第四讲第二节热机热值和核能（原卷版）

第四讲：能量的转化和守恒第二节——热机、热值和核能一、热机热机的种类很多，如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等，所有热机在工作时能量转化的过程是相同的，即燃料燃烧使化学能转化为内能，然后通过做功，把内能转化为机械能。因此，热机就是利用内能来做功的机器，或者说热机就是把内能转化为机械能的机器。内燃机是最常见的热机，其燃料——汽油或柴油是在它的汽缸内燃烧的。在汽缸内燃烧汽油的称为汽油机，燃烧柴油的称为柴油机。燃料在汽缸里面燃烧时生成高温、高压的燃气，用来推动活塞做功。二、汽油机和柴油机1、汽油机的工作过程（1）冲程：活塞从气缸的一端运动到气缸的另一端的过程叫一个冲程。（2）大多数汽油机都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程循环往复来保证机器正常工作的。（3）数量关系：汽油机四个冲程做一次功飞轮转两转。2、汽油机与柴油机的比较内燃机项目汽油机（如下图）柴油机(如下图)构造汽缸顶部有火花塞汽缸顶部有喷油嘴燃料汽油柴油吸气冲程汽油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物柴油机在吸气冲程中只吸入空气压缩比压缩冲程末，气体体积被压缩为吸进体积（汽缸体积）的压缩冲程末，气体体积被压缩为吸进体积的点火方式压缩冲程末，火花塞产生电火花点燃燃料，称为点燃式压缩冲程末，喷油嘴向汽缸内喷出柴油，遇到温度超过柴油燃点的空气而自动点燃，称为压燃式做功冲程做功冲程中燃气压强可达到30～50个大气压，温度达2000℃～2500℃，高温高压气体推动活塞做功做功冲程中燃气压强可达50～100个大气压，温度达1700℃～2000℃，高温高压气体推动活塞做功效率效率低，20%～30%效率较高，30%～45%应用机体轻便，主要用于汽车、飞机、摩托车等机体笨重，主要用于载重汽车、火车、轮船等三、燃料的热值1、燃料燃烧获得内能，燃料燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能。2、燃料的热值（q）：（1）定义：1000克某种燃料完全燃烧时放出的热量。（2）单位：J/kg或J/（3）关于热值的理解：热值是燃料本身的一种属性，只于燃料的种类有关，与燃料的形态质量体积均无关。（4）公式：含义：酒精的热值是。表示1千克酒精完全燃烧放出的热量是。四、效率1、热效率：，其中指有效利用的热量，E指总能量。如果是炉子，则E为燃料完全燃烧放出的热量(E=Q总=qm)；如果是太阳能热水器，则E为太阳光照射到热水器上的总能量；如果是电热器，则E为电流做功放出的热量(E=W=UIt)。2、热机的效率：，其中指用来做有用功的能量，指燃料完全燃烧释放的能量。五、能量转化与守恒能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，宅只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。注意：(l)能量转化和守恒定律是自然界中普遍定律之一。(2)通过做功可以使能量转化，做功越多能量转化越多；通过热传递可以使能量转移。转化和转移是不一样的：能量转化过程中，能量的形式发生变化；能量转移过程中，能量的形式不变。六、永动机1、定义：不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫做永动机。2、永动机研制失败的原因：它违背了能量守恒定律。七、核能1、核裂变、核聚变：（1）核能：由于原子核的转变而释放出的巨大的能量叫核能也叫原子能。（2）获得核能的两种方式：裂变和聚变。核聚变就是小质量的两个原子核合成一个比较大的原子核，核裂变就是一个大质量的原子核分裂成两个比较小的原子核，在这个变化过程中都会释放出巨大的能量,前者释放的能量更大。（3）核电站能量转化：核能水和水蒸气的热能汽轮机的机械能电能（4）链式反应：单个铀核裂变时所产生的中子又会轰击别的铀核，被击中的铀核也有同样的变化，于是这种裂变反应继续下去就是链式反应。（5）原子弹：裂变武器（6）氢弹：聚变武器知识巩固练一、选择题1、为缓解电力紧张的状况，我省正在加大核电站的建设．下列说法正确的是（

