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初中物理教科版九年级上册第二章 改变世界的热机综合与测试学案及答案
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这是一份初中物理教科版九年级上册第二章 改变世界的热机综合与测试学案及答案，共4页。
知识要点一：内燃机的四个冲程
1．内燃机：燃料在汽缸内燃烧的热机叫内燃机，内燃机分为汽油机和柴油机。它们的特点是让燃料存汽缸内燃烧，从而使燃烧更充分，热损失更小，热效率较高，内能利用率较大。
2．冲程：活塞在汽缸内住复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
3．工作原理：四冲程内燃机的工作过程是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的。四个冲程为一个工作循环，在一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两周，四个冲程中，只有做功冲程燃气对外做功，其他三个冲程靠飞轮的惯性完成。
（1）吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入气缸；
（2）压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩；
（3）做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体。高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功；
（4）排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。（如下四个冲程的示意图）
4．四冲程对比：
（2020·内蒙古呼伦贝尔扎兰屯市九年级期末检测）如图所示，工作中的四冲程汽油机正处于_____冲程，该冲程将_____能转化为机械能。若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外做功_____次，飞轮转过_____圈。
【答案】做功内能1020
【解析】图中进气门和排气门都是关闭的，火花塞放电，活塞下行，可以判断是做功冲程，做功冲程中内能转化为机械能。热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周，若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外做功10次，飞轮转动20周。
（2019·辽宁朝阳）四冲程汽油机在工作过程中，将内能转化为机械能的是_____冲程，如果汽油机的转速表显示3000revs/min，那么该汽油机每秒内做_____次功。给汽车加油时能闻到汽油的味道说明_____。
【答案】做功25分子不停地做无规则运动
【解析】做功冲程中，高温高压的燃气对活塞做功，燃气的内能减小，活塞机械能增加，即将内能转化为机械能；汽油机完成1个工作循环，完成四个冲程，飞轮转2转，对外做功1次，3000r/min＝50r/s，即每秒飞轮转50圈，完成25个工作循环，对外做功25次；汽车加油时能闻到汽油的气味，这是扩散现象，是因为汽油分子不停地做无规则运动。
通过进气门、排气门的开和关来判断是吸气冲程还是排气冲程；通过活塞向上、向下运动来判断是压缩冲程还是做功冲程。
知识要点二：热机效率
1．热机是利用燃料燃烧产生的内能做功的装置，用来做有用功的部分能量与燃料完全燃烧放出
的能量之比叫热机的效率。
2．热机效率是热机性能的重要指标，人们在技术上不断改进，减小各种损耗，提高效率。在热机
的各种损失中，废气带走的能量在总体中所占比例最大，对这部分余热的利用是提高热机效率的主
要途径。
3．热机的效率：，关键是计算出有用功。对于汽车等内燃机，汽车在内燃机的牵引下通过一定的距离所做的功就是有用功，故。
（2020·湖南岳阳）某型号汽车整车与驾驶员的总质量是2060kg，驾驶员驾驶该汽车在平直公路上匀速行驶进行车型测试，测试过程中消耗汽油的体积为1.5×10-3m3（g=10N/kg，ρ汽油=0.7×103kg/m3，q汽油=4.5×107J/kg，）求：
(1)汽车与驾驶员的总重力；
(2)测试过程中消耗汽油的质量；
(3)假设汽油完全燃烧，汽油机的效率为40%，汽车在测试过程中做的有用功是多少。
【答案】(1)20600N；(2)1.05kg；(3)1.89×107J
【解析】(1)汽车与驾驶员的总重力G=mg=2060kg×10N/kg=20600N；
(2)测试过程中消耗汽油的质量m汽油=ρ汽油V=0.7×103kg/m3×1.5×10-3m3=1.05kg；
(3)汽油完全燃烧放出的热量Q放=m汽油q汽油=1.05kg×4.5×107J/kg=4.725×107J，汽车在测试过程中做的有用功W有=Q放η=4.725×107J×40%=1.89×107J。
（2020·山东泗水初三期中）在“探究水沸腾时温度变化的特点”实验中，用酒精灯给烧杯中的水加热，烧杯中盛有20℃、质量为100g的水，在一个标准大气压下加热至沸腾，假如完全燃烧酒精3g。[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），酒精的热值为3.0×107J/kg]求：
（1）水吸收的热量是多少？
（2）此过程中酒精灯烧水的热效率．
（3）科学研究表明：1g 100℃的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收2.26×103J的热量．水开始沸腾后持续观察沸腾现象，同时发现水的质量减少了5g，求此过程水汽化成水蒸气所吸收的热量。
【答案】（1）3.36×104J；（2）37.3%；（3）1.13×104J
【解析】（1）一个标准大气压下水的沸点为100℃，即需将水加热至100℃，水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×0.1kg×（100℃﹣20℃）＝3.36×104J；
（2）3g酒精完全燃烧释放的热量：Q放＝mq＝3×10﹣3kg×3.0×107J/kg＝9×104J；酒精灯烧水的热效率：η＝×100%＝×100%≈37.3%；
（3）1g 100℃的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收2.26×103J的热量，则5g 100℃的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收的热量：Q＝5g×2.26×103J/g＝1.13×104J。
①炉子、燃气灶、热水器…效率：；
②太阳能的利用效率：（E为太阳能）。
进气阀开关
排气阀开关
活塞运动
曲轴运动
冲程作用
能量的转化
吸气冲程
开
关
向下
半周
吸入汽油和空气的混合物
——
压缩冲程
关
关
向上
半周
燃料混合物被压缩，温度升高，压强增大
机械能→内能
做功冲程
关
关
向下
