資源簡介

第三講 內能的利用
【知識導航】
一、熱機
1、熱機：燃料燃燒時，將儲存的________能轉化為蒸汽或燃氣的______能，將蒸汽或燃氣的_______能轉化為_________能的發動機統稱為熱機。
2、內燃機：燃料在內燃機的____________直接燃燒，產生高溫高壓燃氣推動_______做功。
3、汽油機的結構：
4、汽油機的工作：
沖程：汽油機工作時，活塞在氣缸內做一次單向運動稱為一個沖程。
吸氣沖程 壓縮沖程 做功沖程 排氣沖程
（1）吸氣沖程：活塞向_____運動，進氣閥門開啟，_________________的混合氣體進入氣缸。
（2）壓縮沖程：兩個閥門都_______；活塞向____運動，__________轉化為__________。
（3）做功沖程：氣缸頂端的火花塞點火，混合氣體爆發性燃燒，高溫高壓氣體向下推動________做功。在此過程中，燃氣的_______轉化為_______能。
（4）排氣沖程：活塞向_____運動，排氣門_______，廢氣被排出氣缸。
5、以上四個沖程除了做功沖程外，其余三個沖程，活塞均靠旋轉曲軸________帶動連桿而運動。
6、1個工作循環，做功________次，曲軸轉動_______周，共_______個沖程；
7、柴油機和汽油機的區別于聯系：
汽油機 柴油機
相同點 1．都是燃料在汽缸內燃燒。 2．都是將內能轉化為機械能的機器。 3．汽油機的火花塞和柴油機的噴油嘴的工作時刻都是壓縮沖程末。 4．都是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個總和構成一個工作循環，曲軸和飛輪罷兩周，對外做功一次。 5．排氣沖程排出廢氣的過程相同。
不同點 構造 汽缸頂部有火花塞 汽缸頂部有____________
燃料 汽油 柴油
吸氣沖程 吸入的是汽油和空氣的混合物 只吸入________
壓縮沖程 壓縮沖程末氣體體積被壓縮為吸進體積（汽缸體積）的1/6---1/9，機械能轉化為內能． 壓縮沖程末氣體體積被壓縮為吸進體積（汽缸體積）的1/18---1/22。機械能轉化為內能．
點火方式 壓縮沖程末，火花塞產生電火花，點燃燃料，稱為點燃式． 壓縮沖程末，噴油嘴向汽缸內噴進霧狀柴油，遇到溫度超過柴油著火點的空氣自動點燃，稱為壓燃式．
做功沖程 高溫高壓的氣體推動活塞做功，氣體內能減少，轉化為飛輪的機械能，內能轉化為機械能．燃氣壓強可達30到50個大氣壓 高溫高壓的氣體推動活塞做功，氣體內能減少，轉化為飛輪的機械能，內能轉化為機械能．燃氣壓強可達50到100個大氣壓
效率 效率低20%---30% 效率高30%---45%
應用 機體輕便，主要用于汽車，飛機，摩托車 機體較重，主要用于載重汽車，大型拖拉機，火車，輪船
二、熱值
1、定義：某種燃料完全燃燒放出的熱量與質量的比值，叫做這種燃料的熱值。
2、公式：___________ 或___________ 單位：J/kg或J/m3
3、理解：
（1）熱值反映的是某種物質的一種燃燒特性，同時反映出不同燃料燃燒過程中，化學能轉變成內能的本領大小；
（2）它是燃料本身的一種特性，只與燃料的________有關，與燃料的________、_______、體積等均無關。
（3）煤氣的熱值是3.9×107J/m3，它表示_________________________________________________。
4、燃料燃燒放熱的計算：___________或___________
5、燃料燃燒放出的熱量與哪些因素有關：
　　 ① 燃料的種類； ② 燃料的質量； ③ 燃料是否充分燃燒。
三、熱機的效率
1、熱機效率（η）：熱機工作時，用來做有用功的那部分能量與燃料完全燃燒放出的熱量之比。
