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1、第十四章内能的利用第1节热机l1.通过观察、分析内能转化为机械能的实验，知道热机的概念，初步了解其工作原理。l2.借助于模型、挂图和动画视频，了解汽油机和柴油机的构造和工作过程。l3.通过了解汽油机和柴油机的构造和工作过程，利用对比的方法来认识这两种内燃机的异同点。l4.通过阅读“现代汽车”，了解内能的利用对人类社会发展的重要意义。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。汽车是如何获得机械能的呢？思考一、热机【实验目的】探讨不同能量间的形式转化【猜想与假设】水沸腾后，木塞会被冲起来【实验器材】酒精灯、试管、木塞等【实验步骤】1.放置好实验器材
2、2.将试管中的水烧至沸腾，然后观察木塞的变化点击画面点击画面播放动画播放动画新课讲解 【实验结论】水沸腾后产生水蒸气，然后木塞被推出。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。酒精燃烧时，燃料的化学能转化为内能，内能以热传递的方式传给水和水蒸气；水蒸气对活塞做功，水蒸气的内能转化成活塞的机械能，从而使活塞获得了动力。归纳物理上把这种能够将物理上把这种能够将内能转化为机械能内能转化为机械能的机器统称为的机器统称为热机热机。热机的作用燃料的化学能通过燃烧转化为内能，又通过做功，把内能转变成机械能。从而使机械获得动力。如图所示，在试管内装些水，用
3、橡皮塞塞住，用酒精灯加热一段时间后，会观察到的现象有：_；_.实验中的能量转化过程为：酒精燃烧放出热量，酒精的_能转化为水的_能；水吸热沸腾，产生大量水蒸气，气体膨胀对瓶塞做功，气体的_能转化为瓶塞的_能.瓶塞被冲出来（向上跳起来）管口附近出现白雾化学内机械内 例典例分析蒸汽机内燃机汽轮机蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等1.认识热机汽油机柴油机使用汽油作为燃料的叫汽油机。使用柴油作为燃料的叫柴油机。播放视频2.热机的种类1.汽油机的构造火花塞气缸进气门活塞连杆排气门曲轴二、汽油机播放视频1、一个冲程：2、一个工作循环：活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程。把这四个冲程称为
4、发动机的一个工作循环。2.汽油机的工作原理3.汽油机工作循环吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程播放视频进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。吸气冲程3.汽油机工作循环进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高。压缩冲程3.汽油机工作循环在压缩冲程未尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气。高温高压燃气推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。做功冲程3.汽油机工作循环进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。排气冲程3.汽油机工作循环4.汽油机工作循环小结A.吸气冲程：吸进汽油与空气的混合
5、物。B.压缩冲程：燃料混合气体被压缩，温度升高、压强增大。此冲程将机械能转化为内能C.做功冲程：(1)点火方式：点燃式 (2)原理：混合气体猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，燃气推动活塞对外做功。此冲程将内能转化为机械能D.排气冲程：排出废气，为下一个工作循环做准备。在四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其 它三个冲程称为辅助冲程，要靠飞轮的惯性来完成，所以汽油机在开始工作时要靠外力带动。把四个冲程称为一个工作循环。一个工作循环活塞往复两次，曲轴转动两转，对外做一次功，飞轮转动两圈。5.汽油机工作循环的理解如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（）A.压缩冲程，将化学能转化成内能B.压缩冲程，将
6、机械能转化成内能C.做功冲程，将内能转化成机械能D.做功冲程，将机械能转化成内能解析：判断内燃机工作过程属于哪一个冲程，需分两步：一是看气门开闭状况，二是看活塞运动情况.B具体判断方法是：一气门打开，若进气为吸气冲程，若排气为排气冲程；两气门都关闭，活塞向上是压缩冲程，活塞向下为做功冲程.本题是两气门都关闭，活塞向上是压缩冲程.压缩冲程是将机械能转化为内能.例典例分析 1.柴油机的构造喷油嘴进气门活塞连杆排气门气缸曲轴三、柴油机 2.柴油机工作原理吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程播放视频 吸气冲程空气 进气门打开，排气门关闭活塞由上端向下端运动，将空气吸进气缸。压缩冲程 进气门和排气门都
7、关闭，活塞向上运动，活塞把空气压缩得很小，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点。做功冲程 在压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。排气冲程燃烧后的废气 进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。3.内燃机的启动 内燃机不能自行启动。开始运转时，要靠外力使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，以后内燃机才能自己工作。汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞 机和小型农业机械上面。(1)汽油机的应用(2)柴油机的应用 柴油比较便宜，但柴油机比较笨重，主要用在载重汽车、拖拉
