资源简介

瓦特的蒸汽机
热机
1、热机的类型
燃气轮机
内燃机
蒸汽机
2、内燃机
(1)内燃机：内燃机就是燃料在机器气缸内燃烧的热机。
汽油机
柴油机
(2)常见的内燃机：
①汽油机：以汽油为燃料的内燃机叫做汽油机。
②柴油机：以柴油为燃料的内燃机叫做柴油机。
（3）汽油机的工作过程
①汽油在汽油机的汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气，推动活塞做功，把内能转化为机械能
②活塞在汽缸内往复运动，通过连杆带动曲轴转动。
③活塞从汽缸的一端运动到汽缸的另一端的过程，叫做一个冲程。
④大多数的汽油机都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的循环往复来保证机器正常工作。
①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞从上向下运动，汽油和空气的混合物吸入汽缸。
②压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞从下向上运动，压缩已吸入的燃料混合物。
在压缩冲程末，火花塞产生电火花，点燃压缩后的燃料，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气。
③做功冲程：高温高压的燃气推动活塞向下运动，通过连杆带动曲轴转动，对外做功，实现把内能转化为机械能
④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞从下向上运动，把废气排出汽缸
汽油机工作特点：四个冲程，一次循环，曲轴两圈，一次做功。
柴油机
汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。汽油机比柴油机轻巧；柴油机比汽油机效率高。
柴油机常用在坦克、机车、拖拉机、载重汽车和海轮上
喷气发动机
喷气发动机也是一种内燃机，燃料在燃烧室中燃烧，燃气向后高速喷出，从而获得向前的动力。喷气发动机有空气喷气发动机（如图
3-71）和火箭喷气发动机（如图
3-72）两种。
空气喷气发动机工作时，需要利用大气中的氧气来助燃，这种发动机常使用在飞机上。火箭喷气发动机自带燃料和氧化剂，它工作时不需要外界的空气，既可以在大气层外的宇宙空间工作，还可以在水下工作。火箭喷气发动机常用来发射人造卫星和宇宙飞船。
火箭喷气发动机的主要部分是燃烧室和喷口，燃料和氧化剂混合后在燃烧室中燃烧，燃气以极高的速度从发动机底部的喷口向后喷出，从而产生极大的向前推力。火箭喷气发动机按使用的燃料不同，分为固体燃料火箭喷气发动机和液体燃料火箭喷气发动机。在广大科技工作者的努力下，我国的航空、航天技术得到了飞速发展，火箭及卫星技术已达到世界先进水平。
二、燃料的热值
1.燃料的种类
燃料种类很多，木柴、煤、石油、天然气、沼气等都是燃料。燃料燃烧时，能够放出热量。
2.燃料的使用
灶具、汽车、轮船、火力发电厂和各种火箭等，都是利用燃料燃烧所产生的热量工作的。
你知道燃料燃烧时能量是如何转化的吗？
燃料燃烧是物质剧烈氧化的过程。从能量转化的角度来看，燃料燃烧释放热量的过程，就是将贮存在燃料中的化学能转化为内能的过程。
灶具使用液化石油气或天然气
汽车使用柴油或汽油
火箭使用液态或固态氢
3、热值
由于燃料的成分不同，相同质量的不同燃料燃烧时放出的热量也不相同。
定义：1
kg某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值。
（2）在国际单位制中热值的单位是焦/千克，符号为J/kg。
常用燃料的热值（单位：J/kg）
汽车的能耗
如图
是一辆汽车行驶过程中消耗的能量分配的扇形图。从图中可见，1
千克汽油在汽缸内完全燃烧时放出的能量，大约只有
25%
用于做功，而其余的
75%
能量则是损耗掉了。
损耗掉的能量包括排气管排出的废气带走的内能和传给散热器散失的内能。排出的废气主要是
CO2
和
H2O，CO2
是导致全球气候变暖的温室气体。废气中还有CO、NO、NO2
以及未燃烧的碳氢化合物，这些都是有毒的物质。而用于做功的
25%
的能量中，大约有
30%
用于发动机的水箱循环和空调工作，大约有
17%
消耗在传动装置上，只有
53%
