第二章  改變世界的熱機單元總結(jié)（解析版）1.了解：了解熱機的使用對社會的貢獻和給環(huán)境帶來的影響。2.會：進行熱值的簡單計算。3.理解：理解內(nèi)燃機的基本原理，了解汽油機的工作過程。4.知道：熱機的效率，了解提高熱機效率的途徑；熱機的概念及熱機的能量轉(zhuǎn)化，了解熱機在人類發(fā)展史上的重要意義。5.通過分析汽油機的四個沖程，了解活塞發(fā)動機的工作過程。★知識點一：熱機1.熱機：通過燃料燃燒獲取內(nèi)能并轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。2.蒸汽機：（1）蒸汽機是最早的熱機。利用蒸汽做功。（2）瓦特改進、完善了蒸汽機，發(fā)明了冷凝器、蒸汽汽缸等部件，設(shè)計了通過活塞直線運動帶動飛輪圓周運動的連接裝置，解決了動力的傳輸問題，才使蒸汽機成為帶動其他機器轉(zhuǎn)動的動力機器。（3）蒸汽機的原理圖，汽缸內(nèi)活塞的左右移動由滑塊閥門來控制。要點詮釋：1.內(nèi)能的兩個用途：（1）加熱；（2）做功。2.形形色色的熱機：（1）水蒸氣可以驅(qū)動葉輪轉(zhuǎn)動，那是最簡單的輪機，應用在大型火力發(fā)電廠中、大型艦船上。（2）在機車、汽車、農(nóng)用機械中，使用汽油機和柴油機等內(nèi)燃機。（3）在航空航天中已經(jīng)使用更高效的噴氣發(fā)動機和火箭發(fā)動機。★知識點二：內(nèi)燃機1.活塞式內(nèi)燃機：燃料在汽缸內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的燃氣直接推動活塞做功。2.內(nèi)燃機的工作原理：汽油或柴油在氣缸里燃燒時生成高溫高壓的燃氣，用來推動活塞做功?；钊ㄟ^連桿使內(nèi)燃機的飛輪轉(zhuǎn)動，從而帶動其他機械轉(zhuǎn)動。3.汽油機的四個沖程：活塞在氣缸內(nèi)往復運動，從氣缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個沖程，多數(shù)汽油機是由吸氣、壓縮、燃燒——膨脹做功和排氣四個沖程的不斷循環(huán)來保證連續(xù)工作的。4.能量轉(zhuǎn)化：壓縮沖程，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；做功沖程，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。要點詮釋：1.汽油機的一個工作循環(huán)要經(jīng)歷四個沖程，活塞往復運動兩次，飛輪轉(zhuǎn)動兩周，對外做功一次。2.汽油機和柴油機的異同點：不同點相同點項目汽油機柴油機（1）構(gòu)造基本相同都是燃料在氣缸內(nèi)燃燒，都是內(nèi)燃機。

（2）都將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。
（3）每一個工作循環(huán)都是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程組成。構(gòu)造氣缸頂部有火花塞氣缸頂部有噴油嘴點火方式壓縮沖程末由火花塞放出電火花點燃，稱點燃式壓縮沖程末由噴油嘴向氣缸內(nèi)噴霧狀柴油遇到高溫高壓的空氣自動燃燒，稱壓燃式燃料汽油、吸氣沖程吸進汽油和空氣混合物柴油、吸氣沖程吸進氣缸的只是空氣壓縮比壓縮沖程末氣體體積被壓縮為吸進體積的1／9至1／6壓縮沖程末氣體體積被壓縮為吸進體積的1／22至1／16做功做功沖程初燃氣壓強為30至50個大氣壓，溫度2000℃至2500℃，高溫高壓的氣體推動活塞做功做功沖程初燃氣壓強為50至100個大氣壓，溫度1700℃至2000℃，高溫高壓的氣體推動活塞做功效率效率較低20％至30％效率較高30％至45％用途輕便，多用于汽車、飛機、小型農(nóng)機具笨重，多用于拖拉機、載重汽車、輪船等重型機械★知識點三：熱機效率1.熱機的效率：把熱機所做有用功與所用燃料完全燃燒釋放的熱量之比，叫做熱機的效率。2.熱機的利用：（1）蒸汽機的廣泛應用，結(jié)束了以人力、畜力為主要動力的漫長歷史，世界進入以“火”為動力的“蒸汽機時代”（2）火電站、熱電站利用蒸汽輪機正將煤炭、天然氣和石油轉(zhuǎn)化成電能。（3）以熱機為主要動力裝置的汽車、火車、輪船和飛機。3.