第2讲 内能利用

1、第2讲 内能的利用（第14章）一、基础知识1. 内燃机l 热机的定义：利用内能来做功的机器。l 热机的能量转换：内能转化为机械能。l 热机的种类：蒸汽机、内燃机（汽油机和柴油机）、汽轮机、喷气发动机等l 四冲程内燃机包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。冲程进气门排气门活塞运动方向缸内温度飞轮转速能量转化吸气打开关闭向下压缩关闭关闭向上升高减慢机械能转化为内能做功关闭关闭向下降低加快内能转化为机械能排气关闭打开向上l 内燃机的工作过程（图16.4-3）：在这四个阶段，吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，而做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程，是由内能转化为机械

2、能。另外压缩冲程将机械能转化为内能。l 汽油机和柴油机的比较： 汽油机柴油机不同点构造顶部有一个火花塞顶部有一个喷油嘴燃料汽油柴油吸气冲程吸入汽油与空气的混合气体吸入空气点燃方式点燃式压燃式效率低高应用小型汽车、摩托车载重汽车、大型拖拉机相同点冲程：活塞在往复运动中从汽缸的一端运动到另一端。一个工作循环活塞往复运动2次，曲轴和飞轮转动2周，经历四个冲程，做功1次。2. 热值l 定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。l 单位：固体燃料的热值的单位是焦耳每千克（J/kg）、气体燃料的热值的单位是焦耳每立方米（J/m3）。l 热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料

3、的形态、质量、体积无关。l 公式：Q放qm、Q放qV Q放出的热量焦耳（J）；q热值焦耳每千克（J/kg）；m燃料质量千克（kg）。 Q放出的热量焦耳（J）；q热值焦耳每立方米（J/m3）；V燃料体积立方米（m3）。l 酒精的热值是3.0×107J/kg，它表示：1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J。煤气的热值是3.9×107J/m3，它表示：1m3煤气完全燃烧放出的热量是3.9×107J。l 火箭常用液态氢做燃料，是因为： 液态氢的热值大； 液态氢的体积小，便于储存和运输。3. 燃料的有效利用、热机的效率l 燃料燃烧，使燃料的化学能转化为内能

4、。l 在实际应用中，燃料很难完全燃烧，所以放出的热量比实际计算出的要少。另外，放出的热量又很难得到全部有效利用，总会有一部分热量损失。例如，用蜂窝煤烧水时，热量损失的部分包括： 未完全燃烧的部分； 高温烟气带走的热量； 被容器、炉具、周围空气等吸收的热量。l 有效利用燃料的一些方法：把煤磨成粉末状、用空气吹进炉膛（提高燃烧的完全程度）以较强的气流，将煤粉在炉膛里吹起来燃烧（减少烟气带走的热量）l 热机的效率：热机用来做有用功的那部分能量和完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。公式：l 提高热机效率的途径： 使燃料充分燃烧，尽量减小各种热量损失； 机件间保持良好的润滑，减小摩擦。l 常见热机的效

5、率：蒸汽机6%15%、汽油机20%30%、柴油机30%45%4.能量守恒1. 我们接触过以下形式的能量：机械能、内能、光能、化学能、电能动能和势能属于机械能，“动能或势能转化为其他形式的能量”的说法是错误的。2. 能量守恒定律：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为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。3. 判断能量的转化，要看能量大小的变化。在某一现象中，如果一种形式的能力在减小的同时，引起另一种形式的能量增大，那么就可以确定这种形式的能量转化成了另一种形式的能量。4. 若发生能量的转移，必有一物体能量减少，另一种物体能量

6、增加，并且能量的形式不变。热传递的过程是内能的转移过程，内能转移的多少等于吸收或放出热量的多少。火箭上升时，机械能增加，内能增加。二、重难点 知识点 1 热机1热机：将内能转化为机械能的机器最常见的热机为内燃机2内燃机四冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程3内燃机工作过程冲程工作示意图能的转化相应特点吸气冲程  进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动吸入汽油和空气的混合物 (柴油机吸入的是空气)压缩冲程机械能内能进气门、排气门都关闭活塞向上运动，压缩汽油和空气的混合物(柴油机压缩的是空气)做功冲程内能机械能进气门、排气门都关闭活塞在高温、高压的燃气作用下向下运动点火方

7、式：点燃式(柴油机为压燃式)排气冲程废气带走很多燃气内能进气门关闭，排气门打开活塞向上运动将废气排出汽缸废气中含有大量有害气体(1)一个工作循环包括四个冲程，每一个工作循环活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次(2)在一个工作循环中，只有第三个冲程是燃气对外做功，其他三个辅助冲程依靠飞轮的惯性完成Ø 注：可根据汽油机活塞运动方向和进气门的开、关来判断汽油机的四个冲程。柴油机与汽油机：同：四个冲程相同异：柴油机用喷嘴代替了火花塞例 1 回答下列问题：1燃烧汽油能将它的化学能转化为_，热机通过做功，能把内能转化为_2内燃机有四个冲程，它们分别是_冲程，_冲程，_冲程，_冲程3在四个

