第五讲内能的利用、热机

1、第五讲内能的利用、热机以及能源一、 内能的获得一一燃料的燃烧：能转化为。二、热值1、 定义： ，叫做这种燃料的热值。2、单位：J/kg3、关于热值的理解： 对于热值的概念，要注重理解三个关键词“1kg ”、“某种燃料”、“完全燃烧” 。1kg是针对燃料的质量而言，如果燃料的质量不是 1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不是热值。某种燃料：说明热值与燃料的种类有关。完全燃烧：表明要完全烧尽，否则1kg燃料化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。 热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能 转变成内能的本领大小，也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，

2、 与燃料的形态、质量、体积等均无关。4、 公式：Q= mq (q为热值)。实际中，常利用 Q吸=0放即cm(t-t o)= n qm'联合解题。酒精的热值是 3.0 x 107J/kg ,它表示： 煤气的热值是 3.9 x 107J/m3,它表示：_5、 火箭常用液态氢做燃料，是因为:-6、炉子的效率： 定义：炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。 公式：n =Q有效/ Q 总=cm(t-t o)/ qm '三、内能的利用1 、内能的利用方式： 利用内能来加热：从能的角度看，这是的转移过程。禾U用内能来做功；从能的角度看，这。2、 热机： 定义： 。能的转化： 转化为

3、蒸气机一一内燃机一一喷气式发动机3、内燃机：将燃料燃烧移至机器内部燃烧，转化为内能且利用内能来做功的机器叫内 燃机。它主要有汽油机和柴油机。4、内燃机大概的工作过程：内燃机的每一个工作循环分为四个阶段：吸气冲程、压缩 冲程、做功冲程、排气冲程。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能。另外压缩冲程将机械能转化为内能。5、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：n =W有用/ Q总=W有用/qm提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧O2尽量减小各种热量损失O 3机件间

4、保持良好的润滑、减小摩擦。6、汽油机和柴油机的比较：汽油机柴油机不 同 占 八、构造：顶部有一个火花塞。顶部有一个喷油嘴。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 占 八、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。四、能量守恒定律1、 自然界存在着多种形式的能量。 尽管各种能量我们还没有系统地学习， 但在日常生 活中我们也有所了解， 如跟电现象相联系的电能， 跟光现象有关的光能， 跟原子核的变化有 关的核能，跟化学反应有关的化学能等

5、。2、 在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化和转移（列举学生所熟悉的事例，说 明各种形式的能的转化和转移）。在热传递过程中，高温物体的内能转移到低温物体。运动的甲钢球碰击静止的乙钢球，甲球的机械能转移到乙球。 在这种转移的过程中能量形式没有变。3、 在自然界中能量的转化也是普遍存在的。 小朋友滑滑梯，由于摩擦而使机械能转化 为内能；在气体膨胀做功的现象中， 内能转化为机械能； 在水力发电中，水的机械能转化为 电能；在火力发电厂，燃料燃烧释放的化学能，转化成电能；在核电站，核能转化为电能；电流通过电热器时，电能转化为内能；电流通过电动机，电能转化为机械能。4、能量守恒定律：能量既不会消灭，也

6、不会创生，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。能量的转化和守恒定律是自然界最普遍的、最重要的定律之一。（三）、水能和风能的利用1、知识结构：拦河筑坝卜发电水能海水潮汐丿机械能的斗I直接做功天然资源I风能2、水电站的工作原理：利用 高处的水落下时把重力势能转化为动能，水的一部分动能转移 到水轮机，利用水轮机带动发电机把机械能转化为电能。练习：水电站修筑拦河大坝的目的是什么？大坝为什么要设计成上窄下宽?练习二一、单选题1 做功和热传递在改变物体内能上是等 效的，在图中属于热传递改变物体内能的是站术妝火D2如图表示，将两块干净

7、光滑的铅块压紧后，会使得他们结合在一起， 并能吊起重物,该实验说明A .分子不停地运动B .分子间有引力没有斥力C. 分子间有引力D .以上说法都不对3. 图是内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为A .n= ( E1 + E2+ E3 + E4)/ E: X100%B . n= ( E2/ E) X100 %c. n= ( Ei + E3+ E4)/ e: X100%D. n= (Ei/ E) X100%4. 下列物理量与分子运动快慢有关的是A .热量 B.比热容 C .温度D.密度二、填空题5. 各种形式的能之间在一定的条件下可以 相互转化，请按表中示例完成表格中的空白部 分.6 “花香袭

