第四講第二節(jié)熱機(jī)熱值和核能（原卷版）

第四講：能量的轉(zhuǎn)化和守恒第二節(jié)——熱機(jī)、熱值和核能一、熱機(jī)熱機(jī)的種類很多，如蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動機(jī)等，所有熱機(jī)在工作時能量轉(zhuǎn)化的過程是相同的，即燃料燃燒使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，然后通過做功，把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。因此，熱機(jī)就是利用內(nèi)能來做功的機(jī)器，或者說熱機(jī)就是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器。內(nèi)燃機(jī)是最常見的熱機(jī)，其燃料——汽油或柴油是在它的汽缸內(nèi)燃燒的。在汽缸內(nèi)燃燒汽油的稱為汽油機(jī)，燃燒柴油的稱為柴油機(jī)。燃料在汽缸里面燃燒時生成高溫、高壓的燃?xì)猓脕硗苿踊钊龉?。二、汽油機(jī)和柴油機(jī)1、汽油機(jī)的工作過程（1）沖程：活塞從氣缸的一端運(yùn)動到氣缸的另一端的過程叫一個沖程。（2）大多數(shù)汽油機(jī)都是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程循環(huán)往復(fù)來保證機(jī)器正常工作的。（3）數(shù)量關(guān)系：汽油機(jī)四個沖程做一次功飛輪轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)。2、汽油機(jī)與柴油機(jī)的比較內(nèi)燃機(jī)項(xiàng)目汽油機(jī)（如下圖）柴油機(jī)(如下圖)構(gòu)造汽缸頂部有火花塞汽缸頂部有噴油嘴燃料汽油柴油吸氣沖程汽油機(jī)在吸氣沖程中吸入的是汽油和空氣的混合物柴油機(jī)在吸氣沖程中只吸入空氣壓縮比壓縮沖程末，氣體體積被壓縮為吸進(jìn)體積（汽缸體積）的壓縮沖程末，氣體體積被壓縮為吸進(jìn)體積的點(diǎn)火方式壓縮沖程末，火花塞產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃燃料，稱為點(diǎn)燃式壓縮沖程末，噴油嘴向汽缸內(nèi)噴出柴油，遇到溫度超過柴油燃點(diǎn)的空氣而自動點(diǎn)燃，稱為壓燃式做功沖程做功沖程中燃?xì)鈮簭?qiáng)可達(dá)到30～50個大氣壓，溫度達(dá)2000℃～2500℃，高溫高壓氣體推動活塞做功做功沖程中燃?xì)鈮簭?qiáng)可達(dá)50～100個大氣壓，溫度達(dá)1700℃～2000℃，高溫高壓氣體推動活塞做功效率效率低，20%～30%效率較高，30%～45%應(yīng)用機(jī)體輕便，主要用于汽車、飛機(jī)、摩托車等機(jī)體笨重，主要用于載重汽車、火車、輪船等三、燃料的熱值1、燃料燃燒獲得內(nèi)能，燃料燃燒過程中，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。2、燃料的熱值（q）：（1）定義：1000克某種燃料完全燃燒時放出的熱量。（2）單位：J/kg或J/（3）關(guān)于熱值的理解：熱值是燃料本身的一種屬性，只于燃料的種類有關(guān)，與燃料的形態(tài)質(zhì)量體積均無關(guān)。（4）公式：含義：酒精的熱值是。表示1千克酒精完全燃燒放出的熱量是。四、效率1、熱效率：，其中指有效利用的熱量，E指總能量。如果是爐子，則E為燃料完全燃燒放出的熱量(E=Q總=qm)；如果是太陽能熱水器，則E為太陽光照射到熱水器上的總能量；如果是電熱器，則E為電流做功放出的熱量(E=W=UIt)。2、熱機(jī)的效率：，其中指用來做有用功的能量，指燃料完全燃燒釋放的能量。五、能量轉(zhuǎn)化與守恒能量既不會憑空消滅，也不會憑空產(chǎn)生，宅只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。注意：(l)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然界中普遍定律之一。(2)通過做功可以使能量轉(zhuǎn)化，做功越多能量轉(zhuǎn)化越多；通過熱傳遞可以使能量轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移是不一樣的：能量轉(zhuǎn)化過程中，能量的形式發(fā)生變化；能量轉(zhuǎn)移過程中，能量的形式不變。六、永動機(jī)1、定義：不需要動力就能源源不斷地對外做功的機(jī)器，人們把這種機(jī)器叫做永動機(jī)。2、永動機(jī)研制失敗的原因：它違背了能量守恒定律。七、核能1、核裂變、核聚變：（1）核能：由于原子核的轉(zhuǎn)變而釋放出的巨大的能量叫核能也叫原子能。（2）獲得核能的兩種方式：裂變和聚變。核聚變就是小質(zhì)量的兩個原子核合成一個比較大的原子核，核裂變就是一個大質(zhì)量的原子核分裂成兩個比較小的原子核，在這個變化過程中都會釋放出巨大的能量,前者釋放的能量更大。（3）核電站能量轉(zhuǎn)化：核能水和水蒸氣的熱能汽輪機(jī)的機(jī)械能電能（4）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：單個鈾核裂變時所產(chǎn)生的中子又會轟擊別的鈾核，被擊中的鈾核也有同樣的變化，于是這種裂變反應(yīng)繼續(xù)下去就是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。（5）原子彈：裂變武器（6）氫彈：聚變武器知識鞏固練一、選擇題1、為緩解電力緊張的狀況，我省正在加大核電站的建設(shè)．下列說法正確的是（