用于驱动车轮推动汽车前进。
汽车前进时，需要克服地面阻力和空气阻力，空气阻力随着汽车速度的提高而增加。综合考虑上述各种因素，整辆汽车的总效率约为13%。
2011
年，我国汽车保有量已突破
1
亿辆，年需要燃油超过
2
亿吨。汽车能量消耗约占国民经济总能量消耗的
57%。汽车在给人们的出行带来便利的同时，也带来了能源消耗、尾气污染的大幅度增加。
例1、汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分，现代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．甲冲程是通过做功使燃料内能增大
B．乙冲程是排气冲程，排出废气，带走大部分热量
C．丙冲程是把机械能转化为内能，使汽车获得动力
D．丁冲程是吸气冲程，吸入汽油和空气的混合物
例2、（1）如图1甲所示是四冲程汽油机工作示意图，其中压缩冲程是把　
　能转化为　
　能。
（2）如图2甲、乙所示，是我们课堂演示的两个实验，与压缩冲程原理相同的是　
　。
（3）如图2丙是生活中常用的热水器，当注入一定量的热水后，立即塞上软木塞，有时软木塞会跳
起来，这一过程瓶内气体通过　
　改变了内能。
1．如图是汽油机工作的四个冲程，其中表示排气冲程的是（　）
A．甲
B．乙
C．丙
D．丁
2.一台四冲程内燃机飞轮转速为3600转/分钟，它1秒内完成了（　　）
A．60个冲程，做了30次功
B．120个冲程，做了120次功
C．240个冲程，做了60次功
D．120个冲程，做了30次功
3.如图所示，这是瓦特设计的蒸汽机，它以煤炭作为燃料，下列说法正确的是（　　）
A．蒸汽机的功率越大，蒸汽机的效率就越高
B．改进工艺，可以提高煤炭的热值，使蒸汽机的效率提高
C．蒸汽机工作的时候将内能转化为机械能
D．蒸汽机实际上也是一种活塞式内燃机
4.如图所示是汽油机工作时做功冲程的示意图，下列说法中正确的是（　　）
A．该冲程中活塞往复运动两次
B．该冲程是机械能转化为内能
C．该冲程是内能转化为机械能
D．随着汽油的燃烧，汽油的热值会减小
5.“卡路里”简称“卡，是热量的另一个单位，现在仍被广泛使用在营养计量和健身手册中。1卡是这样规定的：在一个标准大气压下，1克水温度升高1℃吸收的热量。那么1卡＝　
　焦耳。一辆汽车发动机的效率是35%，那么该车完全燃烧1kg汽油做的有用功是　
　J．[c水＝4.2×103J/（kg?℃），q汽＝4.6×107J/kg]
6.现代生活中最重要的交通运输工具——汽车，与我们的生活走得越来越近了。
（1）某单缸汽油发动机气缸的活塞面积是
120平方厘米，做功冲程中活塞移动的距离是30厘米，气体的平均压强是5×105帕。汽油的热值是4.6×107焦/千克，每次做功耗油0.2克，气体一次膨胀对活塞做的功是________焦；若每次做功过程中汽油的90%完全燃烧，每次汽油燃烧放出的热量是________焦；排气过程中，废气温度________，内能________。
（2）汽油机的效率很低，主要原因之一是________带走了大量的能量。
7.某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周。当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），做功冲程中燃气对活塞的平均压力为　
　N；一个做功冲程中燃气对活塞所做的功为　
　J；1min汽油机完成的做功冲程为　
　个；汽油机的功率为　
　W。
1.我国古代先民曾发明一种点火器(如图)，用牛角做套筒，木质推杆前端粘着艾绒。猛推推杆，艾绒即可点燃，其原因是套简内封闭的气体(???
)
A.温度升高??B.气压增大??C.氧气增多??D.着火点升高
2.近年来，我国民用汽油发动机技术取得了长足进步，接近国际先进汽油发动机的水平某品牌汽车以80km/h的速度匀速行驶时，仪表盘显示发动机转速是1800r/min，若做功冲程每次做功6000J，则下列有关该汽车发动机的说法错误的是（　　）
A．每秒飞轮转60圈
B．每秒完成60个冲程
C．每秒对外做功15次
D．发动机的输出功率是90kW
3.如图3所示是一个空气压缩引火仪。在厚壁玻璃筒的底部放一小撮干燥的硝化棉，用力将活塞迅速下压，棉花会被点燃，下列分析正确的是（??
