热机、能量的转化和守恒(基础) 知识讲解

热机、能量的转化和守恒（基础）

责编：武霞

【学习目标】

1．了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义，知道常见的热机——内燃机工作过程及其在历史、现实生活中的应用实例；

2．从能量转化的角度认识燃料的热值；

3．知道能量守恒定律，并能用能量转化与守恒的观点分析物理现象； 4．通过能量的转化和转移，进一步认识效率的概念。

【要点梳理】

要点一、热机（高清课堂《热机、能量的转化和守恒》二、热机）

利用燃料燃烧释放出能量做功的机械，叫做热机。常见的热机有：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。

要点诠释：

（1）内能利用的两种方式：加热、做功。 （2）内燃机及其工作原理：

①内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。内燃机分为汽油机和柴油机，它们分别用汽油和柴油作为燃料。

②内燃机的工作原理：汽油或柴油在气缸里燃烧时生成高温高压的燃气，用来推动活塞做功。活塞通过连杆使内燃机的飞轮转动，从而带动其他机械转动。 （3）内燃机的四个冲程：

活塞在气缸内往复运动，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程，汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。在一个工作循环中，汽缸内的活塞往复两次，曲轴转动两周。四个冲程中只有做功冲程燃气对外做功，其他三个冲程都是靠飞轮惯性完成的。一个工作循环有两次能量转化，在压缩过程中，机械能转化为内能，在做功过程中，内能转化为机械能。

汽油机 柴油机

（4）汽油机和柴油机的异同点：

要点二、热值

我们把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。单位是：J/㎏。

要点诠释：

（1）燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关：

①燃料的种类；

②燃料的质量；

③燃料是否充分燃烧。

（2）燃料完全燃烧放出热量的计算公式：Q放=mq。其中m为燃料的质量，q为燃料的热值。

要点三、热机的效率

热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率。

要点诠释：

（1）热机的效率是热机性能的一个重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。

（2）提高热机效率的途径：

①在设计和制造上，要不断改进和革新，以减少各种能量损失，提高效率。

②在使用上，要正确使用，注意保养。例如加润滑剂以保证良好的润滑，减小摩擦；运动零件之间的间隙要调整得当，减小摩擦和防止漏气。

③充分利用废气带走的能量。例如热电站就是利用废气来供热的，这种既供电又供热的热电站，比一般的火电站，燃料的利用率将大大提高。

要点四、能量的转化和守恒（高清课堂《热机、能量的转化和守恒》三、能量的转化和守恒定律）1．常见的能量形式有：机械能、内能、电能、光能、化学能等。这些不同形式的能在一定的条件下可以相互转化。如摩擦生热是机械能转化为内能；水电站里的水轮机带动发电机发电是机械能转化为电能。2．能量的转化和守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形

式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。

要点诠释：

定律中能的转化，是指通过做功，能的形式发生了变化，一种形式的能转化为另一种形式的能。如钻木取火，就是通过克服摩擦做功，使机械能转化为内能。能的转移，是指同一种能从一个物体转移到另一个物体上，能的形式没有变化，如热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体。

【典型例题】

类型一、热机

1、下列现象中，利用内能做功的是（）

A．冬天在户外时两手相互搓一会儿就暖和了

B．刀在砂轮的高速摩擦之下溅出火花

C．火箭在“熊熊烈火”的喷射中冲天而起

D．盛夏在烈日之下的柏油路面被晒熔化了

【思路点拨】本题抓住内能的两个应用：一、利用内能做功；二、利用内能加热物体。

【答案】C

【解析】A、冬天在户外时两手相互搓一会儿就暖和了，属于利用内能加热物体，不符合题意。

B、刀在砂轮的高速摩擦之下溅出火花，属于利用内能加热物体，不符合题意。

C、火箭在“熊熊烈火”的喷射中冲天而起，利用内能做功，符合题意。

D、盛夏在烈日之下的柏油路面被晒熔化了，属于利用内能加热物体，不符合题意。

【总结升华】内能的两个应用：加热、做功。

举一反三：

【变式】在下列各种过程中，利用内能加热的是（）

A．火箭将卫星搭载上天

B．喷气式客机载人飞翔

C．利用拖拉机耕地

D．烧水饮用

【答案】D

2、汽油机工作的时候，活塞在气缸里往复运动。活塞从气缸的一端运动到另一端叫做一个___。四

冲程汽油的工作过程是由____________、____________、____________、____________四个冲程组成。其中只有____________冲程是燃气对外做功。完成一个工作循环曲轴要转__________周。

【答案】冲程；吸气；压缩；做功；排气；做功；两

【解析】活塞在往复运动中从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程。四冲程汽油机的工作过程由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。其中只有做功冲程是燃气对活塞做功，其他三个冲程要靠飞轮的惯性来完成。完成一个工作循环曲轴要转两周。

【总结升华】此题考察内燃机的工作原理，属基础题。

举一反三：

【变式】（高清课堂《热机、能量的转化和守恒》例2）下面是汽油机工作的四个冲程，其中将机械能转化为内能的是（）

A．吸气冲程B．压缩冲程

C．做功冲程D．排气冲程

【答案】B

类型二、燃料的热值和热机效率

3、（2015•大连中考）某工厂利用地热温泉水辅助冬季供暖．地热温泉每天出水量为2.5×104kg，

温泉水的初温是80℃，供暖后温度降低到40℃．温泉水的比热容是4.2×103J/（kg•℃）。试求：

（1）这些温泉水每天放出的热量是多少？

（2）若这些热量由热值为3.0×107J/kg的焦炭提供，至少需要完全燃烧多少千克的焦炭？

【答案与解析】

答：（1）这些温泉水每天放出的热量是4.2×10J；（2）若这些热量由热值为3.0×10J/kg的焦炭提供，至少需要完全燃烧140kg的焦炭。

【总结升华】本题考查了学生对物体放热公式和燃料完全放热公式的掌握和运用，属于基础题目。

举一反三：

【变式】有关热值的概念，下列说法中正确的是（）

A、燃料完全燃烧时，它的热量最大

B、没有燃烧的燃料，热值等于零

C、燃料燃烧时放出的热量越多，热值越大

D、燃料的热值与燃烧情况无关

【答案】D

4、（2015•宜昌中考）为节约能源，需提高热机的效率，下列措施中不能提高热机效率的是（）

A．尽量使燃料充分燃烧B．尽量减少热机部件间的摩擦

C．尽量减少废气带走的热量D．尽量增加热机的工作时间

【思路点拨】在热机中，用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫热机的效率；提高热机效率的方法有：使燃料尽可能充分燃烧；减少运动部件摩擦发热的损失；减少废气带走的热量。【答案】D

【解析】减少热量的损失可以提高热机的效率，所以使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失，提高效率。增加热机的工作时间，并不能减少热量的损失，所以不能提高热机的效率。

【总结升华】增强节能意识，提倡低碳生活，提高能源利用率。

举一反三：

【变式】甲柴油机的效率比乙柴油机的效率高，这表明（）

A．甲的功率比乙的大

B．甲做的功比乙的多

C．甲消耗的柴油比乙的少

D．甲柴油机内能转化为机械能的百分比大

【答案】D