第十四章-内能的利用的学案

热机热机学案学案 一复习引入一复习引入 、热机、热机 1、定义：把内能转化为机械能的机器。 深化升华： 热机的基本原理是燃料的化学能通过燃烧转化为内能， 又通过做功把内能转 化为机械能。 热机的种类很多， 这些热机在人类社会的工业化进程中起到了举足轻重的作用， 而且在现代社会中还发挥着巨大作用。 2、种类：热机常见有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 3、内燃机 （1）分为汽油机和柴油机两大类。 （2）内燃机一个工作循环由四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲 程。其中，每完成一个工作循环，活塞往复两次，飞轮转动两周，只有做功冲程实现内能向 机械能的转化。 要点提示：在四个冲程中，压缩冲程和做功冲程中发生了能量转化，压缩冲程中活塞运 动的机械能转化为汽油和空气混合物的内能。 做功冲程中， 燃料燃烧把燃料的化学能转化为 燃气的内能，然后通过做功把燃气的内能转化为活塞的机械能。 、燃料的热值、燃料的热值 1、定义：1 千克的某种燃料完全燃烧而放出的热量。 2、物理意义：表示燃料燃烧时放热本领的物理量，燃烧相同质量的不同燃料，放出的 热量是不同的，就是说，不同燃料在燃烧时放热的本领不同，物理学中用热值来表示燃料的 这种特性。 3、单位：热值的单位是：焦/千克，读做焦每千克，用符号 J/kg。如酒精的热值为： 3.0×107J/kg，表示 1 kg 酒精完全燃烧放出的热量是 3.0×107J。 4、实质：燃料燃烧过程中，燃料储藏的化学能转化为内能。 深化升华：内能的主要来源是燃料，燃料燃烧时化学能转化为内能释放出来，不同燃料 在燃烧过程中化学能转化为内能的本领大小不同， 这就是燃料的一种性质， 用燃料的热值来 表示。同种燃料的热值相同，与燃料的质量大小、形状及放出热量的大小都没有关系。 5、热值是描述燃料性质的物理量，它反映的是 1 kg 的某种燃料完全燃烧放出的热量。 热值的单位为 J/kg。 难点剖析：对于热值的理解应抓住三个关键词语：1kg、某种燃料、完全燃烧。 （1）“1 kg”是指热值针对 1 kg 的燃料而言，如果不是 1 kg 的燃料，完全燃烧放出 的热量值与热值不同。 （2）“某种燃料”是指热值与燃料的种类有关，确定了燃料才能确定热值，不同燃料 的热值一般不同。 由此可见热值反映了燃料的燃烧特性， 热值大的 1kg 燃料完全燃烧放出的 热量多。 （3）“完全燃烧”是由指燃料在燃烧时必须烧完、烧尽，只有 1 kg 的燃料完全燃烧时 放出的热值才是这种燃料的热值， 通常情况下燃料往往不能完全燃烧， 致使燃料燃烧放出的 热量比用热值算出的结果小。 、热机的效率、热机的效率 1、定义：热机工作时，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。 2、提高热机效率的途径：尽量减小各种热量损失；保持良好的润滑，尽量减小摩擦； 尽可能使燃料充分燃烧等等。 3、热机造成的环境污染包括：燃料燃烧过程中会产生有害气体，燃料的不完全燃烧还 会产生大量的粉尘、飞灰，这些都会污染大气，危害人体健康，影响植物正常生长，要减小 污染可改进燃烧设备，采取集中供热，提高燃烧效率，减少有害气体的排放量，采用污染小 的气体燃料，加装消烟除尘装置等。 要点提示：在利用燃料燃烧产生内能时，主要存在两大问题：一是提高效率，尽可能增 加可利用的能量，减少浪费，节约能源，是缓解能源危急的重要途径；二是减少有害气体的 排放，减少污染，保护人类及所有生命的生存环境。 、能量守恒定律、能量守恒定律 1、内容：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式， 或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 难点剖析：定律的内容分为两部分：第一部分指出能是可以“转移”或“转化”的， “转 移”指同一种形式的能可以从一个物体转移到另一个物体上； “转化”指能从一种形式转化 为另一种形式；第二部分是能的“守恒”，明确指出在能的转移或转化过程中，能既不会创 生、也不会消灭，能的总量保持不变。 在各种能量发生转化和转移的事例中，能量都是守恒的，例如： （1）在热机中，利用内能做功的过程就是内能转化为其他形式能量的过程，消耗多少 内能，就会产生多少其他形式的能量，能的总量是守恒的； （2）在摩擦生热现象中，机械能转化为内能，消耗多少机械能，就产生多少内能，能 的总量是守恒的； （3）在燃料燃烧的过程中，化学能转化为内能，消耗多少燃料中蕴含的化学能，就会 产生多少内能，能的总量是守恒的； （4）在热传递过程中，是内能由高温物体转移到低温物体的过程，例如，一杯热水与 一杯冷水混合，热水减少多少内能，冷水就增加多少内能，能的总量是守恒的； （5）电动机工作时，电能转化为机械能和内能（因为电动机转动的同时还要发热）， 消耗多少电能，就会产生多少机械能和内能，能的总量是守恒的； （6）用电炉加热物体，电能转化为内能，消耗多少电能，就产生多少内能，能的总量 是守恒的。 深化升华：自然界中所有的变化，不管是大到天体、小到原子核内部，也不管是物理学 的 （比如物态变化） ， 还是化学的 （比如物质发生化学反应） 、 生物学的 （比如动物的呼吸） 、 地理学的（比如火山爆发）、天文学（比如星球的运动）的问题，都存在能量的转化或转移， 而且在转化与转移的过程中，能的总量是守恒的。