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1、專項二 熱學(xué)
重難點05 內(nèi)能的利用
【知識梳理】
1.利用內(nèi)能的兩種方式:利用內(nèi)能加熱;利用內(nèi)能做功。
2.單杠四沖程內(nèi)燃機的四個沖程
沖程名稱
進氣門
排氣門
能量轉(zhuǎn)化
能量來源
備注
吸取沖程
開
閉
飛輪轉(zhuǎn)動的慣性
1個工作循環(huán),飛輪轉(zhuǎn)動2周,經(jīng)歷4個沖程,對外做功1次。
壓縮沖程
閉
閉
機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
飛輪轉(zhuǎn)動的慣性
做功沖程
閉
閉
內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能
燃料燃燒釋放的內(nèi)能
排氣沖程
閉
開
飛輪轉(zhuǎn)動的慣性
3.汽油機與柴油機的區(qū)別
比較項目
結(jié)構(gòu)
點火方式
吸入的物質(zhì)
燃料
熱機效率
應(yīng)用
2、
汽油機
頂部有火花塞
點燃式
空氣和汽油
汽油
26-40%
轎車等較輕便的機械
柴油機
頂部有噴油嘴
壓燃式
空氣
柴油
34-45%
輪船等較笨重的機械
4.熱機效率:熱機所做的有用功與所用燃料完全燃燒釋放的熱量之比。其值一定小于1.
公式:η=×100%。一般用W=Fs或者W=Pt計算。Q放=mq計算。
提高熱機效率的一些途徑:讓燃料燃燒更充分;減輕熱機的質(zhì)量;較少熱機各部件之間的摩擦;廢氣再利用等。
5.熱機與環(huán)保:熱機在使用過程中帶來的環(huán)境污染主要是大氣污染(燃燒汽油、柴油產(chǎn)生的大量氮氧化物,碳氧化物和鉛)、排放的二氧化碳產(chǎn)生的溫室效應(yīng)、粉塵、噪聲
3、等。解決問題的方向:研究開發(fā)低能耗、少污染的熱機;控制、減少污染。
【解題思路】
題型1.判斷單杠四沖程汽油機的沖程。解題方法:熟記1表。觀察進氣門和排氣門的開閉情況,進氣門開是吸氣沖程;排氣門開是排氣沖程。觀察火花塞:若兩門都關(guān)閉,火花塞點火的是做功沖程,沒有則是壓縮沖程。
題型2:根據(jù)轉(zhuǎn)速,計算沖程或者做功次數(shù)。解題方法:牢記1個工作循環(huán),飛輪轉(zhuǎn)動2周,經(jīng)歷4個沖程,對外做功1次。
題型3.熱機效率的計算。解題方法:公式η=×100%。一般用W=Fs或者W=Pt計算有用功。Q放=mq計算燃料完全燃燒釋放的熱量。注意將單位統(tǒng)一成國際單位。注意計算Q放的公式:Q放=.
題型4:熱機
4、與環(huán)保的關(guān)系:既要利用熱機為我們工作,又要改進熱機,減少污染的產(chǎn)生。
【真題再現(xiàn)】
1.(2019昆明)如圖是汽油機工作的四個沖程,其中表示排氣沖程的是( )
A.甲 B.乙 C.丙 D.
【答案】C
【簡析】排氣門打開的那個沖程即為排氣沖程,觀察3可知是丙圖。
2.(2019山東棗莊)如圖所示是內(nèi)燃機工作循環(huán)中的一個沖程,它是( ?。?
A.壓縮沖程,將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能
B.壓縮沖程,將機械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能
C.做功沖程,將內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機械能
D.做功沖程,將機械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能
【答案】
5、C
【簡析】觀察圖中2門關(guān)閉,火花塞點火,是做功沖程,將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。
3.(2019湖北武漢)如圖所示是四沖程汽油機的剖面圖,關(guān)于其四個沖程的描述正確的是( ?。?
