初中物理同步講義北師大版熱機 火箭 燃料的利用和環(huán)境保護（基礎）知識講解

PAGE熱機火箭燃料的利用和環(huán)境保護（基礎）

【學習目標】

1．知道熱機中的能量轉化。

2．知道四沖程熱機的構造和工作原理。

3．了解現(xiàn)代火箭的構造和特點，了解多級火箭是星際航行的運載工具。

4．知道燃料的熱值及其單位，并知道某種燃料熱值的物理意義。5.知道燃料燃燒過程中的能的轉化是化學能轉化為內能。

【要點梳理】要點一、熱機將燃料燃燒產生的高溫高壓氣體的內能轉化為機械能的機器，統(tǒng)稱為熱機。1.汽油機（1）汽油機的構造：氣缸、活塞、連桿、曲軸、進氣門、排氣門、火花塞。（2）汽油機的工作過程：吸氣、壓縮、做功、排氣。吸氣沖程。進氣門打開，排氣門關閉，活塞由氣缸最上端向下運動，汽油和空氣的混合物從進氣門被吸入氣缸。當活塞運動到最下端時，進氣門關閉。壓縮沖程。進氣門和排氣門都關閉，活塞由氣缸的最下端向上運動，燃料混合物被壓縮，氣缸內溫度升高，氣壓增大。做功沖程。在壓縮沖程結束后，火花塞產生電火花，點燃燃料混合物。燃料混合物劇烈燃燒，產生高溫、高壓燃氣，推動活塞向下運動，并通過連桿驅使曲軸轉動。排氣沖程。進氣門關閉，排氣門打開，活塞從氣缸最下端向上運動，把廢棄排出氣缸，為下一個循環(huán)做好準備。2．柴油機（1）柴油機的構造：氣缸、活塞、連桿、曲軸、進氣門、排氣門、噴油嘴。（2）柴油機的工作過程：吸氣、壓縮、做功、排氣。吸氣沖程。進氣門打開，排氣門關閉，活塞由氣缸最上端向下運動，空氣從進氣門被吸入氣缸。當活塞運動到最下端時，進氣門關閉。壓縮沖程。進氣門和排氣門都關閉，活塞由氣缸的最下端向上運動，燃料混合物被壓縮，氣缸內溫度升高，其溫度超過柴油的燃點。做功沖程。在壓縮沖程結束后，由噴油嘴向氣缸內噴射霧狀的柴油，這些柴油在氣缸內高溫的空氣中劇烈燃燒，產生高溫、高壓燃氣，推動活塞向下運動，并通過連桿驅使曲軸轉動。排氣沖程。進氣門關閉，排氣門打開，活塞從氣缸最下端向上運動，把廢棄排出氣缸，為下一個循環(huán)做好準備。要點詮釋：（1）汽油機和柴油機的工作原理：汽油或柴油在氣缸里燃燒時生成高溫高壓的燃氣，用來推動活塞做功?；钊ㄟ^連桿使內燃機的飛輪轉動，從而帶動其他機械轉動。

（2）活塞在氣缸內往復運動，從氣缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個沖程。（3）在一個工作循環(huán)中，汽缸內的活塞往復兩次，曲軸轉動兩周。（4）四個沖程中只有做功沖程燃氣對外做功，其他三個沖程都是靠飛輪慣性完成的。（5）一個工作循環(huán)有兩次能量轉化，在壓縮過程中，機械能轉化為內能，在做功過程中，內能轉化為機械能。要點二、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，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：

①在設計和制造上，要不斷改進和革新，以減少各種能量損失，提高效率。

②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整得當，減小摩擦和防止漏氣。

③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。要點三、火箭火箭升空的原理：火箭升空的原理與氣球反沖運動相同。在火箭燃燒室內部裝著燃料和氧化劑。燃料燃燒時產生高溫高壓燃氣，燃氣從噴口高速噴出時，對火箭產生巨大推力，從而把火箭發(fā)射出去。從能量的角度來看，火箭也是把內能轉化成機械能的機器，所以它也是熱機家族中的一員?；鸺姆诸悾和瑫r由于它所用燃料的形態(tài)不同，我們又把火箭分為固體火箭和液體火箭兩種，較常用的是液體火箭。火箭的應用：發(fā)射衛(wèi)星、運送空間站等等。為了把衛(wèi)星、飛船等有效載荷送上太空，人們研制出了多級火箭，即二級或三級火箭。要點四、熱值某種燃料完全燃燒時化學能轉化為內能的量（放出的熱量）與其質量的比叫作這種燃料的熱值。單位是：J/㎏。

