熱量與熱機（基礎） 知識講解

熱量與熱機（基礎）

責編：馮保國【學習目標】

1.了解熱量的概念，知道物體吸熱和放熱與其溫度的變化、質量的關系；2.從能量轉化的角度認識燃料的熱值；

3.了解內能的利用在人類社會發(fā)展史上的重要意義；4.知道汽油機和柴油機的構造和工作原理；

5.了解熱機的效率?！疽c梳理】要點一、熱量把物體在熱傳遞過程中內能改變的多少叫做熱量。要點詮釋：1、符號：Q，單位：焦耳（J）。2、物體溫度升高或降低時，它吸收或放出的熱量與物體質量的大小、溫度的變化多少成正比。3、“熱量”是一個過程量，只能說“吸收”或“放出”了熱量，不能說物體含有熱量。要點二、燃料的熱值把某種燃料完全燃燒放出的熱量與燃料的質量的比叫做這種燃料的熱值。單位是：J/㎏。要點詮釋：1、燃料燃燒放出的熱量與哪些因素有關：燃料的種類；燃料的質量；燃料是否充分燃燒。2、燃料完全燃燒放出熱量的計算公式：Q放=mq。其中m為燃料的質量，q為燃料的熱值。要點三、熱機（《熱機、能量的轉化和守恒》二、熱機）熱機是將燃料的化學能通過燃燒轉化為內能，然后通過做功，把內能轉化為機械能。要點詮釋：熱機的種類：蒸汽機、汽油機、柴油機、燃氣輪機、噴氣發(fā)動機和火箭發(fā)動機。要點四、汽油機汽油機是用汽油作燃料，使汽油在機器內部燃燒，從而將內能轉化為機械能的一種熱機。要點詮釋：1、汽油機的構造及作用部件名稱作用氣缸汽油在氣缸的頂部燃燒從而產生高溫、高壓燃氣活塞在氣缸內，高溫、高壓燃氣推動活塞做功，將燃氣的內能轉化為機械能連桿和曲軸連桿跟活塞相連，曲軸通過傳動裝置跟工作機相連，將活塞的動力傳給工作機進氣門汽油和空氣形成的燃料混合氣的進口排氣門燃料燃燒后廢氣的出口火花塞點火裝置，能產生電火花使燃料混合物猛烈燃燒2、四個沖程：（1）汽油機的工作原理：汽油機工作時，活塞在氣缸里往復運動，活塞從氣缸的一端運動到另一端叫做一個沖程。常見的汽油機要能正常工作，必須連續(xù)完成吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程，且不斷循環(huán)進行。

（2）四個沖程：

（3）排氣沖程結束，活塞又向下運動，開始新的吸氣沖程，汽油機就連續(xù)工作下去。

汽油機的四個沖程中，只有做功沖程是燃氣對活塞做功，其他三個沖程要靠飛輪的慣性完成，在開始運轉時，要在靠外力先使飛輪和曲軸轉動起來，由曲軸通過連桿帶動活塞運動，以后汽油機才能自己工作，所以汽油機剛開始時要靠外力起動。

（4）汽油機的各沖程燃氣及能量轉化情況

由汽油機的工作原理可知，汽油機在做功沖程燃氣的壓強、內能都最大，溫度最高，能量轉化是：內能轉化為機械能。壓縮沖程的能量轉化是：機械能轉化為內能。

下面是汽油機四個沖程的工作情況和能量轉化表：沖程活塞運動情況進氣門排氣門混合氣體能量轉變吸氣上→下開關由進氣門進入氣缸

壓縮下→上關關被壓縮升溫、壓強增大機械能→內能做功上→下關關火花點燃內能→機械能排氣下→下關開排出氣缸

要點五、熱機的效率熱機工作時，用來做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的能量之比，叫做熱機的效率。要點詮釋：（1）熱機的效率是熱機性能的一個重要指標，熱機的效率越高，它的機械性能就越好。（2）提高熱機效率的途徑：①在設計和制造上，要不斷改進和革新，以減少各種能量損失，提高效率。

