物理九年级上册知识讲义13.3内燃机-沪科版（含答案）

初中物理 内燃机
【考点精讲】
◆内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧，将化学能转化为内能且利用内能来做功的机器。
◆汽油机和柴油机的工作原理：
冲程 工作示意图 能的转化 相应特点
吸气 冲程

①进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动
②吸入汽油和空气的混合物（柴油机吸入的是空气）
压缩 冲程
机械能
↓
内能 ①进气门、排气门都关闭
②活塞向上运动，压缩汽油和空气的混合物（柴油机压缩的是空气）
做功 冲程
内能
↓
机械能 ①进气门、排气门都关闭
②活塞在高温、高压的燃气作用下向下运动
③点火方式：点燃式（柴油机压燃式）
排气 冲程
废气带走很多燃气内能 ①进气门关闭，排气门打开
②活塞向上运动将废气排出汽缸
③废气中含有大量有害气体
◆汽油机与柴油机的区别：
汽油机的构造 柴油机的构造
区别 汽油机 柴油机
构造不同 火花塞 喷油嘴
燃料不同 汽油 柴油
吸气冲程 吸入汽油和空气的混合物 吸入空气
点火方式 点燃式 压燃式
应用 效率较低，较轻便，用于小轿车、飞机上 效率较高，较笨重，用于火车、轮船、坦克上
【典例精析】
例题1 （自贡）下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况。关于对图中①②③④的补充正确的是（　　）
A. ①做功冲程??②内能转化为机械能??③压缩冲程??④机械能转化为内能
B. ①压缩冲程??②内能转化为机械能??③做功冲程??④机械能转化为内能
C. ①做功冲程??②机械能转化为内能??③压缩冲程??④内能转化为机械能
D. ①压缩冲程??②机械能转化为内能??③做功冲程??④内能转化为机械能
思路导航：热机的四个冲程，吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。压缩冲程中，活塞上升压缩气缸内的气体，使气体内能增大，燃料燃烧产生高温高压的燃气，机械能转化为内能；做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞向下运动，内能转化为机械能。
答案：D
例题2 （日照）如图所示是汽油机工作时各种冲程的示意图，其中表示做功冲程的是（　　）
A.
B.
C.
D.
思路导航：A. 一个气阀打开，活塞向下运动，所以是吸气冲程；B. 两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以是压缩冲程；C. 两个气阀都关闭，活塞向下运动，所以是做功冲程；D. 一个气阀打开，活塞向上运动，所以是排气冲程。
答案：C
【总结提升】
1. 四冲程内燃机的每个工作循环包括：吸气冲程，压缩冲程，做功冲程，排气冲程。在一个工作循环中，汽缸内的活塞往复两次，曲轴转动两周。四个冲程中只有做功冲程燃气对外做功，其他三个冲程都是靠飞轮惯性完成的。一个工作循环有两次能量转化，在压缩过程中，机械能转化为内能，在做功过程中，内能转化为机械能。所以，汽油机完成一个工作循环，要经过4个冲程，飞轮转动2周，活塞往返2次，燃气对外做功1次。
随堂练习：
汽油机飞轮的转速为600r/min，那么，每秒钟完成工作循环个数和对外做功次数分别为（　　）
A. 5，5 B. 10，10 C. 15，15 D. 20，20
思路导航：汽油机完成1个工作循环，飞轮转2转，对外做功1次。若飞轮的转速为600r/min＝10r/s，即每秒完成5个工作循环，对外做功5次。
答案：A
2. 根据气门的开闭判别冲程
（1）判断内燃机工作属于哪个冲程应抓住两点：一是气阀的开关；二是活塞的运动方向。如下表：
气阀的开关 只有一个气阀打开 两个气阀都关闭
活塞运动方向 活塞向下 活塞向上 活塞向上 活塞向下
冲程名称 吸气冲程 排气冲程 压缩冲程 做功冲程
（2）表中“活塞向上”是指使汽缸容积减小，“活塞向下” 是指使汽缸容积增大。
示例 （广东）在汽油机的四个冲程中，机械能转化为内能的是 冲程。如图所示汽油机正在进行的是 冲程。
思路导航：在内燃机的压缩冲程中，活塞压缩气体做功，使气体的内能增大，温度升高，机械能转化为内能。根据图示可知，两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，气缸容积增大，因此是做功冲程。
答案：压缩；做功。
同步练习：
（答题时间：15分钟）
1. 如图，是汽油机的一个工作循环的四个冲程的示意图，下列关于四个冲程的排列次序以及能量转化的说法，正确的是（　　）
A. 正确次序是④①②③，其中①②有能量转化
B. 正确次序是④①②③，其中①③有能量转化
C. 正确次序是④②①③，其中③④有能量转化
D. 正确次序是④②①③，其中②④有能量转化
2. 汽油机上安装了一个笨重的飞轮，是为了（ ）
A. 用于平衡
B. 节省燃料
C. 可以做更多的功
D. 利用飞轮的惯性完成吸气、压缩、排气三个辅助冲程
3.（常州）点火爆炸实验中，电子式火花发生器点燃盒中酒精蒸气，产生的燃气将塑料盒盖喷出很远。此过程的能量转化方式类似于汽油机的（　　）
