资源简介

专题二十二 内能的利用 能源与可持续发展
课程要求
课程要求
1.有合理利用资源、保护环境的意识，能在个人力所能及的范围内对社会的可持续发展有所作为。
2.了解热机的工作原理。知道内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。
3.结合实例，说出能源与人类生存和社会发展的关系。
4.列举常见的不可再生能源和可再生能源。
5.知道核能等新能源的特点和可能带来的问题。
6.了解我国和世界的能源状况。对于能源的开发利用有可持续发展的意识。
基础知识梳理
基础知识梳理

一、热机
1、定义
热机是利用内能做功的机械
2、种类
热机的种类很多，例如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等
3、能量转换
238950511493400102743011493400燃料的化学能 气体的内能 机械能
二、内燃机
1、定义
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
2、分类
汽油机——以汽油为燃料
柴油机——以柴油为燃料
三、汽油机
1、工作原理
利用汽缸内燃烧的汽油产生高温高压的燃气来推动活塞做功.
2、工作过程
（1）冲程
汽油机工作时活塞在汽缸内做往复运动，活塞从汽缸的一端运动到另一端，
叫做一个冲程。
（2）工作过程
四冲程汽油机的一个工作循环由四个冲程组成，这四个冲程分别是吸气冲
程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，每个过程中曲轴和飞轮转动2周，活塞往复运动两次，对外做功1次。
吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动。
压缩冲程：进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，此过程机械能转化为内能。
做功冲程：进气门关闭，排气门关闭，活塞向下运动，此过程内能转化为机械能。
排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动。
四、热机的效率
1、热值
（1）定义
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
焦每千克，符号为J/kg（气体燃料热值单位是J/m3）
（3）定义式
（4）理解
热值是燃料本身的一种特性，它只与燃料的种类有关，燃料定，热值就定，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等没有关系。
2、热机的效率
（1）定义
用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。
（2）公式
（3）物理意义
表示使用热机时对燃料的利用率的高低，是描述热机性能的一个重要指标
（4）常见的热机效率
蒸汽机：6%~15%，汽油机20%~30%，柴油机：30%~45%
（5）提高热机效率的方法
使燃料充分燃烧；尽量减少热量损失；在热机的设计和制造上，采用先进的技术；
保证良好的润滑，减小机械摩擦。
五、能量的转化和守恒
1、能量的转化和转移
方式
概念
举例
转化
能量由一种形式转化为另一种形式。
点灯发光，电能转化为光能和内能
转移
能量不经过变化直接由一个物体转移到另一个物体。
碰撞时，动能从一个物体转移到另一个物体。
2、能量守恒定律
（1）内容
能量既不会凭空消失，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，能量的总和保持不变.
（2）理解
①能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一；
②能量守恒定律包括“能量转化”和“能量转移”；
③能量守恒定律的成立是无条件的，适用于任何能量转化和转移的过程.
3.永动机不可能实现
事实证明，在能量转化过程中，只要有运动，摩擦就不可避免，就会产生热，这样运动的能量就会减少，如果不补充能量，运动最终会停止.所以，根本不可能造出永动机，永动机违背能量守恒定律.
六、能源的利用与分类
1、核能
定义：原子核中质子、中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，一旦使原子核分裂或聚合，就可能释放出惊人的能量，这就是核能。核能为一次能源、不可再生能源。
获取方式：
2、太阳能
来源：氢原子核在超高温度下发生核聚变，释放出巨大的核能。
有点：太阳能可再生；环保、无污染
利用方式：
说明：化石能源、生物质能都间接来源于太阳能。
3、能源的分类
分类标准
类型
定义
实例
来源
一次能源
可以直接从自然界获的的能源
风能、太阳能、核能、化石能源等
二次能源
通过消耗一次能源获得的能源
电能、汽油、酒精等
可否再生
可再生能源
可以在自然界里源源不断的获取的能源
水能、风能、太阳能等
不可再生能源
不能在短时间内从自然界获取的能源
化石能源、核能
经典例题解读
经典例题解读
1.单缸内燃机工作循环中将内能转化为机械能的是________冲程，其飞轮转速为3000r/min，则每秒钟燃气推动活塞做功________次。
