初中物理同步講義北師大版熱機(jī) 火箭 燃料的利用和環(huán)境保護(hù)（提高） 知識(shí)講解

PAGE熱機(jī)火箭燃料的利用和環(huán)境保護(hù)（提高）

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

1．知道熱機(jī)中的能量轉(zhuǎn)化。

2．知道四沖程熱機(jī)的構(gòu)造和工作原理。

3．了解現(xiàn)代火箭的構(gòu)造和特點(diǎn)，了解多級(jí)火箭是星際航行的運(yùn)載工具。

4．知道燃料的熱值及其單位，并知道某種燃料熱值的物理意義。5.知道燃料燃燒過(guò)程中的能的轉(zhuǎn)化是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。【要點(diǎn)梳理】要點(diǎn)一、熱機(jī)將燃料燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器，統(tǒng)稱為熱機(jī)。常見的熱機(jī)有：蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等。內(nèi)燃機(jī)：燃料直接在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動(dòng)力的熱機(jī)，叫做內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)分為汽油機(jī)和柴油機(jī)，它們分別用汽油和柴油作為燃料。汽油機(jī)和柴油機(jī)的異同點(diǎn)：不同點(diǎn)相同點(diǎn)項(xiàng)目汽油機(jī)柴油機(jī)（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(jī)。

（2）都將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

（3）每一個(gè)工作循環(huán)都是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程組成。構(gòu)造氣缸頂部有火花塞氣缸頂部有噴油嘴點(diǎn)火方式壓縮沖程末由火花塞放出電火花點(diǎn)燃，稱點(diǎn)燃式壓縮沖程末由噴油嘴向氣缸內(nèi)噴霧狀柴油遇到高溫高壓的空氣自動(dòng)燃燒，稱壓燃式燃料汽油、吸氣沖程吸進(jìn)汽油和空氣混合物柴油、吸氣沖程吸進(jìn)氣缸的只是空氣壓縮比壓縮沖程末氣體體積被壓縮為吸進(jìn)體積的1／9至1／6壓縮沖程末氣體體積被壓縮為吸進(jìn)體積的1／22至1／16做功做功沖程初燃?xì)鈮簭?qiáng)為30至50個(gè)大氣壓，溫度2000℃至2500℃，高溫高壓的氣體推動(dòng)活塞做功做功沖程初燃?xì)鈮簭?qiáng)為50至100個(gè)大氣壓，溫度1700℃至2000℃，高溫高壓的氣體推動(dòng)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(jī)、小型農(nóng)機(jī)具笨重，多用于拖拉機(jī)、載重汽車、輪船等重型機(jī)械要點(diǎn)詮釋：（1）汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作原理：汽油或柴油在氣缸里燃燒時(shí)生成高溫高壓的燃?xì)?，用?lái)推動(dòng)活塞做功?；钊ㄟ^(guò)連桿使內(nèi)燃機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)其他機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)。

（2）活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，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。（3）在一個(gè)工作循環(huán)中，汽缸內(nèi)的活塞往復(fù)兩次，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩周。（4）四個(gè)沖程中只有做功沖程燃?xì)鈱?duì)外做功，其他三個(gè)沖程都是靠飛輪慣性完成的。（5）一個(gè)工作循環(huán)有兩次能量轉(zhuǎn)化，在壓縮過(guò)程中，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，在做功過(guò)程中，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。要點(diǎn)二、熱機(jī)的效率熱機(jī)工作時(shí)，用來(lái)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(jī)的效率。要點(diǎn)詮釋：（1）熱機(jī)的效率是熱機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，熱機(jī)的效率越高，它的機(jī)械性能就越好。（2）提高熱機(jī)效率的途徑：

①在設(shè)計(jì)和制造上，要不斷改進(jìn)和革新，以減少各種能量損失，提高效率。

②在使用上，要正確使用，注意保養(yǎng)。例如加潤(rùn)滑劑以保證良好的潤(rùn)滑，減小摩擦；運(yùn)動(dòng)零件之間的間隙要調(diào)整得當(dāng)，減小摩擦和防止漏氣。

