初中物理人教版九年级全册第十四章内能的利用第1节热机 公开课

4.热机四冲程—比例计算问题热机四冲程的计算问题中有一个难点就是本节涉及到的“工作循环数”、“完成冲程个数”、“对外做功的次数”、“曲轴转动的圈数”“飞轮转动的转数”、等等的数量关系。【题文1】一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速是2400r/min，柴油机每秒内完成_________个工作循环，做功________次，活塞往复运动______次．解析：根据飞轮转速求出每秒内飞轮转动圈数，内燃机一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，做功1次．已知飞轮转速为2400r/min=40r/s，因为一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，做功1次，所以该柴油机1s内完成20个工作循环，对外做功20次，活塞往复运动40次．答案：202040【题文2】一台单缸四冲程柴油机，它的转速为800转/分，做功冲程时推动活塞一次做功1500J，那么，每分钟完成_____次工作循环，功率为______kW．解析：飞轮转速为800r/min，因一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，做功1次，所以，该柴油机1min飞轮转动800圈，对外做功400次；该柴油机1min内做的总功W=400×1500J=6×105J，柴油机的功率P=W/t=6×105J/60s=1×104W=10kW．答案:40010【题文3】一台单缸四冲程柴油机，每分钟转1800r，每一个工作循环燃气做的功为500J，柴油的热值为×107J/kg．问：

