物理九年級(jí)人教新課標(biāo)16.4熱機(jī)課課解析與練習(xí)83362

1、164 熱機(jī)你知道汽油機(jī)的工作原理嗎？它在工作過(guò)程中能量怎樣轉(zhuǎn)化？什么叫熱機(jī)的效率？怎樣提高熱機(jī)的效率呢？智 能 提 要內(nèi)能的利用熱 機(jī)汽油機(jī)的工作原理能 量 的 轉(zhuǎn) 化熱 機(jī) 的 效 率燃料的熱值定 義單 位燃料的利用率問(wèn)：如何理解燃料的熱值？答：從我們的生活經(jīng)驗(yàn)事實(shí)可知，做一頓飯所需的熱量是一定的，但所需的煤火燃?xì)獾馁|(zhì)量大小是不同的 這正好表示質(zhì)量相同的不同燃料完全燃燒放出的熱量是不同的特性，我們就可以用1kg的某中燃料完全燃燒所放出的熱量叫做這種燃料的熱值 從這個(gè)定義可知，同中燃料的熱值相同，不同燃料的熱值一般不同它反映的是燃料的特性，其大小于燃料質(zhì)量大小、是否完全燃燒、放出的熱量大小無(wú)

2、關(guān)，但在數(shù)值上等于一定質(zhì)量的燃料完全燃燒放出的熱量（Q）與其質(zhì)量（m）的比值問(wèn)：怎樣更深刻地理解四沖程汽油機(jī)的工作過(guò)程？信息快遞：每完成一個(gè)工作循環(huán)，活塞在汽缸內(nèi)往復(fù)兩次，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)兩周燃?xì)鈱?duì)外做功一次答：四沖程汽油機(jī)的每一個(gè)工作循環(huán)包括四個(gè)沖程：吸氣、壓縮、做功、排氣，這四個(gè)沖程中只有做功沖程（即燃燒膨脹做功沖程）對(duì)外做功，它是靠燃料（汽油）在汽缸中燃燒，生成高溫高壓的燃?xì)?，燃?xì)馔苿?dòng)活塞對(duì)外做功，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而使汽車(chē)獲得了動(dòng)力（機(jī)械能），而且其他三個(gè)沖程靠飛輪的慣性來(lái)完成，吸氣、壓縮、排氣沖程需消耗機(jī)械能，其中壓縮沖程機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能形成高溫高壓燃油氣體混合物，遇電火花而猛烈燃燒

3、，獲得更大的內(nèi)能，在這其中，還存在燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的能量轉(zhuǎn)化形式問(wèn)：怎樣從熱機(jī)的效率來(lái)理解提高燃料的利用率？答：我們知道，熱機(jī)的效率=，其中，燃料完全燃燒放出的能量即為熱機(jī)的燃?xì)鈨?nèi)能，燃?xì)鈨?nèi)能=散熱損失能量+機(jī)械損失能量（克服摩擦）+有用機(jī)械能從上面的等式中可看出，要提高熱機(jī)效率可盡量減少各種能量損失，其中減少燃?xì)獾膬?nèi)能損失是有效措施就是重新利用燃?xì)鈨?nèi)能（如熱電站），這樣可提高燃料利用率當(dāng)然，現(xiàn)代化的新型熱機(jī)（比如課本P117介紹的現(xiàn)代汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)利用微電腦控制）的噴油系統(tǒng)，可提高燃油在汽車(chē)中的燃燒效率，從而業(yè)可提高燃料的利用率作為當(dāng)今石油等能源物質(zhì)的嚴(yán)重匱乏而又必須面臨的嚴(yán)峻事實(shí)，提高

4、燃料的利用率的問(wèn)題就顯得尤為重要我們作為新世紀(jì)祖國(guó)建設(shè)的接班人，在這個(gè)問(wèn)題上有著很廣闊的探索空間，我們希望有更多的同學(xué)將來(lái)在汽車(chē)工業(yè)、能源開(kāi)發(fā)遇利用等方面做一個(gè)科技型的節(jié)能專家問(wèn)：為什么熱機(jī)的效率比較低？答：根據(jù)熱機(jī)效率的定義可知，熱機(jī)的效率比較低，說(shuō)明熱機(jī)中燃料完全燃燒放出的能量中用來(lái)做有用功的部分比較少為什么會(huì)比較少呢？要回答這個(gè)問(wèn)題，先要弄清熱機(jī)工作過(guò)程中有哪些損失能量的原因，歸納起來(lái)應(yīng)該有以下幾個(gè)原因：（1）燃料并未完全燃燒，使部分能量白白浪費(fèi)掉了例如，一輛汽車(chē)從身邊駛過(guò)，有時(shí)我們從汽車(chē)排出的氣體中嗅到了汽油味，這說(shuō)明汽油機(jī)中的汽油未完全燃燒（2）熱機(jī)工作的排氣沖程要將廢氣排出，而排出

