第28講物體的內(nèi)能-內(nèi)燃機(jī)及效率（原卷版）

第28講物體的內(nèi)能內(nèi)燃機(jī)及其效率內(nèi)燃機(jī)及其沖程內(nèi)燃機(jī)的效率一.熱機(jī)1.定義：把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)械2.常見的內(nèi)燃機(jī)種類：（1）蒸汽機(jī)（2）噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)二.內(nèi)燃機(jī)1.定義：燃料在機(jī)器汽缸內(nèi)燃燒的熱機(jī)。汽油機(jī)和柴油機(jī)是兩種常見的內(nèi)燃機(jī)。2.常見的內(nèi)燃機(jī)：汽油機(jī)和柴油機(jī)3.汽油機(jī)工作原理：氣缸吸入汽油和空氣的混合物，經(jīng)火花塞點(diǎn)火將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，推動(dòng)著活塞運(yùn)動(dòng)。4.柴油機(jī)工作原理：氣缸吸入空氣，經(jīng)噴油嘴把柴油噴進(jìn)高溫的氣缸點(diǎn)燃，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，推動(dòng)著活塞運(yùn)動(dòng)。內(nèi)燃機(jī)的工作：對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的活塞上下運(yùn)動(dòng)我們把內(nèi)燃機(jī)的工作分為四個(gè)沖程，作為一個(gè)工作循環(huán)，轉(zhuǎn)兩圈，做一次功，只有做功沖程是對(duì)外做功，其他沖程都是靠慣性完成內(nèi)燃機(jī)的工作（以汽油機(jī)的圖示為例）吸氣沖程進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，活塞向下，將空氣吸入氣缸（汽油機(jī)吸入的是汽油和空氣的混合物）壓縮沖程進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門關(guān)閉，活塞向上，壓縮氣缸里的氣體（將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能）做功沖程進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門關(guān)閉，活塞向下，氣缸里燃料燃燒（將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，汽油機(jī)需要火花塞點(diǎn)火，柴油機(jī)壓燃）排氣沖程進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門打開，活塞向上，將氣缸里的氣體排出7.汽油機(jī)與柴油機(jī)的區(qū)別：（1）缸內(nèi)吸入的氣體：汽油機(jī)吸入的是空氣與汽油的混合氣體，柴油機(jī)吸入的是空氣（2）點(diǎn)火方式：汽油機(jī)在壓縮沖程結(jié)束通過(guò)火花塞電子打火點(diǎn)燃，柴油機(jī)是壓縮沖程結(jié)束通過(guò)噴油嘴噴入柴油蒸氣后直接壓燃（3）結(jié)構(gòu)上：汽油機(jī)的火花塞，柴油機(jī)有噴油嘴。（4）效率上：柴油機(jī)的效率高于汽油機(jī)（5）體積上：柴油機(jī)更大，功率也相對(duì)大些。考點(diǎn)一：內(nèi)燃機(jī)及其沖程【例1】光發(fā)動(dòng)機(jī)可用于衛(wèi)星的能源補(bǔ)充，原理如圖，密閉氣室中在光照下會(huì)分解，使氣室氣壓增大，推動(dòng)活塞右移，無(wú)光條件下發(fā)生逆反應(yīng)；控制光照即可實(shí)現(xiàn)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊乙七^(guò)程相當(dāng)于汽油機(jī)（）

A．吸氣沖程 B．壓縮沖程 C．做功沖程 D．排氣沖程【例2】如圖是四沖程汽車發(fā)動(dòng)機(jī)某一沖程的示意圖，下列說(shuō)法正確的是（）

A．該沖程為排氣沖程，廢氣帶走的能量最少B．該汽油機(jī)吸氣沖程中吸入的只有空氣C．若汽油在氣缸內(nèi)完全燃燒，則發(fā)動(dòng)機(jī)效率可達(dá)100%D．若汽油機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速為1800r/min，則在1min內(nèi)對(duì)外做功900次考點(diǎn)二：內(nèi)燃機(jī)效率【例1】如圖所示為戶外分體式燃?xì)鉅t，該燃?xì)鉅t的功率為4500W（指氣體燃料完全燃燒時(shí)燃?xì)鉅t每秒放出4500J的熱量）。某次野炊時(shí)，用該燃?xì)鉅t將1L水從25℃加熱到沸騰用時(shí)140s（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下），已知水的密度為1.0×103kg/m3，水的比熱容為4.2×103J/(kg·℃)，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（）A．燒水過(guò)程中燃料的熱值不斷減小B．使用過(guò)程中，燃?xì)夤蕹鰵饪诘臏囟葧?huì)升高C．該過(guò)程中水吸收的熱量為6.3×105JD．燃?xì)鉅t燒水過(guò)程的效率是50%【例2】汽油的熱值為4.6×107J/kg。這個(gè)數(shù)值究竟有多大?我們可以通過(guò)一個(gè)具體例子來(lái)認(rèn)識(shí)汽油熱值的大?。阂粋€(gè)50kg的中學(xué)生，從大廈的1樓步行至第11樓（走了10層樓），每層樓的層高為3m，如果汽油完全燃燒獲得熱量的焦耳數(shù)和該中學(xué)生克服重力做的功相等，就可以算出所需汽油的質(zhì)量mo。下列相關(guān)說(shuō)法正確的是（）A．該中學(xué)生克服重力做了1.5×103J的功B．汽油的熱值與汽油燃燒的情況有關(guān)C．汽油的熱值為4.6×107J/kg，表示1kg汽油燃燒放出的熱量為4.6×107JD．通過(guò)計(jì)算可知m0約為0.33g1．汽車是現(xiàn)代生活中最常見的一種交通工具，如圖甲、乙分別是某汽油機(jī)的某沖程及能量流向圖。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（）