公式：η=___________。
2、熱機能流圖：
3、提高熱機效率的途徑：使燃料_______燃燒；盡量減小__________損失；減少___________。
4、燃氣熱水器的效率：
η=___________
5、汽車效率：
η=___________
【同步練習】
下列不屬于熱機的是（ ）
A.汽油機 B. 火箭 C. 柴油機 D. 電風扇
(19—20長郡月考)如圖是汽油一個工作循環四個沖程的簡圖，則四個沖程的正確排序應為（ ）
A. 甲乙丙丁 B. 乙甲丙丁 C. 乙丁丙甲 D. 丙乙甲丁
（19-20雅禮期中）某校老師自制一個物理教具。他在礦泉水瓶的側壁鉆一個小孔，把電火花發生器緊緊塞進小孔中，實驗時從瓶口注入酒精并蓋上錐形紙筒，按動電火花發生器的按鈕，點燃瓶內酒精后，紙筒立刻飛出。關于此實驗，下列說法不正確的是（ ）
A. 酒精未完全燃燒時熱值變小
B. 酒精燃燒時化學能轉化為內能
C. 燃氣推動紙筒飛出與內燃機做功沖程的能量轉化相同
D. 紙筒飛出后，瓶內氣體的內能減少，溫度降低
下列關于熱值和熱機效率的描述，正確的是（ ）
A．使燃料燃燒更充分，可以提高熱機效率
B．使燃料燃燒更充分，可以增大熱值
C．燃料燃燒釋放的熱量越大，熱值越大
D．以天然氣為燃料，汽車發動機的效率可以達到100%
(19—20中雅入學）小明用煤氣灶燒水時，進行了如下思考，正確的是（ ）
A．煤氣燃燒越充分，其熱值越大 B．加熱過程中水的比熱容變大
C．壺內水溫度升高的過程中內能增大 D．水沸騰過程中吸收熱量，溫度不斷升高
（19-20長郡期中）下列關于熱值和熱機效率的描述，正確的是（ ）
A．使燃料燃燒更充分，可以增大熱值 B．使燃料燃燒更充分，可以提高熱機效率
C．燃料燃燒釋放的熱量越多，熱值越大 D．熱機的效率能達到100%
(19—20廣益期中)2019年春節熱映的《流浪地球》被譽為開啟了中國科幻電影元年。這部電影講述了多年以后太陽急速衰老膨脹，無法再給地球提供能量，人類為了拯救地球而點燃木星周圍的可燃氣體，逃離太陽系的故事。其中“點燃木星”將地球推開相當于內燃機的（ ）
A.吸氣沖程 B.壓縮沖程 C.做功沖程 D.排氣沖程
(19—20雅禮第三次月考)如圖是汽油機的某個沖程，下列說法錯誤的是（ ）
A．電火花塞點火是把電能轉化為內能
B．活塞向下加速運動，是因為有氣體對活塞做功
C．這個沖程的能量轉化與燒水時水蒸氣把壺蓋頂起來相同
D．柴油機做功沖程不用點火是因為柴油不需要燃燒就可以放出熱量
8. 9.
(19—20長郡月考)一臺單缸四沖程汽油機，飛輪的轉速為2400r/min，該汽油機每秒鐘做功______次，如圖所示的汽油機該沖程中燃氣的內能______(選填：“增加”、“減小”或“不變”)。
(19—20青一月考)燃燒秸稈是霧霾天氣的原因之一，為保護環境，在某市郊縣建起了加工秸稈制成秸稈煤發電的工廠。完全燃燒0.5kg的秸稈煤可放出 的熱量；這些熱量完全被質量為100kg，初溫為20℃的水吸收，可使水溫升高到 ℃。（c水=4.2×103J（kg·℃），q秸稈煤=2.1×107Jkg）
(2020長沙4模）壓縮空氣儲能是一項全新的儲能技術，它將多余電能利用壓縮機把空氣壓縮到密閉容器中，該過程是通過做功的方式將能量轉化為氣體的內能并儲存。需要時，使壓縮空氣膨脹推動機器轉動，又將內能轉化成 能，這一過程類似于四沖程汽油機的 沖程。
(19-20廣益期中)天然氣是常用的一種能源。天然氣熱值q=4.2×107J/m3。完全燃燒2dm3的天熱氣放出的熱量為____________J，若天然氣在加熱水的過程中熱效率為90%，則可將300g的水從20℃加熱到____________℃。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]