要點詮釋：

（1）燃料燃燒放出的熱量與哪些因素有關：

①燃料的種類；

②燃料的質量；

③燃料是否充分燃燒。

（2）燃料完全燃燒放出熱量的計算公式：，其中m為燃料的質量，q為燃料的熱值。要點五、內能對環(huán)境的影響及環(huán)保措施1.內能對環(huán)境的影響：①空氣污染（CO、、酸雨）。②噪聲污染。2.保護環(huán)境，減小污染措施：①改進燃燒設備，采取集中供熱，加裝消煙除塵裝置。②提高內能的綜合利用率，把內能的一次利用變?yōu)槎啻卫茫ㄈ缬糜酂峁┡龋?。③充分開發(fā)、利用污染小或無污染的能源（如太陽能等）?！镜湫屠}】類型一、熱機1、下列現(xiàn)象中，利用內能做功的是（）A．冬天在戶外時兩手相互搓一會兒就暖和了B．刀在砂輪的高速摩擦之下濺出火花C．火箭在“熊熊烈火”的噴射中沖天而起D．盛夏在烈日之下的柏油路面被曬熔化了【思路點撥】本題抓住內能的兩個應用：一、利用內能做功；二、利用內能加熱物體?！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，屬于利用內能加熱物體，不符合題意?！究偨Y升華】內能的兩個應用：加熱、做功。舉一反三：【變式】在下列各種過程中，利用內能加熱的是（）A．火箭將衛(wèi)星搭載上天B．噴氣式客機載人飛翔C．利用拖拉機耕地D．燒水飲用【答案】D2、（?營口三模）柴油機和汽油機在構造上的主要區(qū)別是：柴油機氣缸頂部有，汽油機氣缸頂部有，在吸氣沖程中的不同是：汽油機吸入氣缸里的是，柴油機吸入氣缸里的是?！舅悸伏c撥】總結汽油機和柴油機的異同點：①相同點：四個沖程相同，能的轉化相同；②不同點：①吸入的物質不同；②結構不同；③壓強不同，效率不同；④點火方式不同。【答案】噴油嘴；火花塞；空氣與汽油的混合物；空氣【解析】（1）汽油機和柴油機在構造上的區(qū)別是：汽油機頂部有個火花塞，柴油機頂部有個噴油嘴；（2）在吸氣沖程里，汽油機吸入氣缸的是汽油和空氣的混合物，而柴油機吸入的是空氣，故答案為：噴油嘴；火花塞；空氣與汽油的混合物；空氣。【總結升華】此題考察內燃機的工作原理，屬基礎題。舉一反三：【變式】（?濱州中考）汽車已經成為現(xiàn)代生活不可缺少的一部分，汽車多數采用汽油機作為發(fā)動機，如圖是四沖程汽油機的工作循環(huán)示意圖，下列說法中不正確的是（） A． 甲沖程是把機械能轉化為內能 B． 乙沖程是排氣沖程 C． 丙沖程是把機械能轉化為內能 D． 丁沖程是吸氣沖程【答案】C類型二、燃料的熱值和熱機效率3、焦炭燃燒值是3.0×107J/kg，最少燃燒多少克的焦炭才可獲得6×103J的熱量。【答案與解析】解：

答：最少需燃燒0.2g的焦炭。【總結升華】焦炭的燃燒值是3.0×107J/kg，意思是完全燃燒1kg的焦炭，可獲得3.0×107J的熱量，也就是說燃燒1kg的焦碳最多可獲得3.0×107J的熱量。因此要得到6×103J的熱量最少需焦炭多少，可以將公式Q=qm變形為燃后將數據帶入即可。舉一反三：【變式】有關熱值的概念，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【答案】D4、（?松北區(qū)三模）關于熱機的效率，下列說法正確的是（）A．蒸汽機的效率通常高于噴氣發(fā)動機B．熱機效率一定小于100%C．汽車排放的尾氣，是城市環(huán)境污染的重要來源．目前有些新型燃料汽車，實現(xiàn)了“零排放”，它們的效率達到100%D．在完全無摩擦的道路上，汽車發(fā)動機可達到100%【思路點撥】（1）熱機效率的概念：用來做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的能量之比．在工作過程中，損失的能量越少，熱機的效率越高。

（2）任何機器的都不可避免的做額外功，效率不可能達到100%?！敬鸢浮緽【解析】用來做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的能量之比，在工作過程中，損失的能量越少，熱機的效率越高；

A、蒸汽機的燃料是在機器的外部燃燒，熱損失最多，效率最低；故A錯誤；

B、熱機在工作時不可避免的要克服機械部件間的摩擦做額外功，機械效率不會達到100%；故B正確；

C、目前有些新型燃料汽車，實現(xiàn)了“零排放”，減少了污染，提高了效率，但效率不會達到100%；故C錯誤；

D、在完全無摩擦的道路上，汽車發(fā)動機的效率可以提高，但不可能達到100%；故D錯誤。

故選B?！究偨Y升華】本題考查了學生對熱機效率的了解與掌握，理解熱機效率小于1，屬于基礎題目。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（）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．甲柴油機內能轉化為機械能的百分比大【答案】D類型三、燃料的利用和環(huán)境保護5、學習了“機械能、內能及其轉化”的知識后，同學們提出了下面的一些關于利用和開發(fā)能源的建議，其中不可行的是（）A．我國煤炭資源豐富，應研究并采用如何讓燃料充分燃燒，以減少熱量損失的措施B．電力部門應加快進行將內能直接轉化為電能的研究，以減少內能在多次轉化過程中的損失C．我國應進一步開發(fā)利用江河水利資源D．隨著資源的不斷消耗，應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