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14.1热机(含答案详解)九年级物理全一册同步课时讲义(人教版)
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人教版九年级物理同步教辅之知・讲・练
第十三章 《内能的利用》知・讲・练
14.1《热机》课时知・讲・练
【知识点梳理】
1.教材14.1—1的实验,其实验现象是胶塞被冲出,试管口出现大量白雾。
①现象产生的原因是试管内气体对瓶塞做功,内能转化为机械能,内能减小,温度降低,水蒸气放热,液化为小水滴,形成白雾。
②这个实验说明的问题是:内能可以转化为机械能。
2.热机:利用内能做功的机械。
3.热机的种类有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机。
4.内燃机包括汽油机、柴油机。
5.内燃机的一个工作循环包括4个冲程。分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。内燃机除了做功冲程外,其他三个冲程是依靠飞轮的惯性协助完成的。大飞轮转动一周,活塞往复运动 两次 ,完成 2 个冲程。
6.热机中的能量转化是:①压缩冲程:机械能转化为内能;②做功冲程:先化学能转化为内能后内能转化为机械能。
8.汽油机和柴油机的不同点有:
①汽油机气缸顶部有 火花塞 ,柴油机是 喷油嘴;
②吸气冲程,汽油机吸入的是汽油与空气混合物,柴油机吸入的是 空气;
③压缩冲程末,汽油机的点火方式是 点燃式,柴油机是压燃式;
④柴油机气缸壁比较厚,压缩冲程末燃气温度特别高、压强更大。
9.柴油机比汽油机笨重的原因:由于柴油机工作的过程中压强较大,要求各有关零件具有较高的结构强度,因此柴油机比较笨重。
10.柴油机的应用有:载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮船、带动发电机等重型机械。
11.汽油机的应用有:汽车、摩托车、轿车等较小型车辆。
12.普通内燃机中的数据关系(很重要):11224
1个工作循环=1次对外做功=飞轮转2周=活塞往复运动2次=4个冲程
13.根据图片判断冲程:①看两个气门的开关状态;②看活塞的运动方向;③看飞轮的转动方向和连杆的位置;④看火花塞。
【典型例题选讲】
【例题一】汽油机的一个工作循环有四个冲程,如图所示为汽油机的( )
A.压缩冲程 B.吸气冲程 C.做功冲程 D.排气冲程
【答案】A
【解析】
图中进气门和排气门都关闭,活塞向上移动,可以判断这个冲程是压缩冲程。故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
【例题二】用水壶烧水,这是通过热传递方式改变其内能,水沸腾后会顶起壶盖,此过程能量转化情况与四冲程汽油机的做功冲程相似。一单缸四冲程汽油机,飞轮转速为3000r/min,则1s对外做功_____次,完成了________个冲程。
【答案】 25 100
【解析】
[1][2]一单缸四冲程汽油机,一个工作循环飞轮转2周,对外做功1次,飞轮转速为3000r/min,则每秒转速为50 r/s,每秒完成25个工作循环,对外做功25次;一个工作循环有四个冲程,故25个工作循环完成的是100个冲程。
【例题三】现代生活越来越离不开热机,因此全面了解和认清热机的结构和工作过程对我们的生活至关重要,请你完成下面围绕“热机”展开的一些问题:
(1)如图所示是热机完成一个工作循环及相应主要能量转化情况的流程图1,请你补充完整_______;_______;
(2)如图2所示,在试管中装些水,用橡皮塞塞住,加热使水沸腾后,水蒸气把橡皮塞冲出的过程中是_______能转化为_______能,图中情景可用来演示四冲程汽油机工作过程中的_______冲程;
(3)单缸四冲程汽油机工作时,有些冲程是辅助冲程,要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成,只有一个冲程不用靠飞轮的惯性来完成,这个冲程是_______冲程;
(4)我们发现热机工作时,一般要在气缸的外面安装一个水箱用来降低气缸的温度,是利用水_______的特性,这是采用_______的方式来减小气缸的内能。
【答案】 做功 机械能 内 机械 做功 做功 比热容大 热传递
【解析】
(1)[1][2]内燃机的四个冲程是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程;做功冲程高温高压的燃气推动活塞对活塞做功,将内能转化为机械能。
(2)[3][4][5]当加热试管到一定程度时,水蒸气的内能足够大会将塞子冲出,将水蒸气的内能转化为塞子的机械能;此过程的能量转化关系是内能转化为机械能,与内燃机的做功冲程类似。
(3)[6]在内燃机的做功冲程中,燃气的内能转化为活塞的机械能,而吸气冲程、压缩冲程、排气冲程都是靠飞轮的惯性完成的。
(4)[7][8]气缸外面被水包围,这样汽缸和水之间就有温度差,通过热传递的方式使热量从高温的汽缸传向低温的水,汽缸内能就会减小;因为水的比热容相对较大,所以在质量相同的情况下可以吸收更多的热量。
【学科核心素养训练】
一、单选题
1.用酒精灯给试管中的水加热,如图所示,在软木塞被冲出试管口的过程中,下列说法正确的是( )
A.水蒸气的内能转化为软木塞的机械能 B.软木塞的机械能转化为水蒸气的内能
C.水蒸气对软木塞做功,水蒸气的内能增大 D.能量的转化形式与热机压缩冲程能量转化相同
2.单缸四冲程汽油机铭牌上标有“3000r/min”,则它1s内对外做功的次数是( )
A.3000次 B.1500次 C.50次 D.25次
3.关于下列物理现象的解释中,说法正确的是( )
A.甲图抽去玻璃隔板后气体混合均匀,因为空气比二氧化氮的密度大
B.乙实验说明分子在不停地做无规则运动
C.丙实验说明做功可以改变物体的内能
D.丁图为四冲程汽油机的吸气冲程,此时汽缸内气体压强增大
4.关于如图所示的实验,下列说法中正确的是( )
A.如图实验展示的是内燃机的工作原理
B.90℃的水比30℃的水含有的热量多
C.比热容跟物体吸收或放出的热量多少无关
D.试管口的“白气”是大气中的水蒸气液化形成的
5.以下说法正确的是( )
A.冷水一定比热水的内能小,是因为冷水温度较低
B.汽油机在做功冲程中,是内能转化为机械能
C.用火炉烧水,是通过做功的方法增加水的内能
D.中午海滩上沙子比水热,是因为水的比热容较小
6.现如今,汽车已成为一种常见的交通工具,给我们的出行带来了极大的便利。关于汽车,下列说法正确的是( )
A.夏季车窗上的水雾是由车内水蒸气凝华形成的
B.汽油机在压缩冲程中把内能转化为机械能
C.汽车在行驶过程中,油箱中剩余汽油的热值变小
D.汽车用水做冷却剂利用了水的比热容大的特点
7.如图,烧瓶内装有一些水,瓶口用软木塞塞住,用小打气筒缓慢向瓶内打气,达到一定程度时塞子跳起来,瓶内出现白雾。下列说法正确的是( )
A.塞子弹起过程相当于内燃机的做功冲程
B.此实验研究的问题是外界对物体做功能增加物体的内能
C.此实验研究的对象是塞子
D.该白雾与干冰周围的“白汽”成分不一致
8.如图所示的某空气动力车,运行时车上储存的被高压压缩的空气能驱动发动机缸体内的活塞运动,使汽车前进。汽油机与空气动力车获得动力相似的冲程是( )
A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程
9.2021年10月16日,搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭,在酒泉卫星发射中心点火起飞,成功发射。如图,火箭喷气发动机是利用燃料在燃烧室中燃烧,燃气向后高速喷出,从而获得向前的动力。下列与火箭发动机燃烧室工作原理一致的冲程是( )