5、的氣體中還具有內(nèi)能，另外汽缸壁等也會(huì)傳走一部分內(nèi)能（3）由于熱機(jī)各零部件之間有摩擦，需要克服做功而消耗部分能量（4）曲軸獲得的機(jī)械能也未完全用來(lái)對(duì)外做功，而有一部分傳給飛輪以維持其繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，這部分雖然是機(jī)械能，但不能稱之為有用功據(jù)上所述，熱機(jī)中能量損失的原因這么多，所以熱機(jī)的效率一般都比較低中 考 擷 要本節(jié)的中考考點(diǎn)有：結(jié)合熱值的概念，計(jì)算燃料燃燒時(shí)放出的熱量，燃燒過(guò)程與吸熱過(guò)程的綜合；判斷內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化；根據(jù)熱機(jī)效率的意義，尋求提高熱機(jī)效率的途徑最近兩年中，關(guān)于熱機(jī)效率的中考試題出現(xiàn)的頻率較高智 能 拓 展內(nèi)燃機(jī)的廣泛應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)，特別是汽油機(jī)、柴油機(jī)的出現(xiàn)，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)

6、中獲得了廣泛的應(yīng)用對(duì)工農(nóng)業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)，內(nèi)燃機(jī)的重要性甚至超過(guò)了電機(jī)內(nèi)燃機(jī)是各種交通運(yùn)輸工具的強(qiáng)大動(dòng)力內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明導(dǎo)致了汽車(chē)制造業(yè)的興起1885年戴姆勒和本茨分別造出了汽車(chē)，1888年鄧錄普發(fā)明充氣輪胎，1895年美國(guó)人福特開(kāi)辦的汽車(chē)廠采用惠特尼生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化零件的方法，建立了“裝配線”，日產(chǎn)1000輛T型汽車(chē)1923年柴油機(jī)成為載重汽車(chē)的動(dòng)力，隨后又在大客車(chē)方面與汽油機(jī)并駕齊驅(qū)1913年第一臺(tái)裝置柴油機(jī)的內(nèi)燃機(jī)車(chē)誕生，促進(jìn)了鐵路運(yùn)輸技術(shù)的 ，內(nèi)燃機(jī)車(chē)同電氣機(jī)車(chē)一起逐步取代了蒸汽機(jī)車(chē)1912年艘柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的遠(yuǎn)洋輪船下水到20世紀(jì)70年代初，全球商隊(duì)輪船中已有80%是由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的1903

7、年美國(guó)萊特兄弟駕駛內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)的飛機(jī)首次飛上了天空1909年法國(guó)工程師布來(lái)里昂特駕駛飛機(jī)飛越英吉利海峽1927年林德伯格實(shí)現(xiàn)了從紐約到巴黎的不著陸飛行 全世界被這一空前的成就所震驚，更大、更安全的飛機(jī)從此得到改進(jìn)和革新內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明使生產(chǎn)技術(shù)發(fā)生了重大的革命，內(nèi)燃機(jī)一出現(xiàn)很快就開(kāi)始取代畜力成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的動(dòng)力自1910年拖拉機(jī)成批生產(chǎn)以來(lái)，它的使用又促進(jìn)了農(nóng)用工具機(jī)，如播種機(jī)、收割機(jī)等機(jī)械的大量制造，加快了農(nóng)業(yè)機(jī)械化的進(jìn)程內(nèi)燃機(jī)還被廣泛應(yīng)用于軍事設(shè)施例如：飛機(jī)、火箭軍艦、潛水艇、坦克、戰(zhàn)車(chē)等，成為現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中不可缺少的動(dòng)力設(shè)備除上述以外，在其他領(lǐng)域中諸如發(fā)電、排灌、工程機(jī)械、地質(zhì)鉆探等部門(mén)，都是應(yīng)用

