内容正文:
第二章 改变世界的热机
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1.热机
通过燃料燃烧获取内能并转化为___________的装置叫做热机。______________、轮机、喷气发动机、火箭发动机等都属于热机。
2.内燃机
(1)热机工作时,燃料在____________内燃烧,产生的燃气直接推动活塞做功,这种热机叫________________________。
机械能
内燃机
汽缸
活塞式内燃机
知识梳理
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(2)内燃机的每个工作循环分为四个冲程:________冲程、________冲程、________冲程和___________冲程。每个工作循环中活塞往复运动________次,曲轴转动___________周,对外做功________次。________冲程中内能转化为机械能,__________冲程中机械能转化为内能。
(3)常见的活塞式内燃机有_____________和____________。
吸气
压缩
做功
排气
二
二
一
做功
压缩
汽油机
柴油机
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3
(4)汽油机与柴油机的不同点:
①构造:汽油机顶部有一个________________,柴油机顶部有一个_______________。
②吸气冲程:汽油机吸入______________________,柴油机吸入_______________。
③点火方式:汽油机为_________,柴油机为______________。
④效率:________________机能把吸入气体的体积压缩得更小,气体的压强更大,温度更高,对外做功更多,效率更高。
火花塞
喷油嘴
汽油和空气混合物
空气
点燃式
压燃式
柴油
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3.热机效率
(1)定义:热机所做___________与所用燃料______________释放的热量之比。计算公式:η=__________×100%。热机的效率总小于_____。
(2)提高热机效率的方法:①使燃料_______________;②尽量减小各种热损失;③机件间保持良好的润滑、减小摩擦。
(3)热机的使用对环境造成的污染,主要是_________污染和__________污染。
有用功
完全燃烧
1
充分燃烧
大气
噪声
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考点1 热机、内燃机
1.关于内能及其利用,下列说法正确的是( )
A.热值高的燃料,燃烧放出的热量多
B.“炙手可热”是通过热传递改变物体内能的
C.比热容跟物体吸收或放出的热量有关
D.热机的做功冲程将机械能转化为内能
B
考点突破
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2.下列说法中错误的是( )
A.常用温度计是根据液体热胀冷缩的性质制成的
B.花香四溢,是因为分子在不停地运动
C.热传递时,内能从温度高的物体转移到温度低的物体
D.内燃机都要靠火花塞点火来使燃料猛烈燃烧
D
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3.下列说法正确的是( )
A.内燃机是利用电能做功的机械
B.内燃机在做功冲程把内能转化为机械能
C.内燃机在压缩冲程把内能转化为机械能
D.随着技术的进步,内燃机的效率能达到100%
B
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4.汽车已成为现代生活中不可缺少的一部分。汽油机的四个冲程中,使汽车获得动力的是( )
A.吸气冲程 B.压缩冲程
C.做功冲程 D.排气冲程
5.在汽油机压缩冲程中,汽缸内气体的( )
A.温度降低 B.密度变小
C.热量增多 D.内能增加
C
D
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6.如图所示是内燃机的一个冲程,该冲程是( )
A.吸气冲程 B.压缩冲程
C.做功冲程 D.排气冲程
C
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7.关于汽油机和柴油机,下列说法错误的是( )
A.汽油机汽缸顶部有火花塞,而柴油机的汽缸顶部是喷油嘴
B.在吸气冲程中,汽油机吸入的是汽油和空气的混合气体,而柴油机吸入的是空气
C.汽油机效率比柴油机效率低,是因为汽油的热值比柴油的热值小
D.汽油机是点燃式,而柴油机是压燃式
C
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8.某四冲程汽油机的转速是1500 r/min,那么1 min里,该汽油机的冲程数和燃气做功次数分别是( )
A.3000个,6000次 B.6000个,3000次
C.3000个,750次 D.750个,3000次
9.(多选)某校九年级的学生参观了学校锅炉房后,提出了以下几种提高炉子效率的建议,其中可以采纳的是( )
A.用鼓风机向炉膛内吹风,把煤粒吹起来燃烧
B.把煤磨成粉,用空气吹进炉膛
C.向炉内多加些煤,加大火力
D.用各种办法增大受热面积
C
ABD
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10.如图所示,用打气筒向装有少量水的瓶里打气,当瓶塞从瓶口跳出时,看到瓶中出现了白雾。在“瓶塞跳出,出现白雾”这个过程中,其能量转化是______________________,这个现象说明改变物体内能可以通过__________的方式来完成。
内能转化为机械能
做功
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11.如图所示是某单缸四冲程汽油机的_____________冲程的示意图,该冲程汽缸中发生的能量转化是__________能转化为___________能。汽油机是汽车的“心脏”,汽缸外面有“水套”,汽车行驶时水的温度升高,内能增大,这是通过___________改变水的内能。
做功
机械
内
热传递
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12.一台单缸四冲程汽油机,飞轮转速是1800 r/min,该汽油机每秒钟内完成________个冲程,对外做功__________次。
60
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13.如图描述的是单缸四冲程汽油机的________冲程;如果该汽油机飞轮转速为2400 r/min,则该汽油机1 s内完成____________个冲程。
压缩
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考点2 热量、热效率的综合计算
