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人教版2023準初三暑假預習講義03-熱機、熱機的效率
知識點一、熱機
1.【實驗觀察】
如圖所示，在試管內裝些水，用橡膠塞塞住，加熱使水沸騰，會看到什么現象？
實驗現象：____________________
實驗結論：
結論1：酒精燃燒的化學能轉化為水和水蒸汽的___________。
結論2：水蒸汽對活塞做功，又將內能轉化成__________，從而使活塞獲得了動力。
2.定義：燃料的化學能通過燃燒轉化為內能，又通過做功，把內能轉變成機械能。從而使機械獲得動力。
（1）工作原理：燃料在燃燒時，將化學能轉化為內能，內能轉化為機械能
（2）熱機的種類：蒸汽機、內燃機、汽輪機、噴氣發動機等。
3.內燃機:燃料直接在發動機氣缸內燃燒產生動力的熱機叫內燃機。主要有汽油機和柴油機兩種。
【經典例題1】如圖所示，用酒精燈給水加熱一段時間后，觀察到軟木塞沖出試管口．
（1）軟木塞沖出過程中，__________改變水蒸氣的內能．
（2）此過程中，水蒸氣減少的內能轉化為軟木塞的__________能，此過程與熱機的__________沖程相似．
【經典例題2】下列對內燃機的有關敘述，錯誤的是（ ）
A. 內燃機是內能轉化為機械能的裝置
B. 內燃機用水冷卻，是因為水的比熱容大
C. 內燃機排出的廢氣無污染，是一種環保型的機器
D. 內燃機靠產生的高溫、高壓氣體對外做功
【變式訓練2】 下列有關內燃機的說法正確的是 （　　）
A. 做功沖程靠飛輪的慣性完成 B. 壓縮沖程時把內能轉化為機械能
C. 汽油機和柴油機都是“壓燃式”點火 D. 內燃機一個工作循環對外做功一次
知識點二、汽油機
1.汽油機：利用氣缸內燃燒汽油產生高溫高壓的燃氣來推動活塞做功的熱機
2.工作過程：
（1）一個沖程：活塞在汽缸內往復運動時，從汽缸的一端運動到另一端的過程。
（2）一個工作循環：把這四個沖程稱為發動機的一個工作循環。
3.汽油機的構造
4.汽油機的工作過程
進氣閥門 排氣閥門 活塞運動 沖程的作用 能量的轉化
吸氣沖程 吸入汽油和空氣的混合物
壓縮沖程 燃料混合物被壓縮，溫度升高，壓強增大
做功沖程 燃料燃燒產生的高溫高壓燃氣推動活塞向下運動，通過連桿帶動曲軸對外做功
排氣沖程 排除廢氣
說明 一個工作循環有_______個沖程，只有做功沖程燃氣對外做功________次，其他三個沖程為輔助沖程，要靠安裝在曲軸上的慣性來完成 （2）一個工作循環中，活塞往復_______次，飛輪、曲軸轉動_____周
