第十四章热机及热机效率讲义 九年级全一册物理

热机及热机效率讲义一、热机1、内燃机及其工作原理：将燃料的能通过燃烧转化为能，又通过做功，把能转化为能。按燃烧燃料的不同，内燃机可分为、柴油机等。(1)汽油机一个工作循环为四个冲程即冲程、冲程、冲程、冲程。(2)一个工作循环中只对外做次功，曲轴转周，飞轮转圈，活塞往返次。(3)压缩冲程是对气体压缩做功，气体内能，这时机械能转化为能。(4)做功冲程是气体对外做功，内能，这时内能转化为能。(5)汽油机和柴油机工作的四个冲程中，只有冲程是燃气对活塞做功，其它三个冲程要靠飞轮的惯性完成。(6)判断汽油机和柴油机工作属哪个冲程应抓住两点：一是气阀门的开与关；二是活塞的运动方向。次序1234冲程名称______冲程______冲程______冲程______冲程工作示意图进气门开闭情况________________________________排气门开闭况_________________________________活塞运动方向向____向_____向____向____冲程的作用吸入汽油和空气的混合物压缩汽油和空气的混合物，使其内能增加、温度升高火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高压气体，高压气体推动活塞对外做功排出废气能的转化无能量转换______________________________无能量转换热机及其能量转化1.某机器的能量流向图如图所示，据此推测该机器可能是()热机B.电动机C.发电机D.电热水器2.下列四幅图是汽油机一个工作循环的四个冲程，其中不是靠飞轮惯性完成的是()eq\o(\s\up7(),\s\do5(A))eq\o(\s\up7(),\s\do5(B))eq\o(\s\up7(),\s\do5(C))eq\o(\s\up7(),\s\do5(D))3.如图是汽油机两个冲程的示意图，其中________图中的冲程为汽车提供了动力．汽油机在吸气冲程吸入汽缸的是________(选填“空气”或“汽油和空气”).汽车发动机用水来冷却是利用了水的________大的特点．eq\o(\s\up7(),\s\do5(第2题图))eq\o(\s\up7(),\s\do5(第3题图))如图所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，快速压下活塞，可观察到棉花着火燃烧，此过程中活塞对筒内气体做功，气体的内能________，这与四冲程汽油机的________冲程的能量转化相同．某台汽油机飞轮的转速为2400r/min，在1min内，汽油机完成________个工作循环．5.如图甲是一台单杠四冲程汽油机工作状态示意图，由图甲可以看出，它此时正处在________冲程，其能量转化情况与________(选填“乙”或“丙”)图相同．如果此汽油机每秒对外做功20次，则汽油机每秒内完成________个冲程，飞轮的转速为________r/min.6.辽宁舰”服役，圆了中国航母梦。（1）如图1为航母上简化的燕汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度。牵引索与蒸汽活塞连接的两个滑轮为（选填“定滑轮”或“动滑轮”），起到改变力的的作用。（2）气缸内蒸汽体积膨胀，对外做功，内能，同时推动活塞，使舰载机获得巨大的牵引力，此过程中蒸汽的内能转化为活塞的能，这一过程中发生的能量转化与图2中（选填“甲”、“乙”、“丙”）相同。二、热机的效率2、热机效率燃料的化学能E(1)热机的能量流图：如右燃料的化学能E(2)定义：热机转变为的能量与燃料完全燃烧所释放的能量的比值，称为热机效率。(3)公式：η=E有/Q放。式中，E有为做有用功的能量；Q总为燃料完全燃烧释放的能量。(4)提高热机效率的主要途径①改善燃烧环境，使燃料尽可能燃烧，提高燃料的燃烧效率。②尽量减小各种热散失。③减小各部件间的以减小因克服摩擦做功而消耗的能量。④充分利用废气带走的能量，从而提高燃料的利用率。.