(19—20長郡第一次月考)可燃冰是一種新型能源，它是水和天然氣在高壓低溫情況下形成的類冰狀結晶物質，主要成分是甲烷，可燃冰的形成有三個條件：首先要求低溫，可燃冰在0~10℃時生成，超過20℃便會分解，海底溫度一般保持在2~4℃左右；其次是高壓，可燃冰在0℃時。只需要海水產生29個標準大氣壓即可生成，而已海水的深度，此高壓容易保證；最后是充足的氣源，海底的有機物沉淀，其中豐富的碳經過生物轉化，可產生充足的氣源。其開采是世界難題，根據中央電視臺2019年5月18日報道，我國可燃冰已開采成功，技術世界領先。1m3可燃冰可以釋放出195m 的天然氣，已知天然氣q=4.2×107J/m3，c水=4.2×103J/(kg ℃).則：
（1）求1m3可燃冰釋放出的天然氣完全燃燒的熱量。
（2）若將上述的天然氣通過氣灶給水加熱，可使1×104kg的水從20℃升高到75℃，求水吸收的熱量。
（3）求該燃氣灶的熱效率。（用百分比表示，小數點，保留后一位）
(19—20博才月考)小明家新購買了利用太陽能的新型汽車，該汽作經過一天的陽光照射，可吸收1.38×108J的太陽能。已知汽油的熱值是4.6×107J/kg。該汽車車總重是1200N行駛最大速度是108km/h，以最大速發行駛時所受阻力是車重的0.1倍。求：
（1）該車以最大速度行駛3min經過的路程；
（2）汽車經過一天吸收的太陽能相當于完全燃燒多少千克汽油產生的熱量；
（3）如果該汽車一天吸收的太陽能全部轉化為有用功，則可以供汽車行駛多遠？
（21-22麓山第一次月考）小明學習了燃料的熱值后，很想知道家中使用的天然氣的熱值是多少？但在教材的燃料熱值表中沒有查閱到。于是，他在家里將裝有2kg水的水壺放到天然氣灶上去燒；用溫度計測量水從20℃加熱至80℃的過程中，觀察到天然氣表的數字變化了0.035m。他通過上網查閱得知天然氣灶的效率約為36%，已知水的比熱容c水＝4.2×103J/（kg·℃）。求：
（1）在這個過程中水吸收了多少熱量？
（2）天然氣燃燒放出的熱量為多少？
（3）請幫小明計算出天然氣的熱值。
(19—20中雅月考)一輛小轎車以某一速度在平直路面上勻速行駛100km，消耗汽油7kg。若這些汽油完全燃燒放出的熱量有20％用來驅動汽車做有用功，所用汽油的值為4.6×107J/kg。求:
（1）這些汽油完全燃燒放出的熱量；
（2）這輛轎車以該速度勻速行駛時受到的阻力；
（3）我校孫老師使用該汽車去距離150km的岳陽樓旅游，此次行程中消耗汽油質量為 m1；（4）現有一新型燃料合成氫，此次行程若使用該燃料驅動汽車，汽車的效率由20％提高 到30％，消耗合成氫質量為m2，求：m1與m2比值。（若汽車無論在平直公路，還是此次行程始終保持同一速度勻速行駛且阻力不變）[合成氫的熱值為1.4×107J/kg]。
若某型號單缸四沖程汽油機的活塞直徑為60mm（面積近似取S＝3.0×10﹣3m2），活塞沖程長度為L＝0.06m，某種工作狀態下做功沖程燃氣的平均壓強為p＝1.0×106 Pa，活塞以n＝1 380次/min做往復運動。
（1）汽油機1min對外做功　 　次。
（2）汽油機在此工作狀態下的功率是多少？
（3）如果此工作狀態下每分鐘消耗20g汽油，那么汽油機把內能轉化為機械能的效率是多少？（q汽油＝4.6×107J/kg，不計摩擦）
汽油發動機每一個工作循環活塞經歷四個沖程，帶動曲軸轉動兩圈。一臺四缸汽油機，活塞面積是60cm2，活塞行程是30cm，做功沖程燃氣產生的平均壓強為8×105Pa，若飛輪的轉速是2000轉/分鐘，效率為40%，（汽油的熱值為4.6×107J/kg）求：