【經典例題1】 如圖是汽油機工作的四個沖程，其中表示機械能轉化為內能的沖程是（ ）
A. B. C. D.
【變式訓練1】 圖為汽油機工作過程中某一沖程的示意圖，此沖程的名稱及能量轉化是（　　）
A. 吸氣沖程，內能轉化為機械能 B. 壓縮沖程，機械能轉化為內能
C. 做功沖程，內能轉化為機械能 D. 排氣沖程，機械能轉化為內能
【經典例題2】如圖所示，甲圖中向盒內滴入數滴酒精，再將盒蓋蓋緊，然后撳動電火花發生器的按鈕，看到盒蓋飛出去。在此過程中，酒精燃燒后的燃氣的____能轉化為塞子的____能。圖___中（選填“乙”或“丙”）汽油機的工作過程與這一實驗過程中能量的轉化是一致的，而另一幅圖所示的工作過程叫____沖程。若某四沖程汽油機在工作時轉速為3600r/min，則每秒有___個做功沖程。
【變式訓練2】 一臺四沖程內燃機的飛輪轉速為3600 r/min，以下說法正確的是（ ）
A. 工作過程中能量轉化順序是內能→化學能→機械能
B. 它在1 s內完成了120個沖程
C. 完成一個工作循環所花的時間為
D. 每個做功沖程對活塞做功1500 J，則它的平均功率為10 kW
知識點三、柴油機
1.工作原理：利用氣缸內燃燒柴油所產生的高溫高壓的燃氣來推動活塞做功
2.主要構造
3.工作過程：與汽油機大致相同，也是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程構成一個工作循環，在一個工作循環中，曲軸和飛輪轉動兩周，對外做功一次
4.汽油機和柴油機比較
種類 汽油機 柴油機
相同點 都是內燃機，一個工作循環都經歷四個沖程
不 同 點 構 造 火花塞
燃 料 汽油
吸入氣體
點火方式 點燃式 壓燃式
5.內燃機的應用
（1）汽油機的應用：汽油機比較輕巧，常用在汽車、飛機和小型農業機械上面。
（2）柴油機的應用：柴油比較便宜，但柴油機比較笨重，主要用在載重汽車、拖拉機、坦克上面。
【經典例題1】柴油機和汽油機在一個工作循環中的四個沖程完全相同的沖程是（　　）
A. 吸氣、壓縮 B. 壓縮、排氣
C. 吸氣、壓縮、排氣 D. 排氣
【變式訓練1】 一臺柴油機飛輪的轉速為2400r/min，則在1s內，柴油機完成__個沖程；對外做功的次數是__．
知識點四、熱值
1.定義：某種燃料完全燃燒放出的__________與其_________之比，叫做這種燃料的熱值。
（1）熱值是燃料的一種特性，其大小與物質的種類有關，與燃料是否完全燃燒_______。
（2）“完全燃燒”的含義是燒完、燒盡。
2.符號：q
3.公式：
適用于固體，液體燃料：
適用于氣體燃料：
q表示熱值，單位J/kg J/m3
Q表示放出的熱量，單位J
m表示質量，單位kg
V表示體積，單位m3
4.物理意義：熱值在數值上等于1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量。
5.了解燃料的熱值表
【經典例題1】 “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十倍，這說明“可燃冰”的____________很高．
【變式訓練1】2019年6月25日02時09分,我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭,成功發射第四十六顆北斗導航衛星。中國北斗定位能精確到幾厘米。發射衛星的火箭常使用液態氫作為燃料,主要是因為液態氫具有( )
A. 較低的凝固點 B. 較低的沸點 C. 較大的比熱容 D. 較大的熱值
【經典例題2】對于燃料的熱值，下列說法中，屬于正確理解的是（ ）