A．甲圖是壓縮沖程，活塞對(duì)氣缸內(nèi)的氣體做功，氣體的溫度升高B．由乙圖可知該汽油機(jī)的效率是30%C．汽車尾氣中的“汽油味”越濃燃料燃燒得越不充分，這會(huì)降低燃料的熱值D．為節(jié)能冬天汽車都會(huì)利用尾氣中的余熱給車內(nèi)供暖，該舉措大大提高了燃料的熱值2．下列關(guān)于家用汽車的說(shuō)法中，正確的是（）A．汽油機(jī)工作時(shí)，在做功沖程是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B．燃料在氣缸內(nèi)燃燒得越充分，燃料的熱值越大C．乙醇汽油替代汽油作為燃料，可以節(jié)約石油資源D．能量是守恒的，汽油機(jī)的效率可以達(dá)到100%3．如圖所示是武漢市的氫能源公交車。這種公交車不用加油、無(wú)需充電，3分鐘“喝”滿氫氣，就能一口氣跑上600公里，且全程零碳排放，連“滴”出來(lái)的水也能直接飲用。下列說(shuō)法正確的是（

）

A．氫能源公交車使用的氫能源是一次能源B．停在站臺(tái)上的公交車以旁邊緩緩出站的另一輛公交車為參照物是靜止的C．公交車發(fā)動(dòng)機(jī)的能量損失中，燃?xì)鈳ё叩哪芰孔钌貲．汽車制動(dòng)時(shí)，由于摩擦，動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能4．小美在老師指導(dǎo)下進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)：甲、乙兩燒杯各裝100g水，用酒精燈加熱甲燒杯，煤油燈加熱乙燒杯，直至杯內(nèi)水沸騰1分鐘即熄滅該燈，測(cè)得消耗酒精4g、煤油2.5g。她根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制了水溫與加熱時(shí)間關(guān)系的圖像（如圖）。若水沸騰前質(zhì)量不改變，同一杯水沸騰前后單位時(shí)間內(nèi)吸收的熱量相等，，，，則下列說(shuō)法正確的是（）

A．整個(gè)過(guò)程，甲杯中的水吸收的熱量更多B．前3分鐘，乙杯中的水吸收的熱量為C．消耗的煤油完全燃燒放出的熱量為D．酒精燈加熱的效率為28%5．如圖所示，是街邊師傅嘣爆米花的情景。關(guān)于嘣爆米花以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）

A．煤的燃燒過(guò)程是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B．加熱過(guò)程中不斷搖動(dòng)手柄是通過(guò)做功的方法增加玉米內(nèi)能的C．打開鍋蓋將爆米花嘣出的一瞬間，鍋內(nèi)的溫度降低，內(nèi)能減小D．打開鍋蓋將爆米花嘣出的過(guò)程，與汽油機(jī)做功沖程的能量轉(zhuǎn)化相同6．如圖所示為汽油機(jī)工作過(guò)程中的一個(gè)沖程，則（）

