第十四章内能的利用知识清单用.docx
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第十四章内能的利用知识清单用
第十四章内能的利用
14.1热机
【学习目标】
1、通过实验了解可以利用内能来做功。
2、通过挂图和模型了解四冲程汽油机的基本工作原理。
3.了解汽油机与柴油机的区别。
一.知识清单
知识点一：
热机的原理与种类
【自主学习】
1.热机是将能转化为能的机械。
2.热机的种类：
、、、。
【共同探究】
活动一：
利用内能做功--演示酒精灯对试管中的水加热时，水内能的变化。
内能有两个重要的应用：
一是直接用它来___________；二是用它来_________。
如图14.1.1所示实验，水沸腾后会出现____________现象，在这个实验中燃料的______能通过燃烧转化为____能，又通过______对_____做功，把_____能转化为____能。
______就是根据这种道理制成的.
【针对性训练】
1.如图14.1.2所示实验，试管口木塞冲出过程（ ）
A．试管口出现的白雾是水蒸气
B．试管口出现白雾说明水蒸气内能增加
C．能量转化情况与内燃机压缩冲程相同
D．水蒸气对木塞做功，水蒸气的内能减少
知识点二：
四冲程汽油机的工作过程
【自主学习】
1.内燃机：
燃料在__________燃烧，生成_______的燃气，燃气推动活塞_______，将_______能转化为_______能.。
内燃机分为、两类。
2.如图14.1.3所示内燃机的工作过程由_______、_______、_______、_______四个冲程组成，内燃机中，将机械能转化为内能的是_______冲程，将内能转化为机械能的是_______冲程.
A．
B．
C．
D．
2.（2013四川自贡）15.下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况．关于对图14.1.4中①②③④的补充正确的是（）
A．①做功冲程 ②内能转化为机械能 ③压缩冲程 ④机械能转化为内能
B．①压缩冲程 ②内能转化为机械能 ③做功冲程 ④机械能转化为内能
C．①压缩冲程 ②机械能转化为内能 ③做功冲程 ④内能转化为机械能．
D．①做功冲程 ②机械能转化为内能 ③压缩冲程 ④内能转化为机械能
【共同探究】
内燃机的工作过程表
进气门开关
排气门开关
活塞的运动
曲轴的运动
能量的转化
吸气冲程
开
关
向下
半周
吸入_________
压缩冲程
向
周
能→能
做功冲程
向
周
能→能
排气冲程
向
周
排出_________
联系
（1）每个工作循环中完成个冲程，曲轴转周,飞轮转周,活塞往返次,对外做功次。
（2）在一个工作循环中,只有冲程燃气对外做功,提供动力，其他三个辅冲程依靠飞轮的__________完成。
需要外力启动。
（3）在一个工作循环中,做功冲程把______能转化为______能,温度_________，内能________；压缩冲程把______能转化为______能,温度_________，内能________。
【针对性训练】
1.（ ）（昆明市2014年）如图14.1.5是汽油机工作的四个冲程，其中表示机械能转化为内能的冲程是
2.（2014新疆8．（3分）在四冲程汽油机的工作过程中，使汽车获得动力的是（ ）
A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程
3.（2014济南）22、关于14.1.6所示的实验，下列说法错误的是（ ）
A这个实验说明做功可以改变物体的内能B这个实验说明物体内能可以对外做功
C在这个实验的过程中内能转化为机械能D这个实验基本反映出了热机的工作过程
4.汽油机的一个工作循环由四个冲程组成，其中在压缩冲程中，气体的温度升高，是通过 方式增加内能的。
为了降低汽缸体的温度，汽缸外有一个水箱体，使汽缸被水包围着，这是通过热传递的方式减少汽缸内能的，用水来包围汽缸是因为水的 。
5.一台四冲程汽油机，飞轮的转速为1800r/min，则此汽油机每秒钟内完成_______个冲程，做了______次功。
6.（2014•威海）在如图14.1.7所示的四幅图中，甲、乙是两个演示实验示意图；丙、丁是四冲程汽油机关工作过程中的两个冲程示意图．与压缩冲程原理相同的是 图所示的演示实验；汽油机利用内能来做功的冲程是 图．