8、机、坦克上面。四、内燃机的应用1.物理上把这种能够将内能转化为机械能的机器统称为热机。热机是指各种利用内能做功的机械。是将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能的机器动力机械的一类，如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机、内燃机、喷气发动机。2.热机的四个冲程：吸气冲程，压缩冲程，做功冲程，排气冲程。四冲程就是两周转就是做一次功就是吸气一次就是耗1缸油。3.热机种类很多，按工质接受燃料释放能量的方式，分为内燃机和外燃机。内燃机和外燃机有着各自不同的构造与运作原理。1.内燃机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀而做功，此过程中气体的温度、内能、压强的变化的情况是（）A温度升高，内能增大，压强增大B温度升高，内能增大
9、，压强减小 C温度降低，内能减小，压强减小D温度降低，内能减小，压强增大C2.热机是把内能转化为_能的装置。图是某内燃机的构造示意图，则该内燃机为_（选填“汽油机”或“柴油机”），此时为_冲程。机械柴油机压缩油机和柴油机的异同点相同点（1）基本构造和主要部件的作用相似。（2）每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。（3）四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。（4）一个工作冲程中，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次。不同点：（1）构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。（2）燃料不同：汽油机的燃料是汽油，而柴油机的燃料是柴油
10、。（3）吸气不同：汽油机吸进汽油和空气的混合气体，柴油机只吸进空气。（4）点火不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。第十四章内能的利用第2节热机的效率l1.从能量转化的角度认识燃料的热值。l2.掌握有关热值的计算。l3.通过能量的转化和转移，认识热机效率。l4.提高热机效率的方法。人类在原始社会就知道燃烧薪柴来取暖、烧饭。在现代社会，人类所用的能量很大一部分依然是从燃料中获取的。思考你知道常见的燃料有哪些？它们分别属于哪一类？1.燃料固体燃料液体燃料气体燃料燃料可分为三种一、燃料及其热值 常见的燃料有木柴、煤、石油（加工炼制成汽油、煤油、柴油、液化气等）、天然气等燃料的燃烧是一种化学反
11、应，燃烧过程中，储存在燃料中的化学能被释放，转变为内能。相同质量的不同燃料燃烧放出的热量是不同的。热值：某种燃料完全燃烧所放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值。其符号是q。热值单位：J/kg,(J/m3)2.燃料的热值能量转化 阅读：P23一些燃料的热值你有什么收获？1.热值是燃料的一种特性，其大小与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧无关2.热值4.6107 J/kg的物理意义:1千克汽油（柴油）完全燃烧时放出的热4.6107 J。3.燃料的热值在数值上等于1kg（m3）燃料完全燃烧时放出的热量。3.燃料的热值的理解4.热值的有关计算（1）固体或液体燃料：Q放=mq（2）气
12、体燃料：Q放=VqQ:燃料完全燃烧时释放出的热量q:燃料的热值m:燃料的质量V：燃料的体积我们已经知道：氢的热值是1.4108J/kg，物理意义是：1kg氢完全燃烧时放出的热量是1.4108J。10kg氢完全燃烧放出的热量知道了氢的热值是1.4108 J/kg，你能根据它的物理意义，计算出10 kg的氢完全燃烧放出的热量吗？提炼公式放出的热量=热值质量Q放=1.4108 J/kg 10kg =1.4109JQ放=qm已知无烟煤的热值为3.4107 J/kg，则10kg无烟煤完全燃烧放出多少焦耳的热量？已知干木柴的热值为1.2107J/kg，则完全燃烧多少干木柴可获得1.441012 J的热量？
13、=3.4107 J/kg 10kg =3.4108J解：需要干木柴解：10kg无烟煤完全燃烧放出的热量 Q放=qm 例典例分析思考练习用煤气灶烧水时，煤气能完全燃烧吗？煤气燃烧放出的热量能全部被水吸收吗？燃料的内能燃料不能完全燃烧 散热加热煤气灶壁水吸收的热量 加热水壶二、热机效率1.内燃机中的能量走向燃料不能完全燃烧有用机械能燃料的内能克服机器的摩擦 散热 废气带走废气带走机件发热散失机件摩擦损失燃料燃烧产生能量在热机的各种能量的损失中,废气带走的能量最多.设法利用热机废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。做有用功燃烧不完全1.热机中的能量走向定义：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧释
14、放的能量之比称为热机效率，即：2.热机效率 如图表示的是汽油机的能量流向，对照此图，下列说法不正确的是()A废气的排放所占比例最大，减少该部分能量损失是提高热机效率的有效手段B冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率C该汽油机的热机效率为70%D该汽油机的能量利用率为30%例典例分析C3.常见热机的效率 蒸汽机的效率只有6%15%汽油机的效率为 20%30%柴油机的效率为30%45%4.提高热机效率的途径改善燃烧环境，使燃料尽可能完全燃烧，提高燃料的燃烧效率。尽量减小各种热散失。减小各部件间的摩擦以减小因克服摩擦做功而消耗的能量。充分利用废气带走的能量，从而提高燃料的利用率。1.常见的燃料油三种
