(共15张PPT)
第十四章
内能的利用
第1节 热机
目标导引
思维导图
1.知道热机的概念,初步了解热机的工作原理。
2.了解热机的种类。
3.知道汽油机的构造,理解四冲程汽油机的基本工作过程。
4.了解柴油机的构造特点及工作过程。
5.了解汽油机和柴油机在生活、生产中的应用。
知识清单
预习自测
一、热机
水蒸气的 转化为瓶塞的 ?
燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机被称为 ?
内能
动能
内燃机
知识清单
预习自测
结论:利用 做功的机械—— ;内燃机分为________ 和 两类。?
内能
热机
汽油机
柴油机
知识清单
预习自测
二、汽油机和柴油机
1.汽油机的工作原理
知识清单
预习自测
打开
关闭
向下
汽油和空气的混合物
向上
压缩
机械能
内能
关闭
火花塞
内能
机械能
打开
关闭
向上
知识清单
预习自测
2.汽油机和柴油机的比较
火花塞
喷油嘴
汽油
柴油
汽油
空气
空气
点燃式
压燃式
知识清单
预习自测
1
2
3
4
知识清单
预习自测
1.下列说法正确的是( )
A.蒸汽机不是热机
B.汽油机和柴油机都是热机
C.全部热机都是用汽油作燃料
D.汽车排出的尾气全部是有毒气体
答案
解析
解析
关闭
不论是蒸汽机还是内燃机都是利用内能做功的机械,都属于热机,所以A不正确;柴油机和汽油机都属于内燃机,都是热机,B正确;热机的燃料有很多种,汽油只是其中的一种,C错误;汽车排放的尾气中大部分都是有害的,但不是所有的都有毒,D错误。
答案
解析
关闭
B
1
2
3
4
知识清单
预习自测
2.四冲程汽油机正常工作时,把机械能转化为内能的冲程是( )
A.吸气冲程
B.压缩冲程
C.做功冲程
D.排气冲程
答案
解析
解析
关闭
汽油机的四个冲程中只有两个冲程伴随有能量的转化:(1)压缩冲程中活塞向上运动,汽油和空气的混合物被压缩,内能增大,温度升高,活塞运动的动能转化为混合气体的内能;(2)做功冲程中,火花塞冒出电火花,将混合气体点燃,混合气体剧烈燃烧,产生高温高压的燃气,推动活塞运动,燃气的内能转化为活塞运动的动能。四冲程汽油机正常工作时,把机械能转化为内能的冲程是压缩冲程。
答案
解析
关闭
B
1
2
3
4
知识清单
预习自测
3.热机工作时,能量的转化过程是( )
A.内能→化学能→机械能
B.化学能→内能→机械能
C.化学能→机械能→内能
D.内能→机械能→化学能
答案
解析
解析
关闭
热机工作时需要燃料,即通过燃料燃烧将化学能转化为内能,而后通过内能做功,即将内能转化为机械能。
答案
解析
关闭
B
1
2
3
4
知识清单
预习自测
4.柴油机的工作过程: 、 、 、 。其构造不同于汽油机的是其顶部没有 ,而有 。主要应用在重型机械上。
答案
答案
关闭
吸气 压缩 做功 排气 火花塞 喷油嘴
对汽油机和柴油机工作原理的理解
解答有关汽油机或柴油机工作原理的题目时,可运用“四、二、二、二、一”来总结。四冲程汽油机或柴油机的工作原理及工作过程,一个工作循环有四个冲程、活塞往复运动两次、曲轴转动两周、两次能量转化(压缩冲程中将机械能转化为内能,做功冲程中将内能转化为机械能)、对外做功一次。
【例题】某四冲程柴油机的参数上写着“飞轮转速为2
400
r/min”,则该汽油机在1
s内对外做功的次数是 次。右图是某四冲程汽油机的 冲程。?
将机械能转化为内能的是 冲程。?
解析:在四冲程柴油机的一个工作循环中,活塞上下往复2次,曲轴和飞轮转2圈,对外做功1次。由题目可知,飞轮的转速是2
400
r/min,即1
s飞轮转动40圈,而飞轮每转2圈做功1次,所以1
s内做功20次;由题图可知,火花塞产生电火花,是做功冲程;压缩冲程中机械能转化为内能。
答案:20 做功 压缩(共11张PPT)
第3节 能量的转化和守恒
目标导引
思维导图
1.了解能量及其存在的多种形式。
2.知道能量的转移和转化,能解释一些常见现象中的能量转化过程。
3.理解能量守恒定律,有用能量守恒定律的观点分析物理现象的意识。
4.能运用能量守恒定律理解永动机是不可能制成的。
知识清单
预习自测
一、能量的转化
不同形式的能量之间可以相互 ?
