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1、九年级物理九年级物理第三章第三章 内能的利用热机内能的利用热机人教四年制人教四年制【同步教育信息同步教育信息】一. 本周教学内容：第三章 内能的利用热机1. 燃料及其热值2. 内能的利用3. 内燃机4. 火箭5. 热机的效率6. 内能的利用和环境保护二. 重、难点：1. 燃料燃烧的本质及热值概念的理解是本节的重点、难点。2. 重点：内燃机的构造、工作原理及主要区别。3. 难点：热机的效率及影响热机效率大小的主要因素，提高热机效率的方法和意义。4. 疑点：利用内能造成的环境污染的主要危害、保护环境的措施及意义等。三. 知识点分析： 1热值的研究对象，必须是可燃物质即燃料，对不能燃烧的物质如砂石讲
2、热值是没有意义的；热值是反映燃料释放热量的本领大小的物理量所谓完全燃烧，是指全部燃尽的意思，这是一个理想燃烧过程，在实际中是很难到达的；热值是燃料的特性，决定于燃料的种类，与这种燃料的质量无关。 2内能的利用主要有直接利用内能加热物体和利用内能来做功等两种途径，前者属于内能的转移，后者属于能量的转化，即内能转化为机械能、一切能量的转移或转化都遵循能的转化和守恒定律，这在前面的章节中已经作了介绍。 人类的生活、生产离不开能量，能量的形式很多，而内能那么是目前人类生活，生产中主要利用的能量形式之一，而且用量也很大，本章的任务就是来认识一下人类是如何利用内能的。要利用内能，我们就要首先考虑内能的来源
3、问题，大家联系生活实际，想一想我们日常生活中主要是靠什么途径获得内能的呢? 几个人夜里点起篝火取暖 一个人点着煤气炉，烧水做饭 冬天，居民小区内锅炉集中供热 汽车到加油站加油后开走，排出一股黑烟 靠燃烧燃料来获取内能燃料的利用给人类文明带来了进步，现代化社会中，人类使用的能量绝大局部仍是从燃料的燃烧中获得的内能，现在我们首先要研究一下，燃料及与燃料燃烧有关的问题。第一节燃料及其热值通过刚刚画面中出现的木柴、煤气、煤、汽油这些物质是燃料外，你还知道哪些物质是燃料呢? 酒精、柴油、蜡、石油 归纳一下这些燃料有什么共同特点，它们都能够燃烧，而且燃烧时都能放出热量，不同的燃料在燃烧时放出的热量不同 燃
4、料燃烧放出热量即释放出内能被我们所利用，这些内能是什么能转化而来的呢? 燃料燃烧过程中发生了化学变化即燃料的化学能转化为内能一燃料的特点1. 能够燃烧2. 燃料燃烧时放出热量，实质是化学能转化为内能二燃料的热值1. 定义：l 千克某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值2. 单位：焦千克读法焦每千克阅读热值表答复以下问题1焦炭的热值是多少?它表示什么意思?25kg 焦炭完全燃烧放出多少热量?3汽油的热值比焦炭的热值大，能说明什么?4一桶汽油与半桶汽油的热值哪个大?为什么?燃料在燃烧过程中，实际上很难完全燃烧，所以燃烧所放出的热量比按热值计算出的要小，另外，所放出的热量中，有效利用的就是被水
5、吸收的热量，其他的一局部被水壶及周围空气吸收，还有一局部被高温的烟气带走，这些都属于热量损失，这就给我们提出一个新的研究课题就是如何有效地利用燃料三有效利用燃料我们用一个圆表示燃料完全燃烧放出的热量，燃料通常是在各种炉子里燃烧的，那么炉子有效利用的热量跟燃料完全燃烧放出的热量之比叫做炉子的效率 (图中 55)。我们刚刚的那道题，如何计算该煤气炉的效率提高炉子的效率及燃料的利用率是节约能源、保护环境的重要措施。目前我们采用的城市集中供热、热电炉等方式，大大提高了燃料的利用率，但我国仍有大局部炉具效率很低，有的仅为 30，假设平均效率能提高 1，全国每年节省的燃料相当于一个大型煤矿的年产量，因此，