②在使用上，要正確使用，注意保養(yǎng)。例如加潤滑劑以保證良好的潤滑，減小摩擦；運動零件之間的間隙要調整得當，減小摩擦和防止漏氣。③充分利用廢氣帶走的能量。例如熱電站就是利用廢氣來供熱的，這種既供電又供熱的熱電站，比一般的火電站，燃料的利用率將大大提高。要點六、熱機與環(huán)境1、熱機排放的廢氣不僅溫度高于環(huán)境溫度，而且還含有一氧化碳、二氧化氮、二氧化碳，微粒等各種對人體有害的物質，對環(huán)境造成污染，影響人們的身體健康和動植物的生存。2、減少熱機排放出的有害物質，控制廢氣的排放總量，已經成為熱機發(fā)展與環(huán)境保護的重要舉措。3、隨著科技的發(fā)展越來越多的新技術、新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，如電控燃油噴射、共軌、渦輪增壓等技術的應用，混合動力汽車、電動汽車、太陽能汽車等新型汽車的研發(fā)等，都有利于節(jié)能減排和環(huán)境保護，從而更好地促進生產及提高人們的生活質量?！镜湫屠}】類型一、熱量1、（?環(huán)縣一模）下列有關溫度、內能和熱量的說法中，正確的是（）A．物體的溫度不變，它的內能一定不變B．物體內能增加，它一定吸收了熱量C．物體放出了熱量，它的溫度一定降低D．物體溫度降低，它的內能一定減少【思路點撥】（1）內能是物體內所有分子熱運動的動能與分子勢能的總和，內能的大小與分子的個數、分子的熱運動和分子間的相互作用情況有關；（2）物體的內能發(fā)生變化，可能表現(xiàn)在物體的溫度變化，也可能是狀態(tài)的變化；（3）改變物體內能的兩種方式：做功和熱傳遞?！敬鸢浮緿【解析】A、晶體熔化時吸熱，但溫度不變，內能增加，故A錯誤；B、物體內能增加可能是通過做功的方式增加的，也有可能是通過熱傳遞的方式，故B錯誤；C、晶體凝固時，放出熱量，溫度不變，故C錯誤；D、物體溫度降低，它的內能一定減少，故D正確；故選D?！究偨Y升華】本題主要是考查學生對內能、溫度與熱量三者之間的聯(lián)系和區(qū)別的掌握，以及改變物體內能的兩種方法是等效的，是中招熱點。舉一反三：【變式】下列關于熱量的說法中，正確的是（）A.溫度高的物體所含熱量多B.熱傳遞過程中傳遞溫度C.兩個物體升高的溫度相同時，吸收的熱量一定相等D.質量一定的水，升高或降低相同的溫度時，吸收或放出的熱量一定是相等的【答案】D類型二、熱機2、（?鹽亭縣校級模擬）在下列過程中，由于內能的變化而做功的是（）A．用電熨斗熨衣服B．用打氣筒打氣，氣筒壁發(fā)熱C．槍膛內燃氣膨脹將子彈射出D．鉆木取火【思路點撥】本題抓住內能的兩個應用：一、利用內能做功；二、利用內能加熱物體?！敬鸢浮緾【解析】A．用電熨斗工作時是將電能轉化為內能，達到熨衣服的目的，故A不符合題意；

B．用打氣筒打氣，是通過做功的方式增加了氣筒的內能，使氣筒壁發(fā)熱，故B不正確；

C．槍膛內燃氣膨脹是將火藥燃燒產生的內能轉化為子彈的機械能，使子彈射出，故C符合題意；

D．鉆木取火是通過做功的方式增加木頭的內能，達到取火的目的，故D不符合題意.

故選C?！究偨Y升華】內能的兩個應用：加熱、做功。舉一反三：【變式】在下列各種過程中，利用內能加熱的是（）A．火箭將衛(wèi)星搭載上天B．噴氣式客機載人飛翔C．利用拖拉機耕地D．燒水飲用【答案】D3、汽油機工作的時候，活塞在氣缸里往復運動?；钊麖臍飧椎囊欢诉\動到另一端叫做一個___。四沖程汽油的工作過程是由____________、____________、____________、____________四個沖程組成。其中只有____________沖程是燃氣對外做功。完成一個工作循環(huán)曲軸要轉__________周?！敬鸢浮繘_程；吸氣；壓縮；做功；排氣；做功；兩【解析】活塞在往復運動中從氣缸一端運動到另一端叫做一個沖程。四沖程汽油機的工作過程由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程組成。其中只有做功沖程是燃氣對活塞做功，其他三個沖程要靠飛輪的慣性來完成。完成一個工作循環(huán)曲軸要轉兩周。【總結升華】此題考察內燃機的工作原理，屬基礎題。舉一反三：【變式】（《熱機、能量的轉化和守恒》例2）下面是汽油機工作的四個沖程，其中將機械能轉化為內能的是（）A．吸氣沖程 B．壓縮沖程C．做功沖程 D．排氣沖程【答案】B類型三、燃料的熱值和熱機效率4、焦炭燃燒值是3.0×107J/kg，最少燃燒多少克的焦炭才可獲得6×103J的熱量。【答案與解析】解：

答：最少需燃燒0.2g的焦炭?！究偨Y升華】焦炭的燃燒值是3.0×107J/kg，意思是完全燃燒1kg的焦炭，可獲得3.0×107J的熱量，也就是說燃燒1kg的焦碳最多可獲得3.0×107J的熱量。因此要得到6×103J的熱量最少需焦炭多少，可以將公式Q=qm變形為燃后將數據帶入即可。舉一反三：【變式】有關熱值的概念，下列說法中正確的是（）

A．燃料完全燃燒時，它的熱量最大

B．沒有燃燒的燃料，熱值等于零

C．燃料燃燒時放出的熱量越多，熱值越大

D．燃料的熱值與燃燒情況無關【答案】D5、（?宜昌中考）為節(jié)約能源，需提高熱機的效率，下列措施中不能提高熱機效率的是（）A．盡量使燃料充分燃燒B．盡量減少熱機部件間的摩擦C．盡量減少廢氣帶走的熱量D．盡量增加熱機的工作時間【思路點撥】要解決此題，需要掌握熱機的效率的概念。熱機的效率是指用來做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的能量之比，比值越大，效率越高。【答案】D【解析】熱機效率是指熱機有效利用的能量與燃料完全燃燒放出的能量之比，所以減少熱量的損失可以提高熱機的效率，所以使燃料充分燃燒、減少廢氣帶走的熱量、減少熱機部件間的摩擦都可以減少熱量的損失，提