内燃机及其效率(讲义)(解析版)

浙教版中考科学一轮复习一内燃机及效率

内燃机冲程、内燃机效率

【知识点分析】

一,内燃机

1.定义：燃料在机器汽缸内燃烧的热机。汽油机和柴油机是两种常见的内燃机。

2.常见的内燃机：汽油机和柴油机

3.汽油机工作原理：气缸吸入汽油和空气的混合物，经火花塞点火将内能转化为

机械能，推动着活塞运动。

4.柴油机工作原理：气缸吸入空气，经喷油嘴把柴油喷进高温的气缸点燃，将内

能转化为机械能，推动着活塞运动。

5.内燃机的工作：对于内燃机的活塞上下运动我们把内燃机的工作分为四个冲

程，作为一个工作循环，转两圈，做一次功，只有做功冲程是对外做功，其他冲

程都是靠惯性完成

6.内燃机的工作（以汽油机的图示为例）

（1）吸气冲程-一进气门打开，排气门关闭，活塞向下，将空气吸入气缸（汽油

机吸入的是汽油和空气的混合物）

（2）压缩冲程-一进气门关闭，排气门关闭，活塞向上，压缩气缸里的气体（将

机械能转化为内能〉

（3）做功冲程-一进气门关闭，排气门关闭，活塞向下，气缸里燃料燃烧（将内

能转化为机械能，汽油机需要火花塞点火，柴油机压燃）

7.汽油机与柴油机的区别：

（1）缸内吸入的气体：汽油机吸入的是空气与汽油的混合气体，柴油机吸入的是空气

（2）点火方式：汽油机在压缩冲程结束通过火花塞电子打火点燃，柴油机是压缩冲程

结束通过喷油嘴喷入柴油蒸气后直接压燃

（3）结构上：汽油机的火花塞，柴油机有喷油嘴。

（4）效率上：柴油机的效率高于汽油机

（5）体积上：柴油机更大，功率也相对大些。

【例题分析】

1.如图甲，迅速下压活塞，玻璃筒底部的棉花燃烧，图乙是汽油机的某一冲程，关于这两

个过程，下列说法正确的是（）

A.图乙是汽油机的压缩冲程B.图甲和图乙的能量转化情况相同

C.图乙中是汽油机做功冲程D.随着技术的进步，图乙汽油机的效率能达到100%

【答案】C

【解析】AC.由图乙可知，进气门、排气门均关闭，活塞向卜运动，火花塞点火，所以此

冲程是做功冲程，故A错误，不符合题意：故C正确，符合题意；

B.图甲是活塞对玻璃筒内的空气做功，空气内能增加，温度升高，从而使棉花燃烧，所

以图中的能量转化是机械能转化成内能：图乙是高温高压燃气对活塞做功，燃气内能减

少，温度降低，所以图乙的能量转化是内能转化成机械能，故B错误，不符合题意：

D.在热机中，由于摩擦、向外散热等因素，总存在着能量损失，热机的效率不可能达到

100%,所以随着技术的改进，图乙汽油机的效率也不能达到100%,故D错误，不符合题

2.为使舰载机在短时间内达到起飞速度，航母上安装了蒸汽弹射装置，如图所示为其简化

原理图。气缸内蒸汽体积膨胀对外做功，同时推动活塞，从而变舰载机获得巨大的牵引

力，弹射出去。从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置原理与汽油矶工作的四个冲程中相似的

是（）

C.做功冲程D.排气冲程

【答案】C

【解析】气缸内蒸汽体积膨胀，对外做功，同时推动活塞，使舰载机获得巨大的牵引力，

此过程中内能转化为机械能，相当于汽油机的做功冲程，故ABD不符合题意，C符合题

意。

3.2022年2月27日长征八号遥二运载火箭搭载着22颗卫星，如图甲所示，在我国文昌

航天发射场一飞冲天，创造了我国“一箭多星”即单次发射卫星数量最多的纪录。火箭发动

机的能流图可简化为如图乙所示。在火箭加速上升过程中有关能量转化分析正确的是

()

