教科版初三物理第3讲热机内燃机热机效率学生版方庄侯利沙.docx
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教科版初三物理第3讲热机内燃机热机效率学生版方庄侯利沙
热机、内燃机、热机效率
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
1、知道热机的定义,会用热值公式去计算;
2、了解内燃机的工作原理和能量转化;
3、知道热机的效率及提高效率的途径;
4、了解能量转化和守恒。
一、内能的利用----热机
1、内能的利用
获得内能
燃料的燃烧——化学能转化为内能
利用内能
加热
从能的角度看,这是内能的转移过程
做功
从能的角度看,这是内能转化为机械能
2、热值
定义
燃料 燃烧放出的 Q与燃料质量m的比,叫做这种燃料的热值
单位
J/kg;J/m3
公式
Q= ;Q=Vq(q为热值)
物理意义
酒精的热值是3.0×107J/kg,表示:
1kg酒精完全燃烧放出的热量是
3.0×107J
煤气的热值是3.9×107J/m3,表示:
煤气完全燃烧放出的 是
3.9×107J
对热值的理解:
(1)热值是物质的一种燃烧特性,只与燃料的种类有关,与燃料的形态、质量、体积、燃烧情况等均无关;
(2)对于热值的概念,要注重理解三个关键词“1kg”“某种燃料”“完全燃烧”。
3、热机
定义
利用燃料的燃烧获取内能并转化为机械能的装置
能的转化
内能转化为机械能
应用
蒸汽机、内燃机、喷气发动机等
4、内燃机
定义
热机工作时,燃料在汽缸内燃烧,产生的燃气直接推动活塞做功,这种机器叫活塞式内燃机
应用
汽油机和柴油机
工作过程
每一个工作循环分为四个冲程:
吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程
吸气、压缩和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的,做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程
做功冲程是由内能转化为机械能;压缩冲程是机械能转化为内能
说明:
1个工作循环→4个冲程→飞轮转2周→活塞往复运动两次→对外做功1次
5、热机效率
定义
热机所做有用功与所用燃料完全燃烧放出的热量之比叫做热机的效率
公式
η=W有用/Q总=W有用/qm
提高效率
途径
①使燃料充分燃烧;
②尽量减小各种热量损失;
③机件间保持良好的润滑、减小摩擦。
说明:
热机的机械效率总小于1,主要是由于燃料不能完全燃烧、废气带走一部分热量、克服摩擦做功、热传递损失能量等。
6、内能的利用和环保
污染类型
①废气污染;②噪声污染
危害
废气污染大气不但直接有害人体健康,而且影响植物和水生物正常生长,甚至影响全球气候
减少污染主要措施
①改进燃烧设备,加装消烟除尘装置;
②集中供热;
③改用气体燃料,普及煤气和天然气;
④充分开发利用污染少和无污染的新能源
7、热效率计算四方面
1.煤炉:
η热=
=
。
2.燃气炉:
η热=
=
。
3.电热器:
η热=
=
。
4.太阳能热水器:
η热=
=
。
8、能量的转化和守恒
能量既不会凭空 ,也不会凭空 ,它只会从一种形式 为其他形式,或者从一个物体 到另一个物体,而在 和 的过程中,能量的总量保持 。
题型一:
热量、热值的计算
例1、(2014•大连)一个简易的太阳能热水器,它的主要部分是一个敞口水箱,水箱内水深0.5m,水的质量为200kg。
在阳光照射下,水的温度从20℃上升到35℃。
水的比热容是4.2×103J/(kg•℃),水的密度是1.0×103kg/m3,煤的热值是3.0×107J/kg,g取10N/kg。
试求:
(1)水对水箱底的压强是多大?
(2)水吸收的热量是多少?
(3)这些热量相当于完全燃烧多少千克煤所放出的热量?
