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第14章 内能的利用
学习目标：
1、巩固物体的内能的利用两种方法。
2、巩固四冲程内燃机的构造与工作原理和热机的效率及热机中的能量转化。
3、巩固能源、能量守恒定律及各种形式能相互的转化。
知识梳理
一、热机
燃料燃烧： 能转化为 能。
1．热机是把____能转化为______能的机器。
2.热机的分类： 、 、 、 。
3．热机工作过程：
(1)多数内燃机是由______冲程、______冲程、______冲程和______冲程等四个冲程不断循环来保证连续工作的。
(2)四冲程内燃机一个工作循环活塞往复运动____次，曲轴和飞轮转动____周，对外做功__次。
(3)四冲程内燃机的一个工作循环中只有______冲程是靠燃气推动活塞做功，其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的______来完成。
(4)内燃机的启动：靠______驱动飞轮和曲轴转动起来，从而实现持续工作。
（5）能量转化：压缩冲程： ，做功冲程： 。
（6）汽油机和柴油机的异同点
不 同 点 汽油机 柴油机
构造
燃料
吸气冲程吸进的物质
压缩冲程末汽缸内的温度
点火方式
做功冲程燃气的压强
应用
相 同 点 都有 、 、 、 、 等 都分为 、 、 、 四个冲程
二、燃料的热值
1、定义： 。公式 ，或 。
2、物理意义：表示燃料燃烧时放热本领的物理量，不同的燃料在燃烧时放热的本领不同，物理学中用热值来表示燃料的这种特性。
3、单位： ，符号表示 。如酒精的热值为：3.0×107J/kg，表示1 kg酒精完全燃烧放出的 是3.0×107J。
要点提示：不同燃料在燃烧过程中 能转化为 能的本领大小不同，这就是燃料的一种性质，用燃料的 来表示。同种燃料的热值 ，与燃料的质量、形状及放出热量的大小都无关，只与燃料的 有关。
三、热机的效率
1. 热机能量的损失： ； ； ；
等。
2、定义： 。
3、公式：
4、提高热机效率的主要途径：
5、理解：
热机的效率总小于1；
蒸汽机的效率最低，内燃机中柴油机的效率高于汽油机的效率；
节约能源的重要措施是：提高燃料利用率，提高燃料利用率的重要措施是设法利用废气的能量。
四、能量的转化和守恒
1.能的转化和转移：能量的转化是指 发生变化，能量的转移是指 没有发生变化。
2、能量守恒定律内容：
二、题型、技巧归纳
一、热机
典例精析：例一、水沸腾后会把软木塞冲开，其能量转化情况和内燃机中哪个冲程相似，(　　)
A．吸气冲程 B．压缩冲程
C．做功冲程 D．排气冲程
技巧归纳：
水沸腾后将软木塞冲开，能量转化是内能转化为机械能，而内燃机中只有两个冲程有能量转化，即压缩冲程和做功冲程，压缩冲程的能量转化是机械能转化为内能，做功冲程的能量转化是内能转化为机械能。
例二、一台四冲程内燃机转速为600转/分，则（ ）
A、每分钟内做功100次，共有400个冲程
B、每分钟内做功200次，共有200个冲程
C、每秒内做功20次，共有10个冲程
D、每秒内做功5次，共有20个冲程
技巧归纳：
内燃机一个工作循环是“四冲二转一做功”
拓展提升
1、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
2、下图为四冲程汽油机气缸的工作示意图，按吸气、压缩、做功、排气的顺序排列，下列排序正确的是（ ）
A 乙甲丙丁 B 乙丁甲丙
C 丙乙甲丁 D 丙丁甲乙
二、燃料的热值
典例精析：全世界石油、煤炭消耗量的迅速增长，导致全球能源危机加剧。因此，开发和利用新能源成为全世界最为关注的问题之一。张浩家的太阳能热水器内装有100kg，25℃的水，经过一天照射后，水温升高了50℃。则水吸收的热量为 J，至少可以节约煤的质量是 kg。（假设煤烧水时有效利用的热量占煤燃烧放出的热量的10%，且已知煤的热值3×107J/kg）
技巧归纳：
综合计算题的解题技巧：（1）辨识物理过程：本题包含两个物理过程：水吸热和燃料燃烧（2）提取物理公式：水吸热：Q吸=cm t 煤燃烧：Q放=mq；（3）找准结合点：Q吸=10%Q放（4）进行解答
拓展提升：
1、甲、乙两种燃料完全燃烧时，甲放出的热量较多，那么（ ）
A、甲燃料的热值一定大于乙燃料的热值
B、甲燃料的质量一定大于乙燃料的质量
