資源簡介

瓦特的蒸汽機
熱機
1、熱機的類型
燃氣輪機
內燃機
蒸汽機
2、內燃機
(1)內燃機：內燃機就是燃料在機器氣缸內燃燒的熱機。
汽油機
柴油機
(2)常見的內燃機：
①汽油機：以汽油為燃料的內燃機叫做汽油機。
②柴油機：以柴油為燃料的內燃機叫做柴油機。
（3）汽油機的工作過程
①汽油在汽油機的汽缸內燃燒，生成高溫高壓的燃氣，推動活塞做功，把內能轉化為機械能
②活塞在汽缸內往復運動，通過連桿帶動曲軸轉動。
③活塞從汽缸的一端運動到汽缸的另一端的過程，叫做一個沖程。
④大多數的汽油機都是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程的循環往復來保證機器正常工作。
①吸氣沖程：進氣門打開，排氣門關閉，活塞從上向下運動，汽油和空氣的混合物吸入汽缸。
②壓縮沖程：進氣門和排氣門都關閉，活塞從下向上運動，壓縮已吸入的燃料混合物。
在壓縮沖程末，火花塞產生電火花，點燃壓縮后的燃料，使燃料猛烈燃燒，產生高溫高壓的燃氣。
③做功沖程：高溫高壓的燃氣推動活塞向下運動，通過連桿帶動曲軸轉動，對外做功，實現把內能轉化為機械能
④排氣沖程：進氣門關閉，排氣門打開，活塞從下向上運動，把廢氣排出汽缸
汽油機工作特點：四個沖程，一次循環，曲軸兩圈，一次做功。
柴油機
汽油機氣缸頂有火花塞，而柴油機氣缸頂部有噴油嘴。汽油機比柴油機輕巧；柴油機比汽油機效率高。
柴油機常用在坦克、機車、拖拉機、載重汽車和海輪上
噴氣發動機
噴氣發動機也是一種內燃機，燃料在燃燒室中燃燒，燃氣向后高速噴出，從而獲得向前的動力。噴氣發動機有空氣噴氣發動機（如圖
3-71）和火箭噴氣發動機（如圖
3-72）兩種。
空氣噴氣發動機工作時，需要利用大氣中的氧氣來助燃，這種發動機常使用在飛機上?；鸺龂姎獍l動機自帶燃料和氧化劑，它工作時不需要外界的空氣，既可以在大氣層外的宇宙空間工作，還可以在水下工作?；鸺龂姎獍l動機常用來發射人造衛星和宇宙飛船。
火箭噴氣發動機的主要部分是燃燒室和噴口，燃料和氧化劑混合后在燃燒室中燃燒，燃氣以極高的速度從發動機底部的噴口向后噴出，從而產生極大的向前推力?；鸺龂姎獍l動機按使用的燃料不同，分為固體燃料火箭噴氣發動機和液體燃料火箭噴氣發動機。在廣大科技工作者的努力下，我國的航空、航天技術得到了飛速發展，火箭及衛星技術已達到世界先進水平。
二、燃料的熱值
1.燃料的種類
燃料種類很多，木柴、煤、石油、天然氣、沼氣等都是燃料。燃料燃燒時，能夠放出熱量。
2.燃料的使用
灶具、汽車、輪船、火力發電廠和各種火箭等，都是利用燃料燃燒所產生的熱量工作的。
你知道燃料燃燒時能量是如何轉化的嗎？
燃料燃燒是物質劇烈氧化的過程。從能量轉化的角度來看，燃料燃燒釋放熱量的過程，就是將貯存在燃料中的化學能轉化為內能的過程。
灶具使用液化石油氣或天然氣
汽車使用柴油或汽油
火箭使用液態或固態氫
3、熱值
由于燃料的成分不同，相同質量的不同燃料燃燒時放出的熱量也不相同。
定義：1
kg某種燃料完全燃燒時放出的熱量，叫做這種燃料的熱值。
（2）在國際單位制中熱值的單位是焦/千克，符號為J/kg。
常用燃料的熱值（單位：J/kg）
汽車的能耗
如圖
是一輛汽車行駛過程中消耗的能量分配的扇形圖。從圖中可見，1
千克汽油在汽缸內完全燃燒時放出的能量，大約只有
25%
用于做功，而其余的
75%
能量則是損耗掉了。
損耗掉的能量包括排氣管排出的廢氣帶走的內能和傳給散熱器散失的內能。排出的廢氣主要是
CO2
和
H2O，CO2
是導致全球氣候變暖的溫室氣體。廢氣中還有CO、NO、NO2
以及未燃燒的碳氫化合物，這些都是有毒的物質。而用于做功的
25%
的能量中，大約有
30%
用于發動機的水箱循環和空調工作，大約有
17%
消耗在傳動裝置上，只有
53%
用于驅動車輪推動汽車前進。
汽車前進時，需要克服地面阻力和空氣阻力，空氣阻力隨著汽車速度的提高而增加。綜合考慮上述各種因素，整輛汽車的總效率約為13%。
2011
年，我國汽車保有量已突破
1
億輛，年需要燃油超過
