人教版初三物理第3讲：热机、热机效率、能量的转化和守恒（教师版）

热机、热机效率、能量的转化和守恒_1、知道热机的定义，会用热值公式去计算；2、了解内燃机的工作原理和能量转化；3、知道热机的效率及提高效率的途径；4、了解能量转化和守恒。(一)、热机1、热机定义：利用燃料的燃烧来做功的装置。 能的转化：内能转化为机械能 蒸气机内燃机喷气式发动机2、内燃机：将燃料燃烧移至机器内部燃烧，转化为内能且利用内能来做功的机器叫内燃机。它主要有汽油机和柴油机。3、内燃机大概的工作过程：内燃机的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。另外压缩冲程将机械能转化为内能。4、做功冲程中内能转化为机械能；压缩冲程中机械能转化为内能5、定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。6、单位：J/kg7、关于热值的理解：对于热值的概念，要注重理解三个关键词“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是针对燃料的质量而言，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不是热值。某种燃料：说明热值与燃料的种类有关。完全燃烧：表明要完全烧尽，否则1kg燃料化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，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，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。8、公式：Qmq（q为热值）。 实际中，常利用Q吸Q放即cm(t-t0)=qm联合解题。9、酒精的热值是3.0107J/kg，它表示：1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0107J。煤气的热值是3.9107J/m3，它表示：1m3煤气完全燃烧放出的热量是3.9107J。(二)、热机效率1、热机的效率：热机用来做有用功的那部分能量和完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。2、公式：=W有用/ Q总= W有用/qm=cm(t-t0)/ qm 3、热机的效率总小于1，主要是由于燃料不能完全燃烧、废气带走一部分热量、克服摩擦做功、热传递损失能量等原因，没有将全部能量都利用起来。4、提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧 尽量减小各种热量损失 机件间保持良好的润滑、减小摩擦。5、燃料燃烧的危害和预防措施危害主要是废气污染和噪声污染。废气污染大气，不但直接影响人体健康，而且影响植物和水生生物正常生长，甚至影响全球气候预防措施改进燃烧设备，加装消烟除尘装置；集中供热；改用气体燃料，普及煤气和天然气；充分开发利用污染少和无污染的新能源(三)、能量的转化和守恒能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。题型一：热值的定义例1、汽油的热值是4.6107J/kg，现有汽油500g，若燃烧一半，则剩余汽油的热值是 J/kg解析：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值，燃料的热值仅与燃料的种类有关，而与质量无关。500g汽油，若燃烧一半，质量减半，但汽油的热值不变，仍为4.6107J/kg。答案：4.6107题型二：内燃机四冲程例1、如图是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（）A压缩冲程，将化学能转化成内能B压缩冲程，将机械能转化成内能C做功冲程，将内能转化成机械能D做功冲程，将机械能转化成内能解析：图中的气门关闭，活塞下行，并且电火花打火，这是做功冲程的特点；在做功冲程中，能量转化关系是气体的内能转化为机械能答案：C例2、汽油机工作过程的四冲程中把机械能转化为内能的是（ ）A吸气冲程B压缩冲程C做功冲程D排气冲程解析：压缩冲程中活塞向上运动，汽油和空气的混合物被压缩，内能增大，温度升 高，活塞运动的动能转化为混合气体的内能。