中考物理 基礎(chǔ)知識(shí)手冊(cè) 第十四章 內(nèi)能的利用.doc

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第十四章 內(nèi)能的利用 知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 高頻考點(diǎn)透析 序號(hào) 考點(diǎn) 考頻 1 內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程 ★★ 2 熱值的公式及熱量的計(jì)算 ★★★ 3 影響熱機(jī)效率的因素 ★★★ 4 能量的轉(zhuǎn)化和守恒 ★★ 知識(shí)能力解讀 （一）內(nèi)能的利用 1．利用內(nèi)能來加熱物體，如用熱水袋取暖，用燃料燃燒放出的熱來做飯。 2．利用內(nèi)能來做功。如汽油機(jī)、柴油機(jī)等利用燃料燃燒釋放的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 （二）熱機(jī) 熱機(jī)的種類很多，如蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等，所有熱機(jī)在工作時(shí)能量轉(zhuǎn)化的過程是相同的，即燃料燃燒使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，然后通過做功，把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。因此，熱機(jī)就是利用內(nèi)能來做功的機(jī)器，或者說熱機(jī)就是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器。 內(nèi)燃機(jī)是最常見的熱機(jī)，其燃料——汽油或柴油是在它的汽缸內(nèi)燃燒的。在汽缸內(nèi)燃燒汽油的稱為汽油機(jī)，燃燒柴油的稱為柴油機(jī)。燃料在汽缸里面燃燒時(shí)生成高溫、高壓的燃?xì)猓脕硗苿?dòng)活塞做功。 （三）汽油機(jī)和柴油機(jī) 1．汽油機(jī)的工作過程 沖程名稱 吸氣沖程 壓縮沖程 做功沖程 排氣沖程 示意圖 進(jìn)氣門開閉情況 打開 關(guān)閉 關(guān)閉 關(guān)閉 排氣門開閉情況 關(guān)閉 關(guān)閉 關(guān)閉 打開 活塞運(yùn)動(dòng)方向 向下 向上 向下 向上 沖程的作用 吸入汽油和空氣的混合物 壓縮汽油和空氣混合物，使其壓強(qiáng)增大，溫度升高 在壓縮沖程末，火花塞放電點(diǎn)燃燃料，產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)?。高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)活塞做功，通過連桿帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng) 排出廢氣 能的轉(zhuǎn)化 無能量轉(zhuǎn)化 壓縮汽油和空氣的混合物，機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能 燃料燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)化成燃?xì)獾膬?nèi)能；燃?xì)馔苿?dòng)活塞做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能 無能量轉(zhuǎn)化 聯(lián)系 ①每個(gè)工作循環(huán)中，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)兩次，曲軸和飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，完成—個(gè)做功沖程 ②在—個(gè)工作循環(huán)中，只有做功沖程燃?xì)鈱?duì)外做功，其他3個(gè)輔助沖程，依靠飛輪的慣性完成，不但不做功，還要消耗機(jī)械能 2．汽油機(jī)與柴油機(jī)的比較 內(nèi)燃機(jī) 項(xiàng)目 汽油機(jī)（如圖） 柴油機(jī)(如圖) 構(gòu)造 汽缸頂部有火花塞 汽缸頂部有噴油嘴 燃料 汽油 柴油 吸氣沖程 汽油機(jī)在吸氣沖程中吸入的是汽油和空氣的混合物 柴油機(jī)在吸氣沖程中只吸入空氣 壓縮比 壓縮沖程末，氣體體積被壓縮為吸進(jìn)體積（汽缸體積）的 壓縮沖程末，氣體體積被壓縮為吸進(jìn)體積的 點(diǎn)火方式 壓縮沖程末，火花塞產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃燃料，稱為點(diǎn)燃式 壓縮沖程末，噴油嘴向汽缸內(nèi)噴出柴油，遇到溫度超過柴油燃點(diǎn)的空氣而自動(dòng)點(diǎn)燃，稱為壓燃式 做功沖程 做功沖程中燃?xì)鈮簭?qiáng)可達(dá)到30～50個(gè)大氣壓，溫度達(dá)2 000℃～2 500℃，高溫高壓氣體推動(dòng)活塞做功 做功沖程中燃?xì)鈮簭?qiáng)可達(dá)50～100個(gè)大氣壓，溫度達(dá)1 700℃～2 000℃，高溫高壓氣體推動(dòng)活塞做功 效率 效率低，20%～30% 效率較高，30%～45% 應(yīng)用 機(jī)體輕便，主要用于汽車、飛機(jī)、摩托車等 機(jī)體笨重，主要用于載重汽車、火車、輪船等 （四）燃料的熱值 1．燃料燃燒獲得內(nèi)能 燃料燃燒過程中，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 2．熱值的概念 某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質(zhì)量之比，叫做這種燃料的熱值。熱值用來表示燃料在完全燃燒時(shí)放熱本領(lǐng)的大小。