柴油机与汽油机的异同比较柴油机汽油机构造燃料柴油汽油一个工作循环吸气冲程只吸入空气吸入汽油和空气混合物压缩冲程压缩程度较大（机械能转内能）压缩程度较小（机械能转内能）做功冲程压燃式（内能转机械能）点燃式（内能转机械能）排气冲程排出废气排出废气主要特点笨重、效率高轻巧、效率低适用范围载重汽车、火车等小汽车等相同点=1\*GB3①都是燃料在气缸中燃烧=2\*GB3②喷油嘴和火花塞工作时刻都是在压缩冲程结束时=3\*GB3③有相同的四个冲程=4\*GB3④一个工作循环都是曲轴转动两圈，对外做功一次=5\*GB3⑤启动时都是先靠外力使曲轴先转动1.甲、乙两台热机，甲的效率比乙的低，其含义是()A.甲比乙做的有用功少B.做相同有用功，甲消耗的燃料多C.甲比乙消耗的燃料多D.甲热机的功率比乙热机的小2.为了提高热机的效率，你认为下列方法无效的是()A.设法有效利用尾气中带走的那部分热量B.经常对热机进行保养和润滑以减小各种摩擦C.使燃料尽量充分燃烧提高燃料的利用率D.更换热值更高的燃料3.汽车发动机一般是汽油机，汽油的热值为4.6×107J/kg，阅读了某汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图所示，下列回答错误的是（）A．发动机压缩冲程把燃料燃烧产生的内能转化为机械能 B．1kg的汽油完全燃烧能够释放4.6×107J的能量 C．为确保发动机正常工作，需用水对其冷却 D．该内燃机的效率为30%4.（1）已知汽油的热值是4.6×107J/kg，现有汽油0.02kg，完全燃烧其中的一半，汽油放出的热量是____________J。若上述的放热使2kg的水温度升高25℃（未沸腾），则水吸收的热量为______________J。剩余0.01kg的汽油热值是____________J/kg。【已知c水=4.2×103J/（kg·℃）】（2）如图19为某汽油机工作时能量转化，该汽油机的效率是 5..小洪同学家原来用液化石油气烧水，每天约用60℃的热水100kg.她参加“探究性学习”活动后，在老师指导和同学帮助下，制作了一台简易的太阳能热水器．(1)若这台热水器夏天平均每天可将100kg的水从20℃加热到60℃，这些水吸收的热量为多少？(2)若液化石油气燃烧放出的热量有70%被水吸收，她家改用太阳能热水器后，平均每天可节约液化石油气多少千克？(液化石油气的热值为8.0×107J/kg)(3)请你说出使用太阳能热水器的优点．(至少说出一点)6..某物理兴趣小组的同学，用煤炉给10kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线．若在6min内完全燃烧了0.2kg的煤，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，煤的热值约为3×107J/kg.求：(1)煤完全燃烧产生的热量；(2)经过6min时间加热，水所吸收的热量；(3)煤炉烧水时的热效率．热机效率的计算1.．某汽车在一段平直的高速公路上匀速行驶15km，消耗汽油2L，发动机实际输出功率为50.4kW，汽油机效率为35%．已知ρ汽油＝0.8×103kg/m3；q汽油＝4.5×107J/kg，假设汽油完全燃烧。通过计算可知，下列结果正确的是（）①消耗的汽油的质量是2kg②消耗的汽油完全燃烧放出的热量是7.2×107J③汽车受到的阻力是1680N④汽车行驶速度是120km/hA．只有②和③ B．只有①和② C．只有①和④ D．只有②和④2.“疫情就是命令，防控就是责任”，按照中央军委命令，空军2月2日凌晨出动8架大型运输机，分别从沈阳、兰州、广州、南京起飞，向武汉紧急空运795名军队支援湖北医疗队队员和58吨物资，上午9时30分全部抵达武汉天河机场，如图所示，如果某运输机从广州白云国际机场起飞，在空中飞行时获得4×105N的水平推力，以600km/h的速度沿水平方向匀速航行900km到达武汉天河机场，需要完全燃烧热值为4×107J/kg的航空燃油1.4×104kg，则：

