1、第二章第二章 改变世界的热机改变世界的热机 第二章总结提升第二章总结提升 本章知识梳理 第二章第二章 改变世界的热机改变世界的热机 知识框架知识框架 改变世界的热机改变世界的热机 热机热机 定义：通过燃料燃烧获取内能 定义：通过燃料燃烧获取内能 并转化为机械能的装置并转化为机械能的装置 能量转化：内能能量转化：内能转化为机械能转化为机械能 应用：蒸汽机、内燃机等应用：蒸汽机、内燃机等 内燃机内燃机 汽油机 汽油机 构造 构造 工作循环工作循环 工作原理工作原理 柴油机柴油机 构造 构造 工作循环：四个冲程分别是吸气、工作循环：四个冲程分别是吸气、 压缩、做功、排气冲程压缩、做功、排气冲程 工作
2、原理工作原理 热机效率热机效率 定义：热机所做有用功与所用燃料 定义：热机所做有用功与所用燃料 完全燃烧释放的热量之比完全燃烧释放的热量之比 提高热机效率的途径提高热机效率的途径 第二章第二章 改变世界的热机改变世界的热机 重点梳理重点梳理 1热机：利用燃料的燃烧来做功的装置。能的转化：热机：利用燃料的燃烧来做功的装置。能的转化：_ 能转化为能转化为_能。能。 2内燃机四个冲程：内燃机四个冲程：_、_、 _、_。其中吸气冲程、压缩冲。其中吸气冲程、压缩冲 程和排气冲程是依靠程和排气冲程是依靠_的惯性来完成的，而做功冲程的惯性来完成的，而做功冲程 是内燃机中唯一对外做功的冲程，将是内燃机中唯一对
3、外做功的冲程，将_能转化为能转化为 _能。能。 内内 机械机械 吸气冲程吸气冲程 压缩冲程压缩冲程 做功冲程做功冲程 排气冲程排气冲程 飞轮飞轮 内内 机械机械 第二章第二章 改变世界的热机改变世界的热机 3热机的效率：热机所做有用功与燃料完全燃烧释放的热热机的效率：热机所做有用功与燃料完全燃烧释放的热 量量_叫做热机的效率。叫做热机的效率。 公式：公式：_100%_100%。 4提高热机效率的途径：使燃料提高热机效率的途径：使燃料_； 尽量减少各种尽量减少各种_；机件间保持良好的；机件间保持良好的 _等。等。 之比之比 充分燃烧充分燃烧 热量损失热量损失 润滑、减小摩擦润滑、减小摩擦 W有用
4、 有用 Q总 总 W有用 有用 mq 整合拓展创新 类型一类型一 热机的工作原理热机的工作原理 第二章第二章 改变世界的热机改变世界的热机 热机在生活中经常见到，通过例热机在生活中经常见到，通过例1使我们更清楚热机是将内使我们更清楚热机是将内 能转化为机械能的机器。能转化为机械能的机器。 第二章第二章 改变世界的热机改变世界的热机 例例1 如图如图2T1所示，在试管内装些水，用软木塞塞住，加所示，在试管内装些水，用软木塞塞住，加 热使水沸腾，水蒸气会把木塞冲开。有位同学由这个装置联想热使水沸腾，水蒸气会把木塞冲开。有位同学由这个装置联想 到内燃机，请你帮他用配对的形式，来反映出他的联想创新的到
5、内燃机，请你帮他用配对的形式，来反映出他的联想创新的 思维过程。思维过程。 第二章第二章 改变世界的热机改变世界的热机 A酒精燃烧酒精燃烧 1.坚固汽缸坚固汽缸 B高温高压水蒸气高温高压水蒸气 2.活塞运动做功活塞运动做功 C玻璃试管玻璃试管 3.油料燃烧油料燃烧 D木塞冲出木塞冲出 4.高温高压燃气高温高压燃气 配对配对(只填序号只填序号)：A_；B_；C _；D_。 3 4 1 2 解析解析 此实验是热机的雏形，其能量转化的全过程为：燃料此实验是热机的雏形，其能量转化的全过程为：燃料 的化学能转化为水的内能，最后对木塞做功，从而转化为木塞的化学能转化为水的内能，最后对木塞做功，从而转化为木
