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1、初中物理学习材料 鼎尚图文制作整理 4. 热机四冲程比例计算问题 热机四冲程的计算问题中有一个难点就是本节涉及到的“工作循环数”、“完成冲程个数”、“对外 做功的次数”、“曲轴转动的圈数”“飞轮转动的转数”、等等的数量关系。 【题文 1】一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速是2400r/min ,柴油机每秒内完成_个工作循环,做功 _次,活塞往复运动_次 解析:根据飞轮转速求出每秒内飞轮转动圈数,内燃机一个工作循环活塞往复2 次,曲轴转动2 周,做功 1 次已知飞轮转速为2400r/min=40r/s ,因为一个工作循环活塞往复2 次,曲轴转动2 周,做功1 次,所以 该柴油机1s 内完成 20 个
2、工作循环,对外做功20 次,活塞往复运动40 次 答案: 20 20 40 【题文 2】一台单缸四冲程柴油机,它的转速为800 转/分,做功冲程时推动活塞一次做功1500J,那么,每 分钟完成 _次工作循环,功率为_kW 解析:飞轮转速为800r/min,因一个工作循环活塞往复2 次,曲轴转动2 周,做功1 次,所以,该柴油机 1min 飞轮转动800 圈,对外做功400 次;该柴油机1min 内做的总功W=400 1500J=610 5J,柴油机的功 率 P=W /t =6 10 5J/ 60s =1104W=10kW 答案 : 400 10 【题文 3】一台单缸四冲程柴油机,每分钟转180
3、0r,每一个工作循环燃气做的功为500J,柴油的热值为4.3 10 7J/kg问: (1)此柴油机在1h 内做了多少功? (2)如果此柴油机的效率为30%,做这些功需要完全燃烧多少柴油? 解析: (1) 由于每四冲程为一个工作循环,每一个工作循环为两转, 所以,该柴油机每分钟有1800/2=900 个工作循环, 此柴油机在1h 内做功: W=500J90060 60s=2.710 7J, (2) 由 =W有/W总可得, W 总=W有 /30% =2.710 7J /30% =9107 J, 此时 W总=Q,由 Q=mq 可得, m=W总/q =9 107J/ 4.3 107J/kg 2.1kg
4、 答案: 2.710 7J 2.1kg 【总结】以汽油机的一个工作循环为例: 结合汽油机的四冲程,完成一个工作循环,经历的四个冲程,向外做功一次,飞轮(曲轴)转了2 转,活 塞往复运送两次。可以利用“1:4:1:2:2”的比例关系进行判断。 注意:常出的不理关系问题是:“冲程数”:“向外做功次数”:飞轮(曲轴)转数=4:1:2 【练习题】 1. 一台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 _. 2. 汽车四冲程内燃机的一个工作循环一般分为: 吸气、压缩、做功、排气四个冲程, 在这四个冲程中, 把机械 能转化为内能的是_冲程 . 某单缸四
5、冲程内燃机飞轮的转速为1200r/min,该内燃机每秒钟对外做功 的次数为 _次. 3. 一柴油机的转速是3000r/min,它 1 秒钟对外做功_次, 它完成吸气冲程时, 吸入气缸里的物质是 _. 4. 四冲程内燃机在它的一个工作循环中,要顺次完成_、_、_、排气四个冲程将 把机械能转化成内能的冲程是_冲程;把燃料释放的内能转化为机械能的是_冲程若每秒钟完 成 20 个冲程,则该内燃机的飞轮每秒钟旋转_转,对活塞做功_次 5. 某四冲程柴油机, 汽缸横截面积为50cm 2, 活塞行程为 100mm, 做功冲程燃气的平均压强为710 5 Pa. 求: (1) 一次做功冲程中气体做功多少? (2
6、) 若曲轴转速为1200r/min,这台柴油机的功率是多少? 6. 目前我国研发一款以压缩空气为动力的环保车汽车使用前需要压缩存储气体,这一过程通过_ 的方式使气体内能增加,开动时,释放的气体推动发动机,将气体的内能转化为_能,此车紧急刹车时, 刹车片和轮胎都变热,汽车的机械能转化为_能四冲程内燃机的一个工作循环一般分为:吸气、压 缩、做功、排气四个冲程,在这四个冲程中,把机械能转化为内能的是_冲程某单缸四冲程内燃机 飞轮的转速为1200r/min ,该内燃机每秒钟对外做功的次数为_次 7. 一台单缸四冲程柴油机活塞的横截面积为600cm 2,活塞的行程是 10cm,做功冲程的平均压强是3.5
7、 10 5Pa求: (1)做功冲程中气体做的功 (2)若柴油机飞轮的转速是1200r/min ,则柴油机满负荷工作时的功率多大?(不计摩擦损失) (3)如果汽油机满负荷工作时每分钟消耗100g 汽油, 这种汽油机把内能转化为机械能的效率是多少?(柴 油热值为3.3 10 7J/kg ) 8. 近年来,汽车逐步走进了普通百姓的家庭 (1)现在汽车的发动机大多是用汽油作燃料的汽油机,如图所示汽油机正处在_冲程 (2)由于过度开发和使用加剧了不可再生能源的消耗,现在很多地方在使用乙醇汽油乙醇汽油是- 种由 乙醇和普通汽油按-定比例混配形成的替代能源,其中普通汽油体积占90% ,乙醇(即酒精) 体积占