A. B.
C. D.
10.如图所示,甲、乙是两个演示实验示意图;丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图,其中与做功冲程原理相同的演示实验图和表示汽油机将内能转化为机械能的冲程示意图分别是( )
A.乙、丙 B.甲、丙 C.甲、丁 D.乙、丁
11.关于热机,下列说法正确的是( )
A.汽油吸气冲程吸入气缸的是汽油
B.汽油机的做功冲程是将机械能转化为内能
C.汽油机的曲轴转动两圈做功一次完成四个冲程
D.汽油机工作时,对环境没有污染
二、多选题
12.下列四幅图是汽油机一个工作循环的四个冲程,依靠飞轮惯性完成的是( )
A. B. C. D.
三、双选题
13.如图是四冲程汽油机做功冲程的示意图,汽油燃烧产生高温高压的气体推动活塞向下运动。在活塞向下运动的过程中,有关气缸内气体的说法正确的是( )
A.气体的温度升高 B.气体的内能减少
C.气体对外做功 D.气体的压强增大
14.九年级上学期某学校组织了一次社会实践活动,前往市科技教育实践基地。工作人员给学生们讲解如图甲所示的四缸汽油机的工作原理,图乙是单个气缸的结构示意图,每个气缸的最大转速可以达到1800r/min,结束后提问学生,下列说法错误的是( )
A.发动机以最大转速运行时,此发动机每秒钟对外做功15次
B.一般四气缸比单气缸获得的动力更大,汽车运行更平稳,耗油也更快
C.图乙所示的冲程是压缩冲程,活塞对气体做功,气体温度升高,内能增大
D.一些货车通常都需要在水箱中装水给发动机降温,是利用到水的比热容大
15.如图所示描述的物理过程,下列分析错误的是( )
A.图甲:厚玻璃筒内的空气被压缩时,空气的温度升高,内能增加
B.图乙:瓶子内的空气推动塞子做功后,瓶子内空气的内能增大
C.图丙:试管内的水蒸气推动塞子冲出时,水蒸气的内能增加
D.图丁:汽缸内的气体推动活塞向下运动,内能转化为机械能,气体内能减少
四、填空题
16.如图,与内燃机相比,本装置中 ___________相当于燃料,___________相当于气缸,___________相当于活塞,水蒸气把木塞冲开的过程类似于内燃机的 ___________冲程。
17.小明发现发动机气缸顶部有火花塞,由此可以判断该发动机是_______油机。如图所示是_______冲程,该冲程是将_______能转化为内能。
18.如图所示,是某单缸四冲程汽油机的___________冲程,该冲程是通过___________(选填“热传递”或“做功”)来改变混合气的内能的。
19.在如图甲所示的实验中,试管内装有水,用橡胶塞塞住管口,将水加热一段时间,可以观察到塞子被冲出去。图乙是四冲程汽油机的工作示意图,能够体现图甲中塞子被冲出过程的冲程是______(填图乙中冲程对应的字母),该冲程将______能转化为______能。
20.汽车不但要“吃油”,有时也要“喝水”,汽车发动机工作时是通过做功冲程将内能转化为______;而发动机工作时需要用水冷却是因为水的______比较大。
21.如图所示,图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图。D图是_______冲程,图E、F是演示实验的示意图,与D图原理相同的是_______图所示的演示实验(选填字母)。
A.B.C.
D.E.F.
22.如果一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速为1800r/min,则柴油机每秒内完成______个冲程,其中有______个做功冲程。如果做功冲程中推动活塞一次做功1500J,那么这台柴油机的功率为______kW。
23.如图甲所示装置,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,看到盒盖飞出,在此过程中,酒精燃烧后获得的___________能转化为塞子的机械能。图___________中(选填“乙”或“丙”)汽油机的工作过程与这一实验过程中能量的转化是一致的,如果该汽油机飞轮转速是1800r/min,则它每秒钟对外做功___________次。
24.在四冲程内燃机工作过程中,一个工作循环中包括______个冲程,对外做功______次,曲轴转______圈;若某汽油机的转速为1800r/min,则1s内汽油机对外做功______次,1s内它完成个______冲程。
25.汽车是我们生活中常用的交通工具,汽油机是汽车的动力设备。
(1)汽车发动机用水作为冷却剂,这是利用了水的______性质;
(2)如图是汽油机的______冲程,若该汽油机的飞轮转速是2400r/min,则它每秒钟内对外做功______次。
26.图A、B、C、D是汽油机的工作示意图,其中图B是 ______冲程,它的能量转化过程与图 ______(填“甲”或“乙”)的实验一样;某小型单缸四冲程汽油机飞轮转速是1200r/min,则每秒钟该汽油机做功 ______次。
27.用水壶烧水,这是通过热传递方式改变其内能,水沸腾后会顶起壶盖,此过程能量转化情况与四冲程汽油机的做功冲程相似。一单缸四冲程汽油机,飞轮转速为,则1s对外做功_____次,完成了________个冲程。
28.一台四缸发动机,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个运动的距离(即冲程长)。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数。
(1)该发动机在1min内做功为______?
