機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化

1、機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1了解內(nèi)能的利用在人類社會(huì)發(fā)展史上的重要意義，知道常見的熱機(jī)內(nèi)燃機(jī)工作過程及其在歷史、現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用實(shí)例；2從能量轉(zhuǎn)化的角度認(rèn)識(shí)燃料的熱值；3通過能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)效率的概念?！疽c(diǎn)梳理】要點(diǎn)一、物體內(nèi)能的改變通過做功可以改變物體的內(nèi)能。要點(diǎn)詮釋： 對(duì)物體做功，物體內(nèi)能增加；物體對(duì)外做功，自身內(nèi)能減少，用做功的方法改變物體內(nèi)能的過程，實(shí)質(zhì)上是內(nèi)能與其他形式的能量之間相互轉(zhuǎn)化過程。要點(diǎn)二、熱機(jī)利用燃料燃燒釋放出能量做功的機(jī)械，叫做熱機(jī)。常見的熱機(jī)有：蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等。要點(diǎn)詮釋：（1）內(nèi)能利用的兩種方式：加熱、做功。（2）內(nèi)燃機(jī)及其

2、工作原理： 內(nèi)燃機(jī)：燃料直接在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動(dòng)力的熱機(jī)，叫做內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)分為汽油機(jī)和柴油機(jī)，它們分別用汽油和柴油作為燃料。內(nèi)燃機(jī)的工作原理：汽油或柴油在氣缸里燃燒時(shí)生成高溫高壓的燃?xì)?，用來推?dòng)活塞做功?；钊ㄟ^連桿使內(nèi)燃機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)其他機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)。（3）汽油機(jī)和柴油機(jī)的異同點(diǎn)：不同點(diǎn)相同點(diǎn) 項(xiàng)目汽油機(jī)柴油機(jī)（1）構(gòu)造基本相同都是燃料在氣缸內(nèi)燃燒，都是內(nèi)燃機(jī)。（2）都將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。（3）每一個(gè)工作循環(huán)都是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程組成。構(gòu)造氣缸頂部有火花塞氣缸頂部有噴油嘴點(diǎn)火方式壓縮沖程末由火花塞放出電火花點(diǎn)燃，稱點(diǎn)燃式壓縮沖程末由噴油嘴向氣缸內(nèi)噴霧狀柴油遇到高溫高壓

3、的空氣自動(dòng)燃燒，稱壓燃式燃料汽油、吸氣沖程吸進(jìn)汽油和空氣混合物柴油、吸氣沖程吸進(jìn)氣缸的只是空氣壓縮比壓縮沖程末氣體體積被壓縮為吸進(jìn)體積的19至16壓縮沖程末氣體體積被壓縮為吸進(jìn)體積的122至116做功做功沖程初燃?xì)鈮簭?qiáng)為30至50個(gè)大氣壓，溫度2019至2500，高溫高壓的氣體推動(dòng)活塞做功做功沖程初燃?xì)鈮簭?qiáng)為50至100個(gè)大氣壓，溫度1700至2019，高溫高壓的氣體推動(dòng)活塞做功效率效率較低20至30效率較高30至45用途輕便，多用于汽車、飛機(jī)、小型農(nóng)機(jī)具笨重，多用于拖拉機(jī)、載重汽車、輪船等重型機(jī)械汽油機(jī) 柴油機(jī)要點(diǎn)三、熱值我們把某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質(zhì)量之比，叫做這種燃料的熱值。單位

4、是：J/。要點(diǎn)詮釋：（1）燃料燃燒放出的熱量與哪些因素有關(guān)：燃料的種類；燃料的質(zhì)量；燃料是否充分燃燒。（2）燃料完全燃燒放出熱量的計(jì)算公式：Q放=mq。其中m為燃料的質(zhì)量，q為燃料的熱值。要點(diǎn)四、熱機(jī)的效率熱機(jī)工作時(shí)，用來做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的熱量之比，叫做熱機(jī)的效率。要點(diǎn)詮釋：（1）熱機(jī)的效率是熱機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，熱機(jī)的效率越高，它的機(jī)械性能就越好。（2）提高熱機(jī)效率的途徑：在設(shè)計(jì)和制造上，要不斷改進(jìn)和革新，以減少各種能量損失，提高效率。在使用上，要正確使用，注意保養(yǎng)。充分利用廢氣帶走的能量?！镜湫屠}】類型一、熱機(jī)1、柴油機(jī)工作一個(gè)循環(huán)需四個(gè)沖程，其中由機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的是