（1）此柴油机在1h内做了多少功？

（2）如果此柴油机的效率为30%，做这些功需要完全燃烧多少柴油？解析：（1）由于每四冲程为一个工作循环，每一个工作循环为两转，所以，该柴油机每分钟有1800/2=900个工作循环，此柴油机在1h内做功：W=500J×900×60×60s=×107J，（2）由η=W有/W总可得，W总=W有/30%=×107J/30%=9×107J，此时W总=Q，由Q=mq可得，m=W总/q=9×107J/×107J/kg≈．答案：×107J【总结】以汽油机的一个工作循环为例：结合汽油机的四冲程，完成一个工作循环，经历的四个冲程，向外做功一次，飞轮（曲轴）转了2转，活塞往复运送两次。可以利用“1:4:1:2:2”的比例关系进行判断。注意：常出的不理关系问题是：“冲程数”：“向外做功次数”：飞轮（曲轴）转数=4:1:2【练习题】1.一台柴油机飞轮的转速为2400r/min,则在1s内,柴油机完成________个冲程;对外做功的次数是________.2.汽车四冲程内燃机的一个工作循环一般分为:吸气、压缩、做功、排气四个冲程,在这四个冲程中,把机械能转化为内能的是________冲程.某单缸四冲程内燃机飞轮的转速为1200r/min,该内燃机每秒钟对外做功的次数为________次.3.一柴油机的转速是3000r/min,它1秒钟对外做功________次,它完成吸气冲程时,吸入气缸里的物质是________.4.四冲程内燃机在它的一个工作循环中，要顺次完成________、________、_______、排气四个冲程．将把机械能转化成内能的冲程是______冲程；把燃料释放的内能转化为机械能的是______冲程．若每秒钟完成20个冲程，则该内燃机的飞轮每秒钟旋转______转，对活塞做功______次．5.某四冲程柴油机,汽缸横截面积为50cm2,活塞行程为100mm,做功冲程燃气的平均压强为7×105Pa.求:(1)一次做功冲程中气体做功多少?(2)若曲轴转速为1200r/min,这台柴油机的功率是多少?6.目前我国研发一款以压缩空气为动力的环保车．汽车使用前需要压缩存储气体，这一过程通过_______的方式使气体内能增加，开动时，释放的气体推动发动机，将气体的内能转化为___能，此车紧急刹车时，刹车片和轮胎都变热，汽车的机械能转化为______能．四冲程内燃机的一个工作循环一般分为：吸气、压缩、做功、排气四个冲程，在这四个冲程中，把机械能转化为内能的是______冲程．某单缸四冲程内燃机飞轮的转速为1200r/min，该内燃机每秒钟对外做功的次数为_____次．7.一台单缸四冲程柴油机活塞的横截面积为600cm2，活塞的行程是10cm，做功冲程的平均压强是×105Pa．求：（1）做功冲程中气体做的功．（2）若柴油机飞轮的转速是1200r/min，则柴油机满负荷工作时的功率多大？（不计摩擦损失）（3）如果汽油机满负荷工作时每分钟消耗100g汽油，这种汽油机把内能转化为机械能的效率是多少？（柴油热值为×107J/kg）8.近年来，汽车逐步走进了普通百姓的家庭．（1）现在汽车的发动机大多是用汽油作燃料的汽油机，如图所示汽油机正处在_________冲程．（2）由于过度开发和使用加剧了不可再生能源的消耗，现在很多地方在使用乙醇汽油．乙醇汽油是-种由乙醇和普通汽油按-定比例混配形成的替代能源，其中普通汽油体积占90%，乙醇（即酒精）体积占10%．请写出使用乙醇汽油的好处之一是________________________________（3）某型号汽车使用上述乙醇汽油，在水平路面上匀速行驶，受到的阻力是900N，行驶的路程为100km，已知该汽车此时的效率为25%，求这段时间内消耗的乙醇汽油的质量为多少千克？（乙醇汽油热值为×107J/kg，发动机牵引力所做的功为有用功）（保留小数点后一位数字）（4）四冲程内燃机，在________冲程将内能转化为机械能．一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1200r/min，该汽油机每秒钟内完成_______个冲程，对外做功______次．（5）热机（如汽车、拖拉机的发动机等）是将燃料的内能转化为机械能的装置．热机的发展和应用推动了社会的快速发展、热机在能的转化过程中不可避免地要损失一部分能量，请列举出2个热机在工作过程中存在的能量损失．【参考答案】1．80202.压缩10空气4.吸气压缩做功压缩做功105解析：首先要知道四个冲程．并要掌握四个冲程中的能量转化情况，吸气和排气冲程不发生能量转化．压缩冲程将机械能转化为内能；做功冲程将内能转化为机械能．内燃机一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，做功1次．（1）内燃机的四个冲程是吸气、压缩、做功、排气冲程．压缩冲程活塞向上运动，压缩气体对气体做功，将机械能转化为内能；做功冲程高温高压燃气推动活塞向下运动，将内能转化为机械能．（2）因为一个工作循环包括四个冲程，曲轴转动2周，做功1次，所以该内燃机1s内完成5个工作循环，轮每秒钟旋转10转，对活塞做功5次．3500W6.做功机械内压缩10解析：本题抓住做功改变物体内能．做功主要有摩擦生热和压缩气体做功，物体内能会增加．热机是将内能转化为机械能的机器，它的一个工作循环包括四个冲程：吸气、压缩、做功、排气冲程，其中压缩冲程是将机械能转化为内能；做功冲程是将内能转化为机械能；内燃机每进行一个工作循环，要经过四个冲程，燃气推动活塞做功一次，活塞往返两次，飞轮转动两周；首先换算得到飞轮每秒转动的转数，再计算经过几个工作循环，再计算燃气做功的次数．（1）汽车使用前需要压缩储存气体，压缩气体做功，物体内能会增加．开动时，释放的气体推动发动机，将气体的内能又转化为机械能；此车紧急刹车时，刹车片和轮胎都变热，汽车的机械能转化为内能．（2）压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程是将内能转化为机械能；（3）1200r/min=20r/s，每秒飞轮转动20转，内燃机经过10个工作循环，燃气对活塞做功10次．21000W38%解析：（1）燃气对活塞的平均压力：F=pS=×105Pa×600×10-4m2=21000N；一个做功冲程中燃气对活塞做的功：W1=Fs=21000N×10×10-2m=2100J（2）飞轮转速：1200r/min=20r/s，因为一个工作循环飞轮转2圈，完成4个冲程，做功一次，所以每秒共有10个工作循环，对外做功10次；该柴油机每秒做的功：W=10×2100J=21000J，柴油机的功率为：P=W/t=21000J/1s=21000W（3）柴油机满负荷工作时1min做的功：W′=Pt=21000W×1×60s=×106J；每分钟柴油完全燃烧产生的热量：Q=mq=×107J/kg×100×10-3kg=×106J；柴油机的效率：η=W′/Q=×106J/×106J=38%．8.（1）压缩

（2）节约石油资源，环保

（3）

（4）做功4010

（5）热机排出的尾气仍有较高的温度，因此要损失一部分内能；燃烧不充分有部分能量没有充分释放或转化；或克服摩擦要对外做功损失部分能量等；热机本身要散热（任选两个即可）．解析：（1）由图可知，两个气门都关闭，活塞向上运动，所以是压缩冲程．（2）使用乙醇汽油的好处：乙醇汽油污染小，并且乙醇汽油是可再生能源，可以节约不可再生能源．（3）因为在水平路面上匀速行驶，所以F=f=900N汽车做的有用功为：W有用=Fs=900N×100×103m=9×107J，因为η=W有用/Q所以Q=W有用/η=9×107J/25%=×108J，又因为Q=qm，所以乙醇汽油的质量为：m=Q/q=×108J/×107J/kg