第十四章 内能的利用.docx
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第十四章内能的利用
第14章内能的利用
第1节热机
【知识归纳】
1.内能的利用方式:
⑴利用内能来加热;从能的角度看,这是内能的转移过程。
⑵利用内能来做功;从能的角度看,这是内能转化为机械能
2.热机是利用内能做功的机械
3.内燃机分为汽油机和柴油机两大类
4.活塞在汽缸内往复运动时,从汽缸的一端运动到另一端的过程,叫做一个冲程
5.多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作,一个工作循环,曲轴和飞轮转动2周,活塞往复2次,对外做功1次。
6.吸气冲程:
进气阀门打开,排气阀门关闭,活塞向下运动,
压缩冲程:
进气阀门,排气阀门都关闭。
活塞向上运动。
机械能转化为内能
做功冲程:
进气阀门,排气阀门都关闭。
火花塞点火。
活塞向下运动。
内能转化为机械能。
(只有做功冲程对外做功)
排气冲程:
进气阀门关闭,排气阀门打开。
活塞向上运动。
排除废气
7.汽油机和柴油机的区别:
汽油机气缸顶部有火花塞,柴油机气缸顶部有喷油嘴;汽油机吸气冲程吸入的是汽油与空气的混合物,柴油机吸气冲程只吸入空气;汽油机点火方式为点燃式,柴油机点火方式压燃式;汽油机的效率低,柴油机效率高;汽油机机体较轻,柴油机机体较重。
【习题精练】
1.在四冲程汽油机工作过程中,将内能转化成机械能的冲程是( )
A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程
2.如图所示为汽油机工作过程的示意图,按照吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程的顺序排列,正确的是( )
A.甲乙丁丙 B.甲丁乙丙 C.甲丙丁乙 D.甲丁丙乙
3.四冲程内燃机的一个工作循环,只有______冲程是将内能转化为机械能;汽油机吸气冲程吸入的是。
4.柴油机和汽油机在构造上的区别是,柴油机顶端有________,汽油机顶端有________。
5.汽油机吸气冲程吸入汽缸内的物质是( )
A.柴油 B.汽油和空气 C.汽油 D.空气
6.关于四冲程汽油机的工作过程有以下几种说法:
①在做功冲程中,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汽油机在一个工作循环中,只有一个冲程发生能量变化。
以上说法中正确的是( )
A.只有②③ B.只有①③ C.只有②④ D.只有②③④
7.柴油机在压缩冲程末,工作物质的( )
A.压强减小,温度升高
B.压强增大,温度降低
C.压强减小,温度降低
D.压强增大,温度升高
8.在如图所示的四幅图中,甲、乙是两个演示实验示意图;丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图,与压缩冲程原理相同的是______图所示的演示实验;汽油机利用内能来做功的冲程是________图所示的冲程。
9.汽车是我们生活中常用的交通工具,汽油机是汽车的动力设备。
如图所示是四冲程汽油机工作中一个冲程的示意图,则此冲程是( )
A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程
10.现代汽车的发动机一般都是四冲程内燃机,若四个冲程如图所示,则从吸气冲程到排气冲程的顺序是__________(填写字母)。
若飞轮的转速为3000r/min,则在1s内,对外做功的次数是______次。
11.如图是汽油机工作的四个冲程,其中表示机械能转化为内能的冲程是( )
12.如图14-1-5所示是汽油机______冲程,该冲程工作时将________能转化为____能。
13.辽宁舰”服役,圆了中国航母梦。
如图14-1-6中甲为航母上简化的蒸汽弹射装置,能带动舰载机在两秒内达到起飞速度。
汽缸内蒸汽体积膨胀,对外做功,内能______(选填“增大”“减小”或“不变”),同时推动活塞,使舰载机获得巨大的牵引力。
这一过程中发生的能量转化与图中____(选填“乙”或“丙”)相同。
14.科学家发明了一款单缸六冲程内燃机,它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同,在第四冲程结束后,立即向汽缸内喷水,水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气,推动活塞再次做功,水蒸气温度________(选填“升高”“降低”或“不变”),其内能________(选填“增大”“减小”或“不变”),这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能,提高了热机的________。
为进入下一个工作循环,这款内燃机的第六冲程是________冲程。
第2节热机的效率
【知识归纳】
1.热值:
①概念:
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。
②大小:
热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
③热值的单位由热量的单位和质量的单位组合而成。
在国际单位制中,热量的单位是焦耳,质量的单位是千克,则热值的单位是焦每千克,符号是J/kg。
④公式:
q=Q放/m(或q=Q放/V一般用于气体燃料)(其中m为燃料的质量,V为燃料的体积,q为燃料的热值)
⑤公式变形:
Q放=mq(或Q放=Vq)m=Q放/q
⑥热值是燃料本身的一种特性,只与燃料的种类有关,与燃料的形态、质量、体积等均无关⑦煤气的热值约为3.9×107J/m3,物理意义为:
体积为1m3的煤气完全燃烧放出的热量为3.9×107J。
⑧焦炭的热值3.0×107J/kg,物理意义为:
质量为1kg的煤气完全燃烧放出的热量为
3.0×107J。
2.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,公式:
η=w有/Q放×100%
3.在热机的能量损失中,废气带走的能量最多
【习题精练】
1.“可燃冰”作为新型能源,有巨大的开发潜力。
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,这表示“可燃冰”的( )
A.热量很大 B.温度很高 C.热值很大 D.比热容很大
2.质量为5kg的汽油,用去一半后剩下的汽油( )
A.密度、比热容、热值都变为原来的一半
B.密度不变、比热容、热值变为原来的一半
C.密度、比热容变为原来的一半,热值不变
D.密度、比热容、热值都不变
3.历经多年的中俄天然气进口谈判近日终于达成协议,已知天然气的热值q=7×107 J/m3,小明家完全燃烧10dm3天然气,放出的热量为________J,使用天然气时会闻到一股味道,这是______现象。
4.关于热机的效率,下列说法中正确的是( )
A.热机做的有用功越多,效率一定越高
B.热机做功的功率越大,效率一定越高
C.热机用的燃料越少,效率一定越高
D.热机做一定的有用功,消耗的燃料越少,效率一定越高
5.燃气灶烧水时,把质量为2kg、初温为20℃的水加热到100℃,共燃烧了0.02m3天然气(假设天然气完全燃烧)。
已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值为8.4×107 J/m3。
求:
(1)水吸收的热量;
(2)天然气完全燃烧放出的热量;
(3)燃气灶烧水时的效率。
6.关于燃料的热值,下列说法正确的是( )
A.燃料的热值与燃料的燃烧情况有关
B.容易燃烧的燃料的热值一定大
C.煤的热值比干木柴的大,煤燃烧放出的热量比干木柴放出的热量多
D.0.5kg煤油和1.5kg煤油的热值一样大
7.为节约能源,需提高热机的效率,下列措施中不能提高热机效率的是( )
A.尽量使燃料充分燃烧
B.尽量减少热机部件间的摩擦
C.尽量减少废气带走的热量
D.尽量增加热机的工作时间
8.小华家在遂宁偏远的农村,还没用上天然气,使用的是瓶装液化气。
如果每瓶中装入20kg液化气,液化气的热值取4.2×107 J/kg,则每瓶液化气全部完全燃烧放出的热量是______J,若放出的热量有50%被利用,在标准大气压下可把______kg的水从20℃加热至沸腾[(c水=4.2×103 J/(kg·℃)],一次烧水过程中,水烧开后,她看到锅盖向上跳动,其原因是水蒸气的____能转化为锅盖______能。
9.两种燃料的热值之比为2∶1,它们的质量之比为1∶4,那么这两种燃料完全燃烧放出的热量之比为( )
A.1∶2 B.2∶1 C.8∶1 D.4∶1
10.一台汽油机在一个工作循环中消耗了10g的汽油(热值为4.6×107 J/kg),这些汽油完全燃烧产生的热量是________J。
若这台汽油机的效率为30%,则一个工作循环中输出的有用机械能为________J。
11.太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之一,某品牌太阳能热水器每小时平均接收4.2×106 J的太阳能,在5小时的有效照射时间内,将热水器中质量为100kg、初温为20℃的水的温度升高到40℃。
求:
(1)热水器中的水吸收的热量Q;[水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃)]
(2)热水器的效率η。
12.下列关于热值和热机效率的描述,正确的是( )
A.使燃料燃烧更充分,可以增大热值
B.使燃料燃烧更充分,可以提高热机效率
C.燃料燃烧释放的热量越大,热值越大
D.热值和热机效率都是定值,与外界条件无关
13.人人讨厌垃圾,对其避之不及,现在人们已可将垃圾变废为宝,如通过在封闭的炉中焚烧垃圾,臭气能得到分解,焚烧时产生的热可用来发电,利用化学方法将焚烧时产生的一些物质可合成多种化工产品。
某处理厂在高温高压下通过催化剂的作用可以用1吨某种垃圾生产出170kg的燃料油。
问:
若燃料油的热值为4.2×107 J/kg,完全燃烧1kg这种燃料油放出的热量是______J,这些热量可以使______kg的水温度从20℃升高到100℃,c水=4.2×103 J/(kg·℃)。
14.某学习小组同学想研究酒精灯烧水时的热效率。
他们用酒精灯给100g的水加热,经过一段时间测得水温升高了60℃,消耗了4.2g酒精。
已知:
水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),酒精的热值为3×107 J/kg。
求:
(1)此过程中水吸收的热量;
(2)4.2g酒精完全燃烧放出的热量;
(3)酒精灯烧水时的热效率。
15.发动机是汽车的核心部件,发动机的质量决定了整车的性能和品质,现代汽车发动机主要分汽油和柴油两类发动机。
若某台以汽油为燃料的汽车,发动机内有四个汽缸,其相关数据如下表所示。
(1)汽车以100km/h速度匀速运动时发动机的输出功率最大,则1min内有用功为________J。