知识点三：
汽油机与柴油机的异同
汽油机
柴油机
燃料
不
同
点
构造：
顶部有一个 。
顶部有一个 。
吸气冲程
吸入
吸入
点燃方式
压强、功率、效率
低
高
应用
小型汽车、摩托车
载重汽车、大型拖拉机
相同点
冲程：
活塞在往复运动中从汽缸的一端运动到另一端。
每一个工作循环分为四个阶段：
吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
在这四个阶段，吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，而做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程，是由内能转化为机械能，内能减小，温度降低。
另外压缩冲程将机械能转化为内能，内能增大，温度升高。
一个工作循环活塞往复运动2次，曲轴和飞轮转动2周，经历四个冲程，对外做功1次。
【针对性训练】
1.以内燃机为动力的各种机械，在人类生产、生活中应用极为广泛，从轮船、火车到拖拉机、摩托车等，它的动力大多来源于内燃机，它们虽然在构造上略有差异，但工作原理都是一样的。
下列对内燃机的有关叙述中，错误的是（）
A．内燃机是内能转化为机械能的装置；B．内燃机用水冷却，是因为水的比热容大；
C．它排出的废气无污染，是一种环保型的机器；D．内燃机靠产生的高温、高压气体做功。
2.一台内燃机的转速是1440转／分，那么在每秒钟内（）
A．转轴转动24转，燃气对活塞做功12次，活塞完成48个冲程
B．转轴转动1440转，燃气对活塞做功720次，活塞完成2880个冲程
C．转轴转动1440转，燃气对活塞做功1440次，活塞完成1440个冲程
D．转轴转动24转，燃气对活塞做功24次，活塞完成24个冲程
3.下面关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是（）
A．汽油机与柴油机使用的燃料不同
B．柴油机采用压燃式点火，汽油机采用点燃式点火
C．柴油机气缸顶部有个喷油嘴，汽油机气缸顶部有个火花塞
D．柴油机与汽油机除使用的燃料不同外，在构造上完全相同
二.综合训练
1.热机包括内燃机，柴油机和汽油机都属于内燃机，关于热机的下列说法中正确的是（ ）
A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞
B．柴油机在吸气冲程中将柴油和空气的混合气吸入气缸
C．四冲程汽油机在工作过程中，进、排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程
D．在柴油机的压缩冲程中，机械能转化为柴油和空气混合物的内能
2.生活中常见的汽车和摩托车大多是采用四冲程汽油机来工作的．四冲程汽油机在一个工作循环中，下列说法不正确的是（ ）
A．对外做功一次B．有两次能量转化
C．曲轴转动两周D．压缩冲程把内能转化为机械能
3.从原理的发现到实际的应用，往往要解决许多技术上的难题．如图14.1.8所示的汽油机只有在做功冲程中燃气才给活塞一个动力，但汽油机却可以连续工作，其中关键部件是（ ）
A．火花塞B．连杆C．曲轴和飞轮D．进气门和排气门
4.热机是将________能转化成机械能的机器，如图14.1.9所示是汽油机的_______冲程，这个情景中________能转化为________能．美国《大众科学》杂志评出2006～2007年度奇思妙想十大发明，其中最引人注意的是“六冲程引擎”，这种引擎在完成四冲程工作后，会把水注入汽缸，使水瞬间变成水蒸气，从而带动活塞运动，产生第五冲程，为汽车提供动力．第六冲程是让水蒸气进入冷凝器，变成可再次注入汽缸中的水．请你指出该“六冲程引擎”的一个优点：
________．
5.如图14.1.10所示，在透明塑料盒的底部钻一个孔，把电子式火花发生器的放电针管紧紧地塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒中滴入数滴酒精，再将盒盖盖紧，然后揿动电火花发生器的按钮．你观察到的现象是________．
6.通过课本中的实验探究，同学们知道了做功可以改变物体的内能，具体地说：
对物体做功，物体的内能会增加．那么“物体对外做功，物体的内能会减少吗”？
