03-热机、热机的效率-【暑假衔接】人教版物理九年级预习讲义

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人教版初中物理八升九暑假预习讲义03-热机、热机的效率
知识点一、热机
1.【实验观察】
如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住，加热使水沸腾，会看到什么现象？
实验现象：____________________
实验结论：
结论1：酒精燃烧的化学能转化为水和水蒸汽的___________。
结论2：水蒸汽对活塞做功，又将内能转化成__________，从而使活塞获得了动力。
2.定义：燃料的化学能通过燃烧转化为内能，又通过做功，把内能转变成机械能。从而使机械获得动力。
（1）工作原理：燃料在燃烧时，将化学能转化为内能，内能转化为机械能
（2）热机的种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
3.内燃机:燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机叫内燃机。主要有汽油机和柴油机两种。
【经典例题1】如图所示，用酒精灯给水加热一段时间后，观察到软木塞冲出试管口．
（1）软木塞冲出过程中，__________改变水蒸气的内能．
（2）此过程中，水蒸气减少的内能转化为软木塞的__________能，此过程与热机的__________冲程相似．
【经典例题2】下列对内燃机的有关叙述，错误的是（ ）
A. 内燃机是内能转化为机械能的装置
B. 内燃机用水冷却，是因为水的比热容大
C. 内燃机排出的废气无污染，是一种环保型的机器
D. 内燃机靠产生的高温、高压气体对外做功
【变式训练2】 下列有关内燃机的说法正确的是 （ ）
A. 做功冲程靠飞轮的惯性完成B. 压缩冲程时把内能转化为机械能
C. 汽油机和柴油机都是“压燃式”点火D. 内燃机一个工作循环对外做功一次
知识点二、汽油机
1.汽油机：利用气缸内燃烧汽油产生高温高压的燃气来推动活塞做功的热机
2.工作过程：
（1）一个冲程：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。
（2）一个工作循环：把这四个冲程称为发动机的一个工作循环。
3.汽油机的构造
4.汽油机的工作过程
【经典例题1】 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（ ）
A. B. C. D.
【变式训练1】 图为汽油机工作过程中某一冲程的示意图，此冲程的名称及能量转化是（ ）
A. 吸气冲程，内能转化为机械能 B. 压缩冲程，机械能转化为内能
C. 做功冲程，内能转化为机械能 D. 排气冲程，机械能转化为内能
【经典例题2】如图所示，甲图中向盒内滴入数滴酒精，再将盒盖盖紧，然后揿动电火花发生器的按钮，看到盒盖飞出去。在此过程中，酒精燃烧后的燃气的____能转化为塞子的____能。图___中（选填“乙”或“丙”）汽油机的工作过程与这一实验过程中能量的转化是一致的，而另一幅图所示的工作过程叫____冲程。若某四冲程汽油机在工作时转速为3600r/min，则每秒有___个做功冲程。
【变式训练2】 一台四冲程内燃机的飞轮转速为3600 r/min，以下说法正确的是（ ）
A. 工作过程中能量转化顺序是内能→化学能→机械能
B. 它在1 s内完成了120个冲程
C. 完成一个工作循环所花的时间为
D. 每个做功冲程对活塞做功1500 J，则它的平均功率为10 kW
知识点三、柴油机
1.工作原理：利用气缸内燃烧柴油所产生的高温高压的燃气来推动活塞做功
2.主要构造
3.工作过程：与汽油机大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，在一个工作循环中，曲轴和飞轮转动两周，对外做功一次
4.汽油机和柴油机比较
5.内燃机的应用
（1）汽油机的应用：汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞机和小型农业机械上面。
（2）柴油机的应用：柴油比较便宜，但柴油机比较笨重，主要用在载重汽车、拖拉机、坦克上面。
