18.内燃机及其效率（讲义）

浙教版中考科学一轮复习内燃机及效率内燃机冲程、内燃机效率【知识点分析】一.内燃机1.定义：燃料在机器汽缸内燃烧的热机。汽油机和柴油机是两种常见的内燃机。2.常见的内燃机：汽油机和柴油机3.汽油机工作原理：气缸吸入汽油和空气的混合物，经火花塞点火将内能转化为机械能，推动着活塞运动。4.柴油机工作原理：气缸吸入空气，经喷油嘴把柴油喷进高温的气缸点燃，将内能转化为机械能，推动着活塞运动。内燃机的工作：对于内燃机的活塞上下运动我们把内燃机的工作分为四个冲程，作为一个工作循环，转两圈，做一次功，只有做功冲程是对外做功，其他冲程都是靠惯性完成内燃机的工作（以汽油机的图示为例）吸气冲程进气门打开，排气门关闭，活塞向下，将空气吸入气缸（汽油机吸入的是汽油和空气的混合物）压缩冲程进气门关闭，排气门关闭，活塞向上，压缩气缸里的气体（将机械能转化为内能）做功冲程进气门关闭，排气门关闭，活塞向下，气缸里燃料燃烧（将内能转化为机械能，汽油机需要火花塞点火，柴油机压燃）排气冲程进气门关闭，排气门打开，活塞向上，将气缸里的气体排出7.汽油机与柴油机的区别：（1）缸内吸入的气体：汽油机吸入的是空气与汽油的混合气体，柴油机吸入的是空气（2）点火方式：汽油机在压缩冲程结束通过火花塞电子打火点燃，柴油机是压缩冲程结束通过喷油嘴喷入柴油蒸气后直接压燃（3）结构上：汽油机的火花塞，柴油机有喷油嘴。（4）效率上：柴油机的效率高于汽油机（5）体积上：柴油机更大，功率也相对大些。【例题分析】1．如图甲，迅速下压活塞，玻璃筒底部的棉花燃烧，图乙是汽油机的某一冲程，关于这两个过程，下列说法正确的是（）A．图乙是汽油机的压缩冲程B．图甲和图乙的能量转化情况相同C．图乙中是汽油机做功冲程D．随着技术的进步，图乙汽油机的效率能达到100%【答案】C【解析】AC．由图乙可知，进气门、排气门均关闭，活塞向下运动，火花塞点火，所以此冲程是做功冲程，故A错误，不符合题意；故C正确，符合题意；B．图甲是活塞对玻璃筒内的空气做功，空气内能增加，温度升高，从而使棉花燃烧，所以图甲的能量转化是机械能转化成内能；图乙是高温高压燃气对活塞做功，燃气内能减少，温度降低，所以图乙的能量转化是内能转化成机械能，故B错误，不符合题意；D．在热机中，由于摩擦、向外散热等因素，总存在着能量损失，热机的效率不可能达到100%，所以随着技术的改进，图乙汽油机的效率也不能达到100%，故D错误，不符合题意。2.为使舰载机在短时间内达到起飞速度，航母上安装了蒸汽弹射装置，如图所示为其简化原理图。气缸内蒸汽体积膨胀对外做功，同时推动活塞，从而使舰载机获得巨大的牵引力，弹射出去。从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置原理与汽油机工作的四个冲程中相似的是（）A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程【答案】C【解析】气缸内蒸汽体积膨胀，对外做功，同时推动活塞，使舰载机获得巨大的牵引力，此过程中内能转化为机械能，相当于汽油机的做功冲程，故ABD不符合题意，C符合题意。3．2022年2月27日长征八号遥二运载火箭搭载着22颗卫星，如图甲所示，在我国文昌航天发射场一飞冲天，创造了我国“一箭多星”即单次发射卫星数量最多的纪录。火箭发动机的能流图可简化为如图乙所示。在火箭加速上升过程中有关能量转化分析正确的是（）A．燃料燃烧的化学能直接转化为火箭的机械能B．图乙中问号所表示的内容是废气带走的能量C．火箭的机械能增大，内能减小D．火箭的机械能减小，内能增大【答案】B【解析】A.火箭发射时，燃料燃烧将化学能转化为内能，再转化为火箭的机械能，A错误；B．由火箭内部的能流图可知，图中问号所表示的内容是废气带走的内能，故B正确；CD．火箭上升过程中，速度增大、高度增大，则火箭的动能增大，重力势能增大，机械能增大；火箭从地面向上发射过程中，火箭外壳和大气摩擦后温度越来越高，其内能增大，故CD错误。4．光发动机是一种把光能转化为机械能的装置，主要结构如甲图所示。在太阳光照射下，化学反应室内密封着的气态物质N2O4发生反应：N2O4→O2+2NO，导致室内气压增大；在无光条件下，室内发生“逆向反应”，导致室内气压减小；这样便可通过控制窗口处射入的光能使气室中的气态物质循环反应，从而推动活塞输出机械能。则光发动机该装置中的活塞向右运动时，相当于如图汽油机四个冲程中的（）A． B． C． D．【答案】C【解析】当太阳光照射时，反应室内发生化学反应，导致室内气压增大，这时将化学能转化为机械能，从而推动活塞移动，相当于汽油机的做功冲程。A．