题型二:
热值定义
例1、汽油的热值是4.6×107J/kg,现有汽油500g,若燃烧一半,则剩余汽油的热值是 J/kg
题型三:
热机
例1、对于如图所示实验,下列说法正确的是( )
A.试管口出现的白雾是水蒸气内能增加
B.加热试管中的水,是用做功的方式使水的内能增加
C.木塞冲开,水蒸气对木塞做功,水蒸气的内能减少
D.木塞冲开,能量转化情况与内燃机压缩冲程相同
题型四:
内燃机四冲程
例1、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
解析:
图中的气门关闭,活塞下行,并且电火花打火,这是做功冲程的特点;在做功冲程中,能量转化关系是气体的内能转化为机械能
题型五:
热机的效率
例1、如图所示为内燃机的能流图,则内燃机的效率可表示为( )
A.
η=
×100%
B.
η=
×100%
C.
η=
×100%
D.
η=
×100%
题型六:
能量守恒
例1、(2014•岳阳)根据能量守恒定律,以下情形可能发生的是()
A.出膛的子弹射穿木板,以更快的速度继续前进
B.电水壶里的水沸腾了,给该电水壶断电,水的沸腾却永远不会停止
C.两个斜面相对接,小球从左斜面滚下后,继续冲上右斜面
D.孤岛上被人们遗忘的一只机械表,默默地走了几十年
基础演练
1、热机是把_______能转化为_______能的机器;在热机里,用来做__________的那部分能量,与燃料__________放出的能量之比,叫做热机效率。
2、内燃机的特点是:
燃料在__________燃烧,生成_______的燃气,燃气推动活塞_______,将_______能转化为_______能。
3、内燃机的工作过程由_______、_______、_______、_______四个冲程组成,内燃机中,将机械能转化为内能的是
_______冲程,将内能转化为机械能的是_____
__冲程。
4、_____
_____叫做这种燃料的热值.热值的单位是_______,符号是_______。
5、喷气式发动机有两种,需要用大气中的氧气来助燃的是
__________发动机,这种发动机在__________上使用;自带燃料和氧化剂的是__________发动机,它工作时不需要空气,可以在大气层外工作能够用来发射__________。
6、热机所做与所用燃料完全燃烧释放的之比叫做热机的效率.
热机效率通常用来表示。
例如:
蒸汽机的效率一般在左右;汽油机的效率为;柴油机的效率为。
7、随着人们生活水平的提高,轿车已逐步进入我国普通百姓家中。
已知某国产骄车每行驶100km消耗8L汽油(1L=10-3m3),汽油的密度为0.71×
103kg/m3、热值为4.6×l07J/kg.则
(1)10kg汽油完全燃烧时所产生的热量是_________J。
(2)该汽车行驶100km消耗的汽油的质量是________kg。
(3)当该汽车以50kW的功率在平直公路上以72km/h的速度匀速行驶时,它所受到的阻力等于________N。
8、汽油机在某个冲程中,进气门和排气门都关闭,活塞向上运动,此冲程是()
A.吸气冲程B.压缩冲程
C.做功冲程D.排气冲程
9、关于热机错误的说法是()
A.利用内能来做功的机器叫热机
B.蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机都叫热
机
C.一切热机的工作过程都包括四个冲程
D.用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率
10、关于燃料的热值,以下说法正确的是()
A.燃料的热值与燃料的燃烧情况有关
B.容易燃烧的燃料,热值一定大
C.煤的热值比干木柴大,燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多
D.0.5g汽油和2kg汽油,它们的热值是一样的
11、甲、乙两台汽油机,甲的效率比乙高,则()
A.甲每秒钟做的功比乙每秒钟做的功多
B.甲消耗的汽油
比乙消耗的汽油少
C.消耗同
样多的汽油,甲做的有用功比乙做的
有用功多
D.做同样多的有用功,甲消耗
的汽油比乙消耗的汽油多
12、甲乙两台柴油机,甲的效率低于乙的效率,意义是( )
A.甲的功率大于乙的功率
B.甲消耗的燃料多于乙消耗的燃料
C.乙将燃料燃烧放出的能变成有用功的那部分能的比例比甲大
D.工作相同时间甲消耗的燃料一定比乙少
13、如图所示,试管内装有水,橡皮塞塞住管口,加热使水沸腾,水沸腾后看到的现象是___________,在这个过程中能量的转化是__________,__________就是根据这种道理制成的。
14、已知干木柴的热值是1.2×107J/kg,完全燃烧0.7kg干木柴能放出多少热量?