小球在地面上跳起的高度越来越低,最终 转化为 ?
转化
机械能
内能
知识清单
预习自测
电风扇工作时,把 转化为 ?
结论:在一定条件下,各种形式的能量可以发生 ,从 的能转化为
的能。?
电能
机械能
相互的转化
一种形式
另一种形式
知识清单
预习自测
二、能量守恒定律
1.内容
能量既不会凭空 ,也不会凭空 ,它只会从一种形式 为其他形式,或者从一个物体 到其他物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量 。?
2.普遍性
自然界最普遍、最重要的基本定律之一。
消灭
产生
转化
转移
保持不变
1
2
3
4
知识清单
预习自测
1.下列交通工具中,所使用的动力装置将电能转化为机械能的是( )
解析:摩托车、载重卡车、拖拉机应用的都是内燃机,其将内能转化为机械能;电动自行车将电能转化为机械能。选项D符合题意。
D
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知识清单
预习自测
2.下列说法错误的是( )
A.能量守恒定律只适用于物体内能的变化
B.只要有能的转化和转移,就一定遵从能量守恒定律
C.能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器
D.任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中,消耗多少某种形式的能量,就能得到多少其他形式的能量,而能的总量保持不变
答案
解析
解析
关闭
能量守恒定律是自然界中最普遍的基本定律之一,所有能量转化的过程都服从能量守恒定律。故选项A错误。
答案
解析
关闭
A
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知识清单
预习自测
3.根据能量守恒定律判断,下列说法正确的是( )
A.发电机可以创造电能
B.电动机工作时消灭了电能
C.发电机和电动机都是转化能量的机器
D.自然界中各种能量在不断地相互转化,人类在不断地消耗各种能量,所以总能量在不断减少
答案
解析
解析
关闭
根据能量守恒定律,能量既不会凭空消灭,也不会凭空产生,它只会转化或者转移。在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变,可以看出选项A、B、D均错误,选项C正确。
答案
解析
关闭
C
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知识清单
预习自测
4.急刹车时,汽车的轮胎会在地面上留下黑色的痕迹。请说出其中的能量转化过程。
答案
答案
关闭
机械能(或动能)转化为内能。
能量守恒定律
1.能量守恒定律说明能量“不生不灭,只能转化、转移,而总量不变”。
2.能量守恒定律是普遍适用的规律,大到天体、小到原子核,所有能量转化的过程,都遵循能量守恒定律。
3.能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系,说明自然界的各种现象都是相互联系的。
4.通过热传递改变物体的内能实质就是能量的转移,通过做功改变物体的内能实质是能量的转化。
5.发生能量的“转移”时,能量的形式不变,只是能量的载体发生变化。能的转化是伴随着物体做功而表现出来的,能的形式发生了改变。
【例题】
指出下列现象中能量的转化或转移情况。
(1)植物的光合作用:
。?
(2)电灯发光: 。?
(3)人在跑步时发热出汗:
。?
(4)红旗迎风飘扬: 。?
解析:植物进行光合作用,消耗了太阳能,同时获得了化学能,属于光能转化为化学能。电灯发光消耗了电能,同时获得了光能和热能,是电能转化为光能和热能。人在跑步时发热出汗,消耗了化学能,同时产生了内能,是化学能转化为内能。红旗迎风飘扬,空气对红旗做功,空气的机械能转移到红旗上。
答案:(1)光能转化为化学能 (2)电能转化为光能和热能 (3)化学能转化为内能 (4)机械能转移(共12张PPT)
本章整合
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1.(2018·云南中考)汽车是一种运输工具,关于汽车的知识,下列说法正确的是( )
A.发动机的做功冲程中,内能转化为机械能
B.汽油只有在高温时才会蒸发
C.选择水作为发动机的冷却剂,是利用水的比热容较小的特点
D.车轮胎上的花纹是为了减小摩擦
A
解析:发动机在做功冲程中,燃料燃烧释放的内能转化为机械能,故A正确。蒸发在任何温度下都能发生,而沸腾只能在特定的温度(沸点)才能发生,故B错误。水箱中用水作冷却剂,是因为水有较大的比热容,在同等情况下,可以吸收更多的热量,故C错误。车轮胎上的花纹,为了在压力一定时,增大接触面的粗糙程度,以增大摩擦力,故D错误。
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2.(2018·黑龙江中考)生活中能量转化的实例很多,下列描述中正确的是( )
A.摩擦生热是把内能转化为机械能
