熱量與熱機（提高）

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。【要點梳理】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、噴氣發動機和火箭發動機。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，必須連續完成吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程，且不斷循環進行。

（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。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、熱機與環境1、熱機排放的廢氣不僅溫度高于環境溫度，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，已經成為熱機發展與環境保護的重要舉措。3、隨著科技的發展越來越多的新技術、新材料、新工藝不斷涌現，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等，都有利于節能減排和環境保護，從而更好地促進生產及提高人們的生活質量。【典型例題】類型一、熱量1、關于熱量的說法正確的是（）A．濕度高的物體所含的熱量多，濕度低的物體所含的熱量少B．水和煤油，如果溫度也相同，水比煤油熱量多C．質量越大的物體，它所含的熱量多D．物體溫度降低時，向外放出熱量【答案】D【解析】A、物體所含有的熱量，這種說法錯誤，不能說含有或者具有熱量，故A錯誤；B、不能說物體的熱量，水比煤油熱量多，這種說法錯誤，不能說含有或者具有熱量，故B錯誤；C、物體所含有的熱量，這種說法錯誤，不能說含有或者具有熱量，故C錯誤；D、當溫度不同的物體互相接觸時，高溫物體放出熱量，溫度降低，低溫物體吸收熱量，溫度升高，故D說法正確。故選D。【總結升華】本題考查對熱量的理解．知道熱量不是狀態量，不能說含有或者具有熱量．只能說吸收或放出熱量。舉一反三：【變式】關于熱量，正確的說法是（）A．熱量表示物體熱的程度B．熱量表示熱能的多少C．熱量表示物體冷熱程度的變化D．熱量表示物體吸收或放出熱的多少【答案】D類型二、熱機2、（?延平區一模）關于四沖程內燃機，下面說法錯誤的是（）A．內燃機是利用內能來做功的機器B．在做功沖程，內能轉化為機械能C．在壓縮沖程，內能轉化為機械能D．四個沖程依次為吸氣、壓縮、做功、排氣沖程【思路點撥】內燃機是利用內能來做功的機器；四個沖程是吸氣、壓縮、做功、排氣沖程；四個沖程中的能量轉化情況：吸氣和排氣沖程不發生能量轉化，壓縮沖程將機械能轉化為內能，做功沖程將內能轉化為機械能。【答案】C【解析】A、內燃機是利用內能來做功的機器，故A正確；B、做功沖程高溫高壓燃氣推動活塞向下運動，將內能轉化為機械能，故B正確；C、壓縮沖程活塞向上運動，壓縮氣體對氣體做功，將機械能轉化為內能，故C錯誤；D、內燃機的四個沖程是吸氣、壓縮、做功、排氣沖程，故D正確；故選：C。【總結升華】本題主要考查了內燃機的概念，四個沖程及能量轉化情況，是一道基礎性題目。3、（?南京二模）某四沖程汽油機工作時轉速是2400r/min。關于此熱機的工作下列說法正確的是（）A．壓縮沖程中內能轉化為機械能B．四個沖程中曲軸轉動2圈，同時做功2次C．此汽油機每秒對外做功10次D．此汽油機每秒對外做功20次【答案】D【解析】A、做功沖程中將混合氣體劇烈燃燒產生的高溫高壓的燃氣內能轉化為活塞運動的機械能，故A錯誤；B、四沖程內燃機，曲軸轉動兩周，對外做功一次，故B錯誤；C、D、汽油機的轉速為2400R/min，說明1s內汽油機曲軸的轉動次數等于2400/60=40。一個工作循環中，曲軸轉動兩周，對外做功一次，1s內曲軸轉動40次，對外做功20次，故C錯誤、D正確。【總結升華】此題考查內燃機做功沖程中能量的轉化，以及內燃機轉速的計算。在四沖程汽油機中，一個工作循環，曲軸轉兩圈，對外做功一次，這個知識是平常學習中比較容易忽視的，需要引起注意。舉一反三：【變式】單缸四沖程內燃機工作時，依靠飛輪的慣性來完成的沖程有（）

A．吸氣、做功和排氣沖程

B．吸氣、壓縮和做功沖程

C．壓縮、做功和排氣沖程

D．吸氣、壓縮和排氣沖程【答案】D4、如圖，表示做功沖程的示意圖是()

【答案】B【解析】內燃機的工作過程是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程組成。在做功沖程里進氣門、排氣門關閉，高溫高壓燃氣推動活塞向下運動，活塞又通過連桿使曲軸轉動。由圖來判斷，(B)圖中進氣門、排氣門關閉，活塞向下運動，應為做功沖程。【總結升華】對內燃機四個沖程的判斷，要結合氣門和活塞運動情況進行判斷。舉一反三：【變式】（?濱州中考）汽車已經成為現代生活不可缺少的一部分，汽車多數采用汽油機作為發動機，如圖是四沖程汽油機的工作循環示意圖，下列說法中不正確的是（）A．甲沖程是把機械能轉化為內能B．乙沖程是排氣沖程C．丙沖程是把機械能轉化為內能D．丁沖程是吸氣沖程【答案】C類型三、燃料的熱值和熱機效率5、質量是500g的鐵壺內裝有2kg15℃的水，把這壺水加熱到100℃，共需要吸收多少焦耳的熱量？如果這些熱量全部由木炭的燃燒來提供，需要完全燃燒多少g的木炭？（，木炭的燃燒值）

【思路點撥】（1）知道水和鐵的質量、比熱容、初溫和末溫，利用吸熱公式Q吸=cm△t求水吸收的熱量和鐵壺吸收的熱量；

（2）由題知Q吸=Q放，根據公式Q放=mq求出需要燃燒木炭的質量。【答案與解析】先求出鐵壺吸收的熱量，然后再求出水吸收的熱量，兩部分熱量加起來，就是總共吸收的熱量，那么這些熱量就是木炭完全燃燒所放出的熱量，然后再求木炭的質量，解法如下：

答：這壺水共吸收的熱量為733550J，需完全燃燒木炭約21.6g。【總結升華】本題考查學生對吸熱公式Q吸=cm△t和Q放=qm的掌握和運用，屬于必會題。舉一反三：【變式】無煙煤的熱值大于干木柴的熱值，則（）

A．燒無煙煤比燒干木柴產生的熱量多

B．要使它們放出同樣多的熱量，完全燃燒的無煙煤的質量小于完全燃燒的干木柴的質量

C．燒無煙煤比燒干木柴產生的煙塵多

D．煤比木柴含有的熱量多【答案】B6、一輛汽車的發動機輸出功率為66.15kw，每小時耗柴油14kg，請計算發動機的效率。（柴油的燃燒值為4.3×107J/kg）【思路點撥】熱機的效率是指用來做有用功的能量與燃料完全燃燒產生的能量之比，則。【答案與解析】發動機每小時做的功：W=Pt=66150W×3600s=2.38×108J；完全燃燒14kg柴油放出的能量Q總=4.3×107J/kg×14kg=6.02×108J；做有用功的能量Q有=W=2.38×108J；；發