热机及其效率 九年级物理中考复习专题讲义.doc

微专题14-2 热机及其效率知识解读一、热机1、定义：利用燃料燃烧释放出的能量做功的机械叫做热机．2、工作原理：燃料的化学能→内能→机械能．3、分类：蒸汽机、内燃机(汽油机、柴油机)、汽轮机、喷气发动机等．4、汽油机：工汽油机的一个工作循环要经历吸气、压缩、做功和排气四个冲程，属于四冲程内燃机．它的一个工作循环中，活塞往复运动2次，压缩冲程把机械能转化为内能．只有做功冲程中燃气推动活塞做功，把内能转化为机械能．其他三个冲程是靠飞轮转动的惯性来完成的. 二、汽油机和柴油机的区别汽油机柴油机原理图结构气缸顶部有火花塞、无喷油嘴气缸顶部有喷油嘴、无火花塞燃料汽油柴油工作过程吸气冲程吸进汽油和空气燃料混合物吸进空气压缩冲程混合燃料被压缩、压强增大，温度升高空气被压缩，压强增大，温度升高做功冲程压缩末，火花塞点火，燃料燃烧，产生高温高压燃气对外做功压缩末，喷油嘴喷出雾状柴油，自燃产生高温高压燃气对外做功效率不高：20%～30%稍高：30%～45%用途质量较小、体积小，常用于汽车、飞机和小型农业机械笨重、经济、功率大，主要用于载重汽车、轮船、坦克等三、热机功率和热机效率的辨析热机效率热机功率定义用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机效率单位时间内所做的功物理意义反映热机对能量利用率的高低反映热机做功的快慢定义式η＝100%P＝单位无单位瓦特(W)注意热机效率的高低与热机做功的多少、做功的快慢无关；提高效率的途径是减少热机中的各种能量损失，即减少燃烧过程中的热量的损失和减少机械能的损失典例解读类型一、内燃机冲程判断例1、汽车已经成为现代生活不可缺少的一部分，汽车多数采用汽油机作为发动机，如图是四冲程汽油机的工作循环示意图，下列说法中不正确的是(　　)A、甲冲程是把机械能转化为内能 B、乙冲程是排气冲程C、丙冲程是把机械能转化为内能 D、丁冲程是吸气冲程【答案】 C.【解析】题考查汽油机四个冲程的识别。

甲图中进气门和排气门都关闭，活塞向上运行，是压缩冲程，将机械能转化为内能，故A正确；乙图中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，故B正确；丙图中进气门和排气门都关闭，活塞向下运行，是做功冲程，将内能转化为机械能，故C错误；丁图中进气门打开，活塞向下运行，是吸气冲程，没有能量转化的过程，故D正确方法技巧】根据剖面图识别汽油机的工作冲程，主要有三个关键点：(1)活塞的运动方向2)气门的开闭情况3)火花塞是否产生电火花类型二、四冲程比例计算问题例2、一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速是2400r/min，柴油机每秒内完成_________个工作循环，做功_______次，活塞往复运动______次．【答案】 20；20；40.【解析】根据飞轮转速求出每秒内飞轮转动圈数，内燃机一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，做功1次．已知飞轮转速为2400r/min=40r/s，因为一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，做功1次，所以该柴油机1s内完成20个工作循环，对外做功20次，活塞往复运动40次．【方法技巧】工作循环次数：做功次数：往复运动次数：冲程数=1：1：2：4. 类型三、热机效率的综合计算例3、如图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，并使各汽缸的做功冲程错开，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、压缩和排气冲程．排量2.0 L输出功率120 kW转速6 000 r/min(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_____能转化为_____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周数．①该发动机在1 s内做功________J，单缸排量V＝________L.②在每个做功冲程里，发动机做功W＝____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＝________Pa.(1 L＝10－3 m3)【答案】(1)内　机械;(2)1.2105;0.5;600;(3)1.2106.【解析】（1）在做功冲程里，高温、高压的燃气膨胀做功，将内能转化为机械能；（2）①∵P=Wt，∴发动机在1s内做功：W=Pt=120103W1s=1.2105J，∵四缸总排量为2.0L，单缸排量：V=142.0L=0.5L，②∵发动机在1s内做功1.2105J，发动机有四个缸同时工作，∴每个缸1s内做功：W=141.2105J=3104J，又∵转速为6000r/min，四冲程内燃机每个工作循环曲轴转两周、做功一次，∴1s内做功50次，每个做功冲程做功：W′=1503104J=600J．（3）∵W′=pV，V=0.5L=0.510-3m3，∴燃气对活塞的压强：p=WV=600J0.510-3m3=1.2106Pa.例4、莲莲家的汽车尾部标有“2.0T”的字样，其中“T”就是“涡轮增压”，是利用高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，来带动同轴的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使汽油燃烧更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高发动机效率和减少废气污染的目的。