答案：B题型三：热机的效率例1、如图所示为内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为（）A=100%B=100%C=100%D=100%解析：由能流图可知：燃料完全燃烧放出的热量为E，有用机械能即有用功为E2，所以内燃机的效率可表示为=100%=100%。答案：C题型四：内燃机的四个冲程、功的计算、热量的计算、热机效率的计算例1、发动机是汽车的核心部件，发动机的质量决定了整车的性能与品质。现代汽车主要分汽油与柴油两类发动机，其中汽油发动机提供动力的是内燃机的汽缸。某台以汽油为燃料的汽车，发动机内有四个汽缸，其相关数据如下表所示：1 min内完成的工循环 2600次 93号汽油 汽缸内汽油和空气的混合密度 1.35 kg/m3 排气量 1.8 L 热值 4.6107 J/kg 发动机最大功率 75 kW 空燃比 141 (1)汽车以100 km/h的速度匀速运动时发动机的输出功率最大，则1 min内有用功为_J。(2)汽车内燃机的一个工作循环包括四个冲程，一个汽缸正常工作四个冲程的顺序是_(对图161中的甲、乙、丙、丁重新排序)，_图所示的_冲程内燃机给汽车提供动力。(3)汽车的排气量是指发动机汽缸的工作容积，汽车排气量越大，功率越大。空燃比指汽缸内空气和燃油的质量比。当汽车以100 km/h的速度匀速行驶时，根据表中数据可求得汽车发动机的效率为_。(计算结果保留一位小数) 解析：(1)由表可知，发动机的最大功率为P75 kW，所以1 min内汽车做的有用功为：WPt7.5104 W60 s4.5106 J。(2)一个汽缸四个冲程的顺序是：吸气、压缩、做功和排气冲程，所以顺序为乙、甲、丁、丙，其中丁图是做功冲程，内燃机为汽车提供动力。(3)做一次功燃气的质量：mV1.35 kg/m31.8103 m32.43103 kg，因为空燃比是141，所以做一次功消耗的汽油质量：m汽油2.43103 kg1.62104 kg，1 min内汽油燃烧释放的热量：Q放m汽油q1.62104 kg4.6107 J/kg26001.93752107 J。发动机的效率：100%23.2%。答案：（1）4.5106（2）乙、甲、丁、丙 丁 做功 （3）23.2%题型五：能量守恒例1、(2014岳阳)根据能量守恒定律，以下情形可能发生的是( )A出膛的子弹射穿木板，以更快的速度继续前进B电水壶里的水沸腾了，给该电水壶断电，水的沸腾却永远不会停止C两个斜面相对接，小球从左斜面滚下后，继续冲上右斜面D孤岛上被人们遗忘的一只机械表，默默地走了几十年解析：A.子弹射穿木板，说明子弹运动的速度快，子弹具有动能的动能大，子弹在运动的过程中由于摩擦生热会使一部分动能转化为内能，故子弹运动的速度会越来越慢，故A错误；B.液体沸腾的条件是：达到沸点继续吸热。在电水壶的使用过程中，消耗了电能，而水的温度升高，内能增加，断电后，水不再吸收热量，水的沸腾会停止，故B错误；C.两个斜面相对接，小球从左斜面滚下后，重力势能转化为动能，到达最低点动能达到最大值，由于具有动能，会继续冲上右斜面将动能转化为重力势能，故C正确；D.机械表工作靠表内弹簧的弹性势能转化为动能，几天后弹性势能就会消耗完毕，不会默默地走了几十年，故D错误。答案：C基础演练1、一台单缸四冲程柴油机转速为1200转/min，则柴油机1s内（ ）A.完成20个冲程，做功20次 B.完成40个冲程，做功40次 C.完成40个冲程，做功10次 D.完成20个冲程，做功10次 答案：C2、如图所示为生活中常用的热水瓶，注入一定量的热水后，立即盖上软木塞，软木塞常会跳起来。内燃机的哪个冲程与这一现象的能量转化相同A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程答案：C3、单杠四冲程内燃机在工作过程中，将机械能转化为内能的是（）A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程答案：B4、下列现象中，利用内能做功的是（ ）A.