A．是壓縮沖程，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 B．是壓縮沖程，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C．是做功沖程，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 D．是做功沖程，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能7．關(guān)于熱機(jī)及其效率，下列說(shuō)法正確的是（）A．熱機(jī)做的有用功越多，效率就一定越高B．熱機(jī)的功率越大，效率就一定越高C．熱機(jī)把燃料燃燒所釋放出的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D．以上說(shuō)法都不正確8．關(guān)于汽油機(jī)和柴油機(jī)描述正確的是（）A．汽油機(jī)頂部有噴油嘴，柴油機(jī)頂部有火花塞B．柴油機(jī)在吸氣沖程中，柴油和空氣的混合物進(jìn)入汽缸C．做功沖程中，燃料釋放的能量100%轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D．排氣沖程中，廢氣帶走了燃料釋放的大部分能量9．如圖a為航母上簡(jiǎn)化的蒸汽彈射裝置，能帶動(dòng)艦載機(jī)在兩秒鐘內(nèi)達(dá)到起飛速度，如圖b為四沖程汽油機(jī)的工作示意圖。下列判斷不正確的是（）A．汽油用掉一半之后，汽油的熱值變成原來(lái)的一半B．汽油機(jī)的壓縮沖程是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C．從能量轉(zhuǎn)化角度講，蒸汽彈射裝置工作時(shí)與圖丙所示的原理相似D．圖a中氣缸內(nèi)的蒸氣體積膨脹，從而推動(dòng)活塞使艦載機(jī)獲得牽引力10．學(xué)習(xí)了熱機(jī)，聰聰聯(lián)想到了一種游戲。他用留有少量水塑料礦泉水瓶蓋上蓋子，扭轉(zhuǎn)瓶子，然后輕輕扭動(dòng)瓶蓋，瓶蓋被沖出，同時(shí)瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)“白氣”，如圖所示。關(guān)于這個(gè)游戲過(guò)程，下列理解正確的是（

）

A．瓶子被扭變形說(shuō)明力可以改變物體形狀B．扭動(dòng)瓶子，空氣被壓縮，瓶?jī)?nèi)氣體密度不變C．瓶中的“白氣”是瓶?jī)?nèi)的水汽化形成的D．瓶蓋被瓶?jī)?nèi)氣體沖出與內(nèi)燃機(jī)的壓縮沖程相似11.汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)大多數(shù)是內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)是熱機(jī)的一種，下列關(guān)于熱機(jī)和環(huán)境保護(hù)的說(shuō)法，正確的是（）A．熱機(jī)排出的尾氣沒有內(nèi)能B．熱機(jī)的效率能達(dá)到100%C．熱機(jī)的大量使用會(huì)造成環(huán)境污染D．汽油機(jī)的吸氣沖程吸入的是空氣12．如圖是某汽油機(jī)的主要能量流向和相關(guān)參數(shù)圖，下列說(shuō)法正確的是（）A．有用機(jī)械能所占比例最大B．廢氣帶走的能量占比為25%C．該汽油機(jī)的效率為35%D．減少機(jī)械摩擦不能提高汽油機(jī)效率13．關(guān)于熱機(jī)，下列說(shuō)法正確的是（）A．熱機(jī)消耗的燃料越多，熱機(jī)效率越高B．四沖程汽油機(jī)工作過(guò)程中，壓縮沖程是把活塞的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C．熱機(jī)的對(duì)外輸出功率越大，熱機(jī)效率越高D．熱機(jī)所做機(jī)械功越多，熱機(jī)效率越高14．下圖是四沖程汽油機(jī)的工作示意圖。從能量轉(zhuǎn)化的角度看，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的沖程是（）A．