6、改造炉具，提高炉子效率非常重要，有巨大的潜力可挖，靠我们这一代去改良去创新。燃料燃烧获得的大量内能，人们是怎样使用的呢?第二节内能的利用一内能的重要应用 加热物体实质：内能转移 对外做功实质：内能转化二热机实质：内能转化为机械能燃料燃烧后其中化学能转化为内能，这是人类使用的能源的主要能源。相同质量的不同燃料在燃烧时所放出的热量一般是不同的，这就为我们研究燃料的热值提供了一个有效的依据。当然，质量一定的某种燃料燃烧所放出的热量还与燃烧条件有关。家庭中利用内能加热食物，工厂里利用内能加热工件各种交通工具上利用内能转化为机械能作为驱动力，火箭以及各种武器的发射与驱动都是人类利用内能的实例。1. 热机
7、的种类很多，录像中介绍的内燃机包括汽油机、柴油机，请讨论答复，汽油机的一个循环分为几个冲程?分别是什么冲程?这几个冲程能颠倒吗?2. 柴油机与汽油机的相同点、不同点有哪些?3. 热机的工作原理在现代科技中也有应用，就是“火箭，那么，火箭的作用是什么?三级火箭发射有哪些优越性?4. 目前使用的热机效率很低，主要原因有哪几个方面?你能想出一些改良热机、提高效率的总体设想吗? 【典型例题典型例题】例 1 酒精的燃烧值比煤油小，这表示 A. 燃烧酒精比烧煤油放出的热量少B. 燃烧酒精比烧煤油到达的温度低C. 相同质量的酒精和煤油中，煤油含的热量多D. 相同质量的煤油和酒精完全燃烧时，煤油放出的热量多解
8、题思路：解题思路：单位质量的某种燃料在完全燃烧时所放出的热量，叫这种燃料的燃烧值一般来说，不同燃料燃烧值是不同的，只有在质量相同，均完全燃烧的条件下，才可比拟放出热的多少。我们抓住燃烧值这一概念来分析，A 选项中没有指出燃料的质量是否相同。B 选项中的温度与燃烧值没有什么关系。C 选项中把热量与热能概念混淆了。故答案为 D。借题发挥：借题发挥：从上例可见，燃烧值是燃料物质的一种特性，我们要注意到定义“完全燃烧这一条件。例 2 一个铝球体积为 20dm3，完全燃烧 44g 木炭放出热量被球全部吸收时，球的温度升高了 34。：铝103kgm3，c铝103J(kg)，q木炭107Jkg，那么此球是
9、A. 空心 B. 实心 C. 都有可能 D. 无法判断解题思路：解题思路：此题是一道综合性的习题通过分析知道，木炭燃烧放热，铝球吸收热量可先求出Q放=mq，用 Q吸=cmt 表示出球吸收的热量，据 Q吸=Q放可算出铝球的质量再设铝球是实心的，据算出实心球质量，比拟两个质量，即能确定答案。vm解：解：木炭放热：Q放=mq=44l0-3kgl07Jkg铝球的质量为 m，吸热：Q吸=c铝m球103Jkgm球34据 Q吸=Q放，103Jkgm球34=4410-3kg107Jkgm球=50kg按实心球计算：球=铝v铝103kg/m32010-3m3=54kgm球m球 故此球是空心的。m借题发挥：上述解法