(2)如图14-2-1所示,汽车内燃机一个工作循环包括四个冲程,一个汽缸正常工作四个冲程的顺序是________(对甲、乙、丙、丁重新排序),____图所示的冲程内燃机给汽车提供动力。
(3)汽车排气量是指发动机汽缸的工作容积,汽车排气量越大,功率越大,空燃比是指汽缸内空气和燃油的质量比。
汽车发动机数据表
1min内完成
工作循环
2600次
93#汽油
汽缸内汽油和空气的混合密度
1.35kg/m3
排气量
1.8L
热值
4.6×107 J/kg
发动机
最大功率
75kW
—
空燃比
14∶1
当汽车以100km/h速度匀速运动时,根据表中数据求汽车发动机的效率。
(计算结果保留一位小数)
第3节能量的转化和守恒
【知识归纳】
1.摩擦生热,机械能转化为内能;发电机发电,机械能转化为电能;电动机转动,电能转化为机械能;光合作用,光能转化为化学能;燃料燃烧,化学能转化为内能
2.能量守恒定律:
能量既不会凭空消灭,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。
【习题精练】
1.如图所示实验或事例,属于内能转化为机械能的是( )
2.下列关于能量转化的说法正确的是( )
A.水力发电——内能转化为电能
B.柴油机做功冲程——内能转化为机械能
C.手机充电——电能转化为机械能
D.下落的小球——动能转化为重力势能
3.如图是我国最新型研制的防空利器红旗-9防空导弹进行试射时的场景。
导弹上升过程中,重力势能将________(选填“增大”“减小”或“不变”),因与空气摩擦而生热,其内能将__________(选填“增大”“减小”或“不变”),这是用________方式改变其内能的。
4.下列有关能量转化和守恒的说法正确的是( )
A.用电器通电工作时,将其他形式的能转化为电能
B.氢氧化钠与盐酸反应是放热反应,该反应将内能转化为化学能
C.植物光合作用合成有机物,说明能量可以创生
D.“既要马儿跑,又要马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律
5.汽车正在公路上急驰,突然发现山体滑坡,紧急刹车。
此时刹车片和轮胎都变热,汽车的机械能转化为________能,这一过程是通过________实现的,但能量的总量是________。
6.下列说法中正确的是( )
A.电饭锅工作时,将内能转化为电能
B.电风扇工作时,将机械能转化为电能
C.干电池给灯泡供电时,将电能转化为化学能
D.在阳光照射时,太阳能电池将太阳能转化为电能
7.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
8.如今电动车越来越受到人们的欢迎,行驶中的电动车主要是将____能转化为________能,若电动车在行驶过程中所受外力全部消失,根据________定律可知电动车将保持____________状态。
9.学习了内能及能量的转化和守恒后,同学们在一起梳理知识时交流了以下想法,你认为不正确的是( )
A.做功改变物体的内能是不同形式的能的相互转化
B.热传递改变物体的内能是不同形式的能的相互转化
C.各种形式的能在一定条件下都可以相互转化
D.能量在转化和转移的过程中总会有损耗,但能量的总量保持不变
10.如图所示为生活中常用的热水瓶,其外壁采用镀银的双层玻璃,并将中间抽成真空,这是为了减少________。
注入一定量的热水后,立即盖上软木塞,软木塞会跳起来。
这一过程中瓶内气体的____能转化为软木塞的机械能。
汽油机的________冲程也发生同样的能量转化。
11.目前长沙城区的老居民小区正在进行水路改造,改造中用到了一种打孔工具——冲击钻。
冲击钻工作时,钻头在电动机的带动下不断地冲击墙壁,打出圆孔,如图14-3-3所示。
冲击钻在工作过程中,其能量转化关系是( )
A.内能转化为机械能
B.内能转化为电能
C.只有机械能和内能的转化
D.有电能、机械能和内能的转化
12.关于能量的转化和转移,下列说法错误的是( )
A.电池充电,电能转化为化学能
B.暖瓶塞被热气冲开,机械能转化为内能
C.电动机工作,电能转化为机械能
D.摩擦生热,机械能转化为内能
13.世界上很多发明都是受到生活现象的启发而萌生的创意,比如:
蒸汽机和汽油机,它们工作时,能的转化过程是______________,图中______________________是汽油机的工作原理图。
14.阅读图文,回答问题。
这是一个著名物理学家发现一个伟大定律的实验装置!
仔细观察后回答:
(1)如图14-3-5,装置中的两个配重重力不等,释放后大配重下降,小配重上升;通过反复对调左右两个配重,会使动叶轮不停地转动,从而导致热量计中水的温度______(填变化情况),原因是__________________________,实现的能量转化是____________________。
(2)科学家某次实验测得数据如下:
小配重重力G小=100N,大配重重力G大=520N,每升降一次配重各自移动的距离h=1m,热量计中水的质量m=500g,升降次数与水温变化的关系为:
升降次数
1
2
3
4
5
6
温度变化/℃
0.2
0.39
0.59
0.78
0.98
1.18
通过分析数据,科学家得出了结论:
在上述现象中能量是守恒的!
请你帮他补出计算、判断过程(只需分析一次实验):
(3)知道吗?
这个著名物理学家叫焦耳!
这个伟大的定律叫能量守恒!
刚才你所经历的正是这个伟大工作的一个缩影。
请就此谈一点你的感受。
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