A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程
4. 一台八缸四冲程柴油机，飞轮转速为600r/min，若每个汽缸做功冲程中，每次做功7300J，那么这台柴油机的功率是（　　）
A. 3.65×104W B. 5.84×105W C. 7.3×105W D. 2.92×105W
5. （塘沽区一模）如图1所示，用酒精灯加热试管中的水。当水沸腾后，塞子被试管内的水蒸气推出，水蒸气的 能转化为塞子的 能。图2中汽油机 （填“甲”或“乙”）的工作过程与图1所示的能量转化一致。
图1 图2
6. 如图所示，从玻璃管口喷出的水蒸气驱动叶轮转动，是水蒸气的 能转化为风车的机械能；在四冲程汽油机的一个工作循环中， 冲程和这个能量转化过程相同。
7. （陕西）科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同，在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度 （选填“升高”、“降低”或“不变”），其内能 （选填“增大”、“减小”或“不变”），这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的 。为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是 冲程。
8. 如图所示是某种内燃机某一冲程的示意图，由图可知：
（1）这种内燃机是 机；
（2）它表示的是 冲程；
（3）在这个冲程中 能转化为 能；
（4）完成这一冲程，曲轴和飞轮转 转；
（5）仔细观察其铭牌，可见“1800 r/min”字样，则它正常工作时，1s对外做功 次。
答案：
1. A 解析：热机的四个冲程，吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
①图：气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程；
②图：气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程；
③图：排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程；
④图：进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程。
压缩冲程中，活塞上升压缩气缸内的气体，使气体内能增大，燃料燃烧产生高温高压的燃气；做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞向下运动，内能转化为机械能。
2. D 解析：飞轮可以借助惯性继续旋转，从而起到储存能量的功能。飞轮还是平衡转速最有效、结构最简单的机械装置，通过“存储”冲击转速能量和“释放”能量补充载荷所需，达到平衡转速的功能。
3. C 解析：塑料盒相当于一个气缸，塑料盒的盖相当于活塞，酒精在塑料盒内燃烧，产生高温高压的燃气，推动塑料盒盖运动，把内能转化为机械能，这一过程与热机工作时的做功冲程类似。
4. D 解析：飞轮转速：600r/min＝10r/s，即飞轮每秒转10圈，
∵一个工作循环飞轮转2圈，完成4个冲程，做功一次，
∴每秒共有5个工作循环，对外做功5次；
每个缸每秒做功7300J×5＝36500J，
该柴油机（八个缸）每秒做的功：
W＝36500J×8＝2.92×105J，
该柴油机的功率为：＝2.92×105W
5. 内，机械，甲 解析：图1中的塞子被试管内的水蒸气推出过程是水蒸气的内能转化为塞子机械能的过程；
图2中的甲图中活塞下行，两气门关闭，所以是做功冲程，也是燃料的内能转化为轮轴机械能的过程。
6. 内；做功 解析：由图可知，从玻璃管口喷出的水蒸气驱动叶轮转动，水蒸气会对叶轮做功，将水蒸气的内能会转化为风车的机械能；此过程与汽油机的做功冲程类似，在做功冲程中也是燃气的内能转化为活塞的机械能。
7. 降低；减小；效率；排气 解析：在做功冲程中，高温气体迅速膨胀对活塞做功，气体的内能减小，转化为机械能；在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸汽，推动活塞再次做功，水蒸汽温度降低；这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的效率；为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是排气冲程。
8. （1）柴油 （2）压缩 （3）机械 内 （4）半 （5）15 解析：根据汽缸顶部是喷油嘴可判断它是柴油机.根据两个气门都关闭且活塞向上运动可知它正处于压缩冲程，此冲程中活塞压缩汽缸内的气体，使汽缸内气体内能增大、温度升高，机械能转化为内能.每完成一个冲程，曲轴与飞轮只转半圈.由于1800 r/min＝30 r/s，即曲轴与飞轮每秒转30转，完成15次工作循环，一次工作循环做一次功，可知每秒对外做功15次.