熱機的利用和環(huán)境保護：（1）熱機排出的二氧化碳所引起的溫室效應，對地球表面的熱平衡有較大影響。（2）汽車內(nèi)燃機排出的廢氣對環(huán)境產(chǎn)生較大的污染，成為城市熱島效應的元兇之一。（3）利用綠色能源，研究和開發(fā)低能耗、少污染的高性能熱機，控制和減少污染。要點詮釋：1.熱機的效率是熱機性能的一個重要指標，熱機的效率越高，它的機械性能就越好。2.提高熱機效率的途徑：（1）在設(shè)計和制造上，要不斷改進和革新，以減少各種能量損失，提高效率。（2）在使用上，要正確使用，注意保養(yǎng)。例如加潤滑劑以保證良好的潤滑，減小摩擦；運動零件之間的間隙要調(diào)整得當，減小摩擦和防止漏氣。（3）充分利用廢氣帶走的能量。例如熱電站就是利用廢氣來供熱的，這種既供電又供熱的熱電站，比一般的火電站，燃料的利用率將大大提高。         考點一：熱機★典例一：某汽油機的四個沖程如圖所示，在該汽油機的一個工作循環(huán)中，壓縮沖程結(jié)束后，下個沖程是（   ）。A. ① B. ② C. ③ D. ④【答案】C。【解析】A．汽油機的一個工作循環(huán)中，壓縮沖程結(jié)束后，下個沖程是做功沖程，有圖①可知，活塞向上運動，排氣門打開，所以圖①是排氣沖程，故A不符合題意；B．汽油機的一個工作循環(huán)中，壓縮沖程結(jié)束后，下個沖程是做功沖程，有圖②可知，活塞向下運動，進氣門打開，所以圖②是吸氣沖程，故B不符合題意；C．汽油機的一個工作循環(huán)中，壓縮沖程結(jié)束后，下個沖程是做功沖程，有圖③可知，活塞向下運動，兩門關(guān)閉，所以圖③是做功沖程，故C符合題意；D．汽油機的一個工作循環(huán)中，壓縮沖程結(jié)束后，下個沖程是做功沖程，有圖④可知，活塞向上運動，兩門關(guān)閉，所以圖④是壓縮沖程，故D不符合題意。故選C。★典例二：內(nèi)燃機的一個工作循環(huán)是由四個沖程組成的，如圖所示的是工作循環(huán)中的_____沖程，若飛輪轉(zhuǎn)動40周，則對外做功______次。【答案】(1)壓縮；(2)20。【解析】如圖所示，活塞向上運動，進氣閥和排氣閥均關(guān)閉，所以如圖所示的是工作循環(huán)中的壓縮沖程。內(nèi)燃機一個循環(huán)，四個沖程，飛輪轉(zhuǎn)2周，做功1次，所以若飛輪轉(zhuǎn)動40周，則對外做功20次。考點二：熱機效率★典例三：某輛行駛的小轎車，其正常工作時的能量轉(zhuǎn)化情況如圖所示，若輸入的化學能為2000J，輸出的動能為300J．則輸出的內(nèi)能和聲能共計　   　J；輸出的有用能量是動能，則小轎車正常工作時的效率為　   　。【答案】1700；15%。【解析】（1）由圖知，輸入的化學能E＝2000J，輸出的動能E1＝300J輸出的內(nèi)能和聲能：E2＝E﹣E1＝2000J﹣300J＝1700J；（2）小轎車正常工作時的效率：η＝＝×100%＝15%。故答案為：1700；15%。★典例四：關(guān)于熱機的效率，下列說法正確的是（　　）。A. 在做功同樣多的情況下，熱機的效率越高消耗的燃料越多；B. 一般情況下柴油機的效率比汽油機的高；C. 熱機的效率越高說明做功越快；D. 熱機損失的能量中，廢氣帶走的能量較少，主要是由于機械摩擦損失的【答案】B。【解析】A．熱機的效率越高，做有用功與燃料完全燃燒放出的熱量的比值越大，即在做功相同的情況下，消耗的燃料較少，或消耗相同的燃料，做功較多，故A錯誤。B．一般情況下柴油機的效率比汽油機的高，多用在重型機器上，故B正確；C．熱機的效率是有用功與燃料完全燃燒放出的熱量的比值，熱機的效率越高說明有用功占的比值越大，功率表示做功的快慢，功率越高說明做功越快，效率和功率是兩個不同的物理量，二者之間沒有必然聯(lián)系，故C錯誤；D．根據(jù)內(nèi)燃機的能量流向，熱機損失的能量中，廢氣帶走的能量較多，故D錯誤。故選B。考點三：能量轉(zhuǎn)化與守恒★典例五：如圖是四沖程汽油機工作循環(huán)中的一個沖程，下列關(guān)于沖程及其能量轉(zhuǎn)化判斷正確的是（  ）。A. 做功沖程，將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；B. 做功沖程，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能；C. 