（1）做功沖程中，燃氣對活塞的平均壓力是多少？
（2）做功沖程中，平均壓力做多少功？功率是是多少？
（3）汽油機在1小時內對外做功要消耗多少汽油？（保留一位小數）
某單缸四沖程汽油的氣缸活塞面積為5×10﹣3m2，一個沖程活塞在氣缸中移動的距離是50mm，滿負荷工作時做功沖程燃氣的平均壓強為8×105Pa，飛輪1min轉動1800周，當汽油機滿負荷工作時（不計摩擦，汽油的熱值為4.6×107J/kg），求：
（1）做功沖程中燃氣對活塞的平均壓力；
（2）一個做功沖程中燃氣對活塞做的功；
（3）汽油機的功率。
（4）若1min內消耗汽油22.5g，該汽油機的效率。
【課后作業】
(19—20附中入學考）對于圖中所示的四幅圖，下列說法中正確的是（　　）
A．甲圖中軟木塞飛出時，管內水蒸氣的內能增加
B．乙圖中兩個壓緊的鉛塊能吊起鉤碼，主要是因為分子間存在引力
C．丙圖中活塞向上運動是內燃機的做功沖程
D．丁圖中小朋友下滑時，內能轉化為機械能
(19—20長郡月考)西昌衛星發射中心用長征三號運載火箭，于2019年4月20日將第四十四顆北斗導航衛星成功送上太空。下列說法中正確的是（ ）
A. 火箭使用液氫燃料，主要是利用了液氫的比熱容大
B. 火箭升空過程中，燃料燃燒釋放的內能全部轉化為火箭的機械能
C. 北斗導航衛星加速升空過程中，其動能和重力勢能均增大
D. 發射架周圍的“白氣”是由于大量水蒸汽汽化而成的
日常生活中，我們使用了干木柴、煤炭、液化石油氣、天然氣、酒精等多種燃料。關于燃料的熱值，下列說法中屬于正確理解的是（　　）
A．燃料的熱值跟燃料燃燒時放出的熱量成正比
B．燃料的熱值跟燃料的質量成正比
C．容易燃燒的燃料熱值一定大
D．就某種確定的燃料而言，它的熱值是一個確定的值，跟燃料的質量及燃料燃燒放出的熱量無關
(19—20長郡月考)關于熱機，下列說法正確的是（ ）
A. 因為能量是守恒的，所以熱機的效率可以達到100%
B. 柴油機的汽缸頂部有噴油嘴，吸氣沖程時吸進柴油和空氣的混合氣體
C. 提高熱機的效率，可采用熱值高的燃料
D.活塞從汽缸一端運動到另一端的過程叫做一個沖程
(19—20雅禮月考)如圖反映了一個用電器正常工作時能量流向情況，下列說法錯誤的是（ ）
該圖說明了能量可以發生轉化
B．該圖說明電能可以轉化為其它能
C．該圖說明用電器遵循能量守恒定律
D．該圖說明用電器的效率可能為30%
(19—20青一月考)小翔用煤爐給10kg水加熱，繪制了如圖所示的加熱過程中水溫隨時間變化的圖像。若在6min內完全燃燒了0.3kg的煤，水的比熱容為4.2×103J/（kg·℃），煤的熱值約為3×107J/kg。求：
（1）煤完全燃燒產生的熱量；
（2）經過6min時間加熱，水所吸收的熱量；
（3）煤爐燒水時的熱效率。
隨著人們生活水平的日益提高，小汽車越來越多地走進了百姓人家。一輛使用汽油為燃料的小汽車，以72km/h 的速度在水平路面上勻速行駛時，發動機的實際功率為23kW．若小汽車行駛的距離為100km，汽油的熱值q＝4.6×107J/kg，小汽車發動機的效率為25%．求小汽車在這段路程中：
（1）運動的時間；
（2）發動機所做的功；
（3）消耗汽油的質量；
（4）若將小汽車在該次行駛過程中損失的熱量用來加熱水，可將多少kg20℃的冷水加熱到40℃的溫水供家庭使用？（結果保留整數）
汽油機的活塞面積是50cm2，活塞一個沖程的路程是25cm，做功沖程燃氣產生的平均壓強為8×105Pa．飛輪的轉速是600r/min。求：
（1）做功沖程活塞受到的平均壓力；
（2）在一個工作循環中，燃氣對活塞所做的功；
（3）該汽油機的功率。

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