）
A.当活塞向下压时，玻璃筒内空气体积变小，压强变小
B.当活塞向下压时，对玻璃筒内棉花做功，温度升高
C.向下压活塞时，快压和慢压的效果相同，因为压缩气体做的功相同
D.硝化棉被点燃的原理与擦燃火柴的原理相似
4.如图所示实验，在橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出的过程中，以下说法正确的是（　　）
A．试管口出现的“白雾”是气体
B．水蒸气对外做功，内能增加
C．水蒸气的温度升高
D．这个实验基本展示了蒸汽机的工作原理
5.甲装置：在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，把活塞迅速压下去，观察发生的现象。乙装置：烧瓶内盛少量水，给瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化。下列说法正确的是（???
）
A.甲：迅速向下压活塞的过程中，筒内空气温度不变
B.甲：活塞下压后反弹的过程相当于内燃机的做功冲程
C.乙：给瓶内打气至瓶塞跳出前，瓶内空气内能减小
D.乙：瓶塞跳出的过程相当于内燃机压缩冲程
6.如图甲所示，重为
G的瓶塞紧塞在竖直的瓶口，用打气筒向装有少量水的瓶内打气。
（1）当瓶塞跳起时，瓶内出现白雾，此时所发生的物态变化是________，瓶内气体的内能________（选填“增大”或“减小”））
（2）在图乙中画出从开始打气到瓶塞即将跳起（进气量为amL）的过程中，瓶塞所受摩擦力f的大小与进气量的关系图像。
（3）四冲程汽油机的工作示意图如下，其中与此实验原理相同汽车的冲程有________
参考答案
例1、C
例2、（1）机械；内；（2）甲；（3）做功。
【解析】（1）压缩冲程是把机械能转化为内能的过程。
（2）甲图是用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧。是通过对物体做功来增大物体内能的，即是将机械能转化为内能的过程。
乙图对试管中的水加热，加快水的蒸发，使试管中水的内能增大，体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能。因此与压缩冲程原理相同的是甲实验。
（3）瓶内气体膨胀对外做功，内能减小，这一过程瓶内气体是通过做功的方式来改变物体内能的；
1．C
2.D
3.C
4.C
5.4.2；
1.61×107。
6.（1）1800；8.28×103；降低；减少（2）废气
【解析】（1）首先根据计算出气体对活塞的推力，然后根据计算气体一次膨胀对活塞做的功；已知汽油的质量和热值根据公式计算每次汽油燃烧释放的热量；如果气体内能减少，那么温度降低；如果内能增大，那么温度升高；
（2）汽油机的能量损失包括：通过机体释放的热量，机械自身摩擦损耗和尾气排放。
【解答】（1）气体对活塞的推力为：；
气体一次对活塞做的功：；
每次汽油燃烧放出的热量为：
；
排气过程中，废气温度降低，内能减少。
（2）汽油机的效率很低，主要原因之一是废气带走了大量的能量。
7.2700；135；900；2025。
【解析】（1）由题知，p＝9.0×l05Pa，S＝30cm2＝3×10﹣3m2，
由p＝可得，燃气对活塞的平均压力为：F＝pS＝9.0×l05Pa×3×10﹣3m2＝2700N。
（2）因为一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是s＝50mm＝0.05m，
所以一个做功冲程中燃气对活塞做的功：W＝Fs＝2700N×0.05m＝135J。
（3）飞轮每转两圈对外做功一次，所以飞轮1min转动1800周，完成的做功冲程为900个，即要对外做功900次，则燃气对活塞做的总功为：W总＝W×900＝135J×900＝121500J，
而t＝1min＝60s，故汽油机的功率为：P＝＝＝2025W。
1.A
2.A
3.D
4.D
5.B
6.（1）液化；减少
（2）
（3）BD
2021-2022学年上学期浙教版科学九年级“培优提高”讲义（二十五）
内能3

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