图中进气门打开，是吸气冲程，故A不符合题意；B．图中两气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能，故B不符合题意；C．图中两气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程，将内能转化为机械能，故C符合题意；D．图中排气门打开，是排气冲程，故D不符合题意。5．如图显示的是甲、乙两台汽油机的参数，与乙汽油机相比，甲汽油机（）A．消耗的汽油更多 B．效率更低C．功率较小 D．使用的汽油的热值更小【答案】B【解析】A．消耗的汽油的质量未知，无法判断，故A错误；B．由图可知，甲汽油机的损失的能量是80000J，所占的比例是80%，总能量W甲总==100000J甲的机械能为W甲有效=100000J80000J=20000J机械能所占的比例是20%；乙汽油机的损失的能量是90000J，机械能30000J，总能量为W乙总=120000J，机械能所占的比例是25%，即甲的机械效率是20%，乙的机械效率是25%，甲的机械效率较小，故B正确；C．两台汽油机的功率由于缺乏数据无法比较，故C错误；D．题中没有给出消耗的汽油的质量，因此热值的大小也无法比较，故D错误。6．如图所示为甲、乙、丙三部汽油机燃料完全燃烧释放的内能和汽油机输出机械能的二维柱状图。根据图中的信息，下列选项正确的是（）A．丙输出的机械能比甲少，所以丙的效率比甲低B．在燃料完全燃烧放出相同热量时，乙输出机械能比甲少C．在输出的机械能相同时，丙比乙消耗更多燃料D．三部热机中，甲使用的燃料热值最大，效率最高【答案】C【解析】ABD．如图所示，假设纵坐标轴的单位长度为1.由公式可得，甲的效率乙的效率丙的效率可见，三部汽油机中，乙的效率最高，甲、丙的效率相同，故ABD错误；C．由图可知，在输出的机械能相同时，乙消耗的燃料最少，故C正确。7．如图所示为汽油机工作过程的示意图，下列说法正确的是（）A．图甲是排气冲程，依靠飞轮的惯性工作B．图乙是压缩冲程活塞向上运动C．图丙是做功冲程内能转化为机械能D．图丁是吸气冲程，吸入的只有空气【答案】C【解析】A．图甲，进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，属于压缩冲程，故A错误；B．图乙，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，属于排气冲程，故B错误；C．图丙，进气门和排气门关闭，气缸内燃料燃烧产生高温高压气体推动活塞向下运动，将内能转化为机械能，故C正确；D．图丁，进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，吸入的是空气和汽油的混合物，故D错误。8．2022年8月20日01时37分，我国在西昌卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭，成功将遥感三十五号04组卫星发射升空，如图所示。则下列说法正确的是（）A．发射火箭与热机做功冲程的能量转化相同B．火箭加速升空的过程中，机械能转化为内能C．火箭加速升空的过程中，动能转化为重力势能D．卫星在大气层外沿椭圆轨道绕地球运行，机械能总量不断增加【答案】A【解析】A．发射火箭消耗了内能，内能转变成机械能，与热机做功冲程的能量转化相同，故A正确；B．火箭加速升空的过程中，内能转化为机械能，故B错误；C．火箭加速升空的过程中，动能和重力势能都增加，故C错误；D．卫星在大气层外沿椭圆轨道绕地球运行，机械能总量不变，故D错误。9．景颇族的祖先曾发明一种活塞式点火器，如图所示，以牛角作套筒，木质推杆前端粘附艾绒，取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃，随即将杆拔出，口吹立见火苗。手推杆入筒的过程与四冲程汽油机哪一个冲程能量转化相同（）A．吸气冲程 B．压缩冲程C．做功冲程 D．排气冲程【答案】B【解析】封闭的气体被推杆压缩过程中，活塞对气体做功，气体内能增加，是机械能转化为内能，汽油机的压缩冲程是机械能转化为内能的冲程，与上述能量转化相同。故B符合题意，ACD不符合题意。10．如图所示为内燃机的能量流向图，下列说法正确的是（）A．使燃料燃烧更加充分，可以增大燃料的热值B．图中（1）处应该是燃料燃烧后产生的内能C．该热机效率不可能达到100%，但一般在80%以上D．增加热机工作的时间，热机效率并不会增加【答案】D【解析】A.热值是燃料本身的特性，只与燃料的种类有关，与是否充分燃烧无关，A错误；B．图中（1）处应该是燃料储存的化学能，故B错误；C．