B.燃料燃烧放热是把内能转化为化学能
C.电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能
D.摩擦起电是把电能转化为机械能
解析:摩擦生热是克服摩擦做功,摩擦过程中,消耗了机械能,内能增大,机械能转化为内能,故A错误。燃料燃烧放热是把化学能转化为内能,故B错误。电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能,故C正确。摩擦起电是消耗了机械能,获得了电能,机械能转化为电能,故D错误。
C
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3.(2017·广西南宁中考)使汽车获得动力的冲程是( )
A.吸气冲程
B.压缩冲程
C.做功冲程
D.排气冲程
答案
答案
关闭
C
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4.(2017·四川绵阳中考)2017年4月20日19点41分在文昌航天发射场,长征七号重型运载火箭搭载天舟一号货运飞船发射升空。该型号火箭以液氧煤油为燃料,在火箭加速上升过程中( )
A.液氧煤油燃烧放出的热量全部转化为火箭和天舟一号的机械能
B.液氧煤油燃烧放出的热量全部转化为火箭和天舟一号的动能
C.天舟一号的动能和重力势能都增大
D.天舟一号的动能转化为重力势能
解析:本题考查动能、势能、机械能。火箭在大气层中加速上升过程中,需克服空气阻力做功,因此燃料燃烧放出的热量只能部分转化为机械能,A、B项错误;火箭在加速上升过程中,质量几乎不变而速度和高度都变大,其动能和重力势能都变大,C项正确;天舟一号从静止开始上升,其动能和重力势能均由液氧煤油燃烧放出的热量转化而来,D项错误。
C
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5.(2017·四川南充中考)下列说法错误的是( )
A.常用温度计是根据液体热胀冷缩的性质制成的
B.花香四溢,是因为分子在不停地运动
C.热传递时,内能从温度高的物体转移到温度低的物体
D.内燃机都要靠火花塞点火来使燃料猛烈燃烧
解析:本题考查温度计的原理、分子运动、热传递及内燃机。常用温度计是根据液体热胀冷缩的性质制成的,选项A正确;花香四溢是由于分子永不停息地做无规则运动,选项B正确;发生热传递时,内能从高温物体转移到低温物体,选项C正确;内燃机分为汽油机和柴油机,汽油机和柴油机的点火方式不同,汽油机采用点燃式,柴油机使用压燃式,选项D错误。故本题选D。
D
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6.(2017·四川南充中考)在探究水的沸腾实验中,用酒精灯对水进行加热,实验中完全燃烧了5.6
g酒精,则放出了
J的热量;若这些热量的30%被150
g、25
℃的水吸收,则水升高的温度是
℃。[已知水的比热容为4.2×103
J/(kg·℃),酒精的热值为3.0×107
J/kg,环境为标准大气压]?
解析:本题考查热量的计算。完全燃烧5.6
g酒精放出热量Q放=qm酒精=3.0×107
J/kg×5.6×10-3
kg=1.68×105
J;水吸收的热量Q吸=30%
则水的温度只能升高Δt'=100
℃-25
℃=75
℃。
答案:1.68×105 75
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7.(2016·甘肃兰州中考)某燃气热水器工作时,燃烧产生热量的功率为20
kW,水温升高25
℃时,每分钟出水量为10
L。此时c水=4.2×103
J/(kg·℃),ρ水=1.0×103
kg/m3。求:
(1)1
min内水吸收的热量;
(2)热水器的效率。
解析:(1)1
min出水体积V=10
L=0.01
m3,
m=ρV=1×103
kg/m3×0.01
m3=10
kg
1
min水吸收的热量
Q吸=cmΔt=4.2×103
J/(kg·℃)×10
kg×25
℃=1.05×106
J。
(2)1
min燃气燃烧产生热量
Q放=Pt=20
000
W×60
s=1.2×106
J
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答案:(1)1.05×106
J (2)87.5%
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8.(2017·山东聊城中考)2017年5月18日,中国科学家首次在南海试采可燃冰取得圆满成功,实现了我国天然气水合物开发的历史性突破。可燃冰清洁无污染,储量巨大,是一种非常理想的新型能源。可燃冰的热值很大,是天然气热值的10倍以上,若按15倍计算。c水=4.2×103
J/(kg·℃),天然气的热值q=7.0×107
J/m3。
(1)体积为0.01
m3的可燃冰完全燃烧放出的热量为多少?
(2)若这些热量的90%被质量为100
kg的常温下的水吸收,则水升高的温度是多少?