14.一杯质量为150 g、初温为20 ℃的水,吸热后温度升高到30 ℃,所吸收的热量为________________J;所需热量如果由效率为70%的天然气灶来提供,则需消耗天然气_____________dm3。(天然气热值为4.0×107 J/m3)
6.3×103
0.225
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15.在探究水的沸腾实验中,用酒精灯对水进行加热,实验中完全燃烧了5.6 g酒精,则放出了_________________J的热量;若这些热量的30%被150 g、25 ℃的水吸收,则水升高的温度是________℃。[已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),酒精的热值为3.0×107 J/kg,环境为1标准大气压]
1.68×105
75
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16.汽车汽油机是由四个冲程的不断循环来保证连续工作的,其中由机械能转化为内能的是__________冲程,已知汽油的热值为4.6×107 J/kg,2 kg汽油完全燃烧时释放的热量为_____________J。已知汽车防冻液比热容为4.2×103 J/(kg·℃),防冻液从90 ℃冷却到20 ℃的过程中,放出的热量为2.94×106 J,则汽车防冻液的质量为_________kg。
压缩
9.2×107
10
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17.为了减少煤炭燃烧对环境的污染,达州市委要求推广使用天然气,天然气燃烧时,将______________能转化为内能,小王将质量为5 kg、温度为20 ℃的水烧开(在一个标准大气压下),水吸收了_________________J的热量;若他家每天需要3壶同样的开水,至少需要燃烧______________m3的天然气。[c水=4.2×103 J/(kg·℃),q天然气=1.68×107 J/m3]
化学
1.68×106
0.3
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18.《新华每日电讯》发表文章《可上九天揽月,可下五洋采“冰”》对“我国于5月18日宣布,南海天然气水合物——可燃冰,试采成功”进行专题报道。此次试采实现连续稳定产气187小时,我国可燃冰开采技术实现由“跟跑”到“领跑”,对我国能源安全及经济发展具有重大意义。1 m3可燃冰分解后可释放出约0.8 m3水和164 m3天然气,假设天然气的热值为4×107 J/m3,试计算1 m3可燃冰完全燃烧释放出的热量为_________________J,相对于煤和石油,可燃冰具有______________等优点。(填一个优点即可)
6.56×109
清洁无污染
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19.如图所示是某太阳能热水器,水容量为100 L,该热水器在冬季有效日照时段里,平均每平方米的面积上每小时接收的太阳能约为2.8×106 J,若该热水器接收太阳能的有效面积为1.5 m2,每天日照时间按8 h计算,若这些太阳能能使装满水的热水器中的水温从20 ℃升高到60 ℃[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),水的密度为1.0×103 kg/m3],求:
(1)热水器中水的质量。
(2)一天内热水器中的水吸收的热量。
(3)热水器在冬季的效率。
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20.某单缸汽油发动机汽缸的活塞面积是100 cm2,做功冲程中活塞移动的距离是50 cm,气体的平均压强是5×105 Pa。求:
(1)气体一次膨胀对活塞做的功是多少?
(2)若汽油机的飞轮的转速是1200 r/min,则汽油机所做有用功的功率是多少kW?
(3)汽油的热值是4.6×107 J/kg,每次做功耗油0.2 g,则汽油机的效率是多大?(汽油完全燃烧,结果保留1位小数)
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21.汽车的发动机工作时,吸入汽缸的汽油和空气的比例,决定了汽车的动力性能和经济性能。某汽车四冲程汽油发动机的汽缸总排量为2 L(发动机每个工作循环吸入或排出的流体体积称为汽缸排量),发动机工作时,吸入汽缸的是由汽油和空气所形成的混合物,混合物的密度ρ=1.44 kg/m3,汽油和空气的质量比为1∶15,汽油的热值q=4.5×107 J/kg。如果发动机曲轴在1 min转动3×103 r,发动机的效率为40%,那么,在这种情况下:
(1)汽车在1 min内做的有用功是多少?
(2)汽车在平直的公路上匀速行驶时受到的阻力为f=3×103 N,汽车行驶的速度是多少?
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eq \f(W有用,Q)
解:(1)热水器中水的体积V=100 L=100 dm3=0.1 m3,由ρ=eq \f(m,V)得,水的质量m=ρV=1.0×103 kg/m3×0.1 m3=100 kg (2)一天内热水器中的水吸收的热量Q吸=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×(60 ℃-20 ℃)=1.68×107 J (3)一天内热水器接收太阳能的能量E=2.8×106 J/(m2·h)×1.5 m2×8 h=3.36×107 J,热水器在冬季的效率η=eq \f(Q吸,E)=eq \f(1.68×107 J,3.36×107 J)=50%。
解:(1)气体对活塞的平均压力F=pS=5×105 Pa×100×10-4 m2=5000 N,一个做功冲程中气体对活塞做的功W=Fs=5000 N×0.5 m=2500 J (2)飞轮每转两圈对外做功一次,所以1 min转动1200圈,要做功600次,则汽油机所做有用功的功率P=eq \f(W总,t)=eq \f(2500 J×600,60 s)=25000 W=25 kW (3)该汽油机每次做功耗油产生的热量Q=mq=0.2×10-3 kg×4.6×107 J/kg=9200 J,效率η=eq \f(W,Q)×100%=eq \f(2500 J,9200 J)×100%≈27.2%。
解:(1)每次吸入汽缸的汽油质量m0=eq \f(1,16)ρV=eq \f(1,16)×1.44 kg/m3×2×10-3 m3=1.8×10-4 kg,1 min燃烧汽油的质量m=eq \f(3000,2)m0=0.27 kg,汽油完全燃烧放出的热量Q=mq=0.27 kg×4.5×107 J/kg=1.215×107 J,有用功W=ηQ=40%×1.215×107 J=4.86×106 J (2)汽车的输出功率为P=eq \f(W,t)=eq \f(4.86×106 J,60 s)=8.1×104 W,汽车匀速行驶,牵引力为F=f=3×103 N,汽车的速度为v=eq \f(P,F)=eq \f(8.1×104 W,3×103 N)=27 m/s。
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