17热机能源与可持续发展

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1、 第第17讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 考点考点53热机热机考点自主梳理与热身反馈1热机原理热机原理 通过燃烧把燃料的通过燃烧把燃料的_能转化为能转化为_能，再通过能，再通过 做功把做功把_能转化为能转化为_能。能。2工作过程工作过程 热机的一个工作循环由热机的一个工作循环由_、_、_、 _四个冲程组成。在四个冲程中，只有四个冲程组成。在四个冲程中，只有_ 冲程是燃气对外做功，将冲程是燃气对外做功，将_能转化为能转化为_能，其能，其化学化学内内内内机械机械吸气吸气压缩压缩做功做功排气排气做功做功内内机械机械 他三个

2、冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的 _来完成。一个工作循环中，曲轴、飞轮转动来完成。一个工作循环中，曲轴、飞轮转动2周，周， 活塞往复运动活塞往复运动2次，对外做功次，对外做功_次。次。3热机效率热机效率 (1)定义：用来做定义：用来做_的那部分能量与燃料的那部分能量与燃料_ 燃烧放出的能量之比。燃烧放出的能量之比。(2)公式：WQ。第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 惯性惯性1有用功有用功完全完全考点考点54以热机为载体的力、热综合计算以热机为载体的力、热综合计算第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可

3、持续发展 1汽缸内压力与压强的计算在做功冲程中，由于高温高压的燃气膨胀做功，对活塞产生了很大的压力和压强。压力和压强的关系是 F_或 p_。公式中的 S 是活塞的横截面积， 通常用汽缸的直径求出。2燃气做功的计算对于热机，一般给出的已知量是排气量 V 和汽缸内的压强 p，由排气量可导出活塞一个冲程的行程 LVS；而由汽缸内的压强可导出燃气对活塞的压力 F_，故燃pSFSpS气一次做功 WFLpV，注意排气量的单位一般为升，计算时要换算。3功率的计算用公式 P_求功率时，燃气做的功与做功的时间一定要对应，不能张冠李戴。4热机效率的计算热机效率的计算公式为WQ，式中 W 是燃气做的_，Q 是燃料完

4、全燃烧放出的_。热量热量第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 Wt有用功有用功考点考点55能量的转化与守恒能量的转化与守恒第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 1常见能的转化常见能的转化 (1)摩擦生热：摩擦生热：_能转化为能转化为_能。能。 (2)发电机：发电机：_能转化为能转化为_能。能。 (3)电动机：电动机：_能转化为能转化为_能。能。 (4)光合作用：光合作用：_能转化为能转化为_能。能。 (5)燃料燃烧：燃料燃烧：_能转化为能转化为_能。能。2能量守恒定律能量守恒定律 (1)内容：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它内容：能量既不会

5、凭空消灭，也不会凭空产生，它 只会从一种形式只会从一种形式_为其他形式，或者从一个物为其他形式，或者从一个物 体体_到其他物体，而在转化和转移的过程中，到其他物体，而在转化和转移的过程中，机械机械内内机械机械电电电电机械机械光光(太阳太阳)化学化学化学化学内内转化转化转移转移第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 能量的总量能量的总量_。 (2)说明：说明：能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的 定律之一，也是人们认识自然、利用自然和保护自然定律之一，也是人们认识自然、利用自然和保护自然 的有力武器。的有力武器。 能量的转化和转移是有能量

6、的转化和转移是有_的。的。保持不变保持不变方向性方向性考点考点56能源与可持续发展能源与可持续发展第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 1能源分类能源分类 (1)按能源的来源可分为一次能源按能源的来源可分为一次能源(如太阳能、风能、如太阳能、风能、 水能等水能等)和二次能源和二次能源(如电能等如电能等)。 (2)按能源可否再生可分为可再生能源按能源可否再生可分为可再生能源(如风能、水能如风能、水能 等等)和不可再生能源和不可再生能源(如化石能源、核能等如化石能源、核能等)。 (3)化石能源是指煤、石油、天然气等。化石能源是指煤、石油、天然气等。2核能核能 (1)获得途径

