2024年物理中考復習-第4講 熱機效率（思維訓練）（原卷版）

2024年物理中考復習—熱機效率（思維訓練）（思維訓練）2024年物理中考復習—熱機效率（思維訓練）（思維訓練）課標解讀課標解讀內(nèi)燃機是熱機的一種,熱機是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的機器.內(nèi)燃機是熱機的一種,熱機是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的機器.常見的內(nèi)燃機有汽油機、柴油機、煤氣機等.1.汽油機:以汽油為燃料的內(nèi)燃機.汽油機的曲軸連續(xù)轉(zhuǎn)動,工作過程中活塞在氣缸內(nèi)從一端到另一端(叫一個沖程)做往復運動.大多數(shù)汽油機由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程組成一個工作循環(huán).在每個循環(huán)中,曲軸轉(zhuǎn)2周.在壓縮沖程中,機械能轉(zhuǎn)化為汽油和空氣混合物的內(nèi)能.在做功沖程中,燃氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能.2.柴油機:以柴油為燃料的內(nèi)燃機.工作循環(huán)與汽油機相似，但有區(qū)別；①結(jié)構(gòu)上:汽油機頂端有火花塞,柴油機則是噴油嘴;②點火方式:汽油機是點燃式,柴油機是壓燃式;③吸氣沖程:汽油機吸入汽油與空氣的混合物,柴油機只吸入空氣;④汽油機體積較小、較輕,柴油機較大、較笨重.思維方法思維方法應(yīng)用逆向思維法求內(nèi)燃機的功率所謂逆向思維法就是從問題入手逐步向前推導.如要求功率P,P=W應(yīng)用逆向思維法求內(nèi)燃機的功率所謂逆向思維法就是從問題入手逐步向前推導.如要求功率P,P=Wt例:某臺單缸四沖程內(nèi)燃機的活塞面積是120cm2,一個沖程中活塞的行程為0.3m,做功沖程中燃氣對活塞的平均壓強是1.5x106Pa,機器飛輪的轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分,這臺內(nèi)燃機的功率是多少千瓦?①根據(jù)p=Fs號求燃氣對活塞的平均壓力，F(xiàn)=pS=1.5x106Pax120x10-4m=1.8x104②每一做功沖程中,燃氣對活塞所做的功W1=FL=1.8x104Nx0.3m=5.4x103J.③每分鐘做功次數(shù)n=轉(zhuǎn)速÷2-300/2=150次/min.④內(nèi)燃機每分鐘做的功W總=nW1=150x5.4x103J=8.1x105J.⑤內(nèi)燃機的功率P=Wt=8.1x105逆向思維法是物理分析中一種較為重要的思維方法,從問題人手逆向思維,望同學們多加領(lǐng)會，多加應(yīng)用.分析:此題分析思路是從所求入手,逆推分步求解(如圖所示).①根據(jù)p=Fs號求燃氣對活塞的平均壓力，F(xiàn)=pS=1.5x106Pax120x10-4m=1.8x104②每一做功沖程中,燃氣對活塞所做的功W1=FL=1.8x104Nx0.3m=5.4x103J.③每分鐘做功次數(shù)n=轉(zhuǎn)速÷2-300/2=150次/min.④內(nèi)燃機每分鐘做的功W總=nW1=150x5.4x103J=8.1x105J.⑤內(nèi)燃機的功率P=Wt=8.1x105逆向思維法是物理分析中一種較為重要的思維方法,從問題人手逆向思維,望同學們多加領(lǐng)會，多加應(yīng)用.問題解決例1.為實現(xiàn)國家關(guān)于“碳達峰”“碳中和”目標，東風汽車集團研發(fā)了一款新型汽車．與某款汽車同樣油耗和使用條件下，發(fā)動機工作時，尾氣中“汽油味”明顯降低，動力更強勁．如圖為其發(fā)動機某一沖程示意圖，下列有關(guān)說法錯誤的是(

)

A.尾氣中“汽油味”降低，是因為汽油在汽缸中燃燒比較完全

B.該沖程為做功沖程，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能

C.汽油在汽缸內(nèi)完全燃燒，發(fā)動機效率可達100%

D.該發(fā)動機減少了碳排放，有利于節(jié)約能源和環(huán)境保護思維點撥思維點撥(1)汽油在燃燒的過程中，燃燒的越充分，尾氣中的“汽油味”越低；

(2)根據(jù)氣門的閉合情況、活塞的運動情況分析是哪個沖程及能量的轉(zhuǎn)化；

(3)任何機器都不可避免的做額外功，效率不可能達到100%；

(4)根據(jù)發(fā)動機工作的特點分析。例2.熱機的效率是熱機性能的重要指標，如圖所示是熱機的能量流向圖，則熱機的效率等于(

)

