熱量與熱機(jī)（提高） 知識講解

熱量與熱機(jī)（提高）

責(zé)編：馮保國【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

1.了解熱量的概念，知道物體吸熱和放熱與其溫度的變化、質(zhì)量的關(guān)系；2.從能量轉(zhuǎn)化的角度認(rèn)識燃料的熱值；

3.了解內(nèi)能的利用在人類社會發(fā)展史上的重要意義；4.知道汽油機(jī)和柴油機(jī)的構(gòu)造和工作原理；

5.了解熱機(jī)的效率?！疽c(diǎn)梳理】要點(diǎn)一、熱量把物體在熱傳遞過程中內(nèi)能改變的多少叫做熱量。要點(diǎn)詮釋：1、符號：Q，單位：焦耳（J）。2、物體溫度升高或降低時，它吸收或放出的熱量與物體質(zhì)量的大小、溫度的變化多少成正比。3、“熱量”是一個過程量，只能說“吸收”或“放出”了熱量，不能說物體含有熱量。要點(diǎn)二、燃料的熱值把某種燃料完全燃燒放出的熱量與燃料的質(zhì)量的比叫做這種燃料的熱值。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)：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(diǎn)三、熱機(jī)熱機(jī)是將燃料的化學(xué)能通過燃燒轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，然后通過做功，把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。要點(diǎn)詮釋：熱機(jī)的種類：蒸汽機(jī)、汽油機(jī)、柴油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣發(fā)動機(jī)和火箭發(fā)動機(jī)。要點(diǎn)四、汽油機(jī)汽油機(jī)是用汽油作燃料，使汽油在機(jī)器內(nèi)部燃燒，從而將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種熱機(jī)。要點(diǎn)詮釋：1、汽油機(jī)的構(gòu)造及作用部件名稱作用氣缸汽油在氣缸的頂部燃燒從而產(chǎn)生高溫、高壓燃?xì)饣钊跉飧變?nèi)，高溫、高壓燃?xì)馔苿踊钊龉?，將燃?xì)獾膬?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能連桿和曲軸連桿跟活塞相連，曲軸通過傳動裝置跟工作機(jī)相連，將活塞的動力傳給工作機(jī)進(jìn)氣門汽油和空氣形成的燃料混合氣的進(jìn)口排氣門燃料燃燒后廢氣的出口火花塞點(diǎn)火裝置，能產(chǎn)生電火花使燃料混合物猛烈燃燒2、四個沖程：（1）汽油機(jī)的工作原理：汽油機(jī)工作時，活塞在氣缸里往復(fù)運(yùn)動，活塞從氣缸的一端運(yùn)動到另一端叫做一個沖程。常見的汽油機(jī)要能正常工作，必須連續(xù)完成吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程，且不斷循環(huán)進(jìn)行。

（2）四個沖程：

（3）排氣沖程結(jié)束，活塞又向下運(yùn)動，開始新的吸氣沖程，汽油機(jī)就連續(xù)工作下去。

汽油機(jī)的四個沖程中，只有做功沖程是燃?xì)鈱钊龉?，其他三個沖程要靠飛輪的慣性完成，在開始運(yùn)轉(zhuǎn)時，要在靠外力先使飛輪和曲軸轉(zhuǎn)動起來，由曲軸通過連桿帶動活塞運(yùn)動，以后汽油機(jī)才能自己工作，所以汽油機(jī)剛開始時要靠外力起動。

（4）汽油機(jī)的各沖程燃?xì)饧澳芰哭D(zhuǎn)化情況

由汽油機(jī)的工作原理可知，汽油機(jī)在做功沖程燃?xì)獾膲簭?qiáng)、內(nèi)能都最大，溫度最高，能量轉(zhuǎn)化是：內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。壓縮沖程的能量轉(zhuǎn)化是：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

下面是汽油機(jī)四個沖程的工作情況和能量轉(zhuǎn)化表：沖程活塞運(yùn)動情況進(jìn)氣門排氣門混合氣體能量轉(zhuǎn)變吸氣上→下開關(guān)由進(jìn)氣門進(jìn)入氣缸

壓縮下→上關(guān)關(guān)被壓縮升溫、壓強(qiáng)增大機(jī)械能→內(nèi)能做功上→下關(guān)關(guān)火花點(diǎn)燃內(nèi)能→機(jī)械能排氣下→下關(guān)開排出氣缸

