秋季初三物理目标满分班人教版第2讲内燃机热机效率能量转化和守恒

内燃机和热效率【知识框架】内燃机和热效应内燃机工作原理热机效率能量转化与守恒【知识框架】模块一：内燃机的工作原理内燃机冲程的理解与掌握掌握内燃机的四个冲程工作原理．模块二：热机效率燃料的热值热机的效率

燃料热值的含义燃料燃烧计算公式影响热机效率的因素提高热机效率的途经模块三：能量转化和守恒能量的转化能量的守恒分析能量转化分析能量守恒还是机械能守恒模块1热机【知识导航】1．热机定义：热机是利用内能来做功，把内能转化为机械能的机器．

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．模块1热机【知识导航】2.内燃机：燃料直接在气缸内燃烧产生动力的热机.常见的内燃机：汽油机、柴油机

内燃机活塞在气缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程．

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．

在单缸四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个循环，每个工作循环曲轴转两周，活塞上下往复两次，做功一次．

在这四个冲程中只有做功冲程是内燃机对活塞做功，而其他三个冲程(吸气冲程、压缩冲程、排气冲程)是依靠飞轮的惯性来完成的．

压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程是由内能转化为机械能．模块1热机【知识导航】(1).汽油机的4个冲程吸气冲程:进气门打开,排气门关闭活塞由上端向下端运动汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸

压缩冲程进气门和排气门都关闭活塞向上运动燃料混合物被压缩,内能增大,温度升高机械能转化为内能模块1热机【知识导航】(1).汽油机的4个冲程做功冲程进气门和排气门都关闭在压缩冲程末尾,火花塞产生电火花,使燃料猛烈燃烧,产生高温高压的燃气,推动活塞向下运动,并通过连杆带动曲轴转动.内能转化为机械能.排气冲程进气门关闭和排气门打开活塞向上运动废气排出气缸

模块1热机【知识导航】(1)汽油机的4个冲程小结:汽油机一个工作循环有4个冲程,飞轮转动2周,对外做功1次,活塞往复运动2次,其他冲程靠飞轮的惯性来完成.汽油机的效率大约只有30%模块1热机【知识导航】(2)柴油机工作过程模块1热机【知识导航】(3)汽油机和柴油机的比较：

①汽油机的气缸顶部是火花塞；柴油机的气缸顶部是喷油嘴．

②汽油机吸气冲程吸入气缸的是汽油和空气组成的燃料混合物；

柴油机吸气冲程吸入气缸的是空气．

③汽油机做功冲程的点火方式是点燃式；

柴油机做功冲程的点火方式是压燃式．

④柴油机比汽油及效率高，比较经济，但笨重．⑤汽油机和柴油机在运转之前都要靠外力辅助启动．

模块1热机【知识梳理】1．热机是利用____能来做功，把____能转化为____能的机器．2．内燃机:燃料直接在___内燃烧产生动力的热机.常见的内燃机:汽油机柴油机3．内燃机活塞在气缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个____．4．四冲程内燃机包括四个冲程：______冲程、____冲程、______冲程、_____冲程．其中压缩冲程将______能转化为_____能．做功冲程是由_____能转化为_____能：模块1热机【经典例题】【例1】如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住，用酒精灯对水加热，一段时间后，观察到橡胶塞突然被推出．在此过程中，燃料燃烧放出热量，通过______的方式使水的内能增加；试管内的水蒸气对橡胶塞做功，水蒸气的________能转化为橡胶塞的机械能．这个实验展示了蒸汽机的基本工作原理．模块1热机【例2】以下四冲程汽油机的工作示意图，按吸气、压缩、做功、排气顺序排列正确的是(

)A．甲乙丙丁

B．甲丙乙丁

C．甲丁乙丙

D．甲丙丁乙模块1热机【例3】(2012西城期末)图为四冲程汽油机工作过程中某一冲程的示意图，它表示的是(

)A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程模块1热机【例4】(2016四川内江)以下机械属于热机的是(