A.E4E2+E3+E5思維點撥思維點撥熱機的效率等于做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的能量之比，據(jù)此分析例3.某汽車以20m/s的速度在平直的公路上勻速行駛時，柴油發(fā)動機的功率為2.1×105W，每行駛43s消耗柴油700g，柴油的熱值為4.3×107J/kg。下列計算中有幾項是正確的(

)

①完全燃燒700g柴油放出的熱量為3.01×107J

②該柴油發(fā)動機效率為70%

③汽車的牽引力為1.05×A.一項 B.二項 C.三項 D.四項思維點撥思維點撥(1)知道柴油的質(zhì)量和熱值，根據(jù)Q放=mq求出柴油完全燃燒所放出的熱量；

(2)據(jù)W=Pt求出發(fā)動機做功，利用η=WQ放×100%求出該柴油發(fā)動機的效率；

(3)根據(jù)P=Fv例4.汽油發(fā)動機工作時，汽油必須和吸進的空氣成適當?shù)谋壤拍苄纬煽梢杂行紵幕旌蠚?，這就是空燃比(可燃混合氣中空氣質(zhì)量與燃油質(zhì)量之比)，某總排量為2.0L的發(fā)動機的空燃比為22：1，混合燃氣的密度為1.5kg/m3，則發(fā)動機做一次功，燃料燃燒產(chǎn)生的熱量為______J，當發(fā)動機曲軸每分鐘轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)時，此時汽車輸出的機械功率為90kW.則該發(fā)動機每秒鐘做功______次，此時該發(fā)動機的效率是______%(汽油的熱值為思維點撥思維點撥(1)根據(jù)m=ρV計算出燃料混合物的質(zhì)量，根據(jù)空燃比計算出汽油的質(zhì)量，然后根據(jù)Q放=qm求出汽油燃燒產(chǎn)生的熱量；

(2)四沖程汽油機的四個沖程為一個工作循環(huán)，一個工作循環(huán)中只有做功沖程對外做功，活塞往復兩次，曲軸轉(zhuǎn)動兩周；

(3)先求出1s內(nèi)汽油的燃燒放出的熱量，再求出發(fā)動機1s例5.某單缸四沖程汽油的氣缸活塞面積為5×10-3m2，一個沖程活塞在氣缸中移動的距離是50mm，滿負荷工作時做功沖程燃氣的平均壓強為8×105Pa，飛輪1min轉(zhuǎn)動1800周，當汽油機滿負荷工作時(不計摩擦，汽油的熱值為4.6×107J/kg)，求：

(1)做功沖程中燃氣對活塞的平均壓力；

(2)一個做功沖程中燃氣對活塞做的功；

(3)思維點撥思維點撥(1)知道燃氣的平均壓強和活塞的面積，可利用公式F=pS計算出平均壓力的大小。

(2)知道活塞在氣缸中移動的距離，可利用公式W=Fs計算出一個做功沖程燃氣對活塞做的功。

(3)飛輪(曲軸)每轉(zhuǎn)兩圈對外做功一次，計算出飛輪轉(zhuǎn)動1800周對外做功的次數(shù)，已經(jīng)計算出一個做功沖程燃氣對活塞做的功，從而可以計算出燃氣對活塞做的總功，又知道做功的時間，可利用公式P=Wt計算出汽油機的功率；

(4)

思維方法天地思維方法天地1.關(guān)于熱機的效率和燃料的熱值，下列描述正確的是(

)A.燃料的質(zhì)量越大，其熱值就越大 B.燃料燃燒不完全時熱值變小

C.減少廢氣帶走的熱量能提高熱機的效率 D.熱機所用燃料的熱值越大，效率越高2.兩臺汽油機，甲的功率是乙的1.5倍，甲的效率為20%，乙的效率為25%，那么甲與乙每小時消耗油量之比為(

