缸里做往复运动, 活塞从汽缸的一端运动到另一端叫做一个 。常见的汽油机要能正常工作,必 须连续完成 、 、 、 四个冲程,且不断循环进行。在四 个冲程中,只有 冲程将内能转化为 机械能,其他三个冲程均为辅助冲程,要靠 安装在曲轴上的飞轮的 完成动作。 3. 四冲程汽油机的一个工作循环,活塞往复运 动 次,曲轴旋转 r,做功 次。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 典例1 如图所示为某单缸四冲程汽油机的工作 示意图,下列说法中,正确的是 ( ) (典例1图) A. 仅甲冲程能获得动力,其他冲程都靠惯性运转 B. 乙冲程只吸入空气 C. 丙冲程中排出的废气不含任何能量 D. 丁冲程是做功冲程 点拨:汽油机一个工作循环中四个冲程的顺序: 吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。先 根据曲轴的转动方向判断活塞的运行方向,再 根据气门的开闭情况确定是哪一个冲程;只有 做功冲程把内能转化为机械能,对外提供动力, 其他三个冲程靠飞轮的惯性完成;汽油机在吸 气冲程中,吸入的是汽油和空气的混合物;任何 物体都有内能。 典例2 小柯在科技馆看到一种六冲程引擎。这 种引擎在完成四冲程工作后,会把水注入汽缸, 使水瞬间变成水蒸气,从而带动活塞运动,产生 第五冲程,为汽车提供动力,第六冲程是让水蒸 气进入冷凝器,变成可再次注入汽缸的水。第 五冲程中的能量转化是 能转化为 能,这种内燃机一个工作循环对外做 功 次。 点拨:工作过程中能量的转化:① 压缩冲程:机 械能→内能;② 做功冲程:先是化学能→内能, 接着是内能→机械能。 解有所悟:汽油机的工作流程:内燃机通过吸气、压 缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工 作。压缩冲程:进气门和排气门都关闭,活塞向上运 动,压缩汽缸内燃料混合物,温度升高。做功冲程: 在压缩冲程末尾,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,带动曲轴转动,对外做功。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 [基础过关] 1. 一台单缸四冲程汽油机,飞轮转速是2400r/min, 该汽油机每秒钟内完成 个冲程,做 功 次,活塞往复运动 次, 完成 个工作循环。在内燃机的“吸 气”“压缩”“做功”“排气”四个冲程中,将机 械能转化为内能的是 冲程,常用水 来给内燃机降温,是因为水的 大。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 3预学储备 66 2. (齐齐哈尔中考)如图所示为单缸四冲程汽 油机某一冲程的工作示意图,该冲程是 冲程。若该汽油机1s对外做功15次, 则汽油机的飞轮转速为 r/min。 (第2题) 3. 下列有关如图所示的某单缸四冲程汽油机 的说法,正确的是 ( ) (第3题) A. 图乙中汽缸内气体温度会下降 B. 四冲程内燃机在一个工作循环中工作过 程依次是丁、丙、乙、甲 C. 图甲中能量的转化是内能转化为机械能 D. 依靠飞轮惯性完成冲程的是乙、丙、丁 4. 如图所示为四冲程汽油机的压缩冲程,关于 该冲程中汽缸内的气体,下列说法中正确 的是 ( ) (第4题) A. 密度不变 B. 内能增大 C. 温度降低 D. 分子热运动变慢 5. 关于汽油机,下列说法中正确的是 ( ) A. 汽油机汽缸顶部有喷油嘴 B. 在吸气冲程中,吸入的是空气 C. 完成做功冲程后进气门打开,排气门关闭 D. 汽油机的一个工作循环对外只做一次功, 活塞往复两次 6. 下列关于汽油机与柴油机的说法,不正确 的是 ( ) A. 