13.3内燃机-九年级物理全一册典中点·课时夺冠（沪科版） 试卷
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第十三章《内能与热机》
13.3内燃机
【知识梳理】
一、内燃机
1、定义：把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置叫做热机。
2、原理：燃料燃烧释放化学能产生高温高压气体，推动活塞对外做功转化成机械能。
3、种类：热机的种类有很多，例如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机等。其中燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。根据燃料的不同分为汽油机和柴油机。
二、汽油机与柴油机
1、根据活塞的运动特点及作用不同，将冲程分为四种。
①吸气冲程：进气阀开启，排气阀关闭。活塞依靠惯性向下运动，吸入汽油与空气的混合物。
②压缩冲程：进气阀关闭，排气阀关闭。活塞依靠惯性向上运动，压缩内部气体，对气体做功，使气体温度升高。
③做功冲程：进气阀关闭，排气阀关闭。在压缩冲程末，做功冲程初火花塞点火，内部气体燃烧产生高温高压气体。高温高压气体对活塞做功，使活塞向下运动，进而实现对外做功。
④排气冲程：进气阀关闭，排气阀打开。活塞依靠惯性向上运动，排出内部高温气体。（然后进入吸气冲程）
2、比例关系
1个工作循环要经历四个冲程，活塞往复运动2次，曲轴要转2圈，对外做功1次
3、柴油机与汽油机的异同
在记忆柴油机与汽油机区别时，注意从结构特点出发进行记忆。
例：火花塞（点火）→点燃式→吸入空气汽油混合物
喷油嘴（不点火）→压燃式→只吸入空气
机种 项目 | 汽油机 | 柴油机 | |
构造 | 气缸顶部有火花塞 | 气缸顶部有喷油嘴 | |
燃料 | 汽油 | 柴油 | |
点燃方式 | 点燃式 | 压燃式 | |
工作过程 | 吸气冲程 | 吸入汽油与空气的混合物 | 只吸入空气 |
压缩冲程 | 燃料被压缩后，缸内压强较高 | 空气被压缩后，缸内压强很高 | |
做功冲程 | 压缩冲程末火花塞点火 | 压缩冲程末喷油嘴喷出雾状柴油 | |
效率 | 20%—30% | 30%—45% | |
用途 | 轻巧、体积小，常用于小型汽车、飞机和小型农业器械 | 笨重、经济、功率大，主要用于载重汽车、轮船、坦克 | |
【易错点】
热机是利用内能来做功的机器，工作过程有吸气、压缩、做功、排气四个冲程。在内燃机冲程分析时，由于图片相似，往往给同学们造成判断的的困难。
【规律总结】
内燃机四冲程的简要判断方法是：一看进气阀排气阀开闭情况，二看指示标志，三看活塞运动方向。活塞向下运动，若进气阀打开、排气阀关闭为吸气冲程（一般在进气阀处标有吸入气体的方向指示箭头）；活塞向下运动，若两气阀关闭（且图片上方中常有火花塞点火或喷油嘴喷油标志）为做功冲程；活塞向上运动，若两气阀关闭为压缩冲程；活塞向上运动，若进气阀关闭、排气阀打开（一般在排气阀处有排出气体的方向指示箭头）为排气冲程。
做功和热传递都可以使得物体内能改变，做功与热传递在改变内能效果上是一致的。当物体内能发生改变时，有可能是做功造成的，有可能是热传递造成的。
【典例分析】
（2022·湖南邵阳·中考真题）图是四冲程汽油机其中一个冲程的工作示意图，它表示的是（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程
C．做功冲程 D．排气冲程
【思路小结】
内燃机四冲程的简要判断方法是：一看气阀开闭情况，二看指示标志，三看活塞运动方向。本图中，进气阀和排气阀关闭，活塞上行，因此是压缩冲程。此时活塞压缩缸内气体，对气体做功，使气体内能增大，能量转化为机械能转化为内能。
【夺冠训练】
一、单选题
1．（2022·广西来宾·九年级期末）下列四种设备中，其中利用内能转化为机械能实现对外做功的是（ ）
A．洗衣机 B．电视机 C．收音机 D．柴油机
2．（2022·广西南宁·九年级期末）如图所示四个图分别是汽油机的四个冲程，其中压缩冲程是（ ）
A． B． C． D．
3．（2022·江苏镇江·九年级期末）如图所示，机械能与内能相互转化的事例中，与图中内燃机工作冲程相同的是（ ）
A．瓶塞飞出 B．弯折铁丝
C．压缩气体 D．钻木取火
4．（2022·山东济南·一模）2022春节期间，济南市全域全时段禁售、禁燃、禁放烟花爆竹。燃放鞭炮实质上是鞭炮内的化学物质发生爆燃，产生高压燃气瞬间冲破鞭炮的过程。这个过程和热机哪个工作冲程的原理相似（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
5．（2022·湖南郴州·中考真题）水壶内的水沸腾时，壶盖被水蒸气顶起，此过程中能量转化关系与内燃机工作的哪个冲程相同（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
6．（2022·山东泰安·中考真题）如图所示，用酒精灯给试管中的水加热，水温上升，直至沸腾一段时间后，会看到试管口的橡皮塞被冲出。下列描述正确的是（ ）
A．试管中的水在升温过程中是通过做功的方式增加内能的
B．试管中的水沸腾时吸收热量，温度升高
C．水蒸气对橡皮塞做功，水蒸气的内能增加
D．水蒸气对橡皮塞做功，其能量转化与汽油机做功冲程的能量转化相同
7．（2021·江苏淮安·中考真题）如图所示，将铁丝快速弯折十余次，弯折处温度升高，该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
