课程解读

一、学习目标：

1、了解四冲程汽油机的基本工作原理。

2、从能量转化的角度认识燃料的热值。

3、了解内能的利用在人类发展史上的重要意义。

4、通过能量的转化和转移，认识效率。

5、知道能量守恒定律。

6、能举出日常生活中能量守恒的实例。

7、有用能量守恒的观点分析物理现象的意识。

二、重点、难点：

重点：

1、内燃机的构造和工作原理

2、能量转化与守恒

难点：对能量转化与守恒的理解

三、考点分析：

知识点		考纲要求	题型		分值
内燃机工作原理		了解	选择题		1~3分
热值		了解	填空、选择题		1~3分
能的转化		理解	填空、选择题		1~3分
能量守恒定律	知道		填空、选择题	1~3分

知识梳理

一、热机

热机把内能转化为机械能，热机的种类很多，如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。

1. 内燃机

内燃机是最常见的热机。内燃机在气缸内燃烧汽油或柴油。

区别：汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴。

2. 内燃机工作原理

冲程：活塞在气缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程

汽油机结构图

①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入气缸。

②压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩。

③做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体。高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。

④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。

总结：做功冲程中燃气对活塞做功，内能转化为机械能。其余三个冲程靠消耗飞轮的机械能来完成。

3. 燃料的热值

燃烧相同质量的不同燃料，放出的热量是不同的。

热值（q）：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。

热值的单位：焦每千克 符号：J/kg

Q＝qm

小资料：

一些燃料的热值

干木柴	约	柴油
烟煤	约	煤油
无烟煤	约	汽油
焦炭		氢
木炭		煤气	约
酒精		天然气

木炭：3.4×10⁷J/kg

物理意义：1千克木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×10⁷J

燃料很难完全燃烧，其放出的热量往往比按热值计算出的要小，而且能有效利用的热量又比放出的热量要小。

如果将燃料释放的能量用来开动热机，这些能量也不会全部用来做有用功。

用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率

η＝W_有用/Q_总＝ W_有用/qm。

蒸汽机效率最低：6%~15%；

汽油机效率：20%~30%；

柴油机效率：30%~45%。

提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧；尽量减小各种热量损失；机件间保持良好的润滑性、减小摩擦。

二、能量的转化和守恒

1. 能的转化

在一定条件下，各种形式的能都可以相互转化。

2. 能量守恒定律

①能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。

②永动机

人们在长期的生活和生产中认识到，人类的生存和发展离不开能源。人们是多么渴望生产一种不需要耗用任何能量而能永远不停工作的机器—永动机。

能量守恒定律使永动机幻梦被彻底打破。

典型例题

知识点一：热机

例1：下列关于热机的说法中，正确的是（ ）

A. 热机是把内能转化为机械能的装置

B. 热机是把机械能转化为内能的装置

C. 只要对内燃机不断进行革新，它可以把气体的内能全部转化为机械能

D. 即使没有漏气、摩擦等能量损失，内燃机也不能把内能全部转化为机械能

解析：热机是把内能转化为机械能的装置，即使没有漏气、摩擦等能量损失，内燃机也不能把内能全部转化为机械能。

答案：AD

例2： 汽车在开动前，是如何使内燃机起动的？

解析：

答案：通过外力先使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，消耗机械能来帮助内燃机完成吸气、压缩两个冲程，内燃机一旦开始做功，内能就会转化成曲轴的机械能。这时曲轴获得的机械能一部分通过做功，一部分通过飞轮（与曲轴相连的质量较大的轮子）保存起来。然后依靠飞轮的惯性再反过来向外输出带动曲轴转动，靠消耗飞轮的机械能完成排气以及下一循环的吸气、压缩冲程。这样内燃机就可连续工作下去了。

例3：对于四冲程的柴油机和汽油机，下列说法正确的是（ ）

A. 第一冲程进入气缸里的都是燃料的混合物

B. 第二冲程末都需要点火，燃料才能燃烧

C. 第三冲程都是燃气推动活塞做功

D. 第四冲程都是将废气排出

解析：因为汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴，所以汽油机吸入汽油与空气的混合气体，柴油机吸入空气 ；汽油机点燃，柴油机压燃。