7、：重核获得途径：重核_和轻核和轻核_两种方式。两种方式。 (2)核能利用核能利用(如图如图171所示所示)裂变裂变聚变聚变第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 核电站能量转化过程：核能核电站能量转化过程：核能_ 电能。电能。3太阳能太阳能 (1)来源：来源：_在超高温下发生在超高温下发生_，释放，释放 出的巨大能量以光和热的形式向四周辐射。出的巨大能量以光和热的形式向四周辐射。 (2)直接利用的方式：一是用集热器把水等物质加热，直接利用的方式：一是用集热器把水等物质加热， 如太阳能热水器等；二是用太阳能电池把太阳能转化如太阳能热水器等；二是用太阳能电池把太阳能转化 为电

8、能。为电能。内能内能机械能机械能氢原子核氢原子核聚变聚变第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 1【2013自贡】自贡】如图如图172所示的流程图是用来说明单缸所示的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的主要能量转化情四冲程汽油机的一个工作循环及涉及的主要能量转化情 况。下列对图中况。下列对图中的补充正确的是的补充正确的是()吸气冲程（）（）（）（）排气冲程图 172第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 A做功冲程做功冲程内能转化为机械能内能转化为机械能 压缩冲程压缩冲程机械能转化为内能机械能转化为内能B压缩冲程压缩冲程内能转化为

9、机械能内能转化为机械能 做功冲程做功冲程机械能转化为内能机械能转化为内能C做功冲程做功冲程机械能转化为内能机械能转化为内能 压缩冲程压缩冲程内能转化为机械能内能转化为机械能D压缩冲程压缩冲程机械能转化为内能机械能转化为内能 做功冲程做功冲程内能转化为机械能内能转化为机械能【答案】【答案】D第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 2【2013聊城】聊城】目前，我们使用的主要能源有：石油、目前，我们使用的主要能源有：石油、 天然气、煤、核能、太阳能等，它们中属于可再生能源天然气、煤、核能、太阳能等，它们中属于可再生能源 的是的是_。核能的产生有核裂变和核。核能的产生有核裂变和

10、核_ 两种方式。两种方式。3【2013泰安】泰安】某电热壶铭牌上标有某电热壶铭牌上标有“220V 1000 W” 字样，当其正常工作时，把质量为字样，当其正常工作时，把质量为2kg，温度为，温度为30的的 水加热到水加热到80，用时，用时10 min。加热过程中，水吸收的热。加热过程中，水吸收的热 量是量是_J，电热壶烧水的效率是，电热壶烧水的效率是_。 c水水4.2103 J/(kg)太阳能太阳能聚变聚变3.4.210570%考向互动探究与方法归纳A 【解析解析】 根据进气门、排气门的开、关情况和活塞的根据进气门、排气门的开、关情况和活塞的运动方向来判断。压缩冲程的特点是进气门、排气门关闭，

11、运动方向来判断。压缩冲程的特点是进气门、排气门关闭，活塞向上运动。故选活塞向上运动。故选A A。第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 例例1 【2013南京】南京】如图如图173所示是内燃机的四个冲所示是内燃机的四个冲程，其中属于压缩冲程的是（程，其中属于压缩冲程的是（ ）第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 冲程的判断方法：一看气门，进气门打开为吸气冲程，冲程的判断方法：一看气门，进气门打开为吸气冲程，排气门打开为排气冲程；二看活塞运动方向，两气门均关闭排气门打开为排气冲程；二看活塞运动方向，两气门均关闭时，活塞向上运动为压缩冲程，活塞向下运动