解析：在做功冲程中内能转化为机械能；
单缸内燃机飞轮转速是，表示每秒飞轮转动50圈，要完成100个冲程，对外做功25次。
答案：做功;25
2.汽车的发动机常用水作为降温物质，是因为水的______较大.汽油的热值是汽油完全燃烧放出的热量是______J.在热机的能量损失中，______带走的能量最多，设法利用这部分能量是提高燃料利用率的重要措施.
解析：水的比热容较大，相同质量的水和其他物质，升高相同的温度，水吸收的热量较多，所以汽车发动机常用水作为降温物质.1 kg汽油完全燃烧放出的热量.在热机的能量损失中，废气带走的能量最多.
答案：比热容；；废气
3.“低碳环保”是当今世界的主题，在煤、石油、太阳能中，有可能成为今后理想能源的是_______；目前核电站一般利用的是_______（选填“核聚变”或“核裂变”）时产生的能量.
答案：太阳能；核裂变
4.能源家族中，有煤、石油、风能、水能、核能、太阳能等，属于不可再生能源的有_______；电能是________（选填“一次能源”或“二次能源”），它可以使电动机转动，同时产生内能散失在空气中，但这些内能却无法自动转化为电能，该现象说明能量的转化具有_______性.
解析：煤、石油、核能会越用越少且不能在短期内从自然界得到补充，属于不可再生能源；风能、水能、太阳能可以在自然界里源源不断地得到，属于可再生能源.电能无法从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到，属于二次能源.电能可以使电动机转动，同时产生内能散失在空气中，但这些内能却无法自动转化为电能，该现象说明能量的转化具有方向性.
答案：煤、石油、核能；二次能源；方向
5.关于热机的效率，下列说法正确的是( )
A.一般情况下柴油机的效率比汽油机的高?
B.热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的能量越多
C.热机的效率越高说明做功越快?
D.热机损失的能量中，废气带走的能量较少，主要是由于机械摩擦损失的
解析：柴油机的效率一般要高于汽油机，柴油机多用在重型机器上，故A正确;热机效率越高，有用功与燃料完全燃烧放出的内能的比值越大，即在做有用功相同的情况下，消耗的燃料较少，或消耗相同的燃料,做有用功较多，故B错误；热机效率是有用的能量在燃料完全燃烧放出的热量中所占的比值，功率是热机做功的快慢，两者没有必然联系，故C错误；在热机的各种能量损失中，废气带走的能量最多，故D错误。故选A。
答案：A
6.关于燃料的热值,以下说法中正确的是(???)
A.燃料的热值与燃料的种类有关系,与燃料的质量和燃烧状况无关
B.燃烧1千克某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值
C.燃料燃烧时,质量越大,热值越大
D.燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小
解析：燃料的热值与燃料的种类有关系,与燃料的质量和燃烧状况无关,故A正确;燃烧1千克某种燃料完全燃烧放出的热量叫这种燃料的热值,故B错;热值大小与燃料的质量多少无关,故C错;燃料不论是否完全燃烧,其热值都是不变的,故D错;应选A。
答案：A
7.下列各种发电方式中，利用不可再生能源发电的是( )
A.风力发电 B.水力发电 C.火力发电 D.太阳能发电
解析：风力、水力、太阳能能够源源不断地从自然界获得，是可再生能源，水力发电、风力发电、太阳能发电都是利用可再生能源发电的；火力发电利用煤进行发电，煤不能从自然界源源不断获得，也不能重复利用，是不可再生能源，则火力发电是利用不可再生能源发电的，故C符合题意.
答案：C
方法技巧点拨
方法技巧点拨
一、柴油机、汽油机的异同点
内燃机、项目
汽油机
柴油机
不同点
构造
火花塞
喷油嘴
点火方式
点燃式
压燃式
吸气冲程
吸入气缸的是汽油和空气的混合物
吸入气缸的是空气
主要特点
轻巧但输出功率小
笨重但输出功率大
适用范围
小汽车、摩托车
载重汽车、坦克、轮船
相同点
(1)都是内燃机；
(2)做功冲程中都将内能转化为机械能；
(3)汽油机的火花塞与柴油机的喷油嘴的工作时刻都是在压缩冲程结束后；
(4）都是由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程构成一个工作循环，曲轴和飞轮转2周，对外做功1次；
(5)排气冲程都是把废气排出汽缸；
(6)启动时都是靠外力先使曲轴上的飞轮转动起来
二、燃气做功的求法
一个做功冲程做的功直接可用公式W=Fs求出，式中的s等于一个做功冲程中活塞的行程.其中活塞的行程通常以mm为单位，计算时要把它换算为以m为单位.求燃气在一定时间内做的功，首先要依据该时间内工作循环的次数确定做功的次数，然后用一个做功冲程做的功乘以做功次数，就是所求的该时间内做的总功.
三、热机燃料燃烧时的能量走向
说明：在热机的能量损失中，废气带走的能量最多
四、热机效率与功率的区别
热机的效率是指用来做有用功的那部分能量在燃料完全燃烧释放的能量中的百分比，而功率是指做功的快慢.这是两个不同的物理量，两者之间不存在必然的联系.

展开更多......

收起↑