答案：CD

知识点二：能量的转化和守恒

例1：把5kg 40℃的水烧开，需要完全燃烧多少kg的干木柴？（已知干木柴的热值为1.2×10⁷J/kg，外界为标准大气压，并且燃料完全燃烧放出的热量全部被水吸收）

解析：干木柴燃烧释放的能量（Q＝qm）转化为水的内能。

答案：解：

Q_吸＝cm（t－t₀）＝4200J/（kg·℃）×5kg×60℃

＝1.26×10⁶J；

Q_放＝Q_吸

m₁＝Q_放/q

＝1.26×10⁶J/（1.2×10⁷J/kg）＝0.105kg

解题后的思考：本题为热值与热量计算的综合题，主要考查热值计算公式与热量计算公式，而理解热平衡方程Q_放＝Q_吸是解题的关键。

例2：下列过程中，属于内能转化为机械能的是（ ）

A. 寒冷天气快速搓手，手会感到暖和

B. 水轮机带动发电机发电

C. 烧红的铁块放入冷水中，冷水变热

D. 壶中的水沸腾时，壶盖不断地跳动

知识点：通过实例，认识能量之间可以相互转化

解析：A. 寒冷天气快速搓手，手感到暖和是摩擦生热现象，机械能转化为内能。

B. 水轮机带动发电机发电，是机械能转移的过程。

C. 烧红的铁块放入冷水中，冷水变热，是内能转移的过程，铁放热，内能减小，水吸热，内能增加。

D. 壶中的水沸腾时，壶盖不断地跳动，是水蒸气膨胀对外做功，顶起壶盖后，它自身的内能要减小，从而获得机械能。

答案：D

*例3： 在某密闭隔热的房间内有一电冰箱，现接通电源使电冰箱开始工作，并打开电冰箱的门，则一段时间后室内的温度将（ ）

A. 降低 B. 不变 C. 升高 D. 无法判断

解析：电冰箱制冷过程中，使冰箱内的温度降低的同时，又使其外部温度升高（将冰箱内部的内能转移到外部），此过程不可能自发进行，必须消耗电能，此部分电能最终也转变为内能，因此从总能量的角度看，室内的内能将增加，即室内温度上升。

答案：C

例4：小华在做滚摆实验时，发现滚摆每次上升的高度逐渐减小，小华想：“这是否说明在动能、势能相互转化的过程中，整个装置的能量不守恒？这不是与能量守恒定律相矛盾吗？”请你帮小华解决他的困惑。

解析：在能量的转化过程中，某种能量可以增加或减小（即可以不守恒），但总的能量一定是守恒的。

答案：在滚摆运动的过程中，由于摩擦不可避免，总有一部分机械能转化为内能，故整个装置的机械能不守恒，但总的能量（即机械能和内能的总和）保持不变。

例5：2001年3月20日，俄罗斯“和平号”空间站终于走完了它回归地球的全部旅程，坠入太平洋。这个凝聚着人类智慧结晶的庞然大物在高速坠落的过程中分解成许多碎片，这些碎片在天空中燃烧发光，形成一道道明亮的弧线，请回答：①“和平号”空间站进入大气层后向地球坠落的原因是什么？②“和平号”空间站在下落过程中分解成许多碎片，这些碎片在空气中燃烧发光的原因是什么？这里有什么形式的能量转化？

解析：“和平号”空间站进入大气层后，由于受到地球的引力，所以会向地球坠落. 空间站在进入大气层后，具有很大的动能和势能。在坠落的过程中要克服空气摩擦力做功，将机械能转化为内能，空间站的温度过高就会燃烧发光。

答案：①受地球的引力；②与空气摩擦生热，机械能转化为内能和光能。

解题后的思考：解答此类题目，必须理解改变物体内能的方法可能是热传递，还可能是做功。

提分技巧

1、能量有各种不同的表现形式。如机械能、热能、化学能、电能、电磁能、核能等。

2、自然界中各种形式的能量都不是孤立的，不同形式的能量会发生相互转化，能量也会在不同的物体间相互转移。

预习导学

本章复习

同步练习

（答题时间：60分钟）

一、选择题

1、四冲程汽油机在工作过程中，将燃气的内能转化为机械能的冲程是（ ）

A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程

2、下图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

3、如图所示是四冲程汽油机的一个工作循环示意图，其中属于做功冲程的是

4、关于燃料的热值，以下说法中正确的是

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1千克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

