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初中三年级物理

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首页 初中三年级物理知识 大气压强的存在及应用 内燃机的四个冲程 有关热机的计算 试题正文
  • 问答题
    图1为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作。
    （1）发动机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将________能转化为__________能。
    （2）有一台四缸发动机，其主要技术指标如表所示。其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（既冲程长）。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数。
    ①该发动机在1 s内做功________J，单缸排量V =________L。
    ②在每个做功冲程里，发动机做功W =_________J。
    （3）在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为W=pV，式中p表示燃气对活塞的压强，则p=__________Pa。（1 L=10-3m3）
    （4）图2为发动机在做功冲程中的示意图。下面给出了公式W=pV的证明，请将推导过程补充完整（要求各表达式均用S、l或p表示）：
    设活塞的面积为S，冲程长为l，燃气对活塞的压强为p，则燃气对活塞的压力F=________，燃气对活塞所做的功W=________，又根据数学知识可知发动机的单缸排量V=_________，故W= pV。

    本题信息：2008年湖南省中考真题物理问答题难度极难 来源:牛青丹
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本试题 “图1为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个...” 主要考查您对

大气压强的存在及应用

内燃机的四个冲程

有关热机的计算

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  • 大气压强的存在及应用
  • 内燃机的四个冲程
  • 有关热机的计算
大气压强：
定义 大气对浸在它里面的物体的压强叫做大气压强，简称大气压或气压
产生原因 包围地球的空气由于受到重力的作用，而且能够流动，因而空气对浸在它里面的物体产生压强，空气内部向各个方向都有压强，且空气中某一点向各个方向的压强大小相等
存在证明 ①马德堡半球实验②覆杯实验 ③瓶吞鸡蛋实验
应用 生活中：①钢笔吸墨水②吸管吸饮料 ③针管吸药液④瓷砖上的塑料吸盘
生产中：①活塞式抽水机②离心式水泵

利用大气压的知识解释有关现象：
     在实际生活和生产中有许多利用大气压来工作的装置和现象，如钢笔吸墨水、抽水机抽水、高压锅的设计等．利用这些知识还可以解释许多生活中的相关现象，例如用吸管喝饮料，当用力吸吸管时，吸管内的压强减小，饮料就在外界大气压的作用下被压进吸管，从而喝到饮料，而并非我们平常说的吸进。
生活实验证明大气压存在：
实验一：模拟马德堡半球实验
    两个皮碗口对口挤压，然后两手用力往外拉，发现要用较大的力才能拉开。马德堡半球实验和模拟实验的共同点是：将金属球内和皮碗内的空气抽出或挤出，使金属球内和皮碗内空气的压强减小，而外界的大气压强就把它们紧紧地压在一起，要用较大的力才能拉开，这就有力证明了大气压强的存在。

实验二：“瓶吞蛋”实验
   用剥了壳的熟鸡蛋堵住广口瓶口，实验前用手轻轻用力，不能将鸡蛋完整地压入瓶内。再将点燃的棉球扔入装有细沙（防止烧裂瓶底）的瓶中，迅速将该熟鸡蛋塞住瓶口，待火熄灭后，观察到鸡蛋“嘣”的一声掉入瓶内。上述实验，由于棉花燃烧使瓶内气压升高，而骤冷又会使气压迅速降低，当瓶内压强小于瓶外大气压强时，鸡蛋在大气压强的作用下，被压入瓶内。

实验三：“覆杯”实验
    玻璃杯内装满水，用硬纸片盖住玻璃杯口，用手按住，并倒置过来，放手后，整杯水被纸片托住，纸片不掉下来。该实验玻璃杯内装满水，排出了空气，杯内的水对纸片向下的压强小于大气对纸片向上的压强，因而纸片不掉下来。分析上述三个实验，不难理解大气压强存在问题。更深入研究：“瓶吞蛋”表明大气竖直向下有压强，“覆杯实验”表明大气向上有压强。因而显示出大气压强的特点：大气向各个方向都有压强。
内燃机、冲程及工作循环
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） 。



 汽油机的工作过程
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 ——
说明 一个工作循环中，有两次内能与机械能的转化：压缩冲程机械能转化为内能，做功冲程内能转化为机械能