冬天在户外时两手相搓一会儿就暖和B.车刀在砂轮的高速磨擦之下溅出火花C.在烈日之下柏油路面被晒熔化了 D.火箭在“熊熊烈火”的喷射中冲天而起答案：D5、在如图6所示的四幅图中，甲、乙是课堂上看到的两个演示实验示意图；丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的其中两个过程示意图利用内能来做功的冲程是_图；与压缩冲程原理相同的是_图所示的演示实验答案：丁；甲6、在汽油机压缩冲程中，气缸内气体的（ ）A温度降低 B密度变小 C热量增多 D内能增加答案：D7、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中的补充正确的是（ ）A做功冲程内能转化为机械能压缩冲程机械能转化为内能B压缩冲程内能转化为机械能做功冲程机械能转化为内能C压缩冲程机械能转化为内能做功冲程内能转化为机械能D做功冲程机械能转化为内能压缩冲程内能转化为机械能答案：D8、已知酒精的热值为q质量为m，则酒精完全燃烧一半放出的热量为_，剩余酒精的热值为_。答案：mq/2 q9、关于热值的概念，下列说法中正确的是（ ）A任何物体都有热值B燃料燃烧时才有热值C燃料的热值与燃料是否完全燃烧无关D燃烧时放出热量多的燃料热值大答案：C10、已知烟煤的热值是2. 9107J/kg，那么( ）A2kg烟煤燃烧时一定放出5.8107J的热量B1kg烟煤完全燃烧时一定能放出2.9107J 的热量C. 1kg烟煤温度降低1释放出2.9107J的热量D. 10kg烟煤的热值为2.9108J/kg答案：B11、关于热机的效率，下述正确的是（ ）A热机的效率有可能等于1B热机的效率一定小于1C热机的效率越高，其损失的能量越多。D热机的效率越高，对环境的影响越大答案：B12、一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%,摩擦等机械损耗占10%，则它的机械效率为_ 。答案：35%13、随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，移动电话（手机）越来越成为人们的重要的通讯工具。手机电池是可充电的锂电池：当手机电池充电时_能转化为_能。答案：电 化学14、接打手机时，手机电池是将化学能转化为_能；教室里的电风扇工作时主要是将电能转化为_能。答案：电 机械能15、电动自行车越来越受到老百姓的青睐。电动车使用前要先对车上的蓄电池充电，这时是电能转化为 能；骑车时，电动机对车提供动力，是电能转化为 。答案：化学能 机械能16、2013年2月15日，一颗数十吨的陨石被地球俘获，在加速下落的过程中，陨石与大气剧烈摩擦、迅速升温、猛烈燃烧，犹如一颗火球扑向俄罗斯，陨石下落过程中，其能量转化过程是（ ） A重力势能一动能一内能 B动能一重力势能一内能C重力势能一内能一动能 D内能一重力势能一动能答案：C巩固提高17、如图所示为四冲程汽油机工作过程中的示意图，其中表示吸气冲程的是（ ）答案：B18、如图所示实验或事例，属于内能转化为机械能的是（ ）答案：D19、四冲程内燃机工作的共同特点错误的是（ ）A都有燃料进入汽缸B将燃料燃烧放出的内能传递给工作物质，使工作物质受热膨胀，对外作功C都能把燃料燃烧所释放出的内能全部转化为机械能D一个工作循环中有三个冲程都要靠飞轮的惯性来完成答案：C20、关于家用小汽车的说法正确的是（ ）A小汽车的发动机一般用汽油机 B汽车发动机用循环水冷却是因为水的热量多C汽车在行驶过程中，动能保持不变 D质量好的车，汽油机效率可达120%答案：A21、在四冲程的内燃机中，只有第三个冲程燃气推动活塞做功，把内能转化为机械能，其他三个冲程是靠飞轮转动的_来完成的。答案：惯性22、一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1200 r/min，该汽油机每秒钟做功_次。如图12所示，汽油机的活塞正向上运动，它处于_冲程。答案：10 压缩23、如图9所示，是四冲程汽油机工作过程中的某一冲程示意图，该图表示的是_冲程，在该冲程中_能转化为_能。