热机 能量的转化和守恒定律

热机能量的转化和守恒定律，*i目标认知：，疝学习目标：，疝1、了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义，主要了解常见的热机一一内燃机工作过程及其在历史、现实生活中的应用实例；2、从能量转化的角度认识燃料的热值；3、知道能量守恒定律，并能用能量转化与守恒的观点分析物理现象；4、通过能量的转化和转移，进一步认识效率的概念。学习重点1雨1、四冲程汽油机的基本工作原理；2、能量守恒定律。学习难点必1、热机的工作原理；2、区别能量转移和转化。知识要点精析1、内能利用的两种情况：繇：加热、做功。2、热机:1前把内能转化为机械能的机器叫热机。热机常见种类有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。3、内燃机分为汽油机和柴油机两大类。，必内燃机一个工作循环由四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。其中，只有做功冲程实现内能向机械能的转化。要点诠释：能量转化的关系压缩冲程：机械能转化为内能；做功冲程：内能转化为机械能。一个工作循环中只有做功冲程对外做功，其余三个冲程是消耗机械能，即靠飞轮的惯性完成。4、燃料燃烧过程中，燃料储藏的化学能转化为内能。W5、燃料的热值以扇1kg的某种燃料完全燃烧放出的热量叫这种燃料的热值。单位是：J/kg要点诠释燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关：燃料的种类；燃料的质量；燃料是否充分燃烧。燃料完全燃烧放出热量的计算公式：Q放mq。其中m为燃料的质量，q为燃料的热值。6、热机效率：热机工作时，用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机效率。7、提高热机效率的途径：扇尽量减小各种热量损失；保持良好的润滑，尽量减小摩擦；尽可能使燃料充分燃烧等等。8、能量守恒定律的内容：扇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，而在转化或转移的过程中，能量的总和保持不变。注意：定律中能的转化，是指通过做功，能的形式发生了变化，一种形式的能转化为另一种形式的能。如钻木取火，就是通过克服摩擦做功，使机械能转化为内能。能的转移，是指同一种能从一个物体转移到另一个物体上，能的形式没有变化，如热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体。规律方法指导％i本部分主要题型是填空、选择和问答。物理研究方法有：比较法，例如在讲授能量的转化和转移时通过实例进行比较，从而让学生清楚其实质。经典例题透析，4类型1、热机"疝1、汽油机工作的时候，活塞在气缸里往复运动。活塞从气缸的一端运动到另一端叫做一个。四冲程汽油的工作过程是由、、、四个冲程组成。其中只有冲程是燃气对

外做功。完成一个工作循环曲轴要转周。邕分析：活塞在往复运动中从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程。四冲程汽油机的工作过程由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。其中只有做功冲程是燃气对活塞做功，其他三个冲程要靠飞轮的惯性来完成。完成一个工作循环曲轴要转两周。答案：冲程，吸气，压缩，做功，排气，做功，两举一反三：单缸四冲程内燃机工作时，依靠飞轮的惯性来完成的冲程有（）A、吸气、做功和排气冲程B、吸气、压缩和做功冲程C、压缩、做功和排气冲程D、吸气、压缩和排气冲程答案：D2、如图，表示做功冲程的示意图是（）2、如图，表示做功冲程的示意图是（）分析：内燃机的工作过程是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。在做功冲程里进气门、排气门关闭，高温高压燃气推动活塞向下运动，活塞又通过连杆使曲轴转动。由图来判断，（B）图中进气门、排气门关闭，活塞向下运动，应为做功冲程。答案：B举一反三：在四冲程汽油机的一个工作循环中，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：B总结升华：活塞在往复运动中从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程。四冲程汽油机的工作过程由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。其中只有做功冲程是燃气对活塞做功，其他三个冲程要靠飞轮的惯性来完成。