第十四章内能的利用知识回顾课件2024-2025学年人教版物理九年级全一册

十四章内能知识回顾 【知识梳理】 1．热机：将_________能转化为________能的机械。 2．内燃机：内燃机的工作过程分为四个冲程，依次是_________冲程、_______冲程(将________能转化为________能，温度_______)、_________冲程(_____能转化为_______能，温度________)、___________冲程。在内燃机中，一个工作循环飞轮转_____圈，燃气推动活塞做功_____次。 3．热值：某种燃料_______________放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值，用符号_____表示。利用热值计算热量：常用公式有Q＝________(固体和液体)和Q＝___________(气体)。 内 机械 吸气 压缩 机械 内 升高 做功 内 机械 降低 排气 2 1 完全燃烧 q mq Vq 4．热机的效率：热机工作时，_______________的那部分能量与______________放出的热量之比，叫做热机的效率，即η＝__________________。 5．能量的转化：在一定条件下，各种形式的能是可以相互_________的。 6．能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式__________为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量______________。 用来做有用功 燃料完全燃烧 转化 转化 保持不变 【知识比较】 1．汽油机和柴油机的比较 汽油机 柴油机 原理图 结构 汽缸顶部有火花塞 汽缸顶部有___________ 燃料 __________ __________ 喷油嘴 汽油 柴油 汽油机 柴油机 工 作 过 程 吸气冲程 吸进汽油和空气混合物 吸进____________ 压缩冲程 合燃料被压缩，压强______，温度___________ 空气被压缩，压强增大，温度升高 做功冲程 压缩末，__________点火，燃料燃烧，产生高温高压燃气，推动活塞对外做功 压缩末，__________喷出雾状柴油，自燃产生高温高压燃气，推动活塞对外做功 排气冲程 将燃烧后的废气排出 效率 20%～30% 30%～45% 用途 质量较小、体积小，常用于汽车、飞机和小型农业机械 笨重、经济、功率大，主要用于载重汽车、轮船、坦克等 空气 增大 升高 火花塞 喷油嘴 2.热机效率和热机功率的比较 热机效率 热机功率 定义 用来做__________________能量与______________________能量之比 单位时间内所做的功 物理意义 反映热机对能量利用率的__________ 反映热机做功的________ 定义式 ______________ 单位 / 瓦特(W) 注意 热机效率的高低与热机做功的多少、做功的快慢无关；提高热机效率的途径是减少热机中的各种能量损失，即减少燃烧过程中的热量的损失和减少机械能的损失 有用功的那部分 燃料完全燃烧放出的 高低 快慢 【易错辨别改正】 一、热机 1．内燃机一个工作循环包括四个冲程，曲轴转动两周，对外做功两次，有四次能量转化。( ) 改正： 2．内燃机两个气门关闭，活塞向上运动是做功冲程。( ) 改正： 3．在四冲程汽油机的工作过程中，汽缸内气体内能最小的是排气冲程。( ) 改正： × 内燃机一个工作循环包括四个冲程，曲轴转动两周，只有做功冲程对外做功一次，有两次能量转化。 × 内燃机两个气门关闭，活塞向上运动是压缩冲程。 × 在四冲程汽油机的工作过程中，汽缸内气体内能最小的是吸气冲程。 二、热机效率 4．燃料燃烧越充分，放出热量越大，其热值越大。( ) 改正： 5．热机做的有用功多，其效率一定高。( ) 改正： × 热值是燃料的特性，只与燃料的种类有关，与是否充分燃烧，放出热量多少无关。 × 由热机效率公式可知，当消耗的燃料一定时，所做的有用功越多，效率就越高。 6．热机的功率越大，其效率就一定高。( ) 改正： 7．热值越大的燃料，完全燃烧时放出的热量一定越多。( ) 改正： × 功率是表示做功快慢的物理量，与效率是两个完全不同的概念，它们之间没有关系。 × 由Q放＝mq可知，热值越大的燃料，完全燃烧时放出的热量不一定越多，还与质量有关。 三、能量的转化和守恒 8．做功的物体具有能量，不做功的物体没有能量。( ) 改正： 9．做功多的物体能量就多，做功少的物体能量就少。( ) 改正： 10．一个物体只有对其他物体做了功，这个物体才具有能量。( ) 改正： × 做功的物体具有能量，不做功的物体也可能具有能量，如高山上的石头静止，不做功但具有重力势能。 × 能够做功说明具有能量，具有的能量多不一定都用来做功。 × 能量表示物体能够对外做功的本领，而不是一定要对其他物体做功。一个物体具有能量，不一定要对其他物体做功。 11．各种形式的能量是可以互相转化的，在它们互相转化的过程中，各种形式的能都守恒，机械能一定守恒。( ) 改正： × 各种形式的能量互相转换时其量值不变，表明能量是不能被创造或消灭的。因此各种形式能的总量一定守恒，单一的某一种形式的能或几种能不一定守恒。 　热学的综合计算 类型一　一般吸热、放热计算 1．(2023·安阳期中)用稳定的热源给一个1 kg物体均匀加热，得到它的熔化图象如图所示，已知该物体在固态时的比热容为0.2×103 J/(kg·℃)，则该物质在液态时的比热容是 _________J/(kg·℃)；物体在BC段熔化过程中吸收的热量__________J。 1.2×103 1.6×104 eq \f(W有,Q放) P＝ eq \f(W,t) η＝ eq \f(Q有用,Q放) 2．小明学习了燃料的热值后，很想知道家中使用的天然气的热值是多少，但在教材的燃料热值表中没有查阅到。于是，他在家里将装有2 kg水的水壶放到天然气灶上去烧，用温度计测量水从20 ℃加热至80 ℃的过程中，观察到天然气表的数字变化了0.035 m3。他通过上网查阅得知天然气灶的效率约为36%，已知水的比热容c水＝4.2×103 J/(kg·℃)。求： (1)在这个过程中水吸收了多少热量？ (2)请你帮小明算出天然气的热值。 解：(1)在这个过程中水吸收的热量：Q吸＝c水m水(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(80 ℃－20 ℃)＝5.04×105 J。 (2)天然气完全燃烧放出的热量：Q放＝ eq \f(Q吸,η) ＝ eq \f(5.04×105 J,36%) ＝1.4×106 J， 天然气的热值：q天然气＝ eq \f(Q放,V) ＝ eq \f(1.4×106 J,0.035 m3) ＝4×107 J/m3。 3．(2023·晋中期中)学校物理兴趣小组的同学，用煤炉给5 kg的水加热，在加热过程中水的温度随时间变化的图象如图所示。若在6 min内完全燃烧0.1 kg的煤，已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，煤的热值约为3×107 J/kg。求： (1)煤完全燃烧放出的热量。 (2)煤炉烧水时的热效率。 解：(1)煤完全燃烧产生的热量：Q放＝m煤q＝0.1 kg×3×107 J/kg＝3×106 J。 (2)由图可知，经过6 min时间加热后水温由20 ℃达到80 ℃，则水吸收的热量：Q吸＝cm水(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×5 kg×(80 ℃－20 ℃)＝1.26×106 J；煤炉烧水时的热效率：η＝ eq \f(Q吸,Q放) ＝ eq \f(1.26×106 J,3×106 J) ＝42%。 类型二　热平衡的计算 4．工匠用钢铁打制刀具时，有一个重要流程叫“淬火”，把刚打制成型的刀具放到炉火中充分煅烧，然后将其迅速放入水中骤冷。