13.3 內(nèi)燃機(jī) - (解析版)

第十三章內(nèi)能與熱機(jī)課時(shí)13.3內(nèi)燃機(jī)素養(yǎng)目標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念1.概念（1）熱機(jī)：把燃料燃燒時(shí)釋放的內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置。（2）內(nèi)燃機(jī)：燃料直接在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動(dòng)力的熱機(jī)。2.規(guī)律四沖程內(nèi)燃機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)2次，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)2圈，對外做功1次。科學(xué)思維用比較法認(rèn)識汽油機(jī)和柴油機(jī)的構(gòu)造特點(diǎn)；用歸納法掌握汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作過程?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任感受內(nèi)燃機(jī)對人類社會發(fā)展所起的推動(dòng)作用，同時(shí)也要注意尾氣排放給人類生活帶來的負(fù)面影響，要保護(hù)環(huán)境。題型匯總：理解熱機(jī)的工作原理、汽油機(jī)和柴油機(jī)、與內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)有關(guān)的問題、以熱機(jī)為載體的力熱綜合計(jì)算。知識梳理知識梳理內(nèi)燃機(jī)：燃料直接在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動(dòng)力的熱機(jī)。最常見的內(nèi)燃機(jī)，以汽油或柴油為燃料，分別叫做汽油機(jī)和柴油機(jī)。汽油機(jī)：指出汽油在汽油機(jī)汽缸內(nèi)燃燒、生成高溫高壓燃?xì)?，燃?xì)馔苿?dòng)活塞而做功，燃?xì)鈨?nèi)能轉(zhuǎn)化為活塞運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能。1.構(gòu)造：進(jìn)氣門、排氣門、火花塞、氣缸、活塞、連桿、曲軸。沖程：活塞從氣缸一端運(yùn)動(dòng)到另一端的單向運(yùn)動(dòng)叫做一個(gè)沖程。2.工作原理。內(nèi)燃機(jī)的工作過程以一個(gè)循環(huán)為一個(gè)單元，一個(gè)循環(huán)又分為四個(gè)沖程。(1)吸氣沖程：開始工作前，活塞位于氣缸上端，進(jìn)、排氣門軍關(guān)閉。工作時(shí)，活塞由上向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣門打開，排氣門仍關(guān)閉。由于缸內(nèi)體積增大，壓強(qiáng)減小，空氣和汽油的混合氣體被吸入氣缸。這是第一個(gè)沖程。(2)壓縮沖程：活塞運(yùn)動(dòng)到最下端，就開始轉(zhuǎn)為向上運(yùn)動(dòng)。這時(shí)進(jìn)氣門、排氣門都關(guān)閉，混合氣體(3)做功沖程：壓縮結(jié)束時(shí)雖然溫度較高，但未能達(dá)到燃料的燃點(diǎn)。在壓縮沖程結(jié)束的瞬間，火花塞產(chǎn)生電火花，使燃料猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體，高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)活塞向上向下運(yùn)動(dòng)，通過連桿帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)了內(nèi)能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。這是第三個(gè)沖程。(4)排氣沖程：做功沖程結(jié)束，活塞繼續(xù)向下向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門打開，燃燒后的廢氣被活塞推出缸外。這是最后一個(gè)沖程。此后，活塞又由上向下運(yùn)動(dòng)，從此進(jìn)入下一輪循環(huán)。在一個(gè)工作循環(huán)中有四個(gè)沖程，活塞往復(fù)兩次，曲軸轉(zhuǎn)兩周，對外做一次功。3.能的轉(zhuǎn)化：在做功沖程燃?xì)鈱钊龉?