8、人知骤暖，鹊声穿树喜新晴”，这是南宋诗人陆游的诗句.对前一句，从物理学角度可以理解为“花朵分泌的香油分子 加快”，说明当时的周边气温突然陋世的转化实网化学能转化为电肺用千电池桃电用电轉器烧开水机械能转化为內能子禅从枪龍里射岀、实验与探究7. 有四个课外活动小组，在研究“物质温度升高与吸收热量的关系”的实验中，记录了如下表所示的数据.(1) 比较1、2或3、4两组实验数据，可得出实验结论：;比较两组实验 数据，可得出实验结论：相同质量的不同物质，第壮ill刖!V f ：10. 502L W10,83电” 同4L0021,3吸收相同的热量，温度的升高是不同的.(2) 本实验的关键是确保各小组吸收的

9、热量相同为此，你 认为是采用图中的酒精灯加热较好，还是采用电加热器(俗称“热得快”)好？说明你的理由:(3 )写出造成本实验误差的一个主要原因：&在两个相同的烧杯中倒满水，加热到相同的温度后分别用厚度 相同的A、B两种保温材料包好，定时测量烧杯中水的温度。实验过程 中室温保持不变。根据实验测得的数据作出的水温随时间变化的图象 如图所示。根据图象解答下列问题。(1) A、B两种保温材料相比较， 的保温性能较好。实验过程中室温大约是 C。(2) 水温随时间变化的特点是 。(3) 水的散热快慢跟 和有关。(4) 用保温材料B包裹的烧杯中的水在前50 min内散失的热量与用保温材料A包裹的烧杯

10、中的水在前min内散失的热量相等四、计算题1 燃烧im的煤气大约放出3.9 X 107J的热量，某市管道煤气收费标准为0.87元/m3,有一户人家一个月内烧煤气消耗 1.17 X 109J的热量，这个月应交煤气费多少元？2、买火柴的小女孩在严寒中只能靠点燃火柴取暖。一根火柴的质量约0.065g，火柴的热值平均为1.2 X 107J/kg,求一根火柴完全燃烧能使im空气温度升高多少摄氏度。空气密度 1.3kg/m 3、比热容 1.0 X 103J (kgC)3、有一功率为40KW热机效率为25%勺汽车正在一平直的公路上行驶， 此时油箱中仅剩 下5kg的汽油，如果不考虑热机其他的能量损失， 汽车以

11、15m/s的速度向前行驶，问还可 前进多少km (汽油的热值为4.6 X 107J/kg)4. 我国是垃圾生产大国，垃圾的掩埋处理将占用大量土地，并污染土壤和水源，为各种菌毒、蚊蝇提供了理想的栖息和繁衍场所.据统计，2003年某市城区生活垃圾达1.4X105t.经测算1性活垃圾中，有一半为有机可燃物，每焚烧1kg这种有机可燃物放出的热量与完全燃烧1kg干木柴相当.已知干木柴的热值q = 1.2 1X3j/ kg，水的比热容 c = 4.2 X3J/( kg C)，那么(1) 若将2003年该市城区生活垃圾全部焚烧，可产生多少热量？(2) 这些热量若全部被水吸收，可将多少20 C的水烧开？54.

12、人的体温是由“下丘脑”中特殊神经细胞组织控制的，它对人体体温的变化很敏感，当下丘脑温度高于 37 C时，人体散热机制(如血管舒张，出汗等)就会活跃起来。已 知37 C时蒸发8g汗水所需能量为4300J。现有一中年人漫步行走时，每秒钟体内产生的热 量为35J，而此时人体通过传导、辐射等方式(不包括出汗)产生的散热功率只有33W,因此还要通过出汗的方式才能保持37 C的体温不变。那么此人慢步行走1h出汗约多少？6. 太阳能是一种安全、清洁、方便的环保能源，每年6- 11月某地区Im2的面积在1h内平均接受的热量为4X 105 J.该地区生产的自动跟踪太阳能热水器，它接受太阳能的真空镀膜管总有效面积

13、为15 m2.(1) 每天接收太阳能的时间以10 h计算，则热水器每天可以接受多少太阳能？(2) 假设热水器能把接受到的太阳能的63%转化为水的内能，它每天可以把质量为150kg、初温为2OC的水加热到多少摄氏度？已知水的比热容为 4.2 X03J/( kg C)需要多少时间(假设无能量损失)？(3) 若用一台铭牌见下表的电热水器，在额定电压下将相同质量的水加热到同样的温度，Utt此7. 图2-12是一种太阳能汽车。太阳光照射到这辆车电池板上的辐射总功率为8X103 W,在晴朗的天气，电池板对着太阳时产生的电压为160V，并对车上的电动机提供10A的电流。问:在这种情况下电动机消耗的电功率是多