8．（2021·浙江宁波·中考真题）在如图所示的“汽油机模型”实验中，将少量的汽油喷入筒内，用软木塞塞住筒口，摇动起电机，观察到放电针放电，汽油燃烧，软木塞被高温高压的气体冲出。该实验可模拟四冲程汽油机工作时的（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
9．（2022·湖南娄底·二模）汽车已经成为现代生活不可缺少的一部分，汽车多数采用汽油机作为发动机，如图是四冲程汽油机的工作循环示意图，下列说法错误的是（ ）
A．汽油机一个工作循环正确的顺序是：丁丙甲乙
B．甲冲程中的能量转化是：机械能转化为内能
C．丙冲程中存在的能量转化是：化学能转化为内能
D．依靠飞轮惯性完成的冲程是：甲、乙、丁冲程
10．（2022·浙江·杭州市文澜中学一模）光发动机是一种把光能转化为机械能的装置，其核心部分工作原理如图示：带有活塞的密闭化学反应室中有气态物质，当光从窗口射入时，可使气态物质接受光能而反应生成液态物质。而无光照射情况下反应逆向进行，重新生成气态物质。因此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，相当于选项中汽油机四个冲程中的（ ）
A． B． C． D．
二、填空题
11．（2022·广东韶关·九年级开学考试）有一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速是1200r/min。那么该柴油饥每秒完成_____个冲程，做功______次。除做功冲程外，其它三个冲程的完成都是依靠飞轮的_____。
12．（2022·辽宁鞍山·九年级期末）如图所示，气球内的气体喷出时，气体的内能将 ___________（选填“增大”、“不变”或“减小”），该过程的能量转化与汽油机的 ___________冲程相同。若某汽油机的飞轮转速1800r/min，则每秒完成 ___________个冲程。
13．（2022·辽宁丹东·九年级期末）内燃机一个工作循环有四个冲程，某单缸四冲程汽油机的飞轮每分钟转动3000转，则该汽油机每秒对外做功________次。四冲程柴油机在压缩冲程中________（选填“燃料”、“空气”或“燃料和空气的混合物”）的温度和压强增大。
14．（2022·湖南·长沙市雅礼实验中学二模）如图是老师在科学课上做的热机工作原理的模拟实验，在玻璃管中先加入少量酒精，将橡皮塞放入玻璃管并向下压缩气体，然后用电子点火器点火，橡皮塞会向上弹出。
（1）橡皮塞向下压时，其能量转化与汽油机工作四冲程中的_________冲程相同：
（2）如果想让橡皮塞弹得更远，你的方法_________（答出一条即可）。
15．（2022·辽宁锦州·中考真题）2022年6月5日10时44分，搭载着神舟十四号载人飞船的长征二号F火箭成功发射。火箭起飞过程中，以发射塔为参照物，火箭是______（选填“运动”或“静止”）的；火箭喷气发动机将燃料燃烧后燃气的内能转化为______能，此能量转化过程与四冲程汽油机的______冲程相同。
16．（2022·黑龙江·哈尔滨九年级期中）如图是“家庭实验室”的一个探究活动，小明同学在玻璃试管里，装上一小半试管的沙子，将温度计插在沙子中。用力晃动试管十余下，发现温度计示数变大了，这主要是通过 _____的方式改变沙子的内能，该过程与热机的 _____冲程能量转化过程相同。
三、简答题
17．（2022·黑龙江鹤岗·模拟预测）黑龙江建三江号称“中华大粮仓”，水稻是喜温作物，每年的3、4月份育秧时，为了防止霜冻，傍晚常常在秧田里灌满水，这是为什么？某品牌插秧机北斗导航，无人驾驶实现24小时田间作业，秧机使用四冲程汽油机，图乙中汽油机处于哪个冲程？这个冲程能量如何转化的？
四、实验题
18．（2022·上海·八年级课时练习）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）如图所示的流程图是用来说明汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况，请将其补充完整，①____________；②____________；③____________；④____________；
（2）如图所示，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____来完成，只有一个冲程不是这样，这个冲程是________冲程；
（4）我们发现热机工作时，一般要在汽缸的外面安装一个水箱用来降低汽缸的温度，是利用水______________的特性，这是采用__________的方式来减小汽缸的内能。的．
五、综合题
19．（2022·贵州·铜仁九年级）阅读短文，回答问题。
空气的动力
空气动力是指空气与物体做相对运动时作用在物体上的力，简称气动力。当我们快速地松开鼓起来的气球时，气球会“嗖”的一下飞出去，这时气球获得了气动力。
经过长时间探索，人们已经成功制造出多种使用压缩空气为动力，推动叶片或者活塞运动的发动机，即叶片式、活塞式空气发动机。
某新型的以空气发动机为动力的汽车，它共有4个压缩空气缸，总容量为90L，可储存标准大气压下90m3的空气，其设计最高速度可达154km/h，平均每加一次气能行驶200km或10h。由于空气发动机不直接使用燃料，因而具有体积小、结构简单、维修成本低、操控方便、“零”排放的优点。即使因为技术不成熟导致某些缺点，在科学界引起不小的争议，但这项技术仍然具有广阔的发展空间。
（1）空气发动机是利用______做功的；
（2）空气能发动机获得动力时与四冲程汽油机的______冲程工作过程相似；
（3）资料表明，空气发动机排出的尾气温度低于周围空气的温度，对于产生此现象的原因，请你提出一条合理的解释：______。