由于燃料的成分不同，相同質(zhì)量（比如1kg）的不同種類的燃料在完全燃燒時(shí)放出的熱量不同，這種不同就用熱值來區(qū)別。所以，熱值反應(yīng)燃料的燃燒特性。熱值大，反映1kg的這種燃料完全燃燒時(shí)放出的熱量多，或者說化學(xué)能轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能多。 綜上所述，熱值和密度、比熱容等物理量一樣，是燃料本身的一種性質(zhì)，它只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的質(zhì)量、體積、放熱多少、燃燒時(shí)間長(zhǎng)短、燃料是否完全燃燒都無關(guān)。 3．熱值的單位：J/kg，讀作焦每千克。某些氣體燃料熱值的單位用J/m3。 4．公式：由熱值的定義得，則。對(duì)于某些氣體來說，，則。 5．熱值表示的物理意義：，它表示1 kg的焦炭完全燃燒放出的熱量是；，它表示1 m3的煤氣完全燃燒放出的熱量是。 （五）效率 1．熱效率：，其中指有效 利用的熱量，E指總能量。如果是爐子，則E為燃料 完全燃燒放出的熱量(E=Q總=qm)；如果是太陽能熱 水器，則E為太陽光照射到熱水器上的總能量；如果 是電熱器，則E為電流做功放出的熱量(E=W=UIt)。 2．熱機(jī)的效率：，其中指用來做有用功的能量，指燃料完全燃燒釋放的能量。 （六）能量轉(zhuǎn)化與守恒 能量既不會(huì)憑空消滅，也不會(huì)憑空產(chǎn)生，宅只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。 注意： (l)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然界中普遍定律之一。 (2)通過做功可以使能量轉(zhuǎn)化，做功越多能量轉(zhuǎn)化越多；通過熱傳遞可以使能量轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移是不一樣的：能量轉(zhuǎn)化過程中，能量的形式發(fā)生變化；能量轉(zhuǎn)移過程中，能量的形式不變。 （七）永動(dòng)機(jī) 1．定義：不需要?jiǎng)恿湍茉丛床粩嗟貙?duì)外做功的機(jī)器，人們把這種機(jī)器叫做永動(dòng)機(jī)。 2．永動(dòng)機(jī)研制失敗的原因：它違背了能量守恒定律。 解題方法技巧 （一）判斷四個(gè)沖程的方法 判斷四個(gè)沖程的關(guān)鍵是看兩個(gè)氣門的關(guān)閉情況和活塞的運(yùn)動(dòng)方向，具體情況如下表所示。 沖程 進(jìn)氣門 排氣門 活塞運(yùn)動(dòng)方向 吸氣沖程 打開 關(guān)閉 向下運(yùn)動(dòng) 壓縮沖程 關(guān)閉 關(guān)閉 向上運(yùn)動(dòng) 做功沖程 關(guān)閉 關(guān)閉 向下運(yùn)動(dòng) 排氣沖程 關(guān)閉 打開 向上運(yùn)動(dòng) （二）如何確定能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移 “轉(zhuǎn)化”是指能量由一種形式變?yōu)榱硪环N形式；而“轉(zhuǎn)移”只是能量由一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體，能量的形式不變。要判斷某一過程中發(fā)生了怎樣的能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，首先要明確這一過程中能量的形式有沒有改變，然后分析消耗了什么能量，獲得了什么能量或者能量從哪一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到了哪一個(gè)物體。 跨越思維誤區(qū) （一）對(duì)熱值概念的理解不透 熱值等于單位質(zhì)量的某種燃料完全燃燒時(shí)放出的熱量。其大小取決于燃料的種類，是燃料本身的一種性質(zhì)。 （二）不能正確理解能量守恒定律及能量的轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化 能量守恒定律是自然界中的普遍定律之一。發(fā)生能量轉(zhuǎn)移時(shí)，能的形式不變；發(fā)生能量轉(zhuǎn)化時(shí)，能的形式一定變化。 物理思想方法 比較歸納法 柴油機(jī)和汽油機(jī)雖都屬于內(nèi)燃機(jī)，但它們?cè)跇?gòu)造和工作過程中有明顯的區(qū)別，所以在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時(shí)，要用比較歸納法加以區(qū)別。汽油機(jī)在汽缸頂部有火花塞，而柴油機(jī)沒有，但有噴油嘴，并且汽油機(jī)上的火花塞與柴油機(jī)上的噴油嘴的工作時(shí)刻都是壓縮沖程末。在吸氣沖程中，汽油機(jī)吸入汽缸的是汽油和空氣的混合物，而柴油機(jī)吸入的只有空氣。在壓縮沖程中，柴油機(jī)的溫度更高，壓強(qiáng)更大，因此導(dǎo)致它們的點(diǎn)火方式不同。 中考考點(diǎn)鏈接 （一）中考考點(diǎn)解讀 （一）中考考點(diǎn)解讀 本章圍繞汽油機(jī)、柴油機(jī)的構(gòu)造和工作原理，考查內(nèi)燃機(jī)工作過程中的沖程識(shí)別，各沖程的特點(diǎn)和能量轉(zhuǎn)化情況。能量守恒定律的內(nèi)容及生活現(xiàn)象中能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，特別是有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的判斷在各地中考題中經(jīng)常出現(xiàn)，通常的題型有填空題、選擇題、計(jì)算題等。 （二）中考典題剖析 1．內(nèi)燃機(jī)沖程的能量轉(zhuǎn)化 2．熱量的綜合計(jì)算