(2)单缸排量V=__L,在一个做功冲程里,燃气对活塞的平均压强____Pa。(1L=10-3m3)
排量
2.0L
输出功率
100KW
转速
3000r/min
参考答案:
1.A
【详解】
ABC.软木塞冲出试管口的过程中是水蒸气对软木塞做功,水蒸气的内能转化为软木塞的机械能,水蒸气内能减小,温度降低,故A正确,BC错误;
D.软木塞冲出的过程中是水蒸气的内能转化为软木塞机械能的过程,而热机压缩冲程是将机械能转化为内能,故D错误。
2.D
【详解】
飞轮转速为
因为一个工作循环活塞往复2次,曲轴转动2周,做功1次,完成4个冲程,所以该汽油机1s完成25个工作循环,100个冲程,对外做功25次,活塞往复50次。故D符合题意,ABC不符合题意。
3.C
【详解】
.二氧化氮的密度比空气大,抽去玻璃隔板,两瓶中气体逐渐混合均匀,说明分子在不停地做无规则运动,故错误;
.将两个铅柱的底面削平、削干净、然后紧紧地压在一起,两铅块就会结合起来,甚至下面吊一个重物都不能把它们拉开,说明了分子之间存在引力,故错误;
.图中厚玻璃管内的空气被压缩时,活塞对管内空气做功,管内空气的温度升高、内能增大,故正确;
.图中热机气缸顶端有火花塞,是汽油机,进气门关闭,排气门打开,活塞向上运动,是排气冲程,故错误。
4.C
【详解】
A.图中展示的是燃料燃烧,化学能转化为水蒸气的内能,水蒸气推动木塞做功,水蒸气内能转化为木塞机械能,该过程与蒸汽机的做功冲程原理相似,基本体现了蒸汽机的工作原理,故错误;
B.热量是过程量,不是状态量,只能说吸收或者放出热量,不能说含有或者具有热量,故B错误;
C.比热容是物质的一种特性,与物质种类和状态有关,与吸放热无关,故C正确;
D.试管口上方的白气是试管内的水汽化成的水蒸气液化成的小水滴,故D错误。
5.B
【详解】
A.内能与物体的温度、质量和状态有关,因此热水的内能不一定比冷水的内能多,故A错误;
B.汽油机的四个冲程是吸气、压缩、做功、排气冲程。做功冲程高温高压燃气推动活塞向下运动,对外做功,将内能转化为机械能,故B正确;
C.用火炉烧水,是通过热传递的方法增加水的内能,故C错误;
D.因为水的比热容较大,质量和初温相同沙子和水,吸收相同的热量沙子升高的温度较大,所以,沙子发烫而水不热,故D错误。
6.D
【详解】
A.夏季车内有空调温度较低,车外温度比车内高,车外的水蒸气遇到冷的车窗液化形成小水滴附着在车窗外,故A错误;
B.汽油机在压缩冲程中活塞压缩气缸内汽油和空气的混合物,使混合物温度升高,把机械能转化为内能,故B错误;
C.热值是燃料的特性,只与燃料的种类有关,与燃料的质量、燃烧情况等无关,因此剩余汽油热值不变,故C错误;
D.汽车用水做冷却剂,是利用水的比热容大的特点,在升高相同的温度时,水可以吸收更多的热量,从而达到冷却降温的作用,故D正确。
7.A
【详解】
A.瓶口塞子跳起来的过程中,瓶内气体膨胀对外做功,内能转化为机械能,与内燃机的做功冲程能量转化相同,故A正确;
B.此实验研究的问题是压缩气体对外做功,自身的内能减小,故B错误;
C.此实验是研究瓶内气体内能的变化,因此研究的对象是瓶内气体,不是塞子,故C错误;
D.瓶内出现白雾是水蒸气放热发生液化产生的小水滴,干冰周围的“白汽”也是水蒸气液化成的小水滴,二者本质相同,故D错误。
8.C
【详解】
空气动力汽车工作时利用压缩的气体对外做功,将内能转化为机械能,与内燃机的做功冲程能量转化相同,都是将内能转化为机械能。故ABD不符合题意,C符合题意。
9.C
【详解】
火箭的喷气发动机工作时,燃料燃烧产生高温高压的气体,经喷管向后高速喷出,从而获得向前的动力,使火箭发射出去,燃料燃烧时将化学能转化为内能,然后再将内能转化为火箭的机械能。
A.该图中进气门打开,排气门关闭,活塞下行,为吸气冲程,没有能量的转化,故A不符合题意;
B.该图中两个气门关闭,活塞上行,为压缩冲程,是机械能转化为内能,故B不符合题意;
C.该图中两个气门关闭,活塞下行,为做功冲程,内能转化为机械能,故C符合题意;
D.该图中进气门关闭、排气门打开,活塞上行,为排气冲程,没有能量的转化,故D不符合题意。
10.C
【详解】
甲图对试管中的水加热,加快水的蒸发,试管中水蒸气的内能增大、体积膨胀,对外做功,使塞子飞出去,是内能转化为塞子的机械能;
乙图是用力将活塞压下,活塞对空气做功,空气的内能增大,温度升高,达到了棉花的着火点,棉花就会燃烧。是通过对物体做功来增大物体内能的,是将机械能转化为内能的过程;
丙图两气门都关闭,活塞上行,汽缸容积变小,是压缩冲程,压缩冲程是把机械能转化为内能的过程;
丁图两气门都关闭,活塞下行,汽缸容积变大,是做功冲程,做功冲程将内能转化为机械能;
由以上分析可知看出与做功冲程原理相同的是甲,表示汽油机将内能转化为机械能的冲程示意图,对应正确的是丁图,故C符合题意。
11.C
【详解】
A.汽油机吸气冲程吸进的是汽油和空气的燃料混合物,故A错误;
B.汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能,故B错误;
C.汽油机的曲轴转动两圈完成一个工作循环,包括四个冲程,只有做功冲程对外做功一次,故C正确;
D.汽油机排放出的尾气中含有SO2,污染环境还会形成酸雨,故D错误。
12.ABD
【详解】
A.在汽油机的四个冲程中只有做功冲程对外做功,其他三个冲程都是靠飞轮的惯性完成的;进气门打开,活塞向下运行,气缸容积增大,是吸气冲程,故A符合题意;
B.两气门都关闭,活塞向上运行,气缸容积减小,是压缩冲程,故B符合题意;
C.两气门都关闭,活塞向下运行,火花塞点火,是做功冲程,故C不符合题意;
D.排气门打开,活塞向上运动,气缸容积减小,是排气冲程,故D符合题意。
13.BC
【详解】
由图可知,是汽油机的做功冲程,此冲程中,高温高压的气体对活塞做功,将气体的内能转化为机械能,气体的内能减少、温度降低;气体质量不变,体积变大,故气体的密度减小,压强也减小。故BC正确,AD错误。
14.BC
【详解】
A.汽油机一个工作循环,飞轮转两圈,对外做功一次。当发动机以最大转速1800r/min运行时,飞轮每秒钟转的转速为
即飞轮每秒钟转30圈,那么发动机每秒钟对外做功的次数为
故A正确,不符合题意;
B.四气缸可以保证每一个完整的冲程(曲轴旋转180度)都有一个活塞在全程做功,保证引擎动力输出连贯,对比单气缸,获得的动力更大,汽车运行更平稳,耗油反而更慢,故B错误,符合题意;
C.如图乙所示,火花塞是点燃的,所以是做功冲程,故C错误,符合题意;
D.水的比热容大,升高相同温度时吸收热量多,所以,用水作冷却剂给汽车的发动机降温,这是利用了水的比热容较大的性质,故D正确,不符合题意。
15.BC
【详解】
A.图甲中,向下推动活塞,压缩玻璃内的空气时,活塞对空气做功,瓶内空气温度升高,空气的内能增加,故A正确,不符合题意;
B.图乙中瓶子内的空气推动塞子跳起时,空气对活塞做功,空气的内能减小,故B错误,符合题意;
C.图丙中试管内的水蒸气推动了塞子冲出时,水蒸气对塞子做功,水蒸气的内能转化为塞子的机械能,水蒸气的内能减少,故C错误,符合题意;
