热机能量的转化和守恒定律目标认知：学习目标：1、了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义，主要了解常见的热机内燃机工作过程及其在历史、现实生活中的应用实例；2、从能量转化的角度认识燃料的热值；3、知道能量守恒定律，并能用能量转化与守恒的观点分析物理现象；4、通过能量的转化和转移，进一步认识效率的概念。学习重点1、四冲程汽油机的基本工作原理；2、能量守恒定律。学习难点1、热机的工作原理；2、区别能量转移和转化。知识要点精析1、内能利用的两种情况：加热、做功。2、热机：把内能转化为机械能的机器叫热机。热机常见种类有蒸汽机、内燃机、 汽轮机、喷气发动机。3、内燃机分为汽油机和柴油机两大类。内燃机一个工作循环由四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。其中，只有做功冲程实现内能向机械能的转化。要点诠释：能量转化的关系压缩冲程：机械能转化为内能；做功冲程： 内能转化为机械能。一个工作循环中只有做功冲程对外做功，其余三个冲程是消耗机械能，即靠飞轮的惯性完成。4、燃料燃烧过程中，燃料储藏的化学能转化为内能。5、燃料的热值：1 的某种燃料完全燃烧放出的热量叫这种燃料的热值。单位是：J/ 要点诠释燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关：（1）燃料的种类；（2）燃料的质量；（3）燃料是否充分燃烧。燃料完全燃烧放出热量的计算公式：Q放=mq 。其中 m为燃料的质量，q 为燃料的热值。6、热机效率：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热量之比，叫做热机效率。7、提高热机效率的途径：尽量减小各种热量损失；保持良好的润滑， 尽量减小摩擦； 尽可能使燃料充分燃烧等等。8、能量守恒定律的内容：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另一个物体，而在转化或转移的过程中，能量的总和保持不变。注意： 定律中能的转化，是指通过做功，能的形式发生了变化，一种形式的能转化为另一种形式的能。如钻木取火，就是通过克服摩擦做功，使机械能转化为内能。能的转移，是指同一种能从一个物体转移到另一个物体上，能的形式没有变化，如热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体。规律方法指导本部分主要题型是填空、选择和问答。物理研究方法有：比较法， 例如在讲授能量的转化和转移时通过实例进行比较，从而让学生清楚其实质。经典例题透析类型 1、热机1、汽油机工作的时候，活塞在气缸里往复运动。?活塞从气缸的一端运动到另一端叫做一个 _。四冲程汽油的工作过程是由_ 、 _ 、_ 、 _ 四个冲程组成。?其中只有 _ 冲程是燃气对外做功。完成一个工作循环曲轴要转 _ 周。分析 ：活塞在往复运动中从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程。四冲程汽油机的工作过程由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。其中只有做功冲程是燃气对活塞做功，其他三个冲程要靠飞轮的惯性来完成。完成一个工作循环曲轴要转两周。答案 ：冲程，吸气，压缩，做功，排气，做功，两举一反三 ：单缸四冲程内燃机工作时，依靠飞轮的惯性来完成的冲程有（）A、吸气、做功和排气冲程B、吸气、压缩和做功冲程C、压缩、做功和排气冲程D、吸气、压缩和排气冲程答案： D 2、 如图，表示做功冲程的示意图是( )分析： 内燃机的工作过程是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。在做功冲程里进气门、 排气门关闭， 高温高压燃气推动活塞向下运动，活塞又通过连杆使曲轴转动。由图来判断， (B) 图中进气门、排气门关闭，活塞向下运动，应为做功冲程。答案 ：B 举一反三： 在四冲程汽油机的一个工作循环中，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、排气冲程答案： B总结升华 ：活塞在往复运动中从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程。四冲程汽油机的工作过程由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。其中只有做功冲程是燃气对活塞做功，其他三个冲程要靠飞轮的惯性来完成。类型 2、燃料的热值和热机效率3、 焦炭燃烧值是3.0 107J/kg ， 最少燃烧多少克的焦炭才可获得6103J 的热量。解析： 焦炭的燃烧值是3.0 107J/kg ，意思是完全燃烧1kg 的焦炭，可获得3.0 107J的热量，也就是说燃烧1kg 的焦碳可获得 3.0 107J 的热量。因此要得到6103J 的热量最少需焦炭多少，可以将公式变形为燃后将数据带入即可。解：答：最少需燃烧0.2g 的焦炭。举一反三 ：1、有关热值的概念，下列说法中正确的是（）A、燃料完全燃烧时，它的热量最大B、没有燃烧的燃料，热值等于零C、燃料燃烧时放出的热量越多，热值越大D、燃料的热值与燃烧情况无关答案 ：D 2、无烟煤的热值大于干木柴的热值，则A、烧无烟煤比烧干木柴产生的热量多B、要使它们放出同样多的热量，完全燃烧的无烟煤的质量小于完全燃烧的干木柴的质量C、烧无烟煤比烧干木柴产生的烟尘多D、煤比木柴含有的热量多答案： B 总结升华：燃料燃烧放出的热量与以下因素有关；（1）燃料的种类；（2）燃料的质量；（3）燃料是否充分燃烧。