壓縮沖程，將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；D. 壓縮沖程，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能【答案】B。【解析】如圖所示，兩個氣門關(guān)閉，活塞向下運動，為做功沖程，燃料在缸內(nèi)燃燒，將燃料的內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機械能，ACD錯誤，B正確。故選B。★典例六：關(guān)于能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程，下列說法錯誤的是（　?。?/span>。A. 地球上的化石能源歸根結(jié)底來自遠古時期的太陽能；B. 自然界中水能的循環(huán)再生過程不遵循能量守恒定律；C. 空調(diào)將室內(nèi)空氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)移至高溫的室外需要消耗電能；D. 熱水自然變涼，能量自發(fā)的從高溫物體轉(zhuǎn)移至低溫物體【答案】B。【解析】AB．地球上的化石能源都是太陽能轉(zhuǎn)化來的，能量不會憑空產(chǎn)生也不會憑空消失，只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個物體轉(zhuǎn)移的另一個物體，故A正確，不符合題意，B錯誤，符合題意；C．空調(diào)將室內(nèi)空氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)移至高溫的室外需要壓縮機運轉(zhuǎn)，壓縮機運轉(zhuǎn)需消耗電能，故C正確，不符合題意；D．熱傳遞的條件是溫度差，熱水自然變涼，能量自發(fā)的從高溫物體轉(zhuǎn)移至低溫物體，故D正確，不符合題意。故選B。一、選擇題1．四沖程汽油機在工作過程中，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的沖程是（  ）。A．吸氣沖程；B．壓縮沖程；C．做功沖程；D．排氣沖程【答案】C。【解析】吸氣沖程、排氣沖程都是消耗機械能的沖程，壓縮沖程是把機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而做功沖程是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，故C是正確的。2．關(guān)于四沖程汽油機和柴油機的工作過程有以下幾種說法：①在吸氣沖程中，都會吸入空氣；②在做功沖程中，是機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；③只有做功沖程是燃氣對外做功；④汽油機和柴油機的點火方式相同；以上說法中正確的是（　?。?/span>。A．只有①②③ B．只有①③ C．只有②④ D．只有②③④【答案】B。【解析】①汽油機在吸氣沖程中吸入的是汽油和空氣的混合物，而柴油機吸入的是空氣，所以在吸氣沖程中，都會吸入空氣，故①正確；②在汽油機的做功沖程中，是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，故②錯；③在汽油機的四個沖程中，只有做功沖程是燃氣對外做功，故③正確；④汽油機和柴油機的點火方式不同，汽油機中有火花塞，采用的是點燃式點火；而柴油機是噴油嘴噴出霧狀柴油，進行壓燃式點火，故④錯誤。所以只有①③正確。故選B。3.根據(jù)表 1、表 2 和表 3 提供的資料（在 1 標準大氣壓下），判斷下列說法中正確的是（  ）。表 1：幾種晶體的熔點晶 體熔點（℃）固態(tài)酒精－117固態(tài)水銀－39冰0表 2：幾種物質(zhì)的比熱容   物質(zhì)比熱容［J/（kg·℃）］水4.2×103煤油2.1×103干泥土0.84×103表 3：幾種燃料的熱值    燃料熱值（J/kg）干木柴約 1.2×107無煙煤約 3.4×107汽油約 4.6×107A. 南極冬季氣溫一般在－40℃以下，在南極測量氣溫可選擇酒精溫度計；B. 溫度為 0℃的冰，其分子仍然會做無規(guī)則運動；C. 水和煤油升高相同的溫度，水吸收的熱量較多；D. 