2020九年级物理上册第二章2内燃机练习（新版）教科版

2020九年级物理上册第二章2内燃机练习（新版）教科版

‎2. 内燃机 图2－2－1‎ 内燃机 ‎1．定义：热机工作时，燃料在汽缸内燃烧，产生的燃气直接推动活塞做功，这种机器叫做活塞式内燃机。‎ ‎2．应用：常见的活塞式内燃机有汽油机和柴油机。‎ ‎3．汽油机的工作过程：每一个工作循环分为四个冲程，即________冲程、________冲程、________冲程和________冲程。每一个工作循环中活塞往复运动______次，曲轴转动______周，对外做功______次。________冲程中内能转化为机械能，________冲程中机械能转化为内能。‎ 15‎ ‎[拓展]汽油机和柴油机的区别 种类 汽油机 柴油机 构造 ‎　汽缸顶部有火花塞 ‎　汽缸顶部有喷油嘴 吸气冲程 ‎　吸入汽油与空气的混合气体 ‎　只吸入空气 点燃方式 点燃式 压燃式 类型一　内燃机四个冲程的判断 例1　2016·镇江改编 如图2－2－2所示，工作中的四冲程汽油机正处于________冲程，该冲程将________转化为机械能。‎ 图2－2－2‎ ‎[方法指导]四个冲程的判定方法 根据气门开闭及活塞运动方向判断四个冲程，具体列表如下：‎ 冲程 进气门 排气门 活塞运动方向 能量转化 吸气 开 闭 向下 压缩 闭 闭 向上 机械能→内能 做功 闭 闭 向下 内能→机械能 排气 闭 开 向上 类型二　内燃机转速与做功次数、活塞运行次数、工作循环次数的关系 15‎ 例2 一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是2400 r/min，该汽油机每秒钟内完成________个冲程，对外做功________次，活塞往复运动________次，完成________个工作循环。‎ ‎[方法指导]找“关系”，用“比例”，解“次数”‎ 内燃机完成1个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往复运动2次，飞轮转动2圈，即：‎ 此规律可以简记为：吸压做排四冲程，一个循环一次功，飞轮转动正两圈，活塞往复两次行。‎ 15‎ 课堂反馈(五)‎ ‎[内燃机]‎ ‎1.常见的活塞式内燃机有________和________。汽油机工作时，活塞在汽缸里往复运动，活塞从汽缸的一端运动到另一端叫做一个________。‎ ‎2．如图C2－2－1所示为汽油机工作时各冲程的示意图，请按要求填空。‎ 图C2－2－1‎ ‎(1)A的进气门______，排气门______，活塞向______运动，为______冲程。‎ ‎(2)B的进气门______，排气门______，活塞向______运动，为______冲程。‎ ‎(3)C的进气门______，排气门______，活塞向______运动，为______冲程。‎ ‎(4)D的进气门______，排气门______，活塞向______运动，为______冲程。‎ ‎(5)正常工作顺序为________，其中A冲程实现________能向________能的转化，D冲程实现________能向________能的转化。‎ ‎3．内燃机工作时，可以对外提供动力的是________冲程，其他三个冲程冲程是靠飞轮的________完成的。‎ ‎4．一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是2400 r/min，该汽油机每分钟完成________________________________________________________________________‎ 个冲程，对外做功________次，活塞往复运动________次，完成________个工作循环。‎ ‎5．汽油机和柴油机在构造上相比，汽油机顶部有一个______________，柴油机顶部有一个喷油嘴；汽油机和柴油机在工作时相比，汽油机吸入的是______________，‎ 15‎ 柴油机吸入的是____________，它们的点火方式__________(选填“相同”或“不同”)。‎ 15‎ 课时作业(五)‎ ‎[第二章　2.内燃机]‎ 一、选择题 ‎1．如图5－K－1所示为汽油机工作过程中某一冲程的示意图，此冲程的名称及能量转化是(　　)‎ 图5－K－1‎ A．