③充分利用廢氣帶走的能量。例如熱電站就是利用廢氣來(lái)供熱的，這種既供電又供熱的熱電站，比一般的火電站，燃料的利用率將大大提高。要點(diǎn)三、火箭火箭升空的原理：火箭升空的原理與氣球反沖運(yùn)動(dòng)相同。在火箭燃燒室內(nèi)部裝著燃料和氧化劑。燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)猓細(xì)鈴膰娍诟咚賴姵鰰r(shí)，對(duì)火箭產(chǎn)生巨大推力，從而把火箭發(fā)射出去。從能量的角度來(lái)看，火箭也是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的機(jī)器，所以它也是熱機(jī)家族中的一員?；鸺姆诸悾和瑫r(shí)由于它所用燃料的形態(tài)不同，我們又把火箭分為固體火箭和液體火箭兩種，較常用的是液體火箭?；鸺膽?yīng)用：發(fā)射衛(wèi)星、運(yùn)送空間站等等。為了把衛(wèi)星、飛船等有效載荷送上太空，人們研制出了多級(jí)火箭，即二級(jí)或三級(jí)火箭。要點(diǎn)四、熱值某種燃料完全燃燒時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的量（放出的熱量）與其質(zhì)量的比叫作這種燃料的熱值。單位是：J/㎏。

要點(diǎn)詮釋：

（1）燃料燃燒放出的熱量與哪些因素有關(guān)：

①燃料的種類；

②燃料的質(zhì)量；

③燃料是否充分燃燒。

（2）燃料完全燃燒放出熱量的計(jì)算公式：，其中m為燃料的質(zhì)量，q為燃料的熱值。要點(diǎn)五、內(nèi)能對(duì)環(huán)境的影響及環(huán)保措施1.內(nèi)能對(duì)環(huán)境的影響：①氣污染（CO、SO、酸雨）。②噪聲污染。2.保護(hù)環(huán)境，減小污染措施：①改進(jìn)燃燒設(shè)備，采取集中供熱，加裝消煙除塵裝置。②提高內(nèi)能的綜合利用率，把內(nèi)能的一次利用變?yōu)槎啻卫茫ㄈ缬糜酂峁┡龋＂鄢浞珠_發(fā)、利用污染小或無(wú)污染的能源（如太陽(yáng)能等）?；鐭醾鬟f過(guò)程中，內(nèi)能從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體。【典型例題】類型一、熱機(jī)1、（多選）下列現(xiàn)象中利用內(nèi)能加熱的是（）

A、晾曬稻谷B、噴氣式飛機(jī)在空中飛行

C、用高爐熔化鐵D、燃?xì)馔苿?dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪【答案】AC【解析】選項(xiàng)A中太陽(yáng)照在稻谷上，使稻谷的溫度升高，內(nèi)能增大，能量的形式末變，是利用內(nèi)能加熱；選項(xiàng)B中，燃料燃燒獲得的內(nèi)能轉(zhuǎn)化成了飛機(jī)的機(jī)械能，能量的形式發(fā)生了變化；選項(xiàng)C中，爐子傳熱給鐵，使鐵熔化，能量的形式未發(fā)生變化；選項(xiàng)D中，燃?xì)馔苿?dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，燃?xì)獾膬?nèi)能轉(zhuǎn)化為葉輪的機(jī)械能，能量的形式發(fā)生了變化，所以選項(xiàng)C和A正確?！究偨Y(jié)升華】判斷內(nèi)能的利用途徑可以從能量的形式是否發(fā)生轉(zhuǎn)化這一特征入手。2、（?岱岳區(qū)模擬）柴油機(jī)工作一個(gè)循環(huán)需四個(gè)沖程，其中由機(jī)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(diǎn)撥】?jī)?nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程有吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的是壓縮沖程，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是做功沖程?！敬鸢浮緽【解析】在汽油機(jī)一個(gè)工作循環(huán)的四個(gè)沖程中，在壓縮沖程中，壓縮燃料的混合物做功，將機(jī)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(diǎn)燃燃燒形成高溫高壓的燃?xì)?，燃?xì)馀蛎涀龉?，將?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故選B?！究偨Y(jié)升華】本題主要考查對(duì)熱機(jī)一個(gè)工作循環(huán)中各沖程情況的了解以及工作的實(shí)質(zhì)，并掌握涉及能量轉(zhuǎn)化的兩個(gè)沖程。舉一反三：【變式】單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，依靠飛輪的慣性來(lái)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、壓縮和排氣沖程【答案】D3、如圖，表示做功沖程的示意圖是()

