教科版九年级 分子动理论与内能 3。内能的利用热机

内能的利用热机
一、知识概述
1、复习上周的由比热计算热量；
2、学习燃料及其热值，并利用热值计算热量；
3、知道利用内能的两种方式：利用内能做功；利用内能加热；
4、了解内燃机的原理及其工作过程，会计算简单的力、热综合题；
5、了解提高燃料的利用率的方法；
6、知道利用内能时应减少环境污染。

二、重难点知识归纳及讲解
（一）燃料及其热值。

1、燃料——能够燃烧的物质叫燃料。

燃料的燃烧是一种化学变化，将化学能转化为内能，即放出大量的热。

常见的燃料有固体、液体、气体三种状态的燃料。

现代生活的生产中绝大部分能量是燃料燃烧获得的内能。

2、燃料的热值（用q表示）
1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。

其单位是焦每千克，符号是J/kg 说明：
（1）完全燃烧是指燃料与氧气完全反应生成稳定的氧化物。

（2）不同的燃料其热值一般不同。

3、利用热值计算热量的公式：Q=mq
[例1] 完全燃烧20g的酒精放出的热量是多少？有多少化学能转化成了内能？
解：由热值表中查得q酒精=3.0×107J/kg
又由Q=mq得
Q=0.02kg×3.0×107J/kg=6×105J
答：放出了6×105J的热量，有6×105J的化学能转化成了内能。

4、炉子的效率
炉子有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比。

（二）内能的利用
1、利用内能直接加热物体，如取暖等；
2、利用内能做功，如热机等。

（三）内燃机
内燃机是热机的一种，热机是将内能转化为机械能的机器。

常见的内燃机有汽油机、柴油机、煤气机等。

1、汽油机——以汽油为燃料的内燃机
汽油机结构示意图
汽油机的曲轴连续转动，工作过程中活塞在气缸内从一端运动到另一端（叫一个冲程）做往复运动。

大多数汽油机由吸气、压缩、做功、排气等四个冲程组成一个工作循环。

在每个循环中，曲轴转2周。

火花塞进气门
活塞
排气门
连杆曲轴
气缸
在压缩冲程中，活塞的机械能转化为燃气的内能。

在做功冲程中，燃气的内能转化为机械能。

2、柴油机——以柴油为燃料的内燃机
工作循环与汽油机相似，但有区别：
（1）结构上：汽油机顶端有火花塞，柴油机则是喷油嘴。

（2）点火方式：汽油机是点燃式，柴油机是压燃式。

（3）吸气冲程：汽油机吸入汽油与空气的混合物，柴油机只吸入空气。

（4）汽油机较小，柴油机较笨重。

[例2] 汽油机的活塞面积为100cm 2，做功冲程燃气的平均压强为6×105Pa ，冲程长为70cm ，问： ①一个工作循环燃气对活塞做多少功？
②若汽油机的转速为240转/min ，其功率是多少？
火花塞
进气门 活塞
排气门
连杆
曲轴
气缸
（四）热机的效率
热机工作时，用来做有用功的哪部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。

说明：
1、不同的热机效率不同
蒸汽机6%——15%
汽油机20%——30%
柴油机30%——45%
2、热机的效率是热机性能的重要指标。

[例3] 某汽油机功率是8820W，以15m/s的速度走完60km，需燃油3.07kg,求汽油机的效率。

中考解析
一、中考要求
本章在中考中占的比例很小，考查内容主要是利用热值计算热量。

均是些填空题或某大题中的一问。

二、中考新题例说
完全燃烧210g木炭放出的热量有40%被8.5kg、25℃的水吸收，问水的温度可升高多少？（木炭的热值为3.14×107J/kg）.
解：木炭放出的热量
7J/kg
Q
放=mq=0.21kg×3.14×10
=7.14×106J
水吸收的热量Q吸=40%Q放=0.4×7.14×107J=2.856×106J
则根据公式
在一大气压下水的最高温度是100℃
而25℃+80℃=105℃>100℃
故水升致100℃后继续吸热就沸腾，温度保持100℃。

故水升高温度
答：水温上升了75℃。

课外拓展
某单缸四冲程柴油机，气缸面积为50cm2，活塞行程为100mm，燃气对活塞的平均压强为6×105Pa，曲轴每分钟转2000周，求柴油机的功率。

若每小时消耗柴油1.5kg，求柴油机的效率（q柴油=3.3×107J/kg）[解析]
本题是以柴油机为载体，结合力学知识求解功及功率的大小，再运学热学知识计算热机的效率的大小。

功率：由可知，要知功率的大小，需先确定功W及做功的时间t，由题中已知条件可求出燃气一次对活塞做功的多少，再根据曲轴的转速确定每分钟做功的次数，从而算出每分钟燃气对活塞做功的多少，最后算出功率。