煤的熱值比干木柴的大，因此煤燃燒過程中一定比干木柴燃燒過程中放出的熱【答案】AB。【解析】A．南極的冬季氣溫在-40℃以下，在南極測量氣溫可選擇酒精溫度計，故A正確；B．物體的溫度為0℃，物體的分子運動速度不為0，仍然會做無規(guī)則運動，故B正確；C．相同質(zhì)量的水和煤油，水的比熱容比煤油的大，故升高相同的溫度，水吸收的熱量較多，故C錯誤；D．燃料燃燒放出的熱量與是否完全燃燒、燃料的熱值和質(zhì)量都有關(guān)系，熱值大的燃料不一定放出的熱量多，故D錯誤。故選AB。4．下列說法中正確的是（　?。?/span>。A．汽油機的壓縮沖程中將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能；B．燃料不完全燃燒，其熱值會變小；C．可以采用增大熱機功率的方法來增大熱機的效率；D．物體的內(nèi)能增加時溫度可能不變【答案】D。【解析】A、壓縮沖程中活塞壓縮氣缸內(nèi)氣體做功，將活塞的機械能轉(zhuǎn)化為燃氣的內(nèi)能，故A錯誤；B、熱值是燃料的一種特性，它只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的質(zhì)量、燃燒程度等均無關(guān)，故B錯誤；C、用來做有用功的能量和燃料完全燃燒放出的熱量的比值叫熱機效率，增大熱機功率不能增大熱機的效率，故C錯誤；D、物體內(nèi)能增加時，溫度可能不變，例如，晶體吸熱熔化時，故D正確。故選D。二、填空題5．如圖所示的是四沖程汽油機工作狀態(tài)示意圖，由圖可以看出，此時它正處在_______沖程；為了降低汽油機內(nèi)汽缸的溫度，汽缸外有一個水箱將汽缸包圍住，這是通過____________的方式減少汽缸的內(nèi)能。【答案】壓縮；熱傳遞。【解析】由圖示可知，兩氣門都關(guān)閉，活塞向上運動，該沖程是壓縮沖程。為了避免汽油機在工作時溫度升得太高，在設(shè)計制造時，汽缸外有一個水箱，讓汽缸被水包圍著，即通過水吸收熱量使得汽缸溫度降低。這是通過熱傳遞的方式改變內(nèi)能的。答案是：壓縮；熱傳遞。6.“頁巖氣”是蘊藏在巖層中的天然氣，被譽為未來能源的“明星”。頁巖氣屬于_____________（填“可再生”或“不可再生”）能源。頁巖氣的熱值為3.2×107J/m3，完全燃燒0.1m3頁巖氣可放出____________J的熱量。【答案】不可再生；3.2×106J。【解析】（1）頁巖氣已經(jīng)燃燒不可再生。（2）根據(jù)公式：，得：。故答案是：不可再生；3.2×106J。7．汽車汽油機是由四個沖程的不斷循環(huán)來保證連續(xù)工作的，其中由機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的是 　沖程。已知汽油的熱值為4.6×107J/kg，2kg汽油完全燃燒時釋放的熱量為　   　J。已知汽車防凍液的比熱容為4.2×103J/（kg?℃）。某汽車中的防凍液從90℃冷卻到20℃的過程中，放出的熱量為2.94×106J，則該汽車中防凍液的質(zhì)量為　   　kg。【答案】壓縮；9.2×107；10。【解析】（1）在汽油機的壓縮沖程中，活塞壓縮汽油和空氣的混合物做功，使其內(nèi)能增大、溫度升高，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；（2）完全燃燒2kg汽油放出的熱量：Q放＝mq＝2kg×4.6×107J/kg＝9.2×107J；（3）由Q放＝cm△t可得，汽車防凍液的質(zhì)量：m＝＝＝10kg。故答案為：壓縮；9.2×107；10。8．如圖所示，一配有活塞的厚壁玻璃筒里放一小團蘸了乙醚的棉花，當迅速壓下活塞時，可看見桶內(nèi)棉花燃燒起來。這是通過　   　的方式使玻璃筒內(nèi)的空氣　   　增加、溫度升高的。從能量轉(zhuǎn)化的角度看，汽油機工作時　   　沖程與該圖實驗相同。【答案】做功；內(nèi)能；壓縮。【解析】當迅速壓下活塞時，可看見桶內(nèi)棉花燃燒起來。這是通過做功的方式使玻璃筒內(nèi)的空氣內(nèi)能增加、溫度升高的。從能量轉(zhuǎn)化的角度看，汽油機工作時壓縮沖程與該圖實驗相同。故答案為：做功；內(nèi)能；壓縮。

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