14.1热机
5分钟训练 (预习类训练，可用于课前)
1.一个物体温度降低，内能减小，原因可能是它对外进行热传递__________了，也可能是它对外了。如果是后者，则能量间的转化情况为：物体_____________的能转化为________能。
解析：做功可以改变物体的内能，这里的改变包括增大和减小，外界对物体做功，物体内能增加；若物体对外界做功，物体本身的内能就会减小，温度就会降低，此时物体的内能将转化为机械能。
答案：做功 机械 内
2.如图所示，在大玻璃瓶内有一些水，往瓶内不断打气，过一会你会看到的现象是_____________。出现这种现象的原因是_______________________________________。
图
答案：塞子跳起来，瓶口出现白雾 往瓶内不断打气，瓶内气体压强不断增加，气体冲开瓶塞，气体推动塞子做功时，其内能减小，温度降低，瓶内水蒸气液化成小水滴
3.内燃机的四个冲程依次是_____________、_____________、_____________、_____________。
答案：吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
某种燃料_____________燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。热值的单位是_____________。对气体燃料来说，热值是指的某种燃料_____________燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，它的单位是_____________。
答案：完全 J/kg 完全 J/m3
10分钟训练 (强化类训练，可用于课中)
1.人民网北京1月15讯：国防科工委组织研究的50吨级液氢液氧运载火箭发动机今天在京进行了200秒热试车，试验取得圆满成功，这将为我国今后发展卫星技术、高空探测和载人航天发挥重大作用。该发动机的燃料之所以采用液氢，是因为液氢具有（ ）
A.较高的燃点 B.较大的比热容
C.较高的沸点 D.较大的热值
解析：运载火箭的质量越小越容易上升，在提供能量相同的情况下，由于液氢的热值较大，所需液氢的质量就很小，便于火箭升空。
答案:D
2.关于燃料的热值，以下说法中正确的是（ ）
A.燃料的热值与燃料的燃烧情况无关
B.容易燃烧的燃料热值一定大
C.使用热值高的燃料可以放出更多的热量
D.煤的热值大于干木材的热值，燃烧煤放出的热量比燃烧干木材放出的热量一定多
解析：燃料的热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，而与燃料的质量、是否完全燃烧无关，因此，A对，B错。燃料燃烧放出的热量与燃料的热值、燃料的质量以及燃料是否完全燃烧有关，只根据其中一个因素做出判断是错误的，所以C、D错。
答案：A
3.如图所示是内燃机的能流图，则内燃机的效率可以表示为（ ）
图
A.η=［(E1+E2+E3+E4)/E］×100％ B.η=(E2/E)×100％
C.η=［(E1－E3+E4)/E］×100％ D.η=(E1/E)×100％
解析：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。由能流图可以看出：燃料完全燃烧放出的能量应该是总能量——燃气的内能E，而用来做有用功的那部分能量应该是有用机械能E2，所以应选B。
答案：B
3. ．如图所示的四种交通工具，不用热机作为动力机械的是（ ）
解析：自行车是消耗人的生物质能，转化为自行车的机械能；轮船、卡车、飞机工作时都要使用化石能源作燃料，燃料燃烧时将内能转化为机械能驱使它们运动，所以它们都是使用热机工作的．故选A．
答案：A
4.如图，在一个大试管里装一些水，用软木塞塞住，加热水至沸腾，水蒸气会把软木塞冲出，这时，水蒸气膨胀对_____________做功，水蒸气的部分_____________能转化为塞子的_____________能。
图
