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1、情 景 引 入 汽油在发动机内燃烧， 推动着汽车前进。火箭靠自 身携带的氧气和燃料在太空中燃烧，推动着火箭前进。 那么如何从物理学的角度解释汽车和火箭的动能是如 何获得的呢？ 自 主 学 习 一、热机 内燃机 1. 热机定义： 通过燃料燃烧获取内能并转化为机械 的装置。如图 1 所示， 在试管内装一些水， 用橡胶塞塞住， 加热使水沸腾， 会看到塞子被冲出， 并且瓶口有 生成； 在这个实验中， 燃料燃烧时产生的热量传给了水 和水蒸气； 水蒸气将塞子推出， 将它的能转化 为塞子的。 图 1 2. 热机的种类： 例如蒸汽机、 汽轮机、 喷 气发动机等。 3. 内燃机的定义： 燃料在汽缸内燃烧、 对外
2、做功的 机器。 4. 内燃机的种类： 汽油机、 柴油机 5. 内燃机的构造及工作原理： （1）汽油机的构造 汽油机由、 活塞、 排气门、 曲轴、 连杆以及火花塞组成。 （2）汽油机的冲程和工作循环 淤 汽油机的一个工作循环包括：冲程、 冲程、冲程、 冲程。于 汽油 机各冲程中除做功冲程外， 其余三个冲程都靠来 完成的。 盂 汽油机在吸气冲程吸入的物质是； 在压缩冲程，能转化为能； 在做功冲程， 能转化为能。榆 汽油机完成一个工 作循环做功次， 活塞往复次， 曲轴转动 周。 （3）柴油机的构造 柴油机是由汽缸、 活塞、 进气门、 排气门、 曲轴、 连杆 以及组成 （4）柴油机的工作原理 淤 柴油
3、机的一个工作循环有个冲程， 分 别是吸气冲程、 压缩冲程、 做功冲程、 排气冲程； 于 柴油机在吸气冲程吸入的物质是， 在 压缩冲程， 机械能转化为内能， 在做功冲程中， 内能转化 为机械能。 （5）汽油机和柴油机的相同点和不同点： 相同点 淤 基本构造和主要部件的作用相似。 于 每个工件循环都经历四个冲程： 吸气冲程、 压缩 冲程、 做功冲程、 排气冲程。 盂 四个冲程中， 只有做功冲程对外做功， 其余三个 冲程靠飞轮惯性完成。 榆 一个工作冲程中，活塞往复两次，飞轮转动两 周， 做功一次。 不同点 淤 构造不同： 汽油机汽缸顶有火花塞， 而柴油机汽 缸顶部有喷油嘴。 于 燃料不同： 汽油机
4、的燃料是汽油， 而柴油机的燃 料是柴油。 盂 吸气不同： 汽油机吸进汽油和空气的混合气体， 柴油机只吸进空气。 榆 点火不同： 汽油机属点燃式点火， 柴油机属压燃 式点火。 二、 热机效率 1. 热机效率： 热机所做与所用燃料完全燃 烧释放的热量之比， 叫做热机的效率。 浊 = Q有效 Q总 = cm （t - t0） qm忆 2. 提高热机效率的措施 （以内燃机为例） ：， 尽量减小各种热量损失， 机件间保持良好的润滑、 减小 摩擦。 典 例 剖 析 知识点 1汽油机冲程的判断 例 1图 2 是内燃机的某冲程工作示意图，以下 改变内能方式与此相同的是（） 图 2 A援 烤火取暖 B援 搓手取
5、暖 C援 向手 “呵气” 取暖 D援 用热水袋取暖 解析：根据图示可知， 两个气门都关闭， 活塞上行， 因此该冲程为压缩冲程， 将机械能转化为内能， 是通过 做功改变物体的内能； A、烤火取暖是利用热传递改变 内能的； B、搓手取暖是利用做功改变内能的； C、向手 “呵气” 取暖是利用热传递改变内能的； D、 用热水袋取 暖是利用热传递改变内能的。 答案：B 知识点 2热机效率的理解 例 2小东通过查阅相关资料，收集了一些热机的 效率如下表， 在表中发现热机的效率普遍偏低， 你认为 热机效率较低的主要原因有： （1）； （2）； （3）。 一些热机的热机效率 蒸汽机 蒸汽轮机 燃气轮机 汽油机