物质的燃烧值是物质的特性，不管该物质有没有发生燃烧，热值是不变的。4、 关于热机的效率，以下说法中正确的是 A热机做的有用功越多，效率就一定越高。B热机的功率大，效率就一定高。C热机单位时间里耗费的燃料少，热机的效率就一定高D以上说法都不对。解析 ： 热机的效率是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。热机做的有用功多， 但消耗的燃料完全燃烧所放出的能量没有确定。就无法比较热机效率的高低。热机的功率大， 只表示单位时间内做的有用功多。在热机单位时间里所消耗燃料完全燃烧所放出的能量没有确定的情况下，也无法判断热机效率高低。热机单位时间里消耗的燃料少，在热机功率没有确定的情况下，无法确定单位时间里热机所做的有用功的多少。因而无法判断热机的效率高低。答案： D。举一反三在热机里，用来做有功的那部分的能量跟 _ 的能量之比叫做热机的效率。热机的效率总是小于_ 。答案： 燃料完全燃烧放出，1 总结升华 ：在热机利用燃料燃烧来做功时，燃料燃烧放出的能量，并不能全部用来做有用功，相当一部分能量散失了。用来做有用功那部分能量和燃烧完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。热机的效率总是小于1。5、一辆汽车的发动机输出功率为66.15kW，每小时耗（柴）油14kg，请计算发动机的效率（柴油的燃烧值为4.3 107J/kg ）。解析：计算发动机的热效率可根据热机效率的定义，先求出发动机做的有用功和消耗的燃料完全燃烧放出的能量。然后再求效率。答案： 发动机每小时做的功:W=Pt=66150W 3600s=2.38 108J, 完全燃烧14kg 柴油放出的能量:Q总=4.3 107J/kg 14kg=6.02 108J, 做有用功的能量Q有=W=2.38108J, 发动机的效率是39.5 。举一反三 : 关于热机的效率，以下说法中正确的是 A热机做的有用功越多，效率就一定越高。B热机的功率大，效率就一定高。C热机单位时间里耗费的燃料少，热机的效率就一定高D以上说法都不对。答案： D总结升华 : 热机效率公式:, 效率的大小与有用功占燃料燃烧释放的总热量的比值。6、某瓶煤油的燃烧值是4.6 107焦/ 千克，它的物理意义是 _ 。如果将瓶中的煤油倒去一半，剩下煤油的燃烧值为 _ 。解析： 煤油的燃烧值是4.6 107焦/ 千克， 它的物理意义是1?千克煤油完全燃烧能放出4.6 107焦的热量。燃烧值是反映燃料燃烧时放热本领的物理量。?煤油不会因为倒去一半而改变字它的燃烧值。答案： 此题应填1 千克煤油完全燃烧能放出4.6 107焦的热量， 4.6 107焦 /? 千克。举一反三 :两部汽油机A和 B，若 A的功率较大， A的效率也较高，使A、B完成相等的有用功，则 ( ) (A)A 汽油机消耗的汽油较少，用的时间较短(B)B 汽油机消耗的汽油较少，用的时间较短(C)A 、B二汽油机消耗的汽油一样多，用的时间一样长(D) 无法确定解析： A、B二汽油机完成的有用功相同的情况下，因A?汽油机效率较高则必然消耗较少的汽油，又因它功率较大做功所用的时间比较短。答案 ：A 类型 3、能量守恒定律7、指出下列现象中能量的转化或转移情况：(1) 植物的光合作用；(2) 雨天时发生雷电；(3) 人在跑步时，身体发热出汗；(4) 手摇发电机发电使灯泡发光；(5) 风吹动帆船前进。解析 ：物体间发生能量转移时，能量的形式不变；而发生能量的转化时，能的形式要发生改变，在确定能量转化的方向时，可从消耗什么能，得到什么能进行比较来确定。答案：(1) 植物利用太阳光进行化学合成，是光能转化为化学能。(2) 雷电是把电能变为声能和光能。(3) 人跑步时身体发热，是身体剧烈运动时，加速人体内新陈代谢的生理机能，把人体内储存的化学能转化为内能。(4) 手摇发电机发电使灯泡发光，是机械能转化为电能，电能又转化为内能、光能。(5) 空气的流动形成风，具有机械能，帆船前进具有的仍是机械能，这里没有能量的转化而只是能量的转移。举一反三（2011 赤峰市 ）下列说法错误的是（）A、现阶段，人类所用能量，大部分来源于燃料燃烧B、燃料燃烧时化学能转化为内能C、热值是表示燃料燃烧放热能力的物理量D、汽车在行驶时，发动机把油料中的化学能全部转化成有用的机械能。解析： 现阶段，人类所用能量，大部分来源于煤和石油等燃料燃烧；汽车在行驶时，油料中的化学能只有一部分转化成有用的机械能，汽油机的效率较大约低20至 30，柴油机的效率较高大约30至 45。答案： D 成果测评基础达标一、填空1、热机是把 _能转化为 _能的机器。2、汽油机工作时，活塞在气缸内做往复运动，活塞从气缸的_，叫一个冲程汽油机工作时分四个冲程，依次是_、_、_、_。3、热机在工作过程中，压缩冲程将_能转化为 _能；做功冲程将_能转化为 _ 能。4、 1 kg某种燃料 _放出的热量叫做这种燃料的热值，热值的单位是_，符号是 _，干木柴的热值是1.2 107_，它表示 1kg干木柴 _。5、在热机里，用来做_的那部分能量与燃料_放出的热量_叫做热机的效率。6、在一定条件下，各种形式的能都可以_，摩擦生热， _能转化为_能；电动机带动水泵把水送到高处，_能转化为 _能；植物吸收太阳光进行光合作用，_能转化为 _能； 燃料燃烧时发光发热，化学能转化为 _。7、能量既不会_，也不会 _，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_过程中，能量的_保持不变，这就是_。8、指出下列现象中改变物体内能的方式（1）雪在阳光下熔化_；（ 2）弯折铁丝，铁丝发热_；（ 3）一杯水慢慢变凉_