資源簡介

第3節 熱機 學案
知識點1 燃料的熱值
1． 食物和燃料都具有 ，燃料燃燒時把化學能轉化為熱能。
2． 1千克某種燃料完全燃燒時放出的 叫做這種燃料的熱值。熱值的單位是 ，符號為 。氫氣的熱值是14.3×107J/kg，表示為 。
說明 科學規定燃料的熱值指的是1千克的燃料完全燃燒所放出的熱量。熱值也是物質的特性，燃料不同，熱值不同。常見燃料中氫氣的熱值最大。
3． 燃料燃燒的熱量計算公式為 ，其中 表示熱值，m表示燃料的質量。
說明 公式在運用時應該注意質量單位應是千克。
知識點2 熱機
1．　熱機：是把 轉化為 的機器，常見的熱機有蒸汽機、內燃機、汽輪機、燃氣噴氣發動機和火箭噴氣發動機等。
2.　內燃機：指燃料直接在發動機汽缸內燃燒產生動力的熱機。常見的內燃機有 　　　　 和 。
說明　　①汽油機與柴油機不同之處
汽油機
柴油機
燃料
汽油和空氣混合物
柴油
基本結構
火花塞
噴油嘴
②四沖程內燃機：汽油機（柴油機）的一個工作循環包括四個沖程：
③熱機的效率指熱機輸出的有用機械功的那部分能量跟燃料完全燃燒所放出的能量之比。熱機的效率是熱機性能的一個重要的指標。
易錯點1 熱平衡方程的應用
1．（2016?攀枝花）質量和初溫度都相同的水和銅塊，分別吸收相同的熱量后將銅塊投入水中（c水＞c銅，不計熱損失）則（　　）
A．水的溫度升高，銅塊的溫度降低，且水升高的溫度和銅塊降低的溫度相同
B．水的溫度降低，銅塊的溫度升高，且水降低的溫度和銅塊升高的溫度相同
C．水的溫度升高，銅塊的溫度降低，且水增加的內能和銅塊減少的內能相同
D．水的溫度降低，銅塊的溫度升高，且水減少的內能和銅塊增加的內能相同
易錯點2 熱機
2．（2016?內江）以下機械屬于熱機的是（　　）
A．火箭發動機 B．發電機 C．滑輪組 D．洗衣機
易錯點3 熱機的效率
3．（2017?益陽）為了節約能源，需要提高熱機的效率，下列措施不能提高熱機效率的是（　　）
A．讓燃料與空氣混合充分，使燃料燃燒得比較完全
B．在設計與制造熱機時要不斷改進與創新，以減少能量的損失
C．盡量減少熱機內部各部件間的摩擦
D．盡量增加熱機的工作時間
易錯點4 內燃機的四個沖程
4．（2017?杭州）如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．壓縮沖程，機械能轉化為內能 B．壓縮沖程，內能轉化為機械能
C．做功沖程，機械能轉化為內能 D．做功沖程，內能轉化為機械能
易錯點5 有關熱機的計算
5．（2014?瀘州）汽車四沖程內燃機的一個工作循環一般分為：吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程，在這四個沖程中，把機械能轉化為內能的是　 　沖程．某單缸四沖程內燃機飛輪的轉速為1200r/min，該內燃機每秒鐘對外做功的次數為　 　次．
1．某同學用兩只相同的電加熱器，給相同質量的水和某種液體加熱，每隔2分鐘記錄一次數據，如下表所示．已知水的比熱為4.2╳103焦/（千克?℃），則該液體的比熱為（　　）
加熱時間
0
2
4
水的溫度（℃）
24
28
32
液體的溫度（℃）
24
31
38
A．7.35╳103焦/（千克?℃） B．2.4╳103焦/（千克?℃）
C．1.75╳103焦/（千克?℃） D．0.56╳103焦/（千克?℃）
2．（2016?湘西州）人們發現內能可以做功，并制造出各種利用內能做功的機械﹣熱機，下面這些機械中不屬于熱機的是（　　）
A．電動機 B．柴油機 C．汽油機 D．蒸汽機
3．甲、乙兩臺熱機，甲的效率比乙的低，其含義是（　　）
A．甲熱機消耗的燃料多 B．甲熱機比乙熱機做功少
