第五节热机 一、热机一、热机1.1.定义：把定义：把_转化为转化为_的机器。的机器。2.2.内燃机：内燃机：(1)(1)分类：包括分类：包括_和柴油机。和柴油机。(2)(2)一个冲程：活塞在汽缸内往复运动时一个冲程：活塞在汽缸内往复运动时, ,从汽缸的从汽缸的_运动运动到到_的过程。的过程。(3)(3)一个工作循环：包括一个工作循环：包括_个冲程。个冲程。内能内能机械能机械能汽油机汽油机一端一端另一端另一端四四(4)(4)四个冲程的工作过程：四个冲程的工作过程：内容内容冲程冲程图示示进气气门排气排气门活塞活塞运运动能量能量转化化温度温度变化化_冲程冲程_关关闭无无_冲程冲程关关闭关关闭_能能转化化为_能能内能内能增加增加温度温度升高升高吸气吸气打开打开压缩机械机械内内内容内容冲程冲程图示示进气气门排气排气门活塞活塞运运动能量能量转化化温度温度变化化_冲程冲程关关闭关关闭_能能转化化为_能能内能内能减少减少温度温度降低降低_冲程冲程关关闭_无无做功做功内内机机械械排气排气打开打开二、燃料的二、燃料的热值1.1.定定义：_某种燃料某种燃料_放出的放出的热量。量。2.2.单位：焦每千克位：焦每千克, ,符号符号_。三、三、热机效率机效率1.1.定定义：用来：用来_的那部分能量的那部分能量, ,与燃料与燃料_的能量之比。的能量之比。2.2.提高提高办法：法：(1)(1)采用新技采用新技术, ,使燃料使燃料_。(2)(2)做好做好润滑保养滑保养, ,减小减小_。(3)(3)利用利用_的能量。的能量。1 kg1 kg完全燃完全燃烧J/kgJ/kg做有用功做有用功完全燃完全燃烧放出放出充分燃充分燃烧摩擦摩擦废气气探究探究1 1 热机机通通过分析甲、乙、丙、丁所示的汽油机四个冲程的工作分析甲、乙、丙、丁所示的汽油机四个冲程的工作过程程, ,回答以下回答以下问题：1.1.在在压缩冲程中冲程中, ,燃料的内能如何燃料的内能如何变化化? ?能量是如何能量是如何转化的化的? ?提示：提示：在压缩冲程中在压缩冲程中, ,进气门和排气门关闭进气门和排气门关闭, ,活塞向上运动活塞向上运动, ,压压缩燃料混合物缩燃料混合物, ,活塞的机械能转化为燃料混合物的内能活塞的机械能转化为燃料混合物的内能, ,使之内使之内能增加。能增加。参考答案：参考答案：内能增加机械能转化为内能内能增加机械能转化为内能2.2.在做功冲程中在做功冲程中, ,燃料的内能如何燃料的内能如何变化化? ?能量是如何能量是如何转化的化的? ?提示：提示：在做功冲程中在做功冲程中, ,燃料在汽缸内燃烧燃料在汽缸内燃烧, ,把化学能转化为内能把化学能转化为内能, ,产生高温高压的气体产生高温高压的气体, ,推动活塞向下运动推动活塞向下运动, ,带动曲轴转动带动曲轴转动, ,对外对外做功做功, ,把内能转化为机械能。把内能转化为机械能。参考答案：参考答案：内能减少内能转化为机械能内能减少内能转化为机械能3.3.在一个工作循在一个工作循环, ,有有_个冲程个冲程, ,活塞往复运活塞往复运动_次次, ,对外做功外做功_次次, ,曲曲轴和和飞轮转动_周。周。提示：提示：内燃机的一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四内燃机的一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程个冲程, ,每个工作循环活塞往复两次每个工作循环活塞往复两次, ,曲轴转动两周曲轴转动两周, ,对外做功对外做功一次。一次。参考答案：参考答案：四两一两四两一两4.4.在内燃机的四个冲程中在内燃机的四个冲程中,_,_冲程是通冲程是通过燃气做功完成的燃气做功完成的, ,其他三个冲程是靠其他三个冲程是靠_来完成的。来完成的。提示：提示：内燃机要靠外力先使飞轮和曲轴转动起来内燃机要靠外力先使飞轮和曲轴转动起来, ,由曲轴通过由曲轴通过连杆带动活塞运动连杆带动活塞运动, ,消耗机械能来帮助内燃机完成吸气、压缩消耗机械能来帮助内燃机完成吸气、压缩两个冲程。