类型2、燃料的热值和热机效率・妇3、焦炭燃烧值是3.0X10J/kg,最少燃烧多少克的焦炭才可获得6X103J的热量。Il£解析：焦炭的燃烧值是3.0X10J/kg，意思是完全燃烧1kg的焦炭，可获得3.0X107J的热量，也就是说燃烧1kg的焦碳可获得3.0X107J的热量。因此要得到6X103J的热m=—量最少需焦炭多少，可以将公式R=*变形为q燃后将数据带入即可。解：E=g:.m=—_6x103J-3.0乂10勺&=2xW~^g=0.2g答：最少需燃烧0.2g的焦炭。举一反三：1、有关热值的概念，下列说法中正确的是（）A、燃料完全燃烧时，它的热量最大B、没有燃烧的燃料，热值等于零C、燃料燃烧时放出的热量越多，热值越大D、燃料的热值与燃烧情况无关答案：D2、无烟煤的热值大于干木柴的热值，则A、烧无烟煤比烧干木柴产生的热量多B、要使它们放出同样多的热量，完全燃烧的无烟煤的质量小于完全燃烧的干木柴的质量C、烧无烟煤比烧干木柴产生的烟尘多D、煤比木柴含有的热量多答案：B总结升华：燃料燃烧放出的热量与以下因素有关；燃料的种类；燃料的质量；燃料是否充分燃烧。物质的燃烧值是物质的特性，不管该物质有没有发生燃烧，热值是不变的。C4、关于热机的效率，以下说法中正确的是[]S热机做的有用功越多，效率就一定越高。热机的功率大，效率就一定高。热机单位时间里耗费的燃料少，热机的效率就一定高以上说法都不对。解析：热机的效率是用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比。热机做的有用功多，但消耗的燃料完全燃烧所放出的能量没有确定。就无法比较热机效率的高低。热机的功率大，只表示单位时间内做的有用功多。在热机单位时间里所消耗燃料完全燃烧所放出的能量没有确定的情况下，也无法判断热机效率高低。热机单位时间里消耗的燃料少，在热机功率没有确定的情况下，无法确定单位时间里热机所做的有用功的多少。因而无法判断热机的效率高低。答案：D。举一反三在热机里，用来做有功的那部分的能量跟的能量之比叫做热机的效率。热机的效率总是小于。答案：燃料完全燃烧放出，1总结升华：在热机利用燃料燃烧来做功时，燃料燃烧放出的能量，并不能全部用来做有用功，相当一部分能量散失了。用来做有用功那部分能量和燃烧完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。热机的效率总是小于1。5、一辆汽车的发动机输出功率为66.15kW，每小时耗(柴)油14kg，请计算发动机的效率(柴油的燃烧值为4.3X107J/kg)o顽解析：计算发动机的热效率可根据热机效率的定义，先求出发动机做的有用功和消耗的燃料完全燃烧放出的能量。然后再求效率。

答案：发动机每小时做的功:W=Pt=66150WX3600s=2.38X108j,完全燃烧14kg柴油放出的能量:Q总二4.3X107J/kgX14kg=6.02X108J,做有用功的能量Q/W=2.38X108J,・=牛=茶况叩豚=3,,Q百6.02X1081发动机的效率是39.5%。举一反三:关于热机的效率，以下说法中正确的是[]热机做的有用功越多，效率就一定越高。热机的功率大，效率就一定高。热机单位时间里耗费的燃料少，热机的效率就一定高A.B.C.D.以上说法都不对。发动机的效率是39.5%。举一反三:关于热机的效率，以下说法中正确的是[]热机做的有用功越多，效率就一定越高。热机的功率大，效率就一定高。热机单位时间里耗费的燃料少，热机的效率就一定高A.B.C.D.以上说法都不对。答案：D总结升华:热机效率公式:,效率的大小与有用功占燃料燃烧释放的总总结升华:热机效率公式:,效率的大小与有用功占燃料燃烧释放的总热量的比值。6、某瓶煤油的燃烧值是4.6X106、某瓶煤油的燃烧值是4.6X107焦/千克，它的物理意义是。如果将瓶中的煤油倒去一半，剩下煤油的燃烧值为解析：煤油的燃烧值是4.6X107焦/千克，它的物理意义是1千克煤油完全燃烧能放出4.6X107焦的热量。燃烧值是反映燃料燃烧时放热本领的物理量。煤油不会因为倒去一半而改变字它的燃烧值。答案：此题应填1千克煤油完全燃烧能放出4.6X107焦的热量，4.6X107焦/千克。若A的功率较大，A的效率也较高，使A、B完成相等的举一反三：若A的功率较大，A的效率也较高，使A、B完成相等的用的时间较短A汽油机消耗的汽油较少，用的时间较短用的时间较短B汽油机消耗的汽油较少，用的时间较短A、B二汽油机消耗的汽油一样多，用的时间一样长无法确定解析：A、B二汽油机完成的有用功相同的情况下，因A汽油机效率较高则必然消耗较少的汽油，又因它功率较大做功所用的时间比较短。