十四章-内能的利用课件

1、第十四章内能的利用第十四章内能的利用考点一 热机考点二 热机的效率考点三 能量的转化和守恒考点研读命题点一 热机及其能量转化命题点三 热机效率的理解与计算命题探究命题点二 热值的相关计算命题点四 能量的转化和守恒考点一 热机考点二 热机的效率考点三 能量的转化考点一 热机1.热机(1)定义:利用内能做功的机械叫做热机。(2)分类:蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。(3)内燃机:燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机,叫做内燃机,分为汽油机和柴油机两大类。考点研读考点一 热机考点研读2.汽油机(1)工作过程:四冲程汽油机是由吸气、压缩、做功和排气四个冲程的不断循环来保证工作的。2.汽油机吸

2、气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程进气门打开,排气门关闭。活塞向下运动,汽油和空气的混合物进入汽缸进气门和排气门都关闭,活塞向上运动,燃料混合物被压缩进气门和排气门都关闭,高温高压气体推动活塞向下运动,带动曲轴转动,对外做功进气门保持关闭,排气门打开,活塞向上运动,把废气排出汽缸将机械能转化为 内能将内能转化为机械能(2)汽油机四冲程示意图吸气冲程压缩冲程考点二 热机的效率1.燃料的热值(1)定义:我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比,叫做这种燃料的热值,用符号q表示。(2)意义:热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。(3)单位:热值的单位是焦每千克,符号是J/kg。(4)理解

3、:热值是燃料的一种属性,与燃料的体积、质量和是否充分燃烧等无关,只与燃料的种类有关。考点二 热机的效率2.燃料放出热量的计算(1)Q=mq,其中,Q表示热量,单位是J,q表示热值,单位是J/kg,m表示质量,单位是kg。(2)Q=qV,其中,Q表示热量,单位是J,q表示热值,单位是J/m3,V表示体积,单位是m3。2.燃料放出热量的计算3.热机的效率(1)内容:热机工作时,用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,叫做热机的效率。用表示。(2)公式:a.=100%;b.=100%。(3)提高燃料利用率的措施:让燃料燃烧更充分;在设计和制造过程中,不断改进和创新,以减少各种能量损失;

4、设法利用废气的能量。3.热机的效率考点三 能量的转化和守恒1.能量的转化:在一定条件下,各种形式的能量是可以相互转化的。例如:摩擦生热,机械能转化为内能;水电站里水轮机带动发电机发电,机械能转化为电能;植物吸收太阳光进行光合作用,光能转化为化学能等。2.能量守恒定律内容:能量既不会凭空消失,也不会凭空产生,它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。考点三 能量的转化和守恒2.能量守恒定律1.(2012河南,13,2分)单缸四冲程内燃机在工作过程中,将机械能转化为内能的是( )A.吸气冲程B.压缩冲程C.做功冲程D.排气冲程B答案B

5、压缩冲程中活塞向上运动,压缩燃料混合物对其做功,将机械能转化为内能。故选B。河南真题1.(2012河南,13,2分)单缸四冲程内燃机在工作过程中2.(2015河南,21,8分)质量为3 t的小型载重汽车,额定功率为100 kW,车上装有6 t的砂石。汽车先以10 m/s的速度在平直公路上以20 kW的功率匀速行驶了10 min,消耗汽油1.2 kg,然后又以额定功率用了2 min的时间,将砂石从山坡底运送到50 m高的坡顶施工现场。g取10 N/kg。试问:(1)1.2 kg的汽油完全燃烧放出的热量为多少?(已知汽油的热值为4.5107 J/kg)(2)汽车在平直公路上匀速行驶时,受到的阻力为

6、多少?(3)汽车从坡底向坡顶运送砂石的机械效率是多少?2.(2015河南,21,8分)质量为3 t的小型载重汽车,答案(1)(2分)5.4107 J(2)(3分)2 000 N(3)(3分)25%解析(1)汽油完全燃烧放出的热量Q=m0q=1.2 kg4.5107 J/kg=5.4107 J(2)汽车匀速行驶时牵引力做的功W=Pt=20103 W600 s=1.2107 J行驶的路程s=vt=10 m/s600 s=6103 m由功的计算公式,可得牵引力F=2 000 N由于汽车做匀速运动,则受到的阻力f=F=2 000 N(3)有用功W有=mgh=6103 kg10 N/kg50 m=310