解析:(1)由题意可得,可燃冰的热值:
q可燃冰=15q天然气=15×7.0×107
J/m3=1.05×109
J/m3
0.01
m3可燃冰完全燃烧放出的热量:
Q放=Vq可燃冰=0.01
m3×1.05×109
J/m3=1.05×107
J。
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Q吸=ηQ放=90%×1.05×107
J=9.45×106
J
由Q吸=cmΔt可得
答案:(1)1.05×107
J
(2)22.5
℃(共10张PPT)
第2节 热机的效率
目标导引
思维导图
1.从生活中体会不同燃料燃烧释放热的本领不同,建立热值的概念。
2.能简单计算燃料燃烧放出的热量。
3.能说出热机工作时燃料燃烧释放能量的主要流向,知道什么是热机效率。
4.能够联系实际情况,简单分析提高热机效率的方法。
知识清单
预习自测
一、燃料的热值
燃烧 的 ,放出的热量是
的。
结论:不同燃料的成分不同,贮存的化学能也不同。因此,相同质量的不同燃料在燃烧时放出的热量是不同的。为了描述燃料的燃烧特性,人们引入了一个新的物理量——热值。
(1)概念:燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比,叫作这种燃料的热值,用符号q表示。
(2)单位:焦每千克(J/kg);气体燃料的热值的单位一般用焦每立方米(J/m3)。
相同质量
不同燃料
不同
知识清单
预习自测
二、热机的效率
热机运转中, 的能量与燃料 燃烧
的能量的比值称为 ,即η=
×100%。?
用来做有用功
完全
释放
热机效率
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知识清单
预习自测
1.学习了物理知识后,可以帮助我们解决许多生活中的实际问题。例如家中买煤时,我们最应该关心煤的( )
A.热值
B.密度
C.比热容
D.热量
答案
答案
关闭
A
1
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知识清单
预习自测
2.1
kg汽油用去了一半,剩下的汽油( )
A.热值变为原来的一半
B.比热容变为原来的一半
C.热值和比热容都不变
D.热值和比热容都变为原来的一半
答案
答案
关闭
C
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知识清单
预习自测
3.热机的效率较低,为了提高热机的效率,你认为下列方法不可能实现的是( )
A.尽量使燃料充分燃烧
B.尽量减少各种热损失
C.尽量减少因克服摩擦力而额外消耗的能量
D.想办法把燃料放出的热量全部用来做有用功
答案
解析
解析
关闭
热机工作过程中燃料不可能完全燃烧,机械摩擦和散热要消耗能量,废气带走较大部分能量,所以燃料燃烧释放出的热量不可能全部做有用功。
答案
解析
关闭
D
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知识清单
预习自测
4.两台汽油机,甲的效率为35%,乙的效率为25%,这两个数据表示( )
A.甲汽油机做的功比乙汽油机多
B.甲汽油机的功率比乙汽油机的大
C.在相同时间内甲汽油机燃烧的汽油比乙汽油机的多
D.在消耗相同汽油时,甲汽油机做的有用功比乙汽油机的多
答案
解析
解析
关闭
热机效率是用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,既不表示做功多少,也不表示做功快慢。所以A、B、C三个选项都不对。热机的效率高表示消耗同样多的燃料做的有用功更多。
答案
解析
关闭
D
如何理解燃料的热值
从我们的生活经验可知,做一顿饭所需的热量基本上是一定的,但是如果用不同的燃料,所需燃料的质量大小是不同的。这表明质量相同的不同燃料完全燃烧放出的热量是不同的。我们把某种燃料完全燃烧放出的热量(Q)与其质量(m)之比叫作这种燃料的热值。由热值的概念可知,同种燃料的热值相同,不同燃料的热值一般不同。热值反映了燃料的特性,其大小与燃料的质量大小、是否完全燃烧、放出的热量多少无关,但在数值上等于1
kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
【例题】
关于燃料的热值,以下说法正确的是
( )
A.燃料的热值与燃料燃烧情况无关
B.容易燃烧的燃料,热值一定大
C.煤的热值大于干木柴的热值,燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多
D.为了提高锅炉的效率,一定要用热值高的燃料
解析:燃料的热值是燃料的一种特性,它只与燃料的种类有关,而与燃料的质量、是否容易燃烧无关,故选项A正确,选项B错误;燃料燃烧时放出的热量与燃料的热值、燃料的质量、燃烧是否完全有关,选项C中只知道煤的热值比干木柴的大,两者的质量关系、燃烧是否完全并不知道,因此不能确定谁放出的热量多,故选项C错误;锅炉的效率与燃料燃烧的完全程度和热量散失程度有关,与燃料的热值大小无关,故选项D错误。
答案:A