)A.6∶5 B.15∶8 C.5∶6 D.8∶153.下列提高熱機效率的方法中，不可行的是(

)A.盡量充分利用廢氣帶走的熱量 B.盡量使燃料充分燃燒

C.盡量減小各種熱損失 D.盡量充分潤滑4.汽油的熱值為4.6×107J/kg，某汽車水平公路上勻速行駛了100km，汽車所受的平均阻力為460N，消耗了質(zhì)量為4kg的汽油，則該汽車在這個行駛過程中的效率為A.25% B.20% C.30% D.87%5.2017北京國際汽車展覽會于4月21-29日在北京中國國際展覽中心新、老展館同時拉開大幕．某人為了測試汽車發(fā)動機的效率，開車以60km/h的平均速度行駛了120km，用去汽油25L，已知汽油的密度為0.7×103kg/m3，熱值為4.6×10A.23.6% B.36.5% C.26.8% D.38%6.兩臺四沖程汽油機在相同時間內(nèi)，甲做的有用功是乙的3倍，甲機的熱機效率是20%，乙機的熱機效率是25%，則甲、乙兩機消耗的汽油質(zhì)量之比是________．7.汽車是我們生活中最重要的交通運輸工具之一。某單缸汽油發(fā)動機氣缸的活塞面積是120cm2，做功沖程中活塞移動的距離是30cm，氣體的平均壓強是5×105Pa，汽油的熱值是4.6×107J/kg，每次做功耗油0.2g，氣體一次膨脹對活塞做的功是______8.我國自主研制的某型新一代戰(zhàn)斗機，該飛機航行時所受阻力的大小與速度的關(guān)系見下表：速度v/(m/s)100200300400500阻力f/N0.3×1.2×2.7×4.8×7.5×已知飛機使用的航空燃油的熱值為5×107J/kg，則飛機發(fā)動機完全燃燒104kg燃油放出的熱量為______，某次執(zhí)行任務(wù)時，駕駛員發(fā)現(xiàn)飛機的油量還有5.4×109.汽車已經(jīng)成為人們出行的高頻交通工具，用冷水冷卻發(fā)動機是利用了水的________大的特性；調(diào)試汽油發(fā)動機的過程中，讓其以額定功率80?kW工作5?min，測得飛輪轉(zhuǎn)動了3000轉(zhuǎn)則汽油機每秒鐘對外做功________次；這臺內(nèi)燃機運行時消耗的燃料完全燃燒放出的熱量為E1，各種能最損耗大致為汽缸散熱損失的能量為E2，廢氣帶走的能量為E3，摩擦等機械損耗的能量為E10.某物理興趣小組的同學，用煤爐給10kg的水加熱，同時繪制了如圖所示的加熱過程中水溫隨時間變化的圖線，若在6min內(nèi)完全燃燒了0.2kg的煤，水的比熱容為4.2×103J/(kg?℃)，煤的熱值為(1)煤完全燃燒產(chǎn)生的熱量______J；在燒水過程中，______熱效率最高(選填“0～2min”、“2～4min”或“4～6min”)，其值為______。

(2)有兩臺單缸四沖程柴油機，它們在做功沖程中每做功一次，對外輸出的有用功相等。甲、乙兩柴油機輸出的有用功率之比為4：3，甲柴油機的效率為32%，乙柴油機的效率為36%11.如圖所示是一臺手扶雙輪壓路機，質(zhì)量為550kg，水箱容積為15L。在一次壓路作業(yè)中，以0.2m/s的速度在水平路面上勻速行駛10min，行駛過程中受到的平均阻力是總重的0.4倍。求：(g取10N/kg，柴油的熱值取4×107J/kg)(1)壓路機在這次壓路作業(yè)中運動的距離是多少？

(2)壓路機靜止在水平路面上時，與地面的接觸面積為0.02m2，該壓路機對路面的壓強是多少？

(3)壓路機在這次壓路作業(yè)中牽引力做的功是多少？

(4)若發(fā)動機效率為30%，這次作業(yè)要消耗多少千克柴油？

(5)水箱裝滿水是為了降低發(fā)動機的溫度，確保發(fā)動機正常工作，當滿水箱的水從20℃上升到80℃可以吸收多少熱量？水的比熱容為4.2×12.曉欣同學看到一些小汽車的尾部都標有“0.8”“1.6”“1.8”或“2.0”等字樣，他上網(wǎng)查詢得知這是汽車發(fā)動機“排氣量”的數(shù)值．所謂排氣量就是發(fā)動機汽缸的工作容積，是指所有汽缸內(nèi)活塞從下止點到達上止點所掃過的容積之和．一般情況下發(fā)動機的“排氣量”越大，功率越大．汽車發(fā)動機每一個工作循環(huán)要經(jīng)歷四個沖程，帶動曲軸轉(zhuǎn)動2周．現(xiàn)有一輛小轎車發(fā)動機排氣量為2.0?L，最大功率為74?kW，當該發(fā)動機以最大功率工作時，曲軸的轉(zhuǎn)速為3000?r/min.汽油機工作時的最佳空燃比(即空氣和燃油的質(zhì)量比)為14:1，壓縮比是10(即汽缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值)，若發(fā)動機在最大功率時汽油和空氣的混合密度為1.35?kg/m3，汽油的熱值為4.6×10(1)這臺發(fā)動機在最大功率時的熱機效率．(2)發(fā)動機在最大功率時，汽車的最高時速為175?km/h，在此情況下汽車每百公里油耗為多少升．

13.我國自行生產(chǎn)的混合動力汽車已經(jīng)服務(wù)于北京奧運?；旌蟿恿ζ噯訒r，內(nèi)燃機并不工作，蓄電池通過某種方式向車輪輸送能量；當需要高速行駛或蓄電池儲存電能過低時，內(nèi)燃機啟動，既可以向車輪輸送能量，也可以同時給蓄電池充電；當車輛需要全力加速時，內(nèi)燃機和蓄電池還可以同時向車輪輸送能量。

(1)根據(jù)以上描述，請你說出一種混合動力汽車不同于普通汽車的優(yōu)點。

(2)表是某臺混合動力汽車所用的鎳氫