機械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化

1、機械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1 了解內(nèi)能的利用在人類社會發(fā)展史上的重要意義，知道常見的熱機一一內(nèi)燃機工作過程及其在歷史、現(xiàn)實生活中的應(yīng)用實例；2 從能量轉(zhuǎn)化的角度認(rèn)識燃料的熱值；3 通過能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，進一步認(rèn)識效率的概念?！疽c梳理】要點一、物體內(nèi)能的改變通過做功可以改變物體的內(nèi)能。要點詮釋：對物體做功，物體內(nèi)能增加；物體對外做功，自身內(nèi)能減少，用做功的方法改變物體內(nèi)能的過程， 實質(zhì)上是內(nèi)能與其他形式的能量之間相互轉(zhuǎn)化過程。要點二、熱機利用燃料燃燒釋放出能量做功的機械，叫做熱機。常見的熱機有：蒸汽機、內(nèi)燃機、汽輪機、噴氣發(fā)動機等。要點詮釋：(1)內(nèi)能利用的兩種方式：加熱、做功。(2

2、)內(nèi)燃機及其工作原理： 內(nèi)燃機：燃料直接在發(fā)動機汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動力的熱機，叫做內(nèi)燃機。內(nèi)燃機分為汽油機和柴油 札它們分別用汽油和柴油作為燃料。 內(nèi)燃機的工作原理：汽油或柴油在氣缸里燃燒時生成高溫高壓的燃?xì)?，用來推動活塞做功。活塞通過連桿使內(nèi)燃機的飛輪轉(zhuǎn)動，從而帶動其他機械轉(zhuǎn)動。(3)汽油機和柴油機的異同點：不同點相同點項目汽油機柴油機(1) 構(gòu)造基本相同 都是燃料在氣缸內(nèi) 燃燒，都是內(nèi)燃機。(2) 都將內(nèi)能轉(zhuǎn)化 為機械能。(3) 每一個工作循 環(huán)都是由吸氣、壓 縮、做功、排氣四 個沖程組成。構(gòu)造氣缸頂部有火花塞氣缸頂部有噴油嘴點火方式壓縮沖程末由火花塞放出電火 花點燃，稱點燃式壓縮沖程末由噴油

3、嘴向氣缸內(nèi)噴 霧狀柴油遇到高溫高壓的空氣自 動燃燒，稱壓燃式燃料汽油、吸氣沖程吸進汽油和空氣 混合物柴油、吸氣沖程吸進氣缸的只是空 氣壓縮比玉縮沖程末氣體體積被壓縮為 吸進體積的1/9至1/6壓縮沖程末氣體體積被壓縮為吸 進體積的1 /22至1/16做功做功沖程初燃?xì)鈮簭姙?0至50個大氣壓，溫度2019 C至 2500 C ,高溫高壓的氣體推動活 塞做功做功沖程初燃?xì)鈮簭姙?50至100 個大氣壓，溫度1700C至2019C , 高溫高壓的氣體推動活塞做功效率效率較低20%至30%效率較高30%至45%用途輕便，多用于汽車、飛機、小型 農(nóng)機具笨重，多用于拖拉機、載重汽車、 輪船等重型機械汽油

4、機柴油機要點三、熱值我們把某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質(zhì)量之比，叫做這種燃料的熱值。單位是：J/kg。要點詮釋：(1) 燃料燃燒放出的熱量與哪些因素有關(guān)： 燃料的種類； 燃料的質(zhì)量； 燃料是否充分燃燒。(2) 燃料完全燃燒放出熱量的計算公式：Q放=mq。其中m為燃料的質(zhì)量，q為燃料的熱值。 要點四、熱機的效率熱機工作時，用來做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的熱量之比，叫做熱機的效率。 要點詮釋：(1)熱機的效率是熱機性能的一個重要指標(biāo)，熱機的效率越高，它的機械性能就越好。(2 )提高熱機效率的途徑： 在設(shè)計和制造上，要不斷改進和革新，以減少各種能量損失，提高效率。 在使用上，要正確使用，注意

5、保養(yǎng)。 充分利用廢氣帶走的能量?！镜湫屠}】類型一、熱機柴油機工作一個循環(huán)需四個沖程，其中由機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的是(A 吸氣沖程B.壓縮沖程C.做功沖程D 排氣沖程【思路點撥】內(nèi)燃機的四個沖程有吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程，將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的 是壓縮沖程，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的是做功沖程?！敬鸢浮緽【解析】在汽油機一個工作循環(huán)的四個沖程中，在壓縮沖程中，壓縮燃料的混合物做功，將機械能轉(zhuǎn)化 為內(nèi)能，溫度升高、內(nèi)能增加；在做功沖程中，高溫高壓的燃料被點燃燃燒形成高溫高壓的燃?xì)猓細(xì)?膨脹做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，故選 B?！究偨Y(jié)升華】本題主要考查對熱機一個工作循環(huán)中各沖程情況的了解以及工作

