《熱機(jī)》 省賽獲獎(jiǎng)

熱機(jī)一、內(nèi)燃機(jī)四個(gè)沖程的工作過(guò)程1.內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程是周而復(fù)始的循環(huán)過(guò)程，每完成一個(gè)循環(huán)（經(jīng)歷四個(gè)沖程），活塞往復(fù)兩次，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，對(duì)外做功一次.2.四個(gè)沖程工作過(guò)程分析，如下表：

判斷沖程的方法：進(jìn)氣門打開(kāi)的為吸氣沖程，排氣門打開(kāi)的為排氣沖程，火花塞點(diǎn)燃的為做功沖程?！镜淅?】（2010·煙臺(tái)中考）如圖所示是四沖程汽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)示意圖，其中屬于做功沖程的是()【解析】選C.做功沖程的特點(diǎn)：進(jìn)氣門、排氣門關(guān)閉，活塞向下運(yùn)動(dòng)，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。故選C.A是吸氣沖程，B是壓縮沖程，D是排氣沖程。二、熱機(jī)效率、熱值的有關(guān)計(jì)算1.熱值是反映燃料燃燒放熱本領(lǐng)的物理量，是燃料本身的一種特性，不同燃料的熱值一般不同，同種燃料的熱值是一個(gè)確定值，與燃料的質(zhì)量、體積、是否完全燃燒等無(wú)關(guān)。2.燃料一般不可能完全燃燒，所以1kg燃料燃燒時(shí)放出的熱量小于熱值的大小，但不能說(shuō)熱值減小了。3.熱機(jī)的效率是用來(lái)做有用功的那部分能量跟燃料完全燃燒放出的能量之比。熱機(jī)的效率是熱機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，表示能量的利用率。4.有關(guān)計(jì)算公式：(1)固體或液體燃料：(2)氣體燃料：(3)熱機(jī)效率：在燃料燃燒時(shí)，總會(huì)有能量損失，故熱機(jī)的效率總小于1?！镜淅?】（2010·天津中考改編）目前，“節(jié)能減排”已引起全球的關(guān)注。如何減少能耗，提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率越來(lái)越受到人們的重視，大多數(shù)家用汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)均為汽油機(jī)，它把汽油燃燒產(chǎn)生的內(nèi)能部分轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，再通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳給車輪使汽車行駛。（1)請(qǐng)你將圖中汽油機(jī)工作時(shí)的能流圖補(bǔ)充完整。

(2)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率是汽車的經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)之一。廠家提供的某汽車出廠的部分參數(shù)如下:①測(cè)試數(shù)據(jù)：汽車在平直公路上以v的速度勻速行駛時(shí)，通過(guò)s段的路程耗油量為V，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率為P；②使用燃料：93#汽油［熱值為q0(J/kg)、密度為ρ0(kg／m3)]。請(qǐng)用以上參數(shù)推算出在測(cè)試條件下，該汽車發(fā)動(dòng)機(jī)效率的表達(dá)式？【規(guī)范解答】（1）熱機(jī)是利用燃料的燃燒來(lái)做功的裝置。燃料在熱機(jī)中燃燒時(shí)，總有一小部分燃料不能完全燃燒而損失掉，但更主要的是熱機(jī)工作時(shí)，排氣沖程排出的廢氣帶走很大一部分能量，還有一部分能量損失在散熱上，另外由于熱機(jī)的各零部件之間有摩擦，需要克服摩擦做功而消耗一部分能量。因此，燃?xì)馔苿?dòng)活塞做有用功的能量只是燃料完全燃燒放出的能量中的一部分，而熱機(jī)的效率就是指用來(lái)做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量之比。(2)汽車在平直公路上行駛s段路程所做的有用功為汽車行駛s段路程，消耗汽油燃燒釋放的能量為