答案：A类型3、能量守恒定律，必◎7、指出下列现象中能量的转化或转移情况:函植物的光合作用；雨天时发生雷电；人在跑步时，身体发热出汗；手摇发电机发电使灯泡发光；风吹动帆船前进。解析：物体间发生能量转移时，能量的形式不变；而发生能量的转化时，能的形式要发生改变，在确定能量转化的方向时，可从消耗什么能，得到什么能进行比较来确定。答案：植物利用太阳光进行化学合成，是光能转化为化学能。雷电是把电能变为声能和光能。人跑步时身体发热，是身体剧烈运动时，加速人体内新陈代谢的生理机能，把人体内储存的化学能转化为内能。手摇发电机发电使灯泡发光，是机械能转化为电能，电能又转化为内能、光能。空气的流动形成风，具有机械能，帆船前进具有的仍是机械能，这里没有能量的转化而只是能量的转移。举一反三2011赤峰市)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。解析：现阶段，人类所用能量，大部分来源于煤和石油等燃料燃烧；汽车在行驶时，油料中的化学能只有一部分转化成有用的机械能，汽油机的效率较大约低20%至30%，柴油机的效率较高大约30%至45%。答案：D成果测评函基础达标1扇一、填空1、热机是把能转化为能的机器。2、汽油机工作时，活塞在气缸内做往复运动，活塞从气缸的，叫一个冲程.汽油机工作时分四个冲程，依次是3、热机在工作过程中，压缩冲程将能转化为能；做功冲程将能转化为能。4、1kg某种燃料出的热量叫做这种燃料的热值，热值的单位是，符号是，干木柴的热值是1.2X107，它表示1kg干木柴。5、在热机里，用来做的那部分能量与燃料放出的热量叫做热机的效率。6、在一定条件下，各种形式的能都可，摩擦生热，能转化为能；电动机带动水泵把水送到高处，能转化为能；植物吸收太阳光进行光合作用，能转化为能;燃料燃烧时发光发热，化学能转化为。7、能量既不会，也不会，它只会从一种形为其他形式，或者从一个物体到另一个物体，而在和过程中，能量的保持不变，这就是。8、指出下列现象中改变物体内能的方式(1)雪在阳光下熔化；(2)弯折铁丝，铁丝发热；(3)一杯水慢慢变凉。二、选择9、下列哪种情况下比热容会变化()A、一杯水倒去一部分B、水凝结成冰C、一块铁加工成铁屑D、15°C的水烧开

10、在下列过程中，由于做功而使物体内能增加的是（）A、把铁丝反复弯曲，弯曲处变热B、用酒精灯对烧杯中的水加热命山竽在炉膛内烤熟D、烧开水时蒸气将壶盖顶起三、计算11、（2011年福州市）福州首辆油电混合动力公交车于今年3月28日正式上路，这种公交车比普通公交车节能30%以上，百公里仅消耗柴油26kg，这些柴油完全燃烧放出的热量是多少？（柴油的热值q=3.3X107j/kg）12、完全燃烧1kg焦炭放出的热量，如果全部被水吸收，可以把多少千克20r的水加热到100°C?（焦炭的热值是3X107J/kg）基础达标答案与解析1扇1、内机械2、一端运动到另一端的过程3、机械内内机械1、内机械2、一端运动到另一端的过程3、机械内内机械4、完全燃烧焦每千克J/kgJ/kg5、有用功完全燃烧之比6、相互转化机械内电机械7、凭空消灭凭空产生转化转移8、（1）热传递（2）做功吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程完全燃烧放出的热量是1.2X107焦光化学内转化转移总量能量守恒定律（3）热传递9、B10、A11、解析：燃料燃烧释放的热量等于燃料的热值乘以燃料的质量答案：Q=3.3X107j/kgX26kg=8.58X108J12、解析：燃料燃烧释放的热量等于水吸收的热量Q=3X107j/kgX1kg=3X107J_g_由Q=cmAt得心云=4.E0W垃答：可以把89千克20C的水加热到100C。能力提高与综合测试，必一、填空题1、在没有热传递情况下对物体做功，物体的内能会，物体对别的物体做功时，本身的内能会一，因此我们可以用功来量度内能的2、水烧开后，将壶盖顶起来，这是因为水蒸气膨胀对壶盖的结果，这时水蒸气的.会减少，温度会..能。，水蒸气的有自转化为壶盖的1、在没有热传递情况下对物体做功，物体的内能会，物体对别的物体做功时，本身的内能会一，因此我们可以用功来量度内能的2、水烧开后，将壶盖顶起来，这是因为水蒸气膨胀对壶盖的结果，这时水蒸气的.会减少，温度会..能。，水蒸气的有自转化为壶盖的3、两块冰摩擦，会熔化成水，这是4、冬天，人们为了使手热起来，把两手掌合起来反复搓，这是利用了热的道理，在这个过程中，转化为.能匕。热的道理，在这个过程中，转化为.能匕。5、给自行车轮胎打气，气筒壁会发热，这是对筒内的空气，使空气的增加，温度升高的缘故，同时，又是活塞克服与筒壁间的摩擦而做功，机械能转化为内能，使筒壁的内能增加，温度升高的缘故，是.能。