柴油机和汽油机的区别：
汽油机 柴油机
构造不同 汽缸顶部有火花塞 汽缸顶部有喷油嘴
燃料不同 汽油 柴油
吸气冲程 汽油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物 柴油机在吸气冲程中只吸入空气
点火方式 压缩冲程末，火花 塞产生电火花点燃燃料，称为点燃式 压缩冲程末，喷油嘴向汽缸内喷出雾状柴油遇到温度超过柴油燃点的空气而自动点燃，称为压燃式
效率 效率低20％一30％ 效率高30%～45％
应用 自重轻便，主要用于汽车、飞机、摩托车等 机体笨重，主要用于载重汽车、火车、轮船等

区分汽油机、柴油机以及判断内燃机的四个冲程的方法：
区分汽油机和柴油机时，要从构造上区别，有喷油嘴的是柴油机，有火花塞的是汽油机，一要看进气门、排气门的开闭状态，二要看活塞的运动方向，在此基础上进行综合分析。判断四个冲程的关键是看两个气门的关闭情况和活塞的运动方向，具体情况如表所示：
冲程 进气门 排气门 活塞运动方向
吸气冲程 打开 关闭 向下运动
压缩冲程 关闭 关闭 向上运动
做功冲程 关闭 关闭 向下运动
排气冲程 关闭 打开 向上运动

考察题型：
（1）对热机工作过程中做功次数和冲程个数的考查；
（2）热机效率的计算；
（3）还有其他涉及热机的一些计算。
题型 1 对热机四个冲程的辨别
[ 例 1] 汽油机工作的四个冲程为，吸气冲程、压缩冲程、 冲程、排气冲程，如图所示为 ________ 冲程 .

剖析：从图中可以看出，进气门和排气门者 B 关闭，活塞向动，所以这是活塞对里面的空气进行压缩叫做压缩冲程。
答案：压缩
解题技巧：要判断热机的各个冲程，关键是看两个气门的关闭运动情况：两气门都关闭， 活塞向上运动是压缩冲程，活塞向下运动是做功冲程；两个气门一个关闭，一个打开，活塞向下运动是吸气冲程，活塞向上运动是排气冲程。

题型 2 考查能量的转化
[ 例 2] 如图 5-4-3 所示， 用酒精灯加热试管中的水， 当水沸腾一段时间后， 塞子被试管内的水蒸气推出，水蒸气的 ______ 能转化为塞子的机械能 . 图 _______ 中汽油机的工作过程与这实验过程中能量的转化是一致的 .

剖析：当塞子被试管内水蒸气推出时， 是水蒸气具有的内能转化为塞子的机械能，汽油机中把内能转化为机械能的是做功冲程，所以是图乙，图甲是压缩冲程，把机械能转化为内能 .
答案：内 乙

题型 3 热值及有关计算
[例 3]天然气的热值是，小明同学发现他家厨房里的天然气表显示的是1000m3,则他家使用的天然气的热值是_______，这些天然气在使用的过程中一共放出热量是_______J.
剖析：燃料的热值是燃料的一种特性，与燃料的多少无关，所以还是。本题给出的是天然气放出的热量与体积的关系，这就要求灵活运用公式进行计算。
答案：
解题技巧：对与热值有关的热量计算，通常使用的公式为Q放=qm，代入数据进行计算就可以，注意质量的单位一定是kg，关于气体的热量计算一般用公式Q放=qV，注意区分和灵活运用。

题型 4 热机的效率与环保
[例 4]内燃机的大量使用，促进了社会的进步，使人们享受到了现代的物质文明，但在使用内燃机的同时又给人类带来了污染，主要是指________污染和________污染.若内燃机工作过程中燃料燃烧放出的热量中：废气带走35%,散热损失30%,机械损失10%,则热机的效率是________.
剖析：内燃机排放的废气和烟尘严重的影响了大气的质霰，造成了大气污染，而使用过程中产生的噪声也影响了人们的生活环境，又是一大污染，热机的效率：用来做有用功的那部分能量占燃料完全燃烧放出的能量之比即 1-35%-30%-10%=25%.
答案：大气 噪声 25%
【 解题规律总结 】 本节内容在考试中主要考查热机四个冲程的辨别和能量转化， 还有燃热值的有关计算等问题， 解题时把握好四个冲程的先后顺序和活塞运动情况以及两个气门的关闭情况， 根据热值的有关热量的计算要注意公式及其变形公式的运用。
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