答案：做功 内能 机械 24、关于热机，下列说法是正确的：（ ）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，将空气吸入气缸。C.汽油机在做功冲程中，进气门关闭排气门打开。D.汽油机在做功冲程中，是把内能转化为机械能。答案：BD25、一台柴油机，有Mkg柴油完全燃烧时，放出7.5108J的热量，要损失4.5108J的能量，可知该柴油机的效率是（ ）A30% B. 40% C. 48% D. 60%答案：B26、下列措施不属于加剧地球的温室效应的是（ ）A现代工业大量燃烧煤炭和石油B人类大量砍伐森林C植物光合作用对二氧化碳的大量消耗D人类生活中诸如取暖等活动日益频繁答案：C27、柴油机是工农业生产中常用的热机，已知某型号柴油机的效率是30%，在柴油机内完全燃烧2kg柴油能放热 J，这些热通过该柴油机的转化能对外做有用功 J.（柴油的热值为3.3107Jkg）答案：6.6107 1.9810728、以下关于能量转化的叙述中错误的是（ ）A电饭锅工作时，将电能转化为内能B汽油机做功冲程，将机械能转化为内能C电动机车行驶时，将电能转化为机械能D绿色植物的光合作用，将光能转化为化学能答案：B29、天琴座流星以49km/s的速度闯入地球大气层，形成“天琴流星雨”流星进入大气层时与空气摩擦，这个过程中使流星发光的能量是由 （填“化学能”“机械能”或“太阳能”）转化而来的。答案：机械能30、一台功率为9kW的柴油机，正常工作时每小时消耗柴油2 kg，问此柴油机的效率是多少。（柴油的热值为3.3107J /kg）答案：49%31、下列说法错误的是（ ）A现阶段，人类所用能量，大部分来源于燃料燃烧B燃料燃烧时化学能转化为内能C热值是表示燃料燃烧放热能力的物理量D汽车在行驶时，发动机把油料中的化学能全部转化成有用的机械能答案：D32、汽油的热值是4.6107J/kg，现有汽油500g，若燃烧一半，剩余汽油的热值是J/kg.答案：4.6107J/kg33、西气东输主干线西起塔里木盆地的轮南油气田，向东途经九个省市区，最终到达上海，总计年输送天然气1.21010m3，即年输气质量为 kg若这些天然气完全燃烧，放出的热量是 J。（管道内天然气密度为6kg/m3，天然气的热值是5107J/kg）答案：7.21010 3.6101834、农作物的秸秆是一种宝贵资源，但不少农民在收割后为了方便，在农田里大量焚烧请你指出大量焚烧秸秆的害处（举出两个）： 、 。答案：浪费资源 污染环境35、某中学为学生供应开水，用锅炉将200kg的水从25加热到100，燃烧了6kg的无烟煤。水的比热容是4.2103J /(kg），无烟煤的热值是3.4107J/kg。试求：(1)锅炉内200 kg的水吸收的热量是多少？(2)6kg无烟煤完全燃烧放出的热量是多少？(3）此锅炉的效率是多少？答案：(1)6.3107J(2)2.04108J (3)31%1、（2014秋东莞市校级月考）甲汽油机的热机效率比乙汽油机的热机效率高，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以相同的速度行驶相同的路程，乙消耗的汽油多答案：D2、（2014秋深圳期末）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答案：C3、（2014春同安区校级期中）柴油机的效率比汽油机高，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柴油的密度比汽油的密度大 D柴油机气缸里的燃气产生的压强比汽油机里的大答案：D4、（2014秋洪湖市校级月考）两辆排量相同的小汽车以相同的速度行驶相同的路程，则（ ）A耗油量小的那辆汽车的内燃机做功少 B耗油量大的那辆汽车的内燃机做功快C耗油量小的那辆汽车的内燃机效率高、性能好 D两辆汽车的热机效率相同答案：C5、有甲、乙两台柴油机，在相同的时间内，它们所做的有用功之比是5：4，消耗柴油的质量之比是3：2，那么它们的效率之比是（ ）A15：8B5：6C6：5D1：1答案：B6、（阅读理解题）乌鲁木齐是全国大气污染最严重的城市之一，每年的10月15日到次年的4月15日，在长达半年的采暖期内，遍布城区和郊区的成千上万台大大小小的锅炉，便同时炉火升腾，每年都要烧掉800万吨煤炭，向天空排放出6万多吨烟尘，9万多吨二氧化硫分摊到首府200万市民，每人可得到3千克烟尘、4. 