8、內(nèi)燃機(jī)的場(chǎng)所在人們的生活領(lǐng)域中，家用汽車(chē)和摩托車(chē)使用的動(dòng)力機(jī)械也是內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)正在廣泛應(yīng)用中不斷得到改進(jìn)，它的結(jié)構(gòu)日趨成熟、完善，性能不斷提高，最高熱效率達(dá)到了46%智 能 歸 例題型一 知道汽油機(jī)的工作原理及工作過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化例 有關(guān)四沖程內(nèi)燃機(jī)的敘述中，不正確的是（ ）A工作中只有做功沖程把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能B工作中壓縮沖程是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C工作開(kāi)始時(shí)要靠外力啟動(dòng)D每一個(gè)工作循環(huán)，燃?xì)庵蛔龉σ淮沃R(shí)點(diǎn) 熱機(jī)的工作原理及工作過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化情況闖關(guān)點(diǎn)撥 吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程構(gòu)成了內(nèi)燃機(jī)的一個(gè) 工作循環(huán)析 在內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程中，只有在做功沖程中，燃?xì)獠艑?duì)外做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能壓

9、縮沖程中機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能內(nèi)燃機(jī)開(kāi)始工作時(shí)需要外力啟動(dòng)，所以，A、C、D所說(shuō)的都是對(duì)的答 選B題型二 認(rèn)識(shí)燃料熱值的物理意義，并會(huì)計(jì)算燃料完全放出的熱量 例1 干木材的熱值是1.2107J/kg，它的物理意義是_要放出3.6 107J的熱量，需要完全燃燒_kg的干木材知識(shí)點(diǎn) 認(rèn)識(shí)熱值的物理意義，并會(huì)進(jìn)行計(jì)算在實(shí)際情況中燃料不能完全燃燒，所放出的熱量肯定比利用該公式算出的要少闖關(guān)點(diǎn)撥 燃料的熱值是燃料的一種特性，其物理意義由定義可知，要求燃料燃燒放出的熱量情況，可利用Q放=qm來(lái)計(jì)算解 其物理意義是：1kg干木柴完全燃燒放出1.2107的熱量由Q放=qm得：例2 小明學(xué)習(xí)了熱學(xué)的有關(guān)知識(shí)后，知道水

10、的比熱是4.2103J（kg），他想估算一下自己家每天燒水、做飯需要的熱量，于是小明仔細(xì)記錄了他家每天燒水、煮飯、炒菜需要的時(shí)間，并把它折算成燒水時(shí)間，相當(dāng)于每天將30kg20的水燒開(kāi)（1）小明家每天燒水做飯需要多少熱量?（2）如果普通煤的燃燒值為3107J/kg，從理論上講小明家每天燒水做飯需要多少千克煤?（3）小明家實(shí)際平均每天需要燒4塊蜂窩煤，按每塊蜂窩煤含煤0.5kg算，他家每天實(shí)際用煤2kg，由此小明計(jì)算出他家煤爐的效率只有16.5%，你認(rèn)為小明家煤爐效率低的原因是什么?（4）從大的方面講，家用煤爐除了熱效率低浪費(fèi)能源的缺點(diǎn)外，另一個(gè)主要缺點(diǎn)是什么?知識(shí)點(diǎn) 利用公式Q放=qm和的綜合

11、計(jì)算闖關(guān)點(diǎn)撥 用公式Q放=qm和來(lái)計(jì)算本題是一道熱學(xué)知識(shí)與生活實(shí)際聯(lián)系緊密的好題同時(shí)告訴我們?cè)趯W(xué)習(xí)物理知識(shí)時(shí)要注意理論聯(lián)系實(shí)際，并要有高度的環(huán)保意識(shí)解 （1）Qcm(t2t1) 將數(shù)據(jù)代入得Q1.0107J（2）Mkg0.33kg（3）煤不能完全燃燒；熱量散失嚴(yán)重（4）產(chǎn)生廢渣、廢氣，造成環(huán)境污染題型三 認(rèn)識(shí)熱機(jī)的效率，并會(huì)進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算例 甲、乙兩汽車(chē)，甲的汽油機(jī)效率比乙的汽油機(jī)效率高，這表明（ ）A甲做功比乙多B甲做功比乙快C甲消耗的汽油比乙少D以相同的牽引力行駛相同的路程，甲耗油比乙少知識(shí)點(diǎn) 考查對(duì)熱機(jī)效率的理解闖關(guān)點(diǎn)撥 熱機(jī)的效率與功率、做功的多少?zèng)]有必然聯(lián)系析 汽油機(jī)做功的多少由牽引

