第三章内能热机.doc

153第3章内能的利用 热机节随堂例解1.冲量和动量1.燃料及其热值例题3-1-1木炭的热值是3.4107 J/kg，它的物理意义是_，现有500g的木炭，它的热值是_，完全燃烧后放出的热量是_J.解析与答案由热值的定义可知：1kg的某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值，木炭的热值的物理意义应是：1kg的木炭完全燃烧放出3.4107J的热量.热值是表示相同质量的不同燃料完全燃烧时放出的热量一般不相等的特性. 而同一种燃料的热值是相同的，与质量无关.热值是表示1kg的某种燃料完全燃烧放出的热量. 那么一定质量的这种燃料完全燃烧放出的热量应等于热值与质量的乘积.答案：1kg的木炭完全燃烧放出3.4107J的热量；3.4107J/kg; 1.7107J. 例题3-1-2(1) 燃料的燃烧是一种化学变化，燃烧过程中，燃料的 能转化为 能. 也就是通常所说的放出热量.(2) 叫做这种燃料的热值，它的单位是 读作 .(3) 汽油的热值为4.6107J/kg，它表示_.(4) 有关燃料的热值，下列说法中正确的是( ).A. 燃料的热值越大，燃烧时达到的温度就越高B. 燃料的热值越大，燃烧时放出的热量就越多C. 燃料燃烧越充分，则燃料的热值就越大D. 燃料的热值与燃料的质量以及燃烧情况无关(5) 木炭、汽油、酒精三种燃料，如果完全燃烧时，它们放出相同的热量，则需要燃烧质量较多的燃料是( ).(q木炭3.4107J/kg，q汽油4.6107J/kg，q酒精3.0107J/kg)A. 木炭B. 酒精C. 汽油D. 不能确定(6) 完全燃烧2kg汽油放出多少热量? 要放出6.0106J的热量需要完全燃烧多少克酒精? (q汽油4.6107J/kg，q酒精3.0107J/kg)(7) 下列三个数值4.6107J/kg、0.8103kg/m3、2.1103J/()各表征煤油的一个特性，这三个数值依次表示的是煤油的( ).A.比热容、密度、热值B.密度、热值、比热容C.密度、比热容、热值D.热值、密度、比热容(8) 一瓶酒精倒掉一半后，下面说法中正确的是( ).A. 比热容和热值不变，密度变为原来的一半 B. 密度、比热容、热值都不变C. 热值和密度不变，比热容变为原来的一半D. 密度、比热容、热值都变为原来的一半(9) 一只热气球充有500kg空气，若不供给热量，每小时空气温度降低20，为保持温度，每小时应向其供热多少焦. 所用燃料的热值为4.4107J/kg，完全燃烧产生的热量有75%被空气吸收，每小时要消耗多少燃料 空气的比热容为1103J/(). 解析与答案(1) 燃料燃烧发生的是化学变化，燃烧过程中燃料的化学能转化为内能.答案：化学内(2) 1kg的某种燃料完全燃烧放出的热量 J/kg 焦耳每千克(3) 它表示的物理意义是1kg的汽油完全燃烧所放出的热量是4.6107J. (4) 燃料的热值反映了燃料燃烧的一种特性，它只与燃料的种类有关，而燃料燃烧放出的热量多少不仅与热值有关还与燃料的质量有关，所以A、B、C都不对.答案：D(5) 三种不同燃料完全燃烧后放出相同的热量，热值小的燃料需要的质量多，比较木炭、汽油、酒精的热值可知酒精的热值小，所以需要燃烧质量较多的应是酒精.答案：B(6) 要计算完全燃烧2kg汽油放出的热量，可利用Q放qm燃料燃烧放热公式来求即Q放qm4.6107J/kg2kg9.2107J.要计算酒精的质量可用m来计算，即m0.2kg200g(7) 区分物理量的单位应从物理量的定义入手，单位的物理意义是物理量定义的具体体现，如J/kg表示1kg某种燃料完全燃烧所放出的热量，kg/m3表示1m3物体的质量，J/()表示1kg某种物质升高(降低)1吸收(放出)的热量. 答案：D(8) 比热容、密度、热值都是表明物质特性的物理量，它们与物质的种类有关，与物体的质量、体积无关. 答案：B(9) 每小时向热气球供热相当于将其中的空气升温20所需的热量Q吸c空气m空气升1103J/()500kg20107J，需要燃料的质量m0.3kg答案：107J，0.3kg2.内能的利用例题3-2-1(1) 内能利用的途径主要有 和 两种，利用内能取暖属于内能的 过程；热机的工作属于内能的 过程.(2) 下列说法中正确的是( )A. 直接利用内能来加热物体，实际上是内能的转移B. 直接利用内能来加热物体，实际上是内能的转化C. 利用内能来做功，实际上是内能的转移D. 