5千克二氧化硫等来自空中的“礼物”，再加上近万辆出租车，公交车排出的尾气为此市政府和环保部门付出了很大的努力，出台了许多政策假若你是环保小卫士，你会提出哪些合理的建议改善这种状况，还首府一片蓝天？（至少答三种）。答案：（1)提高锅炉效率和燃料的利用率 （2)集中供暖，减小污染 (3）加强消烟除尘设备的改进 (4）推广使用气、电、太阳能等清洁能源 (5)多种树、种草，改善环境_1、（多选）如图所示为小艳家新买的一辆小汽车周末，爸爸开车带着小艳出去游玩，途中，这辆汽车在1h的时间内，在水平路面上匀速行驶了72km，消耗汽油6kg若已知该汽车发动机的功率（即牵引力的功率）为23kW，汽车（包括车上的人和物品）质量为1.5t，汽油的热值为4.6107J/kg，g=10N/kg则关于上述1h的行驶过程，下列分析正确的是（ ）A该汽车对路面的压力大于1.5104N B该汽车克服阻力做的功是2.3104JC该汽车的牵引力是1.15103N D该汽车发动机的效率是30%答案：CD2、一位同学阅读了某牌号汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量 流向制成如图所示的图表，请你根据给出的信息，计算该内燃机的效率为 至 。答案：24% 30%3、如图是内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为=100% （用字母表示）。答案：4、一辆重力为5104N的汽车，在平直马路上以72km/h的速度匀速行驶 时，遇到的阻力为车重的0.02倍，每小时需汽油6kg，则这辆汽车发动机的效率为 。（汽油的热值q=4.6107J/kg）答案：15.65%5、某型号单杠四冲程汽油机上标有1380转/分钟，其活塞在做功冲程中通过的体积为1.8104m3，燃气的平均压强为p=1.0106pa，如果此工作状态下每分钟消耗10g汽油，那么汽油机把内能转化为机械能的效率是 。答案：27%6、随着经济的发展，汽车已进入了普通百姓的家庭（1）在挑选汽车时，发动机（汽油机）效率的高低是区分汽车优劣的重要指标之一有经验的司机可以通过闻尾气的气味做出初步的判断输出功率相同时，汽油味越淡，汽车发动机效率越 （填“高”或“低”），原因是汽油味越淡， 。（2）某单缸汽油发动机汽缸的活塞面积是120cm2，做功冲程中活塞移动的距离是30cm，气体的平均压强是5105Pa，汽油的热值是4.6107J/kg，每次做功耗油0.2g，气体一次膨胀对活塞做的功是 J；若每次做功过程中汽油的90%完全燃烧，每次汽油燃烧放出的热量是 J；排气过程中，废气温度 ，内能 。（3）汽油机的效率很低，主要原因之一是 带走了大量的能量。答案：（1）高 燃料（或汽油）燃烧越充分，效率越高 （2）1800 8.28103 降低 减 小 （3）废气7、（2015镇江）如图所示，工作中的四冲程汽油机正处于 冲程，该冲程将 转化为机械能，若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外做功 次、飞轮转过 圈。答案：做功 内能 10 208、（2015准格尔旗校级模拟）一台单缸四冲程的汽油机工作过程中，将机械能转化为内能的是 冲程，此汽油机飞轮的转速时1200r/min，则汽油机每分钟做功 次。答案：压缩 6009、（2015上甘岭区校级模拟）某四冲程汽油机的转速是1200R/min，那么1s里，该汽油机的冲程数 ，做功次数是 。答案：40 1010、（2015中山模拟）汽油机是热机的一种如图是四冲程汽油机工作状态示意图，如图可以看出，此时它正处在 冲程某单缸四冲程汽油机在1s内完成了60个循环，则该汽油机工作时飞轮的转速为 R/min。常用水来冷却发动机，是因为水的 比较大。答案：做功 7200 比热容11、一台柴油机的转速为2400R/min，则在1s内柴油机对外做功的次数是 次。答案：2012、（2015内江）如图所示，是最新一款无人驾驶汽车原型图汽车自动驾驶时使用雷达传感器，以及激光测距器来了解周围的交通