半周
燃烧产生的高温高压燃气推动活塞向下运动，通过连杆带动曲轴对外做功
内能→机械能
排气冲程
关
开
向上
半周
排除废气
——
知识要点一：内燃机的四个冲程
1．内燃机：燃料在汽缸内燃烧的热机叫内燃机，内燃机分为汽油机和柴油机。它们的特点是让燃料存汽缸内燃烧，从而使燃烧更充分，热损失更小，热效率较高，内能利用率较大。
2．冲程：活塞在汽缸内住复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
3．工作原理：四冲程内燃机的工作过程是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的。四个冲程为一个工作循环，在一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两周，四个冲程中，只有做功冲程燃气对外做功，其他三个冲程靠飞轮的惯性完成。
（1）吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入气缸；
（2）压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩；
（3）做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体。高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功；
（4）排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。（如下四个冲程的示意图）
4．四冲程对比：
（2020·内蒙古呼伦贝尔扎兰屯市九年级期末检测）如图所示，工作中的四冲程汽油机正处于_____冲程，该冲程将_____能转化为机械能。若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外做功_____次，飞轮转过_____圈。
【答案】做功内能1020
【解析】图中进气门和排气门都是关闭的，火花塞放电，活塞下行，可以判断是做功冲程，做功冲程中内能转化为机械能。热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周，若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外做功10次，飞轮转动20周。
（2019·辽宁朝阳）四冲程汽油机在工作过程中，将内能转化为机械能的是_____冲程，如果汽油机的转速表显示3000revs/min，那么该汽油机每秒内做_____次功。给汽车加油时能闻到汽油的味道说明_____。
【答案】做功25分子不停地做无规则运动
【解析】做功冲程中，高温高压的燃气对活塞做功，燃气的内能减小，活塞机械能增加，即将内能转化为机械能；汽油机完成1个工作循环，完成四个冲程，飞轮转2转，对外做功1次，3000r/min＝50r/s，即每秒飞轮转50圈，完成25个工作循环，对外做功25次；汽车加油时能闻到汽油的气味，这是扩散现象，是因为汽油分子不停地做无规则运动。
通过进气门、排气门的开和关来判断是吸气冲程还是排气冲程；通过活塞向上、向下运动来判断是压缩冲程还是做功冲程。
知识要点二：热机效率
1．热机是利用燃料燃烧产生的内能做功的装置，用来做有用功的部分能量与燃料完全燃烧放出
的能量之比叫热机的效率。
2．热机效率是热机性能的重要指标，人们在技术上不断改进，减小各种损耗，提高效率。在热机
的各种损失中，废气带走的能量在总体中所占比例最大，对这部分余热的利用是提高热机效率的主
要途径。
3．热机的效率：，关键是计算出有用功。对于汽车等内燃机，汽车在内燃机的牵引下通过一定的距离所做的功就是有用功，故。
（2020·湖南岳阳）某型号汽车整车与驾驶员的总质量是2060kg，驾驶员驾驶该汽车在平直公路上匀速行驶进行车型测试，测试过程中消耗汽油的体积为1.5×10-3m3（g=10N/kg，ρ汽油=0.7×103kg/m3，q汽油=4.5×107J/kg，）求：
(1)汽车与驾驶员的总重力；
(2)测试过程中消耗汽油的质量；
(3)假设汽油完全燃烧，汽油机的效率为40%，汽车在测试过程中做的有用功是多少。
【答案】(1)20600N；(2)1.05kg；(3)1.89×107J
【解析】(1)汽车与驾驶员的总重力G=mg=2060kg×10N/kg=20600N；
(2)测试过程中消耗汽油的质量m汽油=ρ汽油V=0.7×103kg/m3×1.5×10-3m3=1.05kg；
(3)汽油完全燃烧放出的热量Q放=m汽油q汽油=1.05kg×4.5×107J/kg=4.725×107J，汽车在测试过程中做的有用功W有=Q放η=4.725×107J×40%=1.89×107J。
（2020·山东泗水初三期中）在“探究水沸腾时温度变化的特点”实验中，用酒精灯给烧杯中的水加热，烧杯中盛有20℃、质量为100g的水，在一个标准大气压下加热至沸腾，假如完全燃烧酒精3g。[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），酒精的热值为3.0×107J/kg]求：
（1）水吸收的热量是多少？
（2）此过程中酒精灯烧水的热效率．
（3）科学研究表明：1g 100℃的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收2.26×103J的热量．水开始沸腾后持续观察沸腾现象，同时发现水的质量减少了5g，求此过程水汽化成水蒸气所吸收的热量。
【答案】（1）3.36×104J；（2）37.3%；（3）1.13×104J
【解析】（1）一个标准大气压下水的沸点为100℃，即需将水加热至100℃，水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×0.1kg×（100℃﹣20℃）＝3.36×104J；
（2）3g酒精完全燃烧释放的热量：Q放＝mq＝3×10﹣3kg×3.0×107J/kg＝9×104J；酒精灯烧水的热效率：η＝×100%＝×100%≈37.3%；
（3）1g 100℃的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收2.26×103J的热量，则5g 100℃的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收的热量：Q＝5g×2.26×103J/g＝1.13×104J。
①炉子、燃气灶、热水器…效率：；
②太阳能的利用效率：（E为太阳能）。
进气阀开关
排气阀开关
活塞运动
曲轴运动
冲程作用
能量的转化
吸气冲程
开
关
向下
半周
吸入汽油和空气的混合物
——
压缩冲程
关
关
向上
半周
燃料混合物被压缩，温度升高，压强增大
机械能→内能
做功冲程
关
关
向下
半周
燃烧产生的高温高压燃气推动活塞向下运动，通过连杆带动曲轴对外做功
内能→机械能
排气冲程
关
开
向上
半周
排除废气
——
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