现有一成型的合金钢刀具的质量为1 kg，温度为20 ℃，放入836 ℃的炉火中煅烧足够长时间，迅速取出放入5 kg、20 ℃的水中冷却，最后与水达到共同的温度[不计热量损失，c水＝4.2×103 J/( kg·℃)，c合金钢＝0.42×103 J/( kg·℃)]。求： (1)此刀具在火炉中吸收的热量。 (2)淬火后水的温度。 解：(1)合金钢刀具放入836 ℃的炉火中煅烧足够长时间，达到热平衡，温度相同，所以，合金钢刀具的末温t＝836 ℃，则此刀具在火炉中吸收的热量：Q合吸＝c合金钢m合金钢(t－t0)＝0.42×103 J/( kg·℃)×1 kg×(836 ℃－20 ℃)＝3.427 2×105 J。 (2)将煅烧后的刀具迅速取出放入20 ℃的水中冷却，最后刀具与水达到共同的温度，此温度设为t′，不计热量损失，则有：Q水吸＝Q合放， 即：c水m水(t′－t0)＝c合金钢m合金钢(t－t′)，可知：4.2×103 J/( kg·℃)×5 kg×(t′－20 ℃)＝0.42×103 J/( kg·℃)×1 kg×(836 ℃－t′)， 解得淬火后的温度：t′＝36 ℃。 类型三　有关热机效率的计算 5．氢能源被认为是21世纪最理想的能源，我省许多城市投放使用了氢燃料新能源公交车。如图所示的公交车质量为15 t，匀速直线行驶时受到的阻力为车重的 eq \f(1,5) 。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q氢＝1.4×108 J/kg，g取10 N/kg] (1)求质量为0.3 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量。 (2)如果0.3 kg的氢燃料完全燃烧获得的热量有50%转化为公交车所做的功，则这些热量能让该公交车匀速行驶多少米？ 解：(1)0.3 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量： Q放＝mq氢＝0.3 kg×1.4×108 J/kg＝4.2×107 J。 (2)由题意可知，公交车所做的功：W＝Q放η＝4.2×107 J×50%＝2.1×107 J；车的质量：m＝15 t＝1.5×104 kg，车的重力：G＝mg＝1.5×104 kg×10 N/kg＝1.5×105 N；车受到的摩擦力：f＝ eq \f(1,5) ×G＝0.2×1.5×105 N＝3×104 N，因为车在水平公路上匀速行驶，所以车受到的牵引力和摩擦力是一对平衡力，则有：F牵＝f＝3×104 N，这些热量能让该公交车匀速行驶的路程：s＝ eq \f(W,F牵) ＝ eq \f(2.1×107 J,3×104 N) ＝700 m。 6．(2023·太原期中)汽油机是工农业生产中常用的热机。如图所示，某单缸四冲程汽油机飞轮转速是1 200 r/min，活塞面积S为100 cm2，活塞上、下止点的距离即汽缸的冲程长l为0.25 m，做功冲程燃气对活塞的平均压强p为6×105 Pa，每分钟燃烧汽油的质量m为50 g，已知：汽油的热值q＝4.6×107 J/kg，请你计算： (1)50 g汽油完全燃烧放出的热量。 (2)每分钟燃气对活塞做的功。 (3)汽油机的效率(百分号前保留整数)。 解：(1)50 g汽油完全燃烧放出的热量为：Q放＝mq＝50×10－3 kg×4.6×107 J/kg＝2.3×106 J。 (2)根据p＝ eq \f(F,S) 知该汽车发动机做功冲程中燃气对活塞的平均压力为：F＝pS＝6×105 Pa×100×10－4 m2＝6 000 N；一个做功冲程中燃气对活塞做的功：W＝Fl＝6 000 N×0.25 m＝1 500 J；飞轮(曲轴)每转两圈对外做功一次，所以飞轮1 min转动1 200周，1 min要对外做功600次，所以燃气对活塞做的总功为：W总＝W×600＝1 500 J×600＝9×105 J。 (3)汽油机的效率：η＝ eq \f(W总,Q放) ＝ eq \f(9×105 J,2.3×106 J) ≈39%。 $$