第8单元 第2课时 改变世界的热机

当课 堂时 测作 评业
1．(2019·武汉)如图所示是四冲程汽油机的剖面图，关于其四个冲程的描述正确的 是( A ) A．吸气冲程中，汽油和空气的混合物进入汽缸 B．压缩冲程中，通过做功的方式使汽缸内气体的内能减小 C．做功冲程中，燃料释放的能量绝大部分转化为机械能 D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的极少部分
第一轮 单元复习
第八单元 分子动理论与内能 改变世界的热机 第2课时 改变世界的热机
考课 点时 管作 理业 归课 纳时 探作 究业 当课 堂时 测作 评业 课时作业
1.热机
考课 点时 管作 理业
热机 通过燃料燃烧获取 内能 并转化为 机械能 的装置
由 吸气、压缩、做功、排气 四个冲程的不断循环来保
单位
无单位
瓦特(W)
热机效率的高低与热机做功的多少、做功的快慢无关；
注意 提高效率的途径是减少热机工作中的各种能量损失，
即减少燃烧过程中的热量的损失和减少机械能的损失
类型一 辨析内燃机的冲程
归课 纳时 探作 究业
例 1 (2018·滨州)如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程，它是C( )
A．压缩冲程，将化学能转化为内能 B．压缩冲程，将机械能转化为内能 C．做功冲程，将内能转化为机械能 D．做功冲程，将机械能转化为内能 【解析】 图中两气门关闭，活塞向下运动，火花塞打火，属于做功冲程。在做 功冲程中，内能转化为机械能，故 C 正确。
(1)使燃料尽可能 完全燃烧 ； (2)减小 热损失 ； (3)利用废气的能量
4.功率和热机效率 项目
热机效率
功率
用来做有用功的那部分能量与
定义 燃料完全燃烧放出的能量之 单位时间内所做的功
比，叫做热机效率
物理 反映热机对能量利用率的高低 反映热机做功快慢
意义
定义式
η＝QQ吸总×100%
P＝Wt
2.0 L 82.8 kW
汽油的热值 空燃比
4.6×107 J/kg 12∶1
单缸四冲程内燃机完成一个工作循环时，图中四个冲程的顺序是 乙甲丁丙 ，
燃料完全燃烧放出的热量是 9.2×103 J。
【解析】 汽缸内汽油和空气混合气体的体积等于汽缸的工作容积，即 V＝V 容＝
【解析】 根据公式 Q 吸＝cmΔt 可知，水吸收的热量与水的温度的变化量成正比， 而不是水的末温，故 A 错误；带入数值可得 Q 吸＝3.15×106 J，故 B 错误；燃烧 天然气放出的热量 Q 放＝Vq＝0.15 m3×4×107 J/m3＝6×106 J，热水器的能量转化 效率为 η＝QQ吸 放×100%＝3.61×5×10160J6 J×100%＝52.5%，所以 C 正确；热水器的能量 转化效率与环境温度有关，D 错误。
2.1×108 J；若在不考虑热量损失的情况下，这些热量能使 800 kg、45 ℃ 的 水刚好达到沸点，则此时水的沸点是 107.5 ℃，水面上方的气压 大于 (选填“大 于”“小于”或“等于”)1 标准大气压。[c 水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
【解析】 “可燃冰”的热值是天然气的 10 倍，设天然气的热值为 4.2×107 J/kg， “可燃冰”热值为 4.2×108 J/kg，完全燃烧 0.5 kg “可燃冰”放出的热量为 Q 放 ＝mq＝0.5 kg×4.2×108 J/kg＝2.1×108 J；若不考虑热量损失，这些热量全部被水 吸收，则有 Q 放＝Q 吸＝ cm(t－t0)，t－t0＝Qcm吸＝4.2×1032J.1/×kg1·℃08 J×800 kg＝62.5 ℃， 求得 t＝62.5 ℃＋t0＝107.5 ℃，因为此时水的沸点高于 100 ℃，所以水面上方的气 压大于 1 标准大气压。
4．(2019·宜宾)我们每天都在产生大量垃圾，合理分类和利用垃圾是我们面临的一 个重大课题。某垃处理厂处理垃圾时提炼出了 200 kg 燃料油，若燃料油的热值为 4.0×107 J/kg，则这些燃料油完全燃烧放出的热量为 8.0×109 J；燃料油燃烧时发 热，燃料油的化学能转化为 内 能。 【解析】 这些燃料油完全燃烧放出的热量：Q＝mq＝200 kg×4.0×107 J/kg＝ 8.0×109 J； 燃料油燃烧时发热，燃料油的化学能转化为内能。