2
億噸。汽車能量消耗約占國民經濟總能量消耗的
57%。汽車在給人們的出行帶來便利的同時，也帶來了能源消耗、尾氣污染的大幅度增加。
例1、汽車已經成為現代生活中不可缺少的一部分，現代汽車多數采用汽油機作為發動機，如圖是四沖程汽油機的工作循環示意圖，下列說法中不正確的是（　　）
A．甲沖程是通過做功使燃料內能增大
B．乙沖程是排氣沖程，排出廢氣，帶走大部分熱量
C．丙沖程是把機械能轉化為內能，使汽車獲得動力
D．丁沖程是吸氣沖程，吸入汽油和空氣的混合物
例2、（1）如圖1甲所示是四沖程汽油機工作示意圖，其中壓縮沖程是把　
　能轉化為　
　能。
（2）如圖2甲、乙所示，是我們課堂演示的兩個實驗，與壓縮沖程原理相同的是　
　。
（3）如圖2丙是生活中常用的熱水器，當注入一定量的熱水后，立即塞上軟木塞，有時軟木塞會跳
起來，這一過程瓶內氣體通過　
　改變了內能。
1．如圖是汽油機工作的四個沖程，其中表示排氣沖程的是（?。?br/>A．甲
B．乙
C．丙
D．丁
2.一臺四沖程內燃機飛輪轉速為3600轉/分鐘，它1秒內完成了（　?。?br/>A．60個沖程，做了30次功
B．120個沖程，做了120次功
C．240個沖程，做了60次功
D．120個沖程，做了30次功
3.如圖所示，這是瓦特設計的蒸汽機，它以煤炭作為燃料，下列說法正確的是（　　）
A．蒸汽機的功率越大，蒸汽機的效率就越高
B．改進工藝，可以提高煤炭的熱值，使蒸汽機的效率提高
C．蒸汽機工作的時候將內能轉化為機械能
D．蒸汽機實際上也是一種活塞式內燃機
4.如圖所示是汽油機工作時做功沖程的示意圖，下列說法中正確的是（　　）
A．該沖程中活塞往復運動兩次
B．該沖程是機械能轉化為內能
C．該沖程是內能轉化為機械能
D．隨著汽油的燃燒，汽油的熱值會減小
5.“卡路里”簡稱“卡，是熱量的另一個單位，現在仍被廣泛使用在營養計量和健身手冊中。1卡是這樣規定的：在一個標準大氣壓下，1克水溫度升高1℃吸收的熱量。那么1卡＝　
　焦耳。一輛汽車發動機的效率是35%，那么該車完全燃燒1kg汽油做的有用功是　
　J．[c水＝4.2×103J/（kg?℃），q汽＝4.6×107J/kg]
6.現代生活中最重要的交通運輸工具——汽車，與我們的生活走得越來越近了。
（1）某單缸汽油發動機氣缸的活塞面積是
120平方厘米，做功沖程中活塞移動的距離是30厘米，氣體的平均壓強是5×105帕。汽油的熱值是4.6×107焦/千克，每次做功耗油0.2克，氣體一次膨脹對活塞做的功是________焦；若每次做功過程中汽油的90%完全燃燒，每次汽油燃燒放出的熱量是________焦；排氣過程中，廢氣溫度________，內能________。
（2）汽油機的效率很低，主要原因之一是________帶走了大量的能量。
7.某單缸四沖程汽油機的汽缸活塞面積為30cm2，一個沖程活塞在汽缸中移動的距離是50mm，滿負荷工作時做功沖程燃氣的平均壓強為9.0×105Pa，飛輪1min轉動1800周。當汽油機滿負荷工作時（不計摩擦），做功沖程中燃氣對活塞的平均壓力為　
　N；一個做功沖程中燃氣對活塞所做的功為　
　J；1min汽油機完成的做功沖程為　
　個；汽油機的功率為　
　W。
1.我國古代先民曾發明一種點火器(如圖)，用牛角做套筒，木質推桿前端粘著艾絨。猛推推桿，艾絨即可點燃，其原因是套簡內封閉的氣體(???
)
A.溫度升高??B.氣壓增大??C.氧氣增多??D.著火點升高
2.近年來，我國民用汽油發動機技術取得了長足進步，接近國際先進汽油發動機的水平某品牌汽車以80km/h的速度勻速行駛時，儀表盤顯示發動機轉速是1800r/min，若做功沖程每次做功6000J，則下列有關該汽車發動機的說法錯誤的是（　?。?br/>A．每秒飛輪轉60圈
B．每秒完成60個沖程
C．每秒對外做功15次
D．發動機的輸出功率是90kW
3.如圖3所示是一個空氣壓縮引火儀。在厚壁玻璃筒的底部放一小撮干燥的硝化棉，用力將活塞迅速下壓，棉花會被點燃，下列分析正確的是（??