C．甲熱機的功率比乙熱機的小 D．做相同的有用功，甲損失的能量比乙損失的多
4．（2017?岳陽）隨著人們的生活水平的提高，汽車走進千家萬戶．關于小汽車涉及的知識說法正確的是（　　）
A．用甘油做發動機的冷卻劑 B．發動機做功沖程將內能轉化為機械能
C．精心保養可使發電機的效率達到100% D．排出的尾氣對環境沒有任何污染
5．（2017?煙臺）如圖所示，是汽油機工作時的四個沖程，其中屬于做功沖程的是（　　）
A． B． C． D．
6．（2017?烏魯木齊）目前我國已將發動機研發列為國家重大科技專項．下列我國“陸、海、空、天”裝備中動力機械不屬于熱機（利用內能做功的機械）的是（　　）
A．中國高鐵交流異步牽引電動機 B．052D型導彈驅逐艦燃氣輪機
C．殲20戰機渦扇15煤油發動機 D．長征五號火箭液氫液氧發動機
7．（2017?德州）如圖所示是演示點火爆炸的實驗裝置，按動電火花發生器的按鈕，點燃盒內酒精，盒蓋被打出去，這與四沖程汽油機的　 　沖程的能量轉化相同．
7題： 8題：
8．（2016?廣東）如圖所示，圖A、B、C、D是四沖程汽油機的功工作示意圖，圖E、F是演示實驗的示意圖，C圖是　 　沖程，與它原理相同的是　 　圖所示的演示實驗，汽油機的工作示意圖中機械能轉化為內能的沖程是　 　圖（后兩空選填字母）
9．每年麥收時節，農民往往把麥秸桿堆在田里焚燒，這樣既污染環境，又浪費資源． 據測算，1t麥秸桿在沼氣池中可以產生270m3沼氣，剩余的殘渣還是優質有機肥料．統計表明，荊州市農村一個村一般每年可產生500t麥秸桿，若這些麥秸桿用來在沼氣池中產生沼氣，產生的沼氣完全燃燒后，可以放出　 　J的熱量；在標準大氣壓下，可以將　 　壺裝有質量為2.5kg、初溫為20℃的水燒開[沼氣的熱值為1.9×107J/m3，水的比熱容為4.2×103J/（kg?℃）]．
10．桔桿野外焚燒，既不安全又不環保，且浪費能源，若回收再利用，既可產生沼氣，又可產生肥料．100kg桔桿可產生沼氣1m3，若完全燃燒這部分沼氣可產生熱量　 　J，不計熱量損失，這些熱量可以使　 　kg的水溫度升高50℃．[已知沼氣熱值為4.2×107J/m3、水的比熱容為4.2×103J/（kg?℃）]．
11．某混合動力型汽車的動力裝置由汽油發動機和電動機組成．一般情況下，蓄電池為電動機供電，由電動機提供動力；當需要較大動力時，由汽油發動機和電動機共同提供動力；當汽車制動減速時，電動機還可以作為發電機的蓄電池充電．關于該車動力裝置在工作時的能量轉化情況，以下分析正確的是（　　）
A．汽油發動機做功沖程把內能轉化為機械能 B．電動機在提供動力時把電能轉化為機械能
C．發動機為蓄電池充電把電能轉化為化學能 D．制動減速發電的過程把內能轉化為電能
12．（2017?昆明）某品牌轎車的質量為M（含駕乘人員），車的鋼質外殼密度為ρ1、質量為m，發動機的效率為η1．若該車在平直道路上勻速行駛受到地面的摩擦力為車總重的k倍（k＜1，為常數），受到的空氣阻力為f，忽略其他摩擦阻力．經過技術革新，廠家將車外殼換成了等體積，密度為ρ2的新材料（ρ2＜ρ1），并對車子的流線型進行了優化，使車子受到的空氣阻力降低了2%，還將車子的發動機效率提高到了η2．改進后汽車以相同的速度勻速行駛，求改進后汽車的耗油量m2與改進前的耗油量m1的比．（設改進前后汽車行駛的路況、路程、駕乘人員相同．不帶單位計算）
13．某物理興趣小組的同學，用煤爐給10kg的水加熱，同時他們繪制了如圖所示的加熱過程中水溫隨時間變化的圖線．若在6min內完全燃燒了2kg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．