A.燃料燃烧的化学能直接转化为火箭的机械能

B.图乙中问号所表示的内容是废气带走的能量

C.火箭的机械能增大，内能减小

D.火箭的机械能减小，内能港大

【答案】B

【解析】A.火箭发射时，燃料燃烧将化学能转化为内能，再转化为火箭的机械能，A错

误：

B.由火箭内部的能流图可知，图中问号所表示的内容是废气带走的内能，故B正确；

CD.火箭上升过程中，速度增大、高度增大，则火箭的动能增大，重力势能增大，机械能

增大：火箭从地面向上发射过程中，火箭外壳和大气摩擦后温度越来越高，其内能增大，

故CD错误。

4.光发动机是一种把光能转化为机械能的装置，主要结构如甲图所示。在太阳光照射下，

化学反应室内密封着的气态物质N2O4发生反应：N2O4-O2+2NO,导致室内气压增大：在

无光条件下，室内发生“逆向反应”，导致室内气压减小；这样便可通过控制窗口处射入的

光能使气室中的气态物质循环反应，从而推动活塞输出机械能,则光发动机该装置中的活

塞向右运动时，相当于如图汽油机四个冲程中的()

【答案】C

【解析】当太阳光照射时，反应室内发生化学反应，导致室内气压增大，这时将化学能转

化为机械能，从而推动活塞移动，相当于汽油机的做功冲程。

A.图中进气门打开，是吸气冲程，故A不符合题意;

B.图中两气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能，故B不符合题

思：

C.图中两气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程，将内能转亿为机械能，故C符合题

意：

D.图中排气门打开,是排气冲程，故D不符合题意。

5.如图显示的是甲、乙两台汽油机的参数，与乙汽油机相比，甲汽油机()

甲汽油机乙汽油机

80000J、***_**^、**―***^

''■机械能口损失的能量

A.消耗的汽油更多IB.效率更低

C.功率较小D.使用的汽油的热值更小

【答案】B

【解析】A.消耗的汽油的质量未知，无法判断，故A错误；

B.由图可知,甲汽油机的损失的能量是80000J,所占的比例是80%,总能量

%^,8000QJ

卬小行=100000J

80%80%

甲的机械能为VV甲方后1000(X)J-80(XM)J=20(XX)J

机械能所占的比例是20%：乙汽油机的损失的能量是9(XX)0J,机械能3(X)()0J,总能量为W

乙c=120000J,机械能所占的比例是25%,即甲的机械效率是20%,乙的机械效率是25%,

甲的机械效率较小，故B正确；

C.两台汽油机的功率由于缺乏数据无法比较，故C错误：

D.题中没有给出消耗的汽油的质量，因此热值的大小也无法比较，故D错误。

6.如图所示为甲、乙、丙三部汽油机燃料完全燃烧释放的内能和汽油机输出机械能的二维

柱状图。根据图中的信息，下列选项正确的是（）

能量有燃料完全燃烧和放出的内能

匚二]汽油机输出的机械能

LLL

“甲乙丙汽油机

A.丙输出的机械能比甲少，所以丙的效率比甲低

B.在燃料完全燃烧放出相同热量时，乙输出机械能比甲少

C.在输出的机械能相同时，丙比乙消耗更多燃料

D.三部热机中，甲使用的燃料热值最大，效率最高

【答案】C

w

【解析】ABD.如图所示，假设纵坐标轴的单位长度为1.由公式"=K-X1OO%可得，甲的

4攵

效率〃甲二」xlOO%=]xlOO%=25%

生=Nx100%=2x100%=50%

乙的效率。乙4

=-^xlOO%=-xlOO%=25%

丙的效率0内4

可见，三部汽油机中，乙的效率最高，甲、丙的效率相同，故ABD错误:

C.由图可知，在输出的机械能相同时，乙消耗的燃料最少，故C正确。

7.如图所示为汽油机工作过程的示意图，下列说法正确的是（)

甲乙丙丁

A.图甲是排气冲程，依靠飞轮的惯性工作

B.图乙是压缩冲程活塞向上海动

C.图丙是做功冲程内能转化为机械能

D.图丁是吸气冲程，吸入的只有空气

【答案】C

【解析】A.图甲，进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，属于压缩冲程，故A错

误；

B.图乙.进气门关闭,排气门打开,活塞向卜运动.属干排气冲程.故R错误：

C.图丙，进气门和排气门关闭，气缸内燃料燃烧产生高温高压气体推动活塞向下运动，

将内能转化为机械能，故C正确；

D.图丁，进气门打开，排气关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，吸入的是空气和汽油

的混合物，故D错误。

8.2022年8月20Hoi时37分，我国在西昌卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭，成