12、为做功冲程。时，活塞向上运动为压缩冲程，活塞向下运动为做功冲程。 例例2 【2013南充】南充】某中学为学生供应开水，用焦炭作某中学为学生供应开水，用焦炭作为燃料，已知焦炭的热值是为燃料，已知焦炭的热值是3107 J/kg，现完全燃烧了，现完全燃烧了4.2 kg的焦炭，放出的热量为的焦炭，放出的热量为_，设该热量有，设该热量有25%被水吸收，能将被水吸收，能将_kg的水从的水从25加热到加热到100。已知已知c水水4.2103 J/(kg)100第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 1.26108 J【解析】 完全燃烧 4.2 kg 焦炭放出的热量是：Qmq4.2 kg

13、3107J/kg1.26108J；水吸收的热量为：Q吸Q25%1.26108J3.15107J。由公式 Q吸cm(tt0)得：mQ吸c（tt0）3.15107J4.2103J/（kg）（10025）100 kg。第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 在能量转化过程中：无能量损失时，Q吸Q放(或 QW)，有能量损失时，Q吸Q放(或 QW)。燃料燃烧时 Q放qm(或气体 Q放qV)；消耗电功时 WUItPt；消耗机械功时 WFsPt。一、选择题一、选择题1【2013日照】日照】如图如图174所示是汽油机工作时各种冲程所示是汽油机工作时各种冲程 的示意图，其中表示做功冲程的是

14、的示意图，其中表示做功冲程的是()考题自主训练与名师预测C 第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 2【2013盐城】盐城】下列利用不可再生能源发电的是下列利用不可再生能源发电的是() A风电场风电场B水电站水电站 C热电厂热电厂 D光伏电站光伏电站3【2013德州】德州】下列有关热和能的说法中正确的是下列有关热和能的说法中正确的是() A物体内能增大，一定从外界吸收热量物体内能增大，一定从外界吸收热量 B汽油机在做功冲程中把机械能转化为内能汽油机在做功冲程中把机械能转化为内能 C物体的温度越高，分子无规则运动越剧烈物体的温度越高，分子无规则运动越剧烈 D燃料的热值越大，

15、燃烧时放出的热量越多燃料的热值越大，燃烧时放出的热量越多4【2013郴州】郴州】我国随着航天事业发展的需要，正在研制我国随着航天事业发展的需要，正在研制 大功率液氢发动机。这种发动机主要是因为氢具有大功率液氢发动机。这种发动机主要是因为氢具有() A较小的密度较小的密度 B较大的比热容较大的比热容 C较高的热值较高的热值 D较低的沸点较低的沸点C 第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 C C 5【2013安徽】安徽】关于能量及能量之间的转化，下列说法正确关于能量及能量之间的转化，下列说法正确 的是的是() A火山具有内能，冰山不具有内能火山具有内能，冰山不具有内能 B火

16、箭在加速上升时，机械能保持不变火箭在加速上升时，机械能保持不变 C拦河大坝使水位升高，增加了水的重力势能拦河大坝使水位升高，增加了水的重力势能 D坠落的陨石在空中划过一道亮光时，内能转化为机械能坠落的陨石在空中划过一道亮光时，内能转化为机械能C 第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 【解析解析】 任何物体在任何状态下都具有内能；火箭在任何物体在任何状态下都具有内能；火箭在加速上升时，机械能增加；拦河大坝使水位升高，增加了水加速上升时，机械能增加；拦河大坝使水位升高，增加了水的重力势能；坠落的陨石在空中划过一道亮光时，机械能转的重力势能；坠落的陨石在空中划过一道亮光时，机

17、械能转化为内能。化为内能。6【2013资阳】资阳】下列有关物质和能的说法中，错误的是下列有关物质和能的说法中，错误的是 () A一次能源指的是自然界中存在的，能被人们直接利用一次能源指的是自然界中存在的，能被人们直接利用 的能源的能源 B地震发生时释放出巨大的能量使山体滑坡，是重力势地震发生时释放出巨大的能量使山体滑坡，是重力势 能转化为动能能转化为动能 C跟电子的质量相等的质子和中子挤在原子中心，构成跟电子的质量相等的质子和中子挤在原子中心，构成 非常小的原子核非常小的原子核 D能量的转化和转移都是有方向性的能量的转化和转移都是有方向性的C 第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与

