第2讲改变世界的热机.doc

第二讲 改变世界的热机
知识梳理：
一.热机
1.利用内能的两种方式：一是利用内能 ，二是利用内能 。
2.热机是通过燃料燃烧获取 能并转化成 能的装置，从本质上讲热机的能量来源于 。
3.常见的热机包括 、蒸汽轮机、 、喷气发动机和火箭发动机等。

二.内燃机及其工作原理
1.利用燃料在气缸内燃烧，产生的燃气推动活塞做功的热机，叫做活塞式内燃机，常见的活塞式内燃机有 和 。

2.内燃机的四个冲程分别是__________、___________、___________、___________，在这四个阶段，吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠 来完成的，而 是内燃机中唯一对外做功的冲程，是由 能转化为 能，另外 冲程将机械能转化为内能。

3.内燃机的四个冲程：

进气门
排气门
活塞运动
曲轴运动
能量转化
吸气冲程

半周

压缩冲程

半周
机械能 内能
做功冲程

半周
内能 机械能
排气冲程

半周

联系
①每个工作循环包括___个冲程，活塞往复运动 次，飞轮和曲轴转动___周，对外做功____次；（简记为4-2-2-1）
②在一个工作循环中，只有第三个冲程燃气对外做功，其他三个辅助冲程不但不做功，还要消耗机械能；除做功冲程外的其他三个冲程依靠飞轮惯性来完成；
③第三冲程为其他三个冲程提供能量，其他三个冲程为第三冲程做功提供基础。

4.汽油机和柴油机的比较：

汽油机
柴油机
不
同
点
构造：
顶部有一个_____ _。
顶部有一个___ ___。
吸气冲程
吸入________________
吸入_______ _
点燃方式
汽油燃点低，_____燃式
柴油燃点高，_____燃式
效率
______
_______
应用
小型汽车、摩托车
载重汽车、大型拖拉机

误加后果
柴油燃点高，火花塞一般不能点燃，容易损坏发动机，需要用汽油冲洗多次.
一般能点燃，但汽油中含碳比柴油少，相同情况放出热量少，开动起来动力不足。

三.热机工作的功、功率和效率
如图是某四冲程汽油机做功冲程的示意图，活塞的横截面积为S.做功冲程中，燃气对活塞的平均压强是p，活塞移动的距离是l，每分钟转动n转，消耗的汽油质量为m，汽油的热值为q.试求：
1.热机转动n转，对外做功_ 次，对外做功用公式表示为W总= 。
2.热机的功率等于热机做功与 比值，用公式表示为P=_ 。
3.热机的效率等于热机做功与 比值，用公式表示为η= 。
4.提高热机效率的途径 _____________、 、 。

典例分析：
考点一 认识热机
【例题1】瓦特在前人的基础上改良了蒸汽机。下列有关蒸汽机的说法中，错误的是（ ）
A.很早以前，就有人设想将蒸汽作为动力使用
B.瓦特改进、完善了蒸汽机，发明了冷凝剂、蒸汽机缸等部件
C.瓦特研制的蒸汽机能适用不同工厂的需要，被称为“万能蒸汽机”
D.蒸汽机工作时将机械能转化为内能

【练1-1】（2017 乌鲁木齐）目前我国已将发动机研发列为国家重大科技专项．下列我国“陆、海、空、天”装备中动力机械不属于热机（利用内能做功的机械）的是（　　）
A．中国高铁交流异步牵引电动机
B．052D型导弹驱逐舰燃气轮机
C．歼20战机涡扇15煤油发动机
D．长征五号火箭液氢液氧发动机

【练1-2】关于“热机”，下列说法中正确的是（ ）
A.做功冲程的能量转化是机械能转化为内能
B.改进技术，可以使热机的效率达到100%
C.用水循环来降低热机的温度，主要是利用水蒸发时吸热的特性
D.冬天晚上要把热机水箱中的水放出，是防止气温降低时水凝固胀坏水箱