12、力的大小和汽車(chē)前進(jìn)的距離的大小有關(guān)，與汽油機(jī)的效率無(wú)關(guān)，所以A不正確；汽油機(jī)做功的快慢是由汽油機(jī)的功率決定的，與汽油機(jī)的效率無(wú)關(guān)，故B不正確；汽油機(jī)做功的多少?zèng)]有確定，其耗油量也不能確定，故C也是錯(cuò)誤的在D選項(xiàng)中，由W=Fs可知，兩汽油機(jī)做的功相等，由于甲的效率高，故甲耗油少答 選D 中考典題精析圖15-11考題1 汽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)是由四個(gè)沖程組成，其中在做功沖程中燃?xì)鈱?duì)活塞做功，實(shí)現(xiàn)了_能向_能的轉(zhuǎn)化圖15-11表示的是汽油機(jī)的_沖程（填沖程的名稱）（ 北京市東城區(qū)2004年中考題）闖關(guān)點(diǎn)撥 由汽油機(jī)汽缸示意圖辨別沖程名稱時(shí)，要根據(jù)兩氣門(mén)的關(guān)閉活塞的上下運(yùn)動(dòng)情況來(lái)確定，要判斷是否是做功沖

13、程可觀察火花塞是否點(diǎn)火析 在做功沖程中，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；從圖中可以看出：進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)、排氣門(mén)關(guān)閉，活塞由上往下運(yùn)動(dòng)，汽油和空氣的混合物將進(jìn)入汽缸，這是吸氣沖程答 內(nèi)能 機(jī)械能 吸氣020406080100120km/h圖15-12考題2 一輛轎車(chē)在平直的高速公路上勻速行駛1.8km，轎車(chē)上的速度表如圖15-12所示，在此過(guò)程中（1）轎車(chē)速度為多少km/h？合多少m/s？（2）若轎車(chē)行駛過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為40kW，則該車(chē)行駛中 所受阻力多大？（3）這段過(guò)程中轎車(chē)消耗汽油0.25kg，其發(fā)動(dòng)機(jī)的效率多 大？（q汽油4.6107J/kg）（江蘇省南通市2004年中考題）闖關(guān)點(diǎn)撥 這是一道力學(xué)與熱

14、學(xué)的綜合試題，涉及了速度、平衡力、功、功率、熱量、熱值、效率等許多知識(shí)點(diǎn)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的效率可根據(jù)熱機(jī)的效率公式，W有即為發(fā)動(dòng)機(jī)牽引力對(duì)汽車(chē)所做的功，W總等于汽油完全燃燒放出的熱量解 轎車(chē)的速度為90km/h 由 得： 因轎車(chē)勻速運(yùn)動(dòng)，受力平衡所以阻力f=F=1600N 汽油燃燒釋放的熱量為： 牽引力做功為： 發(fā)動(dòng)機(jī)效率為：智 能 訓(xùn) 練基礎(chǔ)知識(shí)訓(xùn)練1汽油機(jī)的工作過(guò)程由吸氣、 、做功、排氣四個(gè)沖程組成，其中將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是 沖程. （題型一）2汽油的熱值是4.6107J/kg，現(xiàn)有汽油500g，若燃燒一半，剩余汽油的熱值是_J/kg.（題型二）3西氣東輸主干線西起塔里木盆地的輪南油氣田，向東

15、途經(jīng)九個(gè)省區(qū)，最終到達(dá)上海，總計(jì)年輸送天然氣1.21010m3，即年輸氣質(zhì)量為_(kāi)kg。若這些天然氣完全燃燒放出的熱量是_J。（管道內(nèi)天然氣密度為6kg/m3，天然氣的熱值是5107J/kg）（題型二）4隨著人們物質(zhì)生活水平逐步提高，農(nóng)村的廚灶發(fā)生了革命性的變化煤球爐、沼氣灶和液化氣灶等灶具已走進(jìn)家庭.液化氣與煤相比,熱學(xué)方面突出的優(yōu)點(diǎn)是 _；環(huán)保方面突出的優(yōu)點(diǎn)是 _ .若要將2.5kg初溫為20的水加熱到80,至少需要燃燒 _m3 的液化氣 水的比熱容是4.2103J/(kg),液化氣的熱值是5.0107J/ m3 （題型二）5一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行時(shí)各種能量損耗大致為：汽缸散熱損失占25，廢氣帶走的