【经典例题1】柴油机和汽油机在一个工作循环中的四个冲程完全相同的冲程是（ ）
A. 吸气、压缩B. 压缩、排气
C. 吸气、压缩、排气D. 排气
【变式训练1】 一台柴油机飞轮的转速为2400r/min，则在1s内，柴油机完成__个冲程；对外做功的次数是__．
知识点四、热值
1.定义：某种燃料完全燃烧放出的__________与其_________之比，叫做这种燃料的热值。
（1）热值是燃料的一种特性，其大小与物质的种类有关，与燃料是否完全燃烧_______。
（2）“完全燃烧”的含义是烧完、烧尽。
2.符号：q
3.公式：
适用于固体，液体燃料：
适用于气体燃料：
q表示热值，单位J/kg J/m3
Q表示放出的热量，单位J
m表示质量，单位kg
V表示体积，单位m3
4.物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
5.了解燃料的热值表
【经典例题1】 “可燃冰”是一种新型能源．同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量可达到煤气的数十倍，这说明“可燃冰”的____________很高．
【变式训练1】2019年6月25日02时09分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射第四十六颗北斗导航卫星。中国北斗定位能精确到几厘米。发射卫星的火箭常使用液态氢作为燃料,主要是因为液态氢具有( )
A. 较低的凝固点B. 较低的沸点C. 较大的比热容D. 较大的热值
【经典例题2】对于燃料的热值，下列说法中，属于正确理解的是（ ）
A. 热值是一个确定的值，跟燃料的质量及燃料燃烧放出的热量无关
B. 燃料的热值跟燃料的质量成正比
C. 燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比
D. 热值是一个确定的值，跟燃料的种类及燃料燃烧的充分程度有关
【变式训练2】将一瓶酒精用去三分之二，则剩余部分酒精的密度、比热容和热值的大小，下列说法正确的是（ ）
A. 都变为原来的三分之一
B. 密度、比热容不变，热值变为原来的三分之一
C. 都不变
D. 热值不变，密度、比热容变为原来的三分之一
【经典例题3】菜油最适宜的烹饪温度在150℃至180℃之间．用天然气将质量为0.02kg的菜油从室温20℃加热到170℃，天然气燃烧释放出的热量有60%被菜油吸收．则菜油吸收了_______J热量，燃烧了______m-3的天然气．（取c菜油= 2.0×103J·(kg·℃）-1，天然气的热值为4×107J/m3）
【变式训练3】合理分类和利用垃圾可以变废为宝，在一定条件下，1吨垃圾能榨出170kg燃料油，若燃料油的热值为4.0×107J/kg，则这些燃料油完全燃烧释放出的热量为________J，燃烧时燃料油的化学能转化为______能．
【经典例题4】某小组的同学做“比较不同燃料的热值”的实验，他们使用了如图所示的装置，假设燃料燃烧放出的热量被液体完全吸收．在设计实验方案时，你认为其中没必要的操作是（ ）
A. 控制两种燃料的质量相同B. 尽量使燃料充分燃烧
C. 盛放两杯液体的容器相同D. 两杯液体的初温相同
【变式训练4】利用如图所示完全相同的两套实验装置进行“比较不同燃料热值的实验”．先分别在燃烧皿中放入质量相同的甲、乙燃料，点燃后分别对质量和初温都相同的水加热．待完全燃烧后，测得甲中水温高于乙中水温．则这两种燃料的热值关系q甲_____q乙(选填”大于”、“小于”或“等于”)．
知识点二、热机的效率
1.燃料的有效利用
（1）定义：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量的之比，叫燃料的利用率
（2）公式：
（3）热机效率总小于1的原因：热机工作时，总有能量损失
2.提高热机的效率的主要途径
（1）使燃料充分燃烧，如研磨成粉状吹入炉内燃烧
（2）减少各种热量损失，如加大受热面积
（3）保证良好的润滑，减小摩擦。
3.使用热机对环境的污染：主要有大气污染和噪声污染
4.环境保护措施
（1）改进燃烧设备，消除烟尘
（2）提高燃料的综合利用率，采取集中供热