吸气冲程，内能转化为机械能 B．压缩冲程，机械能转化为内能 C．做功冲程，内能转化为机械能 D．排气冲程，机械能转化为内能 ‎2．2017·江西在汽油机的做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞运动做功，下列说法中正确的是(　　)‎ A．燃气的内能减少，温度升高 B．燃气的内能增加，温度升高 C．燃气的内能减少，温度降低 D．燃气的内能增加，温度降低 ‎3．如图5－K－2所示是四冲程汽油机工作状态示意图，下列说法不正确的是(　　)‎ 图5－K－2‎ 15‎ A．该冲程是内能转化为机械能的过程 B．该图表示汽油机的压缩冲程，该冲程是将汽油和空气的混合物进行压缩 C．该冲程中汽缸内气体温度升高，分子运动剧烈程度加剧 D．该冲程中主要是通过做功的方式改变汽缸内物质的内能 ‎4. 如图5－K－3所示为生活中常用的热水瓶，注入一定量的热水后，立即盖上软木塞，软木塞常会跳起来。内燃机的哪个冲程与这一现象的能量转化相同(　　)‎ 图5－K－3‎ A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程 ‎5．如图5－K－4所示，甲、乙是两个演示实验的示意图，丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图。下列说法正确的是(　　)‎ 图5－K－4‎ A．图丙所示的是做功冲程，其工作原理与图甲所示实验相同 B．图丙所示的是压缩冲程，其工作原理与图乙所示实验相同 C．图丁所示的是压缩冲程，其工作原理与图甲所示的实验相同 D．图丁所示的是做功冲程，其工作原理与图乙所示实验相同 ‎6．下面的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的主要能量转化情况的。对图中①②③④的补充正确的是(　　)‎ 15‎ 图5－K－5‎ 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 ‎7．单缸四冲程汽油机，完成一个工作循环，曲轴转过(　　)‎ A．720° B．180°‎ C．150° D．90°‎ ‎8．一台汽油机的转速是1200 r/min，则它在1 s内对外做功次数为(　　)‎ A．10 B．20‎ C．30 D．40‎ ‎9. 关于汽油机和柴油机的主要不同点，下列说法正确的是(　　)‎ A. 在构造上汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机的汽缸顶部有喷油嘴 B. 在吸气冲程中汽油机吸入汽缸的是汽油，柴油机吸入汽缸的是柴油 C. 在压缩冲程末汽油机用压燃式点火，而柴油机采用的是点燃式点火 D. 在做功冲程中汽油机里的燃气温度和压强比柴油机里的高 ‎10．当手扶拖拉机上的柴油机出现故障而使转速急剧增加时，正常操作已经不能使它停转(这种故障叫做飞车)，下列应急措施中，可行的是(　　)‎ A．用手捂住进气口 B．立即找一个隔热的东西，捂住排气口 C．脚踏刹车板，同时手拉制动器 15‎ D．设法让拖拉机撞上一个坚固的障碍物 二、填空题 ‎11．汽油机的四个冲程分别为________冲程、________冲程、________冲程、_______冲程。如图5－K－6所示是_______冲程。在压缩冲程中，活塞压缩气体做功，气体的内能会________。‎ 图5－K－6‎ ‎12．四冲程柴油机在做功冲程中柴油燃烧对活塞做功，此过程中________能转化成________能。若某柴油机在工作中消耗了‎2 kg的柴油，柴油完全燃烧能释放____________J的热量。(柴油的热值为4.3×107 J/kg)‎ ‎13．如图5－K－7甲所示是某一实验过程，其能量转化与图________(选填“乙”或“丙”)中汽油机工作过程中的能量转化是一致的，而图示中汽油机的另一个工作过程叫________冲程。除做功冲程外，其他三个冲程均依靠飞轮的________来完成。‎ 图5－K－7‎ ‎14．一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1800 r/min，该汽油机每分钟内完成______个工作循环，对外做功______次。