【答案】B【解析】?jī)?nèi)燃機(jī)的工作過(guò)程是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程組成。在做功沖程里進(jìn)氣門、排氣門關(guān)閉，高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，活塞又通過(guò)連桿使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。由圖來(lái)判斷，(B)圖中進(jìn)氣門、排氣門關(guān)閉，活塞向下運(yùn)動(dòng)，應(yīng)為做功沖程?！究偨Y(jié)升華】對(duì)內(nèi)燃機(jī)四個(gè)沖程的判斷，要結(jié)合氣門和活塞運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行判斷。舉一反三：【變式】（?烏魯木齊中考）家用轎車四沖程汽油機(jī)工作時(shí)為轎車提供動(dòng)力的沖程是（） A、 吸氣沖程 B、 壓縮沖程 C、 做功沖程 D、排氣沖程【答案】C類型二、燃料的熱值和熱機(jī)效率4、質(zhì)量是500g的鐵壺內(nèi)裝有2kg15℃的水，把這壺水加熱到100℃，共需要吸收多少焦耳的熱量？如果這些熱量全部由木炭的燃燒來(lái)提供，需要完全燃燒多少kg的木炭？（，木炭的燃燒值）

【思路點(diǎn)撥】（1）知道水和鐵的質(zhì)量、比熱容、初溫和末溫，利用吸熱公式Q吸=cm△t求水吸收的熱量和鐵壺吸收的熱量；

（2）由題知Q吸=Q放，根據(jù)公式Q放=mq求出需要燃燒木炭的質(zhì)量?！敬鸢概c解析】先求出鐵壺吸收的熱量，然后再求出水吸收的熱量，兩部分熱量加起來(lái)，就是總共吸收的熱量，那么這些熱量就是木炭完全燃燒所放出的熱量，然后再求木炭的質(zhì)量，解法如下：

答：這壺水共吸收的熱量為733550J，需完全燃燒木炭約21.6g?！究偨Y(jié)升華】本題考查學(xué)生對(duì)吸熱公式Q吸=cm△t和Q放=qm的掌握和運(yùn)用，屬于必會(huì)題。舉一反三：【變式】無(wú)煙煤的熱值大于干木柴的熱值，則（）

A、燒無(wú)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(wú)煙煤的質(zhì)量小于完全燃燒的干木柴的質(zhì)量

C、燒無(wú)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【答案】B5、一輛汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率為66.15kw，每小時(shí)耗柴油14kg，請(qǐng)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的效率（柴油的燃燒值為4.3×107J/kg）【思路點(diǎn)撥】熱機(jī)的效率是指用來(lái)做有用功的能量與燃料完全燃燒產(chǎn)生的能量之比，則?！敬鸢概c解析】發(fā)動(dòng)機(jī)每小時(shí)做的功W=Pt=66150W×3600s=2.38×108J完全燃燒14kg柴油放出的能量Q總=4.3×107J/kg×14kg=6.02×108J做有用功的能量Q有=W=2.38×108J發(fā)動(dòng)機(jī)的效率是39.5％?！究偨Y(jié)升華】