改变世界的热机

改变世界的热机
一、知识要点：
1.热机是把__________转化成机械能的机械，最常见的是__________。

2.内燃机的四个冲程分别是__________、___________、___________、
___________，常见的内燃机有__________和__________。

3.热机的效率是________________________________，热机功率是
_____________________________________ 。

二、难点解析：
1.理解热机：
⑴.热机是把内能转化成机械能的机械；
⑵.热机的工作过程可以概括为：燃料的化学能转化为内能，再转化为机械能。

【例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；
【例2】下列装置中，将内能转化为机械能的是（）
A.热机；
B.发电机；
C.电动机；
D.电吹风机。

2.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⑴.每个工作循环飞轮转，完成做功冲程；
⑵.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；
⑶.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；
⑷.飞轮具有惯性，完成除做功冲程外的其他三个冲程。

特别留意：四冲程汽油机一个工作循环是由四个冲程组成，活塞往
复两次，曲轴转动两周，对外做功一次。

【例3】汽油机的一个工作循环由四个冲程组成，如图表示的是其中
的__________冲程。

在压缩冲程中，是通过方式
增加气体内能的。

为了降低汽缸体的温度，汽缸外有一个水箱，使
汽缸被水包围着，用水来降低汽缸体的温度是因为水
的。

【变式1】如图7所示是四冲程汽油机的一个工作循环示意图，其中属于做功冲程的是（）
【变式2】在做功冲程中，汽油机燃气的压强可达，柴油机燃气的压强可达
，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。

【例4】一台单缸柴油机，飞轮每分钟转 1800转，那么，1s内柴油机对外做功的次数是（）
A.1800次；
B.900次；
C.60次；
D.15次。

【练习3】一台单缸四冲程汽油机飞轮转速是1200r/min，则此汽油机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。

3.理解热机效率：
⑴.热机中，用来做有用功的那部分热量与燃料完全燃烧所放出的热量之比，叫做热机的效率：
W
´100%
Q
⑵.热机效率是一个比值，并且比值总小于1，没有单位。

【例5】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%。

【变式4】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。

【变式5】一辆汽车的发动机输出功率为66.13kW，每小时耗柴油14kg，则该汽车发动机的效率是多少？（柴油的燃烧值为4.3⨯107J/kg）
【变式6】（2011 山东聊城）用天然气灶烧水，燃料0.5m3的天然气，使100kg的水从20℃升高到70℃。

已知水的比热容c＝4.2×103J（kg·℃），天然气的热值q＝7.0×107J/m3。

求：[来源:中（1）0.5m3的天然气完全燃料放出的热量Q放。

（2）水吸收的热量Q吸。

（3）燃气灶的效率η。

【变式6】（2011安徽）随着人们生活水平的日益提高，小汽车越来越多地走进了百
姓人家。

一辆使用汽油为燃料的小汽车，以72km／h的速度在水平路面上匀速行驶
时，发动机的实际功率为20 kW。

若小汽车行驶的距离为100km，汽油的热值g=4．6
×107J／kg，小汽车发动机的效率为25％。

求小汽车在这段路程中：
(1)运动的时间；(2)发动机所做的功；(3)消耗汽油的质量。

【例6】（第七届全国竞赛）国产165型单缸四冲程汽油机的汽缸直径为65mm，活塞冲程长55mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.58×lO5Pa,飞轮lmin转动1500转，当汽油机满负荷工作时，求：
(1)求这种汽油机满负荷时做功的功率；(不计摩擦损失)
(2)如果满负荷工作时每分钟消耗15g汽油，这种汽油机把内能转化为机械能的效率是多少？（汽油的热值为4.6⨯107J/kg）
三、即学即练：
1.内能的重要应用：一是可以用它，二是可以用
它。

2.（2010 遵义）在我国实施的“西气东输”工程中，西部地区的天然气被送到缺乏源的东部地区。

天然气与煤相比，从热学角度分析它突出的优点是；从环保角度分析它突出的优点是 (天然气、煤的热值分别是1.14×108J/kg、3×107J／kg)。

3.常见的内燃机有和两种。

四冲程内燃机的一个工作循环是由、、和
四个冲程组成的。

在一个工作循环中，曲轴转动周，燃气对活塞做功次。

4.航天工业中的火箭是用液态氢作为燃料的，因为液态氢具有的优点是（）
A.比气态氢易燃烧；
B.传热本领较小；
C.热值较大；
D.热膨胀较小。

5.（2010 上海）四冲程汽油机在工作过程中，将燃气的内能转化为机械能的冲程是（）
A.吸气冲程；
B.压缩冲程；
C.做功冲程；
D.排气冲程。

6.一台内燃机运行时各种消耗大致为：气缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的机械效率为。

7.美国《大众科学》杂志评出年度奇思妙想十大发明，其中最引人注意的是“六冲程引擎”，这种引擎在完成四冲程工作后，会把水注入汽缸，使水瞬间变成水蒸气，从而带动活塞运动，产生第五冲程，为汽车提供动力。

第六冲程是让水蒸气进入冷凝器，变成可再次注入汽缸的水。

其中第五冲程相当于四冲程内燃机的冲程，请你指出该“六冲程引擎”的一个优点：。

8.木炭的热值是3.4×107J/kg，完全燃烧1kg木炭所放出的热量都用来做功，可使质量是1t的物体匀速升高（g取10N/kg）（）
A.3.4×107m；
B.3.4×104m；
C.3.4×103m；
D.无法确定。

9.一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冲功；
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。

10.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。

11.一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=5×103Pa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，求汽油机的
效率。