5、如图为四冲程汽油机工作过程的示意图。其中表示把机械能转化为内能的是

6、下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况，下列关于对图中①②③④的补充，正确的是（ ）

A. ①做功冲程 ②内能转化为机械能 ③压缩冲程 ④机械能转化为内能

B. ①压缩冲程 ②内能转化为机械能 ③做功冲程 ④机械能转化为内能

C. ①做功冲程 ②机械能转化为内能 ③压缩冲程 ④内能转化为机械能

D. ①压缩冲程 ②机械能转化为内能 ③做功冲程 ④内能转化为机械能

7、下列关于能量转化的实例，你认为说法正确的是 （ ）

A. 水轮机带动发电机发电 电能转化为机械能

B. 燃料燃烧 化学能转化为内能

C. 汽油机的做功冲程 机械能转化为内能

D. 给蓄电池充电 化学能转化为电能

8、下列实例中，属于机械能转化为内能的是

A. 内燃机的活塞在燃气推动下运动 　 B. 点燃的火箭飞向太空

C. 夏天，广场上的石凳被晒得发烫 　　 D. 陨石坠入地球大气层成为流星

9、如图所示，下列实验仪器工作时，把机械能转化为电能的装置是

二、填空题

10、汽油机的一个工作循环由四个冲程组成，汽油机在某次工作时消耗汽油0.2 kg，这些汽油完全燃烧放出_______J的热量；汽车的汽油机在工作过程中，水箱中的水温度会升高，这是通过_______的方式使水的内能增加。（汽油的热值为4.6×10⁷J／kg）。

11、我国古代的人类利用“钻木取火”的方式获取火种，如图所示，钻木是利用 的方式增大物体的内能，现代社会的人们利用清洁能源获得能量，完全燃烧0.3m³的天然气可以放出热量 J。（天然气的热值为7.5×10⁷J/m³）

12、天然气、煤气的热值和价格如下表所示，在相同条件下使用 （选填“天然气”或“煤气”）更经济。小明家一个月用去70元的煤气费，则小明家一个月所用煤气完全燃烧放出的热量为 J。

物质	天然气	煤气
热值（J/m^3）	7.5×10^7	3.9×10^7
单价（元/m^3）	2.0	1.4

13、小轿车已经进入千家万户。作为汽车发动机的汽油机，其一个工作循环是由四个冲程组成的。在压缩冲程中，　　　　能转化为　　能。

14、太阳能是一种清洁能源. 某太阳能热水器每天能使500kg的水温度升高30℃，那么这些水吸收的热量为___________J，这些热量相当于完全燃烧__________m³的天然气放出的热量。[天然气的热值取7×10⁷J/m³，水的比热容c＝4.2×10³J／（kg·℃）]

15、国庆60周年阅兵式上，代表中国最新技术的ZTZ99G式主战坦克亮相。它的动力机械是内燃机。从能量转化的角度来看，内燃机是把内能转化为 能的机器。内燃机的效率较低，它在工作过程中，能量大部分以 能的形式耗散掉。

16、柴油机是工农业生产中常用的热机，已知某型号柴油机的效率是30%，在柴油机内完全燃烧2kg柴油能放热________J，这些热通过该柴油机的转化能对外做有用功______J。（柴油的热值为3.3×10⁷J/kg）

17、美国《大众科学》杂志评出年度奇思妙想十大发明，其中最引人注意的是“六冲程引擎”，这种引擎在完成四冲程工作后，会把水注入气缸，使水瞬间变成水蒸气，从而带动活塞运动，产生第五冲程，为汽车提供动力。第六冲程是让水蒸气进入冷凝器，变成可再次注入气缸的水。其中第五冲程相当于四冲程内燃机的_________冲程，请你指出该“六冲程引擎”的一个优点：__________________。