所以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率為答案：(1)克服摩擦耗能廢氣帶走熱量（2）【典例】關(guān)于燃料的熱值，下列說(shuō)法正確的是()A.某種燃料完全燃燒時(shí)放出的熱量B.1kg某種燃料完全燃燒時(shí)放出的熱量C.1kg某種燃料燃燒時(shí)放出的熱量D.燃料的熱值隨燃料的質(zhì)量的多少而改變【易錯(cuò)答案】A、C、D【糾錯(cuò)剖析】【正確答案】選B。由控制變量法可知，通過(guò)燃燒放出的熱量來(lái)比較熱值的大小，都必須在質(zhì)量相同而且完全燃燒的情況下進(jìn)行。1.（2010·上海中考）四沖程內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能的沖程是()A.吸氣沖程B.壓縮沖程C.做功沖程D.排氣沖程【解析】選B。內(nèi)燃機(jī)四個(gè)沖程中，有兩次做功過(guò)程，壓縮沖程活塞壓縮空氣做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，做功沖程燃?xì)馔苿?dòng)活塞做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。2.關(guān)于燃料的熱值正確的是()A.燃料的熱值與燃料的燃燒程度有關(guān)B.燃料的熱值與燃料的種類有關(guān)C.燃料的熱值與燃料的多少有關(guān)D.燃料的熱值與上面三個(gè)因素都有關(guān)【解析】選B。熱值是燃料的一種特性，它的大小只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的燃燒程度、質(zhì)量沒(méi)有關(guān)系。3.關(guān)于提高熱機(jī)效率的途徑，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()A.盡量使燃料充分燃燒B.盡量減小輸出功率C.盡量減小摩擦D.盡量減小熱量的損失【解析】選B。熱機(jī)工作過(guò)程中，由于存在各種能量損失，熱機(jī)效率總小于1，損失的主要途徑是：燃料燃燒不充分，廢氣帶走內(nèi)能，散熱損失部分內(nèi)能及克服摩擦做功的機(jī)械能損失。減少能量損失是提高熱機(jī)效率的直接方法，所以選項(xiàng)A、C、D是正確的。因?yàn)闊釞C(jī)的效率和熱機(jī)的功率是兩個(gè)不同的概念且無(wú)直接聯(lián)系，所以選項(xiàng)B是錯(cuò)誤的。4.（2010·湘潭中考）圖中是內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)中的一個(gè)沖程,它是()A.壓縮沖程,將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能B.壓縮沖程,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能C.做功沖程,將內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能D.做功沖程,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能【解析】選C。由圖可知，進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，活塞向下運(yùn)動(dòng)，所以是做功沖程。在做功沖程中，高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故C對(duì)。5.被譽(yù)為“中國(guó)第一座農(nóng)民城”的溫州龍港在2010年春節(jié)前用上了管道天然氣。天然氣與煤相比，從熱學(xué)角度分析，它突出的優(yōu)點(diǎn)是______；從環(huán)保角度分析它突出的優(yōu)點(diǎn)是_____。（天然氣、煤的熱值分別為1.14×108J/kg、3×107J/kg）【解析】q天然氣=1.14×108J/kg，q煤=3×107J/kg，從熱學(xué)角度分析，天然氣的優(yōu)點(diǎn)是熱值高，燃燒相同質(zhì)量放出的熱量多。從環(huán)保角度講，天然氣燃燒主要生成物是水，對(duì)環(huán)境污染小。答案：熱值高污染小6.（2010·巴中中考）有臺(tái)柴油機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中消耗了10g柴油(熱值3.3×107J/kg)，這些柴油完全燃燒產(chǎn)生的熱量是______J；若這臺(tái)柴油機(jī)的效率為40%，則一個(gè)工作循環(huán)中輸出的有用機(jī)械能為_(kāi)_____J?！