6、 4% 8% 25% 30% 50% 60% 26% 40% 解析：热机效率是指热机有效利用的能量与燃料完 全燃烧放出的能量之比。要提高效率， 首先使燃料充分 燃烧， 然后减少燃烧产生能量的损失。若热机效率较低， 主要原因有： 废气带走的大量的热； 热机部件间的摩擦 大； 燃料不充分燃烧。 答案： 废气带走的大量的热； 热机部件间的摩擦大； 燃料不充分燃烧 知识点 3热机效率的计算 例 3用煤气灶把 1 kg、 初温为 20 益的水烧到 70 益，消耗了 10g 煤气。则：（1）水吸收的热量为多少 焦？ （2）煤气完全燃烧放出的热量为多少焦？ （煤气的热 值为 4.2 伊 107J/kg） （
7、3）煤气灶烧水的效率是多少？ 解：（1）根据吸热公式水吸收的热量为 Q吸= cm驻t = 4.2 伊 103J/kg 益 伊 1kg 伊（70益 - 20益）= 2.1 伊 105J。 （2）已知： m = 10g = 1 伊 10-2kg，煤气完全燃烧放 出的热量为 Q放= mq = 1 伊 10-2kg 伊 4.2 伊 107J / kg = 4.2 伊 105J。 （3）煤气灶烧水的效率为 浊 = Q吸 Q放 = 2.1 伊 105J 4.2 伊 105J = 50%。 例 4在召开的哥本哈根世界气候大会上， 我们国 家的总理承诺， 2020 年单位国内生产总值二氧化碳排 放 比 200
8、5 年下降 40%耀45%。这一承诺， 意味着中国从 此进入了低碳时代； 每到夏收季节， 大量农作物秸秆在 田间被随意焚烧， 这不仅造成资源浪费、 环境污 染， 而 且极易引发火灾等。为解决这一问题， 现已研制出利用 秸秆生产的节能环保型燃料秆浆煤。 若燃烧秆浆煤 （热值为 2.4 伊 107J/kg） ， 使 50 kg、 20益的水温度升高到 80益。求： （1）水需要吸收的热量。 （2）如果秆浆煤燃烧释放的热量有 30%被水吸收， 需要完全燃烧多少千克秆浆煤？ 解： （1）水的初始温度为 20益，加热后水的温度是 80益， 即 驻t水=t2-t1= 80益 - 20益 = 60益， 水的
9、比热 c水= 4.2 伊 103J/ （kg 益） ， 水的质量 m水= 50kg 代入公式 Q = cm驻t Q水= c水m水驻t水 Q水= 4.2 伊 103J/ （kg 益）伊 50kg 伊 60益 解得 Q水= 12600kJ （2）由题可知 30%Q煤= Q水 Q煤= Q水 30% = 12600 kJ 0.3 = 42000kJ 代入公式 Q煤= q煤m煤 m煤= Q煤 q煤 = 42000kJ 2.4 伊 107J/kg = 4.2 伊 107J 2.4 伊 107J/kg = 1.75kg 九年级 J第2期 应用拓展 （下转 2、 3 版中缝） 第 1 期测试题 参考答案 一、
10、 选择题 1. C2. D3. C4. B5. C 6. A7. C8. D9. C10. C 二、填空题 11. 比热容； 扩散 提示：湖泊水多， 因为水的比 热容较大， 白天， 相同质量的 水和其他物质（沙石、土壤 等） 比较， 吸收相同的热量， 水的温度升高的少； 夜晚， 放 出相同的热量，水的温度降 低的少， 使得昼夜的温差小， 对周围气温起到很好的调节 作用，可以大大减弱该地区 的 “热岛效应” ； 闻到阵阵花 香，是香气分子运动到了我 们身边，是分子不停地做无 规则的运动的结果，这属于 扩散现象。 12. 1； 降低； 2.1 伊 103J 13. 铁块；铝块 提示：质量相同的铁块
11、和铝 块，因为铁的比热容小于铝 的比热容， 吸收相同的热量后， 由 Q 吸= cm驻t 可知，铁块的 温度升高的多； 质量相同的铁 块和铝块，铝的比热容大， 降 低相同的温度， 由 Q放= cm驻t 可知， 铝块放出的热量多。 14. 凝固点； 比热容 提示：不同的物质， 其凝固点 一般不同；将分别盛有这两 种油的杯子同时放入冰箱内 降温一段时间后，发现两杯 油的温度都降到 8益时， 地沟 油变为固态而菜籽油还是液 态，这说明他们的凝固点不 同，不同的物质，在质量相 等， 温度升高相同时， 吸收的 热量是不同的。故相同条件 下质量相等的两种油降温的 幅度不同，则说明这两种油 的比热容不同。 1