这辆汽车的最低油耗可达0.2kg/(kWh)，已知汽油的热值为4.6107J/kg温馨提示：最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量；0.2kg/(kWh)表示获得1kWh能量消耗0.2kg汽油)求：(1)0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量为多少？(2)该汽车发动机的效率最高可达多少？(结果保留整数)【答案】(1)9.2106J；(2)39%.【解析】(1)0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量：Q放=mq=0.2kg4.6107J/kg=9.2106J(2)根据题意可知，完全燃烧0.2kg汽油获得的能量为W=1kWh=3.6106J，汽车发动机的效率：η=WQ放100%=3.6106J9.2106J100%≈39%例5、一台单缸四冲程柴油机，每分钟转1800r，每一个工作循环燃气做的功为500J，柴油的热值为4.3107J/kg．问：（1）此柴油机在1h内做了多少功？（2）如果此柴油机的效率为30%，做这些功需要完全燃烧多少柴油？【答案】(1) 2.7107J；(2)2.1kg.【解析】（1）由于每四冲程为一个工作循环，每一个工作循环为两转，所以，该柴油机每分钟有1800/2=900个工作循环，此柴油机在1h内做功：W=500J9006060s=2.7107J，（2）由η=W有 /W总 可得，W总=W有 /30% =2.7107J /30% =9107J，此时W总=Q，由Q=mq可得，m=W总 /q =9107J/ 4.3107J/kg ≈2.1kg．培优训练一、选择题1、现代汽车的发动机一般都是四冲程内燃机，其四个冲程如图所示，其中做功冲程是(　　)2、如图是汽车四冲程发动机的一个冲程示意图，下列说法正确的是(　　)A. 该冲程是做功冲程B. 该冲程机械能转化为内能C. 这种汽车对环境没有污染D. 此发动机的效率可达90%3、如图所示，是小普同学跟爷爷学习气功的四个基本动作．由此他联想到热机的四个冲程，以下与做功冲程最相似的是(　　)4、如图所示是演示点火爆炸的实验装置，按动电火花发生器的按钮，点燃盒内酒精，盒盖迅速飞出．这个过程与四冲程汽油机中的哪一个冲程的能量转化相同(　　)A. 吸气冲程 B. 压缩冲程C. 做功冲程 D. 排气冲程5、关于内燃机，下列说法正确的是(　　)A. 四个冲程中只有一个冲程发生内能与机械能相互转化B. 压缩冲程主要是通过做功的方式增大缸内气体的内能C. 汽油机和柴油机都是通过火花塞点火的D. 只要技术进步，内燃机的效率可以达到100%6、有一辆汽车在水平路面上用0.5h匀速行驶了36km，消耗汽油3 kg。

若已知该汽车发动机的功率(即牵引力的功率)为23 kW，汽车(包括车上的人和物品)质量为1.5 t，车轮与地的接触总面积是0.5m2,汽油的热值为4.6107J／kg，g=10 N／kg下列分析正确的是（ ）A、该汽车对路面的压力等于l.5104N,该汽车克服阻力做的功是2.3104JB、该汽车通过这段路程的平均速度是200m／s，车对地的压强是30 PaC、该汽车的牵引力是1.5104N ，汽油燃烧放出的热量是1.38108JD、该汽车发动机的效率是30％，该汽车的牵引力是1.15103N7、现有两个使用同一种燃料的加热器，用它们分别对甲、乙两种不同的物质加热．已知甲物质的比热是乙物质的2倍，甲物质的质量是乙物质的13， 当甲物质升高的温度是乙物质的34时（甲、乙物质的物态都不发生改变），加热甲物质所用燃料是加热乙物质的12， 则两加热器利用热能的效率之比是（　）A、3：4 B、1：1 C、3：2 D、2：18、关于汽油机和柴油机的区别，下列说法中你认为不妥的是（）A、柴油机比汽油机费用低廉，但比较笨重B、柴油机的效率一般比汽油机的效率高C、一个工作循环中柴油机做功两次，比汽油机多一次做功冲程D、在构造上，柴油机汽缸顶部有喷油嘴而没有火花塞9、甲、乙两台汽油机，甲的功率是乙的2倍，甲的效率是30%，乙的效率是20%，那么甲、乙在相同时间内所消耗汽油质量之比为（ ）A、3：4 B、2：3 C、3：2 D、4：310、下列关于热机的是说法中，错误的是（）A、热机工作的过程是将燃料燃烧获得的内能转化成机械能的过程B、为了防止热机过热，通常用水来降温，是利用水的比热容大的特性C、可以采用增大热机功率的方法来增大热机的效率D、热机的大量使用会造成环境污染11、有甲、乙两台汽油机，若在同一时间内甲做的有用功是乙做的有用功的2倍，甲的效率是25％，乙的效率是20％。

则在同样时间内，甲、乙两汽油机消耗汽油的质量之比为（）A、2：5 B、8：5 C、5：8 D、5：212、阅读下列材料：①扩散现象实质是一切物质分子都在不停地作无规则运动；②内燃机压缩冲程是将内能转化为机械能；③压缩气体使气体温度升高是通过做功改变物体内能；④热机效率是热机性能的重要指标之一以下答案正确的是（）A、①③④正确 B、只有①③正确 C、①②正确 D、①②③④正确13、我国计划在2025年实现首次载人登月已知月球上无大气、无磁场，物体在月球上所受重力只相当于地球上的16，假设月球表面粗糙程度与地面相同在月球上，你认为下列情况可能的是（）A、月球车行驶时所受摩擦力变小 B、用指南针确定方。