C、甲燃料的质量和热值都比乙燃料的大
D、甲燃料的热值可能比乙燃料的热值小
2、如下图所示，A、B、C三个实验装置完全相同，燃料的质量都为10g，烧杯内液体的质量都相同。
（1）比较不同燃料的热值应选择 两个装置，比较不同物质的比热容应选择
两个装置（选填装置序号A、B、C）。
（2）在“比较不同燃料的热值”的实验中，通过观察温度计的 比较燃料燃烧放出热量的多少。已知酒精的热值为3.0×107J／kg，10g酒精完全燃烧放出的热量是 J。
（3）在“比较不同物质的比热容”的实验中，通过比较 比较液体吸收热量的多少。这种方法叫做 法。
三、热机的效率
典例精析：例一、关于热机的效率，以下说法中正确的是（ ）
A．热机做的有用功越多，效率就一定越高
B．热机的功率大，效率就一定高
C．热机做一定的有用功耗费的燃料多，热机的效率就一定高
D．以上说法都不对
2、甲、乙两汽车，甲汽油机的效率比乙汽油机的效率高，这表明（ ）
A．甲做功比乙多
B．甲做功比乙快
C．甲消耗的汽油比乙少
D．以相同的牵引力行驶相同的路程，甲耗油比乙少
技巧归纳：
热机效率指的是用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧所放出的能量之比，故做的有用功一定时，消耗的燃料越少，二者之比越大，即热机效率越高。
拓展提升：
一台单缸四冲程柴油机，每分钟消耗柴油200g，用来做有用功的能量为2.6×106J,求这台柴油机的效率多大 (q= 3.3×107J/kg)
2、现代生活中最重要的交通运输工具——汽车，与我们的生活走得越来越近了。
(1)某单缸汽油发动机汽缸的活塞面积是120cm2，做功冲程中活塞移动的距离是30cm，气体的平均压强是5×105Pa。汽油的热值是4.6×107J/kg，每次做功耗油0.2g，气体一次膨胀对活塞做的功是 J；若每次做功过程中汽油的90%完全燃烧，每次汽油燃烧放出的热量是 J；排气过程中，废气温度 ，内能 。
(2)汽油机的效率很低，主要原因之一是 带走了大量的能量。
四、能量的转化和守恒：
典例精析
例1、下列有关能量转化或转移的说法中正确的是（ ）
A．电动机通过热传递的方式将电能转化为机械能
B．古人钻木取火是通过做功的方式将机械能转化为内能
C．内燃机是通过做功的方式将机械能转化为内能
D．冷天搓手感到手掌发热，这是通过热传递的方式将机械能转移为内能
技巧归纳：在分析能量转化的过程中，我们首先分析物体原来具有什么形式的能量，最后得到什么形式的能量，能量转化就是从原来的形式的能量转化为后来的形式的能量。
2、普通白炽灯正常工作时消耗的电能有90%因发热而损失，而新型的LED灯(发光二极管)发光时几乎不发热，从而减少了电能的损失，成为科技创新的重要领域之一。下面有关普通白炽灯和LED灯工作过程的说法不正确的是( )
A．普通白炽灯正常工作时消耗的电能转化为光能和热能
B．LED灯的发光原理是电能直接转化为光能
C．普通白炽灯正常工作时消耗的电能主要转化为光能
D．LED灯提高了电能转化为光能的效率，有利于节约能源
点拨：普通白炽灯正常工作时会把消耗能量中的90%转化成无用的热能，只有大约10%的能量会转化为光能。所以普通白炽灯正常工作时消耗的电能主要转化为热能。而新型的LED灯(发光二极管)发光时几乎不发热，将电能直接转化为光能，提高了电能转化为光能的效率，有利于节约能源。
拓展提升：
1、抛向地面的乒乓球上下弹跳几次后停下来，说明乒乓球的 能减少了，减少的那部分能量转化成了内能，能量的总量 。
2、关于能量的转化和转移，下列说法不正确的是（ ）
A.植物进行光合作用是光能转化为内能
B.热传递是高温物体将内能转移到低温物体
C.发电机发电是机械能转化为电能
D.电池充电是电能转化为化学能
3、“神舟”载人飞船完成各项任务在返回的过程中，返回舱进入大气层将通过一段黑障区，这段时间飞船将“烧成”一个大火球，而飞船内的宇航员和设备则安然无恙，下列说法正确的是（ ）
A.飞船“燃烧”是由于高速运动的飞船与大气层摩擦内能转化为机械能
B.飞船“燃烧”是由于高速运动的飞船与大气层摩擦机械能转化为内能
C.飞船“燃烧”是航天员为了消除太空细菌采取的高温消毒措施
D.飞船外壳上的烧蚀层先熔化后汽化，从而放出了大量的热保护了飞船

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