5、（）A吸氣沖程 B壓縮沖程 C做功沖程 D排氣沖程 【思路點(diǎn)撥】內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程有吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的是壓縮沖程，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是做功沖程?！敬鸢浮緽【解析】在汽油機(jī)一個(gè)工作循環(huán)的四個(gè)沖程中，在壓縮沖程中，壓縮燃料的混合物做功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，溫度升高、內(nèi)能增加；在做功沖程中，高溫高壓的燃料被點(diǎn)燃燃燒形成高溫高壓的燃?xì)?，燃?xì)馀蛎涀龉Γ瑢?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故選B?！究偨Y(jié)升華】本題主要考查對(duì)熱機(jī)一個(gè)工作循環(huán)中各沖程情況的了解以及工作的實(shí)質(zhì)，并掌握涉及能量轉(zhuǎn)化的兩個(gè)沖程。2、某四沖程內(nèi)燃機(jī)的活塞每秒鐘完成15次工作循環(huán)，那么（ ）A內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速是90

6、0R/min B每分鐘對(duì)外做功900次 C每分鐘對(duì)外做功1800次 D每分鐘對(duì)外做功15次【答案】B【解析】內(nèi)燃機(jī)每個(gè)工作循環(huán)為四個(gè)沖程，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，對(duì)外做功一次。內(nèi)燃機(jī)每秒完成15次工作循環(huán)，則每分鐘完成900次工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)1800周，即內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速為1800R/min，對(duì)外做功900次?！究偨Y(jié)升華】此題考察內(nèi)燃機(jī)的工作原理，屬基礎(chǔ)題。舉一反三：【變式】單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，依靠飛輪的慣性來完成的沖程有（ ）A吸氣、做功和排氣沖程 B吸氣、壓縮和做功沖程C壓縮、做功和排氣沖程 D吸氣、壓縮和排氣沖程【答案】D3、如圖，表示做功沖程的示意圖是（ ）【答案】B【解析】內(nèi)燃機(jī)的工作過程是由

7、吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程組成。在做功沖程里進(jìn)氣門、排氣門關(guān)閉，高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，活塞又通過連桿使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。由圖來判斷，B圖中進(jìn)氣門、排氣門關(guān)閉，活塞向下運(yùn)動(dòng)，應(yīng)為做功沖程?！究偨Y(jié)升華】對(duì)內(nèi)燃機(jī)四個(gè)沖程的判斷，要結(jié)合氣門和活塞運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行判斷。舉一反三：【變式】（多選）在四沖程柴油機(jī)的做功沖程中，汽缸內(nèi)氣體的（）A內(nèi)能減小 B質(zhì)量增大 C壓強(qiáng)減小 D溫度降低【答案】ACD類型二、燃料的熱值和熱機(jī)效率4、某品牌太陽能熱水器的容積為100L，其裝滿水后在太陽的照射下水溫從20的升高到40，不計(jì)熱量的散失。（1）求熱水器中的水吸收的熱量。水的比熱容c=4.2×103J/（k

8、g）（2）要完全燃燒多少體積的煤氣可以產(chǎn)生相同的熱量？（煤氣的熱值q=4.0×107J/m3）【思路點(diǎn)撥】（1）知道水的體積，利用密度公式求水的質(zhì)量，又知道水的比熱容、水的初溫和末溫，利用吸熱公式Q吸=cmt求水吸收的熱量；（2）若不計(jì)熱量的散失，即Q吸=Q放，利用Q放=Vq求需要完全燃燒的煤氣?！敬鸢概c解析】（1）太陽能熱水器中的水質(zhì)量：m=V=103kg/m3×100×10-3m3=100kg，水吸收的熱量：Q吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg）×100kg×（40-20）=8.4×106J；（2）由于不計(jì)熱

9、量的散失，則Q吸=Q放，由Q放=qV可得：。答：（1）熱水器中的水吸收的熱量是8.4×106J；（2）要完全燃燒0.21m3的煤氣可以產(chǎn)生相同的熱量?！究偨Y(jié)升華】本題考查了學(xué)生對(duì)吸熱公式Q吸=cmt、燃料完全燃燒放熱公式Q放=Vq的掌握和運(yùn)用，利用好不計(jì)熱量的散失時(shí)Q放=Q吸是本題的關(guān)鍵。舉一反三：【變式】無煙煤的熱值大于干木柴的熱值，則（ ）A燒無煙煤比燒干木柴產(chǎn)生的熱量多B要使它們放出同樣多的熱量，完全燃燒的無煙煤的質(zhì)量小于完全燃燒的干木柴的質(zhì)量C燒無煙煤比燒干木柴產(chǎn)生的煙塵多D煤比木柴含有的熱量多【答案】B5、一輛汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率為66.15kW，每小時(shí)耗柴油14kg，請計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。（柴油的燃燒值為4.3×107J/kg）【思路點(diǎn)撥】熱機(jī)的效率是指用來做有用功的能量與燃料完全燃燒產(chǎn)生的能量之比，則?！敬鸢概c解析】發(fā)動(dòng)機(jī)每小時(shí)做的功W=Pt=66150W×3600s=2.38×108J，完全燃燒14kg柴油放出的能量Q總=4.3×107J/kg×14kg=6.02×108J；做有用功的能量Q有=W=2.38×108J；發(fā)動(dòng)機(jī)的效率是39.5。【總結(jié)升華】計(jì)算發(fā)