在做功冲程中两个冲程。在做功冲程中, ,燃气对活塞做功燃气对活塞做功, ,内能转化为活塞的内能转化为活塞的机械能机械能, ,并有一部分机械能通过飞轮储存起来并有一部分机械能通过飞轮储存起来, ,然后依靠飞轮的然后依靠飞轮的惯性带动活塞惯性带动活塞, ,完成排气冲程及下一个循环的吸气和压缩冲程。完成排气冲程及下一个循环的吸气和压缩冲程。参考答案：参考答案：做功飞轮的惯性做功飞轮的惯性【归纳提升归纳提升】内燃机的能量转化内燃机的能量转化(1)(1)内燃机的原理是把内能转化为机械能。内燃机的原理是把内能转化为机械能。(2)(2)在四冲程内燃机中在四冲程内燃机中, ,只有压缩冲程和做功冲程发生了能量转只有压缩冲程和做功冲程发生了能量转化。化。(3)(3)压缩冲程是机械能转化为内能压缩冲程是机械能转化为内能, ,做功冲程是内能转化为机械做功冲程是内能转化为机械能。能。【拓展延伸拓展延伸】二冲程内燃机二冲程内燃机二冲程内燃机指两个冲程内完成一个工作循环二冲程内燃机指两个冲程内完成一个工作循环, ,曲轴转动两周。曲轴转动两周。首先当活塞在最低点时首先当活塞在最低点时, ,进气、排气门都开启进气、排气门都开启, ,新鲜气体由进气新鲜气体由进气门进入汽缸门进入汽缸, ,并扫除汽缸内的废气并扫除汽缸内的废气, ,使它们从排气口排出使它们从排气口排出; ;随后随后活塞上行活塞上行, ,将进气门、排气门均关闭将进气门、排气门均关闭, ,汽缸内气体开始受到压缩汽缸内气体开始受到压缩, ,直到活塞接近最高点时点火或喷油直到活塞接近最高点时点火或喷油, ,使汽缸内可燃混合气体燃使汽缸内可燃混合气体燃烧烧; ;然后汽缸内燃气膨胀然后汽缸内燃气膨胀, ,推动活塞下行做功推动活塞下行做功; ;当活塞下行使排当活塞下行使排气门开启时气门开启时, ,废气由此排出废气由此排出, ,活塞继续下行至最低点活塞继续下行至最低点, ,完成一个完成一个工作循环。工作循环。【针对训练】(2011(2011内江中考内江中考) )如如图所示是四冲程汽油机工作的部分冲程示所示是四冲程汽油机工作的部分冲程示意意图, ,其中其中_图是做功冲程是做功冲程,_,_图是依靠是依靠飞轮的的惯性来完成的冲程。性来完成的冲程。【教你解题教你解题】分析解题关键点分析解题关键点关键点关键点1 1：分析气门的开关情况。：分析气门的开关情况。关键点关键点2 2：分析活塞的运动方向。：分析活塞的运动方向。【精讲精析精讲精析】四冲程汽油机工作的过程中四冲程汽油机工作的过程中, ,燃气推动活塞向下燃气推动活塞向下运动的冲程为做功冲程运动的冲程为做功冲程, ,如题图乙所示如题图乙所示; ;其他的三个冲程都是靠其他的三个冲程都是靠飞轮的惯性来完成的飞轮的惯性来完成的, ,题图甲是排气冲程题图甲是排气冲程, ,当然也不例外。当然也不例外。答案：答案：乙甲乙甲探究探究2 2 热值、热机效率机效率生活中燃料的种生活中燃料的种类很多很多, ,根据生活根据生活经验回答下列回答下列问题：1.1.把相同把相同质量、相同温度的水量、相同温度的水烧开开, ,烧煤和煤和烧木木头相比哪个燃相比哪个燃料用的少料用的少? ?提示：提示：烧开相同质量、相同温度的水所需的热量相同烧开相同质量、相同温度的水所需的热量相同, ,因为煤因为煤的热值比木头的热值大的热值比木头的热值大, ,故烧煤节省燃料。故烧煤节省燃料。参考答案：参考答案：煤煤2.2.如何比如何比较不同的燃料完全燃不同的燃料完全燃烧时放出的放出的热量量? ?_ _我我们引入了引入了_物理量物理量, ,它表示的物理意它表示的物理意义是是_ _。提示：提示：利用控制变量法和转换法利用控制变量法和转换法, ,使质量相同的不同燃料完全使质量相同的不同燃料完全燃烧放出的热量转化为水吸收的热量燃烧放出的热量转化为水吸收的热量, ,根据水温度的变化进行根据水温度的变化进行判断。物理学中用热值来表示判断。物理学中用热值来表示1kg1kg某种燃料完全燃烧放出的热某种燃料完全燃烧放出的热量。量。