熱機、能量的轉(zhuǎn)化和守恒(基礎(chǔ)) 知識講解

熱機、能量的轉(zhuǎn)化和守恒（基礎(chǔ)）責(zé)編：武霞【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解內(nèi)能的利用在人類社會發(fā)展史上的重要意義，知道常見的熱機——內(nèi)燃機工作過程及其在歷史現(xiàn)實生活中的應(yīng)用實例；2．從能量轉(zhuǎn)化的角度認(rèn)識燃料的熱值；3．知道能量守恒定律，并能用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點分析物理現(xiàn)象；4．通過能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步認(rèn)識效率的概念。【要點梳理】要點一、熱機（高清課堂《熱機、能量的轉(zhuǎn)化和守恒》二、熱機）利用燃料燃燒釋放出能量做功的機械，叫做熱機。常見的熱機有：蒸汽機、內(nèi)燃機、汽輪機、噴氣發(fā)動機等。要點詮釋：（1）內(nèi)能利用的兩種方式：加熱、做功。（2）內(nèi)燃機及其工作原理：內(nèi)燃機：燃料直接在發(fā)動機汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動力的熱機，叫做內(nèi)燃機。內(nèi)燃機分為汽油機和柴油機，它們分別用汽油和柴油作為燃料。內(nèi)燃機的工作原理：汽油或柴油在氣缸里燃燒時生成高溫高壓的燃?xì)?，用來推動活塞做功?；钊ㄟ^連桿使內(nèi)燃機的飛輪轉(zhuǎn)動，從而帶動其他機械轉(zhuǎn)動。（3）內(nèi)燃機的四個沖程：活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運動，從氣缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個沖程，汽油機是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程的不斷循環(huán)來保證連續(xù)工作的。在一個工作循環(huán)中，汽缸內(nèi)的活塞往復(fù)兩次，曲軸轉(zhuǎn)動兩周。四個沖程中只有做功沖程燃?xì)鈱ν庾龉?，其他三個沖程都是靠飛輪慣性完成的。一個工作循環(huán)有兩次能量轉(zhuǎn)化，在壓縮過程中，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，在做功過程中，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。汽油機柴油機汽油機柴油機4）汽油機和柴油機的異同點：不同點相同點項目汽油機柴油機構(gòu)造氣缸頂部有火花塞氣缸頂部有噴油嘴點火方式壓縮沖程末由火花塞放出電火花點燃，稱點燃式壓縮沖程末由噴油嘴向氣缸內(nèi)噴霧狀柴油遇到高溫高壓的空氣自動燃燒，稱壓燃式（1）構(gòu)造基本相同都是燃料在氣缸內(nèi)燃燒，都是內(nèi)燃機。燃料汽油、吸氣沖程吸進(jìn)汽油和空氣柴油、吸氣沖程吸進(jìn)氣缸的只是空混合物氣（2）都將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。壓縮比壓縮沖程末氣體體積被壓縮為吸進(jìn)體積的1/9至1/6壓縮沖程末氣體體積被壓縮為吸進(jìn)體積的1/22至1/16做功做功沖程初燃?xì)鈮簭姙?0至50個大氣壓，溫度2000°C至2500°C,高溫高壓的氣體推動活塞做功做功沖程初燃?xì)鈮簭姙?0至100個大氣壓，溫度1700C至2000C，高溫高壓的氣體推動活塞做功（3）每一個工作循環(huán)都是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程組成。效率效率較低20%至30%效率較咼30%至45%用途輕便，多用于汽車、飛機、小型笨重，多用于拖拉機、載重汽車、農(nóng)機具輪船等重型機械要點二、熱值我們把某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質(zhì)量之比，叫做這種燃料的熱值。單位是：J/熄。