16、能量占30，摩擦等機(jī)械損耗占10，則它的機(jī)械效率為 。（題型三）6近期煤價(jià)節(jié)節(jié)攀升，少數(shù)不法商販將煤矸石破碎后摻在優(yōu)質(zhì)煤中高價(jià)銷售，客戶為了不上當(dāng)，最恰當(dāng)?shù)姆椒ㄊ菣z測(cè)下列物理量的中( ) （題型二）A熱值 B比熱容 C溫度 D質(zhì)量7關(guān)于“熱機(jī)”，下列說(shuō)法中正確的是( ) （題型一）A壓縮沖程中的能量轉(zhuǎn)化是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 B做功沖程中的能量轉(zhuǎn)化是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 C熱機(jī)所產(chǎn)生的噪音，可以被熱機(jī)上的消音器完全吸收 D用水循環(huán)來(lái)降低熱機(jī)的溫度，主要是利用水比熱容較大的特性8內(nèi)燃機(jī)工作的四個(gè)沖程中，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的沖程是（ ）（題型一）A.吸氣沖程 B.壓縮沖程 C.做功沖程 D.排氣沖程9有關(guān)四

17、沖程內(nèi)燃機(jī)敘述中，不正確的說(shuō)法是（ ）（題型一）A工作中只有做功沖程把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能B效率可以大于1C工作開(kāi)始時(shí)要靠外力啟動(dòng)D每一個(gè)工作循環(huán)，燃?xì)庵蛔龉σ淮?0四口之家分別單獨(dú)使用不同種類的燃料時(shí)的平均月消耗量分別為：木柴約200 kg，煙煤約80kg，液化石油氣約30kg；煤氣約60kg這四種燃料中哪一種燃料的熱值最高? （ ）（題型二）A液化石油氣 B煤氣 C煙煤 D木柴11一支蠟燭在燃燒過(guò)程中，它的（ ）（題型二）A質(zhì)量變小，比熱容變小，熱值變小B質(zhì)量變小，比熱容變小，熱值不變C質(zhì)量不變，比熱容不變，熱值變小D質(zhì)量變小，比熱容不變，熱值不變綜合提高訓(xùn)練1已知酒精的熱值為q，質(zhì)量為m的酒

18、精完全燃燒一半放出的熱量為 ，剩余酒精的熱值為 。（題型二）2焚燒生活垃圾放出的熱量用來(lái)發(fā)電，是綜合利用垃圾的一種方法，據(jù)資料顯示，僅2001年全國(guó)城市生活垃圾就達(dá) 1.5108t若焚燒1t垃圾可放出1.51010J的熱量，如果將 2001年我國(guó)的城市生活垃圾全部焚燒，則放出的熱量是_J，它相當(dāng)于_kg煤炭完全燃燒放出的熱量（煤炭的熱值為3.0107J/kg）（題型二）3柴油機(jī)是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的熱機(jī)，已知某型號(hào)柴油機(jī)的效率是30%，在柴油機(jī)內(nèi)完全燃燒2kg柴油能放熱 J，這些熱通過(guò)該柴油機(jī)的轉(zhuǎn)化能對(duì)外做有用功 J（柴油的熱值為3.3107J/kg）（題型三）4S195型柴油機(jī)的部分技術(shù)規(guī)格如

19、表所示汽缸數(shù)汽缸直徑額定功率轉(zhuǎn) 速燃油消耗率冷卻方式195 mm8.8 kW2000 R/min0.27 kg/kWh蒸發(fā)水冷其中，“額定功率”是指柴油機(jī)正常工作時(shí)對(duì)外所做機(jī)械功的功率；“燃油消耗率”是指柴油機(jī)正常工作時(shí)，每輸出1 kWh的能量柴油機(jī)所消耗柴油的千克數(shù)已知柴油的熱值為3.3J/kg,水的比熱容為4.2J/(kg).(1) 若柴油機(jī)的水箱中貯有10kg冷卻水，當(dāng)水的溫度由20上升到40時(shí)，這些水所吸收的熱量是_J；(2) 已知柴油機(jī)的效率100%（式中W為柴油機(jī)在某段時(shí)間內(nèi)對(duì)外所做的功，Q為它在這段時(shí)間內(nèi)所消耗的柴油完全燃燒所產(chǎn)生的熱量），則該柴油機(jī)正常工作時(shí)的效率約為_(kāi)（題型三）5甲、乙兩臺(tái)汽油機(jī)，甲的功率比乙的大則下列說(shuō)法中正確的是（ ）（題型三）甲做的功肯定比乙的多做相同的功，甲用的時(shí)間比乙的短甲消耗的能量肯定比乙的多甲的機(jī)械效率肯定比乙的高6關(guān)于燃料和