严小明同学对这个猜想设计了如图14.1.11所示的实验：
用酒精灯加热试管中的水，使水沸腾，他看到了水蒸气将木塞冲开，并冒“白气“，这充分说明了水蒸气_________，水蒸气内能_________，温度_________．在这个过程中_________能转化为_________能．实验说明：
_________，从而验证了小明的猜想是_________（选填“正确”或“错误”）的．
7.一单缸四冲程柴油机的转速为600转/分，做功冲程一次做功1500焦，那么这台柴油机的功率为是多少？
8.工程载重汽车比一般汽车的轮子要多些，是为了________；轮胎上花纹也比较深，是为了________：
若车身质量8t，轮胎能承受的最大压强为7×105Pa，与地面的总接触面积为0.4m2，该车最大装载质量为________t。
已知发动机的排气量（等于活塞面积S乘以活塞移动的距离L）为3.0升。
燃气对活塞的平均压强为8×105Pa，一个工作循环中，燃气对活塞做功________J。
9.如图14.1.12所示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．
排 量
2.0L
输出功率
120kW
转 速
6000r/min
（2）有一台四缸发动机，其主要技术指标如右表所示．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1s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=p V，式中 p表示燃气对活塞的压强，则 p=________Pa．（1L=10-3 m3）
14.2热机的效率
【学习目标】
1、从能量转化的转化的角度认识燃料的热值。
2、了解热效率及计算。
3、了解内能的利用在人类发展史上的意义。
一.知识清单：
知识点一：
热值
【共同探究】
1、我们生活中常用的燃料有__________、__________、_________、_________等。
2、我们要烧开同一壶水，现有三种燃料：
干草、木柴、煤炭，用_________作燃料用量最少。
说明不同燃料在完全燃烧时所放出热量的本领_____。
我们用________表示燃料的这种性质。
3.小明学习了燃料的热值知识后，自己设计了一个实验来比较煤油和菜籽油的热值．他实验时组装了如图14.2.1所示的装置，并且每隔1分钟记录了杯中水的温度．
加热时间（min）
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
甲杯水温（ ）
25
27
29
32
34
36
38
40
42
44
乙杯水温（ ）
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
（1）为了保证实验结论的可靠，小明在实验时应控制两套装置中相同的量有______．
（2）通过表中记录的数据，你认为煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是______．
（3）小明在实验前用天平测出了烧杯中水的质量及油灯中燃料的质量，并由记录的数据计算出了水吸收的热量，而且还算出了煤油和菜籽油的热值，你认为他所计算的燃料的热值可靠吗？
____________．为什么？
____________________________________．
4.热值的概念：
某种燃料_______所放出的______与燃料质量的_____，叫做这种燃料的热值。
在数值上等于1kg的某种燃料燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，煤的热值是3×107J/kg，其物理意义是。
某种燃料_______所放出的______与燃料质量的_____，叫做这种燃料的热值。
5.观察热值表，你有什么收获？
热值反映的是某种物质的一种燃烧特性（完全燃烧放出热量的能力），同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小，也就是说，它是燃料本身的，只与有关，与燃料的形态、质量、体积、燃烧状况等均无关。
6.火箭
常用液态氢做燃料，是因为：
液态
氢的_______，体积____便于储存和运输.
