九年级物理-内能与热机方法介绍

内能与热机方法在手答题无忧

一、热机冲程与能量转化的判断

判断内燃机的冲程分两步：一是看清两个气门的关、闭状态，二是看清活塞的运动方向.①两个气门一个打开，一个关闭：活塞向下运动是吸气冲程；活塞向上运动就是排气冲程.②两个气门都关闭：活塞向下运动是做功冲程，内能转化为机械能；活塞向上运动就是压缩冲程，机械能转化为内能.

例1 汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分，现代汽车多数采用汽油机作为发动机，如图1是四冲程汽油机的工作循环示意图，下列说法中正确的是（）

图1

A.甲冲程是把机械能转化为内能

B.乙冲程是把内能转化为机械能

C.丙冲程是把机械能转化为内能

D.丁冲程是把内能转化为机械能

解析甲图两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能，A 正确；乙图排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，没有能量转化的过程，B错误；丙图两个气门都关闭，火花塞点火，使燃料猛烈燃烧，燃气推动活塞向下运动，是做功冲程，将内能转化为机械能，C错误；丁图进气门打开，活塞向下运动，是吸气冲程，没有能量转化的过程，D错误.

答案 A

二、热机的转速与做功次数的关系

四冲程汽油机和柴油机的工作原理相同，完成的工作循环数、对外做功的次数、飞轮的转数及冲程数可简记为“1124”，即一个工作循环，对外做功1次，飞轮转动2周，经历四个冲程.

例2 四冲程汽油机的转速为600r/min，则在每秒种内，汽油机对外做功的次数为（）

A.300次

B.600次

C.10次

D.5次

解析如果不注意是每秒钟内，很容易错A，或误认为飞轮每转一周做功一次而错选C.汽油机在一个工作循环中，活赛往复2次，曲轴转2周，经历4个冲程，对外做功1次，也就是曲轴转2周做功1次.600r/min＝10r/s，即每秒转10r，完成5个工作循环，对外做功5次.

答案 D

例3 （安顺）一台四冲程柴油机飞轮的转速为2400r/min，则在1s内，柴油机完成_________个冲程；对外做功的次数是_________.

解析 在四冲程内燃机的一个工作循环中，完成4个冲程，对外做功1次，曲轴和飞轮转2圈.一台柴油机飞轮的转速为2400r/min ，则该柴油机每秒钟转40圈，完成20个工作循环，柴油机完成80个冲程；对外做20次功.

答案 80 20

三、热机效率的计算

热机效率的计算公式是放有总有

Q W Q Q ==η，对内燃机而言，输出的机械能为有效利用的

能量，一般根据汽油机的输出功率可得到做有用功的能量，即Pt W =有；燃料燃烧放出的能量为总能量，可利用公式mq Q =放求得.

例4 下表是某品牌小轿车的一些技术参数，其中排气量是指发动机汽缸的工作容积，一般情况下，发动机的排气量越大，功率越大；空燃比是指汽缸内空气和燃油的质量比.

当该发动机以最大功率工作时，汽缸内汽油和空气的混合物密度为1.35kg/m 3，1min 内高

温高压的燃气推动活塞做功2600次.求发动机以最大功率工作时：

（1）1min 内做的有用功； （2）对外做功1次消耗汽油的质量； （3）热机的效率. 解析 （1）1min 内所做的有用功： J 105.4s 60W 107563⨯=⨯⨯==Pt W

（2）做功1次消耗汽油的质量： kg 101.6215

1m 108.1kg/m 35.14-333⨯=⨯

⨯⨯==-V m ρ （3）1min 内汽油完全燃烧释放的热量： J 1094.12600J/kg 104.6kg 101.6277-4⨯=⨯⨯⨯⨯==mq Q

热机的效率：%2.23%100J

1094.1J 104.5%10076=⨯⨯⨯=⨯=Q W η 答案 （1）4.5×106J/ （2）1.62×10-4kg/ （3）23.2%

例5 如图2所示为汽油机做功冲程的示意图.若某型号单缸四冲程

汽油机的活塞直径为60mm （面积近似为S ＝3.0×10－3m 2），活塞冲程长度

为L ＝0.06m ，某种工作状态下做功冲程燃气的平均压强为p ＝1.0×106Pa ，

活塞以n ＝1380次/分钟做往复运动，汽油机活塞往复运动两次，对外做

功一次.

（1）汽油机在此工作状态下的功率是多少？

（2）如果此工作状态下每分钟消耗20g 汽油，那么汽油机把内能转化

车型 某品牌轿车

排气量 1.8L

最大功率 75kW 空燃比 14:1 汽油热值 4.6×107

J/kg 图2

为机械能的效率是多少？（q 汽油＝4.6×107J/kg 、不计摩擦）

解析 （1）该汽油机做功冲程燃气的平均压力F=pS=1.0×106Pa×3.0×10

－3m 2=3×103N.

做功冲程一次所做的功W 1=FL=3×103N×0.06m=180J .

汽油机气缸中活塞往复运动两次，对外做功一次，由题设活塞每分钟往复运动1380次可知，该汽油机每分钟对外做功690次，则该汽油机的功率P=W s

J t W 207060180690=⨯=. （2）汽油机每分钟对外做功W=690×180J=1.242×105J.

20g 汽油完全燃烧放出的热量为Q 放=mq=0.02kg×4.6×107J/kg=9.2×105

J.

该汽油机在此工作状态下，把内能转化为机械能的效率为%5.13102.910242.155=⨯⨯==J J

Q W η

答案 （1）2070W （2）