柴油机汽缸顶部有个火花塞,汽油机汽 缸顶部有个喷油嘴 B. 柴油机采用压燃式点火,汽油机采用点燃 式点火 C. 汽油机与柴油机使用的燃料不同 D. 汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合 物,柴油机吸入汽缸的是空气 7. 若一台单缸内燃机的转速为1800r/min,则 该内燃机每秒内 ( ) A. 活塞完成 30个冲程 B. 燃气对活塞做功60次 C. 曲轴转动30r D. 完成30个工作循环 8. 将如图所示的试管里的水加热一段时间后, 塞在管口的橡皮塞会冲出去,下列汽油机的 四个冲程中,与此现象的能量转化情况相同 的是 ( ) A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程 (第8题) (第9题) 9. (通辽中考)在学校科技节活动中,小明用饮 料瓶自制了火箭模型,如图所示,他在瓶子 的内侧壁安装了一个遥控电火花发生器,按 下按钮会产生电火花。演示时从瓶口喷入 雾状酒精并盖上锥形纸筒,按动电火花发生 器的按钮,纸筒立即飞出。下列关于此过程 的分析,正确的是 ( ) A. 纸筒飞出后瓶内气体的内能减少,温度 降低 B. 能闻到酒精的气味是因为分子之间存在 斥力 C. 酒精不完全燃烧时热值变小 D. 燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机 的压缩冲程 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(教科版)八年级 67 [综合提升] 10. (自贡中考)如图所示,图A、B、C、D是四冲 程汽油机的工作示意图,图E、F是演示实 验的示意图。图B是 冲程,与它 原理相同的是图 (选填“E”或“F”) 所示的演示实验。 (第10题) 11. 某杂志评出年度奇思妙想十大发明,其中 最引人注意的是“六冲程引擎”,这种引擎 在完成四冲程工作后,会把水注入汽缸,使 水瞬间变成水蒸气,从而带动活塞运动,产 生第五冲程,为汽车提供动力。第六冲程 是让水蒸气进入冷凝器,变成可再次注入 汽缸的水。其中第五冲程相当于四冲程内 燃机的 冲程,请指出该“六冲程引 擎”的一个优点: 。 答案讲解 12. 关于四冲程汽油机的工作过程,下 列说法中正确的是 ( ) ① 汽缸内压强最大的冲程是压缩 冲程。 ② 在做功冲程中,机械能转化为内能。 ③ 只有做功冲程燃气对外做功。 ④ 汽油机吸气冲程吸入的是空气。 A. ②③ B. ①③ C. ②④ D. ①②③④ 13. 某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为 30cm2,一个冲程内,活塞在汽缸中移动的 距离是50mm,满负荷工作时,做功冲程内 燃气的平均压强为9.0×105Pa,飞轮1min 转动1800r,当汽油机满负荷工作时(不计 摩擦),下列说法中,正确的是 ( ) A. 汽油机每秒内完成30个冲程 B. 汽油机的功率为2025W C. 做功冲程中燃气对活塞的平均压力为 2.7×107N D. 一个做功冲程中燃气对活塞做的功为 1.35×105J 答案讲解 14. 现有一台单缸汽车发动机(如图), 其主要技术指标如表所示,其中排 量即汽缸工作容积,等于活塞的面 积与活塞上下运动的距离(即冲程长)的乘 积,转速表示每分钟飞轮所转的圈数。 排 量 2.0L 输出功率 120kW 转 速 6000r/min (1) 发动机做一次功为多少? (2) 若在做功冲程内,燃气对活塞的压强可 以看作恒压,则压强为多大? (第14题) 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 3预学储备 26 预学训练 [基础过关] 1. 内能 2. 