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第十四章 內(nèi)能的利用 知識網(wǎng)絡構建 高頻考點透析 序號 考點 考頻 1 內(nèi)燃機的四個沖程 ★★ 2 熱值的公式及熱量的計算 ★★★ 3 影響熱機效率的因素 ★★★ 4 能量的轉(zhuǎn)化和守恒 ★★ 知識能力解讀 （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、柴油機等利用燃料燃燒釋放的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。 （二）熱機 熱機的種類很多，如蒸汽機、內(nèi)燃機、汽輪機、噴氣發(fā)動機等，所有熱機在工作時能量轉(zhuǎn)化的過程是相同的，即燃料燃燒使化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，然后通過做功，把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。因此，熱機就是利用內(nèi)能來做功的機器，或者說熱機就是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的機器。 內(nèi)燃機是最常見的熱機，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，燃燒柴油的稱為柴油機。燃料在汽缸里面燃燒時生成高溫、高壓的燃氣，用來推動活塞做功。 （三）汽油機和柴油機 1．汽油機的工作過程 沖程名稱 吸氣沖程 壓縮沖程 做功沖程 排氣沖程 示意圖 進氣門開閉情況 打開 關閉 關閉 關閉 排氣門開閉情況 關閉 關閉 關閉 打開 活塞運動方向 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，使其壓強增大，溫度升高 在壓縮沖程末，火花塞放電點燃燃料，產(chǎn)生高溫高壓燃氣。高溫高壓燃氣推動活塞做功，通過連桿帶動曲軸轉(zhuǎn)動 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，機械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能 燃料燃燒，化學能轉(zhuǎn)化成燃氣的內(nèi)能；燃氣推動活塞做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機械能 無能量轉(zhuǎn)化 聯(lián)系 ①每個工作循環(huán)中，活塞往復運動兩次，曲軸和飛輪轉(zhuǎn)動兩周，完成—個做功沖程 ②在—個工作循環(huán)中，只有做功沖程燃氣對外做功，其他3個輔助沖程，依靠飛輪的慣性完成，不但不做功，還要消耗機械能 2．汽油機與柴油機的比較 內(nèi)燃機 項目 汽油機（如圖） 柴油機(如圖) 構造 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 汽油機在吸氣沖程中吸入的是汽油和空氣的混合物 柴油機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體積（汽缸體積）的 壓縮沖程末，氣體體積被壓縮為吸進體積的 點火方式 壓縮沖程末，火花塞產(chǎn)生電火花點燃燃料，稱為點燃式 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的空氣而自動點燃，稱為壓燃式 做功沖程 做功沖程中燃氣壓強可達到30～50個大氣壓，溫度達2 000℃～2 500℃，高溫高壓氣體推動活塞做功 做功沖程中燃氣壓強可達50～100個大氣壓，溫度達1 700℃～2 000℃，高溫高壓氣體推動活塞做功 效率 效率低，20%～30% 效率較高，30%～45% 應用 機體輕便，主要用于汽車、飛機、摩托車等 機體笨重，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放熱本領的大小。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，熱值反應燃料的燃燒特性。熱值大，反映1kg的這種燃料完全燃燒時放出的熱量多，或者說化學能轉(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，與燃料的質(zhì)量、體積、放熱多少、燃燒時間長短、燃料是否完全燃燒都無關。 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 能量既不會憑空消滅，也不會憑空產(chǎn)生，宅只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(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）永動機 1．定義：不需要動力就能源源不斷地對外做功的機器，人們把這種機器叫做永動機。 2．永動機研制失敗的原因：它違背了能量守恒定律。 解題方法技巧 （一）判斷四個沖程的方法 判斷四個沖程的關鍵是看兩個氣門的關閉情況和活塞的運動方向，具體情況如下表所示。 沖程 進氣門 排氣門 活塞運動方向 吸氣沖程 打開 關閉 向下運動 壓縮沖程 關閉 關閉 向上運動 做功沖程 關閉 關閉 向下運動 排氣沖程 關閉 打開 向上運動 （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”只是能量由一個物體傳遞到另一個物體，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物體轉(zhuǎn)移到了哪一個物體。 跨越思維誤區(qū) （一）對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，能的形式不變；發(fā)生能量轉(zhuǎn)化時，能的形式一定變化。 物理思想方法 比較歸納法 柴油機和汽油機雖都屬于內(nèi)燃機，但它們在構造和工作過程中有明顯的區(qū)別，所以在學習這部分內(nèi)容時，要用比較歸納法加以區(qū)別。汽油機在汽缸頂部有火花塞，而柴油機沒有，但有噴油嘴，并且汽油機上的火花塞與柴油機上的噴油嘴的工作時刻都是壓縮沖程末。在吸氣沖程中，汽油機吸入汽缸的是汽油和空氣的混合物，而柴油機吸入的只有空氣。在壓縮沖程中，柴油機的溫度更高，壓強更大，因此導致它們的點火方式不同。 中考考點鏈接 （一）中考考點解讀 （一）中考考點解讀 本章圍繞汽油機、柴油機的構造和工作原理，考查內(nèi)燃機工作過程中的沖程識別，各沖程的特點和能量轉(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、計算題等。 （二）中考典題剖析 1．內(nèi)燃機沖程的能量轉(zhuǎn)化 2．熱量的綜合計算