假设这些热量全部被水吸收,能使多少千克水的温度由20℃升高到70℃?
已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃).
巩固提高
15、下列关于热机和环境保护的说法中正确的是()
A.热机的大量使用会造成环境污染
B.所有的热机都是用汽油作燃料
C.汽车排出的尾气都是有毒气体
D.热机所产生的噪声,可以被热机上的消声器完全消除
16、当手扶拖拉机的柴油机出现故障而使转速急剧增加,正常操作已经不能使它停转时,下列应急措施中可行的是()
A.捂住进气口
B.立即找一个隔热的东西捂住排气口
C.脚踩刹车板,同时手拉制动器
D.让它空转,等油全部耗完自动停下
17、一台单缸四冲程汽油机,它的转速是800rad/min,做功冲程工作时推动活塞一次做功1500J,那么这台汽油机的功率为()
A.10kWB.15kWC.20kWD.1200kW
18、一台单缸四冲程柴油机转速为1200转/min,
则柴油机1s内( )
A.完成20个冲程,做功20次 B.完成40个冲程,做功40次
C.完成40个冲程,做功10次 D.完成20个冲程,做功10次
19、(2015.滨州)汽车已经成为现代生活不可缺少的一部分,汽车多数采用汽油机作为发动机,如图是四冲程汽油机的工作循环示意图,下列说法中不正确的是()
A.甲冲程是把机械能转化为内能
B.乙冲程是排气冲程
C.丙冲程是把机械能转化为内能
D.丁冲程是吸气冲程
20、(2015•东营)在内燃机的“吸气”、“压缩”、“做功”、“排气”四个冲程中,将内能转化为机械能的是___________冲程;常用水来给内燃机降温,是因为水的__________比较大。
21、(2015•广元)对于图中所示的四幅图,下列说法中正确的是( )
A.甲图中软木塞飞出时,管内水蒸气的内能增加
B.乙图中两个压紧的铅块能吊起钩码,主要是因为分子间存在引力
C.丙图中活塞向上运动是内燃机的做功冲程
D.丁图中小朋友下滑时,内能转化为机械能
22、(2015•广州)如图5所示,在一个配有活塞的厚玻璃筒内放一小团硝化棉,迅速下压活塞,硝化棉燃烧。
下列说法正确的是()
A.迅速向上抽活塞,硝化棉也能燃烧
B.此实验只通过热传递改变筒内空气的内能
C.下压活塞的过程,空气的内能转化为活塞的机械能
D.硝化棉燃烧,是因为玻璃筒内空气的温度升高,内能增大
23、(2015•菏泽)水与我们的生活息息相关,下列有关水的物理量间的关系图线中,正确的是( )
A.水的压强与深度B.水的密度与体积C.水的密度与质量D.水的比热容与温度变化
24、(2015•济南)美丽的泉城济南,宗山清水秀、景色怡人。
以下泉城美景的形成,与“分子动理论”有关的是()
A.趵突泉.泉水清澈见底
B.千佛山.寺内暮鼓晨钟
C.大明湖.湖面荷花飘香
D.植物园.处处花团锦簇
25、(2015•济南)关于右图所示的实验.下列说法正确的是()
A.这个实验说明物体内能可用来对外做功
B.对木塞做功的过程中水蒸汽的内能增加
C.此过程中蒸汽内能转化为木塞的机械能
D.这个实验基本反映出了热机的工作原理
26、一辆小汽车油箱内装满35kg汽油,司机小王驾车到某城市执行任务,路程为300km。
在高速公路上匀速行驶时,车受到的阻力是920N。
(汽油完全燃烧产生的内能有30%转化为机械能;汽油的热值为4.6×107J/kg)求:
(1)汽车到达目的地牵引力所做的功。
(2)通过计算说明汽车在行驶途中是否需要加油。
