第十六讲：《热机》
知识点梳理
一、热值：：
1、内能的获得：通过燃料燃烧，把燃料的化学能转化为内能。
2、公式：Q＝mq（q为热值）。
3、热值：（符号：q ）
二、内能的利用
三、内燃机
1、内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧，产生动力的热机叫做内燃机。
2、分类：常见的内燃机主要有汽油机和柴油机。
4、内燃机的工作过程：
（1）内燃机的每一个工作循环分为四个阶段：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。在这四个阶段，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程都是辅助冲程，吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的。
（2）做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程，是由内能转化为机械能。
（3）压缩冲程将机械能转化为内能。
（4）完成一个工作循环活塞往返两次，曲轴转动两周；活塞对外做功一次。
四、热机的效率：
1、 热机的效率：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。
2、计算公式：η=W有用/ Q总= W有用/qm （热机的效率总小于1）
3、提高热机效率的途径：
六：内能的使用与环保：
内能的使用造成的危害：生活中燃料、热机的使用为人类生活带来了方便，但同时也带来了许多环境污染问题，环境的污染影响人及其他动物的健康，同时也会影响植物的正常生长。
环境保护的措施：
加强立法，控制人为污染
改进燃烧设备、加设消烟除尘装置
城市及人口密集城镇实行集中供热
推广和普及环保型能源
大力种植绿色植物
重点、难点突破
1、热机：
例3、在内燃机工作的过程中，四个冲程中发生内能和机械能相互转化的冲程是（ ）
A、吸气冲程和压缩冲程 B、压缩冲程和做功冲程
C、做功冲程和排气冲程 D、排气冲程和吸气冲程
解析：在内燃机工作过程中，四个冲程中有两个冲程发生了内能和机械能的相互转化：活塞压缩气缸内的气体做功，使气缸内的压缩气体温度升高，机械能转化为内能；在做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞做功，把内能转化为机械能。
答案：B
小练习：
1、汽油机工作时，气缸内的温度最高的是（ ）
A、吸气冲程结束时
B、做功冲程结束时
C、压缩冲程结束、火花塞点火的瞬间
D、压缩冲程结束、火花塞点火后的瞬间
2、柴油机在压缩冲程中，气缸内的空气温度、内能、和体积的变化情况是（ ）
A、温度升高，内能增大，体积减小
B、温度升高，内能增大，体积增大
C、温度降低，内能减小，体积减小
D、温度降低，内能减小，体积增大
答案：1、D 2、A
热值与热机的效率：
例2、两台柴油机甲和乙，甲的热机效率比乙的高，并且甲、乙的功率相等，则在相等的时间内，写列关于两台热机耗油多少的说法中正确的是（ ）
A、甲柴油机耗油量大 B、乙柴油机耗油量大
C、甲、乙柴油机耗油量一样大 D、无法确定
解析：由于甲、乙柴油机的功率一样大，它们在相等时间内做的有用功一样多；热机的效率指的是热机在工作时，用来做有用功的那部分能量跟燃料完全燃烧所放出的能量之比，因而在做的有用功相等的情况下，热机效率低的耗油量大。
答案：B
小练习：
1、以下提高热机效率的方法中，不可行的是 （ ）
A、尽量减小热机的功率 B、尽量使燃料充分燃烧
C、保证转动部分良好偶的润滑 D、尽量减小各种热损失
2、我们说煤炭的热值大于木柴的热值，是指（ ）
A、煤炭比木柴含有的热量多
B、烧煤比烧木柴产生的温度高
C、烧煤比烧木柴产生的热量多
D、要使它们放出相同的热量，烧的煤比烧的木柴质量要少
答案：1、A 2、D
综合训练
一：填空题：
1、.在燃料燃烧的过程中，燃料的 能转化为 能。燃料的燃烧是一种
变化。
2、将装水的茶壶放在炉子上加热,水蒸气把壶盖顶起, 这一现象却能表现出热机中能量转化的基本过程：燃料的 能转化为 能,水蒸气把壶盖顶起, 使水蒸气的
能转化为壶盖的 能。
3、汽油机的每个工作循环, 只有 冲程对外做功, 每个工作循环曲转转动 周, 活塞往复 次。
4、汽油机与柴油机在工作过程中有以下不同点:
(1)吸气冲程, 汽油机吸入 , 柴油机吸入 。
(2)在压缩冲程中,活塞能把燃料气体混合物的体积或空气的体积压缩得更小, 使气体压强更大, 温度更高, 做功更多,效率更高的是 。
(3)点火方式, 柴油机为 汽油机为 。
5、汽油机和柴油机在构造上相比，汽油机顶部有一个__________，柴油机顶部有一个___________。一台四冲程汽油机，飞轮的转速为1800r/min，则此汽油机每秒钟内完成_______个冲程，做了______次功。
6、生产中常用水来作为机器的冷却剂，这是因为水的 大；火箭的燃料要用液氢，这是因为液氢的 大；沿海地区的气候比沙漠地区的气候更宜人，这是因为水的比热容比沙的比热容 。
7、现代社会中汽车是一种重要的交通工具，很多汽车使用的发动机是四冲程汽油机，在它工作的过程中，________冲程将内能转化为机械能。焦炭的热值是3107J／kg，完全燃烧的焦炭放出的热量为 J。
8、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，水蒸气的 能转化为塞子的 能。图