考点二 热机的工作过程
【例题2】（2017 烟台）如图，是汽油机工作时的四个冲程，其中属于做功冲程的是（　　）
A． B． C． D．

【练2-1】下图表示四冲程内燃机工作时各冲程的示意图，它们正确的排列顺序为( )
A.甲.乙.丁.丙
B.丁.丙.乙.甲
C.甲.丙.乙.丁
D.甲.丁.乙.丙

【练2-2】下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况.关于对图中①②③④的补充正确的是( )
吸气冲程
（ ③ ）
( ④ )
（ ① ）
( ② )
排气冲程

A.①做功冲程 ②内能转化为机械能 ③压缩冲程 ④机械能转化为内能
B.①压缩冲程 ②内能转化为机械能 ③做功冲程 ④机械能转化为内能
C.①做功冲程 ②机械能转化为内能 ③压缩冲程 ④内能转化为机械能
D.①压缩冲程 ②机械能转化为内能 ③做功冲程 ④内能转化为机械能
【练2-3】一台四冲程内燃机飞轮转速为1800r／min，它1 s完成了（ ）
A.30个冲程，做了30次功 B.60个冲程，做了60次功
C.120个冲程，做了30次功 D.60个冲程，做了15次功

考点三 内燃机做功和效率
【例题3】一台柴油机，柴油完全燃烧放出8×107J的热量，损失了4.8×107J的热量，柴油机的效率是（ ）
A.30% B.40% C.42% D.48%

【练3-1】甲汽油机的效率比乙汽油机的效率大，这说明了（ ）
A.甲的功率一定比乙的大 B.乙用的燃料一定比甲的省
C.甲把热能转化为机械能的百分比一定比乙大 D.相同时间内，甲做的功一定比乙做的功多

【练3-2】某摩托车的效率为34％，某汽车的效率为29％，这说明了（ ）
A.摩托车比汽车的功率大 B.摩托车比汽车做的有用功多
C.使用摩托车比使用汽车做功多 D.燃烧相同的燃料，摩托车将内能转化为机械能比汽车多

【练3-3】如图所示是内燃机的能流图，则内燃机的效率可以表示为（ ）
A.η=［(E1+E2+E3+E4)/E］×100％ B.η=(E2/E)×100％
C.η=［(E1－E3+E4)/E］×100％ D.η=(E1/E)×100％

考点四 热机的综合计算
【例题4】如图为汽油机做功冲程的示意图某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×lO5Pa，飞轮lmin转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），若1min消耗汽油0.01L.汽油的密度ρ=0.8×103kg/m3；汽油的热值为4.6×l07J/kg.求：
（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力；
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功；
（3）汽油机的功率.
（4）该汽油机的效率.

【练4-1】工厂为了测试汽车发动机的效率，让汽车以72km/h的平均速度行驶了140km，用去汽油20升，查资料得：汽油的密度为0.7×103kg/m3，热值为4.6×107J/kg，发动机的功率为23kw，则汽车发动机的效率为多少？

【练4-2】随着人们生活水平的提高.轿车已逐步进入我国普通百姓家中. 已知某国产骄车每行驶100km消耗8L汽油(1L＝10-3m3)，汽油的密度为0.71×103kg/m3、热值为4.6×l07J／kg.则
(1)10kg汽油完全燃烧时所产生的热量是________ _J.
(2)该汽车行驶100km消耗的汽油的质量是_______ kg.
(3)当该汽车以50kW的功率在平直公路上以72km／h的速度匀速行驶时，它所受到的阻力多大？

巩固提高：
1.热机在工作过程时，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.化学能→机械能→化学能

2.（2017 白银）2016年8月，我国发射了全球首颗量子卫星，为了纪念墨子，这个全球首颗量子卫星被命名为“墨子号”．发射卫星的火箭常使用液态氢作为燃料，主要是因为液态氢具有（　　）
A．较小的密度 B．较大的比热容 C．较低的沸点 D．较高的热值