7.热值的计算公式：
Q放=mq或Q放=v·q
m代表质量，单位kg
q代表热值，单位J／kg
V代表体积，单位m3
Q放代表放出的热量，单位J
实际中，常利用Q吸＝Q放即cm（t-t0）=ηqm′联合解题。
【针对性训练】
1.一瓶酒精倒掉一半，剩下的半瓶酒精的质量、体积、密度、内能、比热容、热值、凝固点、沸点。
（选“变大”或“变小”“不变”）
2.焦炭的热值为3.0×107J/kg，它的物理意义是 ，完全燃烧 kg的焦炭放出的热量能把50kg水的温度升高60℃．[不计热量损失，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）
3.氢能源具有来源广、热值高、无污染等优点。
氢气的热值为14．3×107J／kg，完全燃烧0．5kg的氢气可放出________J的热量；若一罐氢气用去了一半，则剩余氢气的热值 （变大／不变／变小）。
4.如图14.2.2所示能正确表示某种燃料的热值q与完全燃烧所放出热量Q的关系的是（ ）
A．
B．
C．
D．
5.关于燃料的热值，以下说法中正确的是（）
A．燃料的热值与燃料的种类有关系，与燃料的质量和燃烧状况无关
B．燃烧1千克某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值
C．燃料燃烧时，质量越大，热值越大
D．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小
6.一箱汽油用掉一半后，关于它的说法下列正确的是（）
A.它的密度变为原来的一半B.它的比热容变为原来的一半
C.它的热值变为原来的一半D.它的质量变为原来的
7.“低碳生活”是当今社会所倡导的绿色生活方式。
利用太阳能将2000kg的水从15℃加热到50℃，可以少燃烧多少烟煤？
[设烟煤完全燃烧，烟煤的热值为2.94×107J/kgC水=4.2×103J/（kg•℃）]
8.近年来，我国部分省份开始推广使用乙醇汽油，乙醇汽油是由10%体积的乙醇与90%体积的汽油混合而成．已知乙醇的热值为2.4×107J/L，汽油的热值为3.3×107J/L．设混合后总体积不变，请计算乙醇汽油的热值为多少？
（解答要求：
写出依据的主要公式，有数据代入，答案中必须明确写出数值和单位）
知识点二：
热效率：
1.炉子的效率
：
（1） 定义：
炉子有效利
用的______与燃料完全燃烧放出的_______之比。
（2） 公式：
η=Q有效/Q总=cm（t-t0）/qm′
（3） 如何提高炉子的效率（燃料的利用效率）？
使燃料尽可能燃烧充分（磨成粉状，用空气吹进炉膛）；加大受热面积；减少热散失。
2.热机的效率
：
（1）定义：
与之比叫做热机的效率，热机的效率总是。
（2）公式：
η=W有用/Q总=W有用/qm
（3）常见热机的效率：
蒸汽机的效率很低，只有6%－15%，汽油机的效率为20%－30%，柴油机的效率为30%－45%。
如图14.2.3所示为内燃机的能流图，在图中填出各部分能量的名称。
（4）提高热机效率的途径：
热机的效率是热机性能的一个重要指标；使燃料燃烧，尽量各种热量损失，机件间保持良好的______、______摩擦。
在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
如利用热电站废气来供热。
这种既供电又供热的热电站，比起一般火电站来，燃料的利用率大大提高。
（5）热机对环境的影响
1）.对大气的影响：
产生有毒气体（二氧化硫，一氧化氮、二氧化氮等），产生大量二氧化碳，造成温室效应；产生粉尘，造成雾霾天气。
2）.热机产生噪音污染。
【针对性训练】
1.为了提高锅炉的效率，某工厂的工人想了以下一些方法，其中正确的是（）
A．把大的煤块送进炉膛，并加大送风量B．把煤粉送进炉膛，并加大送风量
C．把大的煤块送进炉膛，并减小送风量D．把煤粉送进炉膛，并减小送风量
2.载重大汽车使用的一般是柴油机，而小汽车使用的一般是汽油机，这是因为柴油机的效率比汽油机高。
柴油机的效率高是由于（ ）
A．柴油的热值比汽油的热值大B．柴油的比热容比汽油的比热容大
C．柴油机气缸里的燃气产生的压强比汽油机里的高D．柴油的密度比汽油的密度大
3.下列提高热机效率的方法中，不可行的是（）
A．减少各种热损失B．加润滑油减少机器各部件之间的摩擦
C．充分利用废气的能量，如建热电站D．采取少消耗总能量的办法
4.下列关于热机和环境保护的说法中正确的是（）
A.热机的大量使用会造成环境污染B.所有的热机都是用汽油作燃料
C.汽车排出的尾气都是有毒气体D热机产生的噪声可以被热机消声器完全消除
5.一辆功率6．615kW的汽车，用燃烧值是4．6×107J／kg的汽油作燃料，汽车发动机的效率是2O％，油箱里能装50kg汽油，使用这些汽油行驶100Ohm的路程，则汽车的平均速度是（ ）
A．14．4m/s B．60m/s C．2．86m/s． D.12m/s
5.天然气在我市广泛使用，已知天然气的热值为4×107J／m3。
，完全燃烧0.05m3天然气可以放出__________J的热量，这些热量若只有42％被水吸收，则可以使常温下5kg的水温度上升__________℃。