参考答案：参考答案：取质量相同的不同燃料给质量相同、初温相同的水取质量相同的不同燃料给质量相同、初温相同的水进行加热进行加热, ,使燃料完全燃烧使燃料完全燃烧, ,比较水的温度变化比较水的温度变化, ,温度变化大的温度变化大的燃料放出的热量多热值燃料放出的热量多热值1kg1kg某种燃料完全燃烧放出的热量某种燃料完全燃烧放出的热量3.3.内燃机中的燃料完全燃内燃机中的燃料完全燃烧放出的放出的热量量_(_(选填填“能能”或或“不不能能”) )全部用来做功全部用来做功, ,机械效率机械效率_(_(选填填“大于大于”“”“等于等于”或或“小于小于”)100%)100%。提示：提示：内燃机中的燃料燃烧释放出的能量会被废气带走一部分内燃机中的燃料燃烧释放出的能量会被废气带走一部分, ,一部分热量消耗在散热上一部分热量消耗在散热上, ,还有一部分消耗在克服摩擦力做功还有一部分消耗在克服摩擦力做功上。在热机工作的过程中上。在热机工作的过程中, ,热损失是不可避免的热损失是不可避免的, ,即有效利用的即有效利用的热量总比放出的热量少热量总比放出的热量少, ,所以机械效率总是小于所以机械效率总是小于100%100%。参考答案：参考答案：不能小于不能小于【归纳提升归纳提升】(1)(1)影响热值的因素。热值是燃料的一种特性影响热值的因素。热值是燃料的一种特性, ,它它只与燃料的种类有关只与燃料的种类有关, ,与燃料的质量和燃烧时放出的热量均无与燃料的质量和燃烧时放出的热量均无关。关。(2)(2)热量的计算公式。利用热值计算热量的公式为热量的计算公式。利用热值计算热量的公式为Q Q放放=mq=mq。(3)(3)热机效率的定义及计算公式。利用燃料加热或做功时热机效率的定义及计算公式。利用燃料加热或做功时, ,有效有效利用的能量只占燃料完全燃烧时所放出总能量的一部分利用的能量只占燃料完全燃烧时所放出总能量的一部分, ,这个这个比值就是热机的效率比值就是热机的效率, ,一般用公式一般用公式= = 进行计算。进行计算。【针对训练】关于关于热机的效率机的效率, ,下列下列说法中正确的是法中正确的是( () )A.A.热机做的有用功越多机做的有用功越多, ,效率一定越高效率一定越高B.B.热机使用的燃料的机使用的燃料的热值越大越大, ,它的效率越高它的效率越高C.C.热机做一定的有用功机做一定的有用功, ,消耗的燃料越少消耗的燃料越少, ,效率一定越高效率一定越高D.D.热机做功越快机做功越快, ,效率一定越高效率一定越高【教你解题教你解题】分析题目关键点分析题目关键点关键点关键点1 1：影响热机效率的因素。：影响热机效率的因素。关键点关键点2 2：热机效率的定义。：热机效率的定义。【精讲精析精讲精析】选选C C。热机的效率是指用来做有用功的能量与燃。热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比料完全燃烧产生的能量之比; ;当热机做一定的有用功当热机做一定的有用功, ,消耗的燃消耗的燃料越少料越少, ,效率一定越高效率一定越高; ;当热机消耗的燃料一定当热机消耗的燃料一定, ,做的有用功越做的有用功越多多, ,效率就一定越高效率就一定越高; ;故选项故选项A A错误错误,C,C正确正确; ;热机效率与热值无关热机效率与热值无关, ,如汽油的热值比柴油大如汽油的热值比柴油大, ,但汽油机的效率一般比柴油机低但汽油机的效率一般比柴油机低, ,故选故选项项B B错误错误; ;热机做功越快热机做功越快, ,表示热机的功率越大表示热机的功率越大, ,与效率无关与效率无关, ,故故选项选项D D错误。错误。热值的理解及其的理解及其应用用1.1.热值反映了所有燃料的一种性反映了所有燃料的一种性质, ,反映了不同燃料在燃反映了不同燃料在燃烧过程中化学能程中化学能转化化为内能的本内能的本领大小大小, ,它只与燃料的种它只与燃料的种类有关有关, ,与与燃料的形燃料的形态、质量、体量、体积、是否完全燃、是否完全燃烧都没有关系。都没有关系。2.2.应用：燃料完全燃用：燃料完全燃烧时放出的放出的热量。