利用内能来做功，物体内能会增加实质解析与答案直接用来加热 内能的转移实质(1) 内能利用的途径利用内能来做功 内能同其他形式能量的转化B不对 利用内能加热物体实质是内能的转移(2)C不对 利用内能做功实质是内能同其他形式能量的转化D不对 描述不清，到底谁的内能增加没说清A正确3.内燃机例题3-3-1(1) 热机是利用 的机器. 四冲程内燃机是由 、 、 、 四个冲程组成的.(2) 汽油机和柴油机的主要区别是汽油机的气缸顶端有 ，柴油机的气缸顶端装有 ；在吸气冲程中，汽油机吸入气缸的是 ，柴油机吸入气缸的是 ；汽油机的点火方式是 式；柴油机的点火方式是 式.(3) 汽油机的工作过程由四个冲程组成，其中( ).A. 吸气冲程把内能转化为机械能B. 压缩冲程把内能转化为机械能C. 做功冲程把内能转化为机械能D. 排气冲程把内能转化为机械能(4) 一台单缸四冲程柴油机，它的转速为800r/min，做功冲程时推动活塞一次做功1500J，那么这台柴油机的功率是_kW. 解析与答案(1) 热机就是利用内能来做功的机器.热 机内燃机四冲程内燃机吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程(2) 汽油机和柴油机的燃料、气缸构造、工作物质、压缩比、点燃方式和效率方面都存在着不同点. 汽油机的气缸顶端有火花塞，柴油机的顶端装有喷油嘴；在吸气冲程中，汽油机吸入气缸的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入气缸的是空气；汽油机的点火方式是点燃式，柴油机的点火方式是压燃式.(3) 汽油机的四个冲程中有两个冲程有能量的转化，在压缩冲程中完成机械能向内能的转化，在做功冲程中完成内能向机械能的转化，即对外做功，除做功冲程外，另外三个是靠飞轮的惯性来完成. 所以ABD答案都不对，只有C是正确的.(4)四冲程柴油机一个工作循环分四个冲程，飞轮转两周；有一个做功冲程. 此柴油机转速800r/min，即每分钟转800周，每分钟做功400次，每分钟做功W1500J/次400次6105J，每秒做功10000J，功率为10kW.4.火箭例题3-4-1火箭是热机的一种，工作时燃料的 能最终转化成火箭的 能.解析与答案火箭是热机中的一种，工作时燃料在氧化剂的作用下在燃烧室内燃烧，产生高温高压燃气，燃气通过喷管向后高速喷出，对火箭产生推力，把火箭发射出去，燃料的化学能最终转化成火箭的机械能.5.热机的效率例题3-5-1甲、乙两辆汽车，甲的汽油机效率比乙的汽油机效率高. 这表明( ).A. 甲做功比乙多B. 甲做功比乙快C. 甲消耗的汽油比乙少D. 以相同牵引力行驶相同的路程，甲耗油比乙少解析与答案汽油机的效率是表示在做相同的有用功时，耗油量越少，其有用功与所耗燃料完全燃烧放出的热量的比值就越大，则效率就越高，而与汽车做功的多少，汽车做功的快慢以及汽车单纯耗油的多少无关.答案：D例题3-5-2(1) 在热机里，用来做 功的那部分能量与燃料 的能量之比叫做热机的效率.(2) 两台热机，甲的效率比乙的低，其含义是( ).A. 甲热机比乙热机做的有用功多B. 甲热机比乙热机消耗的燃料多C. 在做有用功相同的条件下，甲消耗的燃料多D. 在做有用功相同的条件下，甲损失的能量比乙少(3) 在热机的各种能量损失中，带走能量最多的是( ).A. 废气B.散热C. 没完全燃烧的燃料D.摩擦解析与答案(1)热机效率是指用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧所放出的能量之比.有用功乙Q放(2)甲=W有用相等乙= Q放Q放答案：C(3) 在内燃机中，由于燃烧不完全而损失的能量很小，排出的废气温度较高，要带走很大一部分能量，一部分能量消耗在散热上，还有一部分能量消耗在克服摩擦做功上，其中废气散失的能量最多.答案：A6.内能的利用环境保护例题3-6-1(1) 由于 、 、 等燃料的大量使用，人类在获得大量内能的同时，也造成了严重的 .(2) 热机的广泛使用，给环境带来严重的污染，主要污染是 污染，这是因为 、 的大量排放造成的；消除和减轻污染的方法主要有：改进 和 ，采用集中 方法，大力推广使用 和 .解析与答案(1) 煤、石油、天然气等燃料的利用，使人类获得大量内能的同时，也造成了环境污染，给人类带来危害.(2) 热机的广泛使用，给环境带来严重的污染，主要污染是大气污染，这是因为废气、粉尘的大量排放造成的；消除和减轻污染的方法主要有改进燃烧设备、加装消烟除尘装置，采用集中供热，大力推广使用煤气和天然气.