能转化为6、汽车刹车时，车轮停止转动，在地面上摩擦，轮胎表面温度急剧升高产生冒烟现象，并在地面上留下黑色痕迹，这个过程中发生了能转化为7、四冲程汽油机的活塞向上运动，是第7中程；进、排气都关闭的是第中程；火花塞点火是在第―R/s中程，若在1min内火花塞点火1800次，则此汽油机的转速是一8、如图所示的柴油机的两个中程，其中甲是作；5、给自行车轮胎打气，气筒壁会发热，这是对筒内的空气，使空气的增加，温度升高的缘故，同时，又是活塞克服与筒壁间的摩擦而做功，机械能转化为内能，使筒壁的内能增加，温度升高的缘故，是.能。能转化为6、汽车刹车时，车轮停止转动，在地面上摩擦，轮胎表面温度急剧升高产生冒烟现象，并在地面上留下黑色痕迹，这个过程中发生了能转化为7、四冲程汽油机的活塞向上运动，是第7中程；进、排气都关闭的是第中程；火花塞点火是在第―R/s中程，若在1min内火花塞点火1800次，则此汽油机的转速是一8、如图所示的柴油机的两个中程，其中甲是作；中程，靠.来工乙是中程，靠.来工作。二、选择题9、在以下物理过程中，属于机械能转化为内能的是（），属于内能转化为机械能的是（）B、用锯锯木头，锯条发热；D、子弹从枪膛射出；F、冬天用手搓脸，脸感觉到热B、用锯锯木头，锯条发热；D、子弹从枪膛射出；F、冬天用手搓脸，脸感觉到热C、人造成卫星落入大气层被烧毁;E、烧开水时，壶盖被顶起来；10、下面各事例中物体内能转化为机械能的是（）A、物体从高处下落，速度越来越快B、没有装满开水的开水瓶，瓶塞被冲起C、电动机通电后高速运转D、人造卫星从近地点向远地点运行时，速度越来越小11、（2011广安）下列说法中错误的是（）A、水沸腾后继续加热，水的温度会升高B、能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生C、热机的做功冲程是将内能转化为机械能D、扩散现象说明：一切物质的分子都在不停地做无规则运动12、一小孩子从一滑梯上匀速滑下来，其臀部有灼热感觉，这一过程中，小孩的（）A、动能增大，势能减小，机械能不变B、动能不变，势能不变，机械能不变C、动能增大，势能减少，机械能不变，内能增大D、动能不变，势能减少，机械能减小，内能增大13、宇宙飞船在穿过大气层，加速上升的过程中（）A、机械能增加，内能减少B、机械能增加，内能增加C、机械能增加，内能不变D、机械能增加量与内能减少量相等14、一台汽油机，活塞的面积是50cm2活塞行程为25cm，做功冲程中燃气产生的平均压强为784吊1。5Rj，那么该汽油机在一个工作循环中对外做功是（）A、19.6JB、980JC、78.4JD、7840J15、四冲程柴油机工作时，依靠飞轮惯性使活塞向上运动完成的冲程是（）

A、吸气和排气冲程C、做功和排气冲程A、吸气和排气冲程C、做功和排气冲程B、压缩和做功冲程D、压缩和排气冲程16、下列装置中可以减少烟尘排放量的是,既可以提高燃料的利用率，又可以减轻大气污染的是。A、改用气体燃料B、用煤炉C、加装消烟除尘装置D、采用集中供热17、关于热值的定义，下列说法中正确的是（）A、是某种燃料完全燃烧放出的热量B、是1kg某种燃料燃烧时放出的热量C、是1kg某种燃料完全燃烧时放出的热量D、是某种燃料燃烧放出的热量18、现代火箭中用液态氢气作燃料，是因为它具有（）A、较小的密度B、较小的比热容C、较低的沸点D、较大的热值19、柴油机的飞轮转速是1800转/分，则每秒钟柴油机的工作循环是（）A、5次B、10次C、15次D、20次三、解答题20、目前城市里减少大气污染的主要措施是什么？四、计算：下面是小敏在题为《能源的利用》的探究性学习中收集到的有关太阳能的资料：太阳能是人类最基本的能源，它无污染、免费、还可再生，这种能源的使用期和太阳本身的寿命一样长。当太阳光照射地面时，1平方米地面上在1秒内平均得到的太阳能约为1.0X103J,太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，目前已经逐渐出现在我们的生活中,恰好，小敏同学家最近想买一台太阳能热水器，在参考了以上资料后，她又在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告：容积100L集热管的采光面积（S）1.5m2效率40%使用年限15年（1）小敏家每天大约需要100kg热水，用这种热水器将这些水从25摄氏度加热到45摄氏度需要多少时间？（2）对比效率为80%的电热水器，小敏家每天可节约多少电能？Ii£j1、增加，减小，变化2、做功，内能，降低，内能，机械能3、机械能转化为内能4、摩擦，机械能、内能5、做功，内能，机械能，内能6、机械能，内能7、2和4，2和3，3，服8、做功，燃气做功，吸气，飞轮惯性9、BCF，DE（A是电能转化为内能；B用锯锯木头，锯条发热，消耗了机械能转化为锯条内能；C人造卫星落