2020九年级物理上册机械能与内能的相互转化 5页

机械能与内能的相互转化 ‎【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，知道常见的热机——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．通过能量的转化和转移，进一步认识效率的概念。 ‎ ‎【要点梳理】‎ 要点一、物体内能的改变 通过做功可以改变物体的内能。‎ 要点诠释： 对物体做功，物体内能增加；物体对外做功，自身内能减少，用做功的方法改变物体内能的过程，实质上是内能与其他形式的能量之间相互转化过程。‎ ‎ ‎ 要点二、热机 利用燃料燃烧释放出能量做功的机械，叫做热机。常见的热机有：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。‎ 要点诠释：‎ ‎（1）内能利用的两种方式：加热、做功。‎ ‎（2）内燃机及其工作原理： 　 ①内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。内燃机分为汽油机和柴油机，它们分别用汽油和柴油作为燃料。 　　②内燃机的工作原理：汽油或柴油在气缸里燃烧时生成高温高压的燃气，用来推动活塞做功。活塞通过连杆使内燃机的飞轮转动，从而带动其他机械转动。‎ ‎（3）汽油机和柴油机的异同点：‎ 不同点 相同点 ‎ 项目 汽油机 柴油机 ‎（1）构造基本相同都是燃料在气缸内燃烧，都是内燃机。 （2）都将内能转化为机械能。‎ ‎ （3）每一个工作循环都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。‎ 构造 气缸顶部有火花塞 气缸顶部有喷油嘴 点火方式 压缩冲程末由火花塞放出电火花点燃，称点燃式 压缩冲程末由喷油嘴向气缸内喷雾状柴油遇到高温高压的空气自动燃烧，称压燃式 燃料 汽油、吸气冲程吸进汽油和空气混合物 柴油、吸气冲程吸进气缸的只是空气 压缩比 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1／9至1／6‎ 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1／22至1／16‎ 做功 做功冲程初燃气压强为30至50个大气压，温度‎2000℃‎至‎2500℃‎，高温高压的气体推动活塞做功 做功冲程初燃气压强为50至100个大气压，温度‎1700℃‎至‎2000℃‎，高温高压的气体推动活塞做功 效率 效率较低20％至30％‎ 效率较高30％至45％‎ 用途 轻便，多用于汽车、飞机、小型农机具 笨重，多用于拖拉机、载重汽车、轮船等重型机械 5‎ ‎ ‎ 汽油机 柴油机 要点三、热值 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。单位是：J/㎏。 要点诠释： （1）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。 （2）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。‎ 要点四、热机的效率 热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率。‎ 要点诠释：‎ ‎（1）热机的效率是热机性能的一个重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。‎ ‎（2）提高热机效率的途径： 　　①在设计和制造上，要不断改进和革新，以减少各种能量损失，提高效率。 　　②在使用上，要正确使用，注意保养。‎ ‎③充分利用废气带走的能量。‎ ‎【典型例题】‎ 类型一、热机 ‎1、柴油机工作一个循环需四个冲程，其中由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 ‎ ‎【思路点拨】内燃机的四个冲程有吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，将机械能转化为内能的是压缩冲程，将内能转化为机械能的是做功冲程。‎ ‎【答案】B 5‎ ‎【解析】在汽油机一个工作循环的四个冲程中，在压缩冲程中，压缩燃料的混合物做功，将机械能转化为内能，温度升高、内能增加；在做功冲程中，高温高压的燃料被点燃燃烧形成高温高压的燃气，燃气膨胀做功，将内能转化为机械能，故选B。‎ ‎【总结升华】本题主要考查对热机一个工作循环中各冲程情况的了解以及工作的实质，并掌握涉及能量转化的两个冲程。‎ ‎2、某四冲程内燃机的活塞每秒钟完成15次工作循环，那么（　 ） A．内燃机的转速是900R/min　 　B．每分钟对外做功900次　 C．每分钟对外做功1800次　 　D．每分钟对外做功15次 ‎【答案】B ‎【解析】内燃机每个工作循环为四个冲程，曲轴转动两周，对外做功一次。内燃机每秒完成15次工作循环，则每分钟完成900次工作循环，曲轴转动1800周，即内燃机转速为1800R/min，对外做功900次。‎ ‎【总结升华】此题考察内燃机的工作原理，属基础题。‎ 举一反三：‎ ‎【变式】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 ‎3、如图，表示做功冲程的示意图是（ ） 　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎【答案】B ‎【解析】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。‎ ‎【总结升华】对内燃机四个冲程的判断，要结合气门和活塞运动情况进行判断。‎ 举一反三：‎ ‎【变式】（多选）在四冲程柴油机的做功冲程中，汽缸内气体的（　　）‎ A．内能减小 B．质量增大 C．压强减小 D．温度降低 ‎【答案】ACD 类型二、燃料的热值和热机效率 ‎4、某品牌太阳能热水器的容积为‎100L，其装满水后在太阳的照射下水温从‎20℃‎的升高到‎40℃‎，不计热量的散失。‎ 5‎ ‎（1）求热水器中的水吸收的热量。[水的比热容c=4.2×103J/（kg•℃）]‎ ‎（2）要完全燃烧多少体积的煤气可以产生相同的热量？（煤气的热值q=4.0×107J/m3）‎ ‎【思路点拨】（1）知道水的体积，利用密度公式求水的质量，又知道水的比热容、水的初温和末温，利用吸热公式Q吸=cm△t求水吸收的热量； （2）若不计热量的散失，即Q吸=Q放，利用Q放=Vq求需要完全燃烧的煤气。‎ ‎【答案与解析】‎ ‎（1）太阳能热水器中的水质量：m=ρV=‎103kg/m3×100×10‎-3m3‎=‎100kg，‎ 水吸收的热量：Q吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg•℃）×‎100kg×（‎40℃-20℃‎）=8.4×106J；‎ ‎（2）由于不计热量的散失，则Q吸=Q放，由Q放=qV可得：。‎ 答：（1）热水器中的水吸收的热量是8.4×106J；（2）要完全燃烧‎0.21m3‎的煤气可以产生相同的热量。　‎ ‎【总结升华】本题考查了学生对吸热公式Q吸=cm△t、燃料完全燃烧放热公式Q放=Vq的掌握和运用，利用好不计热量的散失时Q放=Q吸是本题的关键。‎ 举一反三：‎ ‎【变式】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 ‎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）‎ ‎【思路点拨】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，则。‎ ‎【答案与解析】‎ 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=2.38×108J；　‎ ‎　　。‎ ‎　　发动机的效率是39.5％。‎ ‎【总结升华】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。‎ 举一反三：‎ ‎【变式】做同样多的功，甲柴油机用3小时，消耗‎2千克柴油，乙柴油机用2小时，消耗了‎3千克柴油，则（　 ） A．甲的功率大，效率高　　 B．甲的功率大，效率低　‎ 5‎ ‎ C．乙的功率大，效率高　　 D．乙的功率大，效率低 ‎【答案】D 5‎