A.吸氣沖程中,汽油和空氣的混合物進入汽缸
B.壓縮沖程中,通過做功的方式使汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能減小
C.做功沖程中,燃料釋放的能量絕大部分轉(zhuǎn)化為機械能
D.排氣沖程中,廢氣帶走了燃料釋放的能量的極少部分
【答案】A
【簡析】汽油機在吸氣沖程中,吸入的是汽油和空氣的混合物,故A正確。在壓縮沖程中是機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程,氣缸內(nèi)氣體的溫度升高,內(nèi)能增大,B錯。在做功沖程中,燃料燃燒釋放的內(nèi)能大
6、部分需要克服摩擦、發(fā)生熱傳遞而散失,只有一少部分轉(zhuǎn)化為機械能,C錯。在排氣沖程中,廢氣帶走了燃料釋放的能量的三分之一左右,不是極少部分,故D錯。
3.(2019·湘西土家族苗族自治州)多數(shù)汽油機是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程的不斷循環(huán)來保證連續(xù)工作的,從能量轉(zhuǎn)化的角度看,存在著內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的過程的是( )
A.吸氣沖程 B.壓縮沖程
C.做功沖程 D.排氣沖程
【答案】C
【簡析】汽油機的四個沖程中,吸氣、排氣沖程無能量轉(zhuǎn)化,壓縮沖程將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,做功沖程將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。
4.(2019·江蘇無錫)如
7、圖所示,用電火花發(fā)生器點燃塑料盒內(nèi)的酒精氣體,能將盒蓋噴出很遠。此過程中的能量轉(zhuǎn)化方式與汽油機的哪一個沖程相似( )
A.壓縮沖程 B.吸氣沖程
C.排氣沖程 D.做功沖程
【答案】D
【簡析】按動電火花發(fā)生器的按鈕,點燃盒內(nèi)酒精,盒蓋被打出去,將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能,與汽油機的做功沖程相似。
5.(2016·四川)為緩解城市交通壓力,近幾年成都大力發(fā)展有軌交通,幾條地鐵線路已經(jīng)開通運行,同時又在積極投建有軌電車,以取代部分用柴油機作動力的公交車.關(guān)于電車和柴油車,下列說法不正確的是( )
A.電車電動機工作時利用了磁場對電流的作用
B.
8、電車電動機能夠?qū)㈦娔苋哭D(zhuǎn)化為機械能
C.一般情況下,電車電動機的效率比柴油機的效率高
D.電車對環(huán)境的污染比柴油車對環(huán)境的污染小
【答案】B
【簡析】電車電動機工作時利用了磁場對電流的作用,A正確。電車電動機能夠?qū)㈦娔艽蟛糠洲D(zhuǎn)化為機械能,但也會產(chǎn)生一小部分內(nèi)能,B錯。一般情況下,電車電動機的能量損失較小,效率比柴油機的效率高,C正確。電車不存在尾氣的排放、噪音小,所以對環(huán)境的污染比柴油車對壞境的污染小,D正確.
6.(2019·湖南常德)前不久,據(jù)河南南陽炒作很熱的“水氫發(fā)動機”的宣傳說,“水氫發(fā)動機”可以用水來制取氫氣,從而為發(fā)動機提供高能燃料。中央電視臺對此作了專題報道,認為目
9、前的技術(shù)尚不成熟,所謂的“水氫發(fā)動機”要真正投入實用還有長的路要走。對此,下列分析不正確的是( )
A.氫氣燃燒無污染是“水氫發(fā)動機”備受關(guān)注的原因之一
B.氫氣是發(fā)動機的一種理想燃料,是因為氫氣的熱值大
C.“水氫發(fā)動機”是利用內(nèi)能做功的機械
D.目前利用水制取氫氣耗能高,因此“水氫發(fā)動機”的效率很高
【答案】D
【簡析】“水氫發(fā)動機”可以用水來制取氫氣,將水分解成氫氣和氧氣,在給車輛提供動力的同時排放物是水,對環(huán)境無污染,無限循環(huán),A正確。氫氣的熱值為1.4×108J/m3,而且氫氣燃燒生成水,對環(huán)境無污染,是發(fā)動機的一種理想燃料,B正確?!八畾浒l(fā)動機”是一種熱機,將內(nèi)能轉(zhuǎn)
10、化為機械能,C正確。水制取氫氣目前的技術(shù)手段,對能源消耗高,轉(zhuǎn)換效率很低,故D錯。
7.(2019天津市)如圖是某四沖程汽油機的______沖程,在此沖程中內(nèi)能轉(zhuǎn)化為______能。
【答案】做功 機械