（3）充分开发利用污染少和无污染的能源，如太阳能
（4）在内燃机排气管上安装消声器，以减少噪声污染
【经典例题1】 关于热机效率，下列说法正确的是（ ）
A. 热机做的有用功多，效率一定高
B. 热机使用燃料的热值越大，它的效率越高
C. 热机在单位时间内耗费的燃料少，效率一定高
D. 减少热机运转过程中的能量损失可以提高热机的效率
【变式训练1】热机的效率的高低（ ）
A. 功率越大，效率越高 B. 取决于热机燃料的热值，燃料的热值高，效率就高
C. 热量损失少，效率就高 D. 热机的声音越大，效率越高
【经典例题2】用煤气灶烧水,燃烧0.1kg的煤气,可以使10kg的水从20℃升高到70℃,则水吸收的热量为___________J，燃气灶烧水的效率为___________[水的比热容为4.2x103J/(kg.℃)，煤气的热值为4.2x107J/kg]
【变式训练2】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℃的水温度升高到40℃.则:
（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5小时内接收到的太阳能E
（3）热水器的效率η.
【经典例题3】为了提高热机效率，可采取的措施是（ ）
A. 采用热值高的燃料 B. 降低热机功率
C. 保证良好的润滑，减小摩擦 D. 以上措施都可以
【变式训练3】热机的效率较低，为了提高热机的效率，你认为下列方法目前不可能的是
A. 尽量使燃料充分燃烧
B. 尽量减少各种热损失
C. 尽量减少因克服摩擦力而额外消耗的能量
D. 想办法把燃料放出的热量全部用来做有用功
【课后练习】
1.下图所示是汽油机工作时各种冲程的示意图，其中表示做功冲程的是
A. B. C. D.
2.关于热学知识，下列说法错误的是（ ）
A. 寒冷的冬天，双手互搓会使手的温度升高，这是用做功的方式改变内能
B. 刚煮熟的鸡蛋放在冷水中，鸡蛋的温度降低
C. 汽油机做功冲程是把机械能转化为内能
D. 用水作为汽车发动机的冷却剂，是因为水的比热容较大
3.图为汽油机工作过程中某一冲程的示意图，此冲程的名称及能量转化是（ ）
A. 吸气冲程，内能转化为机械能 B. 压缩冲程，机械能转化为内能
C. 做功冲程，内能转化为机械能 D. 排气冲程，机械能转化为内能
4.如图所示对于图片中所描述的物理过程，下列分析中正确的是
A. 如图，迅速拍击手柄时圆筒内的硝化棉被点燃，原因是活塞与圆筒壁摩擦生热
B. 如图，瓶子内的空气推动塞子跳起时，瓶内空气的温度将升高
C. 如图，试管内的水蒸气推动了塞子冲出时，水蒸气的内能减少
D. 如图，表示四冲程汽油机的压缩冲程，机械能转化为内能
5.影片《流浪地球》中,“点燃木星”产生的气体将地球推开这一情景,相当于内燃机的（ ）
A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程
6.一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为3600转/分，该柴油机活塞1s对外做功________次．
7.如图所示，用酒精灯给水加热一段时间后，观察到软木塞冲出试管口．此过程中，水蒸气的_____能转化为软木塞的机械能，此过程中的能量转化情况与热机的_____冲程相似．
8.如图所示为单缸四冲程汽油机，在吸气冲程，将_____吸入气缸内。在_____冲程将内能转化为机械能。若汽油机在1s内对外做功25次，则曲轴的转速为_____r/min。
9.如图所示的压缩空气引火仪，迅速下压活塞使棉花点燃，在此过程中是通过____的方式来改变空气内能的，此过程与四冲程汽油机的____冲程的能量转化相同。若某汽油机在 1s 内完成 20 个工作循环，则飞轮的转速为____r/min。
10.如图所示，用酒精灯加热试管中的水，当水沸腾一段时间以后，塞子被试管内水蒸气推出.这与图________(选填“A”、“B”、“C”或“D”)所示汽油机冲程的能量转化是一致的.一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1200r/min该汽油机每秒钟内完成__________个冲程，做功________次.