1、(2015•贵港)如图所示是四冲程汽油机的其中一个冲程的剖面图,下列说法正确的是( )
A.该冲程是压缩冲程
B.该冲程中活塞向上运动
C.该冲程是内能转化为机械能的过程
D.该冲程是机械能转化为内能的过程
2、(2015•河北)(多选)下列说法正确的是()
A.两杯水温度相同,内能也一定相同
B.热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递
C.由于水的比热容大,工厂里的冷却塔通常用水作为冷却物质
D.质量、初温相同的水和煤油放出相同热量后,水的温度高于煤油的温度
3、(2015•济宁)将2个分别装有空气和红棕色二氧化氮气体(ρ二氧化氮>ρ空气)的玻璃瓶口对口对接,中间用玻璃板隔开.抽开隔板后,通过观察瓶内颜色变化推断气体分子是否作无规则运动.对于玻璃瓶的三种放置方法(如图所示),四位同学判断正确的是( )
A.小华认为甲图放置最不合理
B.小夏认为乙图放置最不合理
C.小梦认为丙图放置最不合理
D.小满认为三种放置方法都不合理
4、(2015•济宁)小夏在探究“物质的放热能力与哪些因素有关”
时,分别用质量相等的水和另一种液体进行了实验,并用图
象对实验数据进行了处理,如图所示实验中,水和另种液体
在相同时间内放出的热量相等.分析图象可以得出:
甲物质为
水,另一种液体的比热容为 J/(Kg•℃)。
5、行驶中的汽车在紧急刹车时,刹车片会发烫这是通过的方式增加了物体的内能,若汽车行驶过程中消耗汽油2kg,,这些汽油完全燃烧时放出______J的热量。
(汽油热值4.6×107J/kg)
6、(2015•桂林)桂林“两江四湖”为国家4A级旅游景区.湖水对周围气温起到很好的调节作用,这是由于水的 较大;秋天漫步在湖边林荫道上,闻到阵阵桂花花香,这属于 现象
7、(2015•贵港)某太阳能热水器装有质量为200kg的水,在阳光的照射下,该热水器中的水的温度从15℃升高到65℃,求这些水吸收的热量是多少?
[水的比热容为4.2×103J/(Kg•℃]
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1、四冲程内燃机工作的共同特点错误的是()
A.都有燃料进入汽缸
B.将燃料燃烧放出的内能传递给工作物质,使工作物质受热膨胀,对外作功
C.都能把燃料燃烧所释放出的内能全部转化为机械能
D.一个工作循环中有三个冲程都要靠飞轮的惯性来完成
2、一台柴油机,有Mkg柴油完全燃烧时,放出7.5×108J的热量,要损失4.5×108J的能量,可知该柴油机的效率是( )
A.30% B.40% C.48% D.60%
3、下列措施不属于加剧地球的温室效应的是( )
A.现代工业大量燃烧煤炭和石油
B.人类大量砍伐森林
C.植物光合作用对二氧化碳的大量消耗
D.人类生活中诸如取暖等活动日益频繁
4、柴油机是工农业生产中常用的热机,已知某型号柴油机的效率是30%,在柴油机内完全燃烧2kg柴油能放热 J,这些热通过该柴油机的转化能对外做有用功 J.(柴油的热值为3.3×107J/kg)
5、以下关于能量转化的叙
述中错误的是( )
A.电饭锅工作时,将电能转化为内能
B.汽油机
做功冲程,将机械能转化为内能
C.电动机车行驶时,将电能转化为机械能
D.绿色植
物的光合作用,将光能转化为化学能
6、(2014秋•深圳期末)两台四冲程汽油机在相同时间内,甲做的有用功是乙的3倍,甲机的热机效率是20%,乙机的热机效率是25%,则甲、乙两机消耗的汽油质量之比是( )
A.
12:
5
B.
5:
12
C.
15:
4
D.
