人教版九年級(jí)第14章內(nèi)能的應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)全面總結(jié)

1、14內(nèi)能的應(yīng)用14.1熱機(jī)知識(shí)點(diǎn)1、熱機(jī)定義：利用內(nèi)能做功的機(jī)械。熱機(jī)的種類很多，例如蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等。盡管它們的構(gòu)造不同，但它們有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。知識(shí)點(diǎn)2、內(nèi)燃機(jī)燃料直接在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動(dòng)力的熱機(jī)，叫做內(nèi)燃機(jī)。最常見(jiàn)的內(nèi)燃機(jī)是四沖程的汽油機(jī)和四沖程的柴油機(jī)。1汽油機(jī)汽油機(jī)是利用汽油在氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的高溫高壓的燃?xì)鈦?lái)推動(dòng)活塞做功的熱機(jī)。構(gòu)造：如下圖工作工程：汽油機(jī)在工作時(shí)，活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞從氣缸的一端運(yùn)動(dòng)到另一端的過(guò)程，叫做一個(gè)沖程。汽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)有四個(gè)沖程組成，分別是吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。汽油機(jī)是通過(guò)四個(gè)沖程

2、的不斷循環(huán)來(lái)保證連續(xù)工作，其工作過(guò)程如下表：次序1234沖程名稱吸氣沖程壓縮沖程做功沖程排氣沖程工作示意圖進(jìn)氣門開(kāi)閉情況翻開(kāi)關(guān)閉關(guān)閉關(guān)閉排氣門開(kāi)閉情況關(guān)閉關(guān)閉關(guān)閉翻開(kāi)活塞運(yùn)動(dòng)方向向下向上向下向上沖程的作用吸入汽油和空氣的混合物壓縮汽油和空氣的混合物，使其內(nèi)能增加、溫度升高壓縮沖程結(jié)束時(shí)，火花塞產(chǎn)生電火花，使燃料猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體，高溫高壓氣體推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)外做功排出廢氣能的轉(zhuǎn)化無(wú)能量轉(zhuǎn)化機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能無(wú)能量轉(zhuǎn)化點(diǎn)撥：汽油機(jī)在開(kāi)始工作時(shí)，要靠外力先使曲軸、連桿轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，由曲軸通過(guò)連桿帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)以后，汽油機(jī)才能連續(xù)工作。在汽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)中，活塞

3、往復(fù)運(yùn)動(dòng)兩次，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，對(duì)外做功一次。在四個(gè)沖程中，只有做功沖程是燃?xì)鈱?duì)外做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，其他三個(gè)沖程是靠飛輪的慣性來(lái)完成的，故飛輪的質(zhì)量要足夠大?？筛鶕?jù)汽油機(jī)活塞的運(yùn)動(dòng)方向和進(jìn)氣門與排氣門的開(kāi)、閉情況來(lái)判斷是什么沖程。可用口訣來(lái)記憶：一門翻開(kāi)，上排下吸氣；兩門關(guān)閉，上壓下做功。其中“上“下是指活塞向上運(yùn)動(dòng)或向下運(yùn)動(dòng)。2柴油機(jī)工作原理：利用柴油在氣缸內(nèi)燃燒所產(chǎn)生的高溫高壓的燃?xì)鈦?lái)推動(dòng)活塞做功。主要工造：與汽油機(jī)大致相同，所不同的是柴油機(jī)汽缸頂部無(wú)火花塞而有噴油嘴。工作過(guò)程：與汽油機(jī)大致相同，也是吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程構(gòu)成一個(gè)工作循環(huán)，在一個(gè)工作循環(huán)中，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，對(duì)外做

4、功一次。柴油機(jī)與汽油機(jī)的異同比擬柴油機(jī)汽油機(jī)構(gòu)造燃料柴油汽油一個(gè)工作循環(huán)吸氣沖程只吸入空氣吸入汽油和空氣的混合物壓縮沖程壓縮程度較大機(jī)械能內(nèi)能壓縮程度較小機(jī)械能內(nèi)能做功沖程壓燃式柴油遇到高溫高壓的熱空氣而燃燒內(nèi)能機(jī)械能點(diǎn)燃式火花塞點(diǎn)火內(nèi)能機(jī)械能排氣沖程排出廢氣排出廢氣主要特點(diǎn)笨重、效率較高輕巧、效率較低適用范圍載重汽車、火車等小汽車等相同點(diǎn)都是燃料在氣缸中燃燒；汽油機(jī)的火花塞與柴油機(jī)的噴油嘴的工作時(shí)刻都是壓縮沖程結(jié)束時(shí)；都是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程構(gòu)成一個(gè)工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，對(duì)外做功一次；排氣沖程排出廢氣的過(guò)程相同；啟動(dòng)時(shí)都是靠外力先使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。點(diǎn)撥：內(nèi)燃機(jī)只有在第三個(gè)沖程做功

