第28讲物体的内能-内燃机及效率（原卷版）

第28讲物体的内能内燃机及其效率内燃机及其冲程内燃机的效率一.热机1.定义：把内能转化为机械能的机械2.常见的内燃机种类：（1）蒸汽机（2）喷气式发动机二.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。考点一：内燃机及其冲程【例1】光发动机可用于卫星的能源补充，原理如图，密闭气室中在光照下会分解，使气室气压增大，推动活塞右移，无光条件下发生逆反应；控制光照即可实现活塞往复运动。活塞右移过程相当于汽油机（）

A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程【例2】如图是四冲程汽车发动机某一冲程的示意图，下列说法正确的是（）

A．该冲程为排气冲程，废气带走的能量最少B．该汽油机吸气冲程中吸入的只有空气C．若汽油在气缸内完全燃烧，则发动机效率可达100%D．若汽油机飞轮的转速为1800r/min，则在1min内对外做功900次考点二：内燃机效率【例1】如图所示为户外分体式燃气炉，该燃气炉的功率为4500W（指气体燃料完全燃烧时燃气炉每秒放出4500J的热量）。某次野炊时，用该燃气炉将1L水从25℃加热到沸腾用时140s（标准大气压下），已知水的密度为1.0×103kg/m3，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，下列有关说法正确的是（）A．烧水过程中燃料的热值不断减小B．使用过程中，燃气罐出气口的温度会升高C．该过程中水吸收的热量为6.3×105JD．燃气炉烧水过程的效率是50%【例2】汽油的热值为4.6×107J/kg。这个数值究竟有多大?我们可以通过一个具体例子来认识汽油热值的大小：一个50kg的中学生，从大厦的1楼步行至第11楼（走了10层楼），每层楼的层高为3m，如果汽油完全燃烧获得热量的焦耳数和该中学生克服重力做的功相等，就可以算出所需汽油的质量mo。下列相关说法正确的是（）A．该中学生克服重力做了1.5×103J的功B．汽油的热值与汽油燃烧的情况有关C．汽油的热值为4.6×107J/kg，表示1kg汽油燃烧放出的热量为4.6×107JD．通过计算可知m0约为0.33g1．汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图甲、乙分别是某汽油机的某冲程及能量流向图。下列有关说法正确的是（）

A．甲图是压缩冲程，活塞对气缸内的气体做功，气体的温度升高B．由乙图可知该汽油机的效率是30%C．汽车尾气中的“汽油味”越浓燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值D．为节能冬天汽车都会利用尾气中的余热给车内供暖，该举措大大提高了燃料的热值2．下列关于家用汽车的说法中，正确的是（）A．汽油机工作时，在做功冲程是将机械能转化为内能B．燃料在气缸内燃烧得越充分，燃料的热值越大C．乙醇汽油替代汽油作为燃料，可以节约石油资源D．能量是守恒的，汽油机的效率可以达到100%3．如图所示是武汉市的氢能源公交车。这种公交车不用加油、无需充电，3分钟“喝”满氢气，就能一口气跑上600公里，且全程零碳排放，连“滴”出来的水也能直接饮用。下列说法正确的是（

）

A．氢能源公交车使用的氢能源是一次能源B．停在站台上的公交车以旁边缓缓出站的另一辆公交车为参照物是静止的C．公交车发动机的能量损失中，燃气带走的能量最少D．汽车制动时，由于摩擦，动能转化成了内能4．小美在老师指导下进行了以下实验：甲、乙两烧杯各装100g水，用酒精灯加热甲烧杯，煤油灯加热乙烧杯，直至杯内水沸腾1分钟即熄灭该灯，测得消耗酒精4g、煤油2.5g。她根据实验数据绘制了水温与加热时间关系的图像（如图）。若水沸腾前质量不改变，同一杯水沸腾前后单位时间内吸收的热量相等，，，，则下列说法正确的是（）

