13.3 内燃机---2024-2025学年沪科版物理九年级上学期

13.3 内燃机 生活中，不同情况下我们用的燃料可能有所不同，例如烧饭用的木柴、汽车的燃料、航天发动机的燃料，他们有所不同吗？ 一、探究燃料燃烧放出热量的多少 探究煤油和菜籽油燃烧放出热量的多少： 1.按图组装实验器材 2.实验方法：控制变量法：在烧杯中加入质量和初温都相同的物质（水）、煤油和菜籽油的质量相等，且都完全燃烧 转换法：把燃料燃烧放出热量的多少转换为水温度升高的多少。 3.实验思路：燃料完全燃烧后，通过比较被加热物体升高的温度来推理出燃料燃烧放热的能力。 4.实验步骤：组装好器材后点燃燃料，一边记录燃料燃烧时间一边记录水的温度，填入表格，直到两种燃料都完全燃烧完。 分析：通过实验现象与数据发现，煤油完全燃烧后能够使水升高更高的温度，所以相同质量的煤油和菜籽油完全燃烧，煤油放出的热量更多。 结论：不同燃料完全燃烧放出的热量不同。 二、热值 热值：燃料燃烧放热的本领大小，用q表示 1.定义：把燃料完全燃烧放出热量的多少与燃料质量的比值叫做热值。 2.公式：q=Q放/m(固体、液体）；q=Q放/V(气体） 3.单位：焦每千克（J/kg）；焦每立方米（J/m³） 4.大小：燃料的热值只和燃料的种类有关 例题： 1.关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（ ） A．没有燃烧的燃料，热值等于零 B．燃料完全燃烧时，它的热值最大 C．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多 D．热值是燃料的一种特性，它与燃料的质量和燃烧状态无关 2.木炭的热值为3.4×107J/kg，其物理意义是_________________________________现有木炭6kg，若完全燃烧其质量的一半，则可放出___________J的热量，剩下木炭的热值为___________J/kg，若木炭没完全燃烧，木炭的热值将__________（选填“变大”“变小”或“不变”）。 3.某同学学习了燃料的热值后，自己设计了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值大小关系。他在实验时组装了如图甲、乙所示的两套规格完全相同的装置，并每隔1分钟记录杯中水的温度（见下表）： 加热时间/min 0 1 2 3 4 5 6 甲杯水温/℃ 25 27 29 32 34 36 38 乙杯水温/℃ 25 26 27 28 29 30 31 (1)在安装、调整实验器材时，科学合理的顺序是（甲图中）：先调整固定___________的位置，再调整固定___________的位置。（填“A”或“B”） (2)为保证实验结论的可靠，实验时应控制两套装置中相同的量有：加热时间、水的___________和___________。 (3)通过表中记录的数据，你认为煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是___________。 (4)如图丙所示的是这两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量m的关系图像，其中物质___________（填“A”或“B”）是煤油。 三、热机 热机：把燃料燃烧放出的热量转化成机械能的机器。 常见的热机有‌蒸汽机、‌汽轮机、‌燃气轮机、‌内燃机和‌喷气发动机，我们主要学习的内燃机根据使用的燃料分为汽油机和柴油机。 汽油机的构造和工作过程： 吸气冲程：排气门关闭，进气门打开，活塞向下运动，吸入空气和汽油的混合物到气缸中。 压缩冲程：进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，压缩已经吸入的空气和汽油的混合物。 做功冲程：进气门关闭，排气门关闭，此时火花塞产生电火花，气缸中高温高压状态的汽油和空气的混合物被点燃，猛烈燃烧，活塞被向下推，通过连杆带动曲轴转动。 排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将废气从气缸中排出。 汽油机的一个工作循环有四个冲程，活塞上下往返两次，曲轴转两转，两次能量转换，一次对外做功。四个冲程中只有做功冲程对外做功，提供动力，剩下几个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的。在压缩冲程中活塞对混合燃料做功，机械能转换为内能，混合气体内能增大，温度升高，做功冲程中，产生的高温高压气体对活塞做功，内能转换为机械能。 汽油机和柴油机工作过程的区别： 汽油机和柴油机的点火方式有所不同，汽油机采用火花塞点燃式而柴油机采用喷油嘴压燃式，所以这就导致了其构造和工作过程的不同。例如：在吸气冲程中，汽油机吸入空气和燃料的混合气体，而柴油机只吸入空气。