热机一般效率一般在35%左右，不可能达到80%以上，故C错误；D．增加热机工作的时间，会增加有用功，相同也会增加消耗的总能量，不能增大有用功与消耗总能量的比值，即不会增加热机效率，故D正确。11．下列四幅图是汽油机工作循环的四个冲程，下列说法正确的是（）A．吸气冲程，不需要消耗能量B．压缩冲程，内能转化为机械能C．做功冲程，机械能转化为内能D．排气冲程，排出气缸内的废气【答案】D【解析】A．由图可知，进气门打开、排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，吸入气缸的是汽油和空气的燃料混合物，需要消耗飞轮的动能，故A错误；B．进气门与排气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，压缩冲程将机械能转化为内能，故B错误；C．进气门、排气门都关闭，活塞向下运动，是做功冲程，内能转化为机械能，故C错误；D．进气门关闭、排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，排气冲程排出了汽车的废气，故D正确。12．如图是四冲程汽油机的工作示意图，下列说法正确的是（）A．这四个冲程的正确顺序是丁→甲→乙→丙 B．丙冲程存在着内能转换成机械能的过程C．乙冲程使汽车获得动力 D．甲、乙、丙冲程是靠惯性完成的【答案】B【解析】A．由图可知，甲冲程中进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，乙冲程中进气门关闭，排气门打开，是排气冲程，丙冲程中，进气门排气门都关闭，活塞向下运动，火花塞产生火花，是做功冲程，丁冲程中进气门打开，排气门关闭，是吸气冲程，所以这四个冲程的正确顺序是丁→甲→丙→乙，故A错误；B．丙冲程为做功冲程，该冲程中燃料燃烧把化学能转化为内能，内能又转化为机械能，故B正确；C．乙冲程为排气冲程，而使汽车获得动力的是做功冲程，故C错误；D．做功冲程活塞运动靠燃气推动，而吸气、压缩和排气三个冲程活塞运动靠飞轮的惯性，故D错误。13．很多男生会利用喝完的饮料瓶进行了如图所示的游戏，在饮料瓶中留有少量水，盖紧瓶盖，扭转瓶子，再轻轻扭松瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶口出现白雾。关于上述过程，下列说法中不正确的是（）A．图甲瓶盖内的螺旋是斜面的变形，起到了省力的效果B．图乙扭转饮料瓶时，瓶内气体温度会上升C．图丁白雾是由于热传递改变了内能D．图丁中气体冲出时，气体的能量转化类似四冲程内燃机的做功冲程【答案】C【解析】A．斜面可以省力，将它运用到瓶盖内变成螺旋的形状，使我们在拧瓶盖的时候更省力。故A正确，A不符合题意；B．图乙扭转饮料瓶时，压缩瓶内气体做功，使气体的内能增大，温度上升，故B正确，B不符合题意；C．图丁气体冲出时，气体对外做功，自身的内能减小、温度降低，使水蒸气遇冷液化成白雾，因此是由于做功改变了内能，故C错误，C符合题意；D．图丁中气体冲出时，气体对外做功，内能转化为机械能，四冲程内燃机的做功冲程中是将内能转化为机械能，所以图丁中过程能量转化类似四冲程内燃机的做功冲程，故D正确，D不符合题意。14．为实现国家关于“碳达峰”“碳中和”目标，东风汽车集团研发了一款汽车。该款汽车发动机工作时，效率更高，动力更强劲。如图为其发动机某一冲程的示意图，下列有关说法中正确的是（）A．该款汽车发动机工作时，效率更高，是因为它使用了热值更大的汽油B．如图所示为做功冲程，内能转化为机械能，需要靠飞轮的惯性来完成C．该款汽油机的吸气冲程，只用吸入汽油D．若该汽油机飞轮的转速为1200/min，则在1s内汽油机对外做了10次功【答案】D【解析】A．热机效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出能量的比值，使用热值更大的汽油不能提高热机的效率，故A错误；B．由图可知，汽油机的进气门和排气门关闭，活塞向下运动，此时为汽油机的做功冲程，将内能转化为的机械能，此冲程可以获取动力，不需要靠惯性完成，故B错误；C．汽油机的吸气冲程吸入空气和汽油的混合物，故C错误；D．该汽油机飞轮的转速为1200/min＝20r/s，即汽油机飞轮每秒转20圈，由于汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功一次，则在1s内汽油机对外做了10次功，故D正确。15．如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是（）