6、的實質(zhì)，并掌握涉及能量轉(zhuǎn)化的兩個沖程。15次工作循環(huán)，那么(A .內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速是 900R/minB .每分鐘對外做功 900次C.每分鐘對外做功1800次D .每分鐘對外做功 15次【答案】B【解析】內(nèi)燃機每個工作循環(huán)為四個沖程，曲軸轉(zhuǎn)動兩周，對外做功一次。內(nèi)燃機每秒完成15次工作循環(huán)，則每分鐘完成900次工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)動1800周，即內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速為1800R/min，對外做功900次?！究偨Y(jié)升華】此題考察內(nèi)燃機的工作原理，屬基礎(chǔ)題。舉一反三：【變式】單缸四沖程內(nèi)燃機工作時，依靠飛輪的慣性來完成的沖程有()A .吸氣、做功和排氣沖程B.吸氣、壓縮和做功沖程C.壓縮、做功和排氣沖程D .吸氣、

7、壓縮和排氣沖程【答案】D如圖，表示做功沖程的示意圖是(A B C D【答案】B【解析】內(nèi)燃機的工作過程是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程組成。在做功沖程里進氣門、排氣門關(guān)閉，高溫高壓燃?xì)馔苿踊钊蛳逻\動，活塞又通過連桿使曲軸轉(zhuǎn)動。由圖來判斷，B圖中進氣門、排氣門關(guān)閉，活塞向下運動，應(yīng)為做功沖程?！究偨Y(jié)升華】對內(nèi)燃機四個沖程的判斷，要結(jié)合氣門和活塞運動情況進行判斷。舉一反三：【變式】(多選)在四沖程柴油機的做功沖程中，汽缸內(nèi)氣體的()A 內(nèi)能減小B.質(zhì)量增大C.壓強減小D 溫度降低【答案】ACD類型二、燃料的熱值和熱機效率C4、某品牌太陽能熱水器的容積為100L,其裝滿水后在太陽的照射下水溫從2

8、0C的升高到40C,不計熱量的散失。(1 )求熱水器中的水吸收的熱量。水的比熱容c=4.2 XI03J/( kg?C)(2)要完全燃燒多少體積的煤氣可以產(chǎn)生相同的熱量？(煤氣的熱值q=4.0 xi07j/m3)【思路點撥】(1)知道水的體積，利用密度公式求水的質(zhì)量，又知道水的比熱容、水的初溫和末溫，利 用吸熱公式Q吸=cm t求水吸收的熱量；(2)若不計熱量的散失，即Q吸=Q放，利用Q放=Vq求需要完全燃燒的煤氣?！敬鸢概c解析】(1) 太陽能熱水器中的水質(zhì)量：m=p V=103kg/m3xi00 X10-3m3=100kg ,水吸收的熱量： Q 吸=cm (t-to) =4.2 M03J/ (

9、 kg?C) X100kg x( 40 C -20C) =8.4 氷06J；(2) 由于不計熱量的散失，則Q吸=Q放，由Q放=qV可得:廠二生=*4內(nèi)嚴(yán)0一2曲。q 4.0x10 J/m答：(1)熱水器中的水吸收的熱量是8.4 106J； (2)要完全燃燒0.21m3的煤氣可以產(chǎn)生相同的熱量?！究偨Y(jié)升華】 本題考查了學(xué)生對吸熱公式Q吸=cm t、燃料完全燃燒放熱公式Q放=Vq的掌握和運用，利用好不計熱量的散失時 Q放=Q吸是本題的關(guān)鍵。舉一反三：【變式】無煙煤的熱值大于干木柴的熱值，則()A .燒無煙煤比燒干木柴產(chǎn)生的熱量多B. 要使它們放出同樣多的熱量，完全燃燒的無煙煤的質(zhì)量小于完全燃燒的干木柴的質(zhì)量C. 燒無煙煤比燒干木柴產(chǎn)生的煙塵多D .煤比木柴含有的熱量多、一輛汽車的發(fā)動機輸出功率為【答案】B66.15kW，每小時耗柴油14kg，請計算發(fā)動機的效率。(柴油的燃燒值為4.3 07J/kg)【思路點撥】熱機的效率是指用來做有用功的能量與燃料完全燃燒產(chǎn)生的能量之比，則 熱機的數(shù)率伽完金燃燒產(chǎn)生怖能量【答案與解析】發(fā)動機每小時做的功 W=Pt=66150W 3600s=2.38 108J,完全燃燒14kg柴油放出的能量Q總=4.3 X07J/kg 14kg=6.02杓8J；做有用功的能量 Q a=W=2.38 X108J；發(fā)動機的效率是 39.5%。【總結(jié)升華】計算發(fā)動機的