A. 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
B. 燃料的熱值跟燃料的質量成正比
C. 燃料的熱值跟燃料燃燒時放出的熱量成正比
D. 熱值是一個確定的值，跟燃料的種類及燃料燃燒的充分程度有關
【變式訓練2】將一瓶酒精用去三分之二，則剩余部分酒精的密度、比熱容和熱值的大小，下列說法正確的是（ ）
A. 都變為原來的三分之一
B. 密度、比熱容不變，熱值變為原來的三分之一
C. 都不變
D. 熱值不變，密度、比熱容變為原來的三分之一
【經典例題3】菜油最適宜的烹飪溫度在150℃至180℃之間．用天然氣將質量為0.02kg的菜油從室溫20℃加熱到170℃，天然氣燃燒釋放出的熱量有60%被菜油吸收．則菜油吸收了_______J熱量，燃燒了______m-3的天然氣．（取c菜油= 2.0×103J·(kg·℃）-1，天然氣的熱值為4×107J/m3）
【變式訓練3】合理分類和利用垃圾可以變廢為寶，在一定條件下，1噸垃圾能榨出170kg燃料油，若燃料油的熱值為4.0×107J/kg，則這些燃料油完全燃燒釋放出的熱量為________J，燃燒時燃料油的化學能轉化為______能．
【經典例題4】某小組的同學做“比較不同燃料的熱值”的實驗，他們使用了如圖所示的裝置，假設燃料燃燒放出的熱量被液體完全吸收．在設計實驗方案時，你認為其中沒必要的操作是（ ）
A. 控制兩種燃料的質量相同 B. 盡量使燃料充分燃燒
C. 盛放兩杯液體的容器相同 D. 兩杯液體的初溫相同
【變式訓練4】利用如圖所示完全相同的兩套實驗裝置進行“比較不同燃料熱值的實驗”．先分別在燃燒皿中放入質量相同的甲、乙燃料，點燃后分別對質量和初溫都相同的水加熱．待完全燃燒后，測得甲中水溫高于乙中水溫．則這兩種燃料的熱值關系q甲_____q乙(選填”大于”、“小于”或“等于”)．
知識點二、熱機的效率
1.燃料的有效利用
（1）定義：用來做有用功的那部分能量與燃料完全燃燒放出的能量的之比，叫燃料的利用率
（2）公式：
（3）熱機效率總小于1的原因：熱機工作時，總有能量損失
2.提高熱機的效率的主要途徑
（1）使燃料充分燃燒，如研磨成粉狀吹入爐內燃燒
（2）減少各種熱量損失，如加大受熱面積
（3）保證良好的潤滑，減小摩擦。
3.使用熱機對環境的污染：主要有大氣污染和噪聲污染
4.環境保護措施
（1）改進燃燒設備，消除煙塵
（2）提高燃料的綜合利用率，采取集中供熱
（3）充分開發利用污染少和無污染的能源，如太陽能
（4）在內燃機排氣管上安裝消聲器，以減少噪聲污染
【經典例題1】 關于熱機效率，下列說法正確的是（ ）
A. 熱機做的有用功多，效率一定高
B. 熱機使用燃料的熱值越大，它的效率越高
C. 熱機在單位時間內耗費的燃料少，效率一定高
D. 減少熱機運轉過程中的能量損失可以提高熱機的效率
【變式訓練1】熱機的效率的高低（ ）
A. 功率越大，效率越高 B. 取決于熱機燃料的熱值，燃料的熱值高，效率就高
C. 熱量損失少，效率就高 D. 熱機的聲音越大，效率越高
【經典例題2】用煤氣灶燒水,燃燒0.1kg的煤氣,可以使10kg的水從20℃升高到70℃,則水吸收的熱量為___________J，燃氣灶燒水的效率為___________[水的比熱容為4.2x103J/(kg.℃)，煤氣的熱值為4.2x107J/kg]
【變式訓練2】太陽能熱水器是把太陽能轉化為內能的設備之一某品牌太陽能熱水器每小時平均接收4.2×106 J的太陽能，在5小時的有效照射時間內，將熱水器中質量為100kg、初溫為20℃的水溫度升高到40℃.則:
（1）熱水器中的水吸收的熱量Q.[水的比熱容c=4.2×103 J/(kg·℃)]
（2）熱水器5小時內接收到的太陽能E
（3）熱水器的效率η.
