秋季初三物理目標滿分班人教版第2講內(nèi)燃機熱機效率能量轉(zhuǎn)化和守恒

內(nèi)燃機和熱效率【知識框架】內(nèi)燃機和熱效應(yīng)內(nèi)燃機工作原理熱機效率能量轉(zhuǎn)化與守恒【知識框架】模塊一：內(nèi)燃機的工作原理內(nèi)燃機沖程的理解與掌握掌握內(nèi)燃機的四個沖程工作原理．模塊二：熱機效率燃料的熱值熱機的效率

燃料熱值的含義燃料燃燒計算公式影響熱機效率的因素提高熱機效率的途經(jīng)模塊三：能量轉(zhuǎn)化和守恒能量的轉(zhuǎn)化能量的守恒分析能量轉(zhuǎn)化分析能量守恒還是機械能守恒模塊1熱機【知識導(dǎo)航】1．熱機定義：熱機是利用內(nèi)能來做功，把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的機器．

熱機的種類：蒸汽機、內(nèi)燃機（汽油機和柴油機）、汽輪機、噴氣發(fā)動機等．模塊1熱機【知識導(dǎo)航】2.內(nèi)燃機：燃料直接在氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動力的熱機.常見的內(nèi)燃機：汽油機、柴油機

內(nèi)燃機活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運動時，從氣缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個沖程．

四沖程內(nèi)燃機包括四個沖程：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程．

在單缸四沖程內(nèi)燃機中，吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程為一個循環(huán)，每個工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩周，活塞上下往復(fù)兩次，做功一次．

在這四個沖程中只有做功沖程是內(nèi)燃機對活塞做功，而其他三個沖程(吸氣沖程、壓縮沖程、排氣沖程)是依靠飛輪的慣性來完成的．

壓縮沖程將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，做功沖程是由內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能．模塊1熱機【知識導(dǎo)航】(1).汽油機的4個沖程吸氣沖程:進氣門打開,排氣門關(guān)閉活塞由上端向下端運動汽油和空氣組成的燃料混合物從進氣門吸入氣缸

壓縮沖程進氣門和排氣門都關(guān)閉活塞向上運動燃料混合物被壓縮,內(nèi)能增大,溫度升高機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能模塊1熱機【知識導(dǎo)航】(1).汽油機的4個沖程做功沖程進氣門和排氣門都關(guān)閉在壓縮沖程末尾,火花塞產(chǎn)生電火花,使燃料猛烈燃燒,產(chǎn)生高溫高壓的燃氣,推動活塞向下運動,并通過連桿帶動曲軸轉(zhuǎn)動.內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能.排氣沖程進氣門關(guān)閉和排氣門打開活塞向上運動廢氣排出氣缸

模塊1熱機【知識導(dǎo)航】(1)汽油機的4個沖程小結(jié):汽油機一個工作循環(huán)有4個沖程,飛輪轉(zhuǎn)動2周,對外做功1次,活塞往復(fù)運動2次,其他沖程靠飛輪的慣性來完成.汽油機的效率大約只有30%模塊1熱機【知識導(dǎo)航】(2)柴油機工作過程模塊1熱機【知識導(dǎo)航】(3)汽油機和柴油機的比較：

①汽油機的氣缸頂部是火花塞；柴油機的氣缸頂部是噴油嘴．

②汽油機吸氣沖程吸入氣缸的是汽油和空氣組成的燃料混合物；

柴油機吸氣沖程吸入氣缸的是空氣．

③汽油機做功沖程的點火方式是點燃式；

柴油機做功沖程的點火方式是壓燃式．

④柴油機比汽油及效率高，比較經(jīng)濟，但笨重．⑤汽油機和柴油機在運轉(zhuǎn)之前都要靠外力輔助啟動．

模塊1熱機【知識梳理】1．熱機是利用____能來做功，把____能轉(zhuǎn)化為____能的機器．2．內(nèi)燃機:燃料直接在___內(nèi)燃燒產(chǎn)生動力的熱機.常見的內(nèi)燃機:汽油機柴油機3．內(nèi)燃機活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運動時，從氣缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個____．4．四沖程內(nèi)燃機包括四個沖程：______沖程、____沖程、______沖程、_____沖程．其中壓縮沖程將______能轉(zhuǎn)化為_____能．做功沖程是由_____能轉(zhuǎn)化為_____能：模塊1熱機【經(jīng)典例題】【例1】如圖所示，在試管內(nèi)裝些水，用橡膠塞塞住，用酒精燈對水加熱，一段時間后，觀察到橡膠塞突然被推出．在此過程中，燃料燃燒放出熱量，通過______的方式使水的內(nèi)能增加；試管內(nèi)的水蒸氣對橡膠塞做功，水蒸氣的________能轉(zhuǎn)化為橡膠塞的機械能．這個實驗展示了蒸汽機的基本工作原理．模塊1熱機【例2】以下四沖程汽油機的工作示意圖，按吸氣、壓縮、做功、排氣順序排列正確的是(

