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第14章 內(nèi)能的利用 復習
《2023年九年級物理暑假預習課程》
第一：知識歸納
第一節(jié)：內(nèi)能的利用
內(nèi)能的利用方式
利用內(nèi)能來加熱：實質(zhì)是熱傳遞。
利用內(nèi)能來做功：實質(zhì)是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。
第二節(jié)：熱機
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
內(nèi)燃機：
內(nèi)燃機活塞在汽缸內(nèi)往復運動時，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工作循環(huán)，每個工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)2周，活塞上下往復2次，做功1次。
在這四個沖程中只有做功沖程是燃氣對活塞做功，而其它三個沖程（吸氣沖程、壓縮沖程和排氣沖程）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。
①汽油機工作過程：
②柴油機工作過程：
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。
4、熱值
燃料燃燒，使燃料的化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
定義：1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量，叫做這種燃料的熱值。用符號q表示。
單位：固體燃料的熱值的單位是焦耳每千克（J/kg）、氣體燃料的熱值的單位是焦耳每立方米（J/m3）。
熱值是燃料本身的一種特性，只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積、是否完全燃燒等無關(guān)。
公式：、
①Q(mào)＝qm m= q=
Q——放出的熱量——焦耳（J）；q——熱值——焦耳每千克（J/kg）；m——燃料質(zhì)量——千克（kg）。
②Q＝qV V= q=
Q——放出的熱量——焦耳（J）；q——熱值——焦耳每立方米（J/m3）；V——燃料體積——立方米（m3）。
物理意義：酒精的熱值是3.0×107J/kg，它表示：1kg酒精完全燃燒放出的熱量是3.0×107J。
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。
第三節(jié)：熱機效率
影響燃料有效利用的因素：一是燃料很難完全燃燒，二是燃料燃燒放出的熱量散失很多，只有一小部分被有效利用。
有效利用燃料的一些方法：把煤磨成粉末狀、用空氣吹進爐膛（提高燃燒的完全程度）；以較強的氣流，將煤粉在爐膛里吹起來燃燒（減少煙氣帶走的熱量）。
熱機的效率：熱機用來做有用功的那部分能量和完全燃燒放出的能量之比叫做熱機的效率。
熱機的效率是熱機性能的一個重要標志，與熱機的功率無關(guān)。
公式： Q總= Q有用= Q總η
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)內(nèi)、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。
第二：自主練習
1．汽車作為我們生活中不可缺少的交通工具，它的動力機械就是內(nèi)燃機，下列有關(guān)內(nèi)燃機的說法正確的是（　　）
A．柴油機的吸氣沖程吸入的只有空氣
B．汽油機的效率一般比柴油機的效率高
C．汽油機的點火方式是壓燃式
D．柴油機的做功沖程是把機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
2．如圖所示，用熱水壺燒水至沸騰時，水蒸氣會頂開壺蓋。熱機工作中，與此能量轉(zhuǎn)化相同的沖程是（　　）
A．吸氣沖程 B．壓縮沖程 C．做功沖程 D．排氣沖程
3．下列關(guān)于熱機的說法中，錯誤的是（　　）
A．熱機是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置
B．熱機是把機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的裝置
C．對內(nèi)燃機不斷革新，也不能把氣體的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機械能
D．即使沒有漏氣、也沒有摩擦等能量損失，內(nèi)燃機也不能把內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機械能
4．下列有關(guān)熱機效率、燃料熱值、物體內(nèi)能的說法中，正確的是（　　）
A．熱機所用燃料的熱值越大，效率越高
B．摩擦生熱是利用做功的方式來增加物體的內(nèi)能
C．物體的內(nèi)能越大，溫度越高
D．熱機所用燃料的化學能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能越多，效率越高
5．長征五號火箭發(fā)動機采用氫氧發(fā)動機，用氫氣做燃料獲得動力，是由于氫氣的（　　）
A．比熱容的較大 B．熱值高
C．密度大 D．導熱性好
6．2020年11月24日凌晨4時30分、我國在文昌發(fā)射中心用長征五號運載火箭將嫦娥五號發(fā)射升空。下列說法正確的是（　　）
A．用液態(tài)氫作燃料是因為氫的熱值大