3.某混合动力型汽车的动力装置由汽油发动机和电动机组成.一般情况下，蓄电池为电动机供电，由电动机提供动力；当需要较大动力时，由汽油发动机和电动机共同提供动力；当汽车制动减速时，电动机还可以作为发电机的蓄电池充电.关于该车动力装置在工作时的能量转化情况，以下分析不正确的是（ ）
A.汽油发动机做功冲程把内能转化为机械能 B.电动机在提供动力时把电能转化为机械能
C.发动机为蓄电池充电把电能转化为化学能 D.制动减速发电的过程把内能转化为电能

4.下列说法中正确的是（ ）
A.在汽油机的压缩冲程中，内能转化为机械能
B.把-10℃的冰块放在0℃的冰箱保鲜室中，一段时间后，冰块的内能会增加
C.用锯条据木板，锯条的温度升高，是由于锯条从木板吸收了热量
D.我们不敢大口喝热气腾腾的汤，是因为汤的内能大

5．（2017 辽阳）下列关于热现象的说法中正确的是（　　）
A．火箭使用液态氢作燃料，是因为它含有的热量多
B．在汽油机的压缩冲程中，内能转化为机械能
C．海边昼夜温差比内陆小，是因为水的比热容较大
D．0℃的水变成0℃的冰，温度不变，内能不变
6.一台四冲程汽油机飞轮转速是1200r/min，此汽油机1s内做功的次数和完成的冲程是（ ）
A.10次，40个冲程 B.40次，80个冲程
C.20次，40个冲程 D.80次，80个冲程

7．（2017 河北）下列说法正确的是（　　）
A．热机消耗的燃料越多，效率就越低
B．热传递中温度总是从热的物体传给冷的物体
C．同一物体，温度降低的越多，放出热量就越多
D．人体内水的比例很高，有助于调节体温，以免温度变化太快对身体造成危害

8.在做功冲程中，汽油机燃气的压强可达5.0×105 Pa，柴油机燃气的压强可达1.0×106 Pa，如果汽油机和柴油机的活塞面积、活塞运动的距离都相同，则在一个做功冲程中柴油机与汽油机做功之比是（ ）
A.1:2 B.2:1 C.1:1 D.4:1

9．（2017 泰州）一般汽油机的一个工作循环分为四个冲程，每个冲程都伴随着能量的转移或转化，其中主要将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

10．（2017 鄂尔多斯）“五一”期间，小峰等多名同学组团坐中巴车去往外地旅游观光，在车上同学们歌声不断，沿途还时不时嗅到芳草的清香，下列有关说法正确的是（　　）
A．中巴车的汽油机工作时，在压缩冲程中将内能转化为机械能
B．小峰是个模仿秀，他模仿歌星唱歌主要是模仿歌星的音色
C．小东是个“小曲库”，唱了很多歌曲，大家是通过响度分辨出不同歌曲的
D．同学们闻到芳草的清香，说明分子间存在着斥力

11.柴油机甲的功率是乙的1.5倍，甲的效率为20％，乙的效率为25％，那么甲与乙每小时消耗的油量之比为（ ）
A.15:8 B.6:5 C.5:6 D.8:15

12．（2017 枣庄）新农村建设中正在大力推广使用瓶装液化气．如果每瓶装10kg液化气，液化气的热值取4.2×107J/kg，则每瓶液化气全部完全燃烧放出的热量是　 　J，若放出的热量有40%被水吸收，在标准大气压下可把　 　kg的水从20℃加热至沸腾．[c水=4.2×103J/（kg•℃）]．

13.建筑工地上有一台大型汽车吊，把100t建筑材料从地面吊到15m高处，汽车吊做的有用功
为 J，在这过程中，汽车吊消耗柴油的质量为2.0kg，则完全燃烧2.0kg柴油释放的内能为 J，该过程中汽车吊的效率为 %.（柴油热值为q=4.3×107J/kg，取g=10N/kg）

14. 冬天，人们常用嘴向手上呵气，手就感到暖和，这是利用 的方法来改变物体的内能；用两手搓同样使手感到热，这是用 的方法改变手的内能。

15.汽油机是热机的一种，汽油在气缸内燃烧时将 能转化为 能，如图是内燃机的 冲程，活塞下降时，燃气内能 （选填“减少”或“增加”）。
16．（2017 六盘水）量子通信是目前世界最安全的通信，2016年8月16日，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”，在我国酒泉卫星发射中心用“长征二号丁”运载火箭成功发射升空，火箭使用的燃料主要是液态氧，这是利用了氢燃料　 　的特性，火箭加速上升过程中机械能　 　（选填“增大”、“减小”或“不变”）．

