第十四章 内能的利用 2024-2025学年人教版九年级全一册物理

内能的利用 第十四章 知识点1 热机 验证实验1： 思考：18世纪第一辆汽车问世时，它的速度只有数千米每小时，而目前最快的汽车速度已经超过了声速。那么汽车是如何获得机械能的呢？ 如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间，观察发现塞子飞出并且在管口出现白雾。 结论：在这个实验过程中，燃料燃烧时产生的热量传给水和水蒸气；塞子受到水蒸气的压力而冲出去，水蒸气的内能转化为塞子的动能。 能量转化：燃料燃烧的化学能→水蒸气的内能→塞子运动的机械能 知识补充： 1、管口出现白雾是因为在管口发生了物态变化，水蒸气放热液化，所以产生了白雾。 2、这个简单的实验，基本上展示了蒸汽机的工作原理。 热机的概念：人们发现内能可以做功，于是制造了各种利用内能做功的机械，称之为热机。 热机的种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等 蒸汽机：是将蒸汽机的能量转换为机械功的往复式动力机械。 汽轮机：汽轮机是能将蒸汽热能转化为机械功的外燃回转式机械。 喷气发动机：是一种通过喷气产生推力的反作用式发动机。 内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机。 知识点2 内燃机的分类 汽油机工作过程： 甲 吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入汽缸。 乙 压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩。机械能转化为内能。 丙 做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体。高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。内能转化为机械能。 丁 排气冲程：进气门保持关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸。 柴油机的工作过程： 1 吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，新鲜空气进入汽缸。 2 压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，对空气进行压缩。机械能→内能 3 做功冲程：在压缩冲程结束时，喷油器开始将定量的燃油喷入气缸，在经过短暂的混合准备之后迅速着火燃烧，产生高温高压的气体。高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。内能→机械能。 4 排气冲程：进气门保持关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸。 注意事项： 1、内燃机四冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程 2、在单杠四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环，每个工作循环，曲轴转两周，活塞上下反复2次，做功1次。 3、在这四个冲程中只有做功冲程是燃气对活塞做功，而其他三个冲程（吸气冲程、压缩冲程、排气冲程）都是依靠飞轮的惯性完成的。 4、压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程将内能转化为机械能。 5、柴油机和汽油机的比较： 汽油机的顶部是火花塞，柴油机的汽缸顶部是喷油嘴； 汽油机吸气冲程吸入汽缸的是汽油和空气的混合物，柴油机吸气冲程吸入汽缸的是空气； 汽油机做功冲程的点火方式是点燃式，柴油机做功冲程的点火方式是压燃式； 柴油机比汽油机的效率高，但是柴油机比较笨重，有噪音，所以小汽车选择汽油机； 汽油机和柴油机在运转之前都要靠外力辅助启动。 知识点3 热值 实验案例： 燃料的种类有很多种，固体燃料有木柴、煤等，液体燃料有汽油、酒精等，气体燃料有煤气、天然气等。根据生活经验可知，相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不相同的。例如：燃烧1Kg煤放出的热量，是燃烧1Kg木柴放出热量的两倍多。 热值的概念： 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。用符号q表示。 热值在数值上等于1Kg某种燃料完全燃烧放出的热量。热值的单位是焦每千克，符号是J/Kg。热值的公式：q=Q/m 补充知识： 对某些气体燃料，热值在数值上等于在标准状态下1m³燃料完全燃烧放出的热量，单位是焦每立方米，符号是J/m³。 注意：热值只跟燃料的种类有关 知识点4 热机的效率 生活经验： 我们都知道，现实生活中燃料是很难完全燃烧的，放出的热量往往比按热值计算出的要小，而且有效利用的热量又比放出的热量要小。比如：用煤烧水，有效利用的热量只是被水吸收的热量，高温的烟气带走了相当一部分热量，还有一部分热量直接散失掉了。 热机效率的概念： 用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出来的能量之比，叫做热机的效率。 热机效率公式：η=W有用功/W总功 补充知识： 热机能量损失的因素： 1、燃料很难完全燃烧 2、排出的废气会带走一部分能量 3、热机的不见散热散发掉的能量 4、克服热机运动机件之间摩擦所消耗的能量 注意： 蒸汽机的效率：6%~15% 汽油机的效率：20%~30% 柴油机的效率：30%~45% 知识点5 能量的转化和守恒 生活经验： 能量转化是非常普遍的，在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的：摩擦生热，机械能转化为内能；水电站里水轮机带动发电机发电，机械能转化为电能；电动机带动水泵把水送到高处，电能转化为机械能；植物吸收太阳光进行光合作用，光能转化为化学能；燃料燃烧时发热，化学能转化为内能等。 能量守恒定律： 能量即不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，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，能量的总量保持不变。 