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第四节 热 机
[新课导学]
1、内燃机的工作过程是一个往复循环的工作过程,一个工作循环包括四个过程:吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。只有做功冲程使机车获得动力,其他的三个冲程均为辅助冲程。
2、内燃机据燃烧燃料不同分为汽油机和柴油机。汽油机和柴油机在构造上和工作过程中有哪些相同点和不同点?
3、热值是描述燃料性质的物理量,它反映的是1kg的某种燃料完全燃烧放出的热量。
4、热机的效率:用来做有用功的那部分能量与燃料放出的能量之比,叫热机的效率。
[例1]航天工业中的火箭常用液态氢作为燃料,这是因为液态氢与其他气体燃料相比较,液态氢( )
A.易燃性更好
B.热膨胀较大
C.不易散失热量
D.热值较大
解答:D
剖析 查热值表可知,氢的热值远远大于其他气体的热值,放出同样多的热量,所需燃料的质量小。火箭只是作为一种发射航天器的运载工具。自身的质量越小,才能容易把人造卫星等有效载荷送到空间轨道。
[例2] 一个单缸四冲程 的汽油机飞轮的转速为1800r/min,那么1s内汽油机对外做功多少次?
解答:15次
剖析 一个单缸四冲程的汽油机每一个工作循环中包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程,完成这四个冲程时活塞往复运动两次,飞轮转两圈,对外做功一次,1800r/min=30r/s,则对外做了15次功。
[例3] 汽油机的效率往往比柴油机低,这说明( )
A、汽油机的功率比柴油机小
B、汽油机做的功比柴油机少
C、柴油机消耗的柴油多
D、柴油机的内能转化为机械能的百分比大
剖析热机的效率与功率和做功的多少无关,根据热机效率的定义,是用来做有用功的那部分能量,即转化成机械能的那部分能量。占燃料完全燃烧所放出的能量的百分比。故只有D对。
解答:D。
[基础精练]
1、燃料的燃烧是 变化,在燃料的燃烧过程中,燃料的 能转化为 能。
2、天然气是一种清洁能源,国家“西气东输”重点工程的建设,对保护环境和解决沿海地区能源问题都有重大意义。1m3天然气燃烧约放出8.7×107J的热量,从新疆吐哈油田往上海每输送100m3的天燃气,相当于输送了
J的能量。
3、汽油机工作的四个冲程中, 冲程是燃气对活塞做功,此冲程是将 能转化为 能。
4、关于燃料及其热值,下列说法中正确的是( )
A.燃料完全燃烧时,它的热值最大
B.没有燃烧的燃料,热值等于零
C.煤燃烧时放出的热量,一定比计算值小
D.燃料燃烧时,产生的温度越高,放出的热量越多
5、一瓶煤油倒去一半,则留下一半( )
A.密度不变,比热容和热值都变为原来的一半
B.质量、比热容、热值都变为原来的一半
C.比热容不变,质量和热值都变为原来的一半
D.比热容和热值不变,质量变为原来的一半
6、2003年10月15日我国的“神舟五号”载人航天飞船成功地发射到预定轨道,火箭点火后,高温高压燃气迅速膨胀向外喷出,燃气的温度下降,火箭则获得推力快速上升,并达到一定的速度。在这个过程中,下列说法正确的是( )
A.燃气的一部分内能转化为箭身的机械能
B.燃气的全部内能转化为箭身的机械能
C.燃气的一部分机械能转化为内能
D.燃气的全部机械能转化为内能
7、当手扶拖拉机的柴油机出现故障而使转速急剧增加,正常操作已经不能使它停转(俗称飞车)下列应急措施可行的是 ( )
A.捂住进气口
B.立即找一个隔热的东西,捂住排气口
C.脚踏刹车板,同时手拉制动器
D.让它空转,等油全部耗完就会自动停下
8、内燃机工作的某个冲程,进气门和排气门都关闭,活塞向下运动,由此,可知该冲程为 ( )
A.吸气冲程
B.压缩冲程
C.做功冲程
D.排气冲程
9、汽油机在压缩冲程中,气缸中的燃料混合物 ( )
A.压强增大,温度降低
B.压强减小,温度升高
C.压强增大,温度升高
D.压强减小,温度降低
[能力拓展]
10、内能的利用受到什么条件的限制?在航天飞机上,为什么不用内燃机作动力机?
11、有一辆功率为92kW的载重汽车,它的发动机要效率为20%,当汽车通过95km的路时,共用去了50kg的汽油,求这辆汽车的速度为多大?(汽油的热值为4.6×107J/kg)
12、完全燃烧21g热值为3.0×107J/kg的酒精,可以放出多少热量?这些热量可使多少kg的水温度上升50℃。
13、学习了电学和热学以后,小华通过实验得知,用电热壶将20℃ 15kg的水加热到100℃,需要1.05元电费,用煤气灶做同样的实验,则需要消耗0.42元的煤气,(C水=4.2×103J/kg℃)。
(1)如果使用煤炉做同样的实验,书籍煤炉燃烧所用无烟煤的热值为3.4×107J/kg,假设煤炉的热能利用率为20%,无烟煤的价格是0.34元/kg,则需花费多少钱?
(2)如果某地区可以同时提供电、煤气和煤,从经济和环保角度综合分析,你会建议使用哪种燃料?请阐明理由。
[探究创新]
14、某校学生学习了内能的利用知识后,在老师的指导下,开展了一次社会调查活动,调查的内容包括:(1)家庭生活中一般是利用哪些燃料获得内能的;(2)家庭生活用热的方式;(3)近年来生活用热方式 有无改进;(4)每月所耗燃料的总量。
以下是同学们调查情况:(1)农村同学家中用热一般是靠木材和煤炭,少数家里有液化气。城市一般是煤气、天燃气及煤炭,还有一些同学家中安装了太阳能热水器。(2)有三位同学都是四口之家,一同学家里烧柴,一个月大约消耗150kg干柴;另一位同学家里烧煤,一个月大约需要100kg第三个同学家里有液化气石油气,一个月大约消耗30kg。根据以上调查,回答下列问题:
(1)三位同学都是四口之家,月消耗燃料不同,主要原因是什么?
(2)使用蜂窝煤炉、燃气炉哪一种效果好,说出理由。
(3)太阳能热水器和燃气热水器相比具有哪些优点?
(4)现在家用蜂窝煤炉子的效率还比较低,请你提出改进方法。
15、汽车新燃料——甲醇汽油
甲醇汽油很像汽油,每千克甲醇汽油完全燃烧产生的热量只相当于汽油的一半,但甲醇汽油不像汽油那样“轻”而“暴躁”,“轻”即
,“暴躁”即 ,它在发动机气缸内能耐授较高的压缩,即在压缩冲程将
能转化为 能较多。做功时,有更多的 能转化为 能。可以提高汽油机的
。
因此,只要甲醇与汽油搭配得当,就可取长补短。研究表明:汽油掺10%~25%的甲醇,不需要改进汽车发动机,就能使用这种混合燃料。
(1)若使用甲醇汽油能使发动机的效率由原来的30%提高2%,原来消耗1t汽油发动机所做的有用功与消耗多少吨甲醇汽油相等?(甲醇汽油中甲醇与汽油质量比为1:4)。
(2)可节约多少汽油?
(3)设汽油价格为a元/吨,甲醇的价格为汽油的1/10,则可节约多少钱?
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