18、举世瞩目的第29届奥运会已于2008年8月8日晚8时在北京隆重举行。“科技奥运、人文奥运、绿色奥运”是本届奥运会的主题。为此，奥运火炬的设计也别出心裁（如图为火炬的外观）。2008年北京奥运会火炬所使用燃料为液化后的丙烷（C₃H₈），其燃烧后的排放物为二氧化碳和水。已知每支火炬内装燃料0.21kg，丙烷的热值为9.2×10⁷J/kg。请根据以上资料回答下列问题：

（1）使用液态丙烷（C₃H₈）的优点是_____ ____。（写一项就可以）

（2）若丙烷的热值为9.2×10⁷J/kg，则火炬内的燃料完全燃烧放出的热量为_________J，该火炬放出的热量能使______kg的水从24℃升高到70℃。

19、如图所示，神舟号太空飞船飞行期间，利用 获取控制中心的指令，其板状的两翼是太阳能电池板，将太阳能转化为 能。

20、下图展示的是火箭发射时的壮观情景。火箭发射升空时，燃料通过燃烧将 能转化为燃气的内能，燃气对火箭做功，又将内能转化为火箭的 能。

21、截至目前，中国第一大地热发电站西藏羊八井地热发电站已累计发电超过24亿千瓦时。分析下图，从地下井→汽轮机→发电机，其能量转化过程是：内能→ 能→ 能。

22、 一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为3600转/分，该柴油机活塞1s对外做功 次。若其效率为40%，消耗5kg的柴油转化成的机械能是 J。（q_柴油＝4.3×10⁷J/kg）

23、如图所示实验中，当塞子从试管口喷出时，水蒸气的 能转化成为塞子的 能。

24、国庆彩车游行队伍中，不“喝”油的新能源动力彩车首次亮相。国徽彩车就是以电力作为动力的，是将 能转化为 能。

25、在青岛设立的2008年奥运会帆船比赛场地，是采用风力发电机给路灯供电。风力发电是将 能转化为 能。

26、写出以下四种电厂的能的转化：

火力发电厂： 能转化为电能；三峡电站： 能转化为电能

风力发电厂： 能转化为电能 秦山核电站： 能转化为电能

27、汽油机是使汽油在气缸内燃烧，生成高温高压燃气，使燃气推动活塞做功，在这一过程中，是把燃气的 能转化为 能。

28、太阳能热水器是把太阳能转化为 能的装置；太阳能电池是把太阳能转化为 能的装置。

三、简答题

29、（1）发电机是利用什么现象制成的？说出发电机工作时的能量转化。

答：

（2）请按示例的要求说出控制噪声的三个环节中的一个，并举出一个相应的

实例。

示例：吸声。实例：佩戴防噪声耳塞。

答：________________。实例________________________

试题答案

一、选择题

1、C

2、C 解析：火花塞在点火或喷油嘴在喷油，所以肯定是做功冲程

3、C

4、A 解析：热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小，也就是说它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量和燃烧状况无关

5、B 解析：进、排气门都关闭为压缩冲程，把机械能转化为内能。

6、D

7、B

解析：

A. 水轮机带动发电机发电 机械能转化为电能

C. 汽油机的做功冲程 内能转化为机械能

D. 给蓄电池充电 电能转化为化学能

8、D 9、C

二、填空题

10、9.2×10⁶ 热传递

11、做功 2.25×10⁷

12、天然气； 1.95×10⁹

13、机械 内

14、6.3×10⁷ 0.9 解析：Q_吸＝CmΔt Q_放＝qm

15、机械 热

16、6.6×10⁷ 1.98×10⁷

17、做功 节约能源

18、（1）环保 （2）1.932×10⁷ 100

19、电磁波 电

20、化学 机械

21、机械、电

22、30 8.6×10⁷ 解析：一个工作循环活塞往复运动2次，曲轴和飞轮转动2周，经历四个冲程，做功1次，飞轮每秒60转，做功30次。

23、内 机械

24、电、机械

25、风（动、机械） 电

26、化学，水（或：机械），风（或：机械），核（或：原子）

27、内；机械

28、内（热） 电 解析：考查太阳能和其他能量间的转化。太阳能热水器是把太阳能转化为内（热）能，太阳能电池是把太阳能转化为电能。

三、简答题

29、（1）答：发电机是利用电磁感应现象制成的，它工作时是机械能转化为电能。

（2）答：消声。实例：摩托车装有消声功能的排气管。（答案不唯一）