6、塞 的机械能。的机械能。 类型二类型二 汽油机与柴油机汽油机与柴油机 第二章第二章 改变世界的热机改变世界的热机 汽油机和柴油机同属于内燃机，工作原理是相同的，但它们汽油机和柴油机同属于内燃机，工作原理是相同的，但它们 的工作方式、工作物质等有所不同。的工作方式、工作物质等有所不同。 例例2 热机是把内能转化为热机是把内能转化为_能的装置。图能的装置。图2T 2是某内燃机的构造示意图，则该内是某内燃机的构造示意图，则该内 燃机为燃机为_(选填“汽油机”或选填“汽油机”或 “柴油机”“柴油机”)，此时为，此时为_冲程。冲程。 机械机械 柴油机柴油机 压缩压缩 第二章第二章 改变世界的热机改变世界
7、的热机 解析解析 热机的原理是利用燃烧燃烧燃烧产生的高温高压燃气热机的原理是利用燃烧燃烧燃烧产生的高温高压燃气 推动活塞做功，从而把内能转化为机械能。由图可知，该内燃推动活塞做功，从而把内能转化为机械能。由图可知，该内燃 机有喷油嘴，所以是柴油机；又因为活塞向上运动并且进气门机有喷油嘴，所以是柴油机；又因为活塞向上运动并且进气门 和排气门关闭，所以此过程为压缩冲程。和排气门关闭，所以此过程为压缩冲程。 【针对训练针对训练】 第二章第二章 改变世界的热机改变世界的热机 1柴油机和汽油机在构造上的主要区别是柴油机的汽缸顶柴油机和汽油机在构造上的主要区别是柴油机的汽缸顶 部没有部没有_，有，有_。在
8、吸气冲程里，汽油机吸入。在吸气冲程里，汽油机吸入 汽缸的是汽缸的是_，而柴油机吸入汽缸的是，而柴油机吸入汽缸的是 _。 火花塞火花塞 喷油嘴喷油嘴 空气和汽油的混合气空气和汽油的混合气 空气空气 类型三类型三 热机效率的理解与计算热机效率的理解与计算 第二章第二章 改变世界的热机改变世界的热机 热机的种类很多热机的种类很多，不同的热机其效率是不同的不同的热机其效率是不同的。而热机效率而热机效率 的高低取决于用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的高低取决于用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出 的能量之比的能量之比，比值越高则热机效率越高比值越高则热机效率越高，反之则越低反之则越低。计
9、算热计算热 机效率时机效率时，要弄清热机效率的定义要弄清热机效率的定义，即热机所做的有用功与所即热机所做的有用功与所 用燃料完全燃烧释放的热量之比用燃料完全燃烧释放的热量之比，这样才能正确计算这样才能正确计算。 第二章第二章 改变世界的热机改变世界的热机 例例3 某热机的效率是某热机的效率是40%，表示它每做，表示它每做100 J的有用功的有用功( ) A. 需要需要2.5 s的时间的时间 B. 燃料完全燃烧放出的能量是燃料完全燃烧放出的能量是400 J C. 燃料完全燃烧放出的能量是燃料完全燃烧放出的能量是250 J D. 将消耗将消耗60 J的无用功的无用功 C 解析解析 热机效率的高低和
10、做功的多少、做功时间无关。热机效率的高低和做功的多少、做功时间无关。 燃料完全燃烧放出的能量为：燃料完全燃烧放出的能量为：QW 有用有用 100 J 40% 250 J，从而可从而可 知消耗的无用功为：知消耗的无用功为：WQW有用 有用250 J100 J150 J。故。故 选选 C。 第二章第二章 改变世界的热机改变世界的热机 例例 4 一辆一辆 60 kW 的载重汽车保持功率不变在平直的马路的载重汽车保持功率不变在平直的马路 上行驶上行驶，受到的阻力是受到的阻力是 4.5103 N，发动机每小时耗油发动机每小时耗油 20 L， 求：求： (1)发动机的效率。发动机的效率。 (2)如果油箱内