做功冲程中，汽油机火花塞点火，燃料燃烧产生高温高压的气体，柴油机在压缩冲程末端气缸内温度和气压很高时，喷出柴油，柴油自燃推动活塞对外做功。这也就导致相对汽油机，柴油机比较笨重，质量大，但是效率较高的结果。 例题： 1.轿车上的四冲程汽油机工作时，提供动力的冲程是（ ） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 2.如图所示是汽油机的四个冲程，其中属于做功冲程的是（ ） A． B． C． D． 3.一台四冲程内燃机转速为600转/分，则说法正确的是（ ） A．每分钟做功100次，共有600个冲程 B．每分钟做功200次，共有200个冲程 C．每秒做功20次，共有10个冲程 D．每秒做功5次，共有20个冲程 4.如图是汽油机工作时的四个冲程，下列说法正确的是（ ） A．活塞在气缸内往复运动一次，该汽油机对外做功一次 B．甲是将内能转化为机械能，丁是将机械能转化为内能 C．该内燃机的四个冲程正确的工作顺序是乙→甲→丁→丙 D．汽油机吸气冲程气缸吸进的物质只有汽油 5.关于热机，下列说法正确的是（　　） A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞 B．柴油机在吸气过程中，将柴油和空气的混合物吸入汽缸中 C．汽油机在做功冲程中，机械能转化为内能 D．汽油机和柴油机除了做功冲程外，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的 6.一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为3600转/分，该柴油机在1s钟活塞完成____________个冲程，曲轴转动中柴油机对外做功____________次。 7.一台单缸四冲程柴油机，飞轮的转速为2400r/min，若每个做功冲程中推动活塞一次做功1500J，那么这台汽油机的功率为______kW。 课堂练习 1.2024年2月23日我国在文昌航天发射场使用长征五号遥七运载火箭，成功将通信技术试验卫星十一号发射升空。火箭喷气发动机是火箭的动力。下列说法中正确的是（ ） A．火箭喷气发动机属于热机 B．火箭通常选用热值较小的物质作为燃料 C．火箭发射升空，燃料的化学能全部转化为火箭的机械能 D．如果燃料燃烧得不充分，其热值就会减小 2.关于内能的利用，下列说法正确的是（　　） A．比热容是物质的特性，与物体的质量、温度、状态均无关 B．使燃料燃烧更充分，可以增大燃料的热值 C．使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率 D．四冲程柴油机工作时，飞轮每转1圈，柴油机对外做功1次 3.如图为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，如图b为四冲程汽油机的工作示意图。下列判断错误的是（ ） A．图a中汽缸内的蒸汽体积膨胀，从而推动活塞使舰载机获得牵引力 B．图a中汽缸内的蒸汽推动活塞时，内能减小 C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图b中B图所示的工作原理相似 D．图b中汽油机一个工作循环的正确顺序是A→B→C→D 4.如图甲所示是一台单缸四冲程汽油机工作状态示意图，由图甲可以看出，此时它所处在______冲程，其能量转化情况与______（选填“乙" 或“丙"）图相同，如果此汽油机飞轮的转速为2400r/min，则每秒内对外做功__________次，汽油机用水做冷却液，是利用水________的较大的特点。 5.一台单缸四冲程汽油机，汽缸横截面积S为400cm2，活塞冲程长L为0.3m，做功冲程燃气的平均压强p是5×105pa，飞轮转速是3000r/min。则该汽油机对活塞的平均推力F大小为______N，将活塞从缸顶推到缸底需做功______J，1s的时间飞轮转______转、对外做功______次。 6.氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，被认为是二十一世纪最理想的能源，氢燃料新能源公交车逐渐在山东不少城市投放使用。在一个标准大气压下，氢燃料的热值为1.4×108J/kg），求： (1)质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量； (2)若放出的热量全部被质量为400kg，温度为65℃的水吸收，则水温升高多少℃？ 7.某工厂为了测试汽车发动机的性能，让汽车以20m/s的速度匀速行驶了144km，其中阻力恒为2000N，用去汽油20L，已知汽油的密度为0.7×103kg/m3，热值为4.6×107J/kg。求： (1)汽车发动机牵引力做的功。 (2)汽油完全燃烧放出的热量。 学科网（北京）股份有限公司 $$