)A.火箭发动机B.发电机C.滑轮组D.洗衣机模块1热机【例5】(2016广东)下列说法正确的是(

)A.内燃机是利用电能做功的机械B.内燃机在做功冲程把内能转化为机械能C.内燃机在压缩冲程把内能转化为机械能D.随着技术的进步，内燃机的效率达到100%模块1热机【例6】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.电热水器模块1热机【例7】如图展示的是火箭发射时的壮观情景，火箭发射升空时，燃料通过燃烧将

能转化为燃气的内能，燃气推动火箭加速上升时，又将

能转化为火箭的

能．火箭从地面向上发射过程中，火箭外壳和大气摩擦温度越来越高，这一过程

能转化为

能．模块2热机效率【知识导航】一．燃料的热值1．燃料的热值：反映的是燃料燃烧过程中所释放热量大小的物理量．(1)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．表示相同质量的不同燃料完全燃烧时放出的热量不同．(2)燃料燃烧放热计算公式：Q=mq，m为燃料质量，q为热值．单位为J/kg(焦每千克)(3)物理意义：酒精的热值是3×107J/kg，它表示：1kg酒精完全燃烧放出的热量是3×107J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模块2热机效率【知识导航】二．热机的效率1．热机的效率热机用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率．公式：η=W有/W总2．影响燃料有效利用的因素(1)燃料很难完全燃烧(2)燃料燃烧放出的热量散失很多，只有一小部分被有效利用．模块2热机效率【知识导航】3.提高热机效率热机能量损失的主要途径：废气内能、散热损失、机器损失．提高热机效率的途径：①使燃料充分燃烧，尽量减小各种热量损失;②机件间保持良好的润滑，减小摩擦．③在热机的各种能量损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施．常见热机的效率：蒸汽机6%～15%、汽油机20%～30%、柴油机30%～45%内燃机的效率比蒸汽机高，柴油机的效率比汽油机高模块2热机效率【知识梳理】1.燃料的热值定义：某种燃料_______放出的热量与其______之比，叫做这种燃料的热值．用符号______表示．热值是燃料本身的一种性质，只与燃料的_____有关，与燃料的形态、质量、体积等无关．2.热机的效率：热机用来做________的那部分能量和燃料_______放出的能量之比叫做热机的效率．3.公式：___________由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1．热机能量损失的主要途径：废气内能、散热损失、机器损失．提高热机效率的途径：①______________________________________;②_______________________________;③________________________________模块2热机效率【经典例题】【例8】（多选）下列说法正确的是_____A.质量相同的燃料完全燃烧，热值越大的，放出的热量越多B.质量相同的燃料燃烧时放出热量多的，其热值一定大C.酒精灯内的酒精用去一半后，酒精的热值不变

模块2热机效率热值【例9】相同质量的干木柴和焦炭完全燃烧所放出的热量不同，这是由于不同种燃料

不同．

模块2热机效率热值【例10】“可燃冰”是一种新型能源．同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量可达到煤气的数十倍，这说明“可燃冰”的

很高．通常用水做冷却剂是因为水的

大，发射火箭用氢做燃料是因为氢的

大．

模块2热机效率热值含义【例11】汽油的热值为

，它的物理含义是完全燃烧

kg的汽油，放出的热量为

．

模块2热机效率热值实验【例12】利用如图所示的装置，运用控制变量法，通过观察现象即可比较酒精和碎纸热值大小．为完成实验，要求(

)A．酒精和碎纸的质量相同，两只烧杯内水的质量相同B．酒精和碎纸的质量不同，两只烧杯内水的质量不同C．酒精和碎纸的质量相同，两只烧杯内水的质量不同D．酒精和碎纸的质量不同，两只烧杯内水的质量相同