（1）运输机在空中飞行的时间为多少小时？

（2）航空煤油完全燃烧放出的热量为多少焦耳？

（3）飞机发动机的效率为多大？（小数点后保留一位）3.大哥驾驶是的一款油电混合动力汽车。这种车在启动或低速行驶时，内燃机并不工作，动力电池通过驱动电机向车轮输送能量；当高速行驶或动力电池能量消耗过大时，内燃机才开始工作，既可以向车轮提供动力，也可以同时带动电机发电，给动力电池充电。某次行驶过程中该混合动力汽车在平直公路上匀速行驶了16km，行驶过程中受到的阻力为1000N，假设汽油完全燃烧所释放能量的40%转换为牵引力做的功和给动力电池充电，其中动力电池储存的能量增加了7×106J。请根据以上信息解答下列问题。

（1）题中划线部分内容中涉及的两个能量转化过程是能→电能→能。

（2）这次行驶过程汽车的牵引力做的功是多少？

（3）这次行驶过程消耗多少kg汽油？（汽油的热值q=4.6×107J/kg）4.如图所示，是新开发的一款无人驾驶汽车，汽车自动驾驶时用激光测距器来了解周围的交通状况，使用北斗卫星导航系统进行定位和导航，该款车以某速度在一段平直的公路上匀速行驶一段距离时，消耗汽油2kg，汽油机的效率为30%，在这段行驶过程中，（已知：汽油的热值为4.5×107J/kg，c水=4.2×103J/（kg•℃））。求：

（1）在匀速行驶过程中，汽车的牵引力为1000N，则消耗2kg汽油，汽车可以行驶的路程是多少？

（2）假设该汽车在这次行驶过程中，发动机排出的废气带走的能量占汽油完全燃烧放出热量的42%，若这些废气带走的能量全部被质量200kg的水吸收，水升高的温度是多少（水未沸腾）？

（3）如果汽油机的效率提高到40%，其他条件都不变，那么汽车在这段路程消耗的汽油是多少？5.某品牌小汽车的“经济耗油量（90km/h）8L/100km”是指：这辆汽车以90km/h的速度行驶100km，消耗汽油8L．[已知ρ水=1.0×103kg/m3；c水=4.2×103J/（kg•℃）；q汽油=3.2×107J/L]下表为此小汽车的相关数据：总质量：1500kg经济耗油量：（90km/h）8L/100km车轮与地面的总接触面积：8.0×10-2m2水箱容量：4L额定功率：90kW（1）汽车上的散热器用水作为冷却剂，当水箱装满水，水温升高25℃时，需要吸收的热量为多少？