章综合例解例题3-1一座工厂每天要消耗无烟煤25t，这些无烟煤完全燃烧可将多少千克30的水烧开? (q烟3.4107J/kg)解析与答案完全燃烧25t无烟煤放出的热量Q放qm3.4107J/kg2.5104kg8.51011J，根据Q放Q水吸可得m水 m水2.9106kg例题3-2用煤油炉烧水，如果水烧至沸腾时吸收的热量是煤油完全燃烧放出热量的40，烧开一壶水要吸热1.14106J，那么需燃烧多少克煤油? 解析与答案煤油需要放热：Q放2.85106JQ放40%1.14106J 所以需要燃烧煤油的质量为：m0.062kg62g例题3-3用煤油炉将质量是2kg的水从20加热到100，烧掉30g热值为4.6107J/kg的煤油，求该煤油炉的效率? 解析与答案煤油炉的效率就是有效利用的能量(Q水吸) 与煤油完全燃烧所放出的能量(Q放)之比，Q水吸c水m水(t-t0)4.2103J/()2kg(100-20)6.72105J. 煤油完全燃烧放出的热量为：Q放qm4.6107J/kg0.03kg1.38106J，所以48.7例题3-4如下图所示，在试管内装些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气会把软木塞冲出，并在试管口冒出“白烟”. 试用学过的热学知识解释上述现象.解析与答案酒精燃烧时把化学能转化为内能，通过热传递被水吸收，水吸收热量内能增加，温度不断升高直至沸腾，产生了大量的水蒸气，水蒸气膨胀推动软木塞做功，水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，软木塞被冲出，水蒸气内能减少，一部分水蒸气液化成小水珠，因此在软木塞冲出时，有“白气”产生.例题3-5如图所示为汽油机的工作过程示意图，图a表示 冲程，图b表示 冲程，图c表示 冲程，图d表示 冲程. (图中箭头表示活塞的运动方向)abcd解析与答案解本题的基础是要搞清四个冲程进气门、出气门和活塞的运动情况.答案：吸气做功压缩排气例题3-6一台四冲程内燃机飞轮转速为1800r/min，它在1s内完成了( ).A. 60个冲程，做了15次功B. 30个冲程，做了30次功C. 60个冲程，做了60次功D. 120个冲程，做了30次功解析与答案解本题的基础是要弄清四冲程内燃机的工作原理，一个工作循环有四个冲程，活塞往复两次，飞轮转两周，一个工作循环对外做功一次. 现在飞轮每分钟转1800转，每秒钟转30转，对外做功15次.答案：A例题3-7关于燃料燃烧放出热量的多少下列说法正确的是( ).A. 与燃料的种类有关B. 与燃料的多少有关C. 与燃料是否完全燃烧有关D. 跟以上三种因素都有关系解析与答案误答：A、B.因为相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量多少不同，而且质量越多，燃烧时放出的热量也越多，但是容易忽略燃烧的燃料是否完全燃烧.答案：D.例题3-8热机是把 能变为 能的机器. (天津)答案：热、机械.例题3-9一个钢罐内装有质量为20kg的液化石油气，这些液化石油气完全燃烧放出的热量为_. (液化石油气的燃烧值为3.5107J/kg). (2002年 北京海淀)解析与答案燃烧值放热的计算公式求出Q放mq=20kg3.5107J/kg7108J.答案：7108J.例题3-10干木柴的热值是1.2107J/kg，它的物理意义是_. 要放出3.6107J的热量，需要完全燃烧_kg的干木柴. (2002年江苏南京)解析与答案根据热值的定义式即可计算出，q3 kg.答案：1kg干木柴完全燃烧放出1.2107J的热量; 3 kg.例题3-11与燃烧煤炭相比，使用天然气将减少对空气的污染，天然气的燃烧值是7.5107J/m3，若某家庭一个月使用了10m3的天然气，则这些天然气完全燃烧时放出的热量是_ J; 这些热量相当于完全燃烧_kg烟煤时所放出的热量. (设烟煤的燃烧值是3.0107J/kg.) (2002年 甘肃)解析与答案首先求出天然气放出的热量：Q气放10m37.5107J/m37.5108J.根据题意Q气放Q煤放，Q煤放m煤q煤.所以m25 kg.答案：7.5108J ; 25 kg.例题3-12一台单缸四冲程柴油机，它的转速800转/分，做功冲程时推动活塞一次做功1500焦，那么，这台柴油机的功率为( ). (杭州)A. 10千瓦B. 15千瓦C. 20千瓦D. 1 200千瓦 解析与答案由柴油机转速800转/分，化简为转/秒，又因为柴油机的曲轴每转2周做功1次，所以柴油机每秒只做功次，1秒钟做功1 500焦10000焦，功率为10千瓦.答案：A.例题3-13质量为50kg的水温度从20升高到100，需吸收多少热量? 若不考虑热损失，这些热量需要完全燃烧多少煤才能获得?(