8、冲程中，给汽车提供动力的冲程是_冲程，排出汽车废气的冲程是_冲程例 2如图 所示是某个四冲程内燃机在工作过程中的一个冲程示意图，由图中情况可判定这个冲程( )A是排气冲程B是做功冲程C是把机械能转化为内能D是把内能转化为机械能例 3如图 1642 所示实验，试管口木塞冲出过程( )A试管口出现的白雾是水蒸气B试管口出现白雾说明水蒸气内能增加C能量转化情况与内燃机压缩冲程相同D水蒸气对木塞做功，水蒸气的内能减少思路点拨：水蒸气对木塞做功，内能转化为机械能，水蒸气内能减少，温度降低，水蒸气遇冷液化成白雾例4关于热机，下列说法正确的是()A随着科学技术的发展，热机的效率可达到100%B四冲程汽油机在

9、工作过程中，进气门和排气门同时关 闭的冲程是做功冲程和压缩冲程C柴油机上安装一个笨重的飞轮，是为了提高它的效率D柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大知识点 2 热值1定义：1 kg 的某种燃料完全燃烧放出的热量2单位：J/kg，读作：焦每千克3燃料完全燃烧放出热量的计算：Qqm，其中 q 为燃料的热值，m 为燃料的质量 (1)热值是表示燃料完全燃烧的放热本领，只有燃料才有热值，比热容是表示物体温度变化时吸热或放热的本领，任何物体都有比热容(2)气体燃料的热值单位一般用：J/m3，读作：焦每立方米气体燃料完全燃烧放出热量的计算公式为 QqV. (3)热值是燃料的特性之一，不同的

10、燃料热值一般不同热值的大小只决定于燃料的种类，与燃料的质量、形态、体积、是否完全燃烧均无关 例 1 回答下列问题：1 1 kg 某种燃料完全燃烧放出的热量，叫这种燃料的_氢气的热值为 1.4×108 J/kg，完全燃烧 0.1 kg 氢气可以放出_J 的热量2用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧时放出的热量之比，叫做热机的_ 例 2汽油的热值是 4.6×107 J/kg，完全燃烧 210 g 汽油能放出_J 的热量若这些热量全部被水吸收，可使_kg 水 从 20 升 高 到 43 . 水 的 比 热 容 为 4.2×103J/(kg·)例3 2012

11、·淮安 为了比较酒精和碎纸片的热值，如图252所示，两只同种规格的烧杯中装有质量相等的水，取质量_(选填“相等”或“不相等”)的酒精和碎纸片分别放入两个燃烧皿中点燃，分别给烧杯加热，直到酒精和碎纸片完全燃烧，通过比较_，从而确定酒精和碎纸片的热值大小关系。知识点 3热机的效率1定义：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的热量之比Q有用是燃料燃烧放出的转化为有用功的热量，Q总是燃料完全燃烧放出的热量3热机中的能量损失(1)废气带走的能量最多；(2)一部分燃料没有完全燃烧而损失；(3)克服各零部件的摩擦消耗一部分能量；(4)一部分能量损失在部件散热上4提高热机效率的途径(1)保持良

12、好的润滑，减小摩擦； (2)尽可能使燃料充分燃烧； (3)废气带走的能量再利用等例 1如图 1647 所示为内燃机的能量流向图，热机效率等于( ) 例2、重4 10 N 的汽车在水平路面匀速运动，所受阻力为920N，汽车牵引力功率为9.2kW，其汽油发动机效率为20%（汽油热值是（4.6×107J /kg）（1）在图表示汽车的方框上画出汽车匀速运动过程中水平方向受力示意图。（2）求汽车运动100s 内发动机对汽车的牵引力多大？牵引力做了多少功？汽车通过的距离多长？发动机消耗汽油质量是多少？知识点4 能的转化和守恒1能量形式的多样化：自然界能量形式多样，有机械能、内能、电能、光能等一定

13、条件下都能互相转化2能的转化：能量的形式发生改变，发生在不同形式的能之间，如摩擦生热3能的转移：同种形式的能在不同物体或物体不同部位发生转移，如热传递4能量守恒定律：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，或从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变(1)能量守恒定律具有普遍性，适用于任何能量转化或转移的场合(2)能量转化有方向性，但总量保持不变 例 1 回答下列问题：1冬天里人们常用两手相互摩擦产生热量，这是机械能转化为_2 植物吸收太阳光进行光合作用，这是光能转化为_3在一定条件下，各种形式的能都可以相互_4足球在地上滚动慢慢停下来，小