A．甲图冲程依靠惯性完成活塞运动时，燃气内能变大B．乙图冲程能获得动力C．丙图冲程存在化学能转化为内能的过程D．丁图冲程有明显机械能转化为内能的过程【答案】D【解析】A．甲图中两个气阀都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，此冲程将燃气的内能转化为机械能，故燃气的内能减小，故A错误；B．乙图中进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，而获得动力的是做功冲程，故B错误；C．丙图中排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，不存在化学能转化为内能的过程，故C错误；D．丁图中两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，是机械能转化为内能，故D正确。16．如图所示为内燃机的能量流向图，下列说法正确的是（）A．该内燃机的效率B．增大E3，该内燃机的效率一定会增大C．减小E5，该内燃机的效率一定会增大D．不可能达到100%【答案】D【解析】ABC．机械效率的概念：用来做有用功的那部分能量与燃料燃烧产生的总能量之比，可知内燃机的效率可表示为从这个式子可以看出，一个分数是否变化，则受分子和分母两个因素影响的，ABC都错误；D．内燃机在工作过程中肯定存在摩擦和能量的损失，所以机械效率不可能达到100%，故D正确。17．甲、乙两个四冲程柴油机使用时做功和消耗柴油对比如下，下列说法正确的是（

）柴油机完成工作量时间消耗柴油甲相同3h5kg乙2h6kgA．柴油机依次按照吸气、做功、压缩、排气四个冲程循环工作B．甲柴油机所用的燃料的热值一定比乙柴油机的高C．甲柴油机的输出功率较小，热机效率较高D．乙柴油机的输出功率较大，热机效率较高【答案】C【解析】A．柴油机四个冲程的顺序分别为吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，故A错误；B．甲乙都是柴油机，所用燃料均是柴油，其热值相同，故B错误；CD．甲乙机械完成相同工作量，则甲乙做的有用功相同，由表格可知，甲所用时间比乙长，由可知，甲的输出功率比乙小；由表格可知甲消耗的柴油少，由可知，甲机械燃烧放出的热量少，有用功相同，甲消耗的柴油少，由可知，甲机械的效率比乙高，故C正确，D错误。18．如图为汽油机工作循环中的两个冲程，关于这两个冲程的说法正确的是（）A．甲图所示冲程中，汽缸内物体的内能不变B．甲图所示冲程发生的能量转化主要是机械能转化为内能C．乙图所示冲程是靠飞轮的惯性完成D．乙图所示冲程为压缩冲程【答案】B【解析】AB．甲图中，两个气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，在压缩冲程中，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，气体的内能变大，此过程是机械能转化为内能的过程，故A错误，B正确；CD．乙图中，两个气门关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，此冲程不靠飞轮的惯性完成，故CD错误。二、填空题19．一台四冲程内燃机1s时间内完成了80个冲程，则该内燃机在1s时间内对外做了__________次功，飞轮的转速为__________r/min。在压缩冲程中，气体的温度升高，这是通过的__________方式增加内能，图中__________（填序号）表示该冲程。【答案】