【簡析】由圖可知,兩個氣門都關(guān)閉,火花塞點火,活塞向下運動,因此是做功沖程,將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。
8.(2019·江蘇揚州)如圖所示是汽油機的_________沖程。在壓縮沖程中,是通過_________方式增加燃氣的內(nèi)能。汽油機的轉(zhuǎn)速為3 000 r/min,則1 s內(nèi)汽油機對外做功_________次。
【答案】做功 做功 25
【簡析】進氣口、
11、出氣口關(guān)閉,活塞向下,為做功沖程;壓縮沖程時通過做功的方式增加其他內(nèi)能;3 000 r/min=3000r/60s=50r/s,一個工作循環(huán)有4沖程,飛輪轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn),對外做功1次,這里1s內(nèi)轉(zhuǎn)了50轉(zhuǎn),所以經(jīng)歷了50/2=25個工作循環(huán),多外做功25次。
9.(2019·江蘇蘇州)如圖所示,在空氣壓縮引火儀玻璃筒的底部放一小團干燥的棉花,用力將活塞迅速下壓,棉花被點燃,此過程的能量轉(zhuǎn)化方式與汽油機的_______沖程相同;某效率為25%的汽油機在一次工作中消耗了體4 kg汽油,該汽油機對外做的機械功為______(汽油熱值為4.6×107 J/kg)。
【答案】壓縮 4.6×107
【
12、簡析】用力將活塞迅速向下壓,棉絮燃燒起來,機械能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能,與內(nèi)燃機的壓縮沖程相似;汽油完全燃燒放出的熱量:Q放=mq=4 kg×4.6×107 J/kg=1.84×108J;機械功w=ηQ放=25%×1.84×108 J=4.6×107 J。
10.(2019·四川德陽)用天燃氣燒水,水燒沸騰時,壺蓋不斷向上跳動,此過程中能量轉(zhuǎn)化與四沖程汽油機的________沖程的能量轉(zhuǎn)化相同;在標準大氣壓下用天燃氣把3kg的水從20℃加熱至剛沸騰時,水吸收了________J的熱量。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]
【答案】做功 1.008×l06
【簡析】水燒開以后,水蒸氣膨脹對
13、壺蓋做功,把壺蓋頂起來,將水蒸氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為壺蓋的機械能,與汽油機的做功沖程的能量轉(zhuǎn)化相似。在標準大氣壓下水的沸點為100 ℃,所以,水吸收的熱量是:Q吸=c水m水?t=4.2×103 J/(kg·℃)×3 kg×(100 ℃–20 ℃)=1.008×106 J。
11.(2019·湖北)一輛廂式小貨車某次運貨,滿載后總質(zhì)量是5.0×103kg,在平直的公路上勻速行駛100km,耗油10kg,貨車受到的阻力是總重力的0.05倍,發(fā)動機的牽引功率是50kW(油的熱值是5.0×107J/kg,10N/kg),求:
(1)貨車受到的牽引力;
(2)貨車勻速行駛的速度;
(3)貨車發(fā)動機的效率
14、。
【答案】貨車受到的牽引力為2500N;貨車勻速行駛的速度為20m/s;貨車發(fā)動機的效率為50%。
【簡析】貨車的重力G=mg=5.0×103kg×10N/kg=5.0×104N,
貨車做勻速運動,所以貨車受的牽引力:F=f=0.05G=0.05×5.0×104N=2500N;
貨車勻速行駛的速度:v=P/F=50000W/2500N=20m/s;
牽引力做的功W=Fs=2500N×1×105m=2.5×108J,
燃油燃燒放出的能量:Q=mq=10kg×5.0×107J/kg=5.0×108J,
貨車發(fā)動機的效率:η=W/Q×100%=W/Q×100%=2.5×108J/5×
15、108J×100%=50%。
【原創(chuàng)預(yù)測】
12.下列減小熱機帶來的環(huán)境污染措施中,不可行的是( )
A.改進設(shè)計方案,使熱機工作時噪聲更小
B.使用天然氣、酒精替代部分汽油、柴油做燃料
C.淘汰熱機,徹底解決問題
D.盡量使氣缸內(nèi)燃燒更充分一些
【答案】C
【簡析】根據(jù)目前的技術(shù)和實際需要,淘汰熱機不現(xiàn)實。
13.單缸四沖程柴油機的轉(zhuǎn)速是6000r/min,則它每秒完成 個吸氣沖程。
【答案】50
【簡析】6000r/min=6000r/60s=100r/s. 單缸四沖程柴油機每1個工作循環(huán)轉(zhuǎn)2r,有1次吸氣沖程,所以它每秒有100/2=50個吸氣沖程。