解析：本装置是关于内能转化为机械能的实验装置，它的能量转化情况与热机相同，看似复杂的热机，其工作原理竟如此简单，这样可以由浅入深，由此及彼地理解热机的工作原理。
答案：软木塞 内 机械（动）
5.内燃机是将内能转化成_____________能的机器；内燃机一个工作循环由_____________个冲程组成，其中如图所示是热机的_____________冲程。
图
答案：机械 四 排气
6.试分析汽油机在压缩冲程和做功冲程中的能量转化情况。
答案：在压缩冲程中，飞轮带动活塞压缩燃料混合物做功，飞轮的一部分机械能转化为燃料混合物的内能。在做功冲程中，燃料燃烧的化学能转化为燃气的内能，燃气推动活塞做功，燃气的一部分内能转化为活塞、飞轮等的机械能。
30分钟训练 (巩固类训练，可用于课后)
1.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
解析：本题考查四冲程汽油机的能量转化过程，在压缩冲程中，活塞压缩气体，把活塞的机械能转化为燃气的内能；在做功冲程初，火花塞产生电火花，使燃料燃烧，产生的高温高压气体推动活塞做功，把高温高压气体的内能转化为活塞的机械能，在汽油机的一个工作循环中，有压缩、做功两个冲程发生能量变化。所以②③对，①④错。
答案：A
2.关于“热机”，下列说法中正确的是（ ）
A.做功冲程的能量转化是机械能转化为内能
B.改进技术，可以使热机的效率达到100%
C.用水循环来降低热机的温度，主要是利用水蒸发时吸热的特性
D.冬天晚上要把热机水箱中的水放出，是防止气温降低时水凝固胀坏水箱
思路解析:热机的做功冲程是把内能转化为机械能;由于热机在运转时总会有摩擦、能量散失等，所以热机的效率不可能达到100%;用水循环来降低热机的温度，主要是利用水的比热容大这一特性。水凝固后体积将变大,冬天晚上把热机水箱中的水放出，就是为防止气温降低时水凝固胀坏水箱。此题是对新课标“尝试应用已知的科学规律去解释某些具体问题”目标的落实。
答案:D
2．如图是四冲程汽油机做功冲程的示意图．汽油燃烧产生高温高压的气体推动活塞向下运动．在活塞向下运动的过程中，汽缸内气体的（ ）
解析：分析图可知，两个气阀关闭，活塞向下运动，是做功冲程，内燃机的做功冲程是将内能转化为机械能，故气体的内能减少、温度降低，分子热运动减慢；气体质量不变，体积变大，故气体分子的密度减少； 答案：AB．
3.一箱汽油用掉一半后，下列关于它的说法正确的是（ ）
A.它的密度变为原来的一半 B.它的比热容变为原来的一半
C.它的热值变为原来的一半 D.它的质量变为原来的一半
解析：本题考查物质本身的一些性质。密度、比热容、热值的大小由物质（燃料）的种类所决定；质量的大小由物体含有物质的多少所决定。汽油用掉一半后，物质的种类没有变，含有物质的多少变为原来的一半，所以密度、比热容、热值都没变，而质量变为原来的一半。
答案：D
4.已知甲种燃料的热值大于乙种燃料的热值，下列说法中正确的是（ ）
A.甲种燃料含有的热量比乙种燃料多
B.完全燃烧一定质量的甲种燃料，刚好烧开一壶水，那么用同样质量的乙种燃料就不能烧开这壶水
C.燃烧相同质量的两种燃料，甲种放出的热量多
D.只要通风条件好，供氧充足，乙的热值可能大于甲的热值
解析：A的说法暴露出对热值和热量两个概念理解均不正确，热值是的某种燃料完全燃烧放出的热量，热量只存在于热传递的过程之中，不能说含有热量；由于甲种燃料的热值大于乙种燃料的热值，所以完全燃烧一定质量的甲种燃料放出的热量，比完全燃烧相同质量的乙种燃料放出的热量要多，所以B对。甲的热值虽然大，但如果燃烧不充分，它放出的热量也未必多，所以C不对。热值与燃料的种类有关，跟通风条件和供氧情况无关，所以D不对。
答案：B
5.某摩托车的效率为34％，某汽车的效率为29％，这说明了（ ）
A.摩托车比汽车的功率大
B.摩托车比汽车做的有用功多
C.使用摩托车比使用汽车做功多
D.燃烧相同的燃料，摩托车将内能转化为机械能比汽车多
解析：热机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，它与功率无关，所以A不对。热机的效率高，表明相同的燃料燃烧，转化成的机械能多，或得到相同的机械能，消耗的燃料少，所以D对。单独比较有用功或总功都是不全面的，所以B、C不对。