‎ ‎15．如图5－K－8所示，在透明塑料盒的底部钻一个孔，把电子式火花发生器的放电针紧紧地塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒内滴入数滴酒精，再将盒盖盖紧，然后揿动电火花发生器的按钮……‎ 图5－K－8‎ ‎(1)实验中，将观察到的现象是____________________。‎ 15‎ ‎(2)在此过程中，酒精燃烧后的燃气的________能转化为盒盖的机械能。‎ ‎(3)在这一实验过程中，应当注意观察的现象是(　　)‎ A．揿动电火花发生器的按钮 B．盒内的酒精 C．盒盖飞出的现象 D．盒盖飞出的瞬间盒内出现的现象 三、计算题 ‎16．某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000 r/min，则：‎ ‎(1)这台汽油机在1 s内对外做功多少次？‎ ‎(2)做功冲程时活塞一次做功1500 J，那么，这台汽油机的功率为多少？‎ ‎17．如图5－K－9甲所示为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，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、压缩和排气工作。‎ 图5－K－9‎ ‎(1)发动机在做功冲程中，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，‎ 15‎ 其主要技术指标如下表所示。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。‎ 排　量 ‎2.0 L 输出功率 ‎120 kW 转　速 ‎6000 r/min ‎①该发动机在1 s内做功____________J，单缸排量V＝________L。‎ ‎②在每个做功冲程中，发动机做功W＝________J。‎ ‎(3)在做功冲程中，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)‎ 15‎ 详解详析 ‎【新知梳理】‎ ‎3．吸气　压缩　做功　排气　两　两　一　做功 压缩 ‎【应用示例】‎ 例1　做功　内能 ‎[解析] 火花塞点火，说明是做功冲程。做功冲程将内能转化为机械能。‎ 例2　80　20　40　20‎ ‎[解析] 已知飞轮转速为2400 r/min＝40 r/s，即每秒飞轮转动40圈，则该汽油机每秒钟内完成的冲程数为2×40个＝80个，对外做功的次数为次＝20次，活塞往复运动的次数为40次，工作循环的个数为20个。‎ ‎【课堂反馈】‎ ‎1．汽油机　柴油机　冲程 ‎2．(1)关闭　关闭　上　压缩 ‎(2)关闭　打开　上　排气 ‎(3)打开　关闭　下　吸气 ‎(4)关闭　关闭　下　做功 ‎(5)C、A、D、B　机械　内　内　机械 ‎3．做功　惯性 ‎4．4800　1200　2400　1200‎ ‎5．火花塞　空气和汽油的混合物　空气　不同 ‎【课时作业】‎ ‎1．C　[解析] 进气门和排气门都是关闭的，火花塞点火，活塞向上运动，因此是做功冲程，做功冲程中内能转化为机械能，故C正确。‎ ‎2．C　[解析] 在汽油机的做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞运动做功，‎ 15‎ 燃气的内能转化为活塞的机械能，燃气的内能减小，温度降低。‎ ‎3．A　[解析] 图中，汽油机两气门都关闭，活塞向上运动，汽缸容积变小，是压缩冲程，此冲程中机械能转化为内能，故A错误；汽油机在吸气冲程中吸进汽油和空气的混合物，所以在压缩冲程中是将汽油和空气的混合物进行压缩，故B正确；压缩冲程中压缩气体做功，气体温度升高，内能增加，分子热运动变剧烈，故C正确；压缩冲程压缩气体做功，所以是通过做功的方式改变物体的内能，故D正确。‎ ‎4．C　[解析] 软木塞跳起来，机械能增大，这是热水瓶内气体膨胀做功造成的，水蒸气的内能转化成软木塞的机械能。内燃机在做功冲程中，汽缸内高温高压气体膨胀推动活塞做功，内能转化为机械能。两者能量转化情况相同。 ‎ ‎5．D ‎6．D　[解析] 汽油机的一个工作循环中的四个冲程分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，压缩冲程中将机械能转化成内能，做功冲程中将内能转化成机械能。