18、可持续发展 7【2013郴州】郴州】核电站是由反应堆核电站是由反应堆 、汽轮机、发电机三、汽轮机、发电机三 部分组成。在核电站发电过程中，能量转化顺序正确的部分组成。在核电站发电过程中，能量转化顺序正确的 是是() A核能核能机械能机械能内能内能电能电能 B核能核能内能内能机械能机械能电能电能 C内能内能核能核能机械能机械能电能电能 D电能电能机械能机械能内能内能核能核能B 第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 8【2013娄底】娄底】 2013中国国际节能减排展览会于中国国际节能减排展览会于2013年年3 月月21日在北京召开，提倡低碳工业、低碳建筑、低碳交日在北京召

19、开，提倡低碳工业、低碳建筑、低碳交 通、低碳生活，走可持续发展之路。下列的做法符合通、低碳生活，走可持续发展之路。下列的做法符合 “低碳生活低碳生活”要求的是要求的是() A若有可能，出行时尽量使用自行车若有可能，出行时尽量使用自行车 B废电池随便丢弃废电池随便丢弃 C为了方便而使用一次性塑料袋为了方便而使用一次性塑料袋 D大力发展以煤为燃料的火力发电大力发展以煤为燃料的火力发电A 第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 9【2013福州】福州】“PM2.5”是指大气中直径小于或等于是指大气中直径小于或等于2.5微微 米的颗粒物，吸入后会进入血液对人体造成危害。福州米的颗

20、粒物，吸入后会进入血液对人体造成危害。福州 市为了保护宜居环境，今年已开始市为了保护宜居环境，今年已开始PM2.5的监测。以下的监测。以下 措施中会使空气中措施中会使空气中PM2.5污染增大的是污染增大的是() A不控制汽车尾气的排放不控制汽车尾气的排放 B提倡使用太阳能设备提倡使用太阳能设备 C发展核电代替部分煤发电发展核电代替部分煤发电 D禁止在户外焚烧垃圾禁止在户外焚烧垃圾A 第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 10【2013淮安】淮安】汽车在刹车过程中，因摩擦将汽车在刹车过程中，因摩擦将_能转能转 化为地面、轮胎和空气的化为地面、轮胎和空气的_。转化后，这些能

21、将。转化后，这些能将 无法再自动转化为使汽车行驶所需要的能量，这种现象说无法再自动转化为使汽车行驶所需要的能量，这种现象说 明能量的转化具有明能量的转化具有_性；在能量的转化或转移过程性；在能量的转化或转移过程 中，能的总量保持中，能的总量保持_。11【2013郴州】郴州】神十问天，再探苍穹。神十返回地面的过程神十问天，再探苍穹。神十返回地面的过程 中与大气层剧烈摩擦，使舱体温度升高，这是机械能转化中与大气层剧烈摩擦，使舱体温度升高，这是机械能转化 为为_能；同时，舱体外表有一特殊涂层，能由固体能；同时，舱体外表有一特殊涂层，能由固体 直接变为气体，并吸收大量热量，以保护航天员安全。这直接变为

22、气体，并吸收大量热量，以保护航天员安全。这 种涂层的物态变化过程叫种涂层的物态变化过程叫_。第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 机械机械内能内能方向方向不变不变内内升华升华第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 12【2013沈阳】沈阳】如图如图175所示，在试管内装些水，用橡皮所示，在试管内装些水，用橡皮 塞塞住，加热使水沸腾，会看到塞子被喷出，在塞子被喷塞塞住，加热使水沸腾，会看到塞子被喷出，在塞子被喷 出的过程中，水蒸气的出的过程中，水蒸气的_能转化成塞子的能转化成塞子的_能。能。内内机械机械(动动)13酒精酒精(C2H5OH)是一种清洁能