要點詮釋：（1） 燃料燃燒放出的熱量與哪些因素有關(guān)：燃料的種類；燃料的質(zhì)量；燃料是否充分燃燒。（2） 燃料完全燃燒放出熱量的計算公式：Q放mq。其中m為燃料的質(zhì)量，q為燃料的熱值。要點三、熱機的效率熱機工作時，用來做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的熱量之比，叫做熱機的效率。要點詮釋：（1） 熱機的效率是熱機性能的一個重要指標(biāo)，熱機的效率越高，它的機械性能就越好。（2） 提高熱機效率的途徑：在設(shè)計和制造上，要不斷改進(jìn)和革新，以減少各種能量損失，提高效率。在使用上，要正確使用，注意保養(yǎng)。例如加潤滑劑以保證良好的潤滑，減小摩擦；運動零件之間的間隙要調(diào)整得當(dāng)，減小摩擦和防止漏氣。充分利用廢氣帶走的能量。例如熱電站就是利用廢氣來供熱的，這種既供電又供熱的熱電站，比一般的火電站，燃料的利用率將大大提高。要點四、能量的轉(zhuǎn)化和守恒（高清課堂《熱機、能量的轉(zhuǎn)化和守恒》三、能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律）1．常見的能量形式有：機械能、內(nèi)能、電能、光能、化學(xué)能等。這些不同形式的能在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)化。如摩擦生熱是機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；水電站里的水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電是機械能轉(zhuǎn)化為電能。2．能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律：能量既不會憑空消滅，也不會憑空產(chǎn)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形

式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。要點詮釋：定律中能的轉(zhuǎn)化，是指通過做功，能的形式發(fā)生了變化，一種形式的能轉(zhuǎn)化為另一種形式的能。如鉆木取火，就是通過克服摩擦做功，使機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。能的轉(zhuǎn)移，是指同一種能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體上，能的形式?jīng)]有變化，如熱傳遞過程中，內(nèi)能從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體。典型例題】類型一、熱機列現(xiàn)象中，利用內(nèi)能做功的是（列現(xiàn)象中，利用內(nèi)能做功的是（冬天在戶外時兩手相互搓一會兒就暖和了刀在砂輪的高速摩擦之下濺出火花火箭在“熊熊烈火”的噴射中沖天而起盛夏在烈日之下的柏油路面被曬熔化了思路點撥】本題抓住內(nèi)能的兩個應(yīng)用：一、利用內(nèi)能做功；二、利用內(nèi)能加熱物體?！敬鸢浮緾【解析】A、冬天在戶外時兩手相互搓一會兒就暖和了，屬于利用內(nèi)能加熱物體，不符合題意。B、 刀在砂輪的高速摩擦之下濺出火花，屬于利用內(nèi)能加熱物體，不符合題意。C、 火箭在“熊熊烈火”的噴射中沖天而起，利用內(nèi)能做功，符合題意。D、 盛夏在烈日之下的柏油路面被曬熔化了，屬于利用內(nèi)能加熱物體，不符合題意?？偨Y(jié)升華】內(nèi)能的兩個應(yīng)用：加熱、做功。舉一反三：【變式】在下列各種過程中，利用內(nèi)能加熱的是（）火箭將衛(wèi)星搭載上天噴氣式客機載人飛翔利用拖拉機耕地?zé)嬘谩敬鸢浮緿、汽油機工作的時候，活塞在氣缸里往復(fù)運動?；钊麖臍飧椎囊欢诉\動到另端叫做一個_、汽油機工作的時候，活塞在氣缸里往復(fù)運動。活塞從氣缸的一端運動到另端叫做一個_。四四個沖程汽油的工作過程是由 四個沖程組成。其中只有 沖程是燃?xì)鈱ν庾龉?。完成一個工作循環(huán)曲軸要轉(zhuǎn) 周?！