量。(1)(1)固体：固体：Q Q放放=mq(=mq(热值单位是位是J/kg)J/kg)。(2)(2)气体：气体：Q Q放放=Vq(=Vq(热值单位是位是J/mJ/m3 3) )。【特别提醒特别提醒】燃料的热值必须是燃料完全燃烧时所放出的热量。燃料的热值必须是燃料完全燃烧时所放出的热量。如果没有完全燃烧如果没有完全燃烧, ,则放出的热量比同质量的燃料完全燃烧放则放出的热量比同质量的燃料完全燃烧放出的热量少。出的热量少。【典例典例】(2011(2011宜昌中考宜昌中考) )汽油的汽油的热值为4.6104.6107 7J/kg,J/kg,现有有汽油汽油2 kg,2 kg,选其中一半完全燃其中一半完全燃烧, ,放出的放出的热量是量是_J,_J,剩剩余汽油的余汽油的热值是是_J/kg_J/kg。【精讲精析精讲精析】热值是燃料的一种性质热值是燃料的一种性质, ,燃料的种类不变燃料的种类不变, ,燃料的燃料的热值不变。现有汽油热值不变。现有汽油2 kg,2 kg,选其中一半完全燃烧选其中一半完全燃烧, ,即用了即用了1 kg,1 kg,Q Q放放=mq=1 kg4.610=mq=1 kg4.6107 7J/kg=4.610J/kg=4.6107 7J;J;剩余汽油的热值不剩余汽油的热值不变。变。答案：答案：4.6104.6107 74.6104.6107 71.1.用酒精灯用酒精灯给试管加管加热, ,如如图所示。所示。试管口管口软木塞冲出的木塞冲出的过程程中中, ,下列下列说法正确的是法正确的是( () )A.A.水蒸气对软木塞做功水蒸气对软木塞做功, ,水蒸气的内能增大水蒸气的内能增大B.B.水蒸气的内能转化为软木塞的机械能水蒸气的内能转化为软木塞的机械能C.C.能量的转化与热机压缩冲程的能量转化相同能量的转化与热机压缩冲程的能量转化相同D.D.试管口的试管口的“白气白气”是水蒸气汽化形成的是水蒸气汽化形成的【解析解析】选选B B。试管口软木塞冲出的过程中。试管口软木塞冲出的过程中, ,水蒸气对软木塞做水蒸气对软木塞做功功, ,水蒸气的内能转化为软木塞的机械能水蒸气的内能转化为软木塞的机械能, ,热机的做功冲程也是热机的做功冲程也是将内能转化为机械能将内能转化为机械能, ,故此过程中的能量转化与热机的做功冲故此过程中的能量转化与热机的做功冲程的能量转化相同。所以程的能量转化相同。所以, ,水蒸气的内能减小水蒸气的内能减小, ,温度降低温度降低, ,部分部分水蒸气水蒸气“遇冷遇冷”液化形成小水滴液化形成小水滴, ,即即“白气白气”。2.(20132.(2013日照中考日照中考) )如图所示是汽油机工作时各种冲程的示意如图所示是汽油机工作时各种冲程的示意图图, ,其中表示做功冲程的是其中表示做功冲程的是( () )【解析解析】选选C C。本题考查汽油机工作的四个冲程。在做功冲程。本题考查汽油机工作的四个冲程。在做功冲程中中, ,进气门和排气门都关闭进气门和排气门都关闭, ,活塞在高温高压燃气的作用下向下活塞在高温高压燃气的作用下向下运动运动, ,通过连杆带动曲轴对外做功通过连杆带动曲轴对外做功, ,通过观察知通过观察知C C选项正确。选项正确。3.20113.2011年年9 9月月2929日日, ,我国在酒泉我国在酒泉卫星星发射中心用射中心用“长征二号征二号F F”运运载火箭火箭, ,成功将成功将“天天宫一号一号”目目标飞行器送入行器送入预定定轨道。道。“长征二征二号号F F”运运载火箭采用液火箭采用液态氢作作为火箭的燃料火箭的燃料, ,原因是液原因是液态氢具有具有( () )A.A.较大的大的热值B.B.较低的沸点低的沸点C.C.较大的比大的比热容容D.D.较高的凝固点高的凝固点【解析解析】选选A A。热值是燃料的一种特性。