20

2400

做功

B【解析】（1）由于四冲程内燃机的一个工作循环完成四个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功一次，所以1s时间内完成了80个冲程，有20个工作循环，对外做功20次；飞轮的转速（2）在压缩冲程中，活塞由下向上压缩气缸内的气体，即对气体做功，使得气体的内能增加，温度升高，这是通过做功的方式改变了气缸内物质的内能。A．A图中进气门和排气门关闭，活塞向下运动，火花塞点火，为做功冲程，A符合题意；B．B图中进气门和排气门关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，B不符合题意；C．C图中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，为排气冲程，C不符合题意；D．D图中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，为吸气冲程，D不符合题意。20．2022年9月2日下午，参加“东方—2022”演习的各国部队继续按计划展开训练。在日本海相关海域，由南昌舰、盐城舰、东平湖舰组成的中方舰艇编队组织对空实弹射击演练。如图所示，火炮飞出过程中将内能转化为______能，与汽油机工作时______冲程的能量转化相同。【答案】

机械

做功【解析】根据能量转化特点可知，火炮飞出过程是内能转化为机械能的过程，与汽油机工作时做功冲程的能量转化相同。21．如图所示为汽油机的四个冲程，其中机械能转化为内能的冲程是图_______。1min内汽油机完成2400个工作循环，飞轮的转速为_______r/s，在做功冲程中，每次做功240J，则该汽油机的功率是_______W。汽油机完成一个工作循环时，需要吸入2L的燃料，其质量为_______kg，这些燃料完全燃烧放出的热量为_______J。（ρ燃料=1.4g/cm3，q燃料=4.6×107J/kg）【答案】

甲

80

9600

2.8

1.288×108【解析】机械能转化为内能的冲程是压缩冲程，活塞向上运动，进气门、排气门均关闭，故图甲符合题意。一个工作循环飞轮转动两转，所以飞轮的转速为由题意可知，1min内汽油机完成2400个工作循环，则1s做功40次。在做功冲程中，每次做功240J，则该汽油机的功率由体积单位换算规则可知由可知，燃料的质量由可知，燃料完全燃烧放出的热量22．甲图中，气球内的气体喷出时，球内气体的内能将___________（选填“增大”、“不变”或“减小”），该过程的能量转化过程与图___________（选填“乙”或“丙”）所示热机工作冲程相同；图乙，此时正处于___________冲程，若该热机的飞轮转速1200r/min，则热机每秒完成___________个冲程。【答案】

减小

丙

压缩

40【解析】气球内气体喷出，球内气体对外界做功，球内气体的内能转化为气体运动的机械能，球内气体的内能减小。热机的做功冲程是将内能转化为机械能的，乙图中进气门、排气门都关闭，活塞由下向上运动，是压缩冲程；丙图中进气门、排气门都关闭，火花塞点火，活塞由上向下运动，是做功冲程，所以丙图与气球能量转化过程相同。已知热机飞轮转速1200r/min，即20r/s，飞轮每转2圈为一个工作循环，完成四个冲程，由此可知，该热机每秒可完成10个工作循环，完成40个冲程。23．如图甲所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部，放入一小团干燥的棉花，用力将活塞迅速下压，玻璃筒内的空气温度升高，空气的内能增加，空气的内能是通过______方式改变的，这与图乙所示汽油机该冲程的能量转化是______（选填“一致”或“不一致”）的。一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1200r/min，该汽油机每分钟内完成______个冲程。【答案】

做功

不一