[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）]
6.一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为3600转/分，该柴油机活塞1s对外做功__________次。
若其效率为40%，消耗5kg的柴油转化成的机械能是__________J。
（q柴油=4.3×107J/kg）
7.小明同学为测量地球表面植物吸收太阳能的本领，他用一个脸盆装6kg的水，水面的表面积为0.1m2，经太阳垂直照射15min，温度升高了5℃，则水吸收的热量为________J，这部分热量是由________能转化来的；若地表植物接收太阳能的能力与水相同，则每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为________J；若绿色植物在光合作用下每吸收1×103J的太阳能可以放出0.05L的氧气，那么，100m2绿地每秒可以放出________L的氧气．
8.完全燃烧210g某种燃料，放出6.3×106J的热量，这种燃料的热值是多少？
如果这些热量部分被水吸收，能使6kg的水的温度从20℃升高到100℃。
求加热效率是多大？
（5分）
二.综合训练
1．甲柴油机的热机效率比乙柴油机的高，这说明（）。
A．甲用的柴油多；B．乙用的柴油多；C．甲做的功比乙做的功多；D．甲用来做有用功的那部分能量跟燃料完全燃烧所放出的能量的比值比乙大。
2．造成内燃机效率不高的原因是（）。
A．内燃机使用的燃料热值不太大；B．燃料燃烧不完全，要损失一部分能量；
C．排出的废气温度较高，要带走一部分能量；D．一部分能量消耗在散热及克服摩擦做功上。
3.有关汽油机和柴油机的说法，不正确的是 ［ ］
A.使用的燃料不同B.柴油机笨重但功率大
C.柴油机气缸顶部有喷油咀，而汽油机气缸顶部有火花塞
D.做功冲程中汽油机的气缸内燃气的压强和温度比柴油机气缸内燃气的压强和温度高
4.关于热机效率，下列说法正确的是：
A.两台热机，做有用功多的那台效率高；B.热机的效率总小于1，只因为废气带走了余热；
C.热机的效率总小于1，说明使用热机的过程能量不守衡；
D.某热机的效率为35%，说明其用来做有用功的那部分能量占燃料全部燃烧放出的热量的35%。
4.两台四冲程汽油机在相同时间内，甲做的有用功是乙的3倍，甲机的热机效率是20%，乙机的热机效率是25%，则甲、乙两机消耗的汽油质量之比是（）
A12∶5B5∶12C15∶4D4∶15
5.在蒸汽机、汽油机和柴油机中，效率最低的是_____，效率是最高的是_____。
6.燃料燃烧能获得大量内能，也造成对环境的污染，主要是由于燃料的 燃烧会产生_______，排放在大气中污染了大气，大气污染不但直接有害于_______，还会影响 ，甚至影响全球的________。
7.（2013内江）38.在汽油机的一个工作循环中，内能转化为机械能的是_____冲程；某晶牌汽车行驶100公里消耗汽油7kg，这些汽油完全燃烧能放出______J的热量．（汽油的热值q=4.6×107J／kg）
8.（2013江苏盐城，第19题）用煤气灶把2kg，初温为30℃的水烧到80℃，消耗了20g煤气，已知水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），煤气的热值为4.2×107J/kg，则水吸收的热量为J，煤气完全燃烧放出的热量为J，煤气灶烧水的效率为%
9.（2012陕西）25．（4分）科学家发明了一
款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同，在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸汽，推动活塞再次做功，水蒸汽温度（选填“升高”、“降低”或“不变”），这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的。
为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是
冲程。
10.一汽油机在工作时的能流图如图14.2.4所示。
根据图中的数据计算该汽油机的效率是________。
11.质量为10kg，初温为20℃的水，在一标准大气压下将这些水加热至沸腾，需要吸收多少热量?
如果这些热量是由干木柴完全燃烧提供的，干木柴完全燃烧放出的热量有80%被吸收，需要燃烧多少千克的干木柴?
（q=1.2×107J/kg）
12.用天然气灶烧水，燃烧0.5m3的天然气，使100kg的水从20℃升高到70℃.已知水的比热容c=4.2×103J/（kg·℃）,天然气的热值q=7.0×107J/m3。
求：
（1）0.5m3天然气
完全燃烧放出的热量Q放。
（2）水吸收的热量Q吸。
（3）燃气灶的效率η。
14.3能量的转化和守恒
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