窘馕觥縨=10g=0.01kg，Q放=mq=3.3×107J／kg×0.01kg=3.3×105J；據(jù)可得，W有用=Q放η=3.3×105J×40%=1.32×105J。答案：3.3×1051.32×105一、選擇題1.（2010·婁底中考）近幾年煤炭?jī)r(jià)格較高，少數(shù)不法商販將煤矸石、破碎石摻在優(yōu)質(zhì)煤中高價(jià)銷售，客戶為不上當(dāng)，最恰當(dāng)?shù)姆椒ㄊ菣z測(cè)煤的()A.溫度B.質(zhì)量C.熱值D.比熱容【解析】選C。溫度和質(zhì)量，不隨物質(zhì)種類的變化而變化，雖然比熱容和熱值都是物質(zhì)的特性，隨物質(zhì)種類的變化而變化，但煤是燃料，石頭不是燃料，當(dāng)摻入煤矸石、破碎石時(shí)，石頭不能燃燒，熱值變化較大，所以最恰當(dāng)?shù)姆椒ㄊ菣z測(cè)煤的熱值。2.我們知道：多數(shù)汽油機(jī)是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程的不斷循環(huán)來(lái)連續(xù)工作的。關(guān)于壓縮沖程的作用，下列說(shuō)法正確的是()A.將廢氣排出缸外B.完成對(duì)外做功C.吸進(jìn)汽油和空氣的混合物D.壓縮燃料和空氣的混合物【解析】選D。排氣沖程把廢氣排出缸外，A錯(cuò)；做功沖程完成對(duì)外做功，把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，B錯(cuò)；吸氣沖程吸進(jìn)汽油和空氣的混合物，C錯(cuò)；壓縮沖程壓縮燃料和空氣的混合物，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,D對(duì)。3.下面說(shuō)法不正確的是()A.燃料燃燒時(shí)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B.人類使用的能量絕大部分是從燃料的燃燒中獲得的C.1kg的某種燃料燃燒時(shí)放出的熱量叫做這種燃料的熱值D.提高燃料的利用率是節(jié)約能源的重要措施【解析】選C。1kg的某種燃料完全燃燒時(shí)放出的熱量叫做這種燃料的熱值，必須加上“完全”兩個(gè)字，故C錯(cuò)。4.(2010·廣州中考)如圖所示實(shí)驗(yàn)，試管口木塞沖出過(guò)程()A．試管口出現(xiàn)的白霧是水蒸氣B．試管口出現(xiàn)白霧說(shuō)明水蒸氣內(nèi)能增加C．能量轉(zhuǎn)化情況與內(nèi)燃機(jī)壓縮沖程相同D．水蒸氣對(duì)木塞做功，水蒸氣的內(nèi)能減少【解析】選D。在試管口木塞沖出過(guò)程中，試管內(nèi)的水蒸氣對(duì)木塞做功，跟內(nèi)燃機(jī)的做功沖程一樣，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為木塞的機(jī)械能，水蒸氣的內(nèi)能減小，溫度降低，液化成小水滴，試管口形成白霧，白霧不是水蒸氣，所以只有D對(duì)。5.(2010·南昌中考)下列流程圖是用來(lái)說(shuō)明單缸四沖程汽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)及涉及到的主要能量轉(zhuǎn)化情況，對(duì)圖中①②③④的補(bǔ)充正確的是()A.①做功沖程②內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能③壓縮沖程④機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B.①壓縮沖程②內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能③做功沖程④機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C.①做功沖程②機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能③壓縮沖程④內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D.①壓縮沖程②機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能③做功沖程④內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能【解析】選D。