17．（2017 衡阳）今年5月18日，我国首次在南海成功试采海域可燃冰，可燃冰具有热值大、储量大、能直接点燃等特点．它的热值约为1.4×1010J/m3，则3m3的可燃冰完全燃烧后放出的热量为　 　J．假设这些热量全部被比热容为4.2×103J/kg•℃）的水吸收，可以使　 　kg的水温度升高50℃．

18．（2017 咸宁）2017年5月18日，我国宣布在南海进行的可燃冰试采获得成功．可燃冰是一种固态晶体，在常温压下会迅速　 　（填物态变化）为气态．它的热值约为1.4×1010J/m3，2m3的可燃冰完全燃烧后可放出　 　J的热量，若这些热量60%被水吸收，可以将　 　kg的水从0℃加热到100℃．（C水=4.2×103J/（kg•℃））

19.为研究不同物质的吸热能力，某同学用两个完全相同的酒精灯，分别给质量和初温都相同的甲、乙两种液体同时加热，分别记录加热时间和升高的温度，根据记录的数据作出了两种液体的温度随时间变化的图像，如图所示。
（1）根据图像，某同学认为：“加热相同的时间时，甲升高的温度高一些，这说明甲吸收的热量多一些。”这位同学的判断是否正确？
答： ________；理由是 ___ _____。
（2）要使甲、乙升高相同的温度，应给______加热更长的时间，这说明______的吸热能力强些。
（3）如果已知甲的比热容是1.8×103J/（kg·℃），则乙的比热容是 ________J/（kg·℃）。

20.自制家用太阳能热水器的效率在夏天可达50%，已知在地球表面，晴天时垂直于太阳光的表面接收到的热辐射为1.26×103J/(m2·s) ，如果晒水箱内有水40kg，晒水箱接收阳光垂直照射的面积始终是1.5m2，要使水温上升30℃，需要多长时间？

21.一单缸汽油机的飞轮的转速为每分钟为600转，设做功冲程中燃气对活塞的压强为p=5×105Pa不变，做功冲程中活塞移动的距离为L＝0.2m，活塞的面积S＝100cm2，每分钟该汽油机消耗的汽油20g，求汽油机的功率和效率。（汽油的热值为4.6107J/kg）

能力提升：
1．（2017 扬州）如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同．燃料的质量相同，烧杯内的液体质量也相同．下列说法正确的是（　　）

A．比较不同液体的比热容，可以选择甲丙两图
B．比较不同液体的比热容，可以选择乙丙两图
C．比较不同燃料的热值，可以选择乙丙两图
D．比较不同燃料的热值，不可以选择甲乙两图

2.目前，“节能减排”已引起全球的关注.如何减少能耗，提高汽车发动机的效率越来越受到人们的重视，大多数家用汽车的发动机均为汽油机，它把汽油燃烧产生的内能部分转化成机械能，再通过传动机构将动力传给车轮使汽车行驶，小明的爸爸新买了一辆小汽车，如图所示，小明坐着这辆汽车匀速行驶144km，用时2h，消耗汽油9kg，其发动机的功率为23kW.请运用所学的知识解答下列问题.（汽油的热值为4.6×107J/kg）
⑴汽车效率比较低，原因是什么？指出两点即可.
⑵汽车匀速行驶时所受的牵引力是多大？
⑶汽车发动机的效率是多少？
⑷通过观察小汽车的外型判断小汽车在水平路面高速行驶和静止时，对地面压力哪一个大？为什么？