功将遥感三十五号04组卫星发射升空，如图所示。则下列说法正确的是（）

A.发射火箭与热机做功冲程的能量转化相同

B.火箭加速升空的过程中，孔械能转化为内能

C.火箭加速升空的过程中，动能转化为重力势能

D.卫星在大气层外沿椭圆轨道绕地球运行，机械能总量不断增加

【答案】A

【解析】A.发射火箭消耗了为能，内能转变成机械能，与热机做功冲程的能量转化相

同，故A正确；

B.火箭加速升空的过程中，内能转化为机械能，故B错误：

C.火箭加速升空的过程中，动能和加力势能都增加，故C错误：

D.卫星在大气层外沿椭圆轨道绕地球运行，机械能总量不变，故D错误。

9.景颇族的祖先曾发明一种活塞式点火器，如图所示，以牛角作套筒，木质推杆前端粘附

艾绒，取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃，随即将杆拔出，口吹立见火

苗。手推杆人筒的过程与四冲程汽油机哪一个冲程能量转化相同（）

A.吸气冲程B.压缩冲程

C.做功冲程D.排气冲程

【答案】B

【解析】封闭的气体被推杆压缩过程中,活塞对气体做功.气球内能增加,是机械能转化

为内能，汽油机的压缩冲程是机械能转化为内能的冲程，与上述能量转化相同。故B符合

题意，ACD不符合题意。

10.如图所示为内燃机的能量流向图，下列说法正确的是（）

(3)

⑵八

一废气内能.

（1）有用机修建

A.使燃料燃烧更加充分，可乂增大燃料的热值

B.图中（1）处应该是燃料燃烧后产生的内能

C.该热机效率不可能达到100%,但一般在80%以上

D.增加热机工作的时间，热机效率并不会增加

【答案】D

【解析】A.热值是燃料本身的特性，只与燃料的种类有关，与是否充分燃烧无关，A错

误；

B.图中（1）处应该是燃料储存的化学能，故B错误：

C.热机一般效率一般在35%左右，不可能达到80%以匕故C错误:

D.增加热机工作的时间，会消加有用功，相同也会增加消耗的总能量，不能增大有用功

与消耗总能量的比值，即不会增加热机效率，故D正确。

11.下列四幅图是汽油机工作循环的四个冲程，下列说法正确的是（）

A.吸气冲程，不需要消耗能量B.压缩冲程，内能转化为机械能

C.做功冲程，机械能转化为内能D.排气冲程，排出气缸内的废气

【答案】D

【解析】A.由图可知，进气打开、排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，吸入气

缸的是汽油和空气的燃料混今物,需要消耗飞轮的动能.故A错谟：

B.进气门与排气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，压缩冲程将机械能转化为内

能，故B错误；

C.进气门、排气门都关闭，活塞向下运动，是做功冲程，内能转化为机械能，故C错

误；

D.进气门关闭、排气门打开,活塞向上运动，是排气冲程，排气冲程排出了汽车的废

气，故D正确。

12.如图是四冲程汽油机的工作示意图，下列说法正确的是（）

甲乙丙丁

A.这四个冲程的正确顺序是丁T甲T乙―丙B.丙冲程存在着内能转换成机械能的过程

C.乙冲程使汽车获得动力D.甲、乙、丙冲程是靠惯性完成的

【答案】B

【解析】A.由图可知，甲冲程中进气门和排气门都关闭，活塞向.上运动，是压缩冲程，

乙冲程中进气门关闭，排气门打开，是排气冲程，丙冲程中，进气门排气门都关闭，活塞

向下运动，火花塞产生火花，是做功冲程，丁冲程中进气门打开，排气门关闭，是吸气冲

程，所以这四个冲程的正确顺序是丁一甲一丙一乙，故A错误;

B.丙冲程为做功冲程，该冲程中燃料燃烧把化学能转化为内能，内能又转化为机械能,

故B正确:

C.乙冲程为排气冲程，而使汽车获得动力的是做功冲程，故C错误:

D.做功冲程活塞运动靠燃气推动，而吸气、压缩和排气三个冲程活塞运动靠飞轮的惯

性，故D错误。

13.很多男生会利用喝完的饮料瓶进行了如图所示的游戏，在次料瓶中留有少量水，盖紧

瓶盖，扭转瓶子，再轻轻扭松瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶口出现白雾。关于上

述过程，下列说法中不正确的是（）

A.图甲瓶盖内的螺旋是斜面的变形，起到了省力的效果

B.图乙扭转饮料瓶时，瓶内气体温度会上升

C.图丁白雾是由于热传递改变了内能

D.图丁中气体冲出时，气体的能量转化类似四冲程内燃机的做功冲程

【答案】C

【解析】A.斜面可以省力，将它运用到瓶盖内变成螺旋的形状，使我们在拧瓶盖的时候

更省力。故A正确，A不符合题意：

B.图乙扭转饮料瓶时，压缩腋内气体做功，使气体的内能增大，温度上升，故B正确，B

不符合题意：

C.图丁气体冲出时，气体对外做功，自身的内能减小、温度降低，使水蒸气遇冷液化成

白雾，因此是由于做功改变了内能，故C错误，C符合题意：

D.图丁中气体冲出时，气体对外做功，内能转化为机械能，四冲程内燃机的做功冲程中

是将内能转化为机械能，所以图丁中过程能量转化类似四冲程内燃机的做功冲程，故D正

确，D不符合题意。

14.为实现国家关于“碳达峰皿碳中和”目标，东风汽车集团研发了一款汽车。该款汽车发

动机工作时，效率更高，动力更强劲。如图为其发动机某一冲程的示意图，下列有关说法

中正确的是（）

A.该款汽车发动机工作时，效率更高，是因为它使用了热值更大的汽油

B.如图所示为做功冲程，内能转化为机械能，需要靠飞轮的惯性来完成

C.该款汽油机的吸气冲程，只用吸入汽油

D.若该汽油机飞轮的转速为1200/min,则在Is内汽油机对外做了10次功

【答案】D

【解析】A.热机效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出能量的比值，使

用热值更大的汽油不能提高热机的效率，故A错误；

B.由图可知，汽油机的进气门和排气门关闭，活塞向下运动，此时为汽油机的做功冲

程，将内能转化为的机械能，此冲程可以获取动力，不需要靠喷性完成，故B错误；

C.汽油机的吸气冲程吸入空气和汽油的混合物，故C错误；

D.该汽油机飞轮的转速为12OO/min=2Or/s,即汽油机飞轮每秒转20圈，由于汽油机一个

工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功一次，则在1s内汽油机对外做了

10次功，故D正确。

15.如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是（）

甲乙丙丁

A.甲图冲程依靠惯性完成活塞运动时，燃气内能变大

B.乙图冲程能获得动力

C.丙图冲程存在化学能转化为内能的过程

D.丁图冲程有明显机械能转化为内能的过程

【答案】D

【解析】A.甲图中两个气阀都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，此冲程

将燃气的内能转化为机械能，故燃气的内能减小，故A错误；

B.乙图中进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，而获得动力的是做

功冲程，故B错误；

C.丙图中排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，不存在化学能转化

为内能的过程，故c错误；

D.丁图中两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，是机械能转化为内能，故

D正确。

16.如图所示为内燃机的能量流向图，下列说法正确的是（）

A.该内燃机的效率B.增大日,该内燃机的效率一定会增大

C.减小£，该内燃机的效率一定会增大D.E不可能达到100%

【答案】D

【解析】ABC.机械效率的概念：用来做有用功的那部分能量与燃料燃烧产生的总能量之

n=--

比，可知内燃机的效率可表示为E

从这个式子可以看出，一个分数是否变化，则受分子和分母两个因素影响的，ABC都错

误：

D.内燃机在工作过程中肯定存在摩擦和能量的损失，所以机械效率不可能达到100%,故

D正确。

17.甲、乙两个四冲程柴油机使用时做功和消耗柴油对比如下，下列说法正确的是（）

柴油机完成工作量时间消耗柴油

甲3h5kg

相同

乙2h6kg

A.柴油机依次按照吸气、做功、压缩、排气四个冲程循环工作

B.甲柴油机所用的燃料的热值一定比乙柴油机的高

C.甲柴油机的输出功率较小，热机效率较高

D.乙柴油机的输出功率较大.热机效率较高

【答案】C

【解析】A.柴油机四个冲程的顺序分别为吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，

故A错误：

B.甲乙都是柴油机，所用燃料均是柴油，其热值相同，故B错误；

CD.甲乙机械完成相同工作量，则甲乙做的有用功相同，由表格可知，甲所用时间比乙