举例说明： 在行驶的汽车中，燃料的化学能通过燃烧转化为燃气的内能，再通过热机做功把内能转化为机械能。 C B B C A D A A 热值 4.2×1012 不变 功 减小 降低 1.5×105 6.3×104 热传递 4.2×105 52.5% 热值 4.2×108 2 500 1.4×108 7.7×107 比热容 空气与汽油的混合物 2∶1 4∶3 化学 内 内 机械 热机 ＜ 丁 甲 升高 做功 ＞ 让汽油燃烧更充分 相等 质量 点燃 自下而上 温度计示数的变化 煤油 不能 加热时有热损失 2．在如图所示的“汽油机模型”实验中，将少量的汽油喷入筒内，用软木塞塞住筒口，摇动起电机，观察到放电针放电，汽油燃烧，软木塞被高温高压的气体冲出。该实验可模拟四冲程汽油机工作时的 ( ) A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 1. 观看“流星雨”的时候，可以看到一颗颗明亮的流星划过夜空。流星下落的过程中，伴随着能量的转化，对这一过程中能量转化的说法正确的是 ( ) A．机械能转化为化学能 B．机械能转化为内能和光能 C．内能转化为机械能和光能　　　　 D．化学能转化为内能 2. 在汽油机的四个冲程中，都发生能量转化的一组冲程是 ( ) A．吸气冲程和压缩冲程 B．压缩冲程和做功冲程 C．做功冲程和排气冲程 D．排气冲程和吸气冲程 3．如图所示，把热水壶放在煤气灶上将水烧开时，水蒸气会顶起壶盖冲出壶外，这个现象与汽油发动机的哪个冲程原理相同 ( ) A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 4. 关于燃料的热值，以下说法中正确的是 ( ) A. 燃料的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，燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多 D. 为了提高锅炉中燃料的利用率，一定要用热值高的燃料 5. 燃烧甲、乙两种燃料，甲放出的热量比乙多，则 ( ) A．甲的质量一定大　 B．甲的热值一定大 C．甲的比热容一定大　 D．条件不足无法判断 6．甲、乙两种燃料完全燃烧时的Q－m图象如图所示，则甲、乙两种燃料的热值q的关系是 ( ) A．q甲＞q乙 B．q甲＜q乙 C．q甲＝q乙 D．条件不足，无法判断 7. 下面是小丽关于能量转化或转移的一些说法，其中错误的是 ( ) A. 摩擦生热是将内能转化为机械能的过程 B. 冬天将手放在炉旁烤火感到暖和，是内能从一个物体转移到另一个物体的过程 C. 木柴燃烧是将化学能转化为内能的过程 D. 打桩机的重锤下落的过程是将重力势能转化为动能的过程 二、填空题(本大题7小题，每空1分，共21分) 8．火箭使用的燃料主要是液态氢，这是利用了氢燃料__热值__大的特性。此次火箭发射过程中，30 t氢完全燃烧释放出的热量是__4.2×1012__J，氢的热值是1.4×108 J/kg；液态氢燃烧过程中，其热值大小__不变__(选填“变大”“变小”或“不变”)。 9．在用高压锅烧汤时，加压阀会被蒸气顶起来，这时蒸气对加压阀做了__功__，蒸气的内能会__减小__，温度将__降低__。 10．小华在燃烧皿中放入5 g酒精，对300 g水加热，待酒精燃尽后水温升高了50 ℃。已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，酒精的热值为3.0×107 J/kg。此过程中，酒精燃烧放出的热量为__1.5×105__J，水吸收的热量为__6.3×104__J，水的内能是通过__热传递__方式增加的。 11．用煤气灶把2 kg初温为20 ℃的水加热到70 ℃，消耗了20 g煤气。已知水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃)，煤气的热值为4.0×107 J/kg，则水吸收的热量为4.2×105 J，煤气灶烧水的效率为52.5% 。 12. “可燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力，同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的热值 很大。以10倍的关系粗略计算，1 kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为4.2×108 J，可以使 2 500 kg的水从20 ℃加热至60 ℃。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q煤气＝4.2×107 J/kg] 14．汽油机吸气冲程吸入的是__空气与汽油的混合物__(选填“空气”“汽油气体”或“空气与汽油的混合物”)；甲、乙两台汽油机，甲的功率是乙的2倍，甲的效率是30%，乙的效率是20%，甲、乙在相同时间内所做功之比是__2∶1__；甲、乙在相同时间内所消耗汽油质量之比为__4∶3__。 (1)酒精燃烧是将__化学__能转化为__内__能。 (2)在此过程中，酒精燃烧后的燃气对外做功，燃气的__内__能减少，转化为__机械__能。 (3)根据这个原理，可以制造的机械是__热机__，这种机械的效率__＜__(选填“＞”“＜”或“＝”)1。 (1)利用内能来做功的冲程是__丁_图；与压缩冲程原理相同的是__甲_图所示的演示实验。压缩冲程气体的温度__升高__，这是通过__做功__方式增加内能的。 (2)在汽油机中，燃料在汽缸内燃烧，而且燃料与空气混合充分，燃烧得比较完全。因此汽油机的效率__＞__(选填“＞”“＝”或“＜”)蒸汽机的效率。 (3)请写出一条提高汽油机效率的措施：让汽油燃烧更充分__。 (1)取质量__相等__(选填“相等”或“不相等”)的煤油和菜籽油做燃料，制成煤油灯和菜籽油灯。为了保证实验结论的可靠，小明在实验中应控制水的初温和__质量__相同。 (2)在安装、调整甲图中实验器材时，应当__点燃__(选填“点燃”或“不点燃”)煤油灯；按__自下而上__(选填“自上而下”或“自下而上”)的顺序组装器材。 (3)实验中通过比较__温度计示数的变化__来比较煤油和菜籽油燃烧放出的热量不同。 (4)通过表格中记录的数据，你认为煤油和菜籽油中，热值较大的是__煤油__。 (5)小明利用水的比热容及实验中所测的数据__不能__(选填“能”或“不能”)准确算出煤油和菜籽油的热值大小，原因是 __加热时有热损失__。 $$