141热机 热机的效率.docx

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141热机热机的效率

学员编号：

年级：

课时数：

3

学员姓名：

辅导科目：

物理学科教师：

授课主题

热机热机的效率

授课日期及时段

教学目标

1、了解四冲程汽油机的基本工作原理．

2、从能量转化的角度认识燃料的热值．

3、通过能量的转化和转移，认识热机效率．

重点难点

1、汽油机的工作原理及能的转化过程，燃料的热值．

2、热机中的能量转化及损失，了解热机效率

教学内容

一、错题本、作业检查及讲解

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二、知识梳理+经典例题

1.内燃机

●热机的定义：

利用内能来做功的机器。

●热机的能量转换：

内能转化为机械能。

●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

●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。

●内燃机的工作过程：

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

冲程

进气门

排气门

活塞运动方向

缸内温度

能量转化

吸气

打开

关闭

向下

压缩

关闭

关闭

向上

升高

机械能转化为内能

做功

关闭

关闭

向下

降低

内能转化为机械能

排气

关闭

打开

向上

●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

●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。

●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）。

●热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积无关。

●公式：

Q放＝qm、Q放＝qV

①Q——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）。

②Q——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）。

●火箭常用液态氢做燃料，是因为：

①液态氢的热值大；②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

●燃料燃烧，使燃料的化学能转化为内能。

●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：

①未完全燃烧的部分；②高温烟气带走的热量；③被容器、炉具、周围空气等吸收的热量。

●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）

●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：

●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。

●常见热机的效率：

蒸汽机6%～15%、汽油机20%～30%、柴油机30%～45%

例1.一个物体温度降低，内能减小，原因可能是它对外进行热传递__________了，也可能是它对外了。

如果是后者，则能量间的转化情况为：

物体_____________的能转化为________能。

例2.如图16-4-1所示，在大玻璃瓶内有一些水，往瓶内不断打气，过一会你会看到的现象是_____________。

出现这种现象的原因是_______________________________________。

图16-4-1

例3.内燃机的四个冲程依次是_____________、_____________、_____________、_____________。

例4.1kg某种燃料_____________燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。

热值的单位是_____________。

对气体燃料来说，热值是指1m3的某种燃料_____________燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，它的单位是_____________。

例5.人民网北京1月15讯：

国防科工委组织研究的50吨级液氢液氧运载火箭发动机今天在京进行了200秒热试车，试验取得圆满成功，这将为我国今后发展卫星技术、高空探测和载人航天发挥重大作用。

该发动机的燃料之所以采用液氢，是因为液氢具有（）

A.较高的燃点B.较大的比热容

C.较高的沸点D.较大的热值

例6.关于燃料的热值，以下说法中正确的是（）

A.燃料的热值与燃料的燃烧情况无关

B.容易燃烧的燃料热值一定大

C.使用热值高的燃料可以放出更多的热量

D.煤的热值大于干木材的热值，燃烧煤放出的热量比燃烧干木材放出的热量一定多

例7.．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

例8.如图16-4-3，在一个大试管里装一些水，用软木塞塞住，加热水至沸腾，水蒸气会把软木塞冲出，这时，水蒸气膨胀对_____________做功，水蒸气的部分_____________能转化为塞子的_____________能。

图16-4-3

例9.内燃机是将内能转化成_____________能的机器；内燃机一个工作循环由_____________个冲程组成，其中如图16-4-4所示是热机的_____________冲程。