）A.核电站将核能最终转化为电能

B.核反应堆中发生的是不可控制的核裂变

C.核能发电使用的燃料是天然气

D.核电站利用的核能属于可再生能源2、下图是氢核聚变简图，请据图判断下列说法中正确的是（

）A.图中b核和c核内的质子数不同

B.氢核聚变过程中元素种类不会改变

C.图中a和b分别代表不同种元素的原子核

D.原子弹主要是利用了核聚变释放出来的能量3、如图所示是三门核电站的建筑图，下列关于核电站的说法正确的是（

）

A.核电站发电的能量转化形式是核能→内能→机械能→电能

B.核电站的发电原理与太阳的热核反应相同

C.核反应产生的辐射都是有害的

D.核反应都是可以控制的4、关于燃料的热值，下列说法中正确的是（）A.燃料的热值越大，燃烧时达到的温度就越高B.燃料的热值越大，燃烧时放出的热量就越多C.燃料燃烧越充分，则燃料的热值就越大D.燃料的热值与燃料的质量以及燃烧情况无关5、根据能量守恒定律，下列情形可能发生的是（）A．随着科学技术不断发展和提高，永动机是可以制成的B．两个斜面相对连接，小球从左斜面滚下后冲上右斜面C．电水壶里的水沸腾后断电，水的沸腾却一直持续下去D．出枪膛的子弹射穿木板后，以更快的速度继续运动6、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①②③④的补充正确的是（）A．①做功冲程②内能转化为机械能③压缩冲程④机械能转化为内能B．①压缩冲程②内能转化为机械能③做功冲程④机械能转化为内能C．①做功冲程②机械能转化为内能③压缩冲程④内能转化为机械能D．①压缩冲程②机械能转化为内能③做功冲程④内能转化为机械能7、2019年1月3日（农历十一月二十八），我国“嫦娥四号”探测器在月球背面软着陆，这是人类探测器首次成功登陆月球背面。下列关于“嫦娥四号”探测器在月球背面着陆前后的分析，符合实际的是（）A．着陆时，探测器和月球位于图中的c点附近 B．探测器要有防水设计，因为环形山上有水 C．探测器着陆前要减速，因为与大气摩擦会生热 D．探测器在月球的着陆点能拍到地球的照片二、填空题8、各种形式的能量都不是孤立的，能量在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向的，正面几幅图按能量转化的顺序，排列为。9、最近，在日本市场上出现了一种利用玻璃纤维和碳纤维制成的末端连上电池后不久会发热的“发热纸”，用它可包装面包、香肠等小食品，通电后能使食品香热可口，这种纸很受市民青睐，“发热纸”的利用中发生的能量转化是，在能量转化的过程中服从定律。10、汽油机工作时，将内能转化为机械能的是冲程．若某型号汽车行驶一段路程消耗油0.5kg，这些汽油完全燃烧放出的热量为J，已知这段路程汽车牵引力做功为9.2×106J，则汽油机的效率为(已知汽油热值为4.6×107J/kg)。11、天然气燃烧时将能转化为能．至少需要消耗m3的天然气才能将质量为20kg、初温为20℃的水烧开[标准大气压，c水＝4.2×103J/(kg·℃)，q天然气＝3.2×107J/m3]。12、如图是核电站工作情况的方框图，请在空白方框内填写装置的种类并回答下列问题．

（1）核能是选填（“可再生”或“不可再生”）能源。（2）在汽轮机中，将蒸汽的内能转化为轮片的能。三、计算题13、认识自然，亲近自然。初春学校组织学生到桂林市东北的猫儿山山脚下一农庄进行社会实践活动，小明携带一个质量为1kg的合金锅、一台如图所示的便携式丁烷气炉(内置一瓶新的燃气，参数如下表所示)，爱探究的小明通过上网查到便携式燃气炉的热效率为30%，丁烷气体的燃烧效率为90%，野炊地水的沸点为96℃，测出当地水的温度为26℃。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，锅的比热容为0.8×103JJ/(kg·℃)](1)完全燃烧0.1kg的丁烷气体可以放出多少焦耳的热量?(2)需多少焦耳的热量，才能使合金锅内2kg的水温度升高50℃?(3)如果燃气炉以最大火力工作，一瓶燃气最多能持续燃烧1.4h，这样能够把质量为多少千克的水烧开?(最后结果保留1位小数)14、某物理兴趣小组的同学，用煤炉给8kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线．若在4min内完全燃烧了1.4kg的煤，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，煤的热值约为3×107J/k