D.图丁中汽缸内的气体推动活塞向下运动,对外做功,气缸内气体的内能转化为机械能,气体的内能减少,故D正确,不符合题意。
16. 水 试管 木塞 做功
【详解】
[1][2][3]试管内的水吸热后产生高温高压的水蒸气推动木塞运动对外做功,故这里水相当于燃料,试管相当于气缸,木塞相当于活塞。
[4]水蒸气冲开木塞,水蒸气对木塞做功。水蒸气的温度降低,内能减小,将内能转化为机械能;此过程与内燃机的做功冲程能量转化情况相同,内能转化为机械能。
17. 汽 压缩 机械
【详解】
[1]汽油机的顶部有火花塞,柴油机顶部没有火花塞,而是有喷油嘴,由题可知,发动机气缸顶部有火花塞,所以该发动机是汽油机。
[2][3]如图可知,进气门和排气门都关闭,活塞向上运动,可以判断是压缩冲程;在压缩冲程中,活塞压缩缸内气体,对气体做功,使气体内能增大,温度升高,将机械能转化为内能。
18. 压缩 做功
【详解】
[1]由图可知,两个气门闭合,活塞向上运动压缩混合气体,所以是压缩冲程。
[2]该冲程机械能转化为内能,是通过做功的方式来改变内能的。
19. C 内 机械
【详解】
[1]加热试管中水,汽化的水蒸气对塞子做功,将塞子冲出,和汽油机的做功冲程相同。
A.进气阀门和排气阀门关闭,活塞向上运动,是压缩冲程,将机械能转化为内能,故A不符合题意;
B.进气阀门关闭,排气阀门打开,活塞向上运动,是排气冲程,没有能量转化,故B不符合题意;
C.进气阀门和排气阀门关闭,火花塞点火,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.进气阀门打开,排气阀门关闭,活塞向下运动,是吸气冲程,没有能量转化,故D不符合题意。
故选C。
[2][3]在做功冲程中,将内能转化为机械能。
20. 机械能 比热容
【详解】
[1]发动机的做功冲程中燃料燃烧形成的高温高压气体推动活塞向下运动,内能转化为机械能。
[2]因水的比热容比较大,由Q=cm∆t可知,当温度的变化量相同时,由于水的比热容比较大,可以吸收更多的热量。
21. 做功 F
【详解】
[1]A图中,排气门开启,活塞向上运动,气体流出汽缸,是排气冲程;
B图中,进气门开启,活塞向下运动,气体流入汽缸,是吸气冲程;
C图中,两气门都关闭,活塞向上运动,汽缸容积变小,是压缩冲程,此冲程将机械能转化为内能;
D图中,两气门都关闭,活塞向下运动,汽缸容积变大,是做功冲程,此冲程将内能转化为机械能。
[2]E图是用力将活塞压下,活塞对空气做功,空气的内能增大,温度升高,达到了棉花的着火点,棉花就会燃烧,是通过对物体做功来增大物体内能的,即是将机械能转化为内能的过程;F图对试管中的水加热,加快水的蒸发,使试管中水的内能增大,体积膨胀,对外做功,使塞子飞出去,内能转化为塞子的机械能;汽油机的做功冲程中将内能转化为机械能,因此与做功冲程原理相同的是F实验。
22. 60 15 22.5
【详解】
[1]如果一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速为1800r/min,则柴油机每秒内完成
一个工作循环,完成4个冲程,飞轮转2圈,故柴油机每秒内完成60个冲程。
[2]柴油机每秒内完成60个冲程,而一个工作循环,完成4个冲程,飞轮转2圈,对外做功一次,故每秒对外做功15次。
[3]在柴油机1s对外做功15次,故这台柴油机的1s做的总功为
这台柴油机的功率为
23. 内 丙 15
【详解】
[1]在此过程中,酒精燃烧时,将化学能转化为内能。
[2]揿动电火花发生器的按钮,看到盒盖飞出,将内能转化为机械能,图乙是进气门关、排气门关,活塞向上,压缩冲程,将机械能转化为内能,图丙是进去门关、排气门关,活塞向下,是做功冲程,将内能转化为机械能,故是图丙。
[3]如果该汽油机飞轮转速是1800r/min,则它每秒钟飞轮转速
故它每秒钟飞轮对外做功的次数为15次。
24. 4
1 2 15 60
【详解】
[1][2][3]在四冲程内燃机工作过程中,一个工作循环中包括4个冲程,对外做功1次,曲轴转2圈。
[4][5]若某汽油机的转速为1800r/min,则1s内转30r,一个工作循环中包括4个冲程,对外做功1次,曲轴转2圈,则1s内汽油机对外做功15次,1s内它完成60个冲程。
25. 比热容大 做功 20
【详解】
(1)[1]在质量相等的水与其他物质相比,在升高相同的温度水吸收的热量更多,汽车散热器用水作为冷却剂,是利用了水的比热容较大的性质。
(2)[2] [3]由图可知,进气门和排气门都关闭,火花塞点火,是做功冲程;汽油机在一个工作循环中,飞轮转动2r,对外做功1次。汽油机的飞轮转速是2400r/min,则每秒钟转动的转数为
故汽油机每秒钟做功的此时为
次
26. 压缩 甲 10
【详解】
[1]A图中,进气门开启,活塞下行,气体流入汽缸,是吸气冲程;B图中,两气门都关闭,活塞上行,汽缸容积变小,是压缩冲程,此冲程将机械能转化为内能;C图中,两气门都关闭,活塞下行,汽缸容积变大,是做功冲程,此冲程将内能转化为机械能;D图中,排气门开启,活塞上行,气体流出汽缸,是排气冲程。
[2]甲图是用力将活塞压下,活塞对空气做功,空气的内能增大,温度升高,达到了棉花的着火点,棉花就会燃烧。是通过对空气做功来增大空气内能的,即是将机械能转化为内能的过程;乙图是水蒸气膨胀对外做功,将塞子冲出,是内能转化为机械能,B图是压缩冲程,是机械能转化为内能,与它原理相同的是甲图所示的演示实验。
[3]内燃机的一个工作循环中,飞轮每转2圈,完成4个冲程,并对外做功1次,单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1200r/min,即20r/s,则该内燃机每秒钟完成40个冲程,做功10次。
27. 25 100
【详解】
[1][2]一单缸四冲程汽油机,一个工作循环飞轮转2周,对外做功1次,飞轮转速为3000r/min,则每秒转速为50 r/s,每秒完成25个工作循环,对外做功25次;一个工作循环有四个冲程,故25个工作循环完成的是100个冲程。
28. 0.5
【详解】
解:(1)[1] 该发动机在1min内做功为
(2)[2] 单缸排量为
[3]发动机转速为
即飞轮每秒转50周,完成25个工作循环,做功25次。每个气缸一个冲程做的功为
根据
得,在一个做功冲程里,燃气对活塞的平均压强为
答:(1)该发动机在1min内做功为;
(2)单缸排量V=0.5L,在一个做功冲程里,燃气对活塞的平均压强为Pa。
第十三章 《内能的利用》知・讲・练
14.1《热机》课时知・讲・练
【知识点梳理】
1.教材14.1—1的实验,其实验现象是胶塞被冲出,试管口出现大量白雾。
①现象产生的原因是试管内气体对瓶塞做功,内能转化为机械能,内能减小,温度降低,水蒸气放热,液化为小水滴,形成白雾。
②这个实验说明的问题是:内能可以转化为机械能。
2.热机:利用内能做功的机械。
3.热机的种类有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机。