3．（2017 昆明）某品牌轿车的质量为M（含驾乘人员），车的钢质外壳密度为ρ1、质量为m，发动机的效率为η1．若该车在平直道路上匀速行驶受到地面的摩擦力为车总重的k倍（k＜1，为常数），受到的空气阻力为f，忽略其他摩擦阻力．经过技术革新，厂家将车外壳换成了等体积，密度为ρ2的新材料（ρ2＜ρ1），并对车子的流线型进行了优化，使车子受到的空气阻力降低了2%，还将车子的发动机效率提高了η2．改进后汽车以相同的速度匀速行驶，求改进后汽车的耗油量m2与改进前的耗油量m1的比．（设改进前后汽车行驶的路况、路程、驾乘人员相同．不带单位计算）

第二讲 改变世界的热机 家庭作业

科 目 课 次 第 次 课 作 业 等 级 __
校 区 老 师________
1.内燃机的工作物质是（ ）
A.水蒸气 B.空气
C.燃料燃烧生成的高温高压气体 D.柴油、汽油和天然气

2．（2017 衡阳）2017年4月22日“天宮二号”与“天舟一号”成功对接．我国航空航天技术又上升到一个新的台阶．如图所示是在对接前从天宫看天舟的图片，下列有关说法错误的是（　　）
A．发射“天舟一号”的火箭上要用液态氢作为燃料，选择该燃料的原因是它的比热容大
B．“天舟一号”所使用的供电装置，最可行的是太阳能电池
C．“天宮二号”与“天舟一号”成功对接后，以“天宮二号”为参照物，“天舟一号“是静止的
D．航天员在飞船外共同作业时需要借助电子设备对话，是因为声音不能在真空中传播

3．（2017 岳阳）随着人们的生活水平的提高，汽车走进千家万户．关于小汽车涉及的知识说法正确的是（　　）
A．用甘油做发动机的冷却剂
B．发动机做功冲程将内能转化为机械能
C．精心保养可使发电机的效率达到100%
D．排出的尾气对环境没有任何污染

4.（2012陕西）科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同，在第四冲程结束后，立刻向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度 （选填“升高”、“降低”或“不变”），其内能 （选填“增大”、“减小”或“不变”），这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的 ，为进入下一个工作循环，这款内燃机的第五冲程相当于四冲程内燃机的 冲程，第六冲程是 冲程。

5．（2017 江西）长征二号PT2运载火箭选用液态氢做燃料，主要是因为液态氢的　 　高；火箭外表涂有一层特殊物质，可利用该物质在发生物态变化时要　 　热，从而避免高速运行的火箭温度过高．

6．（2017 东营）2017年5月18日，我国首次海域可燃冰（天然气水合物）试采成功，实现了历史性突破．可燃冰分布于深海沉积物或陆域永久冻土中，是由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质，燃烧后仅会生成少量的二氧化碳和水．根据测算，1立方米可燃冰可以分解释放出160立方米以上的天然气．完全燃烧5立方米可燃冰产生的热量至少为　 　（天然气热值为3.2×107J/m3）．试写出可燃冰具备的两条优点　 　、　 　．

7.节能减排、绿色环保，新能源汽车成为未来汽车发展的方向，纯电动汽车就是一种成本更低且能量转换效率更高的新能源汽车.某厂家开发出一款自主品牌的纯电动汽车，为了比较这款电动车与同型号内燃机汽车的能量转换效率，分别对它们进行测试，部分测试数据如下表（测试过程可视为匀速直线运动）：
车 型
项 目
纯电动汽车
内燃机汽车
能源种类
电能
汽油[q汽油=4.5×107J/kg
ρ汽油=0.7×103kg/m3]
测试距离
100km
100km
牵引力
600N
600N
百公里耗能
20kW•h
？
能量转换效率
？
20%
（1）测试过程中，纯电动汽车牵引力所做的功是多少？
（2）纯电动汽车的能量转换效率是多少（1 kW•h=3.6×106J）？
（3）内燃机汽车百公里耗油多少升？（保留一位小数）

8．（2017 大连）某家庭用的燃气热水器，将20kg的水从10℃加热到60℃，完全燃烧了0.21m3的煤气．已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值为4×107J/m3．试求：
（1）煤气完全燃烧放出的热量是多少？
（2）水吸收的热量是多少？
（3）该热水器烧水的效率是多少？