單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)的工作順序?yàn)槲鼩鉀_程壓縮沖程做功沖程排氣沖程，故A、C錯(cuò)；在壓縮沖程中，活塞向上運(yùn)動(dòng)壓縮空氣，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；在做功沖程中，高溫高壓的燃?xì)鈱?duì)活塞做功，活塞向下運(yùn)動(dòng)，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為活塞的機(jī)械能，故B錯(cuò)D對(duì)。二、填空題6.（2010·蘭州中考）如圖所示的是四沖程汽油機(jī)的______沖程?！窘馕觥繅嚎s沖程和做功沖程，進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，但是做功沖程活塞向下運(yùn)動(dòng)，壓縮沖程活塞向上運(yùn)動(dòng).本圖中活塞向上運(yùn)動(dòng)，故是壓縮沖程。答案：壓縮7.（2010·南京中考）“低碳”是指較低的溫室氣體(二氧化碳為主)排放．核電站在運(yùn)行過(guò)程中無(wú)溫室氣體排放，不會(huì)造成空氣污染．我省田灣核電站是利用核能來(lái)發(fā)電的，現(xiàn)每年需要50t的核燃料，而同等規(guī)?；痣娬久磕晷枰?×106t的煤炭．6×106t的煤炭完全燃燒放出的熱量是______J(煤炭的熱值為2.9×107J／kg)．【解析】m=6×106t=6×109kg.Q放=mq=6×109kg×2.9×107J／kg=1.74×1017J.答案：1.74×10178.我國(guó)古代人類利用“鉆木取火”的方式獲取火種，如圖所示，鉆木利用了_____的方式增大物體的內(nèi)能，現(xiàn)代社會(huì)人們利用清潔能源獲得能量，完全燃燒0.3m3的天然氣可以放出熱量______J。（天然氣的熱值為7.5×107J/m3）【解析】“鉆木取火”是通過(guò)做功的方式將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，木頭的內(nèi)能增加，溫度升高；Q放=Vｑ＝0.3m3×7.5×107J/m3＝2.25×107J。答案：做功2.25×1079.為了保證學(xué)生飲水衛(wèi)生，學(xué)校決定為學(xué)生供應(yīng)開(kāi)水。工人師傅用鍋爐將300kg、20℃的水燒開(kāi)（在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下），這些水要吸收______J的熱量。而實(shí)際燒了10kg的無(wú)煙煤，這些煤完全燃燒放出______J的熱量。鍋爐的效率約是_______。［c水=4.2×103J/(kg·℃)，q煤=3.4×107J/kg］【解析】計(jì)算熱量的多少，要根據(jù)題意準(zhǔn)確選用公式，計(jì)算鍋爐內(nèi)水溫升高吸收的熱量用公式Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/（kg·℃）×300kg×(100℃-20℃)=1.008×108J,計(jì)算燃料完全燃燒釋放的熱量用公式Q放=mq=10kg×3.4×107J/kg=3.4×108J。燃料燃燒釋放的熱量不能全部被水吸收，鍋爐存在熱量利用的效率，熱量轉(zhuǎn)換的效率答案：1.008×1083.4×10829.6%三、實(shí)驗(yàn)探究題10.某同學(xué)學(xué)習(xí)了燃料的熱值后，自己設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究煤油和菜籽油的熱值大小關(guān)系。他實(shí)驗(yàn)時(shí)組裝了如圖所示的兩套規(guī)格完全相同的裝置，并每隔1分鐘記錄杯中水的溫度（見(jiàn)下表）。（1）在安裝、調(diào)整實(shí)驗(yàn)器材時(shí)，科學(xué)合理的順序是（甲圖中）：先調(diào)整固定_______的位置，再調(diào)整固定_______的位置（選填“A”或“B”）。（2）為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)論的可靠，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)控制兩套裝置中相同的量有加熱時(shí)間和水的_______、________。（3）通過(guò)表中記錄的數(shù)據(jù)，你認(rèn)為煤油和菜籽油兩種燃料中，熱值較大的是__________________________________。（4）該同學(xué)實(shí)驗(yàn)前用天平測(cè)出了燒杯中水的質(zhì)量及兩油燈中燃料的質(zhì)量并記錄了數(shù)據(jù)、利用公式Q吸＝cm（t-t0）計(jì)算