15、：固体、液体、气体2.热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧无关。（1）固体或液体燃料：Q放=mq（2）气体燃料：Q放=Vq3.用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧释放的能量之比称为热机效率，即：4.提高热机效率的途径1对于燃料的热值，下列说法中正确的是()A燃料的热值与燃料的种类有关，与燃料的质量和燃烧状况无关B燃烧1kg某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值C燃料燃烧时，质量越大，热值越大D燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小A2.航天工业中的火箭是用液态氢作为燃料的，这是因为液态氢具有（）A.较小的质量 B.较小的密度C.较大的比热容 D.较
16、大的热值D3一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25，废气带走的能量占30，摩擦等机械损耗占10，则内燃机的热机效率为_。35%4.小明某次用火炉烧水时，共消耗了1.5kg的烟煤，试计算这些烟煤完全燃烧放出多少热量？（烟煤的热值q=2.9 107 J/kg）解：Q=mq=1.5kg 2.9 107 J/kg =4.05 107 J5.用天然气灶烧水，燃烧1m3的天然气，使100kg的水从20升高到70，天然气热值3.2107J/m3求:（1）天然气完全燃烧放出热量（2）水吸收的热量（3）天然气灶的效率解：（1）天然气完全燃烧放出热量Q放=Vq=1 m3 3.2 107J/m3=3
17、.2 107J；（2）水吸收的热量Q吸=c水mt=4.2103 kg/m3 100kg（70-20）=2.1 107J；（3）天然气灶的效率 因为热机中可用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的能量的一部分，因为各种热量损失以及燃烧条件的限制，这部分能量远远小于总能量，所以其与燃料完全燃烧所放出的总能量的比值必然小于1，即热机效率小于100%为什么热机的效率达不到100%第十四章内能的利用第3节能量的转化与守恒l1.知道能量守恒定律。l2.能举出日常生活中能量守恒的实例。l3.有用能量守恒的观点分析物理现象的意识 自然界存在着多种形式的能量你能说出他们的能量变化吗？思考电能转化为机械能电风扇
18、转动一、能量的转化各种形式的能量可以相互转化电能转化为声能手摇发电机各种形式的能量可以相互转化机械能转化为电能喇叭发声各种形式的能量可以相互转化太阳能转化为化学能植物进行光合作用各种形式的能量可以相互转化自然界中能量不仅可以从一个物体转移到另一物体，而且在一定的条件下，形式多样的能量之间还可以相互转化。能量形式相同的叫转移，能量形式不同的叫转化。二、能量的转化与转移电动机电动机发电机发电机生生物物做做功功光合作用光合作用燃烧物质燃烧物质电电 灯灯光光电电效效应应太阳照射太阳照射炽热发光炽热发光电加热电加热地热发电地热发电摩擦生热摩擦生热蒸汽机蒸汽机放热反应放热反应吸热反应吸热反应大千世界 现象
19、相互联系宇宙万物 能量转化守恒 下列说法中正确的是()A风力发电机可以将机械能转化为电能B太阳能电池可以将太阳能转化为电能C电暖器正常工作时，主要是将电能转化为机械能D电风扇正常工作时，主要是将电能转化为机械能A、B、D 例典例分析2、减少的机械能到哪里去了？答:小球跟空气和地面摩擦，一部分的机械能转化为内能。1、小球的高度逐渐降低说明了什么？答:说明了小球的机械能逐渐减少。三、能量守恒定律讨论 科学工作者经过长时间的探索，发现自然界的各种现象不是孤立的，而是互相联系的，直到19世纪，才确立了这个自然界最普遍的定律能量守恒定律。三、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
20、形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。能量守恒定律：能量既不会凭空_，也不会凭空_，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体_到其他物体，而在转化和_的过程中，能量的总量保持不变。理解时注意以下几点：能量既有转化，也有_；自然界的能量总量是_的；能量守恒定律是最普遍的定律之一。消灭产生转移转移转移保持不变 例典例分析 根据能量守恒定律，在分析自然现象时，如果发现某种形式的能量减少，一定能找到另一种形式的能量增加;反之，当某种形式的能量增大时，也一定可以找到另一种形式的能量减少。所以，永动机是不可能制成的三、“永动机”能量既不会凭空
21、_，也不会凭空_，它只会从一种形式_为其他形式，或者从一个物体_ 到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持_。消灭产生转化转移不变2.能量守恒定律 1.各种形式的能量可以相互转化摩擦生热 （）气体膨胀做功 （）电灯发光 （）电饭锅做饭 （）用洗衣机甩干衣服（）手摇发电机发电 （）1.分析下列各现象中能量的转化机械能内能 内能机械能 电能 光能 电能 内能 电能 机械能机械能 电能2.在下列事例中，属于机械能转化为内能的是（）A.铁棒在火上烤得很热 B.汽车紧急刹车，轮胎发热 C.燃烧木材取暖 D.给电炉通电，电炉发热C判断题1.煤的燃烧过程中，煤的化学能转化为内能，但能量的总量不变。（）2.在荡秋千时，停止用力，秋千越摆越低，能量的总量也越来越少。（）永动机可以实现吗？能量的守恒定律告诉我们，能量在转移和转化的过程中总量是不变的，但方向性告诉我们有些有用的能量会越来越少，如果不及时补充能量，机械就会停止做功。“永动机”违背了能量守恒定律，所以无法实现。