解： (1)1 个标准大气压下水的沸点为 100 ℃，即需将水加热至 100 ℃，水吸收 的热量：Q 吸＝ cm(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×10 kg×(100 ℃－20 ℃)＝3.36×106 J。 (2)0.5 kg 焦炭完全燃烧释放的热量：Q 放＝mq＝0.5 kg×3.0×107 J/kg＝1.5×107 J。 (3)炉子烧水的效率：η＝QQ吸 放×100%＝31..356××110076JJ×100%＝22.4%。 答：(1)水吸收的热量是 3.36×106 J；(2)0.5 kg 焦炭完全燃烧释放的热量是 1.5×107 J；(3)炉子烧水的效率是 22.4%。
5．(2019·眉山)发动机是汽车的核心部件，某汽车发动机是以 92 号汽油为燃料的 内燃机，其一个工作循环的四个冲程如图所示，表中给出了发动机的相关数据(空 燃比是指汽缸内空气和燃油的质量比)。
1 min内完成的工作循环 数
2 400次
汽缸内汽油和空气 混合气体的密度
1.3 kg/m3Βιβλιοθήκη 汽缸的工作容积 发动机最大功率
3．(2018·四川成都)小李家使用的燃气热水器，将 30 kg 的水从 20 ℃加热到 45 ℃， 消耗了 0.15 m3 的天然气。已知水的比热容为 4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值为 4×107 J/m3，则下列与该过程有关的计算结果和分析正确的是( C) A．水吸收的热量与水的末温成正比 B．水吸收的热量是 3.15×105 J C．热水器的能量转化效率是 52.5% D．热水器的能量转化效率与环境温度无关
(3)汽油完全燃烧放出的热量：Q 放＝2W5%有 ＝5.762×5%107 J＝2.304×108 J， 由 Q 放＝mq 得需要汽油的质量：m＝Qq放＝42..53×041×071J0/8kJg＝5.12 kg。 (4)因为目前人类使用的主要能源是化石能源，其燃烧会产生二氧化碳、二氧化硫 及其他污染物，所以要“减排”就必须减少化石能源的消耗，即“节能”。 答：(1)牵引力所做的功及功率分别是 5.76×107 J、1.2×104 W；(2)电动车的效率 是 88.9%；(3)需要消耗 5.12 kg 汽油；(4)因为目前人类使用的主要能源是化石能 源，其燃烧会产生二氧化碳、二氧化硫及其他污染物，所以要“减排”就必须减 少化石能源的消耗，即“节能”。
【方法归纳】 给物体加热一般会同时涉及到燃料燃烧放热和物体吸收热量，在 求解此类较复杂的热量计算题时，熟练掌握有关知识是基础，如公式 Q＝cmΔt、 Q 吸＝ cm(t－t0)、Q 放＝ cm(t0－t)、Q 放＝mq 等，涉及到效率问题时，还要注意分 清哪些是有用的能量，哪些是总能量，然后带入公式 η＝QQ有 总×100%计算。
(2019·菏泽)小明家有辆排量 1.6 L 的汽车，行驶 100 km 油耗约为 5 kg，汽油的热 值为 4.6×107 J/kg。若这些汽油完全燃烧，可放出 2.3×108 J 热量，燃油汽车 产生的 噪声(或尾气) 对环境会造成污染。 【解析】 这些汽油完全燃烧放出的热量：Q＝mq＝5 kg×4.6×107 J/kg＝2.3×108 J；燃油汽车产生的噪声(或尾气)会对环境造成污染。
(2018·德州)在 1 个标准大气压下，用炉子将 10 kg 的水从 20 ℃加热至沸腾，燃烧 了 0.5 kg 的焦炭，已知水的比热容为 4.2×103 J/(kg·℃)，焦炭的热值为 3.0×107 J/kg。求： (1)水吸收的热量。 (2)0.5 kg 焦炭完全燃烧释放的热量。 (3)炉子烧水的效率。
2.热值
定义
某种燃料完全燃烧放出的热量 Q 与燃料质量 m 的 比 ， 叫做这种燃料的热值。 说明：热值是燃料的一种特性，表示相同质量(或相同 体积)的燃料储存化学能的多少。其大小只与燃料的种 类有关，与燃料的质量、是否完全燃烧、燃料燃烧放 出的热量均 无 关系