)A．甲乙丙丁

B．甲丙乙丁

C．甲丁乙丙

D．甲丙丁乙模塊1熱機【例3】(2012西城期末)圖為四沖程汽油機工作過程中某一沖程的示意圖，它表示的是(

)A．吸氣沖程B．壓縮沖程C．做功沖程D．排氣沖程模塊1熱機【例4】(2016四川內(nèi)江)以下機械屬于熱機的是(

)A.火箭發(fā)動機B.發(fā)電機C.滑輪組D.洗衣機模塊1熱機【例5】(2016廣東)下列說法正確的是(

)A.內(nèi)燃機是利用電能做功的機械B.內(nèi)燃機在做功沖程把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能C.內(nèi)燃機在壓縮沖程把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能D.隨著技術(shù)的進步，內(nèi)燃機的效率達到100%模塊1熱機【例6】某機器的能量流向圖如圖所示,據(jù)此推測該機器可能是(

)A.熱機

B.電動機C.發(fā)電機

D.電熱水器模塊1熱機【例7】如圖展示的是火箭發(fā)射時的壯觀情景，火箭發(fā)射升空時，燃料通過燃燒將

能轉(zhuǎn)化為燃氣的內(nèi)能，燃氣推動火箭加速上升時，又將

能轉(zhuǎn)化為火箭的

能．火箭從地面向上發(fā)射過程中，火箭外殼和大氣摩擦溫度越來越高，這一過程

能轉(zhuǎn)化為

能．模塊2熱機效率【知識導(dǎo)航】一．燃料的熱值1．燃料的熱值：反映的是燃料燃燒過程中所釋放熱量大小的物理量．(1)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．表示相同質(zhì)量的不同燃料完全燃燒時放出的熱量不同．(2)燃料燃燒放熱計算公式：Q=mq，m為燃料質(zhì)量，q為熱值．單位為J/kg(焦每千克)(3)物理意義：酒精的熱值是3×107J/kg，它表示：1kg酒精完全燃燒放出的熱量是3×107J煤氣的熱值是3.9×107J/m3，它表示：1m3煤氣完全燃燒放出的熱量是3.9×107J模塊2熱機效率【知識導(dǎo)航】二．熱機的效率1．熱機的效率熱機用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量之比叫做熱機的效率．公式：η=W有/W總2．影響燃料有效利用的因素(1)燃料很難完全燃燒(2)燃料燃燒放出的熱量散失很多，只有一小部分被有效利用．模塊2熱機效率【知識導(dǎo)航】3.提高熱機效率熱機能量損失的主要途徑：廢氣內(nèi)能、散熱損失、機器損失．提高熱機效率的途徑：①使燃料充分燃燒，盡量減小各種熱量損失;②機件間保持良好的潤滑，減小摩擦．③在熱機的各種能量損失中，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．常見熱機的效率：蒸汽機6%～15%、汽油機20%～30%、柴油機30%～45%內(nèi)燃機的效率比蒸汽機高，柴油機的效率比汽油機高模塊2熱機效率【知識梳理】1.燃料的熱值定義：某種燃料_______放出的熱量與其______之比，叫做這種燃料的熱值．用符號______表示．熱值是燃料本身的一種性質(zhì)，只與燃料的_____有關(guān)，與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積等無關(guān)．2.熱機的效率：熱機用來做________的那部分能量和燃料_______放出的能量之比叫做熱機的效率．3.公式：___________由于熱機在工作過程中總有能量損失，所以熱機的效率總小于1．熱機能量損失的主要途徑：廢氣內(nèi)能、散熱損失、機器損失．提高熱機效率的途徑：①______________________________________;②_______________________________;③________________________________模塊2熱機效率【經(jīng)典例題】【例8】（多選）下列說法正確的是_____A.質(zhì)量相同的燃料完全燃燒，熱值越大的，放出的熱量越多B.質(zhì)量相同的燃料燃燒時放出熱量多的，其熱值一定大C.酒精燈內(nèi)的酒精用去一半后，酒精的熱值不變

模塊2熱機效率熱值【例9】相同質(zhì)量的干木柴和焦炭完全燃燒所放出的熱量不同，這是由于不同種燃料

不同．

模塊2熱機效率熱值【例10】“可燃冰”是一種新型能源．同等條件下，“可燃冰”完全燃燒放出的熱量可達到煤氣的數(shù)十倍，這說明“可燃冰”的

很高．通常用水做冷卻劑是因為水的

大，發(fā)射火箭用氫做燃料是因為氫的

大．

模塊2熱機效率熱值含義【例11】汽油的熱值為

，它的物理含義是完全燃燒

kg的汽油，放出的熱量為

．

模塊2熱機效率熱值實驗【例12】利用如圖所示的裝置，運用控制變量法，通過觀察現(xiàn)象即可比較酒精和碎紙熱值大?。疄橥瓿蓪嶒?，要求(

)A．酒精和碎紙的質(zhì)量相同，兩只燒杯內(nèi)水的質(zhì)量相同B．酒精和碎紙的質(zhì)量不同，兩只燒杯內(nèi)水的質(zhì)量不同C．酒精和碎紙的質(zhì)量相同，兩只燒杯內(nèi)水的質(zhì)量不同D．酒精和碎紙的質(zhì)量不同，兩只燒杯內(nèi)水的質(zhì)量相同