14．隨著生活水平不斷提高，小轎車走進許多家庭．
（1）轎車行駛時，汽油機將內能轉化為機械能的是　 　沖程．
（2）按圖乙所示速度行駛180km約需多少時間？（寫出計算過程）
1．（2017?長沙自主招生）將一杯熱水倒入容器內的冷水中，冷水溫度升高10℃，又向容器內倒入同樣一杯熱水，冷水溫度又升高6℃，若再向容器內倒入同樣一杯熱水，則冷水溫度將再升高（不計熱損失）（　　）
A．10℃ B．6℃ C．6℃以上 D．6℃以下
2．（2017?江西模擬）汽油機和柴油機有很多的異同點，下列有關四沖程汽油機和柴油機的異同點說法不正確的是（　　）
A．汽油機和柴油機都是內燃機
B．吸氣沖程，汽油機吸入的只有空氣，柴油機吸入的是柴油和空氣的混合物
C．汽油機和柴油機的一個工作循環對外只做一次功，活塞往復兩次
D．柴油機壓縮沖程末的溫度比汽油機高，燃料燃燒更完全，效率比汽油機高
3．一臺效率為40%的柴油機，當輸出3.44×107J有用功時，消耗的柴油質量是多少？（　　）（柴油的熱值是4.3×107J/kg）
A．0.8kg B．2kg C．0.32kg D．2.8kg
4．（2016?泗縣校級自主招生）如圖是四沖程汽油機工作的示意圖，其中不是靠慣性完成的是（　　）
A． B． C． D．
5．（2017?三臺縣一模）李麗周末和家人乘車去游玩，某一時刻她看到汽車轉速表顯示的轉速為1800r/min，她向爸爸了解到汽車發動機為四沖程發動機，則此時汽車在1s內完成了（　　）
A．60個沖程，做了15次功 B．60個沖程，做了60次功
C．120個沖程，做了30次功 D．30個沖程，做了30次功
6．（2017?奉賢區二模）四沖程熱機工作過程中，將內能轉化為機械能的是（　　）
A．吸氣沖程 B．做功沖程 C．壓縮沖程 D．排氣沖程
7．（2016?廈門校級模擬）關于熱機效率，下列說法中正確的是（　　）
A．燃燒更多的燃料可以提高效率 B．使用優質燃料可以提高熱機效率
C．合理改進熱機效率可能等于100% D．減少各種熱損失可以提高熱機效率
8．（2017?陜西自主招生）科學家發明了一款單缸六沖程內燃機，它每一個工作循環的前四個沖程與單缸四沖程內燃機相同，在第四沖程結束后，立即向汽缸內噴水，水在高溫汽缸內迅速汽化成高溫、高壓水蒸氣，推動活塞再次做功，水蒸氣溫度　 　（填“升高”“降低”或“不變”），這樣燃燒同樣多的燃料獲得了更多的機械能，提高了熱機的　 　．為進入下一個工作循環，這款內燃機的第六沖程是　 　沖程．
9．（2016?黃岡校級自主招生）甲、乙兩液體的密度比為ρ甲：ρ乙=5：4，體積比為V甲：V乙=2：3，比熱容比為c甲：c乙=1：2，且它們的初溫不等，現將它們混合（不發生化學反應），不計混合過程中的熱損失，達到熱平衡后液體溫度相對各自初溫變化量的絕對值分別為△t甲和△t乙，則△t甲：△t乙為　 　．
10．我國天然氣已經走入尋常百姓家，天然氣的熱值是7.5×107J/m3，小華家某月使用了21m3的天然氣，完全燃燒放出的熱量，只有50%被水吸收，在1個標準大氣壓下，可以將　 　kg的水從20℃燒至沸騰【c水=4.2×103J/（kg?℃）】．
11．利用圖示裝置可以將機械能轉化為內能．當掛在滑輪上的兩個重物落下時，裝滿水的容器中的葉片便轉動起來，使水的溫度升高．假設兩邊滑輪所掛重物的質量均為m1，重物下落的高度為h，容器內水的質量為m2，水升高的溫度為△t，水的比熱容為c，這臺機器的效率為　 　．（用物理量符號表示）
12．一臺四缸四沖程的汽油內燃機的活塞面積是300cm2，活塞沖程為30.0cm，在做功沖程中，活塞所受燃氣的平均壓強是4.5×105Pa．機軸的轉速是300r/min，汽油的熱值4.6×107/kg，如果這臺汽油內燃機工作一小時需要用掉10.6kg的汽油，則它的效率是　 　．