7、6 J总功W总=P额t=1105 W260 s=1.2107 J则机械效率=100%=100%=25%答案(1)(2分)5.4107 J(2)(3分)2 03.(2013河南,21,8分)在城乡建设中,推土机发挥着巨大作用。图为某型号履带式推土机,额定功率为2.0105 W。请回答并计算:(1)推土机安装履带,是为了在松软的土地上作业时减小压强;当推土机在湿滑的土地上作业时,履带上凸出的棱则起到增大摩擦的作用。(2)当推土机在平直场地上以额定功率进行推土作业时,在1 min内匀速前进了120 m,求推土机受到的阻力。(3)若推土机发动机的效率为40%,工作一段时间消耗柴油50 L,求此过程中推

8、土机做的功。已知柴油的密度为0.8103 kg/m3,热值为4.0107 J/kg。3.(2013河南,21,8分)在城乡建设中,推土机发挥着巨答案(1)减小压强增大摩擦(2)1.0105 N(3)6.4108 J答案(1)减小压强增大摩擦解析(1)(2分)见答案(2)(3分)推土机做功W=Pt=Fs则牵引力F=1.0105 N由于推土机匀速运动,则推土机受到的阻力Ff=1.0105 N(3)(3分)消耗的柴油质量m=V=0.8103 kg/m35010-3 m3=40 kg柴油完全燃烧放出的热量Q=mq=40 kg4.0107 J/kg=1.6109 J根据=100%可得推土机做的功W=Q=

9、1.6109 J40%=6.4108 J解析(1)(2分)见答案4.(2012河南,21,8分)利用太阳能电池在太阳光照射下发电叫光伏发电。安阳市启动了“光伏工程”示范项目,在某中学的教学楼顶安装了总功率为20 kW的光伏发电系统。(1)光伏发电系统发电时,太阳能转化为电能。(2)一天的有效光照时间按8 h计算,该光伏发电系统一天共发电多少千瓦时?(3)该光伏发电系统一天的发电量,如果由热电转换效率为30%的热电厂来完成,需要燃烧多少千克煤?(煤的热值q煤=3.0107 J/kg)(4)请写出一条光伏发电的优点。4.(2012河南,21,8分)利用太阳能电池在太阳光照射下答案(1)太阳电(2)

10、160 kWh(3)64 kg(4)清洁无污染(或“可再生”或“节约化石能源”)答案(1)太阳电解析(1)光伏发电系统发电时,太阳能转化为电能。(2)W=Pt=20 kW8 h=160 kWh(3)W=160 kWh=1603.6106 J=5.76108 JQ=1.92109 Jm=64 kg(4)光伏发电的优点为清洁无污染、可再生、节约化石能源。(可从节能、环保等方面来分析)解析(1)光伏发电系统发电时,太阳能转化为电能。命题点一 热机及其能量转化例1(2018贵州黔南)如图表示的是汽油机工作时的( )A.吸气冲程B.压缩冲程C.做功冲程D.排气冲程C答案C如题图,进气门和排气门都是关闭的

11、,活塞下行,火花塞喷出电火花,可以判断是做功冲程,故选C。命题探究命题点一 热机及其能量转化C答案C如题图,进气门【归纳总结】怎样辨别内燃机的四个冲程1.内燃机冲程的辨识应同时注意两个信息,即进气门、排气门的状态和活塞运动方向:只有进气门打开是吸气冲程,只有排气门打开是排气冲程;进气门、排气门都关闭时,活塞向上运动为压缩冲程,活塞向下运动为做功冲程。 2.记住“4、2、2、1”的比例关系,即一个工作循环包括4个冲程,曲轴转动2周,能量转化2次,对外做功1次。 【归纳总结】怎样辨别内燃机的四个冲程1.内燃机冲程的辨识应变式1-1(2018黑龙江绥化)如图所示是某单缸四冲程汽油机的压缩冲程,在此冲

12、程中把机械能转化成内能;若该汽油机飞轮转动的速度是3 000 revs/min,则汽油机每秒对外做功25次。 答案机械25解析汽油机在压缩冲程中能量转化是机械能转化为内能;由题意可知,单缸四冲程汽油机的飞轮转速是3 000 revs/min=50 revs/s,即每秒钟转50圈,完成 100个冲程,做功25次。变式1-1(2018黑龙江绥化)如图所示是某单缸四冲命题点二 热值的相关计算例2(2018江苏连云港)天然气热水器将40 kg的水由22 加热到42 ,水的内能增加了3.36106J,水的内能增加是通过热传递方式实现的。若天然气燃烧放出的热量有84%被水吸收,需要消耗0.1kg的天然气。