长，由可知，甲的输出功率比乙小；由表格可知甲消耗的柴油少，由。收=〃夕可

W

知，甲机械燃烧放出的热量少，有用功相同，甲消耗的柴油少，由〃=7/xioo%可知，甲

机械的效率比乙高，故C正确，D错误。

18.如图为汽油机工作循环中的两个冲程，关于这两个冲程的说法正确的是（）

甲乙

A.甲图所示冲程中，汽缸内物体的内能不变

B.甲图所示冲程发生的能量转化主要是机械能转化为内能

C.乙图所示冲程是靠飞轮的喷性完成

D.乙图所示冲程为压缩冲程

【答案】B

【解析】AB.甲图中，两个气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，在压缩冲程中，活塞

向上运动，燃料混合物被压缩，气体的内能变大，此过程是机喊能转化为内能的过程，故

A错误，B正确；

CD.乙图中，两个气门关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，此冲程不靠飞轮

的惯性完成，故CD错误。

二、填空题

19.一台四冲程内燃机1s时间内完成了80个冲程，则该内燃机在1s时间内对外做了

次功，飞轮的转速为r/mino在压缩冲程中，气体的温度升高，这是

通过的方式增加内能，图中（填序号）表示该冲程。

ABCD

【答案】202400做功B

【解析】（1）由干四冲程内燃机的一个工作循环完成四个冲科.飞轮和曲轴转2圈,对外

做功一次，所以1s时间内完成了80个冲程，有20个工作循环，对外做功20次；飞轮的

转速〃=2x20r/s=40r/s=2400r/min

（2）在压缩冲程中，活塞由下向上压缩气缸内的气体，即对气体做功，使得气体的内能增

加，温度升高，这是通过做功的方式改变了气缸内物质的内能.

A.A图中进气门和排气门关闭，活塞向下运动，火花塞点火，为做功冲程，A符合题

忠：

B.B图中进气门和排气门关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，B不符合题意：

C.C图中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，为排气冲程，C不符合题意：

D.D图中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，为吸气冲程，D不符合题意。

20.2022年9月2日下午,参加“东方一20月”演习的各国部队继续按计划展开训练。在日

本海相关海域，由南昌舰、盐城舰、东平湖舰组成的中方舰艇编队组织对空实弹射击演

练。如图所示，火炮飞出过程中将内能转化为能，与汽油机工作时冲程的能

量转化相同。

【答案】机械做功

【解析】根据能量转化特点可知，火炮飞出过程是内能转化为巩械能的过程，与汽油机工

作时做功冲程的能量转化相同。

21.如图所示为汽油机的四个冲程，其中机械能转化为内能的冲程是图oImin内

汽油机完成2400个工作循环，飞轮的转速为r/s,在做功冲程中，每次做功240J,

则该汽油机的功率是W。汽油机完成一个工作循环时，需要吸入2L的燃料，其质

量为kg,这些燃料完全燃烧放出的热量为Jo(p榭桁L4g/cm3,q然对

=4.6x107J/kg)

【解析】机械能转化为内能的冲程是压缩冲程，活塞向上运动，进气门、排气门均关闭,

故图甲符合题意。

2400x2r2400x2r，

•个工作循环E轮转动两转，所以《轮的转速为Imin-60s

由题意可知，Imin内汽油机完成2400个工作循环，则1s做功40次。在做功冲程中，每

P=W=^=40X240J=960()W

次做功240J,则该汽油机的功率IfIs

由体积单位换算规则可知2L=2dm3=2xl0-3m3

由夕=?可知，燃料的质量

ni=p^y=\,4g/cm'x2x10'm'=1.4x10'kg/m'x2x10,m,=2.8kg

由。放=的?可知，燃料完全燃烧放出的热量。侬=加料由46x10,J/kgx2.8kg=1.288xl0HJ

22.甲图中，气球内的气体喷出时，球内气体的内能将(选填“增大”、”不

变，，或，，减小，，），该过程的能量转化过程与图（选填“乙”或“丙”）所示热机工

作冲程相同；图乙，此时正处于冲程，若该热机的飞轮转速1200r/min,则热

机每秒完成个冲程。

【解析】气球内气体喷出，球内气体对外界做功,球内气体的内能转化为气体运动的机械

能，球内气体的内能减小。

热机的做功冲程是将内能转化为机械能的，乙图中进气门、排气门都关闭，活塞由下向上

运动，是压缩冲程：丙图中进气门、排气门都关闭，火花塞点火，活塞由上向下运动，是

做功冲程，所以丙图与气球能量转化过程相同。

已知热机飞轮转速1200r/min,即20松，飞轮每转2圈为一个工作循环，完成四个冲程，

由此可知，该热机每秒可完成10个工作循环，完成40个冲程.

23.如图甲所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部，放入一小团干燥的棉花，用力将活塞

迅速下压，玻璃筒内的空气温度升高，空气的内能增加，空气的内能是通过_____