B．

C．

D．

15．利用一燃?xì)鉄崴鲗?duì)10kg、20℃的水進(jìn)行加熱時(shí)，完全燃燒了0.105m3的煤氣。已知水的比熱容為4.2×103J/（kg?℃），煤氣的熱值為4×107J/m3，該熱水器燒水的效率是50%。下列說(shuō)法正確的是（）①煤氣完全燃燒放出的熱量是4.41×103J②水吸收的熱量是2.1×106J③水溫升高了50℃④加熱過(guò)程中水的內(nèi)能保持不變A．只有②③ B．只有①④ C．只有①② D．只有③④16．燃油汽車的動(dòng)力裝置是內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)分為汽油機(jī)和柴油機(jī)兩大類，它們分別用汽油和柴油作為燃料。如圖是汽油機(jī)的能量流向圖，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（）A．汽油屬于不可再生能源，柴油屬于可再生能源B．C．汽油機(jī)的做功沖程主要將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D．使燃料充分燃燒可以提高燃料的熱值，從而提高熱機(jī)的效率17．某汽車在一段平直的高速公路上勻速行駛15km，消耗汽油2L，發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出功率為50.4kW，汽油機(jī)效率為35%。已知ρ汽油＝0.8×103kg/m3；q汽油＝4.5×107J/kg，假設(shè)汽油完全燃燒。通過(guò)計(jì)算可知，下列結(jié)果正確的是（）①消耗的汽油的質(zhì)量是2kg②消耗的汽油完全燃燒放出的熱量是7.2×107J③汽車受到的阻力是1680N④汽車行駛速度是120km/hA．只有②和③ B．只有①和② C．只有①和④ D．只有②和④18．如圖是四沖程汽油機(jī)工作示意圖，該汽油機(jī)每秒對(duì)外做功20次，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．汽油機(jī)工作時(shí)各沖程的順序依次為：丙、丁、甲、乙B．該汽油機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速為2400r/minC．加潤(rùn)滑油減少各部件之間的摩擦可以提高熱機(jī)效率D．如果汽油能更充分燃燒，既能提高熱機(jī)效率，汽油的熱值變大19．如圖是柴油車在4S店保養(yǎng)的情景，下列說(shuō)法正確的是（）A．柴油機(jī)吸入汽缸的是霧化柴油和空氣的混合物B．為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)加潤(rùn)滑油，減小摩擦，可以提高熱機(jī)效率C．柴油機(jī)的效率大于汽油機(jī)，柴油機(jī)做的功一定比汽油機(jī)多D．若柴油不能完全燃燒，柴油的熱值會(huì)變小20．如圖所示，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃?xì)馊紵尫诺哪芰恐挥猩俨糠洲D(zhuǎn)化為機(jī)械能被利用，其余的都散失掉了。下列說(shuō)法中無(wú)法有效提高燃料利用率的是（）A．利用渦輪增壓技術(shù)，增加進(jìn)氣量B．選用符合標(biāo)準(zhǔn)的低黏度潤(rùn)滑油C．增加汽缸的個(gè)數(shù)或容積D．將原來(lái)由吸氣沖程吸入燃油的供油方式改為缸內(nèi)直噴，使燃燒更充分21．由熱值的定義可知，熱值，式中m是燃料的質(zhì)量，Q是燃料完全燃燒放出的熱量，那么（）A．熱值的大小與Q成正比B．熱值的大小與m成反比C．煤的熱值大于干柴的熱值，燃燒煤所放出的熱量一定比燃燒干柴放出的熱量多D．熱值的大小與Q、m都無(wú)關(guān)，由燃料的種類決定22．圖1甲為注射器，在室溫恒為T1的環(huán)境中，張老師快速向下推動(dòng)活塞壓縮針筒內(nèi)的氣體后松手，活塞即刻被向上彈起，此過(guò)程中針筒內(nèi)均處于密封，針筒內(nèi)物質(zhì)均處于氣態(tài)，針筒內(nèi)氣體溫度隨時(shí)間變化圖像如圖1乙所示，（由于氣體分子間距離比較大，此實(shí)驗(yàn)過(guò)程不考慮分子勢(shì)能的變化）（）A．活塞下壓時(shí)，是通過(guò)熱傳遞改變針筒內(nèi)氣體的內(nèi)能B．t1－t2過(guò)程的能量轉(zhuǎn)化與圖2乙相同C．密封氣體在t2時(shí)刻的內(nèi)能小于t3時(shí)刻的內(nèi)能D．活塞靜止后，密封氣體的溫度最終保持在T223．如圖所示是單缸四沖程汽油機(jī)某一沖程工作示意圖，該沖程是___________沖程。若該汽油機(jī)1s對(duì)外做功15次，則汽油機(jī)的飛輪速度為___________。

24．便攜燃料罐（圖）給戶外活動(dòng)帶來(lái)了方便，罐內(nèi)填充液化的丁烷（C4H10），打開氣罐時(shí)液態(tài)丁烷先__________（填物態(tài)變化），點(diǎn)燃丁烷，丁烷完全燃燒的產(chǎn)物為__________。丁烷熱值為4.57×107J/kg，水的比熱容為4.2×103J/（kg·C），一罐120g的丁烷完全燃燒可以將__________kg水從20℃加熱到沸騰（結(jié)果保留一位小數(shù)）。

25．我國(guó)確立了到2025年實(shí)現(xiàn)可再生能源年發(fā)電量在3.3×1012千瓦時(shí)左右的目標(biāo)，為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，可以大力發(fā)展風(fēng)能發(fā)電和水能發(fā)電。我國(guó)的“奮進(jìn)號(hào)”潮流能發(fā)電機(jī)組是世界上單臺(tái)容量最大的潮流能發(fā)電機(jī)組，它的吊裝如圖所示，其核心部件是“水下大風(fēng)車”，將它安裝在海底，可以利用海水的潮流能發(fā)電。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：（1）3.3×1012千瓦時(shí)=___________焦耳。（2）漲潮或落潮期間，海水沖擊位于海底的“水下大風(fēng)車”，帶動(dòng)潮流能發(fā)電機(jī)發(fā)電，在這個(gè)過(guò)程中___________能轉(zhuǎn)化為___________能。

26．氣球內(nèi)的氣體噴出時(shí)，球內(nèi)氣體的內(nèi)能將___________（選填“增大”、“不變”或“減小”），該過(guò)程的能量轉(zhuǎn)化與___________圖中的能量轉(zhuǎn)化是一致的（填字母序號(hào)）；若該熱機(jī)1s內(nèi)對(duì)外做功20次，則飛輪轉(zhuǎn)速是___________r/min。

27．（1）某輛行駛的小轎車，正常工作時(shí)的能量轉(zhuǎn)化情況如圖所示，若輸入的化學(xué)能為2000J，輸出的動(dòng)能為300