第十四章---内能的利用

内能的利用第十四章导入前一章我们认识了内能，学了内能的那些知识点柴油机和汽油机有什么不同之处呢？我们在八年级上册学过滑轮的机械效率？你是如何增大它的机械效率的呢？我们在八年级下册学过机械能守恒，机械能守恒需要那些条件？想想所谓大咖声称要制造的永动机有没有可能？本章内容第一节热机第二节热机的效率第三节能量的转化和守恒第一节热机一．热机二．汽油机三．柴油机一、热机课本演示实验说明？热机：利用内能做功的机械，就叫做热机。热机的种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机叫做内燃机。内燃机内燃机分为两种：汽油机和柴油机汽油机：气缸内以燃烧汽油来提供动力的内燃机柴油机：气缸内以燃烧柴油来提供动力的内燃机二、汽油机汽油机的内部结构汽油机的工作原理冲程：气塞从气缸的一端运动到另一端的过程。多数汽油机是由吸气、压缩、做功和排气四个冲程的不断循环来保持工作的。内部结构曲轴通过连杆与活塞相连，将活塞的直线运动转化为曲线运动。吸气冲程进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入气缸。压缩冲程进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，在这个过程中，机械能转化为内能。做功冲程在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使你燃料猛烈燃烧，产生高温、高压的气体。高温、高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。此冲程中，内能转化为机械能排气冲程进气门保持关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。三、柴油机柴油机和汽油机的差别就在于柴油机没有火花塞，取而代之有一个喷油嘴。另一个差别就在于，柴油机在吸气冲程时，进入气缸只有空气。而汽油机进入气缸的有汽油和空气。压缩冲程压缩冲程结束时，气缸内空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气便立刻燃烧起来由于柴油机对空气的压缩程度比汽油机更高，因此在做功冲程气体的压强也大于汽油机，因而可以输出更大的功率。从而也就要求有关零件具有较高的结构强度，因而柴油机比较笨重，主要应用在载重汽油、拖拉机、坦克、火车和轮船上。小结在汽油机的一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。在四个冲程中，只有做功冲程是对燃气对外做功，将内能转化为机械能，其它三个冲程要消耗机械能，是靠飞轮的惯性来完成的，故飞轮的质量要足够大。柴油机和汽油机的异同点汽油机柴油机构造火花塞喷油嘴燃料汽油柴油一个工作循环吸气冲程吸入空气和燃料只吸入空气压缩冲程压缩程度较小（机械能→内能）压缩程度较大（机械能→内能）做功冲程点燃式（火花塞点火）（内能→机械能）压燃式（柴油遇到高温高压的热空气而燃烧））（内能→机械能）排气冲程排出废气排出废气主要特点笨重，效率高轻巧、效率较低适用范围载重汽车、火车、轮船等小汽车、摩托车等相同点都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，曲轴转动两周，活塞往复两次，对外做功一次。启动时都是靠外力使曲轴转动起来。习题对于汽油机和柴油机的区别，下列说法错误的是（）汽油机和柴油机使用的燃料不同汽油机采用点燃式点火，柴油机采用压燃式点火汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴汽油机和柴油机除了所使用的燃料不同外，在构造上完全相同。一台四冲程内燃机转速为600转/分，则（）A.每分钟内做功150次，共有600个冲程B.每分钟内做功200次，共有1200个冲程C.每秒钟内做功20次，共有10个冲程D.每秒钟内做功5次，共有20冲程课本演示实验中，当塞子从试管口喷出时，水蒸气的内能转化为塞子的能，这个能量转化与汽油机工作时冲程的能量转化过程一样。