要點(diǎn)五、熱機(jī)的效率熱機(jī)工作時，用來做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的能量之比，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)。例如加潤滑劑以保證良好的潤滑，減小摩擦；運(yùn)動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)六、熱機(jī)與環(huán)境1、熱機(jī)排放的廢氣不僅溫度高于環(huán)境溫度，而且還含有一氧化碳、二氧化氮、二氧化碳，微粒等各種對人體有害的物質(zhì)，對環(huán)境造成污染，影響人們的身體健康和動植物的生存。2、減少熱機(jī)排放出的有害物質(zhì)，控制廢氣的排放總量，已經(jīng)成為熱機(jī)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的重要舉措。3、隨著科技的發(fā)展越來越多的新技術(shù)、新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，如電控燃油噴射、共軌、渦輪增壓等技術(shù)的應(yīng)用，混合動力汽車、電動汽車、太陽能汽車等新型汽車的研發(fā)等，都有利于節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)，從而更好地促進(jìn)生產(chǎn)及提高人們的生活質(zhì)量?！镜湫屠}】類型一、熱量1、關(guān)于熱量的說法正確的是（）A．濕度高的物體所含的熱量多，濕度低的物體所含的熱量少B．水和煤油，如果溫度也相同，水比煤油熱量多C．質(zhì)量越大的物體，它所含的熱量多D．物體溫度降低時，向外放出熱量【答案】D【解析】A、物體所含有的熱量，這種說法錯誤，不能說含有或者具有熱量，故A錯誤；B、不能說物體的熱量，水比煤油熱量多，這種說法錯誤，不能說含有或者具有熱量，故B錯誤；C、物體所含有的熱量，這種說法錯誤，不能說含有或者具有熱量，故C錯誤；D、當(dāng)溫度不同的物體互相接觸時，高溫物體放出熱量，溫度降低，低溫物體吸收熱量，溫度升高，故D說法正確。故選D?！究偨Y(jié)升華】本題考查對熱量的理解．知道熱量不是狀態(tài)量，不能說含有或者具有熱量．只能說吸收或放出熱量。舉一反三：【變式】關(guān)于熱量，正確的說法是（）A．熱量表示物體熱的程度B．熱量表示熱能的多少C．熱量表示物體冷熱程度的變化D．熱量表示物體吸收或放出熱的多少【答案】D類型二、熱機(jī)2、（?延平區(qū)一模）關(guān)于四沖程內(nèi)燃機(jī)，下面說法錯誤的是（）A．內(nèi)燃機(jī)是利用內(nèi)能來做功的機(jī)器B．在做功沖程，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C．在壓縮沖程，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D．四個沖程依次為吸氣、壓縮、做功、排氣沖程【思路點(diǎn)撥】內(nèi)燃機(jī)是利用內(nèi)能來做功的機(jī)器；四個沖程是吸氣、壓縮、做功、排氣沖程；四個沖程中的能量轉(zhuǎn)化情況：吸氣和排氣沖程不發(fā)生能量轉(zhuǎn)化，壓縮沖程將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，做功沖程將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能?！敬鸢浮緾【解析】A、內(nèi)燃機(jī)是利用內(nèi)能來做功的機(jī)器，故A正確；B、做功沖程高溫高壓燃?xì)馔苿踊钊蛳逻\(yùn)動，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故B正確；C、壓縮沖程活塞向上運(yùn)動，壓縮氣體對氣體做功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故C錯誤；D、內(nèi)燃機(jī)的四個沖程是吸氣、壓縮、做功、排氣沖程，故D正確；故選：C?！究偨Y(jié)升華】本題主要考查了內(nèi)燃機(jī)的概念，四個沖程及能量轉(zhuǎn)化情況，是一道基礎(chǔ)性題目。3、（?南京二模）某四沖程汽油機(jī)工作時轉(zhuǎn)速是2400r/min。關(guān)于此熱機(jī)的工作下列說法正確的是（）A．壓縮沖程中內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能B．四個沖程中曲軸轉(zhuǎn)動2圈，同時做功2次C．此汽油機(jī)每秒對外做功10次D．此汽油機(jī)每秒對外做功20次【答案】D【解析】A、做功沖程中將混合氣體劇烈燃燒產(chǎn)生的高溫高壓的燃?xì)鈨?nèi)能轉(zhuǎn)化為活塞運(yùn)動的機(jī)械能，故A錯誤；B、四沖程內(nèi)燃機(jī)，曲軸轉(zhuǎn)動兩周，對外做功一次，故B錯誤；C、D、汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速為2400R/min，說明1s內(nèi)汽油機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)動次數(shù)等于2400/60=40。一個工作循環(huán)中，曲軸轉(zhuǎn)動兩周，對外做功一次，1s內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)動40次，對外做功20次，故C錯誤、D正確?！究偨Y(jié)升華】此題考查內(nèi)燃機(jī)做功沖程中能量的轉(zhuǎn)化，以及內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的計算。在四沖程汽油機(jī)中，一個工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)兩圈，對外做功一次，這個知識是平常學(xué)習(xí)中比較容易忽視的，需要引起注意。舉一反三：【變式】單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)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、壓縮和排氣沖程【答案】D4、如圖，表示做功沖程的示意圖是()

【答案】B【解析】內(nèi)燃機(jī)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(jìn)氣門、排氣門關(guān)閉，高溫高壓燃?xì)馔苿踊钊蛳逻\(yùn)動，活塞又通過連桿使曲軸轉(zhuǎn)動。由圖來判斷，(B)圖中進(jìn)氣門、排氣門關(guān)閉，活塞向下運(yùn)動，應(yīng)為做功沖程?！究偨Y(jié)升華】對內(nèi)燃機(jī)四個沖程的判斷，要結(jié)合氣門和活塞運(yùn)動情況進(jìn)行判斷。舉一反三：【變式】（?濱州中考）汽車已經(jīng)成為現(xiàn)代生活不可缺少的一部分，汽車多數(shù)采用汽油機(jī)作為發(fā)動機(jī)，如圖是四沖程汽油機(jī)的工作循環(huán)示意圖，下列說法中不正確的是（）A．甲沖程是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B．乙沖程是排氣沖程C．丙沖程是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D．丁沖程是吸氣沖程【答案】C類型三、燃料的熱值和熱機(jī)效率5、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提供，需要完全燃燒多少g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，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)生對吸熱公式Q吸=cm△t和Q放=qm的掌握和運(yùn)用，屬于必會題。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【答案】B6、一輛汽車的發(fā)動機(jī)輸出功率為66.15kw，每小時耗柴油14kg，請計算發(fā)動機(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)動機(jī)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=4.3×107J/kg×14kg=6.02×108J；做有用功的能量Q有=W=2.38×108J；；發(fā)