4.内燃机包括汽油机、柴油机。
5.内燃机的一个工作循环包括4个冲程。分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。内燃机除了做功冲程外,其他三个冲程是依靠飞轮的惯性协助完成的。大飞轮转动一周,活塞往复运动 两次 ,完成 2 个冲程。
6.热机中的能量转化是:①压缩冲程:机械能转化为内能;②做功冲程:先化学能转化为内能后内能转化为机械能。
8.汽油机和柴油机的不同点有:
①汽油机气缸顶部有 火花塞 ,柴油机是 喷油嘴;
②吸气冲程,汽油机吸入的是汽油与空气混合物,柴油机吸入的是 空气;
③压缩冲程末,汽油机的点火方式是 点燃式,柴油机是压燃式;
④柴油机气缸壁比较厚,压缩冲程末燃气温度特别高、压强更大。
9.柴油机比汽油机笨重的原因:由于柴油机工作的过程中压强较大,要求各有关零件具有较高的结构强度,因此柴油机比较笨重。
10.柴油机的应用有:载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮船、带动发电机等重型机械。
11.汽油机的应用有:汽车、摩托车、轿车等较小型车辆。
12.普通内燃机中的数据关系(很重要):11224
1个工作循环=1次对外做功=飞轮转2周=活塞往复运动2次=4个冲程
13.根据图片判断冲程:①看两个气门的开关状态;②看活塞的运动方向;③看飞轮的转动方向和连杆的位置;④看火花塞。
【典型例题选讲】
【例题一】汽油机的一个工作循环有四个冲程,如图所示为汽油机的( )
A.压缩冲程 B.吸气冲程 C.做功冲程 D.排气冲程
【答案】A
【解析】
图中进气门和排气门都关闭,活塞向上移动,可以判断这个冲程是压缩冲程。故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
【例题二】用水壶烧水,这是通过热传递方式改变其内能,水沸腾后会顶起壶盖,此过程能量转化情况与四冲程汽油机的做功冲程相似。一单缸四冲程汽油机,飞轮转速为3000r/min,则1s对外做功_____次,完成了________个冲程。
【答案】 25 100
【解析】
[1][2]一单缸四冲程汽油机,一个工作循环飞轮转2周,对外做功1次,飞轮转速为3000r/min,则每秒转速为50 r/s,每秒完成25个工作循环,对外做功25次;一个工作循环有四个冲程,故25个工作循环完成的是100个冲程。
【例题三】现代生活越来越离不开热机,因此全面了解和认清热机的结构和工作过程对我们的生活至关重要,请你完成下面围绕“热机”展开的一些问题:
(1)如图所示是热机完成一个工作循环及相应主要能量转化情况的流程图1,请你补充完整_______;_______;
(2)如图2所示,在试管中装些水,用橡皮塞塞住,加热使水沸腾后,水蒸气把橡皮塞冲出的过程中是_______能转化为_______能,图中情景可用来演示四冲程汽油机工作过程中的_______冲程;
(3)单缸四冲程汽油机工作时,有些冲程是辅助冲程,要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成,只有一个冲程不用靠飞轮的惯性来完成,这个冲程是_______冲程;
(4)我们发现热机工作时,一般要在气缸的外面安装一个水箱用来降低气缸的温度,是利用水_______的特性,这是采用_______的方式来减小气缸的内能。
【答案】 做功 机械能 内 机械 做功 做功 比热容大 热传递
【解析】
(1)[1][2]内燃机的四个冲程是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程;做功冲程高温高压的燃气推动活塞对活塞做功,将内能转化为机械能。
(2)[3][4][5]当加热试管到一定程度时,水蒸气的内能足够大会将塞子冲出,将水蒸气的内能转化为塞子的机械能;此过程的能量转化关系是内能转化为机械能,与内燃机的做功冲程类似。
(3)[6]在内燃机的做功冲程中,燃气的内能转化为活塞的机械能,而吸气冲程、压缩冲程、排气冲程都是靠飞轮的惯性完成的。
(4)[7][8]气缸外面被水包围,这样汽缸和水之间就有温度差,通过热传递的方式使热量从高温的汽缸传向低温的水,汽缸内能就会减小;因为水的比热容相对较大,所以在质量相同的情况下可以吸收更多的热量。
【学科核心素养训练】
一、单选题
1.用酒精灯给试管中的水加热,如图所示,在软木塞被冲出试管口的过程中,下列说法正确的是( )
A.水蒸气的内能转化为软木塞的机械能 B.软木塞的机械能转化为水蒸气的内能
C.水蒸气对软木塞做功,水蒸气的内能增大 D.能量的转化形式与热机压缩冲程能量转化相同
2.单缸四冲程汽油机铭牌上标有“3000r/min”,则它1s内对外做功的次数是( )
A.3000次 B.1500次 C.50次 D.25次
3.关于下列物理现象的解释中,说法正确的是( )
A.甲图抽去玻璃隔板后气体混合均匀,因为空气比二氧化氮的密度大
B.乙实验说明分子在不停地做无规则运动
C.丙实验说明做功可以改变物体的内能
D.丁图为四冲程汽油机的吸气冲程,此时汽缸内气体压强增大
4.关于如图所示的实验,下列说法中正确的是( )
A.如图实验展示的是内燃机的工作原理
B.90℃的水比30℃的水含有的热量多
C.比热容跟物体吸收或放出的热量多少无关
D.试管口的“白气”是大气中的水蒸气液化形成的
5.以下说法正确的是( )
A.冷水一定比热水的内能小,是因为冷水温度较低
B.汽油机在做功冲程中,是内能转化为机械能
C.用火炉烧水,是通过做功的方法增加水的内能
D.中午海滩上沙子比水热,是因为水的比热容较小
6.现如今,汽车已成为一种常见的交通工具,给我们的出行带来了极大的便利。关于汽车,下列说法正确的是( )
A.夏季车窗上的水雾是由车内水蒸气凝华形成的
B.汽油机在压缩冲程中把内能转化为机械能
C.汽车在行驶过程中,油箱中剩余汽油的热值变小
D.汽车用水做冷却剂利用了水的比热容大的特点
7.如图,烧瓶内装有一些水,瓶口用软木塞塞住,用小打气筒缓慢向瓶内打气,达到一定程度时塞子跳起来,瓶内出现白雾。下列说法正确的是( )
A.塞子弹起过程相当于内燃机的做功冲程
B.此实验研究的问题是外界对物体做功能增加物体的内能
C.此实验研究的对象是塞子
D.该白雾与干冰周围的“白汽”成分不一致
8.如图所示的某空气动力车,运行时车上储存的被高压压缩的空气能驱动发动机缸体内的活塞运动,使汽车前进。汽油机与空气动力车获得动力相似的冲程是( )
A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程
9.2021年10月16日,搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭,在酒泉卫星发射中心点火起飞,成功发射。如图,火箭喷气发动机是利用燃料在燃烧室中燃烧,燃气向后高速喷出,从而获得向前的动力。下列与火箭发动机燃烧室工作原理一致的冲程是( )