汽油机工作过程中需要用水来冷却发动机以确保其正常工作，这是利用了水的大的特点。除了飞机、汽车、摩托车之外，你还知道哪些地方用到了热机？你列举的这些热机中哪些是内燃机？第二节热机的效率一．燃料的热值二．热机的效率燃料燃料的种类燃料燃烧时能的转化：在燃烧的过程中，燃料的化学能转化为内能。相同质量的不同燃料在完全燃烧时释放的热量不同，这是为什么呢？想想八上的相同体积的铁块和木块在称量时质量不同，这是为什么呢？想想前一章所学的，同样的日照条件下，同样质量的水和沙子的温度不一样呢？一、燃料的热值热值：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。用q表示。单位：焦每千克，符号：J/kg物理意义：热值在数值上等于1kg某燃料完全燃烧放出的热量。公式：Q放=mq（Q放表示燃料完全燃烧时放出的热量）对与气体而言：Q放=Vq单位：焦每立方米符号J/m³对公式的理解每种燃料都有确定的热值，不同燃料的热值一般不同。就像密度与比热容一样。在使用热值q进行计算时，一定要看是不是完全燃烧，完全燃烧的含义是烧完，烧尽。如果没有完全燃烧，实际放出的热量比按热值计算的热量要小。热值是燃料本身的一种性质，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量，体积是否完全燃烧、放出热量多少均没关系。由燃料燃烧放出热量的计算公式Q放=mq变形可得q=Q放/m，注意公式中每个物理量都有其特殊的物理意义，而不是纯粹的数学关系，不能误以为q与Q放成正比，与m成反比。二、热机的效率效率：用来做有用功的那部分能量，与完全燃烧放出的能量之比、公式：ŋ=Q有用/Q总*100%（Q有用是用来有用功的能量，Q总是燃料完全燃烧放出的热量）提高热机效率的主要途径使燃料充分燃烧尽量减少各种热量损失在热机地设计和制造上，采用先进技术使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。具体做法给汽车发动机加润滑油，减小有害摩擦可减小摩擦损耗改进汽车油箱的密闭性，以减小蒸发损耗对排放的尾气进行收集再利用热机的效率与燃料的种类(热值大小)、燃料的质量、热机的工作时间、做功的多少均无关。因此采用热值大的燃料冰雹能提高热机的效率。此外热机的效率跟功率大小也无关。热机的效率总小于1的原因由于热机在工作过程中，总有能量损失。①热机不能完全燃烧，燃料的化学能不能完全释放；②废气带走很大一部分的能量（其带走的能量最多。）③一部分能量消耗在散热上④克服摩擦消耗一部分能量习题如果燃烧干木柴跟燃烧煤油放出的热量相等，干木柴的质量应该等于煤油质量的几倍？请列出相关计算式来说明理由。关于燃料的热值，下列说法正确的是()A.热值在数值上等于1kg某种燃料燃烧放出的热量B.10kg木炭比1kg木炭的热值大C.热值大的燃料比燃料燃烧时放出的热量多D.燃料燃烧时放出热量的多少与是否完全燃烧有关为了节约能源，需要提高热机效率，下列措施中不能提高热机效率的是()A.热机部件间的摩擦B.尽量减少尽量使燃料充分燃烧C.尽量减少废气带走的热量D.尽量增加热机的工作时间已知天然气的热值为4.2×10^7J/m^3，水的比热容为4.2×10^3J/(kg·℃)。完全燃烧0.04m^3天然气可放出的热量为________J某天然气灶烧水的效率为50%，完全燃烧0.04m^3天然气可使常温下5kg的水温升高_____℃。按照规定，我国载货车辆的轮胎对地面上的压强应控制在7×10^5以内，某型号货车部分参数如下表所示。王师傅在执行一次运输任务时，开着装满沙子的货车在一段平直的公路上匀速行驶15千米(g取10N/kg，沙子的密度为2.4kg/m^3,燃油的热值为4.5*10^7J/kg)请解答该货车在本次运输过程中的下列问题:通过计算判读该货车有没有超载?货车在这段公路上行驶时所受到阻力为车重的1/50，这段时间内货车牵引力所做功是多少?货车在这一过程中消耗燃油4kg，其热机效率是多少？自重6*10^4N车轮个数10每个轮胎接触地面积3*10^-2m^2车厢容积10m^3第三节能量的转化和守恒一．能量的转化二．