5、沖程才能使機(jī)械獲得動(dòng)力，所以啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，要靠外力人力或電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力先使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，由曲軸通過(guò)連桿帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，消耗機(jī)械能來(lái)幫助內(nèi)燃機(jī)完成吸氣、壓縮兩個(gè)沖程。在做功過(guò)程中燃?xì)鈱?duì)活塞做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并有一局部機(jī)械能通過(guò)飛輪儲(chǔ)存起來(lái)，然后依靠飛輪的慣性來(lái)帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，完成排氣沖程及下一個(gè)工作循環(huán)的吸氣和壓縮沖程，周而復(fù)始，內(nèi)燃機(jī)就連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)下去了。易誤易混警示：易誤點(diǎn)：內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)的理解關(guān)于四沖程汽油機(jī)柴油機(jī)一個(gè)工作循環(huán)有幾個(gè)沖程，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)幾次，曲軸轉(zhuǎn)幾周，對(duì)外做功幾次是本節(jié)的易誤點(diǎn)。四沖程汽油機(jī)柴油機(jī)一個(gè)工作循環(huán)完成四個(gè)沖程，對(duì)外做功一次，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)兩次。如某汽油機(jī)

6、的轉(zhuǎn)速為1800r/min，那么曲軸每秒轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)，完成15個(gè)工作循環(huán)，對(duì)外做功15次，共完成60個(gè)沖程。此規(guī)律可巧記為：吸、壓、做、排四沖程，一個(gè)循環(huán)一次功，曲軸剛好轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)，活塞往復(fù)兩次行。14.2熱機(jī)的效率知識(shí)點(diǎn)1、燃料的熱值1燃料燃料的種類：燃料的種類很多，固體燃料有木柴、煤等，液體燃料有汽油、酒精等，氣體燃料有煤氣、天然氣等。燃料燃燒時(shí)能的轉(zhuǎn)化：燃料的燃燒是一種化學(xué)變化，在燃燒過(guò)程中，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，也就是常說(shuō)的釋放能量。2燃料的熱值在物理學(xué)中就用燃料的熱值來(lái)表示燃料在完全燃燒時(shí)放熱本領(lǐng)的大小。定義：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。符號(hào)：q單位：焦每千

7、克，符號(hào)J/kg。熱值的物理意義：熱值在數(shù)值上等于1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量。如木炭的熱值為3.4×107J/kg，他表示1kg的木炭完全燃燒時(shí)所放出的熱量是3.4×107J。同種燃料的熱值相同，不同種燃料的熱值一般不同。燃料燃燒放出熱量的計(jì)算：如果用m表示燃料的質(zhì)量，用q表示該種燃料的熱值，用Q放表示燃料完全燃燒時(shí)所放出的熱量，那么Q放=mq。其中：m的單位是kg，q的單位是J/kg，Q放的單位是J。注意：1只有燃料燃燒釋放熱，才能用Q放=mq進(jìn)行計(jì)算，不要與物體溫度降低時(shí)的放熱公式Q放=cm(t-t0)混淆。2計(jì)算時(shí)要明確燃料的種類、是否完全燃燒等關(guān)鍵詞。由燃料燃

8、燒放出的熱量的計(jì)算公式Q放=mq變形可得到，注意公式中每個(gè)物理量都有其特殊的物理意義，而不是純粹的數(shù)學(xué)關(guān)系，不能錯(cuò)誤的認(rèn)為q與Q放成正比、與m成反比。3四點(diǎn)透析燃料的熱值“某種燃料說(shuō)明熱值與燃料的種類有關(guān)。每種燃料都有明確的熱值，不同燃料的熱值一般不同由此可見(jiàn)，熱值反映了燃料燃燒的某種性質(zhì)。熱值大，反映相同質(zhì)量的這種燃料完全燃燒時(shí)放出的熱量多，或者說(shuō)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能多。“完全燃燒的含義是燒完、燒盡。1kg的某種燃料，只有在完全燃燒時(shí)放出熱量的大小才在數(shù)值上等于這種燃料的熱值。如果沒(méi)有完全燃燒，放出的熱量比按熱值計(jì)算出的熱量要小。熱值是燃料本身的一種性質(zhì)，它只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的形態(tài)、