（2）该汽车在经济耗油量下沿直线匀速行驶50km，汽车的效率为31.25%．求汽车消耗多少升汽油和此时汽车的实际功率。能量的转化与守恒1、能量的转化与守恒(1)能量及其存在的形式：如果一个物体能对别的物体做功，我们就说这个物体具有能。自然界有多种形式的能量，如能、内能、能、电能、化学能、能等。(2)能量的转移与转化：能量可以从一个物体到另一个物体，如发生碰撞或热传递时；也可以从一种形式为另一种形式，如太阳能电池、发电机等。(3)能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从，而在转化和转移的过程中，能的。2、能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从。3、“第一类永动机”永远不可能实现，因为它违背了。1.把一乒乓球压入盛有水的烧杯底部(如图所示)，松手后，乒乓球上升至水面最后漂浮在水面上．乒乓球在上升的过程中，它的机械能不断增加．下列关于乒乓球机械能来源的说法中正确的是()A.是由水的内能转化来的B.是由水的重力势能转化来的C.是由乒乓球的内能转化来的D.是由乒乓球的化学能转化来的2.关于能量的转移和转化，下列判断正确的是()A.热量可以从低温物体转移到高温物体B.能量转移和转化没有方向性C.电取暧器辐射到房间里的热量可以再利用D.汽车由于刹车散失的热量可以再自动地用来驱动汽车3.有关能量守恒定律，下列说法中正确的是()A.能量守恒定律只适用于机械能与内能的相互转化B.能量守恒定律只适用于能量转化过程C.“摩擦生热”是创造了热，它不符合能量守恒定律D.按照能量守恒定律，宇宙中的能量总和永远不会增减4.下列说法中错误的是()A.能的转化和守恒定律只适用于物体内能的变化B.只要有能的转化和转移，就一定遵守能量守恒定律C.能的转化和守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器D.任何一种形式的能在转化为其它形式的能的过程中，消耗了多少某种形式的能量，就能得到多少其它形式的能量，而能的总量保持不变5.如图是某科技馆的一台“永动机”．由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，进入热水后因叶片伸展“划水”而转动，离开热水后叶片形状迅速复原．关于该“永动机”的说法正确的是()A.科技发展制造出了永动机B.转动会使水温升得更高C.记忆合金是一种新型化合物D.水的内能转化为转轮的机械能6.内燃机是用燃料燃烧的内能来做功的．图甲中问号部分的能量是表示________热量．如图所示的设计是上面水箱里的水冲到叶轮上，带动水泵旋转把下面水箱的水又抽到上面水箱中，从而实现了能量的转化和守恒．这样的设计________实现(填“能”或“不能”)．7．1799年，英国科学家戴维在《论热、光和光的复合》论文中，描述了一个实验：在一个同周围环境隔离开来的真空容器里，将两块冰互相摩擦，冰熔化成水，水的内能大于冰的内能，他对这一现象的解释，促使了分子动理论的建立就这一现象，下列说法正确的是（）A．水的内能不可能比冰的内能大 B．在摩擦冰的过程中，冰的一部分内能转移到水中，使水的内能大于冰的内能 C．在摩擦冰的过程中，机械能转化为内能，使水的内能大于冰的内能 D．在摩擦冰的过程中，机械能转化为内能，消耗的机械能比水增加的内能少8．火电厂最主要的设备是锅炉、汽轮机和发电机，它们安装在发电厂的主厂房内。下列关于主厂房内发生的能量转化顺序的描述正确的是（）A．燃料的化学能→机械能→内能→电能 B．燃料的化学能→内能→机械能→电能 C．燃料的化学能→内能→势能→电能 D．燃料的化学能→动能→内能→电能9．下列关于能量的说法中（）①燃料燃烧时，化学能转化为内能；②加热电器工作时，内能转化为电能；③“烤火取暖”，说明内能可以转移；④能量无论是转化还是转移，能量总和会逐渐减少A．只有①③正确 B．只有①②正确 C．只有③④正确 D．只有②④正确巩固练习1..一台单缸4冲程柴油机飞轮的转速是1800r/min，则柴油机每秒()A.完成30个冲程，做功30次B.完成60个冲程，做功60次C.完成60个冲程，做功15次D.完成120个冲程，做功30次2.图中是汽油机上作的四个冲程的示意图，其中表示做功冲程的是()A．B．C．D．3.关于四冲程汽油机的工作过程有以下几种说法：①在压缩冲程中，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汽油机和柴油机的点火方式相同以上说法中正确的是()A.只有②③B.只有①②③C.只有②④D.只有①③4.下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况．关于对图中①②③④的补充正确的是()A.①做功冲程②内能转化为机械能③压缩冲程④机械能转化为内能B.①压缩冲程②内能转化为机械能③做功冲程④机械能转化为内能C.①做功冲程②机械能转化为内能③压缩冲程④内能转化为机械能D.①压缩冲程②机械能转化为内能③做功冲程④内能转化为机械能5.甲、乙两汽车，甲的汽油机效率比乙的汽油机效率高，这表明()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.以相同的牵引力行驶相同的路程，甲耗油比乙少6.如图表示汽油机的____