【經典例題3】為了提高熱機效率，可采取的措施是（ ）
A. 采用熱值高的燃料 B. 降低熱機功率
C. 保證良好的潤滑，減小摩擦 D. 以上措施都可以
【變式訓練3】熱機的效率較低，為了提高熱機的效率，你認為下列方法目前不可能的是
A. 盡量使燃料充分燃燒
B. 盡量減少各種熱損失
C. 盡量減少因克服摩擦力而額外消耗的能量
D. 想辦法把燃料放出的熱量全部用來做有用功
【課后練習】
1.下圖所示是汽油機工作時各種沖程的示意圖，其中表示做功沖程的是
A. B. C. D.
2.關于熱學知識，下列說法錯誤的是（ ）
A. 寒冷的冬天，雙手互搓會使手的溫度升高，這是用做功的方式改變內能
B. 剛煮熟的雞蛋放在冷水中，雞蛋的溫度降低
C. 汽油機做功沖程是把機械能轉化為內能
D. 用水作為汽車發動機的冷卻劑，是因為水的比熱容較大
3.圖為汽油機工作過程中某一沖程的示意圖，此沖程的名稱及能量轉化是（　　）
A. 吸氣沖程，內能轉化為機械能 B. 壓縮沖程，機械能轉化為內能
C. 做功沖程，內能轉化為機械能 D. 排氣沖程，機械能轉化為內能
4.如圖所示對于圖片中所描述的物理過程，下列分析中正確的是
A. 如圖，迅速拍擊手柄時圓筒內的硝化棉被點燃，原因是活塞與圓筒壁摩擦生熱
B. 如圖，瓶子內的空氣推動塞子跳起時，瓶內空氣的溫度將升高
C. 如圖，試管內的水蒸氣推動了塞子沖出時，水蒸氣的內能減少
D. 如圖，表示四沖程汽油機的壓縮沖程，機械能轉化為內能
5.影片《流浪地球》中,“點燃木星”產生的氣體將地球推開這一情景,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
6.一臺單缸四沖程柴油機，飛輪轉速為3600轉/分，該柴油機活塞1s對外做功________次．
7.如圖所示，用酒精燈給水加熱一段時間后，觀察到軟木塞沖出試管口．此過程中，水蒸氣的_____能轉化為軟木塞的機械能，此過程中的能量轉化情況與熱機的_____沖程相似．
8.如圖所示為單缸四沖程汽油機，在吸氣沖程，將_____吸入氣缸內。在_____沖程將內能轉化為機械能。若汽油機在1s內對外做功25次，則曲軸的轉速為_____r/min。
9.如圖所示的壓縮空氣引火儀，迅速下壓活塞使棉花點燃，在此過程中是通過____的方式來改變空氣內能的，此過程與四沖程汽油機的____沖程的能量轉化相同。若某汽油機在 1s 內完成 20 個工作循環，則飛輪的轉速為____r/min。
10.如圖所示，用酒精燈加熱試管中的水，當水沸騰一段時間以后，塞子被試管內水蒸氣推出.這與圖________(選填“A”、“B”、“C”或“D”)所示汽油機沖程的能量轉化是一致的.一臺單缸四沖程汽油機，飛輪轉速是1200r/min該汽油機每秒鐘內完成__________個沖程，做功________次.
11.一個三口之家分別單獨使用無煙煤、煤氣，天然氣的平均月消耗質量是不同的．這是因為無煙煤、煤氣、天然氣具有不同的（　　）
A. 密度 B. 比熱容 C. 熱值 D. 沸點
12.下列關于熱機、熱值的說法正確的是（　　）
A. 某柴油機工作的效率是35%，說明它工作時柴油燃燒釋放的能量65%轉化為有用功
B. 四沖程內燃機是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程的不斷循環來保證連續工作的
C. 汽油機、柴油機都有火花塞和噴油嘴這兩個關鍵部件
D. 某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質量之比叫這種燃料的熱值
13.一杯酒精倒出一半，剩余酒精的質量、密度和熱值的變化情況是
A. 質量、密度和熱值都不變
B. 質量、密度和熱值都變為原來的一半
C. 質量變為原來的一半，密度和熱值不變
D. 質量和熱值變為原來的一半，密度不變
14.古語道:“人要實，火要虛”。此話的意思是說做人要腳踏實地，才能事業有成；可燃物要架空一些，才能燃燒更旺。“火要虛”的目的是
A. 提高了可燃物的利用率 B. 降低了可燃物的著火點
C. 能使可燃物完全燃燒 D. 增大了可燃物的熱值
15.燃燒煤炭易造成環境污染，氫是一種自然界中儲量巨大的清潔能源。已知：無煙煤的熱值是3.4×107J/kg，氫的熱值是1.4×108J/kg．下列說法正確的是
A. 燃燒1kg的無煙煤，放出的熱量為3.4×107J
B. 完全燃燒1kg的氫，放出的熱量為1.4×108 J/kg
C. 1kg的氫和無煙煤均完全燃燒，氫放出的熱量為無煙煤的四倍以上
D. 氫和無煙煤均完全燃燒，放出相同的熱量，氫的質量為無煙煤的兩倍以上
16.如圖所示，為內燃機的能流圖，則內燃機的效率可表示為
A.
B.
C.
D.
17.蒸汽機是將燃料的化學能經鍋爐、蒸汽輪機最終轉化為機械能的機器．若鍋爐、蒸汽輪機的效率分別為20%和60%，則蒸汽機的效率為_____．
18.煤氣的熱值約為3.4×107J/m3、0.2m3煤氣完全燃燒放出_______J熱量，這些煤氣用掉了一半，它的熱值將____[選填：“變大”、“變小”或“不變”]．
19.有一箱木炭，其質量是10kg，木炭熱值為3.4×107J/kg．若用掉一半，剩下的木炭的熱值為_________，燃燒一半木炭最多可放出熱量________．
20.用酒精爐來燒水，將質量為0.5kg的熱水，從20℃加熱至沸騰（1個標準 大氣壓），燃燒了11.2g酒精．[水的比熱容為4.2×103 J/（kg·℃），酒精的熱值是3×107J/kg．] 求：
（1）這些水被加熱至沸騰需要吸收的熱量．
（2）該熱水器的熱效率η是多少？

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