A. B.
C. D.
10.如图所示,甲、乙是两个演示实验示意图;丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图,其中与做功冲程原理相同的演示实验图和表示汽油机将内能转化为机械能的冲程示意图分别是( )
A.乙、丙 B.甲、丙 C.甲、丁 D.乙、丁
11.关于热机,下列说法正确的是( )
A.汽油吸气冲程吸入气缸的是汽油
B.汽油机的做功冲程是将机械能转化为内能
C.汽油机的曲轴转动两圈做功一次完成四个冲程
D.汽油机工作时,对环境没有污染
二、多选题
12.下列四幅图是汽油机一个工作循环的四个冲程,依靠飞轮惯性完成的是( )
A. B. C. D.
三、双选题
13.如图是四冲程汽油机做功冲程的示意图,汽油燃烧产生高温高压的气体推动活塞向下运动。在活塞向下运动的过程中,有关气缸内气体的说法正确的是( )
A.气体的温度升高 B.气体的内能减少
C.气体对外做功 D.气体的压强增大
14.九年级上学期某学校组织了一次社会实践活动,前往市科技教育实践基地。工作人员给学生们讲解如图甲所示的四缸汽油机的工作原理,图乙是单个气缸的结构示意图,每个气缸的最大转速可以达到1800r/min,结束后提问学生,下列说法错误的是( )
A.发动机以最大转速运行时,此发动机每秒钟对外做功15次
B.一般四气缸比单气缸获得的动力更大,汽车运行更平稳,耗油也更快
C.图乙所示的冲程是压缩冲程,活塞对气体做功,气体温度升高,内能增大
D.一些货车通常都需要在水箱中装水给发动机降温,是利用到水的比热容大
15.如图所示描述的物理过程,下列分析错误的是( )
A.图甲:厚玻璃筒内的空气被压缩时,空气的温度升高,内能增加
B.图乙:瓶子内的空气推动塞子做功后,瓶子内空气的内能增大
C.图丙:试管内的水蒸气推动塞子冲出时,水蒸气的内能增加
D.图丁:汽缸内的气体推动活塞向下运动,内能转化为机械能,气体内能减少
四、填空题
16.如图,与内燃机相比,本装置中 ___________相当于燃料,___________相当于气缸,___________相当于活塞,水蒸气把木塞冲开的过程类似于内燃机的 ___________冲程。
17.小明发现发动机气缸顶部有火花塞,由此可以判断该发动机是_______油机。如图所示是_______冲程,该冲程是将_______能转化为内能。
18.如图所示,是某单缸四冲程汽油机的___________冲程,该冲程是通过___________(选填“热传递”或“做功”)来改变混合气的内能的。
19.在如图甲所示的实验中,试管内装有水,用橡胶塞塞住管口,将水加热一段时间,可以观察到塞子被冲出去。图乙是四冲程汽油机的工作示意图,能够体现图甲中塞子被冲出过程的冲程是______(填图乙中冲程对应的字母),该冲程将______能转化为______能。
20.汽车不但要“吃油”,有时也要“喝水”,汽车发动机工作时是通过做功冲程将内能转化为______;而发动机工作时需要用水冷却是因为水的______比较大。
21.如图所示,图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图。D图是_______冲程,图E、F是演示实验的示意图,与D图原理相同的是_______图所示的演示实验(选填字母)。
A.B.C.
D.E.F.
22.如果一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速为1800r/min,则柴油机每秒内完成______个冲程,其中有______个做功冲程。如果做功冲程中推动活塞一次做功1500J,那么这台柴油机的功率为______kW。
23.如图甲所示装置,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,看到盒盖飞出,在此过程中,酒精燃烧后获得的___________能转化为塞子的机械能。图___________中(选填“乙”或“丙”)汽油机的工作过程与这一实验过程中能量的转化是一致的,如果该汽油机飞轮转速是1800r/min,则它每秒钟对外做功___________次。
24.在四冲程内燃机工作过程中,一个工作循环中包括______个冲程,对外做功______次,曲轴转______圈;若某汽油机的转速为1800r/min,则1s内汽油机对外做功______次,1s内它完成个______冲程。
25.汽车是我们生活中常用的交通工具,汽油机是汽车的动力设备。
(1)汽车发动机用水作为冷却剂,这是利用了水的______性质;
(2)如图是汽油机的______冲程,若该汽油机的飞轮转速是2400r/min,则它每秒钟内对外做功______次。
26.图A、B、C、D是汽油机的工作示意图,其中图B是 ______冲程,它的能量转化过程与图 ______(填“甲”或“乙”)的实验一样;某小型单缸四冲程汽油机飞轮转速是1200r/min,则每秒钟该汽油机做功 ______次。
27.用水壶烧水,这是通过热传递方式改变其内能,水沸腾后会顶起壶盖,此过程能量转化情况与四冲程汽油机的做功冲程相似。一单缸四冲程汽油机,飞轮转速为,则1s对外做功_____次,完成了________个冲程。
28.一台四缸发动机,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个运动的距离(即冲程长)。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数。
(1)该发动机在1min内做功为______?