9、質(zhì)量、體積、是否完全燃燒、放出熱量多少均沒(méi)有關(guān)系。對(duì)于氣體而言，熱值的單位還常用“焦每立方米，符號(hào)是J/m3。假設(shè)氣體燃燒單位是J/m3，那么計(jì)算燃料完全燃燒時(shí)放出的熱量用Q放=Vq。其中V的單位是m3，q的單位是J/m3，Q放的單位是J。知識(shí)點(diǎn)2、熱機(jī)的效率2內(nèi)燃機(jī)燃料燃燒能量走向示意圖燃料未能完全燃燒。由于燃料的優(yōu)劣、內(nèi)燃機(jī)氣缸與活塞的密封程度等原因，熱機(jī)不可能使燃料完全燃燒，燃料的化學(xué)能不能全部被釋放。廢氣帶走很大一局部能量四沖程內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)中，排氣沖程排出氣缸中的廢氣，但此時(shí)廢氣的溫度仍很高，內(nèi)能較多。一局部熱量消耗在散熱上。熱機(jī)大局部部件是由金屬制成的，金屬是熱的良導(dǎo)體，將燃

10、料燃燒所釋放的局部熱量傳遞給機(jī)體及空氣，所以散熱也是能量損失的一個(gè)方面?？朔Σ料囊痪植磕芰?。活塞和曲軸在運(yùn)動(dòng)時(shí)要克服摩擦做功，這局部能量也要靠燃料燃燒的內(nèi)能來(lái)提供。對(duì)外做的有用功。3熱機(jī)的效率定義：用來(lái)做有用功的那局部能量，與燃料完全燃燒放出的能量之比。公式：，Q有用是用來(lái)做有用功的能量，Q總是燃料完全燃燒放出的能量。4熱機(jī)效率總小于1的原因由于熱機(jī)在工作過(guò)程中，總有能量損失，即Q有用總小于Q總，所以熱機(jī)的效率總小于1。通常情況下，蒸汽機(jī)的效率為6%-15%，汽油機(jī)的效率為20%-30%，柴油機(jī)的效率為30%-45%。5提高熱機(jī)效率的主要途徑使燃料充分燃燒；盡量減少熱機(jī)部件間的摩擦；在熱機(jī)

11、的設(shè)計(jì)和制造商，采用先進(jìn)的技術(shù)；使用時(shí)，注意保養(yǎng)，保證良好的潤(rùn)滑，合理調(diào)理各零件之間的間隙，減少因克服摩擦阻力而額外消耗的功。6廢氣能量的利用在熱機(jī)的能量損失中，廢氣帶走的能量最多。設(shè)法利用廢氣的能量，是提高燃料利用率的重要措施。例如，熱電站就是人們利用蒸汽輪機(jī)排出的廢氣來(lái)供熱的，這種既供電又供熱的熱電站可以大大提高燃料的利用率。易誤易混警示易誤點(diǎn)：熱值概念的理解易誤點(diǎn)辨析：熱值是燃料本身的一種性質(zhì)，熱值的大小與燃料的種類有關(guān)，每種燃料都有確定的熱值，不同的燃料一般由不同的熱值。所以，燃料的熱值只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積、是否完全燃燒均沒(méi)有關(guān)系。14.3能量的轉(zhuǎn)化與守恒知識(shí)點(diǎn)

12、1、能量的轉(zhuǎn)化1能量的形式多種多樣自然界中存在著各種形式的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，如機(jī)械運(yùn)動(dòng)、分子熱運(yùn)動(dòng)等，每一種運(yùn)動(dòng)都有一種能量跟它對(duì)應(yīng)，因此能量的形式有很多種。跟機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的是機(jī)械能，跟分子熱運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的是內(nèi)能。此外，其他形式的能還有電能、光能、化學(xué)能、核能等。2能量的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象能量轉(zhuǎn)化摩擦生熱機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能水電站里水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵把水送到高處電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能植物吸收太陽(yáng)光進(jìn)行光合作用光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能燃料燃燒時(shí)發(fā)熱化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能火力發(fā)電站化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能太陽(yáng)能電池光能轉(zhuǎn)化為電能蓄電池充電電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能太陽(yáng)能熱水器光能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能規(guī)律總結(jié)：自然界中各種形式的能，在一定條

