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四、热机-------能量的转化课前预习1、热机有哪些种类？它们的工作原理是什么？2、内燃机有哪几个冲程？怎样区分？3、这些冲程有哪些特点？哪些冲程对外做功？4.汽油机和柴油机的异同5、什么是热机的机械效率？热机的效率低的原因？怎样提高热机的效率？6、热机对环境有什么影响？一、热机实验一：试管内装水，用橡皮塞塞住，加热至沸腾。现象：水升至沸腾，产生大量水蒸气，水蒸气越来越来多，对软木塞的压力越来越大，随后将软木塞推出试管口说明：水蒸气膨胀对木塞做功，水蒸气内能减小，木塞机械能增加，内能转化为机械能。结论：能量转化为化学能内能机械能1、热机：能够将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，又通过做功，把内能转化成机械能的机器2、原理：化学能内能机械能3、分类：热机外燃机内燃机汽油机柴油机燃烧做功蒸汽机最早的热机，1769年瓦特进行改良，使之成为了现代意义的蒸汽机其他热机最早火车使用的轮机柴油机（力大，笨重）汽油机（力小，轻巧）两种内燃机喷气发动机（应用于飞机）内燃机原理燃料与空气在气缸内混合遇到火花点燃，直接推动活塞做功常见的是汽油机和柴油机内燃机构造：汽油机柴油机(1)汽油机的构造火花塞气缸进气门活塞连杆排气门曲轴5、汽油机工作原理吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程进气阀门排气阀门吸气冲程汽油和空气进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。压缩冲程进气门和排气门都关闭，活塞由于惯性向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高。能量转化：机械能转化为内能做功冲程在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。能量转化：内能转化为机械能。排气冲程燃烧后的废气进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。利用的是：惯性吸气压缩做功排气内燃机的冲程和工作循环(3)柴油机的构造喷油嘴进气门活塞连杆排气门气缸曲轴(4)柴油机工作原理吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程吸气冲程空气进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，将空气吸进气缸。压缩冲程进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气压缩得很小，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点。机械能转化为内能。做功冲程在压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。内能转化为机械能。排气冲程燃烧后的废气进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。一个工作循环：活塞：曲轴：完成：对外做功：三个辅助冲程：小结：往复两次转动两周四个冲程一次靠飞轮惯性来完成3.内燃机的应用汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞机和小型农业机械上面。(1)汽油机的应用(2)柴油机的应用柴油比较便宜，但柴油机比较笨重，主要用在载重汽车、拖拉机、坦克上面。想想议议：汽油机和柴油机的工作过程有什么相同点，有什么不同点？1．基本构造和主要部件的作用相似。2．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。3．四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。4．一个工作循环中，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次。相同点不同点1．构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。2．燃料不同：汽油机的燃料是汽油，而柴油机的燃料是柴油。3．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。4．点火不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。二、燃料的热值1、定义：2、符号：q单位：3、物理意义：4、q碳=3.4×107J/kg的意义：1kg某种燃料完全燃烧所放出的热量叫做这种燃料的热值J/kg1kg的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少5、放出热量的计算如果用m表示燃料的质量，用q表示该种燃料的热值，用Q放表示燃料完全燃烧时所放出的热量，则：Q放=mq例1：液化石油气热值为3.5×107J/kg，（1）完全燃烧80g发出的热量为多少？