热值是燃料的一种特性, ,热值越大的燃料在完全热值越大的燃料在完全燃烧相同质量的燃料时燃烧相同质量的燃料时, ,释放出的热量越多释放出的热量越多, ,运载火箭采用液态运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料氢作为火箭的燃料, ,原因是液态氢具有较高的热值原因是液态氢具有较高的热值, ,完全燃烧相完全燃烧相同质量的氢时同质量的氢时, ,可以释放出更多的热量可以释放出更多的热量, ,故选故选A A。4.4.关于燃料的关于燃料的热值正确的是正确的是( () )A.A.燃料的燃料的热值与燃料的燃与燃料的燃烧程度有关程度有关B.B.燃料的燃料的热值与燃料的种与燃料的种类有关有关C.C.燃料的燃料的热值与燃料的多少有关与燃料的多少有关D.D.燃料的燃料的热值与上面三个因素都有关与上面三个因素都有关【解析解析】选选B B。热值是燃料的一种特性。热值是燃料的一种特性, ,它的大小只与燃料的种它的大小只与燃料的种类有关类有关, ,与燃料的燃烧程度、质量没有关系。与燃料的燃烧程度、质量没有关系。5.(20115.(2011遂宁中考遂宁中考) )内燃机一个工作循内燃机一个工作循环有吸气、有吸气、压缩、做、做功、排气四个冲程功、排气四个冲程, ,实现将内能将内能转化化为机械能的是机械能的是_冲程。冲程。发动机运行前必机运行前必须加加润滑油滑油, ,是是为了了_。某品。某品牌汽牌汽车100km100km耗油耗油7 kg,7 kg,这些汽油完全燃些汽油完全燃烧要放出要放出_J_J的的热量。量。( (汽油的汽油的热值q=4.610q=4.6107 7J/kg)J/kg)【解析解析】在压缩冲程末在压缩冲程末, ,火花塞冒出电火花火花塞冒出电火花, ,将混合气体点燃将混合气体点燃, ,混合气体剧烈燃烧混合气体剧烈燃烧, ,产生高温高压的燃气产生高温高压的燃气, ,推动活塞向下运动推动活塞向下运动, ,对外做功。在这个过程中对外做功。在这个过程中, ,燃气推动活塞做功燃气推动活塞做功, ,内能减少内能减少, ,温度温度降低降低, ,燃气的内能转化为活塞的机械能。加入润滑油燃气的内能转化为活塞的机械能。加入润滑油, ,可减小活可减小活塞与汽缸壁之间的摩擦。燃烧塞与汽缸壁之间的摩擦。燃烧7kg7kg的汽油时的汽油时, ,由公式可得由公式可得Q Q放放=mq=7kg4.610=mq=7kg4.6107 7J/kg=3.2210J/kg=3.22108 8J J。答案：答案：做功减小摩擦做功减小摩擦3.22103.22108 86.6.有台柴油机在一个工作循有台柴油机在一个工作循环中消耗了中消耗了10 g10 g柴油柴油( (热值q=3.310q=3.3107 7J/kg),J/kg),这些柴油完全燃些柴油完全燃烧产生的生的热量是量是_J;_J;若若这台柴油机的效率台柴油机的效率为40%,40%,则一个工作循一个工作循环中中输出的有用机械出的有用机械能能为_J_J。【解析解析】m=10 g=0.01 kg,q=3.310m=10 g=0.01 kg,q=3.3107 7J/kg,QJ/kg,Q放放=mq=3.310=mq=3.3107 7J/kgJ/kg0.01 kg=3.3100.01 kg=3.3105 5J;J;据据= = 可得可得,W,W有用有用=Q=Q放放=3.310=3.3105 5J J40%=1.321040%=1.32105 5J J。答案：答案：3.3103.3105 51.32101.32105 57.(20117.(2011福州中考福州中考) )福州首福州首辆油油电混合混合动力公交力公交车于今年于今年3 3月月2828日正式上路日正式上路, ,这种公交种公交车比普通公交比普通公交车节能能30%30%以上以上, ,百公里百公里仅消耗柴油消耗柴油26 kg,26 kg,这些柴油完全燃些柴油完全燃烧放出的放出的热量是多少量是多少?(?(柴油柴油的的热值q=3.310q=3.3107 7J/kg)J/kg)【解析解析】这些柴油完全燃烧放出的热量这些柴油完全燃烧放出的热量Q Q放放=mq=26kg3.310=mq=26kg3.3107 7J/kg=8.5810J/kg=8.58108 8J J。答案：答案：8.58108.58108 8J J