能量守恒定律一、能量的转化我们常见的能量的形式是机械能、内能、化学能、热能、光能、生物质能、核能等等。自然界存在着很多的运动，每一种运动都有一种能量跟它对应。能量的转化是伴随着物体的做功而表现出来的，能的形式发生了变化。常见的能量转化现象能量转化摩擦生热水电站的水轮机带动发电机发电电动机带动水泵把水送到高处植物吸收太阳光进行光合作用燃料燃烧时发热火力发电利用太阳能电池供电给蓄电池充电利用太阳能热水器提供热水能量的转移能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从物体的一部分转移到另一部分。如热传递、流水推动水轮机转动，水的机械能转移到了水轮机上能量的形式并没有变化。回忆前一章所学的物体内能的改变的两种方式，你发现了什么？二能量守恒定律能量守恒定律：能量既不会凭空消失，也不会凭空消失，他只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其他物体，而转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。是自然界最普遍，最重要的基本定律之一。达到天体，小到原子核，无论是物理学的问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都服从能量守恒定律。19世纪自然科学的三大发现生物两个物理一个能量守恒与机械能能守恒能量守恒是不需要条件的，因此人们企图制作出永动机是不可能成功的。而根据八年下册所学的机械能守恒是需要条件的—没有能量损失和额外的能量补充。习题根据能量守恒定律的相关知识，下列你认为其中错误的是（）A.做功改变物体的内能是不同形式的能的相互转化B.热传递改变物体的内能是不同形式的能的相互转化C.各种形式的能在一定条件下都可以相互转化D.能量在转化和转移的过程中总会有损耗，但能量的总量保持不变下列有关能量的变化的说法，正确的是（）A.物体从斜面上匀速滑下，其机械能增大B.物体从斜面上匀速滑下，其机械能不变C.汽油机压缩冲程将内能转化为机械能D.汽油机做功冲程将内能转化为机械能下列对能量转化与守恒的分析错误的是（）A.水电站主要将机械能转化为电能B.由能量守恒定律可知，永动机是不会制造成功的C.降落伞匀速下滑过程中，机械能的总量保持不变D.由能量守恒定律可知，滑轮组的机械效率可以达到100%湖南近三年的中考题17长沙2017年5月，我国南海北部神狐海域的可燃冰开采获得成功，我国可燃冰的总资源是常规天然气。页岩气资源总合的两倍，它与天然气、石油一样，都是不可再生能源，可燃冰燃烧时将化学能转化能16长沙用酒精灯给试管的水加热，一段时间后橡皮塞被冲开，下列说法正确的是（）A.酒精灯中酒精的质量越大，酒精的热值越大B.酒精燃烧放出的热量能全部被试管中的水吸收C.试管中水的内能是通过热传递的方式增加的D.橡皮塞被冲开的过程与内燃机的压缩冲程都是内能转化为机械能的过程16衡阳随着人民生活水平的不断提高，汽车走进了很多家庭。下列有关汽车的相关知识说法正确的是（）汽车在加油时人能闻到汽油的气味，说明分子间存在相互作用力汽车的汽油机工作的四个冲程中，将内能转化为机械能地是做功冲程汽车在刹车过程中，刹车片与碟盘摩擦使汽车减速，在摩擦的过程中内能转化为机械能汽车在冬天时挡风玻璃上会起雾，这是汽化现象1616邵阳据中央电视台联播报道，2016年7月，我国将发射全球首颗量子通信卫星。发射卫星的火箭使用的燃料主要是液态氢，这是利用氢燃料的（）热值大比热容大密度大以上说法都不正确16邵阳下列事例中，属于内能转化为机械能的是（）A.冬天，人们常常搓手取暖B.烧开水时，水蒸气将壶盖顶起C.钻木取火D.用打气筒给篮球打气时筒壁温度升高16岳阳2015年9月20日，“长征六号”运载火箭成功将20颗小卫星送入太空，创造了中国航天“一箭多星”的发射记录。关于火箭发射的新纪录。关于火箭发射和卫星通信叙述正确的是（）A.火箭点火起飞是将机械能转化为内能B.火箭选用氢作燃料是因为氢气的热值小C.火箭上升过程中，重力势能减小，动能减小D.卫星通信是利用电磁能来传递信息的。16益阳如图所示，是汽油机工作时的四个冲程，其中属于做功冲程的是（）A.1B.1C.1D.1