模块2热机效率锅炉的效率【例13】某中学为学生供应开水，用锅炉将200kg的水从25℃加热到100℃，燃烧了6kg的无烟煤．水的比热容是4.2×103J／(kg·℃)，无烟煤的热值是3.4×l07J／kg．求：(1)锅炉内的水吸收的热量是______J；(2)无烟煤完全燃烧放出的热量是______J；(3)此锅炉的效率是______%.（结果保留整数）模块2热机效率汽车的效率：【例14】泰安五岳专用汽车有限公司是一家大型的特种专用汽车生产基地．该厂某型号专用车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶5.6km，受到的阻力是3.0×103N，消耗燃油1.5×10－3m3(假设燃油完全燃烧)．若燃油的密度ρ＝0.8×103kg/m3，热值q＝4×107J/kg，求：(1)专用车牵引力所做的功为______J．(2)已知热机效率η＝W/Q(式中W为热机在某段时间内对外所做的功，Q为它在这段时间内所消耗的燃油完全燃烧所产生的热量)，则该专用车的热机效率是______%.模块2热机效率太阳能的效率：【例15】太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置，下表是小明家的太阳能热水器某天在阳光照射下的相关信息：其中太阳辐射功率是指1h内投射到1m2面积上的太阳能求：(1)水在10h内吸收的热量为______J；(2)太阳能热水器的能量转化效率是______%.

太阳照射时间/h装水量/kg吸热板面积/m2水升高的温度/℃水的比热容/J·(kg·℃)-1太阳辐射功率/J·(m2·h)-1101002.5504.2×1031.68×106模块3能量转化和守恒【知识导航】能量的转化与转移(1)能量转化和守恒定律

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，能的总量保持不变，这就是能量转化和守恒定律．

从本质上看，能量的转化和转移是有所区别的．能量的转化是指能量的形式发生了变化，一种形式能量减少了，而另一种形式的能量却增加了．能量的转移是指能量从一个物体转移到另一个物体上去，一个物体的能量减少了，而另一个物体同一种能量却增加了，但能量的形式保持不变．

能量转化和守恒是自然科学最基本的规律．“永动机”是不可能成功的，因为它违背了能量转化和守恒定律．能量的转化与传递有一定的方向性：例如热能可以从高温物体转移到低温物体，而不能自发地从低温物体转移到高温物体；可燃物可以通过燃烧将化学能转化成内能，但不可能将内能自发地转化成化学能．模块3能量转化和守恒【知识导航】能量的转化与转移(2)化学能与内能的转化燃料燃烧释放热量的过程，就是将贮存在燃料中的化学能转化为内能的过程．1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的燃烧值，其单位为焦/千克．模块3能量转化和守恒【知识导航】能量的转化与转移(3)生物体能量的来源和转化①生物质能来自生物体，源于太阳能，是一类可再生能源．绿色植物进行光合作用，把太阳能转化为化学能贮存在生物体内的有机物中．②物体通过呼吸作用释放能量，一部分供给生物体进行各种生理活动，另一部分则转化为热能而散失．呼吸作用是生物体将贮存在体内有机物中的化学能释放、转化和利用的过程．模块3能量转化和守恒【知识导航】机械能守恒定律物体具有的势能和动能是可以互相转化的，如果没有摩擦等阻力，那么在势能和动能的相互转化中，机械能的总量保持不变．机械能守恒定律反映了物体的动能和势能之间可以相互转化，在不存在阻力的条件下，物体动能和势能在相互转化过程中，机械能的总量保持不变．即动能的减少量恰好等于势能的增加量；反之，势能的减少量恰好等于动能的增加量．模块3能量转化和守恒【知识梳理】大量事实表明能量既不会凭空

，也不会凭空产生，它只会从一种形式

为其他形式，或者从一个物体

到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律．能量守恒定律是自然界最普遍，最重要的基本定律之一．大到天体、小到原子核，无论是物理学的问题还是化学、生物学、地理学、天文学