图16-4-4

例10.关于四冲程汽油机的工作过程有以下几种说法：

①在做功冲程中，是机械能转化为内能；②在做功冲程中，是内能转化为机械能；③只有做功冲程是燃气对外做功；④汽油机在一个工作循环中，只有一个冲程发生能量变化。

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以上说法中正确的是（）

A.只有②③B.只有①③

C.只有②④D.只有②③④

例11.关于“热机”，下列说法中正确的是（）

A.做功冲程的能量转化是机械能转化为内能

B.改进技术，可以使热机的效率达到100%

C.用水循环来降低热机的温度，主要是利用水蒸发时吸热的特性

D.冬天晚上要把热机水箱中的水放出，是防止气温降低时水凝固胀坏水箱

例12．如图是四冲程汽油机做功冲程的示意图．汽油燃烧产生高温高压的气体推动活塞向下运动．在活塞向下运动的过程中，汽缸内气体的（　　）

A．内能减少

B．温度降低

C．密度增大

D．分子热运动加快

例13.一箱汽油用掉一半后，下列关于它的说法正确的是（）

A.它的密度变为原来的一半B.它的比热容变为原来的一半

C.它的热值变为原来的一半D.它的质量变为原来的一半

例14.已知甲种燃料的热值大于乙种燃料的热值，下列说法中正确的是（）

A.甲种燃料含有的热量比乙种燃料多

B.完全燃烧一定质量的甲种燃料，刚好烧开一壶水，那么用同样质量的乙种燃料就不能烧开这壶水

C.燃烧相同质量的两种燃料，甲种放出的热量多

D.只要通风条件好，供氧充足，乙的热值可能大于甲的热值新课标第一网

例15.某摩托车的效率为34％，某汽车的效率为29％，这说明了（）

A.摩托车比汽车的功率大

B.摩托车比汽车做的有用功多

C.使用摩托车比使用汽车做功多

D.燃烧相同的燃料，摩托车将内能转化为机械能比汽车多

例16.下列关于热机和环境保护的说法中正确的是（）

A.热机的大量使用会造成环境污染

B.所有的热机都是用汽油作燃料

C.汽车排出的尾气都是有毒气体

D.热机所产生的噪声，可以被热机上的消声器完全消除

例17.小丽家去年冬天的供暖比往年好很多，这是因为热网改造后，由原来的小锅炉房供暖变为“沈海”热电站余热供暖，从能源利用的角度来看“沈海”热电站，这种既供电又供热的热电站与一般的火力发电站相比，提高了_____________，能较好地控制污染。

例18.2010年5月，天然气伴随着“西气东输”的步伐开始走进了江城芜湖的千家万户，传统燃料也随之被逐步取代。

天然气燃烧时可以将_____________能转化为_____________能。

与传统燃料相比，天然气的优点是_____________（写出一条即可）。

例19．汽油机在_____冲程把燃料燃烧产生的内能转化为机械能．已知汽油的热值为4.6×107J/kg，完全燃烧2kg汽油能够释放________J的热量．

例20.垃圾是城市生活的“副产品”。

据统计，2000年我国城市垃圾总量约1.5亿吨，并且每年以8%的速度在增长。

如何处理这些垃圾已成为人们关注的热点问题。

现在，人们处理生活垃圾的方法通常有两种：

一种是集中填埋；另一种是利用垃圾中的可燃物质进行燃烧发电，研究表明：

生活垃圾的平均热值为6.27×106J/kg。

利用垃圾作为燃料建立发电厂，每燃烧1吨生活垃圾可以发电8.64×108J。

安徽省某人大代表提议，在合肥市郊区兴建一座规模为2台1.2×104kW发电机的垃圾处理发电厂。

问：

（1）1t垃圾完全燃烧产生的热量是多少焦？

（2）燃烧垃圾发电的效率是多少？

（3）请你从环保、节能、经济等角度简述兴建垃圾发电厂的意义。

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三、随堂检测

1.热机是把_______能转化为_______能的机器；在热机里，用来做__________的那部分能量，与燃料__________放出的能量之比，叫做热机效率.

2.__________叫做这种燃料的热值.热值的单位是_______，符号是_______.

3、生产中常用水来作为机器的冷却剂，这是因为水的________大；火箭的燃料要用液氢，这是因为液氢的________大；沿海地区的气候比沙漠地区的气候更宜人，这是因为水的比热容比沙的比热容________。

4、现代社会中汽车是一种重要的交通工具，很多汽车使用的发动机是四冲程汽油机，在它工作的过程中，________冲程将内能转化为机械能。

焦炭的热值是3107J／kg，完全燃烧1kg的焦炭放出的热量为________J。

5、氢能源具有来源广、热值高、无污染等优点．氢气的热值为14．3×107J／kg，完全燃烧0．5kg的氢气可放出________J的热量；若一罐氢气用去了一半，则剩余氢气的热值________（大于／等于／小于）14．3×107J／kg．

7.关于热机错误的说法是

A.利用内能来做功的机器叫热机

B.蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机都叫热机

C.一切热机的工作过程都包括四个冲程

D.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

8.关于燃料的热值，以下说法正确的是

A.燃料的热值与燃料的燃烧情况有关

B.容易燃烧的燃料，热值一定大

C.煤的热值比干木柴大，燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多

D.0.5g汽油和2kg汽油，它们的热值是一样的

9.甲、乙两台汽油机，甲的效率比乙高，则

A.甲每秒钟做的功比乙每秒