（2）若燃烧放出的热量只有60%被水吸收。则能将4kg，初温20℃的水加热到多少℃6、热机的效率（1）热机的效率：热机所做的做有用功那和燃料完全燃烧放出的热量之比。叫热机的效率。η=（2）燃料的不完全燃烧、气缸部件吸热后的热量散失、废气带走的热量和克服摩擦做功而消耗的能量，都是引起能量损失的原因。因此，提高热机效率，可提高燃料的利用率。WQ放×100%汽油机的效率：20~30%柴油机的效率：30~45%你认为它们的效率比你想象的高？还是低？你猜想：汽油机、柴油机的效率大约是多少？猜猜看！（3）提高热机效率的途径和方法：①尽可能减少各种热损失，保证良好的润滑，减少因克服摩擦所消耗的能量；②充分利用废气的能量，提高燃料的利用率，如利用热电站废气来供热。这种既供电又供热的热电站，比起一般火电站来，燃料的利用率大大提高。7.热机对环境的影响1.热机对大气的影响。（1）产生有毒气体。（2）产生大量二氧化碳，造成温室效应。（3）产生粉尘。2.热机产生噪音。例：3Kg的酒精完全燃烧可放出多少热量？解：Ｑ＝mq=3KgX3.0x107J/kg=9.0x107J3Kg的酒精完全燃烧可放出的热量是例题：把5kg40℃的水烧开，需要完全燃烧多少kg的干木柴？（已知干木柴的燃烧值为1.2×107J/kg，外界为标准大气压，并且燃料完全燃烧放出的热量全部被水吸收）分析：利用吸热公式Q吸=Cm(t-t0)可以算出将水烧开要吸收多少热量，解题时应注意在标准大气压下，水的沸点是100℃，即水烧开时的温度为100℃，再利用燃料的燃烧值求干木柴的质量．解答：Q吸=Cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(100℃-40℃)=1.26×106J因为Q吸=Q放=1.26×106J所以干木柴质量0.105kg'J/kg101.2J101.2673qQm1.在汽油机的四个冲程中，机械能转化为内能的是冲程，内能转化为机械能的是冲程，冲程是汽车获得了动力。巩固练习做功压缩做功2.一个工作循环,内燃机的活塞往复运动____次,曲轴转动____圈,燃气做功____次.四冲程内燃机,如果对外做10次功,活塞经历了____个冲程,曲轴转动了____周.40122203．燃料的燃烧是一种变化，在燃烧过程中，燃料的能转化为能．4．１Kg某种燃料放出的，叫做这种燃料的热值．无烟煤的热值是3.4x107J/kg,它的物理意义是：．１Kg无烟煤完全燃烧放出的热量是3.4x107J内化学化学热量完全燃烧5.柴油机甲的效率高于柴油机乙的效率,这表明()A.甲做功多B.甲做功快C.甲消耗柴油少D.甲将热能转化为机械能的比例大D7.内燃机工作时将内能转化为机械能,并且()A.将全部机械能输出B.将少部分机械能输出C.将部分机械能储存在飞轮上,供辅助冲程工作时使用D.将全部机械能储存在飞轮上,供辅助冲程工作时使用6.关于燃料和热值，以下说法正确的是：（）A.燃料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木柴放出的热量一定多D.为了提高锅炉的效率，一定要用热值高的燃料CA8．2kg的某种燃料完全燃烧放出的热量是9.2x107J,这种燃料的热值为多少？答案：4.6x107J/kg练习1、四口这家分别单独使用不同种类的燃料时的平均月消耗分别为：木柴约200千克，烟煤约80千克，液化石油气约30千克，煤气约60千克。这四种燃料中的热值最高的是(）A、液化石油气B、煤气C、烟煤D、木柴A2、航天工业中的火箭是用液态氢作为燃料的，这是因为液态氢具有（）A、较小的质量B、较小的密度C、较大的比热容D、较大的热值D3、柴油机是工农业生产中常用的热机，已知某型号柴油机的效率是30%，在柴油机内完全燃烧2千克柴油能放热J，这些热通过柴油机的转化能对外做有用功J。（柴油的热值为3.3×107J/kg4、完全燃烧140克焦炭（焦炭的热值为3.0×107J/kg)能放出多少热量？若这些热量的30%被水吸收，则能使30kg、20℃的水温度升高到多少度？6.6×1071.98×107当堂练习4、某汽油机效率为20％，这表示它每做100J的有用功要完全燃烧产生__J能量的汽油，要向外散失__J的能量。5、甲、乙两辆汽车，甲汽油机效率比乙汽油机效率高，这表明（）A甲做功比乙多B甲做功比乙少C甲消耗的汽油比乙少D相同的牵引力行驶相同的路程，甲耗油少。6、一台效率为40％的柴油机，当输出6600J的有用功时，消耗的柴油量为多少千克？（q柴油=3.3×J/kg）500400D710选做题7、一辆60KW的载重汽车，保持功率不变在平直的马路上行驶，受到的阻力是4.5×N，发动机每小时耗油20L，求：（1）发动机的效率，（2）如果油箱内还有汽油50L，那么还能行驶多远？（ρ汽油=0.8×㎏／，q汽油=4.6×J／㎏）3103103m710