答案：D
5．烧开同样一壶水，完全燃烧的干木材与完全燃烧的无烟煤质量不同，是因为干木材和无烟煤具有不同的（ ）
解析：烧开同样一壶水，完全燃烧的干木材与完全燃烧的无烟煤质量不同，说明完全燃烧相同质量的干木材和无烟煤放出的热量不同，即热值不同．故选A．
答案：A
6.下列关于热机和环境保护的说法中正确的是（ ）
A.热机的大量使用会造成环境污染
B.所有的热机都是用汽油作燃料
C.汽车排出的尾气都是有毒气体
D.热机所产生的噪声，可以被热机上的消声器完全消除
解析：热机排放的烟尘废气中包括粉尘、二氧化硫等有害物，是大气污染的主要来源。热机工作的噪声，是噪声污染的主要来源，所以，热机的大量使用会造成环境污染，故A对。而热机排出的尾气中也有水蒸气、二氧化碳等气体，并非都是毒气,所以C不对。噪声也不可能被热机上的消声器完全消除，如果真能被完全消除，我们的生活环境该是多么的安静啊！所以D不对。热机所用的燃料较多，汽油、柴油、煤、氢、天然气等都可以作为热机的燃料，所以B不对。
答案：A
7.小丽家去年冬天的供暖比往年好很多，这是因为热网改造后，由原来的小锅炉房供暖变为“沈海”热电站余热供暖，从能源利用的角度来看“沈海”热电站，这种既供电又供热的热电站与一般的火力发电站相比，提高了_____________，能较好地控制污染。
解析：在热机的各种能量损失中，废气带走的能量最多。设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。“沈海”热电站，这种既供电又供热的热电站，可以综合利用废气的能量，与一般的火力发电站相比，燃料的利用率大大提高，还能较好地控制污染。
答案：热效率（燃料的利用率）
8. 2010年5月，天然气伴随着“西气东输”的步伐开始走进了江城芜湖的千家万户，传统燃料也随之被逐步取代。天然气燃烧时可以将_____________能转化为_____________能。与传统燃料相比，天然气的优点是_____________（写出一条即可）。
解析：本题与时俱进，天然气走进千家万户工程，在我国东部的部分城市正在实施。为什么要实施这项工程呢？现代中学生应从科学的角度分析这一原因，燃烧天然气是为了对物体加热，天然气燃烧时放热多是其中的一个主要原因，另外，天然气的污染小、价格合理等因素也是实施这一工程的原因。
答案：化学 内 污染小，热值大（其他合理答案均可得分）
9.垃圾是城市生活的“副产品”。据统计，2000年我国城市垃圾总量约1.5亿吨，并且每年以8%的速度在增长。如何处理这些垃圾已成为人们关注的热点问题。现在，人们处理生活垃圾的方法通常有两种：一种是集中填埋；另一种是利用垃圾中的可燃物质进行燃烧发电，研究表明：生活垃圾的平均热值为6.27×106 J/kg。利用垃圾作为燃料建立发电厂，每燃烧1吨生活垃圾可以发电8.64×108 J。安徽省某人大代表提议，在合肥市郊区兴建一座规模为2台1.2×104 kW发电机的垃圾处理发电厂。问：
（1）1 t垃圾完全燃烧产生的热量是多少焦？
（2）燃烧垃圾发电的效率是多少？
（3）请你从环保、节能、经济等角度简述兴建垃圾发电厂的意义。
解析：本题联系生活，立意新,但知识落点低，可以使学生身在课堂又不囿于课堂，通过对试题的阅读，了解课堂以外社会关注的热点。在分析本题时，要抓住关键句子和关键词语，提取有用信息，排除干扰因素。其实本题的主要内容就是：垃圾作为燃料发电；垃圾的平均热值为6.27×106 J/kg；1吨生活垃圾可以发电8.64×108 J；求热量及热效率。
答案：（1）Q放=6.27×106 J/kg×=6.27×109 J。
（2）η=W电/Q放=8.64×108 J/6.27×109 J=13.8％。
（3）①可以通过回收垃圾使废弃物成为二次能源
②可以减少对土壤、空气、水等环境污染
③可以减少垃圾堆放所侵占的耕地，节约用地
④可以带动垃圾处理产业，发展当地经济
（本题是开放性试题，要求从环保、节能、经济三个方面答题，所答合理均可得分）
