初中物理人教版九年級全冊第十四章內(nèi)能的利用第1節(jié)熱機 公開課

4.熱機四沖程—比例計算問題熱機四沖程的計算問題中有一個難點就是本節(jié)涉及到的“工作循環(huán)數(shù)”、“完成沖程個數(shù)”、“對外做功的次數(shù)”、“曲軸轉動的圈數(shù)”“飛輪轉動的轉數(shù)”、等等的數(shù)量關系。【題文1】一臺單缸四沖程柴油機的飛輪轉速是2400r/min，柴油機每秒內(nèi)完成_________個工作循環(huán)，做功________次，活塞往復運動______次．解析：根據(jù)飛輪轉速求出每秒內(nèi)飛輪轉動圈數(shù)，內(nèi)燃機一個工作循環(huán)活塞往復2次，曲軸轉動2周，做功1次．已知飛輪轉速為2400r/min=40r/s，因為一個工作循環(huán)活塞往復2次，曲軸轉動2周，做功1次，所以該柴油機1s內(nèi)完成20個工作循環(huán)，對外做功20次，活塞往復運動40次．答案：202040【題文2】一臺單缸四沖程柴油機，它的轉速為800轉/分，做功沖程時推動活塞一次做功1500J，那么，每分鐘完成_____次工作循環(huán)，功率為______kW．解析：飛輪轉速為800r/min，因一個工作循環(huán)活塞往復2次，曲軸轉動2周，做功1次，所以，該柴油機1min飛輪轉動800圈，對外做功400次；該柴油機1min內(nèi)做的總功W=400×1500J=6×105J，柴油機的功率P=W/t=6×105J/60s=1×104W=10kW．答案:40010【題文3】一臺單缸四沖程柴油機，每分鐘轉1800r，每一個工作循環(huán)燃氣做的功為500J，柴油的熱值為×107J/kg．問：