单位 固体和液体： J/kg ；气体： J/m3
证连续工作的；其中 压缩 冲程是把机械能转化为内能；
汽 内燃
油 机
机
做功 冲程是把内能转化为机械能，使汽车获得动力
工作原理：柴油燃烧生成高温高压的燃气， 化学 能转化为
内 能；燃气推动活塞做功， 内 能转化为 机械 能。
内燃 机
柴 其中吸气冲程只吸入 空气 油 机
；燃烧方式： 压燃 式
热机一个工作循环，由 四 个冲程组成的，曲轴和飞轮转动 两 周， 对外做 一 次功，活塞往复 两 次，除做功冲程外其他三个冲程是靠 安装在曲轴上的飞轮的 惯性 来完成的
【解析】 汽油机在吸气冲程中，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汽缸，故 A 正确；在压缩冲程中，进气门和排气门都关闭， 活塞向上运动，燃料混合物被压缩，气体的内能变大，此过程是机械能转化为内 能，故 B 错误；在做功冲程中，燃料燃烧释放的内能大部分需要克服摩擦、发生 热传递而散失，只有少部分转化为机械能，故 C 错误；在排气冲程中，废气带走 了燃料释放的能量的大部分，故 D 错误。
(3)有一款与它外形、重量均相同的燃油汽车，在相同路面上以 60 km/h 的速度行 驶 80 km，其效率为 25%，需要消耗多少汽油？(q 汽油＝4.5×107 J/kg) (4)我们常说新能源汽车能够“节能减排”，请你回答，“减排”为什么是和“节 能”连在一起的？ 解： (1)牵引力做的功(有用功)：W 有＝Fs＝720 N×80×103 m＝5.76×107 J； 牵引力做功的功率：P＝Wt ＝Fts＝Fv＝720 N×60×31.6 m/s＝1.2×104 W。 (2)消耗的电能：W 总＝18 kW·h＝18×3.6×106 J＝6.48×107 J， 电动车的效率：η＝WW有 总×100%＝56..7468× ×110077 JJ×100%≈88.9%。
类型三 有关热机效率的计算 例 3 (2018·宜昌)近几年来，我国大力推广新能源汽车，2017 年 12 月，宜昌市正 式发放新能源汽车牌照。某款电动汽车以 60 km/h 的速度匀速行驶了 80 km，所受 的牵引力为 720 N，耗电 18 kW·h。请解答下列问题： (1)牵引力所做的功及功率各是多少？ (2)上述行驶过程中，电动车的效率是多少？
燃料燃 烧放热
公式
Q＝ mq (适用于固体和液体) Q＝ qV (适用于气体)
3.热机效率
定义
热机所做有用功与所用燃料 完全燃烧 量之比，叫做热机的效率
释放出的热
公式
计算公式：η＝WQ有＝Wmq有
常见热机 蒸汽机的效率只有 6%～15%；汽油机的效率约为
的效率 提高热 机效率 的方法
20%～30%；柴油机的效率约为 30%～45%
(2019·绥化)如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，不是靠飞轮惯性完成的冲程是 (B )
类型二 热值及其相关计算 例 2 (2018·遂宁)我国于 2017 年 5 月 18 日在南海海域成功试采“可燃冰”，“可 燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力。在相同条件下，“可燃冰”完全 燃烧放出的热量可达到天然气的数十倍。如果“可燃冰”的热值是天然气的 10 倍， 设天然气的热值为 4.2×107 J/kg，完全燃烧 0.5 kg “可燃冰”放出的热量为
2. (2019·淮安)如图所示是演示点火爆炸的实验装置，按动电火花发生器的按钮，点 燃盒内酒精，盒盖迅速飞出。这个过程与四冲程汽油机中的哪一个冲程的能量转化 相同( C)
A．吸气冲程 C．做功冲程
B．压缩冲程 D．排气冲程
【解析】 如图所示是演示点火爆炸的实验装置，按动电火花发生器的按钮，点 燃盒内酒精，盒盖被冲出去，这是因为酒精燃烧产生的燃气对外做功，消耗燃气 的内能，转化为盒盖的机械能，故是将内能转化为机械能的过程；四冲程汽油机 中的做功冲程就是利用内能来做功的冲程，也是将内能转化为机械能。故选 C。