14、明认为动能凭空消失了，对吗？_.例 2小王同学分析了四个常见事例中的能量转化，其中正确的是( )A在汽油机的做功冲程中，内能转化为机械能B电风扇正常工作过程中，电能主要转化为内能C电热水器工作过程中，内能转化为电能D跳水运动员在空中下落的过程中，动能转化为重力势能思路点拨：要把握住能量转化前后的能量形式例 3下列说法中正确的是( )A根据能量守恒定律，能源的利用率应该是 100%B由于能量既不会消失，也不会产生，总是守恒的，所以节约能源意义不大C节约能源只要提高节能意识就行，与科技进步无关D在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失思路点拨：虽然能量守恒，但能量的转化有方向性，能为人所利用

15、的能量受技术限制热效率的计算三、综合练习1.有一台单缸四冲程的柴油机，它工作时飞轮转速为1200r/min，则它的气缸内燃气1s对外做功（）A20次B10次C600次D120次2.一台八缸四冲程柴油机，飞轮转速为600r/min，若每个汽缸做功冲程中，每次做功7300J，那么这台柴油机的功率是（）A3.65×104WB5.84×105WC7.3×105WD2.92×105W3.汽油机飞轮的转速为600r/min，那么，每秒钟完成工作循环个数和对外做功次数分别为（）A5，5B10，10C15，15D20，204.关于物体内能的说法中错误的是（）A一切物体都

16、有内能B一定质量的物体，温度越高，它具有的内能越大C物体具有的内能越多，它具有的热量就越多D物体对外做功时，物体的内能会减少5.以下说法正确的是（）A只有对水加热，水的温度才能升高B物体内能的改变量只能用吸收或放出热量的多少来量度C热量就是内能D物体的温度发生变化，它的内能也一定发生改变6.（2013济宁）用两个相同的电热水器给质量同为2kg的物体甲和水加热，他们的温度随加热时间的变化关系如图所示，据此判断甲物质10min吸收的热量为（）A0.84×105JB1.2×105JC2.52×105JD都不是，不能计算7.（2013广州）水的比热容比煤油的大如图所示，隔

17、着石棉网同时加热规格相同，分别装上质量和初温都相同的煤油和水的试管，至管内液体升温到 40，这个过程中（）A煤油温度先升到40B同一时刻水的温度比煤油高C加热相同时间，水吸收的热量多D升高相同的温度，煤油需加热较长的时间8.（2013郴州）在标准大气压下，将0.2kg水从25加热至沸腾需吸收的热量是（C水=4.2×103J/（kg）（）A2.1×103JB6.3×103JC2.1×104JD6.3×104J9.（2012宜昌）两个相同的烧杯装有质量和初温都相同的水和食用油，用相同的电加热器分别给它们加热相同的时间，则下列说法中正确的是（）A水吸

18、收的热量多B水上升的温度较高C它们吸收的热量相同D它们上升的温度相同10.（2012郴州）一杯水由80降至20放出的热量为Q1，它由30升高到70吸收的热量为Q2，则（）AQ1Q2BQ1Q2CQ1=Q2D无法比较11.（2011兰州）用两个相同的电热器给质量相同的物质甲和水加热，它们的温度随加热时间的变化关系如图所示，据此判断物质甲的比热容为（）A2.1×103J/（kg）B4.2×103J/（kg）C1.2×103J/（kg）D条件不足，不能确定12.（2013广州）某机器的能量流向图如图所示，据此推测该机器可能是（）A热机B电动机C发电机D电热水器13.（20

19、12柳州）如图所示的四种交通工具，不用热机作为动力机械的是（）A      自行车B       轮船C       卡车D       飞机14.（2010泉州）以下交通工具中，所使用的动力装置将电能转化为机械能的是（）A摩托车B载重卡车C拖拉机D电动自行车15.（2008密云县）关于热机，下列说法是正确的（）A汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞B柴油机在吸气冲

20、程中，将柴油和空气的混合气吸人气缸C汽油机在做功冲程中，进气门关闭排气门打开D汽油机在做功冲程中，是把内能转化为机械能16.（2013自贡）下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况关于对图中的补充正确的是（）A做功冲程  内能转化为机械能  压缩冲程  机械能转化为内能B压缩冲程  内能转化为机械能  做功冲程  机械能转化为内能C做功冲程  机械能转化为内能  压缩冲程  内能转