（1）此柴油機在1h內(nèi)做了多少功？

（2）如果此柴油機的效率為30%，做這些功需要完全燃燒多少柴油？解析：（1）由于每四沖程為一個工作循環(huán)，每一個工作循環(huán)為兩轉，所以，該柴油機每分鐘有1800/2=900個工作循環(huán)，此柴油機在1h內(nèi)做功：W=500J×900×60×60s=×107J，（2）由η=W有/W總可得，W總=W有/30%=×107J/30%=9×107J，此時W總=Q，由Q=mq可得，m=W總/q=9×107J/×107J/kg≈．答案：×107J【總結】以汽油機的一個工作循環(huán)為例：結合汽油機的四沖程，完成一個工作循環(huán)，經(jīng)歷的四個沖程，向外做功一次，飛輪（曲軸）轉了2轉，活塞往復運送兩次。可以利用“1:4:1:2:2”的比例關系進行判斷。注意：常出的不理關系問題是：“沖程數(shù)”：“向外做功次數(shù)”：飛輪（曲軸）轉數(shù)=4:1:2【練習題】1.一臺柴油機飛輪的轉速為2400r/min,則在1s內(nèi),柴油機完成________個沖程;對外做功的次數(shù)是________.2.汽車四沖程內(nèi)燃機的一個工作循環(huán)一般分為:吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程,在這四個沖程中,把機械能轉化為內(nèi)能的是________沖程.某單缸四沖程內(nèi)燃機飛輪的轉速為1200r/min,該內(nèi)燃機每秒鐘對外做功的次數(shù)為________次.3.一柴油機的轉速是3000r/min,它1秒鐘對外做功________次,它完成吸氣沖程時,吸入氣缸里的物質是________.4.四沖程內(nèi)燃機在它的一個工作循環(huán)中，要順次完成________、________、_______、排氣四個沖程．將把機械能轉化成內(nèi)能的沖程是______沖程；把燃料釋放的內(nèi)能轉化為機械能的是______沖程．若每秒鐘完成20個沖程，則該內(nèi)燃機的飛輪每秒鐘旋轉______轉，對活塞做功______次．5.某四沖程柴油機,汽缸橫截面積為50cm2,活塞行程為100mm,做功沖程燃氣的平均壓強為7×105Pa.求:(1)一次做功沖程中氣體做功多少?(2)若曲軸轉速為1200r/min,這臺柴油機的功率是多少?6.目前我國研發(fā)一款以壓縮空氣為動力的環(huán)保車．汽車使用前需要壓縮存儲氣體，這一過程通過_______的方式使氣體內(nèi)能增加，開動時，釋放的氣體推動發(fā)動機，將氣體的內(nèi)能轉化為___能，此車緊急剎車時，剎車片和輪胎都變熱，汽車的機械能轉化為______能．四沖程內(nèi)燃機的一個工作循環(huán)一般分為：吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程，在這四個沖程中，把機械能轉化為內(nèi)能的是______沖程．某單缸四沖程內(nèi)燃機飛輪的轉速為1200r/min，該內(nèi)燃機每秒鐘對外做功的次數(shù)為_____次．7.一臺單缸四沖程柴油機活塞的橫截面積為600cm2，活塞的行程是10cm，做功沖程的平均壓強是×105Pa．求：（1）做功沖程中氣體做的功．（2）若柴油機飛輪的轉速是1200r/min，則柴油機滿負荷工作時的功率多大？（不計摩擦損失）（3）如果汽油機滿負荷工作時每分鐘消耗100g汽油，這種汽油機把內(nèi)能轉化為機械能的效率是多少？（柴油熱值為×107J/kg）8.近年來，汽車逐步走進了普通百姓的家庭．（1）現(xiàn)在汽車的發(fā)動機大多是用汽油作燃料的汽油機，如圖所示汽油機正處在_________沖程．（2）由于過度開發(fā)和使用加劇了不可再生能源的消耗，現(xiàn)在很多地方在使用乙醇汽油．乙醇汽油是-種由乙醇和普通汽油按-定比例混配形成的替代能源，其中普通汽油體積占90%，乙醇（即酒精）體積占10%．請寫出使用乙醇汽油的好處之一是________________________________（3）某型號汽車使用上述乙醇汽油，在水平路面上勻速行駛，受到的阻力是900N，行駛的路程為100km，已知該汽車此時的效率為25%，求這段時間內(nèi)消耗的乙醇汽油的質量為多少千克？（乙醇汽油熱值為×107J/kg，發(fā)動機牽引力所做的功為有用功）（保留小數(shù)點后一位數(shù)字）（4）四沖程內(nèi)燃機，在________沖程將內(nèi)能轉化為機械能．一臺單缸四沖程汽油機，飛輪轉速是1200r/min，該汽油機每秒鐘內(nèi)完成_______個沖程，對外做功______次．（5）熱機（如汽車、拖拉機的發(fā)動機等）是將燃料的內(nèi)能轉化為機械能的裝置．熱機的發(fā)展和應用推動了社會的快速發(fā)展、熱機在能的轉化過程中不可避免地要損失一部分能量，請列舉出2個熱機在工作過程中存在的能量損失．【參考答案】1．80202.壓縮10空氣4.吸氣壓縮做功壓縮做功105解析：首先要知道四個沖程．并要掌握四個沖程中的能量轉化情況，吸氣和排氣沖程不發(fā)生能量轉化．壓縮沖程將機械能轉化為內(nèi)能；做功沖程將內(nèi)能轉化為機械能．內(nèi)燃機一個工作循環(huán)活塞往復2次，曲軸轉動2周，做功1次．（1）內(nèi)燃機的四個沖程是吸氣、壓縮、做功、排氣沖程．壓縮沖程活塞向上運動，壓縮氣體對氣體做功，將機械能轉化為內(nèi)能；做功沖程高溫高壓燃氣推動活塞向下運動，將內(nèi)能轉化為機械能．（2）因為一個工作循環(huán)包括四個沖程，曲軸轉動2周，做功1次，所以該內(nèi)燃機1s內(nèi)完成5個工作循環(huán)，輪每秒鐘旋轉10轉，對活塞做功5次．3500W6.做功機械內(nèi)壓縮10解析：本題抓住做功改變物體內(nèi)能．做功主要有摩擦生熱和壓縮氣體做功，物體內(nèi)能會增加．熱機是將內(nèi)能轉化為機械能的機器，它的一個工作循環(huán)包括四個沖程：吸氣、壓縮、做功、排氣沖程，其中壓縮沖程是將機械能轉化為內(nèi)能；做功沖程是將內(nèi)能轉化為機械能；內(nèi)燃機每進行一個工作循環(huán)，要經(jīng)過四個沖程，燃氣推動活塞做功一次，活塞往返兩次，飛輪轉動兩周；首先換算得到飛輪每秒轉動的轉數(shù)，再計算經(jīng)過幾個工作循環(huán)，再計算燃氣做功的次數(shù)．（1）汽車使用前需要壓縮儲存氣體，壓縮氣體做功，物體內(nèi)能會增加．開動時，釋放的氣體推動發(fā)動機，將氣體的內(nèi)能又轉化為機械能；此車緊急剎車時，剎車片和輪胎都變熱，汽車的機械能轉化為內(nèi)能．（2）壓縮沖程將機械能轉化為內(nèi)能，做功沖程是將內(nèi)能轉化為機械能；（3）1200r/min=20r/s，每秒飛輪轉動20轉，內(nèi)燃機經(jīng)過10個工作循環(huán)，燃氣對活塞做功10次．21000W38%解析：（1）燃氣對活塞的平均壓力：F=pS=×105Pa×600×10-4m2=21000N；一個做功沖程中燃氣對活塞做的功：W1=Fs=21000N×10×10-2m=2100J（2）飛輪轉速：1200r/min=20r/s，因為一個工作循環(huán)飛輪轉2圈，完成4個沖程，做功一次，所以每秒共有10個工作循環(huán)，對外做功10次；該柴油機每秒做的功：W=10×2100J=21000J，柴油機的功率為：P=W/t=21000J/1s=21000W（3）柴油機滿負荷工作時1min做的功：W′=Pt=21000W×1×60s=×106J；每分鐘柴油完全燃燒產(chǎn)生的熱量：Q=mq=×107J/kg×100×10-3kg=×106J；柴油機的效率：η=W′/Q=×106J/×106J=38%．8.（1）壓縮

（2）節(jié)約石油資源，環(huán)保

（3）

（4）做功4010

（5）熱機排出的尾氣仍有較高的溫度，因此要損失一部分內(nèi)能；燃燒不充分有部分能量沒有充分釋放或轉化；或克服摩擦要對外做功損失部分能量等；熱機本身要散熱（任選兩個即可）．解析：（1）由圖可知，兩個氣門都關閉，活塞向上運動，所以是壓縮沖程．（2）使用乙醇汽油的好處：乙醇汽油污染小，并且乙醇汽油是可再生能源，可以節(jié)約不可再生能源．（3）因為在水平路面上勻速行駛，所以F=f=900N汽車做的有用功為：W有用=Fs=900N×100×103m=9×107J，因為η=W有用/Q所以Q=W有用/η=9×107J/25%=×108J，又因為Q=qm，所以乙醇汽油的質量為：m=Q/q=×108J/×107J/kg