13、已知c水=4.2103 J/(kg),q天然气=4107 J/kg。命题点二 热值的相关计算答案3.36106热传递0.1解析水增加的内能E=Q吸=c水m水(t-t0)=4.2103 J/(kg)40 kg(42 -22 )=3.36106 J;水的内能增加是通过热传递方式实现的;Q吸=84%Q放,则Q放=4106 J,m天然气=0.1 kg。答案3.36106热传递0.1解析水增加的内能E变式2-1(2018四川遂宁)我国于2017年5月18日在南海海域成功试采“可燃冰”,“可燃冰”作为新型能源,有着巨大的开发使用潜力,在相同条件下,“可燃冰”完全燃烧放出的热量可达到天然气的数十倍。如果“可

14、燃冰”热值是天然气的10倍,设天燃气热值为4.2107 J/ kg,完全燃烧0.5 kg“可燃冰”放出的热量为2.1108J;若在不考虑热量损失的情况下,这些热量能使800 kg、45 的水刚好达到沸点,则此时水的沸点是107.5,水面上方的气压大于1标准大气压。(选填“大于”“小于”或“等于”)c水=4.2103 J/(kg)答案2.1108107.5大于变式2-1(2018四川遂宁)我国于2017年5月1解析1 kg天然气完全燃烧放出的热量Q放=mq天然气=1 kg4.2107 J/ kg=4.2 107 J,0.5 kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量Q放=Q放10=4.2107 J5=2.

15、1 108 J;由题知,水吸收的热量Q吸=Q放=2.1108 J,根据Q吸= cm水(t-t0)可知水沸腾时的温度为t=t0+=45 +=107.5 ,因为1标准大气压下水的沸点为100 ,液体的沸点随着表面气压的增大而升高,随气压减小而降低,所以此时水面上方的气压大于1标准大气压。解析1 kg天然气完全燃烧放出的热量Q放=mq天然气=1 命题点三 热机效率的理解与计算例3(2018山东泰安)某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9 km,用时5 min 45 s,消耗燃油1.5 kg,已知汽车的牵引力是2 000 N,燃油的热值为4.6107 J/kg,假设燃油完全燃烧。通过计算可知

16、,下列结果正确的是 ( )汽车行驶速度是20 km/h消耗的燃油完全燃烧放出的热量是6.9107 J汽车牵引力做功的功率是30 kW汽车发动机的效率是20%A.只有和 B.只有和C.只有和 D.只有和D命题点三 热机效率的理解与计算D答案D汽车的行驶速度v=72 km/h,错误;消耗的燃油完全燃烧放出的热量 Q放=mq=1.5 kg4.6107 J/kg=6.9107 J,正确;汽车牵引力做的功W=Fs=2103 N6.9103 m=1.38107 J,汽车牵引力做功的功率P=40 000 W=40 kW,错误;汽车发动机的效率=20%,故正确。故选D。答案D汽车的行驶速度【归纳总结】计算热机

17、效率的常用公式热机是把内能转化为机械能的机械。内能来自燃料的燃烧,转化的机械能可用来使汽车前进、利用机械提升物体、推或拉动物体等。按照能量的转化方向,先后可能用到的公式有:Q=mq、=、W=Fs、W=Pt等。【归纳总结】计算热机效率的常用公式变式3-1(2018四川达州30题改编)小张驾驶一辆额定功率为35千瓦、效率为30%的汽车在一段平直的公路上匀速行驶,在额定功率下行驶1小时至少需要12L汽油(汽油的热值为3.5107 J/L);若行驶的速度为72 km/h,则汽车受到的阻力为1 750 N。答案121 750变式3-1(2018四川达州30题改编)小张驾驶一辆解析小汽车以额定功率匀速直线