）A.核電站將核能最終轉(zhuǎn)化為電能

B.核反應(yīng)堆中發(fā)生的是不可控制的核裂變

C.核能發(fā)電使用的燃料是天然氣

D.核電站利用的核能屬于可再生能源2、下圖是氫核聚變簡圖，請據(jù)圖判斷下列說法中正確的是（

）A.圖中b核和c核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)不同

B.氫核聚變過程中元素種類不會改變

C.圖中a和b分別代表不同種元素的原子核

D.原子彈主要是利用了核聚變釋放出來的能量3、如圖所示是三門核電站的建筑圖，下列關(guān)于核電站的說法正確的是（

）

A.核電站發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化形式是核能→內(nèi)能→機(jī)械能→電能

B.核電站的發(fā)電原理與太陽的熱核反應(yīng)相同

C.核反應(yīng)產(chǎn)生的輻射都是有害的

D.核反應(yīng)都是可以控制的4、關(guān)于燃料的熱值，下列說法中正確的是（）A.燃料的熱值越大，燃燒時達(dá)到的溫度就越高B.燃料的熱值越大，燃燒時放出的熱量就越多C.燃料燃燒越充分，則燃料的熱值就越大D.燃料的熱值與燃料的質(zhì)量以及燃燒情況無關(guān)5、根據(jù)能量守恒定律，下列情形可能發(fā)生的是（）A．隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展和提高，永動機(jī)是可以制成的B．兩個斜面相對連接，小球從左斜面滾下后沖上右斜面C．電水壺里的水沸騰后斷電，水的沸騰卻一直持續(xù)下去D．出槍膛的子彈射穿木板后，以更快的速度繼續(xù)運(yùn)動6、下列流程圖是用來說明單缸四沖程汽油機(jī)的一個工作循環(huán)及涉及到的主要能量轉(zhuǎn)化情況。關(guān)于對圖中①②③④的補(bǔ)充正確的是（）A．①做功沖程②內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能③壓縮沖程④機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B．①壓縮沖程②內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能③做功沖程④機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C．①做功沖程②機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能③壓縮沖程④內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D．①壓縮沖程②機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能③做功沖程④內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能7、2019年1月3日（農(nóng)歷十一月二十八），我國“嫦娥四號”探測器在月球背面軟著陸，這是人類探測器首次成功登陸月球背面。下列關(guān)于“嫦娥四號”探測器在月球背面著陸前后的分析，符合實(shí)際的是（）A．著陸時，探測器和月球位于圖中的c點(diǎn)附近 B．探測器要有防水設(shè)計(jì)，因?yàn)榄h(huán)形山上有水 C．探測器著陸前要減速，因?yàn)榕c大氣摩擦?xí)鸁?D．探測器在月球的著陸點(diǎn)能拍到地球的照片二、填空題8、各種形式的能量都不是孤立的，能量在一定條件下發(fā)生轉(zhuǎn)化，且能量的轉(zhuǎn)化是有方向的，正面幾幅圖按能量轉(zhuǎn)化的順序，排列為。9、最近，在日本市場上出現(xiàn)了一種利用玻璃纖維和碳纖維制成的末端連上電池后不久會發(fā)熱的“發(fā)熱紙”，用它可包裝面包、香腸等小食品，通電后能使食品香熱可口，這種紙很受市民青睞，“發(fā)熱紙”的利用中發(fā)生的能量轉(zhuǎn)化是，在能量轉(zhuǎn)化的過程中服從定律。10、汽油機(jī)工作時，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是沖程．若某型號汽車行駛一段路程消耗油0.5kg，這些汽油完全燃燒放出的熱量為J，已知這段路程汽車牽引力做功為9.2×106J，則汽油機(jī)的效率為(已知汽油熱值為4.6×107J/kg)。11、天然氣燃燒時將能轉(zhuǎn)化為能．至少需要消耗m3的天然氣才能將質(zhì)量為20kg、初溫為20℃的水燒開[標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，c水＝4.2×103J/(kg·℃)，q天然氣＝3.2×107J/m3]。12、如圖是核電站工作情況的方框圖，請?jiān)诳瞻追娇騼?nèi)填寫裝置的種類并回答下列問題．

（1）核能是選填（“可再生”或“不可再生”）能源。（2）在汽輪機(jī)中，將蒸汽的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為輪片的能。三、計(jì)算題13、認(rèn)識自然，親近自然。初春學(xué)校組織學(xué)生到桂林市東北的貓兒山山腳下一農(nóng)莊進(jìn)行社會實(shí)踐活動，小明攜帶一個質(zhì)量為1kg的合金鍋、一臺如圖所示的便攜式丁烷氣爐(內(nèi)置一瓶新的燃?xì)?，參?shù)如下表所示)，愛探究的小明通過上網(wǎng)查到便攜式燃?xì)鉅t的熱效率為30%，丁烷氣體的燃燒效率為90%，野炊地水的沸點(diǎn)為96℃，測出當(dāng)?shù)厮臏囟葹?6℃。[水的比熱容為4.2×103J/(kg·℃)，鍋的比熱容為0.8×103JJ/(kg·℃)](1)完全燃燒0.1kg的丁烷氣體可以放出多少焦耳的熱量?(2)需多少焦耳的熱量，才能使合金鍋內(nèi)2kg的水溫度升高50℃?(3)如果燃?xì)鉅t以最大火力工作，一瓶燃?xì)庾疃嗄艹掷m(xù)燃燒1.4h，這樣能夠把質(zhì)量為多少千克的水燒開?(最后結(jié)果保留1位小數(shù))14、某物理興趣小組的同學(xué)，用煤爐給8kg的水加熱，同時他們繪制了如圖所示的加熱過程中水溫隨時間變化的圖線．若在4min內(nèi)完全燃燒了1.4kg的煤，水的比熱容為4.2×103J/(kg·℃)，煤的熱值約為3×107J/k