B．火箭離開大氣層后，外殼的內(nèi)能增大
C．火箭發(fā)射時將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
D．火箭加速升空，機械能守恒
7．下列對能量轉(zhuǎn)化的描述不正確的是（　　）
A．蓄電池充電：電能→化學能
B．發(fā)電機發(fā)電：電能→機械能
C．人騎自行車：化學能→機械能
D．內(nèi)燃機工作：化學能→內(nèi)能→機械能
8.不同形式的能量可以在一定條件下相互轉(zhuǎn)化，如摩擦生熱，將機械能轉(zhuǎn)化為______能；電動機帶動水泵把水送到高處，______能轉(zhuǎn)化為機械能。
9.汽車發(fā)動機用水循環(huán)降溫，這是因為水具有較大的________，如圖所示，如果四沖程汽油機飛輪轉(zhuǎn)速為3000r/min，這一沖程能量轉(zhuǎn)化是_______，該汽油機每秒鐘對外做功_______次。
一臺單缸四沖程汽油機在一個工作循環(huán)中消耗了10g汽油，若這臺汽油機的效率為30%，則這些汽油完全燃燒輸出的有用機械能為_______J；若該汽油機的轉(zhuǎn)速為3000r/min，1s內(nèi)對外做功________次。（汽油的熱值為4.6×107J/kg）
2021年10月16日，搭載神舟十三號的火箭成功發(fā)射，當火箭加速上升時，火箭燃料的___________能轉(zhuǎn)化為燃氣的內(nèi)能；當火箭在大氣中快速飛行時，會與大氣層發(fā)生劇烈摩擦，其溫度會升高，內(nèi)能會___________（選填“不變”“增大”或“減小”），這是通過___________（填“熱傳遞”或“做功”）的方式改變物體的內(nèi)能。
圖中是某四沖程內(nèi)燃機工作循環(huán)中的______沖程，此內(nèi)燃機1秒內(nèi)對外做功20次，則飛輪轉(zhuǎn)速是______r/min。
汽車己成為我國普通百姓的交通工具，汽油機是汽車的常用動力設備。如圖，汽油機在該沖程的能量轉(zhuǎn)化是___________能轉(zhuǎn)化為___________能，該汽油機飛輪轉(zhuǎn)速2400r/min，則汽油機1 min做___________次功。
為抗擊疫情，醫(yī)療人員經(jīng)常用酒精消毒。在消毒過程中，房間里充滿了酒精的氣味，這是______現(xiàn)象。酒精的熱值是3.0×107 J/kg，酒精燈里裝有20g酒精，若完全燃燒掉一半，則放出的熱量是______J，剩余部分酒精的熱值是______J/kg。
如圖為汽油機的______沖程，為提高汽油機效率應______（填“換熱值更大燃料”或“使燃料充分燃燒”），若飛輪轉(zhuǎn)速為1200r/min，則汽油機每秒能完成______個工作循環(huán)。
將一瓶酒精放入到冷水中，酒精溫度降低時，酒精內(nèi)能______，酒精熱值______。（均選填“變大”、“變小”或“不變”）。
一臺單缸四沖程汽油機飛輪的轉(zhuǎn)速是2400r/min，則該汽油機每秒鐘完成______ 個沖程，對外做功______次。
有50kg液化氣，液化氣的熱值取4.2×107J/kg，則液化氣全部完全燃燒放出的熱量是_______J，若放出的熱量有80%被利用，在標準大氣壓下可把_________kg的水從20℃加熱至沸騰[c水=4.2×103J/（kg ℃）]。
某四沖程內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速是3000r/min，它1s內(nèi)完成___________個沖程。某型號汽車發(fā)動機效率為30%，行駛20min消耗4L汽油，已知汽油熱值q=4.0×107J/m3，這一過程該發(fā)動機輸出機械功是________J。
如圖，甲、乙、丙三圖裝置完全相同，燃料的質(zhì)量、燒杯中液體的質(zhì)量和初溫都相同。
（1）為了得到質(zhì)量相同的水和煤油，需要的測量工具是______；
（2）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，小虎作出了水和煤油的溫度隨加熱時間變化的圖象，如圖丁。觀察圖丁，寫出一種比較比熱容大小的方法：______；煤油和水的比熱容之比是______；
（3）接下來比較酒精和煤油熱值，小虎通過質(zhì)量相同的燃料完全燒盡后水升高的溫度來比較熱值大小，燒杯中水的質(zhì)量應該______（選填“大”或“小”）一些，原因是______；
（4）小龍同學選擇用兩種燃料將甲、乙兩個裝置中的水均加熱至相同溫度，她試圖通過測量______來反映這兩種燃料熱值的大小關(guān)系；
（5）實驗室備有酒精溫度計、煤油溫度計和水銀溫度計（玻璃泡中液體質(zhì)量相等），幾種測溫物質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示，為了減小熱損失對實驗的影響，應該選擇______溫度計。
測溫物質(zhì) 酒精 煤油 水銀
比熱容[] 2×103 2.1×103 0.14×103
標準氣壓下沸點（℃） 78 180~310 356.7
小虎家使用的是燃氣熱水器，已知燃氣的熱值為4.0×107J/m3，水的比熱容為4.2×103J/(kg·℃)。在一個標準大氣壓下，小虎用熱水器給初溫為15℃的水加熱到45℃，共獲得40L的熱水，用去0.2m3燃氣。計算：
（1）這些燃氣完全燃燒放出的熱量；
（2）40L水升溫吸收的熱量；
（3）小虎家熱水器的熱效率。

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