9．汽油机在_____冲程把燃料燃烧产生的内能转化为机械能．已知汽油的热值为4.6×107J/kg，完全燃烧汽油能够释放________J的热量．
解析：汽油机的做功冲程把燃料燃烧产生的内能转化为机械能． 汽油完全燃烧放出的热量： Q放=mq=×4.6×107J/kg=9.2×107J．
答案：做功；9.2×107
10.小明学习了热学的有关知识后，知道水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃)，他想估算一下自己家每天烧水做饭需要的热量。于是小明仔细记录了他家每天烧水、煮饭、炒菜需要的时间，并把它折算成烧水时间，相当于每天将 的水烧开。
（1）小明家每天烧水做饭需要多少热量？
（2）如果普通煤的热值为3×107 J/kg，从理论上讲小明家每天烧水做饭需要多少千克普通煤？
（3）小明家实际平均每天需要烧4块蜂窝煤，按每块蜂窝煤含煤算，他家每天实际用煤，由此小明计算出他家煤炉的效率只有16.5％。你认为小明家煤炉效率低的原因是什么？
（4）从大的方面讲，家用煤除了热效率低、浪费能源的缺点外，另一个主要缺点是什么？
解析：本题要应用到比热容、热值、热量的计算等知识。解答本题时，首先理清整道题的过程，根据自己的生活经验，解释煤炉效率低的原因；其次要注意应用公式进行推导和计算，按计算格式做出需要计算的部分；最后还要联系自己的实际生活，努力提高自己的节能、环保意识。
答案：（1）小明家每天烧水做饭需要的热量即是水升温吸收的热量Q吸= c水m水(t－t0)
=4.2×103 J/(kg·℃)××（－）=1.008×107 J。
（2）小明家每天烧水做饭需要的能量需要煤燃烧放出，即Q放= Q吸=1.008×107 J则需要的煤的质量为m=Q放/q=1.008×107 J/3×107 J/kg=。
（3）小明家煤炉效率低的原因是：一方面煤不能完全燃烧，另一方面煤燃烧放出的热量不能被水完全吸收，大部分的热量散失掉了。
（4）煤在燃烧过程中产生废渣、废气，造成环境污染。
10. 一辆汽车以的速度匀速行驶10min，消耗的汽油为．汽车匀速行驶时受到的牵引力F=1.2×103N，汽油的热值q=4.6×107J/Kg．问： （1）汽车在这段时间内消耗的功率（即1秒时间内汽油完全燃烧放出的热量）是多少？ （2）这段时间内汽车牵引力做功的功率是多少？ （3）比较（1）和（2）的结果，你有什么发现？简要分析原因（写出两条即可）．
解析：（1）汽油完全燃烧释放的热量：Q放=m2q=4.6×107J/kg×=5.52×107J
汽油消耗的功率：p1==9.2×104W
答：汽油消耗的功率为9.2×104W
（2）汽车在10min内通过的路程s=vt=/s×600s=1.2×
汽车牵引力在10min内做的功W=Fs=1.2×103N×1.2×=1.44×107J
汽车牵引力做功的功率P2==2.4×104W
答：汽车牵引力做功的功率为2.4×104W
（3）发现：汽车牵引力做功的功率小于消耗的功率．
原因包括：汽油没有完全燃烧；废气带走一部分热量；由于热传递损失一部分能量；克服摩擦消耗一部分能量等）．（写出其中两条即可）
11.某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105 Pa,飞轮1 min转动1 800周，当汽油机满负荷工作时(不计摩擦)，求：
(1)做功冲程中燃气对活塞的平均压力；
(2)一个做功冲程中燃气对活塞做的功；
(3)汽油机的功率。
解析：本题综合应用四冲程汽油机的工作原理、压强、功和功率的相关知识，是一道综合性较强的应用题。解决此类问题一定要弄清物理过程，创建物理模型，分清所求层次，理清解题思路。
答案：(1)燃气对活塞的平均压力：F=PS=9.0×105 Pa×30×10=2.7×103 N。
(2)燃气对活塞做的功：W=Fs=2.7×103 N×50×10=135 J。
(3)1分钟内燃气对活塞做功的次数：n=1 800／2=900汽油机的功率：P=W总／t=135×900 J／60 s=2 025 W。