，?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。其余三個(gè)沖程靠消耗飛輪的機(jī)械能來完成。柴油機(jī)：用柴油作燃料的內(nèi)燃機(jī)。一個(gè)工作循環(huán)有四個(gè)沖程，活塞運(yùn)動(dòng)2次，燃油燃燒1次，對外做功1次。柴油機(jī)與汽油機(jī)的區(qū)別：1.柴油機(jī)與汽油機(jī)的相同點(diǎn)：都是內(nèi)燃機(jī)；一個(gè)工作循環(huán)都要經(jīng)歷四個(gè)沖程。2.柴油機(jī)與汽油機(jī)的不同點(diǎn)：構(gòu)造方面：些油機(jī)沒有火花塞，而在相應(yīng)位置上安裝的是噴油嘴。吸入的氣體不同，點(diǎn)火方式不同。使用范圍。附：考點(diǎn)突破考點(diǎn)突破考點(diǎn)一內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程1.星期天，童童在家里幫媽媽燒水，他發(fā)現(xiàn)水沸騰時(shí)，壺蓋被頂起，想到了如圖所示四沖程汽油機(jī)工作示意圖，并且分析得出，與水沸騰時(shí)壺蓋被頂起原理相同的沖程是（）【答案】C【解析】燒開水時(shí)，壺蓋被水蒸氣頂起，是水蒸氣對壺蓋做功的結(jié)果，因此這時(shí)水蒸氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為壺蓋的機(jī)械能；做功沖程活塞向下運(yùn)動(dòng)，燃?xì)鈱钊龉?，?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；A．進(jìn)氣門開啟，活塞下行，氣體流入汽缸，是吸氣沖程，故A不符合題意；B．兩氣門都關(guān)閉，活塞上行，汽缸容積變小，是壓縮沖程，故B不符合題意；C．兩氣門都關(guān)閉，活塞下行，汽缸容積變大，是做功沖程，故C符合題意；D．排氣門開啟，活塞上行，氣體流出汽缸，是排氣沖程，故D不符合題意。2.如圖所示是四沖程汽油機(jī)的其中一個(gè)沖程剖面圖，下列描述正確的是（）吸氣沖程中，只有汽油被吸入汽缸壓縮沖程中，通過做功的方式使汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能減小做功沖程中，燃料釋放的能量少部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能排氣沖程中，廢氣帶走了燃料釋放的能量的極少部分【答案】C【解析】A．汽油機(jī)在吸氣沖程中，進(jìn)氣門打開、排氣門關(guān)閉，活塞向下運(yùn)動(dòng)，汽油和空氣的混合物進(jìn)入汽缸，故A錯(cuò)誤；B．在壓縮沖程中，進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，活塞向上運(yùn)動(dòng)，燃料混合物被壓縮，氣體的內(nèi)能變大，此過程是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程，故B錯(cuò)誤；C．在做功沖程中，燃料燃燒釋放的內(nèi)能大部分需要克服摩擦、發(fā)生熱傳遞而散失，只有一少部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故C正確；D．在排氣沖程中，廢氣帶走了燃料釋放的大部分能量，故D錯(cuò)誤．3.熱機(jī)是利用________做功的機(jī)械．內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程中，壓縮沖程把________轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，做功沖程把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為________能．【答案】內(nèi)能、機(jī)械能、機(jī)械【解析】熱機(jī)是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)械．它的四個(gè)工作沖程分別是：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程．壓縮沖程將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，做功沖程是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．分層提分分層提分題組A基礎(chǔ)過關(guān)練1.關(guān)于汽油機(jī)和柴油機(jī)的區(qū)別，下列說法中你認(rèn)為不妥的是（