10、是通过比拟球的质量来求解，此题也可以用比拟球的体积，比拟球的密度，还可通过比拟球升高的温度的方法来求解。例 3 如图，给试管中的冷水加热一段时间后，水蒸气就会把塞子冲开，这个实验说明内能有哪些重要的应用?请用能的转化来说明。解题思路：解题思路：人类利用内能有两个重要方面，一是利用内能来加热物体；二是利用内能来做功此题主要是从这两个方面去思考，燃料燃烧过程，能量怎样转化，水蒸气冲开塞子，能量又是怎样转化明确这些过程中能的转化形式，问题就可解。答案：答案：这实验说明内能有两方面的作用：一是利用内能可以加热物体。二是利用内能可以做功。从能的转化来看，燃料燃烧时，燃料的化学能转化为热能，被冷水吸收，使
11、冷水温度升高，这说明利用内能可加热物体。当水温升高直至沸腾，水蒸气的压强不断增大，冲开塞子而做功。这说明利用内能可以做功做功过程中，水蒸气内能减小，温度降低，内能转化为塞子的机械能。借题发挥：借题发挥：关于内能的利用，日常生活中的例子很多，如烧水做饭，烤火取暖，各种热机都是利用内能来做功的机器。例 4一般内燃机完成一个工作循环有 个冲程。在压缩冲程里 能转化为 能；在做功冲程中， 能转化 能。解题思路：解题思路：内燃机有很多种类，一般内燃机原理根本相同。它们完成一个工作循环都要经历吸气冲程和压缩冲程、做功冲程和排气冲程。从能的转化和守恒定律来说，能量是可以相互转化的，并遵守着能量守恒规律。内燃
12、机就是根据能的转化和守恒的规律制成的一个完成能量转化的做功的装置。内燃机在压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞自下向上移动，使缸内的气体被压缩，使气体压强增大，温度升高，这是机械能转化为内能的过程在压缩冲程末了，使高温高压的工作物质猛烈迅速燃烧，生成高温高压的气体，迅速膨胀，推动活塞由上向下移动做功，这是内能转化成机械能的过程。答案：答案：四 机械 内 内 机械例 5 如图，这是内燃机工作过程的简图，图中表示冲程的顺序正确的选项是 A. 吸气、压缩、做功、排气B. 压缩、吸气、做功、排气C. 做功、吸气、排气、压缩D. 压缩、吸气、排气、做功解题思路：解题思路：解此题关键是要熟悉内燃机的每一
13、个冲程中曲轴转动方向和进气门、排气门的关闭情况。在吸气冲程中，进气门翻开，排气门关闭，活塞向下运动；在压缩冲程中，两个气门都关闭，活塞向上运动；在做功冲程中，两个气门都应关闭，活塞向下运动；在排气冲程中，活塞向上运动，排气门翻开，进气门关闭。所以答案为 D。借题发挥：借题发挥：解这类图示题，关键是要注意在每一个冲程中两个气门的开关情况和活塞运动的方向。例 6 一台单缸汽油机，飞轮转速为 1800 转分，在 1 秒钟内汽油机对外做功的次数为 A. 1800 次 B. 900 次C. 60 次 D. 15 次解题思路：解题思路：热机的一个工作循环中，有四个冲程，活塞往复两次，飞轮转两转；一个工作循
14、环对外做功一次。飞轮每分钟 1800 转，每秒钟就转 30 转，对外做功 15 次。答案应选 D。借题发挥：借题发挥：解此类问题关键是弄清楚一个工作循环中的 4、2、2、1 的关系。即 4 是指四个冲程；2 指的是活塞往复两次；2 指的是曲轴转两周；1 指的是对外做功一次。107Jkg)解题思路：解题思路：这道题条件是热机的功率和热机的效率。要求每小时消耗的汽油，据公式=Q有用/Q总,必先求出有用的热量，即用来做有用功的能量。这局部能量可由输出功率求出。因为输出功率就是相当于有用功率，P有用t=W有用=Q有用。然后据 =Q有用/Q总公式可求出 Q总。而 Q失=Q总Q有用。解：解：内燃机每小时做