(2)单缸排量V=__L,在一个做功冲程里,燃气对活塞的平均压强____Pa。(1L=10-3m3)
排量
2.0L
输出功率
100KW
转速
3000r/min
参考答案:
1.A
【详解】
ABC.软木塞冲出试管口的过程中是水蒸气对软木塞做功,水蒸气的内能转化为软木塞的机械能,水蒸气内能减小,温度降低,故A正确,BC错误;
D.软木塞冲出的过程中是水蒸气的内能转化为软木塞机械能的过程,而热机压缩冲程是将机械能转化为内能,故D错误。
2.D
【详解】
飞轮转速为
因为一个工作循环活塞往复2次,曲轴转动2周,做功1次,完成4个冲程,所以该汽油机1s完成25个工作循环,100个冲程,对外做功25次,活塞往复50次。故D符合题意,ABC不符合题意。
3.C
【详解】
.二氧化氮的密度比空气大,抽去玻璃隔板,两瓶中气体逐渐混合均匀,说明分子在不停地做无规则运动,故错误;
.将两个铅柱的底面削平、削干净、然后紧紧地压在一起,两铅块就会结合起来,甚至下面吊一个重物都不能把它们拉开,说明了分子之间存在引力,故错误;
.图中厚玻璃管内的空气被压缩时,活塞对管内空气做功,管内空气的温度升高、内能增大,故正确;
.图中热机气缸顶端有火花塞,是汽油机,进气门关闭,排气门打开,活塞向上运动,是排气冲程,故错误。
4.C
【详解】
A.图中展示的是燃料燃烧,化学能转化为水蒸气的内能,水蒸气推动木塞做功,水蒸气内能转化为木塞机械能,该过程与蒸汽机的做功冲程原理相似,基本体现了蒸汽机的工作原理,故错误;
B.热量是过程量,不是状态量,只能说吸收或者放出热量,不能说含有或者具有热量,故B错误;
C.比热容是物质的一种特性,与物质种类和状态有关,与吸放热无关,故C正确;
D.试管口上方的白气是试管内的水汽化成的水蒸气液化成的小水滴,故D错误。
5.B
【详解】
A.内能与物体的温度、质量和状态有关,因此热水的内能不一定比冷水的内能多,故A错误;
B.汽油机的四个冲程是吸气、压缩、做功、排气冲程。做功冲程高温高压燃气推动活塞向下运动,对外做功,将内能转化为机械能,故B正确;
C.用火炉烧水,是通过热传递的方法增加水的内能,故C错误;
D.因为水的比热容较大,质量和初温相同沙子和水,吸收相同的热量沙子升高的温度较大,所以,沙子发烫而水不热,故D错误。
6.D
【详解】
A.夏季车内有空调温度较低,车外温度比车内高,车外的水蒸气遇到冷的车窗液化形成小水滴附着在车窗外,故A错误;
B.汽油机在压缩冲程中活塞压缩气缸内汽油和空气的混合物,使混合物温度升高,把机械能转化为内能,故B错误;
C.热值是燃料的特性,只与燃料的种类有关,与燃料的质量、燃烧情况等无关,因此剩余汽油热值不变,故C错误;
D.汽车用水做冷却剂,是利用水的比热容大的特点,在升高相同的温度时,水可以吸收更多的热量,从而达到冷却降温的作用,故D正确。
7.A
【详解】
A.瓶口塞子跳起来的过程中,瓶内气体膨胀对外做功,内能转化为机械能,与内燃机的做功冲程能量转化相同,故A正确;
B.此实验研究的问题是压缩气体对外做功,自身的内能减小,故B错误;
C.此实验是研究瓶内气体内能的变化,因此研究的对象是瓶内气体,不是塞子,故C错误;
D.瓶内出现白雾是水蒸气放热发生液化产生的小水滴,干冰周围的“白汽”也是水蒸气液化成的小水滴,二者本质相同,故D错误。
8.C
【详解】
空气动力汽车工作时利用压缩的气体对外做功,将内能转化为机械能,与内燃机的做功冲程能量转化相同,都是将内能转化为机械能。故ABD不符合题意,C符合题意。
9.C
【详解】
火箭的喷气发动机工作时,燃料燃烧产生高温高压的气体,经喷管向后高速喷出,从而获得向前的动力,使火箭发射出去,燃料燃烧时将化学能转化为内能,然后再将内能转化为火箭的机械能。
A.该图中进气门打开,排气门关闭,活塞下行,为吸气冲程,没有能量的转化,故A不符合题意;
B.该图中两个气门关闭,活塞上行,为压缩冲程,是机械能转化为内能,故B不符合题意;
C.该图中两个气门关闭,活塞下行,为做功冲程,内能转化为机械能,故C符合题意;
D.该图中进气门关闭、排气门打开,活塞上行,为排气冲程,没有能量的转化,故D不符合题意。
10.C
【详解】
甲图对试管中的水加热,加快水的蒸发,试管中水蒸气的内能增大、体积膨胀,对外做功,使塞子飞出去,是内能转化为塞子的机械能;
乙图是用力将活塞压下,活塞对空气做功,空气的内能增大,温度升高,达到了棉花的着火点,棉花就会燃烧。是通过对物体做功来增大物体内能的,是将机械能转化为内能的过程;
丙图两气门都关闭,活塞上行,汽缸容积变小,是压缩冲程,压缩冲程是把机械能转化为内能的过程;
丁图两气门都关闭,活塞下行,汽缸容积变大,是做功冲程,做功冲程将内能转化为机械能;
由以上分析可知看出与做功冲程原理相同的是甲,表示汽油机将内能转化为机械能的冲程示意图,对应正确的是丁图,故C符合题意。
11.C
【详解】
A.汽油机吸气冲程吸进的是汽油和空气的燃料混合物,故A错误;
B.汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能,故B错误;
C.汽油机的曲轴转动两圈完成一个工作循环,包括四个冲程,只有做功冲程对外做功一次,故C正确;
D.汽油机排放出的尾气中含有SO2,污染环境还会形成酸雨,故D错误。
12.ABD
【详解】
A.在汽油机的四个冲程中只有做功冲程对外做功,其他三个冲程都是靠飞轮的惯性完成的;进气门打开,活塞向下运行,气缸容积增大,是吸气冲程,故A符合题意;
B.两气门都关闭,活塞向上运行,气缸容积减小,是压缩冲程,故B符合题意;
C.两气门都关闭,活塞向下运行,火花塞点火,是做功冲程,故C不符合题意;
D.排气门打开,活塞向上运动,气缸容积减小,是排气冲程,故D符合题意。
13.BC
【详解】
由图可知,是汽油机的做功冲程,此冲程中,高温高压的气体对活塞做功,将气体的内能转化为机械能,气体的内能减少、温度降低;气体质量不变,体积变大,故气体的密度减小,压强也减小。故BC正确,AD错误。
14.BC
【详解】
A.汽油机一个工作循环,飞轮转两圈,对外做功一次。当发动机以最大转速1800r/min运行时,飞轮每秒钟转的转速为
即飞轮每秒钟转30圈,那么发动机每秒钟对外做功的次数为
故A正确,不符合题意;
B.四气缸可以保证每一个完整的冲程(曲轴旋转180度)都有一个活塞在全程做功,保证引擎动力输出连贯,对比单气缸,获得的动力更大,汽车运行更平稳,耗油反而更慢,故B错误,符合题意;
C.如图乙所示,火花塞是点燃的,所以是做功冲程,故C错误,符合题意;
D.水的比热容大,升高相同温度时吸收热量多,所以,用水作冷却剂给汽车的发动机降温,这是利用了水的比热容较大的性质,故D正确,不符合题意。
15.BC
【详解】
A.图甲中,向下推动活塞,压缩玻璃内的空气时,活塞对空气做功,瓶内空气温度升高,空气的内能增加,故A正确,不符合题意;