21、化为机械能D压缩冲程  机械能转化为内能  做功冲程  内能转化为机械能17.（2013漳州）在四冲程汽油机工作过程中，将内能转化成机械能的冲程是（）A吸气冲程B压缩冲程C做功冲程D排气冲程18.（2013邵阳）多数汽油机是由四个冲程不断循环来保证连续工作的其中，完成将汽油燃烧产生的废气排出气缸的冲程是（）A吸气冲程B压缩冲程C做功冲程D排气冲程19.（2013山西）图是内燃机的某冲程工作示意图，以下改变内能方式与此相同的是（）A烤火取暖B搓手取暖C向手“呵气”取暖D用热水袋取暖20.（2013日照）如图所示是汽油机工作时各种冲程的示

22、意图，其中表示做功冲程的是（）ABCD21.（2013南京）如图所示是内燃机的四个冲程，其中属于压缩冲程的是（）ABCD22.（2013龙岩）摩托车上的热机工作时提供动力的是（）A吸气冲程B压缩冲程C做功冲程D排气冲程23.（2013淮安）在汽油机压缩冲程中，气缸内气体的（）A温度降低B密度变小C热量增多D内能增加24.（2013常州）点火爆炸实验中，电子式火花发生器点燃盒中酒精蒸气，产生的燃气将塑料盒盖喷出很远此过程的能量转化方式类似于汽油机的（）A吸气冲程 B压缩冲程 C做功冲程 D排气冲程25.（2013巴中）单杠四冲程内燃机在工作过程中，将机械能转化为内能的是（）A吸气冲程B压缩冲程C

23、做功冲程D排气冲程26.（2012岳阳）如图是四冲程内燃机工作循环中的一个冲程，它是（）A压缩冲程，将内能转化为机械能B压缩冲程，将机械能转化为内能C做功冲程，将内能转化为机械能D做功冲程，将机械能转化为内能热机的效率27.（2010成都）如图所示为小艳家新买的一辆小汽车周末，爸爸开车带着小艳出去游玩，途中，这辆汽车在1h的时间内，在水平路面上匀速行驶了72km，消耗汽油6kg若已知该汽车发动机的功率（即牵引力的功率）为23kW，汽车（包括车上的人和物品）质量为1.5t，汽油的热值为4.6×107J/kg，g=10N/kg则关于上述1h的行驶过程，下列分析正确的是（）（双选）A该汽车

24、对路面的压力大于1.5×104NB该汽车克服阻力做的功是2.3×104JC该汽车的牵引力是1.15×103ND该汽车发动机的效率是30%28.（2010常德）热机的效率较低，为了提高热机的效率，你认为下列方法目前不可能的是（）A尽量使燃料充分燃烧B尽量减少各种热损失C尽量减少因克服摩擦力而额外消耗的能量D想办法把燃料放出的热量全部用来做有用功29.（2009平原县）关于热机，下列说法错误的是（）A热机性能好坏的重要标志之一是热机效率B在四冲程内燃机中减少废气带走的大量热量可以大大提高热机效率C柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大D在压缩冲程中内燃

25、机将机械能转化为内能能量守恒和转化30.（2012娄底）下列的电器设备在工作中，将机械能转化为电能的是（）A给电热水壶通电烧水B转动手摇发电机的轮盘，发电机发电C有电流通过扬声器，扬声器的纸盆振动D用电饭锅蒸米饭31.（2012福州）下列实例中，属于机械能转化为内能的是（）A流星穿过大气层时发热发光B冬天，嘴对着双手哈气C汽油机的做功冲程D不锈钢汤勺放在热汤中32.（2011常州）近年来，我国沿海地区利用潮汐现象建成了潮流能发电站，其原理就是利用海水的流动来推动发电机工作从能量转化的角度，潮流能发电是将（）A海水的机械能转化成电能B海水的化学能转化成电能C电能转化成海水的势能D电能转化成海水的

26、机械能33.（2013青岛）下列关于能量转化、转移现象的说法，错误的是（）A电池充电，电能转化为化学能B电动机工作，电能转化为机械能C暖瓶塞被热气弹开，机械能转化为内能D用热水袋取暖，内能发生了转移34.（2013镇江）下列说法正确的是（）A江苏田湾核电站是利用核裂变方式来发电的B天然气是可再生能源C太阳能热水器中的水是通过做功来改变内能的D“永动机”是可以制造出来的36.（2013湖州）能量的转换是自然界普遍的现象下列关于能量转换的分析不正确的是（）A水果电池化学能电能B电磁感应电能机械能C光合作用光能化学能D钻木取火机械能内能37.（2013常州）2013年2月15日，一颗数十吨的陨石被地球俘获，在加速下落的过程中，陨石与大气剧烈摩擦、迅速升温、猛烈燃烧，犹如一颗火球扑向俄罗斯陨石下落过程中，其能量转化过程是（）A重力势能一动能一内能B