8、 10% 请 写出使用乙醇汽油的好处之一是 _ (3)某型号汽车使用上述乙醇汽油,在水平路面上匀速行驶,受到的阻力是900N,行驶的路程为100km , 已知该汽车此时的效率为25% ,求这段时间内消耗的乙醇汽油的质量为多少千克?(乙醇汽油热值为4.6 107J/kg ,发动机牵引力所做的功为有用功)(保留小数点后一位数字) (4) 四冲程内燃机, 在_冲程将内能转化为机械能一台单缸四冲程汽油机,飞轮转速是1200r/min , 该汽油机每秒钟内完成_个冲程,对外做功_次 (5)热机(如汽车、拖拉机的发动机等)是将燃料的内能转化为机械能的装置热机的发展和应用推动了 社会的快速发展、热机在能的转
9、化过程中不可避免地要损失一部分能量,请列举出2 个热机在工作过程中 存在的能量损失 【参考答案】 180 20 2. 压缩 10 3.25 空气 4. 吸气压缩做功压缩做功 10 5 解析:首先要知道四个冲程并要掌握四个冲程中的能量转化情况,吸气和排气冲程不发生能量转化压 缩冲程将机械能转化为内能;做功冲程将内能转化为机械能内燃机一个工作循环活塞往复2 次,曲轴转 动 2 周,做功1 次 (1)内燃机的四个冲程是吸气、压缩、做功、排气冲程压缩冲程活塞向上运动,压缩气体对气体做功, 将机械能转化为内能;做功冲程高温高压燃气推动活塞向下运动,将内能转化为机械能 (2)因为一个工作循环包括四个冲程,
10、曲轴转动2 周,做功1 次,所以该内燃机1s 内完成 5 个工作循环, 轮每秒钟旋转10 转,对活塞做功5 次 5.350J 3500W 6. 做功机械内压缩 10 解析: 本题抓住做功改变物体内能做功主要有摩擦生热和压缩气体做功,物体内能会增加热机是将内能转化 为机械能的机器,它的一个工作循环包括四个冲程:吸气、压缩、做功、排气冲程,其中压缩冲程是将机 械能转化为内能;做功冲程是将内能转化为机械能;内燃机每进行一个工作循环,要经过四个冲程,燃气 推动活塞做功一次,活塞往返两次,飞轮转动两周; 首先换算得到飞轮每秒转动的转数,再计算经过几个工作循环,再计算燃气做功的次数 (1)汽车使用前需要压
11、缩储存气体,压缩气体做功,物体内能会增加开动时,释放的气体推动发动机, 将气体的内能又转化为机械能; 此车紧急刹车时,刹车片和轮胎都变热,汽车的机械能转化为内能 (2)压缩冲程将机械能转化为内能,做功冲程是将内能转化为机械能; (3)1200r/min=20r/s,每秒飞轮转动20 转,内燃机经过10 个工作循环,燃气对活塞做功10 次 7.2100J 21000W 38% 解析: (1)燃气对活塞的平均压力:F=pS=3.5 10 5Pa60010-4 m2=21000N ; 一个做功冲程中燃气对活塞做的功:W1=Fs=21000N 1010 -2 m=2100J (2)飞轮转速:1200r
12、/min=20r/s, 因为一个工作循环飞轮转2 圈,完成4 个冲程,做功一次, 所以每秒共有10 个工作循环,对外做功10 次; 该柴油机每秒做的功:W=10 2100J=21000J , 柴油机的功率为:P=W /t =21000J /1s =21000W (3)柴油机满负荷工作时1min 做的功: W =Pt=21000W 160s=1.26 10 6J; 每分钟柴油完全燃烧产生的热量:Q=mq=3.3 10 7 J/kg 10010 -3 kg=3.3 10 6J; 柴油机的效率: =W / Q =1.2610 6J / 3.3 106J =38% 8. (1)压缩 (2)节约石油资源
13、,环保 (3)7.8kg (4)做功 40 10 (5)热机排出的尾气仍有较高的温度,因此要损失一部分内能;燃烧不充分有部分能量没有充分释放或转 化;或克服摩擦要对外做功损失部分能量等;热机本身要散热(任选两个即可) 解析: (1)由图可知,两个气门都关闭,活塞向上运动,所以是压缩冲程 (2)使用乙醇汽油的好处:乙醇汽油污染小,并且乙醇汽油是可再生能源,可以节约不可再生能源 (3) 因为在水平路面上匀速行驶, 所以 F=f=900N 汽车做的有用功为:W有用=Fs=900N 10010 3m=9 107J, 因为 =W有用/Q 所以 Q=W有用 / =910 7J /25% =3.6 10 8J, 又因为 Q=qm ,所以乙醇汽油的质量为:m=Q /q =3.6 10 8J / 4.6 107J/kg 7.8kg (4)内燃机的四个冲程中有两个冲程发生能量转化,一是压缩冲程中机械能转化为内能,压缩冲程是依靠 飞轮的惯性完成的;二是做功冲程中内能转化为机械能已知冲程汽油机的飞轮转速是1200r/min ,即每秒 钟转 20 圈,完成40 个冲程, 10 个工作循环,做功10 次 (5)热机排出的尾气仍有较高的温度,因此要损失一部分内能;燃烧不充分有部分能量没有充分释放或转 化;或克服摩擦要对外做功损失部分能量等;热机本身要散热 初中数学试卷 灿若寒星制作
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