15、的有用功：W有用=P有用103W107JQ有用=W有用又，=Q有用/Q总Q总=Q有用/107l07J又 Q总=mqm=Q总107107每小时消耗汽油 0.9196kg。损失的热能：Q失=Q总Q有用107107107J。借题发挥由此题可见，一台机器的输出功率，即为有用功率输入功率，相当于这台机器的总功率。据功能关系有：Q有用=W有用，Q总=W总。【模拟试题模拟试题】一. 填空题1. 1kg 某种燃料 放出的 ，叫做这种燃料的热值，热值的单位是 。107Jkg，它的物理意义 ，此时木炭的热值应为 。3. 炉子有效利用 与燃料 放出的 之比，叫做炉子的效率。4. 内能的重要应用之一是直接用来 物体，
16、物体获得内能后 会升高；内能的重要应用之二是用内能对物体 ，此时内能转化为 能。5. 我国制造的长征二号运载火箭是利用液态氢燃烧时释放出的内能对外 而运行升空的。6. 汽油机的一个工作循环是由 个冲程组成的，其中只有 冲程是燃气对外做功，完成一个工作循环；活塞往复 次，曲轴转动 周。7. 在人类历史上，发现内能可以做功并制造出利用内能来做功的机器叫 机， 机是把内能转化为 能的机器。8. 内燃机的一个工作循环由 、 、 和 四个冲程组成，其中只有 冲程是燃气对外做功，其余三个冲程要靠 来完成燃料的内能转化为 。9. 要提高热机的效率，就要尽量减少各种 ，保证良好的 。10. 在热机里，用来做
17、功的那局部能量跟燃料 燃烧所放出的能量之比叫做热机效率。二. 选择题：1. 根据汽油机和柴油机的区别，以下说法中正确的选项是 A. 汽油机气缸顶部有一个火花塞，柴油机气缸顶部有一个喷油嘴B. 汽油机吸入的是空气，柴油机吸人的是空气和柴油的混合物C. 吸气冲程是机械能转化为内能D. 压缩冲程是内能转化为机械能2. 下面列出的四冲程柴油机的四个冲程的工作顺序正确的选项是 A. 吸气、压缩、排气、做功 B. 吸气、做功、压缩、排气C. 吸气、压缩、做功、排气D. 吸气、做功、排气、压缩3. 汽油机吸入气缸的工作物质是 A. 汽油 B. 雾状汽油C. 空气 D. 汽油和空气混合物4. 内燃机的曲轴上装
18、有又大又重的飞轮，作用是 A. 增加曲轴转动的惯性 B. 增强内燃机的稳定性C. 改变内燃机的转速 D. 增加内燃机的功率5. 火箭的燃料选用液态氢，这是因为氢具有 A. 较小的密度 B. 较大的比热C. 较大的燃烧值 D. 较低的沸点6. 关于热机效率的说法正确的选项是 A. 热机效率永远不会到达 100B. 热机效率不久的将来会到达 100C. 热机效率在 420之间D. 热机不可能把燃料释放的内能全部用来做有用功7. 热机的效率高是指 A. 热机的功率大B. 热机在单位时间内消耗的燃料少C. 燃料消耗的内能全部转化为机械能D. 燃料消耗的内能转化为机械能的百分比大8. 现代社会的四大污染是噪声污染、大气污染、水污染和固体废物污染，热机造成的污染是其中的 A. 大气污染B. 大气污染和噪声污染C. 噪声污染、水污染和大气污染D. 以上四大污染都有【试题答案试题答案】一. 填空题：1. 完全燃烧；热量；Jkg 107107107Jkg3. 热量；完全燃烧；热量4. 加热；温度；做功；机械5. 做功6. 四；第三；二；二 7. 热；热；机械8. 吸气；压缩；做功；排气；做功；飞轮惯性；机械能9. 能量损失；润滑 10. 有用；完全二. 选择题： 1. A 2. C 3. D 4. A 5. C 6. AD 7. D 8. B