13．（2017?寧夏一模）圖中的汽車是我們熟悉的交通工具，它給我們的生活提供了便利．汽車應用了許多物理知識：
（1）汽油機是汽車的“心臟”，汽油機的　 　沖程是將內
能轉化為機械能．
（2）小轎車前方的擋風玻璃是傾斜的，目的是為了使車內
物體所成的　 　像（選填“實”或“虛”）位于玻璃的上方，
不妨礙司機視線．
（3）有的轎車尾部安裝一個“氣流偏導器”，它是依據　 　的原理，當轎車高速行駛時，能產生較大的抓地力．
14．將一勺冷水倒入盛有一些熱水的保溫容器中，使得熱水溫度降低6℃．然后又向保溫容器內倒入一勺冷水，水的溫度又降低了4℃．如果再連續倒入10勺同樣的冷水，則保溫容器內的水溫還將降低多少（不考慮保溫容器的放熱和吸熱）？
15．（2017?周口一模）如圖是青島膠州灣跨海大橋，大橋全長36km，成為世界最長跨海大橋．大橋拉近了黃島開發區與青島核心腹地的距離，改變膠州灣天塹阻隔實現“大青島”發展規劃．該大橋雙向6車道，設計車速80km/h．
（1）作為青島市民的小明，高興之余突然想：如果自己騎自行車走完全程需要多長時間呢？小明測量出了自己自行車后輪的周長為180cm，在平直的公路上測出自行車后輪轉50圈用時30s．請計算：小明如果騎車完成全程需要多少秒？
（2）如果某汽車以72km/h的速度通過大橋，該汽車發動機的功率為60kW．該汽車發動機的能量利用率為25%，請計算該汽車通過該大橋需要消耗汽油的質量？（汽油熱值為4.5×107J/kg）
（3）請用物理學的術語解釋，為什么要對通過公路橋梁的機動車的載重總質量和速度進行限制（分別答出一條即可）．
16．現有三種不同液體A、B、C，它們的初溫分別為15.0℃、25.0℃、35.0℃．若將A、B混合，末溫為21.0℃；若將B、C混合，末溫為32.0℃．那么，如果將A、C混合，末溫為多少？（不考慮熱損失）
　
第3節 熱機
【導學必備知識】知識點1：化學能 熱量 焦耳/千克 J/kg 1千克的氫氣完全燃燒放出的熱量為14.3×107J Q=mq q
知識點２：內能　　機械能　　汽油機　　柴油機　
【易錯點撥】
1． C．2．A．3． D．4． A．5．壓縮；10．
【知能優化訓練】　
1． B．2． A．3． D．4． B．5． C．6． A．
7．做功．8．做功；F；B．9．2.565×1012；3.05×106．10． 4.2×107；200．
11． ABC．
【重難培優訓練】
12． =
13．（1）煤完全燃燒產生的熱量為6×107J；（2）經過6min時間加熱，水所吸收的熱量為2.52×106J；（3）煤爐燒水時的熱效率為4.2%．
14．（1）做功；（2）按圖乙所示速度行駛180km約需2小時的時間．
【課后鞏固訓練】
1． D．2． B．3．B．4． B．5． A．6． B．7． D．
8．降低；效率；排氣．　
9． 12：5．
10． 2.34375×102．
11．%．
12． 29.9%．
13．（1）做功；（2）虛；（3）流體流速越快的位置壓強越小．
14．水溫還將降低12.5℃．　
15．（1）小明如果騎車完成全程需要12000秒；（2）汽車通過該大橋需要消耗汽油的質量是9.6kg；（3））①機動車的質量越大，車的慣性越大，使剎車困難，易造成交通事故的發生，加強交通事故的嚴重性．②機動車的速度越大，剎車后汽車滑行的距離越遠，易造成交通事故的發生．
16．將A、C混合，末溫為30.6℃．

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