中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。
9、车、船和飞机的发动机是一种能把燃料燃烧时释放的 能转化为 能的装置，这种装置称为热机，汽油机和柴油机是一种燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，它们的一个工作循环要经历四个冲程，即吸气冲程、 冲程、
冲程和排气冲程，其中把内能转化为机械能的是 冲程。
10、氢能源具有来源广、热值高、无污染等优点．氢气的热值为14．3×107J／kg，完全燃烧0．的氢气可放出 J的热量；若一罐氢气用去了一半，则剩余氢气的热值 (大于／等于／小于)14．3×107J／kg．
二：选择题：
1、下列有关利用内能的事例中，属于内能做功的是（ ） A. 人在炉子边烤火取暖 B. 火箭点火升空 C. 用高温水蒸汽做饭 D. 用太阳灶把水烧开
2、下列过程中，将内能转化为机械能的是
A．汽油机的压缩冲程 B．小孩沿滑梯下滑的过程
C．水蒸气顶起水壶盖的过程 D．流星在大气层中穿行的过程
3、四冲程柴油机工作过程中，将机械能转化为内能的冲程是( )
A、排气冲程 B、压缩冲程 C、吸气冲程 D、做功冲程
4、煤的热值大于干木柴的热值，这里是指( )
A、煤比干木柴含有的热量多一些
B、烧煤比烧干木柴产生的温度高一些
C、烧煤比烧干木烧产生的热量多一些
D、要使它们放出相同的热量，烧煤用的质量较少
5、不属于大气污染主要来源的是( )
A、家庭炉灶和取暖设备
B、大型机电排灌站
C、工业企业(包括火电站、钢铁厂、化工厂等)
D、汽车、摩托车等交通工具
6、、关于热机，下列说法是正确的：
A、汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞。
B、柴油机在吸气冲程中，将柴油和空气的混合气吸入气缸。
C、汽油机在做功冲程中，进气门关闭排气门打开。
D、汽油机在做功冲程中，是把内能转化为机械能。
7、对于燃料的热值, 下列说法中,属于正确理解的是：( )
A、燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比；
B、燃料的热值跟燃料的质量成正比；
C、容易燃烧的燃料热值一定大。
D、就某种确定的燃料而言, 它的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；
8、一瓶酒精倒掉一半，剩下的半瓶酒精的密度、比热容、热值和原来相比，以下的说法正确的是（ ）
A只有密度和热值不变 B只有密度和比热容不变
C 只有比热容和热值不变 D三个都不变
9、甲乙两台柴油机，甲的效率低于乙的效率，意义是 （ ）
A.甲的功率大于乙的功率
B.甲消耗的燃料多于乙消耗的燃料
C.乙将燃料燃烧放出的能变成有用功的那部分能的比例比甲大
D.工作相同时间甲消耗的燃料一定比乙少
10、下列关于功、能和热量的描述中正确的是 （ ）
A．“嫦娥一号”飞船在加速升空的过程中，机械能的总量保持不变
B．汶川地震形成的“堰塞湖”之危险是因为这些高处的湖水积蓄很大的重力势能
C．物体的温度越高，具有的热量就越多
D．物体的内能越大，具有的功就越多
三、计算题
1、汽油的热值是4.6×107 J/ kg,（1）完全燃烧汽油能放出多少热量？
（2）若这些热量全部被水吸收，可使多少千克的水从升高到？
3、一辆汽车以／h的速度匀速行驶10 min，消耗的汽油为。汽车匀速行驶时受到的牵引力F=1.2x103N，汽油的热值q=4.6 x107J／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)。
5、王小聪同学的家住于新农村建设示范村里，他父亲年前拉回了一套液化石油气灶具。液化石油气热值为3．5 ×107J／kg，将质量为，初温为的水加热到需燃烧液化石油气。 （1）水吸热多少热量？ （2）煤气灶加热水时的效率？
参考答案
一：填空题
1、化学 内 化学 2、化学 内 内 机械
3、做功 2周 2 4、汽油和空气混合物 空气 柴油机 压燃式 点燃式 5、火花塞 喷油嘴 60 15 6、比热容 热值 大
7、做功 3107 8、内 机械能 乙 9、内能 机械能 压缩
做功 做功 10、7.15×107J 等于
二：选择题
1、B 2、C 3、B 4、D 5、B 6、D 7、D 8、D 9、C 10、B
三：计算题：
解：：Q ＝ mq ＝ × 4.6×107 J/ kg ＝9.66×106 J
m ＝ Q吸 / c (t — to ) ＝9.66×106 J / 4.2×103J／(kg・℃) ×( – ) ＝
解：（1）Q ＝ mq ＝ × 4.6×107 J/ kg ＝5.52×107 J
P ＝Q / t ＝5.52×107 J / 600S ＝ 9.2×104 W
（2）S ＝ Vt ＝/s × 600S ＝ 1.2×
W ＝ FS ＝1.2x103N ×1.2× ＝ 1.44×107 J
P ＝W / t ＝1.44×107 J / 600S ＝2.4×104 W
（3）汽车用来做有用功德那部分能量比燃料完全燃烧放出的能量少。因为燃料不能完全燃烧；机器转动的部件之间有摩擦；放出的高温废气带走一部分能量。
3、解：（1）Ｑ吸＝cm（t－t0）＝4.2×103J／(kg・℃) × ×( – ) ＝1.68×106 J
（2）：Q ＝ mq ＝ × 3.5×107 J/ kg ＝2.8×106 J
η=Ｑ吸 / Q总= 1.68×106 J / 2.8×106 J = 60%