第十一讲 机械能与内能相互转化-《知识提炼 能力训练》2023年新初三物理暑假衔接作业课程

第十一讲 机械能与内能的相互转化 要点一、物体内能的改变 通过做功可以改变物体的内能。 要点诠释： 对物体做功，物体内能增加；物体对外做功，自身内能减少，用做功的方法改变物体内能的 过程，实质上是内能与其他形式的能量之间相互转化过程。 要点二、热机 利用燃料燃烧释放出能量做功的机械，叫做热机。常见的热机有：蒸汽机、内燃机、 汽轮机、喷气发动机等。 要点诠释： （1）内能利用的两种方式：加热、做功。 （2）内燃机及其工作原理： ①内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。内燃机分为汽 油机和柴油机，它们分别用汽油和柴油作为燃料。 ②内燃机的工作原理：汽油或柴油在气缸里燃烧时生成高温高压的燃气，用来推动活塞 做功。活塞通过连杆使内燃机的飞轮转动，从而带动其他机械转动。 （3）汽油机和柴油机的异同点： 不同点 相同点 项目 汽油机 柴油机 （1）构造基本相同 都是燃料在气缸内 燃烧，都是内燃机。 （2）都将内能转化 为机械能。 （3）每一个工作循 环都是由吸气、压 缩、做功、排气四 个冲程组成。 构造 气缸顶部有火花塞 气缸顶部有喷油嘴 点火方式 压缩冲程末由火花塞放出电火 花点燃，称点燃式 压缩冲程末由喷油嘴向气缸内喷 雾状柴油遇到高温高压的空气自 动燃烧，称压燃式 燃料 汽油、吸气冲程吸进汽油和空气 混合物 柴油、吸气冲程吸进气缸的只是空 气 压缩比 压缩冲程末气体体积被压缩为 吸进体积的 1／9 至 1／6 压缩冲程末气体体积被压缩为吸 进体积的 1／22 至 1／16 做功 做功冲程初燃气压强为 30 至 50 个 大 气 压 ， 温 度 2000 ℃ 至 2500℃，高温高压的气体推动活 塞做功 做功冲程初燃气压强为 50 至 100 个大气压，温度 1700℃至 2000℃， 高温高压的气体推动活塞做功 效率 效率较低 20％至 30％ 效率较高 30％至 45％ 用途 轻便，多用于汽车、飞机、小型 农机具 笨重，多用于拖拉机、载重汽车、 轮船等重型机械 汽油机 柴油机 要点三、热值 我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。单位是：J/㎏。 要点诠释： （1）燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关： ①燃料的种类； ②燃料的质量； ③燃料是否充分燃烧。 （2）燃料完全燃烧放出热量的计算公式：Q 放=mq。其中 m 为燃料的质量，q 为燃料的热值。 要点四、热机的效率 热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率。 要点诠释： （1）热机的效率是热机性能的一个重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。 （2）提高热机效率的途径： ①在设计和制造上，要不断改进和革新，以减少各种能量损失，提高效率。 ②在使用上，要正确使用，注意保养。 ③充分利用废气带走的能量。 例 1.某四冲程内燃机的活塞每秒钟完成 15次工作循环，那么（ ） A、内燃机的转速是 900R/min B、每分钟对外做功 900次 C、每分钟对外做功 1800次 D、每分钟对外做功 15次 B 例 2.内燃机每个工作循环为四个冲程，曲轴转动两周，对外做功一次。内燃机每秒完成 15 次工作循环，则每分钟完成 900次工作循环，曲轴转动 1800周，即内燃机转速为 1800R/min， 对外做功 900次。 总结：此题考察内燃机的工作原理，属基础题。 某品牌太阳能热水器的容积为100L，其装满水后在太阳的照射下水温从20℃的升高到40℃， 不计热量的散失。 （1）求热水器中的水吸收的热量。[水的比热容 c=4.2×103J/（kg•℃）] （2）要完全燃烧多少体积的煤气可以产生相同的热量？（煤气的热值 q=4.0×107J/m3） （1）知道水的体积，利用密度公式求水的质量，又知道水的比热容、水的初温和末温，利 用吸热公式 Q 吸=cm△t求水吸收的热量； （2）若不计热量的散失，即 Q 吸=Q 放，利用 Q 放=Vq 求需要完全燃烧的煤气。 （1）太阳能热水器中的水质量：m=ρV=103kg/m3×100×10-3m3=100kg， 水吸收的热量：Q 吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（40℃-20℃）=8.4×106J； （2）由于不计热量的散失，则 Q 吸=Q 放，由 Q 放=qV可得： 。 答：（1）热水器中的水吸收的热量是 8.4×106J；（2）要完全燃烧 0.21m3的煤气可以产生相 同的热量。 本题考查了学生对吸热公式 Q 吸=cm△t、燃料完全燃烧放热公式 Q 放=Vq的掌握和运用，利 用好不计热量的散失时 Q 放=Q 吸是本题的关键。 例 4.一辆汽车的发动机输出功率为 66.15kW，每小时耗柴油 14kg，请计算发动机的效率。 （柴油的