11、还有汽油如果油箱内还有汽油 50 L， 那么还能行驶多远？那么还能行驶多远？(汽油 汽油 0.8103 kg/m3, q汽油 汽油4.6107 J/kg) 答案答案 (1)29.3% (2)120 km 第二章第二章 改变世界的热机改变世界的热机 解析解析 (1)载重汽车每小时做的功：载重汽车每小时做的功： WPt60103 W3.6103 s2.16108 J， 则则 20 L 汽油完全燃烧用来做有用功的能量是汽油完全燃烧用来做有用功的能量是 216108 J； 20 L 汽油完全燃烧放出的热量：汽油完全燃烧放出的热量： Q放 放mq汽油汽油汽油汽油Vq汽油汽油0.8103 kg/m3201
12、0 3 m3 4.6107 J/kg7.36108 J， 则该汽车发动机的效率为则该汽车发动机的效率为 2.16108 J 7.36108 J 100% 29.3%。 第二章第二章 改变世界的热机改变世界的热机 (2)50 L 汽油完全燃烧放出的热量：汽油完全燃烧放出的热量： Q放 放mq汽油汽油汽油汽油Vq汽油汽油0.8103 kg/m35010 3 m34.6107 J/kg1.84109 J， 用来做有用功的能量：用来做有用功的能量： WQ放 放1.84109 J29.3% 539108 J， 则汽车行驶的路程：则汽车行驶的路程：sW f 5.39 108 J 4.5103 N 1.21
13、05 m 120 km。 【针对训练针对训练】 第二章第二章 改变世界的热机改变世界的热机 2在热机里在热机里，设用来做有用功的那部分能量为设用来做有用功的那部分能量为 E1，废气废气 带走的能量为带走的能量为 E2， 散热消耗的能量为散热消耗的能量为 E3， 克服摩擦做功消耗的克服摩擦做功消耗的 能量为能量为 E4，燃料完全燃烧放出的总能量为燃料完全燃烧放出的总能量为 E，则则 E _， _。 E1E2E3E4 E1 E 100% 解析解析 热机效率是指热机用来做有用功的那部分能量和燃热机效率是指热机用来做有用功的那部分能量和燃 料完全燃烧放出的热量之比料完全燃烧放出的热量之比，所以总能量所
14、以总能量 EE1E2E3E4， E1 E 100%。 第二章第二章 改变世界的热机改变世界的热机 3汽油机是工农业生产中常用的热机。若某单缸四冲程汽汽油机是工农业生产中常用的热机。若某单缸四冲程汽 油机的效率是油机的效率是 20%，飞轮转速是飞轮转速是 1200 r/min，汽油的热汽油的热值是值是 4.6107 J/kg，则则 (1)在汽油机内完全燃烧在汽油机内完全燃烧 2 kg 的汽油能放出多少热量？的汽油能放出多少热量？ (2)这些热量通过该汽油机的转化能对外做的有用功为多少这些热量通过该汽油机的转化能对外做的有用功为多少 焦？焦？ (3)该汽油机每秒钟内完成多少个冲程该汽油机每秒钟内完
15、成多少个冲程，对外做功多少次？对外做功多少次？ 答案答案 (1)9.2107 J (2)1.84107 J (3)40 个个 10 次次 第二章第二章 改变世界的热机改变世界的热机 解析解析 根据质量和热值计算根据质量和热值计算燃料完全燃烧放出的热量燃料完全燃烧放出的热量， 且已知汽油机的效率，可求做的有用功。汽油机完成一个工且已知汽油机的效率，可求做的有用功。汽油机完成一个工 作循环，经过四个冲程，燃气对外做功一次，活塞往复两次，作循环，经过四个冲程，燃气对外做功一次，活塞往复两次， 飞轮转动两周。飞轮转动两周。 ( (1)汽油完全燃烧时放出的热量是：汽油完全燃烧时放出的热量是： Qmq2 kg4.6107 J/kg9.2107 J。 (2)该汽油机转化的内能对外做的有用功为：该汽油机转化的内能对外做的有用功为： W有用 有用Q9.2107 J20%1.84107 J。 (3)飞轮转速是飞轮转速是 1200 r/min20 r/s，也就是也就是 1 s 内飞轮转内飞轮转 动动 20 r，燃气对外做功燃气对外做功 10 次次，完成完成 10 个工作循环个工作循环，完成完成 40 个冲程。个冲程。