内 机械 高 解析:燃料燃烧放出热量,将化学能转 化为内能,水吸收热量,水的内能增加;蒸汽通过对外做 功,再将内能转化为机械能,推动蒸汽汽车前进。汽车高 速行驶时,与地面之间有摩擦力,汽车克服摩擦力做功,机 械能转化为内能,轮胎的温度升高,这是通过做功改变了 物体的内能。 3. A 4. A 5. C 6. B 7. B [综合提升] 8. 水壶、水 在水壶中装一些水,放在炉灶上加热,水沸 腾后壶盖会被顶起 水壶中的水不要烧干了(合理即可) 9. (1) 返回舱进入大气层后,会与大气层发生剧烈摩擦, 一部分机械能转化为内能,所以返回舱的机械能会减小 (2) 反推发动机属于热机 解析:(2) 喷气式发动机工作 时,它的燃料在燃烧室内燃烧后产生高温高压的气体,这 种气体从尾部以极高的速度喷出,同时产生很大的反作用 力(即推力)。若推力与机身运动方向相同,则推动机身运 动;若推力与机身运动方向相反,则阻碍机身运动。热机 是指利用内能做功的机械,所以喷气式发动机属于热机。 因为反推发动机属于喷气式发动机,所以它也属于热机。 2. 内 燃 机 知识梳理 1. 汽缸 做功 2. 冲程 吸气 压缩 做功 排气 做功 惯性 3. 2 2 1 典例演练 典例1 A 典例2 内 机械 2 预学训练 [基础过关] 1. 80 20 40 20 压缩 比热容 2. 压缩 1800 解析:由图可知,两个气门关闭、活塞上 行,为压缩冲程;汽油机每秒对外做功15次,曲轴转30r, 活塞往复30次,则每分钟对外做功900次,曲轴转1800r, 活塞往复1800次,因此曲轴的转速为1800r/min。 3. A 解析:图甲:气门都关闭,活塞向上运行,汽缸容积 减小,是压缩冲程,将机械能转化为内能;图乙:排气门打 开,活塞向上运动,汽缸容积减小,是排气冲程,汽缸内气 体温度会下降;图丙:气门都关闭,火花塞点火,活塞向下 运行,汽缸容积增大,是做功冲程,将燃气的内能转化为机 械能;图丁:进气门打开,活塞向下运行,汽缸容积增大,是 吸气冲程;热机的四个冲程依次是吸气冲程、压缩冲程、做 功冲程、排气冲程,即丁、甲、丙、乙;在热机的四个冲程中, 只有做功冲程对外做功,其他三个冲程是靠飞轮的惯性完 成的,所以依靠飞轮惯性完成的冲程是甲、乙、丁;综上所 述,A正确,B、C、D错误。 4. B 5. D 6. A 解析:柴油机汽缸顶部有个喷油嘴,汽油机汽缸顶 部有个火花塞,故A不正确;柴油机采用压燃式点火,汽 油机采用点燃式点火,故B正确;汽油机与柴油机使用的 燃料不同,故C正确;汽油机吸入汽缸里的是汽油和空气 的混合物,柴油机吸入汽缸里的是空气,故D正确。 7. C 解析:由题知,飞轮转速是1800r/min=30r/s,因 为飞轮转动2r为一个工作循环,对外做功1次,完成4个 冲程,所以内燃机每秒曲轴转动30r,燃气对外做功15次, 完成15个工作循环,完成60个冲程。 8. C 9. A [综合提升] 10. 压缩 E 11. 做功 节约能源(合理即可) 12. B 13. B 解析:由四冲程汽油机工作过程知,完成一个工作 循环,飞轮转动2r,完成4个冲程,对外做功1次。当飞 轮1min转动1800r,即每秒钟转动30r时,完成60个冲 程,故A错误;由题可知,p=9.0×105Pa,S=30cm2= 3×10-3 m2,燃气对活塞的平均压力F=pS=9.0× 105Pa×3×10-3m2=2700N,故C错误;s=50mm= 0.05m,一个做功冲程中燃气对活塞做的功W=Fs= 2700N×0.05m=135J,故D错误;飞轮每转2r对外做 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 27 功1次,所以飞轮转动1800r,要对外做功900次,燃气对 活塞做的总功W总=W×900=135J×900=121500J,t= 1min=60s,汽油机的功率 P= W总 t = 121500J 60s = 2025W,故B正确。 