模塊2熱機效率鍋爐的效率【例13】某中學(xué)為學(xué)生供應(yīng)開水，用鍋爐將200kg的水從25℃加熱到100℃，燃燒了6kg的無煙煤．水的比熱容是4.2×103J／(kg·℃)，無煙煤的熱值是3.4×l07J／kg．求：(1)鍋爐內(nèi)的水吸收的熱量是______J；(2)無煙煤完全燃燒放出的熱量是______J；(3)此鍋爐的效率是______%.（結(jié)果保留整數(shù)）模塊2熱機效率汽車的效率：【例14】泰安五岳專用汽車有限公司是一家大型的特種專用汽車生產(chǎn)基地．該廠某型號專用車在車型測試中，在一段平直的公路上勻速行駛5.6km，受到的阻力是3.0×103N，消耗燃油1.5×10－3m3(假設(shè)燃油完全燃燒)．若燃油的密度ρ＝0.8×103kg/m3，熱值q＝4×107J/kg，求：(1)專用車牽引力所做的功為______J．(2)已知熱機效率η＝W/Q(式中W為熱機在某段時間內(nèi)對外所做的功，Q為它在這段時間內(nèi)所消耗的燃油完全燃燒所產(chǎn)生的熱量)，則該專用車的熱機效率是______%.模塊2熱機效率太陽能的效率：【例15】太陽能熱水器是直接利用太陽能給水加熱的裝置，下表是小明家的太陽能熱水器某天在陽光照射下的相關(guān)信息：其中太陽輻射功率是指1h內(nèi)投射到1m2面積上的太陽能求：(1)水在10h內(nèi)吸收的熱量為______J；(2)太陽能熱水器的能量轉(zhuǎn)化效率是______%.

太陽照射時間/h裝水量/kg吸熱板面積/m2水升高的溫度/℃水的比熱容/J·(kg·℃)-1太陽輻射功率/J·(m2·h)-1101002.5504.2×1031.68×106模塊3能量轉(zhuǎn)化和守恒【知識導(dǎo)航】能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移(1)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律

能量既不會憑空消滅，也不會憑空產(chǎn)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能的總量保持不變，這就是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律．

從本質(zhì)上看，能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移是有所區(qū)別的．能量的轉(zhuǎn)化是指能量的形式發(fā)生了變化，一種形式能量減少了，而另一種形式的能量卻增加了．能量的轉(zhuǎn)移是指能量從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體上去，一個物體的能量減少了，而另一個物體同一種能量卻增加了，但能量的形式保持不變．

能量轉(zhuǎn)化和守恒是自然科學(xué)最基本的規(guī)律．“永動機”是不可能成功的，因為它違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律．能量的轉(zhuǎn)化與傳遞有一定的方向性：例如熱能可以從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體；可燃物可以通過燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，但不可能將內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化成化學(xué)能．模塊3能量轉(zhuǎn)化和守恒【知識導(dǎo)航】能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移(2)化學(xué)能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化燃料燃燒釋放熱量的過程，就是將貯存在燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程．1千克某種燃料完全燃燒時放出的熱量，叫做這種燃料的燃燒值，其單位為焦/千克．模塊3能量轉(zhuǎn)化和守恒【知識導(dǎo)航】能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移(3)生物體能量的來源和轉(zhuǎn)化①生物質(zhì)能來自生物體，源于太陽能，是一類可再生能源．綠色植物進行光合作用，把太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能貯存在生物體內(nèi)的有機物中．②物體通過呼吸作用釋放能量，一部分供給生物體進行各種生理活動，另一部分則轉(zhuǎn)化為熱能而散失．呼吸作用是生物體將貯存在體內(nèi)有機物中的化學(xué)能釋放、轉(zhuǎn)化和利用的過程．模塊3能量轉(zhuǎn)化和守恒【知識導(dǎo)航】機械能守恒定律物體具有的勢能和動能是可以互相轉(zhuǎn)化的，如果沒有摩擦等阻力，那么在勢能和動能的相互轉(zhuǎn)化中，機械能的總量保持不變．機械能守恒定律反映了物體的動能和勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化，在不存在阻力的條件下，物體動能和勢能在相互轉(zhuǎn)化過程中，機械能的總量保持不變．即動能的減少量恰好等于勢能的增加量；反之，勢能的減少量恰好等于動能的增加量．模塊3能量轉(zhuǎn)化和守恒【知識梳理】大量事實表明能量既不會憑空

，也不會憑空產(chǎn)生，它只會從一種形式

為其他形式，或者從一個物體

到其他物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變，這就是能量守恒定律．能量守恒定律是自然界最普遍，最重要的基本定律之一．大到天體、小到原子核，無論是物理學(xué)的問題還是化學(xué)、生物學(xué)、地理學(xué)、天文學(xué)