12、5. 小； 快； 热传递 提示：电暖气里的工作物质 是油而不是水，好处之一是 油的比热容比水比热容小， 加热时升温快；电暖气的温 度高， 周围的空气的温度低， 将通过热传递的方式改变周 围空气的内能。 16. 热传递； 做功 提示：女孩通过哈气的方式 使手温度升高， 在该过程中， 嘴里呼出的高温水蒸气将热 直接传递给手，故该过程是 通过热传递改变物体内能 的； 男孩通过搓手来取暖， 搓 手时两手克服摩擦做功， 使 手的内能增加， 温度升高， 故 该过程是通过做功的方式使 手的内能增加。 17. 85 提示：水的比热容是 4.2 伊 103J/ （kg 益） ； Q = cm驻t = cm （t
13、末- t初）即： 4.2 伊 104J = 4.2 伊 103J/ （kg 益）伊 2 kg 伊 （t末- t初） ，故 t末- t初= 5益， 故 t初= 85益 18. 4 7 提示：取两种液体都加热了 2 分钟为研究对象， 用相同的 电热器加热， 在相同的时间 内， 吸收的热量是相等的， Q水= Q液， 本期导学案参考答案 一、 热机 内燃机 1. 白雾； 内能； 动能 2. 内燃机 5.（1）汽缸； 进气门 （2）淤 吸气； 压缩； 做功； 排气； 于 惯性； 盂 汽油和空气的混合物； 机械； 内； 内； 机械； 榆 一； 两； 两（3）喷油嘴（4）淤 四； 于 空气 二、 热机效率
14、1. 有用功 2. 使燃料充分燃烧 改变世界的热机导学案 现在的燃油的价格越涨越高， 司机们也开始想各种 办法来节油， 方法五花八门， 也确实起到了一些作用， 但 是效果并不是很大。为什么呢？ 原来是热机的效率并没有提高。 那么应该怎样来提高热机的效率呢？ 我们知道， 要提高热机效率就得尽量减少各种能量 损失， 其中减少燃气的内能损失的有效措施就是重新利 用燃气内能， 这样可提高燃料利用率。 当然， 现代化的新 型热机 （比如现代汽车的发动机利用微电脑控制） 的喷 油系统， 可提高燃油在汽车中的燃烧效率， 从而也可提 高燃料的利用率。 面对当今石油等能源物质严重匮乏的严峻事实， 提 高燃料的利
15、用率的问题就显得尤为重要。 我们作为新世 纪祖国建设的接班人， 在这个问题上有着很广阔的探索 空间。 希望将来有更多的同学在汽车工业、 能源、 开发与 利用等方面做一个科技型的节能专家。 下面， 同学们可以通过分析一个例题来帮助司机们 想想节油的办法。 例题下列有关提高热机效率的方法中， 不正确的 是（） A援 保证活塞滑动灵活并且密封性好 B援 保证喷头无损、 喷雾均匀 C援 减小连杆转轴等处的摩擦 D援 使用合适的燃料 E. 改用先进技术， 使热机的效率达到 100% 解析：保证活塞滑动灵活是减少机械损失的一种 有效措施； 密封性好， 可以减少活塞做功时气体的泄露， 这样可以使更多的内能转
16、化为机械能，故选项 A 的说 法是正确的。保证喷头无损、 喷雾均匀就可以确保燃料 的充分燃烧， 故选项 B 的说法正确。减小连杆转轴等处 的摩擦就可以减少机械损失， 故选项 C 正确。各个内燃 机使用的油的标准 （油的成分和各成分的含量） 不一样， 要严格按照各个内燃机的规定给内燃机加油， 这样才能 确保燃料的充分燃烧、 飞轮更有效地运转等等， 故选项 D 正确。我们知道， 热机的效率为 做有用功的能量 燃料完全燃烧放出的能量 伊 100%。 其中， 燃料完全燃烧放出的能量即为热机的燃气内 能， 燃气内能 = 散热损失能量 + 机械损失能量 （克服摩 擦）+ 有用机械能 + 废气内能。因为散热损失能量、 废 气内能和机械损失能量 （克服摩擦） 都不可能为零， 故热 机的效率不可能达到 100%， 选项 E 是错误的。 答案：E 点评： 通过以上的分析， 同学们可以帮助司机想出节 油办法了吧？ 对热机效率的理解也更透彻了吧？ 希望同学 们以后逐渐学会应用物理知识去分析自己身边的事情。 知 识 百 科 身边物理 200 多年前，英国苏格兰西 部格