14. (1) 已知输出功率是120kW,转速为6000r/min= 100r/s,则转动1r需要的时间t= 1100s=0.01s ,因为飞 轮转2r,对外做功一次,则对外做功一次(转动2r)需要 的时间t'=2×0.01s=0.02s,做一次功W=Pt'=120× 103W×0.02s=2.4×103J (2) 已知单缸的排量是 2.0L=2×10-3m3,由公式W=Fs及p= F S 可得,W= FL=pSL=pV,则 燃 气 对 活 塞 的 压 强 p= W V = 2.4×103J 2×10-3m3=1.2×10 6Pa 3. 热机效率 知识梳理 1. 有用 完全燃烧释放的热量 2. W有用 Q放 ηQ放 W有用 η 3. 大气 噪声 典例演练 典例1 B 解析:该汽油机工作的效率η=1-30%- 35%-10%=25%,工作时汽油燃烧释放能量的25%转 化为机械能,故A错误;若该汽油机消耗2kg汽油,产生 的热量Q总=mq=2kg×4.6×107J/kg=9.2×107J,由 η= W有用 Q总 ×100% 得,获得的机械能W有用=ηQ总=25%× 9.2×107J=2.3×107J,故B正确;若该汽油机消耗2kg 汽油,损失的能量Q损耗=Q总-W有用=9.2×107J-2.3× 107J=6.9×107J,故C错误;因为热机在工作过程中总 有能量损失,所以热机的效率总小于1,汽油机的效率不 可以提高到100%,故D错误。 典例2 (1) 水的质量m水=ρ水V=1g/cm3×15×103cm3= 15000g=15kg,水吸收的热量Q吸=c水m水Δt=4.2× 103J/(kg·℃)×15kg×(80℃-20℃)=3.78×106J (2) 压路机行驶的距离s=vt=0.2m/s×10×60s= 120m;G总=G压路机+G水=G压路机+m水g=5500N+ 15kg×10N/kg=5650N,压路机匀速前进时处于平衡状 态,受到的牵引力和阻力是一对平衡力,二力大小相等,即 F牵=f= 2 5G总= 2 5×5650N=2260N ,压路机做的功 W=F牵s=2260N×120m=2.712×105J (3) 由η= W Q放×100% 得,柴油完全燃烧释放的热量Q放=W η = 2.712×105J 30% =9.04×10 5J,由Q放=mq可得,消耗柴油 的质量m油= Q放 q柴油= 9.04×105J 4×107J/kg =0.0226kg 预学训练 [基础过关] 1. 25 0.9 2. 9.2×107 2.76×107 1380 解析:2kg汽油完全燃 烧放出的热量Q放=mq=2kg×4.6×107J/kg=9.2× 107J;由η= W Q放×100% 可知,转化获得的机械能W= ηQ放=30%×9.2×107J=2.76×107J;由W=Fs可知, 汽车受到的牵引力F=Ws= 2.76×107J 20×103m=1380N 。 3. A 4. C 5. C 6. C 解析:它 们 的 效 率 之 比 η 甲 η乙 = W甲 Q甲×100% W乙 Q乙×100% = W甲 m甲q×100% W乙 m乙q×100% = W甲m乙 W乙m甲= 6×3 5×4= 9 10 。 7. D 解析:每辆汽车做有用功所需燃油的质量为2t× 30%=0.6t,内燃机效率提高至30%+10%=40%,效率 提高后所需燃油的质量为0.6t 40%=1.5t ,每辆车每年节约 燃油的质量为2t-1.5t=0.5t,1×109 辆车每年节约燃 油的质量约为1×109×0.5t=5×108t。 8. D 9. D 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