效率：由W=pt算出每小时柴油机所做的有用功，由Q=qm算出每小时燃料完全燃烧放出热量的多少，再根据计算出效率的大小。

解：
燃气对活塞的压力F=PS受=6×105Pa×50×10－4m2=3×103N
燃气对活塞做一次功的大小
W1=FS=3×103N×100×10－3m2=300J
由于曲轴每分钟转2000周，所以活塞每分钟做功1000次
则每分钟燃气对活塞做功
W=1000W1=1000×300J=3×105J
柴油机每小时对外做有用功
3W×3600s=1.8×107J
W
有用=Pt′=5×10
1.5kg柴油机完全燃烧放出的热量
Q=qm=3.3×107J/kg×1.5kg=4.95×107J
练习卷
A卷
一、选择题
1、一桶汽油去一半后，则（）
A．比热和热值减小一半，密度不变B．比热、热值、密度均不变
C．比热和密度减小一半，热值不变D．密度和热值不变，比热减小一半
2、煤的热值比干木柴的大，这表示（）
A．煤比干柴含有的热量多B．烧煤比烧干木柴放出的热量多
C．相同质量的煤和干木柴完全燃烧时，煤放出的热量多D．煤的内能比木柴的多
3、下列事例中，属于直接利用内能加热物体的是（）
A．用热水袋取暖B．钻木取火
C．鞭炮D．锯木头后的锯条发热
4、下列各组设备中都是利用内能来做功的是（）
A．水轮机、电饭煲、汽车B．飞机、轮船、汽车
C．水轮机、理发用的吹风机、热机D．电动机、飞机、水轮机
5、单缸四种程内燃机工作时，下列说法中正确的是（）
A．完成一个工作循环，曲轴转两周B．吸气种程吸入气缸的物质：汽油机是汽油，柴油机是柴油C．点火方式：汽油机是点燃式，柴油机是压燃式D．压缩冲程中，汽油机压缩程度较大
6、下列图中，属于排气冲程的是（）
A B C D
7、关于热机的效率，下列说法中正确的是（）
A．热机做的有用功越多，效率一定越高B．热机消耗的燃料越少，效率一定越高C．热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高D．热机做功越快，效率一定越高
8、有一台单缸四种程柴油机，飞轮转速为2400R/min，则汽油机每秒钟做功（）
A．完成80个冲程，做功40次B．完成40个冲程，做功20次
C．完成80个冲程，做功20次D．完成40个冲程，做功40次
9、有甲、乙两台汽油机，若在同样的时间内甲做的有用功是乙的2倍，甲的效率是25%，乙的效率是20%，在相同时间内，甲、乙消耗的汽油之比为（）
A．2︰5 B．8︰5 C．5︰8 D．5︰2
10、下列关于减少大气污染的主要措施中正确的是（）
A．普及天然气和煤气的使用B．淘汰热机
C．采用集中供热D．改进燃烧设备，加装消烟除尘装置
B卷
二、综合题
11、酒精的热值是3.0×107J/kg,它表示的物理意义是_____________，完全燃烧100g酒精放出的热量是_______________.
12、某内燃机的各种能量损失大约是：气缸散热损失占15%，废气带走的能量占40%，摩擦等能量损失占15%，则该内燃机的效率是_________.
13、下列现象中，分别是怎样利用内能的.
（1）在太阳下晒谷子______________________
（2）喷气式飞机在飞行___________________
（3）用炉火炒菜_________________________
（4）热气球升上高空_____________________
14、某家庭每月需用含无烟煤量约60%的蜂窝煤100kg，后改烧液化石油气，每月仅用15kg石油气，则液化石油气的热值为多少？（q无烟煤=3.4×107J/kg）
15、一个小型锅炉用烟煤做燃料，燃烧20kg煤时，把锅炉中的1000kg水从20℃烧开了（标准大气压下），求锅炉的效率。

（q烟煤=2.9×107J/kg）
16、一架飞机以200m/s的速度飞行103km,发动机的功率是1.2×106W，效率为60%，那么该飞机在飞行中
最少应准备多少汽油？(q汽油=4.6×107J/kg)
［答案及提示］
11、1kg的酒精完全燃烧放出的热量为3.0×107J，3×106J
12、30%
13、（1）加热、（2）做功、（3）加热、（4）加热。

提示：热气球里充入的是被燃烧器烧热而体积膨胀的热空气，气球升空是因为大气浮力的作用，不是热空气对气球做功14、Q放=60%q煤m煤=60%×3.4×107J/kg×100kg=2.24×109J
又∵Q放=q气m气
15、Q吸=cm△t=4.2×103×1000×(100－20)J=3.36×108J
Q放=qm=2.9×107J/kg×20kg=5.8×108J。