敬鸢浮繘_程；吸氣；壓縮；做功；排氣；做功；兩【解析】活塞在往復(fù)運動中從氣缸一端運動到另一端叫做一個沖程。四沖程汽油機的工作過程由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程組成。其中只有做功沖程是燃?xì)鈱钊龉?，其他三個沖程要靠飛輪的慣性來完成。完成一個工作循環(huán)曲軸要轉(zhuǎn)兩周?！究偨Y(jié)升華】此題考察內(nèi)燃機的工作原理，屬基礎(chǔ)題。舉一反三：【變式（高清課堂《熱機、能量的轉(zhuǎn)化和守恒》例2）下面是汽油機工作的四個沖程，其中將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的是（）

B.壓縮沖程B.壓縮沖程D?排氣沖程C.做功沖程【答案】B類型二、燃料的熱值和熱機效率、(2015?大連中考)某工廠利用地?zé)釡厝o助冬季供暖.地?zé)釡厝刻斐鏊繛?.5X104kg,溫泉水的初溫是80，供暖后溫度降低到40°C.溫泉水的比熱容是4.2X103J/(kg?°C)。試求：這些溫泉水每天放出的熱量是多少？若這些熱量由熱值為3.0X107j/kg的焦炭提供，至少需要完全燃燒多少千克的焦炭？【答案與解析】溫泉水放出的熱量：Q=cm△t=4.2X103J/(kg?°C)X2.5X104kgX(80C-40C)=4.2X109J；放水水由題知，Q放=Q吸=4.2X109J,由Q放二mq得需要焦炭的質(zhì)量：m=^放=丄21^J=140kg。放吸 放 炭q 3.0x107j/kg 6答：(1)這些溫泉水每天放出的熱量是4.2X109J；(2)若這些熱量由熱值為3.0X107J/kg的焦炭提供，至少需要完全燃燒140kg的焦炭?！究偨Y(jié)升華】本題考查了學(xué)生對物體放熱公式和燃料完全放熱公式的掌握和運用，屬于基礎(chǔ)題目。舉一反三：【變式】有關(guān)熱值的概念，下列說法中正確的是()A、 燃料完全燃燒時，它的熱量最大B、 沒有燃燒的燃料，熱值等于零C、 燃料燃燒時放出的熱量越多，熱值越大D、 燃料的熱值與燃燒情況無關(guān)【答案】D、(2015?、(2015?宜昌中考)為節(jié)約能源，需提高熱機的效率，列措施中不能提高熱機效率的是(盡量使燃料充分燃燒C盡量使燃料充分燃燒C.盡量減少廢氣帶走的熱量盡量減少熱機部件間的摩擦盡量增加熱機的工作時間思路點撥】在熱機中，用來做有用功的那部分能量與燃料完全燃燒放出的熱量之比，叫熱機的效率；提高熱機效率的方法有：使燃料盡可能充分燃燒；減少運動部件摩擦發(fā)熱的損失；減少廢氣帶走的熱量?！敬鸢浮緿【解析】減少熱量的損失可以提高熱機的效率，所以使燃料充分燃燒、減少廢氣帶走的熱量、減少熱機部件間的摩擦都可以減少熱量的損失，提高效率。增加熱機的工作時間，并不能減少熱量的損失，所以不能提高熱機的效率?！究偨Y(jié)升華】增強節(jié)能意識，提倡低碳生活，提高能源利用率。舉一反三：【變式】甲柴油機的效率比乙柴油機的效率高，這表明()甲的功率比乙的大甲做的功比乙的多甲消耗的柴油比乙的少甲柴油機內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的百分比大【答案】D

類型三、能量守恒定律、學(xué)習(xí)了“能量的轉(zhuǎn)化和守恒”的知識后，同學(xué)們提出了下面的一些關(guān)于利用和開發(fā)能源的建議，其中不可行的是 )我國煤炭資源豐富，應(yīng)研究并采用如何讓燃料充分燃燒，以減少熱量損失的措施電力部門應(yīng)加快進(jìn)行將內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能的研究，以減少內(nèi)能在多次轉(zhuǎn)化過程中的損失我國應(yīng)進(jìn)一步開發(fā)利用江河水利資源隨著資源的不斷消耗，應(yīng)研究出一種既可以不消耗或少消耗能量，又能不斷對外多做功的機器【答案】D【解析】A、煤炭在燃燒的過程中，由于燃燒不夠充分，導(dǎo)致散失的熱量較多，故研究并采用如何讓燃料充分燃燒，以減少熱量損失的措施是必要的，此項說法正確；B、 現(xiàn)在我國的發(fā)電主要是火力發(fā)電，故研究內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化