A．整个过程，甲杯中的水吸收的热量更多B．前3分钟，乙杯中的水吸收的热量为C．消耗的煤油完全燃烧放出的热量为D．酒精灯加热的效率为28%5．如图所示，是街边师傅嘣爆米花的情景。关于嘣爆米花以下说法错误的是（）

A．煤的燃烧过程是将化学能转化为内能B．加热过程中不断摇动手柄是通过做功的方法增加玉米内能的C．打开锅盖将爆米花嘣出的一瞬间，锅内的温度降低，内能减小D．打开锅盖将爆米花嘣出的过程，与汽油机做功冲程的能量转化相同6．如图所示为汽油机工作过程中的一个冲程，则（）

A．是压缩冲程，机械能转化为内能 B．是压缩冲程，内能转化为机械能C．是做功冲程，机械能转化为内能 D．是做功冲程，内能转化为机械能7．关于热机及其效率，下列说法正确的是（）A．热机做的有用功越多，效率就一定越高B．热机的功率越大，效率就一定越高C．热机把燃料燃烧所释放出的内能全部转化为机械能D．以上说法都不正确8．关于汽油机和柴油机描述正确的是（）A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞B．柴油机在吸气冲程中，柴油和空气的混合物进入汽缸C．做功冲程中，燃料释放的能量100%转化为机械能D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的大部分能量9．如图a为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，如图b为四冲程汽油机的工作示意图。下列判断不正确的是（）A．汽油用掉一半之后，汽油的热值变成原来的一半B．汽油机的压缩冲程是机械能转化为内能C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图丙所示的原理相似D．图a中气缸内的蒸气体积膨胀，从而推动活塞使舰载机获得牵引力10．学习了热机，聪聪联想到了一种游戏。他用留有少量水塑料矿泉水瓶盖上盖子，扭转瓶子，然后轻轻扭动瓶盖，瓶盖被冲出，同时瓶内出现“白气”，如图所示。关于这个游戏过程，下列理解正确的是（

）

A．瓶子被扭变形说明力可以改变物体形状B．扭动瓶子，空气被压缩，瓶内气体密度不变C．瓶中的“白气”是瓶内的水汽化形成的D．瓶盖被瓶内气体冲出与内燃机的压缩冲程相似11.汽车的发动机大多数是内燃机，内燃机是热机的一种，下列关于热机和环境保护的说法，正确的是（）A．热机排出的尾气没有内能B．热机的效率能达到100%C．热机的大量使用会造成环境污染D．汽油机的吸气冲程吸入的是空气12．如图是某汽油机的主要能量流向和相关参数图，下列说法正确的是（）A．有用机械能所占比例最大B．废气带走的能量占比为25%C．该汽油机的效率为35%D．减少机械摩擦不能提高汽油机效率13．关于热机，下列说法正确的是（）A．热机消耗的燃料越多，热机效率越高B．四冲程汽油机工作过程中，压缩冲程是把活塞的机械能转化为内能C．热机的对外输出功率越大，热机效率越高D．热机所做机械功越多，热机效率越高14．下图是四冲程汽油机的工作示意图。从能量转化的角度看，机械能转化为内能的冲程是（）A．