14、大？(2)太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少？你认为太阳能汽车与我们现在使用的汽车相比，有什么优点？能源与可持续发展知识回顾：1、凡是能为人类提供的物质资源叫能源,是经过千百万年前埋在地下经过漫长的地质年代形成的能源，统称为能源2、 可以从自然界直接获取的能源统称为 能源；必须通过一次能源的消耗才能得到能称为 能源；由生命物质提供的能源称为 能源不可能短时期内从自然界得到补充的能源称为 能源;可以在自然界里源源不断地得到的能源称为 能源3、获得核能的两种途径是 和;核电站的核心是.它以为核燃料4、太阳内部进行着大规模的 (裂变、聚变),释放的核能以 和的形式从太阳辐射出来5、目前,人们直

15、接利用太阳能有两种途径 ，一种是 转化,另一种是 转化6、人类历史不断进行着能量转化技术这就是所谓；在人历史上是人类在能量转化方面最早的一次技术革命；是人类 历史上第二次能源革命；是人类历史上第三次能源革命 7、 随着人口的不断增长和经济的不断发展，的消耗持续的增长，由于能量转化和转移是有 ,所和是不可再生的 .8、 人类在能源革命的进程中给自己代来了便利，同时也给自己造成了麻烦如 、和.二、例题讲解： 例1 .下列说法正确的是A .能源物质可以提供能量，所以能量就是能源B .煤气可以通过化石能源制取，所以属于一次能源C.无法从自然界中得到补充的能源叫不可再生能源D .能源的利用过程，实质上是

16、能的转化和传递过程例2 .在核电站里，能量转化的过程是：能 能一 能一例3.在我国有些地区每到秋季侬民把收获后的农作物秸秆放火烧掉使城市和郊区上空烟雾弥漫燃烧秸秆产生的危害是；请举两点。从环境的保护和资源利用方面谈谈你对秸秆处理的建议。例4为什么说地球上的能源主要来自太阳?例5说说你对能源与可持续发展的认识和体会。你有何设想?例6.夏季用简易太阳晒水箱代替燃料烧水，用来淋浴，不仅能节省能源，而且很方便，如图211所示，玻璃透过太阳光的面积为0.84m2,已知地球表面上太阳光垂直于照射平面时，在每平方米面积上、每分钟时间内辐射的能量为7.56 X104j，即太阳辐射功率为7.56氷04/（min

17、 -m2） 若太阳光垂直人射玻璃盖上水箱吸收太阳能的效率为50%,每分钟晒水箱可吸收多少热量？三、基础练习（一）、单选题I 当今人类所使用的一次能源，主要是A 煤、石油B 天然气C 太阳能D 氢能源2. 下列属于不可再生能源的是A .风能B .太阳能C.水能D.天然气3油页岩属于矿物，燃烧时可以释放大量的热量，它是A 一次能源、可再生能源B 一次能源、不可再生能源C 二次能源、可再生能源D 二次能源、不可再生能源4 关于核电站，下列说法正确的是A 核电站中的核裂变是无法控制的B 核电站释放核能的设备是核反应堆C 当前核电站主要是利用核聚变释放能量D 核电站使用过的核燃料还可以进一步在火力发电厂

18、中二次利用，以节约能源5 下列装置中可能利用太阳能的是微波炉太阳灶 光电池 热水器A B C D （二）、填空题1、 目前，我国的能源结构主要是以 为主,它属于能源.2、 化石能源通常包括 、三种燃料.3、 一次能通常指 能、能、以及能,是可以直接从自然界中获取的，二次能源是指 能.4、 能源是人类生成和发展的重要支柱 ，人类历史进程的各个阶段，如石器时代，铁器时代， 蒸汽时代，电气时代等各个主要时代的动力来源分别是、和.5、 汽车在水泥路面上紧急刹车时，会在地面上留下轮胎与地面上摩擦的黑色印痕 ，并伴有 “青烟”产生，在这一过程中，汽车的能转化为车轮和地面的 能，这些能量 （填：能或不能）用来再次开动汽车 ，这表明了能量转化是有 的.6、 近几40年来世界能耗量增长速度十分明显加快，其主要原因是/1），（2） .7、如果你某天放学回家，正准备打开厨房的门时忽然闻到