‎ ‎7．A ‎8．A　[解析] 汽油机完成1个工作循环，飞轮转2转，对外做功1次；飞轮的转速是1200 r/min＝20 r/s，即每秒飞轮转20转，则对外做功10次，完成10个工作循环。‎ ‎9．A　[解析] 汽油机在吸气冲程中吸入了汽油和空气的混合气体，在压缩冲程中，机械能转化为内能，混合气体内能增大，温度升高，汽油机汽缸顶端有个火花塞，此时火花塞产生电火花，点燃汽油，产生高温高压的燃气推动活塞做功。柴油机在吸气冲程中吸入空气，在压缩冲程中，机械能转化为内能，空气的内能增大，温度升高。柴油机汽缸顶端有个喷油嘴，此时喷油嘴喷出雾状的柴油，雾状柴油弥散在高温高压的空气中，便立即燃烧，点燃方式是压燃式，燃烧产生高温高压的燃气推动活塞做功。柴油机的压缩比例更大，温度更高，做功更多，效率更高。 ‎ ‎10．A　[解析] 柴油机靠从进气口吸入的空气和从喷油嘴喷入的雾状柴油在汽缸内燃烧产生的内能来工作。当用手捂住进气口时，空气不能进入汽缸，柴油因缺氧无法燃烧，柴油机将会立即停止工作。如果用隔热的东西捂排气口，一是因废气压强仍很大，不容易捂住，二是对柴油机有一定的损害，故B错误。脚踏刹车板，手拉制动器属正常操作，据题意已经不能使柴油机停转，故C错误。让拖拉机撞上坚固的障碍物，会损坏拖拉机，同时对人体也可能会造成伤害，故D不可行。‎ ‎11．吸气　压缩　做功　排气　吸气　增大 ‎12．内　机械　8.6×107‎ ‎[解析] 四冲程柴油机的四个冲程中，只有做功冲程对外做功，即燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，‎ 15‎ 其他三个冲程都是靠飞轮的惯性来工作的。燃料完全燃烧放出的热量可以根据公式Q＝mq来计算。‎2 kg柴油完全燃烧放出的热量为Q＝mq＝‎2 kg×4.3×107 J/kg＝8.6×107 J。‎ ‎13．丙　压缩　惯性 ‎[解析] (1)图甲：气球内的气体向外喷出，对外做功，气体的内能转化为气球的机械能，与内燃机的做功冲程能量转化相同。‎ ‎(2)图乙：气门都关闭，活塞向上运行，汽缸容积减小，是压缩冲程，此时机械能转化为内能。‎ 图丙：气门都关闭，活塞向下运行，汽缸容积增大，且顶端的火花塞发出电火花，是做功冲程，在这一过程中，燃气的内能转化为活塞的机械能。‎ ‎(3)除做功冲程外，其他三个冲程均依靠飞轮的惯性来完成。‎ ‎14．900　900‎ ‎[解析] 飞轮转速是1800 r/min，则飞轮每分钟转1800 r；汽油机完成1个工作循环，要经过四个冲程，飞轮转2转，对外做功1次，所以汽油机每分钟完成900个工作循环，对外做功900次。‎ ‎15．(1)塑料盒盖飞出去　(2)内　(3)D ‎[解析] (1)电子式火花发生器点火后，观察到的现象是酒精燃烧产生的燃气体积膨胀将塑料盒盖挤飞出去；(2)酒精燃烧后产生的高温高压的燃气，体积膨胀，对外做功，使盒盖飞出去，内能转化为盒盖的机械能；(3)在这一实验过程中，气体膨胀对外做功，内能减小，温度降低，因此应当注意观察的是盒盖飞出的瞬间盒内出现的现象，故选D。‎ ‎16．(1)汽油机完成1个工作循环，经过4个冲程，燃气对外做功1次；飞轮转速是3000 r/min＝50 r/s，则每秒飞轮转动50圈，有25个工作循环，做功25次。‎ ‎(2)汽油机的功率：P＝＝＝3.75×104 W。‎ ‎17(1)内　机械　‎ ‎(2)①1.2×105　0.5　②600　(3)1.2×106‎ ‎[解析] (1)在做功冲程中，高温高压的燃气膨胀做功，将内能转化为机械能。‎ ‎(2)①根据P＝，发动机在1 s内做功：W＝Pt＝120×103 W×1 s＝1.2×105 J。‎ 四缸总排量为‎2.0 L，单缸排量：V＝×‎2.0 L＝‎0.5 L。‎ 15‎ ‎②发动机在1 s内做功1.2×105 J，发动机有四个缸同时工作，每个缸1 s内做功：W＝×1.2×105 J＝3×104 J，又因为转速为6000 r/min，四冲程内燃机每个工作循环曲轴转两周、做功一次，所以1 s内做功50次，即每个做功冲程做功：W′＝×3×104 J＝600 J。‎ ‎(3)根据W′＝pV，V＝‎0.5 L＝5×10－‎4 m3‎，燃气对活塞的压强：p＝＝＝1.2×106 Pa。‎ 15‎