）
A.當活塞向下壓時，玻璃筒內空氣體積變小，壓強變小
B.當活塞向下壓時，對玻璃筒內棉花做功，溫度升高
C.向下壓活塞時，快壓和慢壓的效果相同，因為壓縮氣體做的功相同
D.硝化棉被點燃的原理與擦燃火柴的原理相似
4.如圖所示實驗，在橡膠塞受到水蒸氣的壓力而沖出的過程中，以下說法正確的是（　　）
A．試管口出現的“白霧”是氣體
B．水蒸氣對外做功，內能增加
C．水蒸氣的溫度升高
D．這個實驗基本展示了蒸汽機的工作原理
5.甲裝置：在一個配有活塞的厚玻璃筒里放一小團硝化棉，把活塞迅速壓下去，觀察發生的現象。乙裝置：燒瓶內盛少量水，給瓶內打氣，當瓶塞跳出時，觀察瓶內的變化。下列說法正確的是（???
）
A.甲：迅速向下壓活塞的過程中，筒內空氣溫度不變
B.甲：活塞下壓后反彈的過程相當于內燃機的做功沖程
C.乙：給瓶內打氣至瓶塞跳出前，瓶內空氣內能減小
D.乙：瓶塞跳出的過程相當于內燃機壓縮沖程
6.如圖甲所示，重為
G的瓶塞緊塞在豎直的瓶口，用打氣筒向裝有少量水的瓶內打氣。
（1）當瓶塞跳起時，瓶內出現白霧，此時所發生的物態變化是________，瓶內氣體的內能________（選填“增大”或“減小”））
（2）在圖乙中畫出從開始打氣到瓶塞即將跳起（進氣量為amL）的過程中，瓶塞所受摩擦力f的大小與進氣量的關系圖像。
（3）四沖程汽油機的工作示意圖如下，其中與此實驗原理相同汽車的沖程有________
參考答案
例1、C
例2、（1）機械；內；（2）甲；（3）做功。
【解析】（1）壓縮沖程是把機械能轉化為內能的過程。
（2）甲圖是用力將活塞壓下，活塞對空氣做功，空氣的內能增大，溫度升高，達到了棉花的著火點，棉花就會燃燒。是通過對物體做功來增大物體內能的，即是將機械能轉化為內能的過程。
乙圖對試管中的水加熱，加快水的蒸發，使試管中水的內能增大，體積膨脹，對外做功，使塞子飛出去，內能轉化為塞子的機械能。因此與壓縮沖程原理相同的是甲實驗。
（3）瓶內氣體膨脹對外做功，內能減小，這一過程瓶內氣體是通過做功的方式來改變物體內能的；
1．C
2.D
3.C
4.C
5.4.2；
1.61×107。
6.（1）1800；8.28×103；降低；減少（2）廢氣
【解析】（1）首先根據計算出氣體對活塞的推力，然后根據計算氣體一次膨脹對活塞做的功；已知汽油的質量和熱值根據公式計算每次汽油燃燒釋放的熱量；如果氣體內能減少，那么溫度降低；如果內能增大，那么溫度升高；
（2）汽油機的能量損失包括：通過機體釋放的熱量，機械自身摩擦損耗和尾氣排放。
【解答】（1）氣體對活塞的推力為：；
氣體一次對活塞做的功：；
每次汽油燃燒放出的熱量為：
；
排氣過程中，廢氣溫度降低，內能減少。
（2）汽油機的效率很低，主要原因之一是廢氣帶走了大量的能量。
7.2700；135；900；2025。
【解析】（1）由題知，p＝9.0×l05Pa，S＝30cm2＝3×10﹣3m2，
由p＝可得，燃氣對活塞的平均壓力為：F＝pS＝9.0×l05Pa×3×10﹣3m2＝2700N。
（2）因為一個沖程活塞在汽缸中移動的距離是s＝50mm＝0.05m，
所以一個做功沖程中燃氣對活塞做的功：W＝Fs＝2700N×0.05m＝135J。
（3）飛輪每轉兩圈對外做功一次，所以飛輪1min轉動1800周，完成的做功沖程為900個，即要對外做功900次，則燃氣對活塞做的總功為：W總＝W×900＝135J×900＝121500J，
而t＝1min＝60s，故汽油機的功率為：P＝＝＝2025W。
1.A
2.A
3.D
4.D
5.B
6.（1）液化；減少
（2）
（3）BD
2021-2022學年上學期浙教版科學九年級“培優提高”講義（二十五）
內能3

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