B．

C．

D．

15．利用一燃气热水器对10kg、20℃的水进行加热时，完全燃烧了0.105m3的煤气。已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值为4×107J/m3，该热水器烧水的效率是50%。下列说法正确的是（）①煤气完全燃烧放出的热量是4.41×103J②水吸收的热量是2.1×106J③水温升高了50℃④加热过程中水的内能保持不变A．只有②③ B．只有①④ C．只有①② D．只有③④16．燃油汽车的动力装置是内燃机，内燃机分为汽油机和柴油机两大类，它们分别用汽油和柴油作为燃料。如图是汽油机的能量流向图，下列有关说法正确的是（）A．汽油属于不可再生能源，柴油属于可再生能源B．C．汽油机的做功冲程主要将内能转化为机械能D．使燃料充分燃烧可以提高燃料的热值，从而提高热机的效率17．某汽车在一段平直的高速公路上匀速行驶15km，消耗汽油2L，发动机实际输出功率为50.4kW，汽油机效率为35%。已知ρ汽油＝0.8×103kg/m3；q汽油＝4.5×107J/kg，假设汽油完全燃烧。通过计算可知，下列结果正确的是（）①消耗的汽油的质量是2kg②消耗的汽油完全燃烧放出的热量是7.2×107J③汽车受到的阻力是1680N④汽车行驶速度是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．如图是四冲程汽油机工作示意图，该汽油机每秒对外做功20次，下列说法错误的是（）A．汽油机工作时各冲程的顺序依次为：丙、丁、甲、乙B．该汽油机飞轮的转速为2400r/minC．加润滑油减少各部件之间的摩擦可以提高热机效率D．如果汽油能更充分燃烧，既能提高热机效率，汽油的热值变大19．如图是柴油车在4S店保养的情景，下列说法正确的是（）A．柴油机吸入汽缸的是雾化柴油和空气的混合物B．为柴油发动机加润滑油，减小摩擦，可以提高热机效率C．柴油机的效率大于汽油机，柴油机做的功一定比汽油机多D．若柴油不能完全燃烧，柴油的热值会变小20．如图所示，汽车发动机内的燃气燃烧释放的能量只有少部分转化为机械能被利用，其余的都散失掉了。下列说法中无法有效提高燃料利用率的是（）A．利用涡轮增压技术，增加进气量B．选用符合标准的低黏度润滑油C．增加汽缸的个数或容积D．将原来由吸气冲程吸入燃油的供油方式改为缸内直喷，使燃烧更充分21．由热值的定义可知，热值，式中m是燃料的质量，Q是燃料完全燃烧放出的热量，那么（）A．热值的大小与Q成正比B．热值的大小与m成反比C．煤的热值大于干柴的热值，燃烧煤所放出的热量一定比燃烧干柴放出的热量多D．热值的大小与Q、m都无关，由燃料的种类决定22．图1甲为注射器，在室温恒为T1的环境中，张老师快速向下推动活塞压缩针筒内的气体后松手，活塞即刻被向上弹起，此过程中针筒内均处于密封，针筒内物质均处于气态，针筒内气体温度随时间变化图像如图1乙所示，（由于气体分子间距离比较大，此实验过程不考虑分子势能的变化）（）A．活塞下压时，是通过热传递改变针筒内气体的内能B．t1－t2过程的能量转化与图2乙相同C．密封气体在t2时刻的内能小于t3时刻的内能D．活塞静止后，密封气体的温度最终保持在T223．如图所示是单缸四冲程汽油机某一冲程工作示意图，该冲程是___________冲程。若该汽油机1s对外做功15次，则汽油机的飞轮速度为___________。

24．便携燃料罐（图）给户外活动带来了方便，罐内填充液化的丁烷（C4H10），打开气罐时液态丁烷先__________（填物态变化），点燃丁烷，丁烷完全燃烧的产物为__________。丁烷热值为4.57×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg·C），一罐120g的丁烷完全燃烧可以将__________kg水从20℃加热到沸腾（结果保留一位小数）。

25．我国确立了到2025年实现可再生能源年发电量在3.3×1012千瓦时左右的目标，为了实现上述目标，可以大力发展风能发电和水能发电。我国的“奋进号”潮流能发电机组是世界上单台容量最大的潮流能发电机组，它的吊装如图所示，其核心部件是“水下大风车”，将它安装在海底，可以利用海水的潮流能发电。请回答下列问题：（1）3.3×1012千瓦时=___________焦耳。（2）涨潮或落潮期间，海水冲击位于海底的“水下大风车”，带动潮流能发电机发电，在这个过程中___________能转化为___________能。

26．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”），该过程的能量转化与___________图中的能量转化是一致的（填字母序号）；若该热机1s内对外做功20次，则飞轮转速是___________r/min。

27．（1）某辆行驶的小轿车，正常工作时的能量转化情况如图所示，若输入的化学能为2000J，输出的动能为300