13、件下都可以相互轉(zhuǎn)化。3能量的轉(zhuǎn)移能量可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，也可以從物體的一局部轉(zhuǎn)移到另一局部。在熱傳遞過(guò)程中，內(nèi)能從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體或從物體的高溫局部轉(zhuǎn)移到低溫局部，這屬于能量的轉(zhuǎn)移。4正確理解能量的“轉(zhuǎn)化和“轉(zhuǎn)移能量的轉(zhuǎn)化：能量的轉(zhuǎn)化是伴隨著物體做功而表現(xiàn)出來(lái)的，能的形式發(fā)生了改變。如：打鐵時(shí)，鐵塊溫度升高，內(nèi)能增加，是通過(guò)做功打鐵的方式使機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能。再如：電爐發(fā)熱，是電流做功時(shí)使電能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能。一種形式的能增加了，肯定有其他形式的能減少了。能量的轉(zhuǎn)移：能量的轉(zhuǎn)移指同一種能量從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或從物體的一局部轉(zhuǎn)移到另一局部，能量的形式并沒(méi)有發(fā)生變化。如：熱

14、傳遞時(shí)內(nèi)能從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體。再如：流水推動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，水的機(jī)械能轉(zhuǎn)移到了水輪機(jī)上。規(guī)律總結(jié)：判斷是能量轉(zhuǎn)移還是能量轉(zhuǎn)化的方法：明確某一過(guò)程前后能量的存在形式是否發(fā)生變化，假設(shè)能量的存在形式發(fā)生變化，那么為能量的轉(zhuǎn)化，假設(shè)能量的存在形式?jīng)]有發(fā)生變化，那么為能量的轉(zhuǎn)移。知識(shí)點(diǎn)2、能量守恒定律1能量守恒定律能量守恒定律：能量既不會(huì)憑空消滅，也不會(huì)憑空產(chǎn)生，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其它物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變。這就是能量守恒定律。能量守恒的普遍性：能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的根本定律之一。能量守恒定律是我們認(rèn)識(shí)自然地重要依據(jù)，它可以使

15、我們進(jìn)一步了解自然界各種現(xiàn)象之間的聯(lián)系。下面我們來(lái)看看太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化。太陽(yáng)光照射到地面上，把地面、空氣、水面曬熱，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為土壤、空氣、水的內(nèi)能。變熱的空氣上升，使空氣流動(dòng)而形成風(fēng)，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成空氣的機(jī)械能，水面被曬熱，蒸發(fā)出的水蒸氣上升到空中形成云，又以雨、雪等形式落下來(lái)，通過(guò)江河流入海洋，太陽(yáng)能又轉(zhuǎn)化成水的機(jī)械能。太陽(yáng)能的一局部被植物的葉子吸收，發(fā)生光合作用，生成各種有機(jī)物，太陽(yáng)能又轉(zhuǎn)化成植物的化學(xué)能。植物作為食物被動(dòng)物吃掉，植物的化學(xué)能又轉(zhuǎn)化為動(dòng)物的化學(xué)能。人以動(dòng)、植物為食物，從中獲得了維持生命活動(dòng)的能量。千百萬(wàn)年前的植物、動(dòng)物在地質(zhì)變遷中轉(zhuǎn)化成了煤、石油及天然氣，成為我們現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中的主要能源。在水力發(fā)電站和火力發(fā)電站里，水的機(jī)械能及煤、石油和天然氣的化學(xué)能又轉(zhuǎn)化為電能。在工廠、街道和家庭中，電能又通過(guò)各種用電器轉(zhuǎn)化成機(jī)械能、內(nèi)能、光能等。2機(jī)械能守恒與能量守恒的區(qū)別機(jī)械能的守恒是有條件的沒(méi)有能量損失或額外的能量補(bǔ)充。因?yàn)闄C(jī)械能守恒是指一個(gè)物體如果只存在著動(dòng)能和勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化時(shí)，機(jī)械能的總量將保持不變。如果除此之外還存在能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程，那么說(shuō)明有機(jī)械能與其他形式的能之間的轉(zhuǎn)化，機(jī)械能的總量發(fā)生改變，機(jī)械能不在守恒。例如：克服摩擦做功，機(jī)械能的總量將減少，損失的機(jī)械能將轉(zhuǎn)化為其他形式的能。