B.图乙中瓶子内的空气推动塞子跳起时,空气对活塞做功,空气的内能减小,故B错误,符合题意;
C.图丙中试管内的水蒸气推动了塞子冲出时,水蒸气对塞子做功,水蒸气的内能转化为塞子的机械能,水蒸气的内能减少,故C错误,符合题意;
D.图丁中汽缸内的气体推动活塞向下运动,对外做功,气缸内气体的内能转化为机械能,气体的内能减少,故D正确,不符合题意。
16. 水 试管 木塞 做功
【详解】
[1][2][3]试管内的水吸热后产生高温高压的水蒸气推动木塞运动对外做功,故这里水相当于燃料,试管相当于气缸,木塞相当于活塞。
[4]水蒸气冲开木塞,水蒸气对木塞做功。水蒸气的温度降低,内能减小,将内能转化为机械能;此过程与内燃机的做功冲程能量转化情况相同,内能转化为机械能。
17. 汽 压缩 机械
【详解】
[1]汽油机的顶部有火花塞,柴油机顶部没有火花塞,而是有喷油嘴,由题可知,发动机气缸顶部有火花塞,所以该发动机是汽油机。
[2][3]如图可知,进气门和排气门都关闭,活塞向上运动,可以判断是压缩冲程;在压缩冲程中,活塞压缩缸内气体,对气体做功,使气体内能增大,温度升高,将机械能转化为内能。
18. 压缩 做功
【详解】
[1]由图可知,两个气门闭合,活塞向上运动压缩混合气体,所以是压缩冲程。
[2]该冲程机械能转化为内能,是通过做功的方式来改变内能的。
19. C 内 机械
【详解】
[1]加热试管中水,汽化的水蒸气对塞子做功,将塞子冲出,和汽油机的做功冲程相同。
A.进气阀门和排气阀门关闭,活塞向上运动,是压缩冲程,将机械能转化为内能,故A不符合题意;
B.进气阀门关闭,排气阀门打开,活塞向上运动,是排气冲程,没有能量转化,故B不符合题意;
C.进气阀门和排气阀门关闭,火花塞点火,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.进气阀门打开,排气阀门关闭,活塞向下运动,是吸气冲程,没有能量转化,故D不符合题意。
故选C。
[2][3]在做功冲程中,将内能转化为机械能。
20. 机械能 比热容
【详解】
[1]发动机的做功冲程中燃料燃烧形成的高温高压气体推动活塞向下运动,内能转化为机械能。
[2]因水的比热容比较大,由Q=cm∆t可知,当温度的变化量相同时,由于水的比热容比较大,可以吸收更多的热量。
21. 做功 F
【详解】
[1]A图中,排气门开启,活塞向上运动,气体流出汽缸,是排气冲程;
B图中,进气门开启,活塞向下运动,气体流入汽缸,是吸气冲程;
C图中,两气门都关闭,活塞向上运动,汽缸容积变小,是压缩冲程,此冲程将机械能转化为内能;
D图中,两气门都关闭,活塞向下运动,汽缸容积变大,是做功冲程,此冲程将内能转化为机械能。
[2]E图是用力将活塞压下,活塞对空气做功,空气的内能增大,温度升高,达到了棉花的着火点,棉花就会燃烧,是通过对物体做功来增大物体内能的,即是将机械能转化为内能的过程;F图对试管中的水加热,加快水的蒸发,使试管中水的内能增大,体积膨胀,对外做功,使塞子飞出去,内能转化为塞子的机械能;汽油机的做功冲程中将内能转化为机械能,因此与做功冲程原理相同的是F实验。
22. 60 15 22.5
【详解】
[1]如果一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速为1800r/min,则柴油机每秒内完成
一个工作循环,完成4个冲程,飞轮转2圈,故柴油机每秒内完成60个冲程。
[2]柴油机每秒内完成60个冲程,而一个工作循环,完成4个冲程,飞轮转2圈,对外做功一次,故每秒对外做功15次。
[3]在柴油机1s对外做功15次,故这台柴油机的1s做的总功为
这台柴油机的功率为
23. 内 丙 15
【详解】
[1]在此过程中,酒精燃烧时,将化学能转化为内能。
[2]揿动电火花发生器的按钮,看到盒盖飞出,将内能转化为机械能,图乙是进气门关、排气门关,活塞向上,压缩冲程,将机械能转化为内能,图丙是进去门关、排气门关,活塞向下,是做功冲程,将内能转化为机械能,故是图丙。
[3]如果该汽油机飞轮转速是1800r/min,则它每秒钟飞轮转速
故它每秒钟飞轮对外做功的次数为15次。
24. 4
1 2 15 60
【详解】
[1][2][3]在四冲程内燃机工作过程中,一个工作循环中包括4个冲程,对外做功1次,曲轴转2圈。
[4][5]若某汽油机的转速为1800r/min,则1s内转30r,一个工作循环中包括4个冲程,对外做功1次,曲轴转2圈,则1s内汽油机对外做功15次,1s内它完成60个冲程。
25. 比热容大 做功 20
【详解】
(1)[1]在质量相等的水与其他物质相比,在升高相同的温度水吸收的热量更多,汽车散热器用水作为冷却剂,是利用了水的比热容较大的性质。
(2)[2] [3]由图可知,进气门和排气门都关闭,火花塞点火,是做功冲程;汽油机在一个工作循环中,飞轮转动2r,对外做功1次。汽油机的飞轮转速是2400r/min,则每秒钟转动的转数为
故汽油机每秒钟做功的此时为
次
26. 压缩 甲 10
【详解】
[1]A图中,进气门开启,活塞下行,气体流入汽缸,是吸气冲程;B图中,两气门都关闭,活塞上行,汽缸容积变小,是压缩冲程,此冲程将机械能转化为内能;C图中,两气门都关闭,活塞下行,汽缸容积变大,是做功冲程,此冲程将内能转化为机械能;D图中,排气门开启,活塞上行,气体流出汽缸,是排气冲程。
[2]甲图是用力将活塞压下,活塞对空气做功,空气的内能增大,温度升高,达到了棉花的着火点,棉花就会燃烧。是通过对空气做功来增大空气内能的,即是将机械能转化为内能的过程;乙图是水蒸气膨胀对外做功,将塞子冲出,是内能转化为机械能,B图是压缩冲程,是机械能转化为内能,与它原理相同的是甲图所示的演示实验。
[3]内燃机的一个工作循环中,飞轮每转2圈,完成4个冲程,并对外做功1次,单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1200r/min,即20r/s,则该内燃机每秒钟完成40个冲程,做功10次。
27. 25 100
【详解】
[1][2]一单缸四冲程汽油机,一个工作循环飞轮转2周,对外做功1次,飞轮转速为3000r/min,则每秒转速为50 r/s,每秒完成25个工作循环,对外做功25次;一个工作循环有四个冲程,故25个工作循环完成的是100个冲程。
28. 0.5
【详解】
解:(1)[1] 该发动机在1min内做功为
(2)[2] 单缸排量为
[3]发动机转速为
即飞轮每秒转50周,完成25个工作循环,做功25次。每个气缸一个冲程做的功为
根据
得,在一个做功冲程里,燃气对活塞的平均压强为
答:(1)该发动机在1min内做功为;
(2)单缸排量V=0.5L,在一个做功冲程里,燃气对活塞的平均压强为Pa。
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