18、行驶1 h牵引力所做的功W=Pt=3.5104 W3 600 s=1.26108 J,完全燃烧汽油放出热量Q放=Vq,小汽车发动机的效率=,所以Q放=W,Vq=W,V=12 L。因为72 km/h=20 m/s,由W=Fs得汽车发动机的牵引力F=1 750 N,因为汽车在平直公路上匀速行驶,所以汽车受到的阻力f=F=1 750 N。解析小汽车以额定功率匀速直线行驶1 h牵引力所做的功W=P命题点四 能量的转化与守恒例4生活中能量转化的实例很多,下列描述中正确的是( )A.摩擦生热是把内能转化为机械能B.燃料燃烧放热是把内能转化为化学能C.电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能D.摩擦起

19、电是把电能转化为机械能C答案C摩擦生热是克服摩擦做功,摩擦过程中,消耗了机械能,内能增大,把机械能转化为内能,故A错误;燃料燃烧放热是把化学能转化为内能,故B错误;电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能,故C正确;摩擦起电是消耗了机械能,获得了电能,故是把机械能转化为电能,故D错误。命题点四 能量的转化与守恒C答案C摩擦生热是克服变式4-1(2018四川内江)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

20、速度继续运动B变式4-1(2018四川内江)根据能量守恒定律,下列答案B永动机违反了能量的转化与守恒,不可能实现,故A错误;两个斜面相对接,小球从左斜面滚下后,由于具有动能,会继续冲上右斜面,故B正确;在电水壶的使用过程中,消耗了电能,而水的温度升高,内能增加,断电后,水不再吸收热量,水的沸腾会停止,故C错误;子弹射穿木板的情景中,子弹高速运动,说明子弹具有动能,由于摩擦生热会使动能减小,它的速度减慢,故D错误。答案B永动机违反了能量的转化与守恒,不可能实现,故1.(2018山东临沂)甲图中,迅速向下压活塞,能量的转化情况是机械能转化为内能。乙图内燃机的工作过程中与甲图能量转化情况相同的是B(

21、选填图中的代号)。 随堂检测1.(2018山东临沂)甲图中,迅速向下压活塞,能量的转化情答案机械能转化为内能B解析图甲中,迅速向下压活塞,活塞的机械能转化为筒内空气的内能。图乙中:A.进气门打开,排气门关闭,活塞向下运动,是吸气冲程,没有能量转化;B.两个气门都关闭,活塞向上运动,是压缩冲程,将机械能转化为内能,故B符合题意;C.两个气门都关闭,活塞向下运动,是做功冲程,将内能转化为机械能;D.排气门打开,进气门关闭,活塞向上运动,是排气冲程,没有能量转化。答案机械能转化为内能B解析图甲中,迅速向下压活塞2.中国南海海底探明有大量的“可燃冰”,同等条件下,“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的

22、数十倍,说明“可燃冰”的热值很大;以10倍的关系粗略计算,1 kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量可以使2 500kg的水从20 加热至60 。q煤气=4.2107 J/kg,水的比热容c=4.2103 J/(kg)2.中国南海海底探明有大量的“可燃冰”,同等条件下,“可燃冰答案热值2 500解析在同等条件下,“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍,说明“可燃冰”的热值很大。1 kg煤气完全燃烧放出的热量Q放=mq煤气=1 kg4.2107 J/kg=4.2107 J1 kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量Q放=Q放10=4.210710 J=4.2108 J由题知,Q吸=Q放=4.2108 J

23、由Q吸=cmt,得水的质量m=2 500 kg答案热值2 500解析在同等条件下,“可燃冰”完全燃烧3.(2018山东滨州)如图是内燃机工作循环中的一个冲程,它是( )A.压缩冲程,将化学能转化成内能B.压缩冲程,将机械能转化成内能C.做功冲程,将内能转化成机械能D.做功冲程,将机械能转化成内能C答案C题图中的两气门关闭,活塞下行,火花塞产生电火花,这是做功冲程;在做功冲程中,能量转化关系是燃料燃烧产生的内能转化为机械能。故选C。3.(2018山东滨州)如图是内燃机工作循环中的一个冲程,它4.(2018河南周口西华一模)下列关于热机效率的说法中,正确的是( )A.热机的功率越大,效率越高B.热机做的有用功越多,效率就越高C.减少热机的各种热损失,保持良好的润滑,能提高热机效率D.增加热机的工作时间,能提高热机效率C4.(2018河南周口西华一模)下列关于热机效率的说法中,正答案C功率是反映做功快慢的物理量,功率大表明做功快,效率指的是有用的功(或能量)在总功(或能