所以说能量守恒定律是自然界最普遍、最 重要的基本定律之一。 2、意义：由做功和热传递的等效作用说明，机械能之间是可以转化的.其实自然界里， 能量和转化是普遍的，都是通过做功这种形式来完成。自然界为什么形形色色，为什么这样 奇妙丰富，都离不开能量的转化，地球从太阳那里获得光能，出现了风、水的流动，繁茂的 植物和多种多样的动物，人类的活动，机器轰鸣，家电的使用，哪一样都离不开能的转化， 可以说离开了能量的转化，就不再成为世界，可见能的转化是普遍的。 3、理解能量守恒定律应注意以下几点： （1）每一种运动形式都可以用一种形式的能来量度，如机械能、内能、化学能、电能， 能量的单位都是焦耳； （2）各种运动形式可以在一定条件下互相转化，而运动形式的转化过程必然伴随着能 量的转化和守恒； （3）能量也可以以同种形式从一个物体转移到另一个物体，热传递过程实质上就是内 能从一个物体转移到另一个物体的过程.转移能量的多少用热量来度量； 辨析比较：在能量守恒中，“转化”和“转移”是有区别的，“转化”是指一种形式的 能量在一定条件下转化为另一种形式的能量， “转移”是指一种能量在一定条件下从一个物 体转移到另一个物体，而能的形式没有变化。 （4）要对外做功，必须消耗能量，不消耗能量就无法对外做功，能量永远不会消失， 也不会创生。 二二引导学习引导学习 例例 1 1. . 如图所示为内燃机工作的四个冲程示意图，其中表示压缩冲程的是（ ） A、甲 B、乙 C、丙 D、丁 例例2 2. 一台四冲程内燃机转速为 600 转/分，则（ ） A、每分钟内做功 100 次，共有 400 个冲程 B、每分钟内做功 200 次，共有 200 个冲程 C、每秒内做功 20 次，共有 10 个冲程 D、每秒内做功 5 次，共有 20 个冲 程 例例 3.3. 关于燃料的热值，以下说法中正确的量（ ） 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、煤的热值大于干木柴的热值，燃烧煤放出的热量比燃烧干木柴放出的热量一定多 D、为了提高锅炉中燃料的利用率，一定要用热值高的燃料 例例 4. 酒精的热值是 3.0×107J/kg，一瓶酒精用去一半后，剩下的半瓶酒精的热值是（ ） A、 1.5×107J/kg B、 3.0×107J/kg C、 6.0×107J/kg D、9.0×107J/kg 例例 5. 如果干木柴燃烧产生的热量只有 30%被水吸收，要把 5kg 40的水烧开，至少需要燃烧多少千克干木柴？（已知干木柴的热值为 1.2×107J/kg，外界空气压强为标准大气压） 例例 6.6. 研究表明：生活垃圾的平均热值为 6.27×l06J/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 8.64×108J 兴建一座规模为 2 台 1.2×104kW 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。 例例 7.7. 小明学习了热学的有关知识后，知道水的比热容是 4.2×103J/（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 30kg 20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×l07J/kg，从理论上讲小明家每天烧水做饭需要多少 kg普通煤？ 例例 8. 某电动机消耗 1000 J 电能，可以产生 800J 的机械能，求产生的内能是多少？该电动机的效率是多少？ 源源:Z,xx,k.Com:Z,xx,k.Com 来源:学科网 Z 三巩固练习 1 1. 燃料燃烧的过程中，储存在燃料中的_能转化为_能释放出来，木炭的热值是 3.4×107J/kg，表示_；若完全燃烧0.5 kg 木炭，则放出_热量。 2、在汽油机工作的四个冲程中，将机械能转化为内能的是_冲程，将内能转化为机 械能的是_冲程。 3、在内燃机工作的四个冲程中，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 4、关于燃料的热值，下列说法中正确的是（ ） A、某种燃料燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值 B、甲燃料完全燃烧放出的热量比乙燃料完全燃烧放出的热量多，则甲燃料的热值一定 比乙燃料的热值大 C、燃料的热值越大，则燃料燃烧时放出的热量越多 D、烟煤的热值是 2.9×107J/kg，则完全燃烧 1kg 的烟煤能放出 2.9×107J 的热量 5、两台汽油机，甲的效率为 35%，乙的效率为 25%，这两个数据表示（ ） A、甲机做的功比乙机多 B、甲机的功率比乙机的大 C、在相同时间内甲机燃烧的汽油比乙机的多 D、在消耗相同汽油时，甲机做的有用 功比乙机的多 6、把一瓶酒精倒去一半，则剩下的酒精（ ） A、比热容和热值均变为原来的一半 B、比热容变为原来的一半，热值不变 C、热值变为原来的一半，比热容不变 D、比热容和热值均不变 7、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 8、 关于四冲程汽油机的工作过程有以下几种说法： 在做功冲程中， 是机械能转化为内能； 在做功冲程中，是内能转化为机械能； 只有做功冲程是燃气对外做功； 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 B、只有 C、只有 D、只有 9