）A.柴油機(jī)比汽油機(jī)費(fèi)用低廉，但比較笨重B.柴油機(jī)吸入汽缸的是空氣，汽油機(jī)吸入汽缸的是汽油和空氣的混合物C.汽油機(jī)的汽缸頂部有噴油嘴，柴油機(jī)的頂部有火花塞D.在做功沖程中，柴油機(jī)的點(diǎn)火方式是壓燃式，汽油機(jī)的點(diǎn)火方式是點(diǎn)燃式【答案】C【解析】A．柴油機(jī)比汽油機(jī)費(fèi)用低廉，但比較笨重，故A正確；B．在吸氣沖程，柴油機(jī)吸入汽缸的只是空氣，汽油機(jī)吸入汽缸的是汽油和空氣的混合物，故B正確；C．柴油機(jī)和汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)不同：柴油機(jī)的汽缸頂部是噴油嘴，汽油機(jī)的頂部有火花塞，故C錯(cuò)誤．D．汽油機(jī)的點(diǎn)火方式是點(diǎn)燃式，柴油機(jī)的點(diǎn)火方式是壓燃式，故D正確；

2.如圖所示，在一個(gè)配有活塞的厚玻璃筒里放一小團(tuán)硝化棉，把活塞迅速壓下去，硝化棉會燃燒起來。活塞壓縮氣體的能量轉(zhuǎn)化形式與下圖所示汽油機(jī)的四個(gè)沖程相同的是（

）A.B.C.D.【答案】B【解析】A、B、C、D依次為吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程，其中壓縮沖程把機(jī)械能轉(zhuǎn)化內(nèi)能，做功沖程把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；活塞向下壓縮氣體時(shí)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，能量轉(zhuǎn)化與壓縮沖程相同，故選B。

3.下圖為汽油機(jī)工作時(shí)的四個(gè)沖程，能使汽車獲得動(dòng)力的沖程是(

)A.B.C.D.【答案】B【解析】做功沖程內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，可以使汽車獲得動(dòng)力，做功沖程中兩氣門均關(guān)閉，活塞向下運(yùn)動(dòng)．A選項(xiàng)進(jìn)氣門打開，是吸氣沖程；B選項(xiàng)兩氣門關(guān)閉，活塞向下運(yùn)動(dòng)，是做功沖程；C選項(xiàng)排氣門打開，是排氣沖程；D選項(xiàng)兩氣門關(guān)閉，活塞向上運(yùn)動(dòng)，是壓縮沖程；故D正確．題組B能力提升練4.2019年春節(jié)期間熱映的《流浪地球》被譽(yù)為開啟了中國科幻電影元年．這部電影講述了多年以后太陽急速衰老膨脹，無法再給地球提供能量，人類為了拯救地球而點(diǎn)燃木星周圍的可燃?xì)怏w，逃離太陽系的故事．其中“點(diǎn)燃木星”將地球推開相當(dāng)于內(nèi)燃機(jī)的（

）A.吸氣沖程 B.壓縮沖程 C.做功沖程 D.排氣沖程【答案】C【解析】“點(diǎn)燃木星”將地球推開，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，相當(dāng)于內(nèi)燃機(jī)的做功沖程．A．吸氣沖程，無能量轉(zhuǎn)化；B．壓縮沖程，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；C．做功沖程，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；D．排氣沖程，無能量轉(zhuǎn)化．

5.2022年4月16日，我國“神舟十三號”返回艙成功著陸東風(fēng)著陸場。返回過程中，航天員與地面間是通過________（選填“超聲波”或“電磁波”）進(jìn)行信息的傳遞。返回艙穿越大氣層時(shí)溫度升高，發(fā)出耀眼的光芒，該過程中的能量轉(zhuǎn)化與內(nèi)燃機(jī)的________沖程的能量轉(zhuǎn)化相同。【答案】電磁波,壓縮【解析】返回過程中，航天員與地面間是通過電磁波進(jìn)行信息的傳遞；返回艙穿越大氣層時(shí)與大氣摩擦，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，溫度升高，其能量轉(zhuǎn)化與內(nèi)燃機(jī)的壓縮沖程的能量轉(zhuǎn)化相同.題組C培優(yōu)拔尖練6.一臺單缸四沖程柴油機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)速是2400r/min，柴油機(jī)每秒內(nèi)完成________個(gè)沖程，做功________次，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)________次．除做功沖程以外的其他沖程是________來完成．在設(shè)計(jì)制造時(shí)，汽缸外有一個(gè)“水套”是利用水吸熱來降低汽缸溫度的，這是利用了水的________大的性質(zhì)．【答案】80,20,40,依靠飛輪慣性,比熱容【解析