4:
15
7、(2014春•同安区校级期中)柴油机的效率比汽油机高,是由于( )
A.柴油的热值比汽油的热值大
B.柴油的比热容比汽油的比热容大
C.柴油的密度比汽油的密度大
D.柴油机气缸里的燃气产生的压强比汽油机里的大
8、(2014秋•洪湖市校级月考)两辆排量相同的小汽车以相同的速度行驶相同的路程,则( )
A.耗油量小的那辆汽车的内燃机做功少
B.耗油量大的那辆汽车的内燃机做功快
C.耗油量小的那辆汽车的内燃机效率高、性能好
D.两辆汽车的热机效率相同
9、(多选)如图所示为小艳家新买的一辆小汽车.周末,爸爸开车带着小艳出去游玩,途中,这辆汽车在1h的时间内,在水平路面上匀速行驶了72km,消耗汽油6kg.若已知该汽车发动机的功率(即牵引力的功率)为23kW,汽车(包括车上的人和物品)质量为1.5t,汽油的热值为4.6×107J/kg,g=10N/kg.则关于上述1h的行驶过程,下列分析正确的是( )
A.该汽车对路面的压力大于1.5×104N
B.该汽车克服阻力做的功是2.3×104J
C.该汽车的牵引力是1.15×103N
D.该汽车发动机的效率是30%
10、如图是内燃机的能流图,则内燃机的效率可表示为η= 100%
(用字母表示)。
11、随着经济的发展,汽车已进入了普通百姓的家庭.
(1)在挑选汽车时,发动机(汽油机)效率的高低是区分汽车优劣的重要指标之一.有经验的司机可以通过闻尾气的气味做出初步的判断.输出功率相同时,汽油味越淡,汽车发动机效率越 (填“高”或“低”),原因是汽油味越淡, 。
(2)某单缸汽油发动机汽缸的活塞面积是120cm2,做功冲程中活塞移动的距离是30cm,气体的平均压强是5×105Pa,汽油的热值是4.6×107J/kg,每次做功耗油0.2g,气体一次膨胀对活塞做的功是 J;若每次做功过程中汽油的90%完全燃烧,每次汽油燃烧放出的热量是 J;排气过程中,废气温度 ,内能 。
(3)汽油机的效率很低,主要原因之一是 带走了大量的能量。
12、某型号单杠四冲程汽油机上标有1380转/分钟,其活塞在做功冲程中通过的体积为1.8×10﹣4m3,燃气的平均压强为p=1.0×106pa,如果此工作状态下每分钟消耗10g汽油,那么汽油机把内能转化为机械能的效率是 。
13、(2015•中山模拟)汽油机是热机的一种.如图是四冲程汽油机工作状态示意图,
如图可以看出,此时它正处在 冲程.某单缸四冲程汽油机在1s内完成了
60个循环,则该汽油机工作时飞轮的转速为 R/min。
常用水来冷却发动机,
是因为水的 比较大。
14、(2015•德阳)体积为0.28m3、热值为3.6×107J/m3的煤气完全燃烧放出的热量为 J;若这些热量的50%被温度为20℃、质量为30kg的水吸收,则水的末温是 ℃。
[水的比热容是4.2×103J/(kg•℃)]
15、(阅读理解题)乌鲁木齐是全国大气污染最严重的城市之一,每年的10月15日到次年的4月15日,在长达半年的采暖期内,遍布城区和郊区的成千上万台大大小小的锅炉,便同时炉火升腾,每年都要烧掉800万吨煤炭,向天空排放出6万多吨烟尘,9万多吨二氧化硫……分摊到首府200万市民,每人可得到3千克烟尘、4.5千克二氧化硫等来自空中的“礼物”,再加上近万辆出租车,公交车排出的尾气……为此市政府和环保部门付出了很大的努力,出台了许多政
策.假若你是环保小卫士,你会提出哪些合理的建议改善这种状况,还首府一片蓝天?
(至少答三种)
16、(2014秋•台安县期中)一辆汽车牵引力是4000N,行驶10km,消耗3kg的汽油,这辆车的效率是多少?
(汽油的热值是4.6×107J/kg)。
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