11.一个三口之家分别单独使用无烟煤、煤气，天然气的平均月消耗质量是不同的．这是因为无烟煤、煤气、天然气具有不同的（ ）
A. 密度B. 比热容C. 热值D. 沸点
12.下列关于热机、热值的说法正确的是（ ）
A. 某柴油机工作的效率是35%，说明它工作时柴油燃烧释放的能量65%转化为有用功
B. 四冲程内燃机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的
C. 汽油机、柴油机都有火花塞和喷油嘴这两个关键部件
D. 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫这种燃料的热值
13.一杯酒精倒出一半，剩余酒精的质量、密度和热值的变化情况是
A. 质量、密度和热值都不变
B. 质量、密度和热值都变为原来的一半
C. 质量变为原来的一半，密度和热值不变
D. 质量和热值变为原来的一半，密度不变
14.古语道:“人要实，火要虚”。此话的意思是说做人要脚踏实地，才能事业有成；可燃物要架空一些，才能燃烧更旺。“火要虚”的目的是
A. 提高了可燃物的利用率B. 降低了可燃物的着火点
C. 能使可燃物完全燃烧D. 增大了可燃物的热值
15.燃烧煤炭易造成环境污染，氢是一种自然界中储量巨大的清洁能源。已知：无烟煤的热值是3.4×107J/kg，氢的热值是1.4×108J/kg．下列说法正确的是
A. 燃烧1kg的无烟煤，放出的热量为3.4×107J
B. 完全燃烧1kg的氢，放出的热量为1.4×108 J/kg
C. 1kg的氢和无烟煤均完全燃烧，氢放出的热量为无烟煤的四倍以上
D. 氢和无烟煤均完全燃烧，放出相同的热量，氢的质量为无烟煤的两倍以上
16.如图所示，为内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为
A.
B.
C.
D.
17.蒸汽机是将燃料的化学能经锅炉、蒸汽轮机最终转化为机械能的机器．若锅炉、蒸汽轮机的效率分别为20%和60%，则蒸汽机的效率为_____．
18.煤气的热值约为3.4×107J/m3、0.2m3煤气完全燃烧放出_______J热量，这些煤气用掉了一半，它的热值将____[选填：“变大”、“变小”或“不变”]．
19.有一箱木炭，其质量是10kg，木炭热值为3.4×107J/kg．若用掉一半，剩下的木炭的热值为_________，燃烧一半木炭最多可放出热量________．
20.用酒精炉来烧水，将质量为0.5kg的热水，从20℃加热至沸腾（1个标准 大气压），燃烧了11.2g酒精．[水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃），酒精的热值是3×107J/kg．] 求：
（1）这些水被加热至沸腾需要吸收的热量．
（2）该热水器的热效率η是多少？
进气阀门
排气阀门
活塞运动
冲程的作用
能量的转化
吸气冲程
吸入汽油和空气的混合物
压缩冲程
燃料混合物被压缩，温度升高，压强增大
做功冲程
燃料燃烧产生的高温高压燃气推动活塞向下运动，通过连杆带动曲轴对外做功
排气冲程
排除废气
说明
一个工作循环有_______个冲程，只有做功冲程燃气对外做功________次，其他三个冲程为辅助冲程，要靠安装在曲轴上的惯性来完成
（2）一个工作循环中，活塞往复_______次，飞轮、曲轴转动_____周
种类
汽油机
柴油机
相同点
都是内燃机，一个工作循环都经历四个冲程
不
同
点
构 造
火花塞
燃 料
汽油
吸入气体
点火方式
点燃式
压燃式