23、源，它属于是一种清洁能源，它属于_(选填选填“一一 次次”或或“二次二次”)能源。已知酒精的热值为能源。已知酒精的热值为3.0107J/kg，2kg 酒精完全燃烧放出的热量为酒精完全燃烧放出的热量为_J。第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 【解析解析】 酒精通常是由粮食等经发酵制取的，属于二次酒精通常是由粮食等经发酵制取的，属于二次能源；燃烧酒精释放的热量：能源；燃烧酒精释放的热量：Qmq2 kg3.0107 J/kg6107J。二次二次6107第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 三、计算题三、计算题14【2013连云港】连云港】随着人们生活

24、水平的提高，越来越多的家庭随着人们生活水平的提高，越来越多的家庭 采用采用“水地暖水地暖”进行取暖。其原理是：在房间地面装饰层下进行取暖。其原理是：在房间地面装饰层下铺铺 设散热管道，通过管道内的热水散热提高室温。当供水温度设散热管道，通过管道内的热水散热提高室温。当供水温度 为为45时，单位面积的散热功率与地面装饰层材料、散热管时，单位面积的散热功率与地面装饰层材料、散热管 材料的对应关系见下表：材料的对应关系见下表：90.0 W/m296.9 W/m2125.7 W/m2聚丁烯聚丁烯(PB)93.5 W/m2103.5 W/m2136.6 W/m2聚乙烯聚乙烯(PERT)木地板木地板塑料塑

25、料陶瓷陶瓷散热管材料散热管材料地面装饰地面装饰层材料层材料第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 (1)若该地暖系统的总水量为若该地暖系统的总水量为2103kg，将全部的水从，将全部的水从5加热加热至至45，水至少需要吸收多少热量？，水至少需要吸收多少热量？c水水4.2103 J/(kg)【答案】【答案】3.36108 J 【解析解析】 (1)水吸收的热量水吸收的热量Qcm(tt0)4.2103 J/(kg)2103kg(455)3.36108J。第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 (2)某家庭木地板的面积为某家庭木地板的面积为80m2，散热管材

26、料为聚丁烯，散热管材料为聚丁烯(PB)，供，供水温度为水温度为45，则该供暖系统每小时的散热量为多少焦耳？，则该供暖系统每小时的散热量为多少焦耳？ 【解析解析】 由表可知，散热管材料为聚丁烯由表可知，散热管材料为聚丁烯(PB)、供水温度、供水温度为为45时，木地板的散热功率是时，木地板的散热功率是90W/m2，则面积为，则面积为80 m2的的木地板每小时的散热量为：木地板每小时的散热量为：QPSt90W/m280m23600s2.592107J。【答案】【答案】2.592107 J第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 (3)“水地暖水地暖”散热量除与散热时间、面积有关外

27、，你认为还与散热量除与散热时间、面积有关外，你认为还与哪些因素有关？请至少写出两点。哪些因素有关？请至少写出两点。图 176【答案】地面装饰层材料、散热管材料、装饰层厚度、供【答案】地面装饰层材料、散热管材料、装饰层厚度、供水温度、管间距离等水温度、管间距离等B 第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展 1图图177是内燃机的某个冲程的工作示意图，以下改变内是内燃机的某个冲程的工作示意图，以下改变内 能的方式与此相同的是能的方式与此相同的是() A烤火取暖烤火取暖 B搓手取暖搓手取暖 C向手向手“呵气呵气”取暖取暖 D用热水袋取暖用热水袋取暖2在倡导在倡导“节能环保节能环保”“”“低碳生活低碳生活”的今天，人类非常重视的今天，人类非常重视新能新能 源的开发和利用，下列能源中属于新能源的是源的开发和利用，下列能源中属于新能源的是() A煤煤 B石油石油 C太阳能太阳能 D天然气天然气C 第第1717讲讲 热机热机 能源与可持续发展能源与可持续发展