12.能量可以相互转化.将图中各能量之间转化的
实例根据例(1)的形式将其他空填完整：
(1)钻木取火.
(2)______________.(3)______________.
(4)______________.(5)______________.
(6)______________.(7)______________.
13.用来烧水的铝壶底上，有几个凹凸不平的圆圈，利用所学
的物理知识，猜想一下有什么作用？
14.如图所示，在试管中装一些水，用软木塞塞住，拿酒精灯
加热，使水沸腾，水蒸气把木塞冲出去，从能量的转化和转移
的角度看：酒精燃烧，酒精的能转化为内能，通过
方式传给和，它们吸热，内能增加，
对木塞做功将自身的内能转化为木塞的。

15.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，计算要使水温上升30℃，需要多长时间？
【2011中考对接】
1．（2010年湖南湘潭）右图是内燃机工作循环中的一个冲程，它是
（）
A．压缩冲程，将化学能转化成内能
B．压缩冲程，将机械能转化成内能
C．做功冲程，将内能转化成机械能
D．做功冲程，将机械能转化成内能
2．(2010湖北宜昌)摩托车上的热机工作时提供动力的冲程是（）
A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程
3．（2011广安）下列说法中错误的是 ( )
A．水沸腾后继续加热，水的温度会升高
B．能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生
C．热机的做功冲程是将内能转化为机械能
D．扩散现象说明：一切物质的分子都在不停地做无规则运动
4．（2011陕西）双燃料汽车以天然气或汽油作为燃料，以下说法正确的是（）
A．燃料的热值越大，燃烧时放出的热量越多
B．以天然气为燃料，汽车发动机的效率可以达到100%
C．在压缩冲程中，燃料混合物的温度升高，内能增大
D．汽油与天然气相比，燃烧时汽油对环境的污染较小
5．（2011山西）用酒精灯给试管加热，如图所示，试管口软木塞冲出的过程中，下列说法正确的是 ( )
A．水蒸气对软木塞做功，水蒸气内能增大
B．水蒸气的内能转化为软木塞的机械能
C．能量的转化与热机压缩冲程能量转化相同
D．试管口的"白气"是水蒸气汽化形成的
6．（2011潍坊）下列说法，正确的是（）
A．橡皮筋被拉长后，分子之间只有引力
B．建筑工地上，汽车驶过时尘土飞扬，这是一种扩散现象
C．用锯锯木头，锯条发热．这是通过做功改变物体的内能
D．四冲程汽油机的做功冲程使汽车获得动力
7．（2011大连）一杯开水经过一段时间后，变为一杯常温的水，则（）
A．水的内能变小 B．水分子平均动能变小
C．水分子平均速度变大 D．水的比热容变小
8．（2011达州）下列有关热的说法正确的是（）
A．晶体在熔化过程中温度不变，内能也不变
B．内燃机的压缩冲程，主要是用热传递的方法增加了气缸内的物质的内能
C．用水作汽车冷却液，是因为水的比热容大
D．柴油机的效率比汽油机的效率高，是因为柴油的热值比汽油的热值大
9．（2011重庆市）下列现象与物理知识相对应的是（）
A．深秋早晨的雾——液化
B．磁铁能吸引大头针——分子间存在引力[来源:中.教.网z
C．灰尘在空中飞舞——分子在永不停息地运动
D．冬季人们常用热水袋取暖——做功改变物体内能
10．（2011南京）小明根据所学的物理知识并结合下列表格中的数据，得出以下四个结论，其中正确的是( )
A．寒冬季节盛有水的水缸放在室外不可能破裂
B．标准大气压下，铝在660℃时一定处于固液共存状态
C．体积相等的铁球和铝球，如果它们的质量相等，铁球可能是实心的
D．质量试题相等的实心铁块和实心铝块，升高相同的温度，铝块吸收的热量较多
11．（2011扬州）太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置，下表是小明家的太阳能热水器某天在阳光照射下的相关信息
太阳照射时间／h 装水量
／Kg
吸热板面
积／m2
水升高的
温度／℃
水的比热容／
J(kg．℃)—1
太阳辐射功率／
J．(m2．h)—1
10 100 2.5 50 4.2×103 1. 68×106
求：(1)水在10h内吸收的热量；
(2)如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧多少m3的天然气；（天然气的热值为8.4×l07J／m3，天然气完全燃烧放出的热量全部给水吸收）
(3)该太阳能热水器的能量转化效率．
【直升竞赛】
1.（07成外）通过学习内能、热机的知识，可知（）
A.物体运动的动能与所有分子势能的总和，叫做物体的内能；
B.改变物体内能的方式有两种：做功和热传递；
C.在热机的一个工作循环中，燃气做功四次；
D.在做功的冲程中，是内能转化为机械能。

２．（蚌埠二中直升）一台效率为40%的柴油机，当输出3．44×107J有用功时，消耗的柴油质量是多少？（柴油的热值是4．3×107J/kg）（）
A．0.8kg B．2kg C．0.32kg D．2.8kg
３．（第十七届全国竞赛）(10分)李老师的家离学校大约10km，为了便于上下班，他购买了一部轻便摩托车来代步，使用的燃料为93#汽油。

根据表2提供的数据，请回答：
（1）．如果李老师上班时骑车的平均速度为36km/h，试根据表2中所提供的有关信息，为李老师计算一下，他骑车从家到学校至少需花多少油费?
（2）．小洪同学学过物理以后，给李老师建议：在上述条件不变的情况下，采用加快车速缩短时间的办法，就一定可以省油费。

请你根据自己掌握的知识，分析说明这种方法是否可行。