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第十四章 内能的利用
第1节 热机
1、内能的利用方式：
⑴ 利用内能来加热；从能的角度看，这是内能的转移过程。（热传递方式改变内能）
⑵ 利用内能来做功；从能的角度看，这是内能转化为机械能（做功方式改变内能）
2、热机是利用内能做功的机械
3、内燃机分为汽油机和柴油机两大类（原理：燃料燃烧的化学能转化为内能再转化为机械能）
4、活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程
5、多数汽油机是由 吸气 、 压缩 、 做功 、 排气 四 个冲程的不断循环来保证连续工作，一个工作循
环有4个冲程，曲轴和飞轮转动 2 周，活塞往复2 次，对外做功1 次。（4、2、1）
6、吸气冲程：进气阀门打开，排气阀门关闭，活塞向下运动，
压缩冲程：进气阀门，排气阀门都关闭。活塞向上运动。机械能转化为内能
做功冲程：进气阀门，排气阀门都关闭。火花塞点火。活塞向下运动。内能转化为机械能。(只有做
功冲程对外做功)
排气冲程：进气阀门关闭，排气阀门打开。活塞向上运动。排除废气
7、汽油机和柴油机的区别：汽油机气缸顶部有火花塞，柴油机气缸顶部有喷油嘴；汽油机吸气冲程吸
入的是汽油与空气的混合物，柴油机吸气冲程只吸入空气；汽油机点火方式为点燃式，柴油机点火方
式压燃式；汽油机的效率低，柴油机效率高；汽油机机体较轻，柴油机机体较重。
第2节 热机的效率
1、热值：
①概念：我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。
②大小：热值在数值上等于 1 k g 某种燃料完全燃烧放出的热量，
③热值的单位由热量的单位和质量的单位组合而成。在国际单位制中，热量的单位是焦耳，质量的单
位是千克，则热值的单位是焦每千克,符号是J/kg。
④公式：q=Q /m（或q=Q /V 一般用于气体燃料） (其中m为燃料的质量，V为燃料的体积，q为燃料
放 放
的热值)
⑤公式变形：Q =m q（或Q = Vq） m= Q /q
放 放 放
⑥热值是燃料本身的一种属性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关
⑦煤气的热值约为3.9×107J/m3，物理意义为：体积为 1 m 3 的煤气完全燃烧放出的热量为 3.9×1 0 7 J。
⑧焦炭的热值3.0×107J/kg，物理意义为：质量为 1 kg 的煤气完全燃烧放出的热量为 3.0×1 0 7 J。
η=w
2、用来做有用功的那部分能量，与 燃料完全燃烧 放出的能量 之比，叫做热机的效率，公式：
/Q ×100%= FS/Q ×100%
有 放 放 (热机)或
η= Q /Q ×100%= cmt/Q ×100%（炉子效率
吸 放 放 或燃料利用率）
3、提高热机效率的途径：① 使燃料充分燃烧，尽量减小各种热量损失；② 机件间保持
良好的润滑，减小摩擦。③在热机的各种能量损失中，废气带走的能量最多，设法利用废
气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
第3节 能量的转化和守恒
1、摩擦生热，机械能转化为内能；发电机发电，机械能转化为电能；电动机转动，电能转化为机械能；
光合作用，光能转化为化学能；燃料燃烧，化学能转化为内能2、能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者
从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
3、能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问题
还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律
4、永动机永远不可能实现，因为它违背了能量守恒定律
练习题：
1．内燃机的每一个工作循环分为四个阶段： 、 、 、和排气冲程。一台单
缸四冲程汽油机的飞轮的转速是1200r/min，则汽油机每秒内完成 个冲程，做功 次
2、下列说法中正确的是 （ ）
A.燃料的热值越大，其燃烧时放出的热量就越多
B.燃料的热值越小，其完全燃烧单位质量的燃料放出的热量越少
C.燃料的热值越小，其完全燃烧单位质量的燃料放出的热量越多
D.燃料燃烧得越充分，其热值越大
3．现代火箭用液态氢作燃料，是因为它具有 （ ）
A．较大的比热容 B．较低的沸点 C．较大的热值 D．较高的凝固点
4．关于四冲程汽油机的工作过程有以下几种说法：
①在做功冲程中，是机械能转化为内能②在做功冲程中，是内能转化为机械能
③只有做功冲程是燃气对外做功④汽油机和柴油机的点火方式相同以上说法中正确的是 （ ）
A．②③ B．①③ C．②④ D．②③④
5．为了提高热机效率，可采取的措施是 （ ）
A．采用热值高的燃料 B．降低热机功率
C．保证良好的润滑，减小摩擦 D．以上措施都可以
6．单缸四冲程内燃机的一个工作循环由 、 、 、
四个冲程组成；一个工作循环中，活塞要来回 次，曲轴要转动 周；四个冲程中，只
有 冲程燃气对外做功，完成 能转化为 能的过程，压缩冲程是
能转化为 能的过程。
7．酒精的热值是 3.0×107J/Kg，酒精炉中装有 100g 酒精，若燃烧掉一半，放出的热量是
J，则剩余部分的酒精的热值是 .
8 ．如图所示为内燃机工作时的某冲程示意图，该冲程是 （ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
9．如果甲热机的效率比乙热机的效率高，则可以说 （ ）
A．甲热机的功率比乙热机的大. B．在单位时间内甲消耗的燃料比乙热机的少.
C．甲热机的转速比乙热机的大.
D．甲热机将燃气产生的内能变成机械能的百分比比乙热机的大.
10．开启啤酒瓶盖瞬间伴有“嘭”的一声，瓶口有一股“白烟”，下列说法中正确的（ ）
A．瓶的内外温度相等，啤酒内能不变 B．瓶内的气体对外做功，啤酒内能增加
C．瓶口的“白烟”是瓶内CO 液化形成的 D．瓶口的“白烟”是瓶口水蒸气液化形成的
2
11．在试管中装一些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气把软木塞冲开。在冲开软木塞的过程中
（ ）
A．水蒸气膨胀做功，水蒸气的内能增加 B．水蒸气膨胀做功，消耗了水蒸气的内能
C．水蒸气膨胀做功，但水蒸气的内能不变 D．水蒸气膨胀做功，水蒸气的温度不变
12．用气筒给自行车车胎打气，过一会儿，筒壁也变热了，这是什么原因？如果在夏天时气打得太足，
轮胎在阳光下往往会爆破，这又是什么原因？13、关于热机，下列说法是正确的：A、汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞。 B、柴油机在吸气
冲程中，将柴油和空气的混合气吸入气缸。 C、汽油机在做功冲程中，进气门关闭排气门打开。 D、
汽油机在做功冲程中，是把内能转化为机械能。
14、热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，热值的大小与下列 有关。
A燃料的种类 B燃料的形态 C质量 D体积
15、太阳能是一种清洁能源。某太阳能热水器每天能使500Kg的水温度升高30℃，那么这些水吸收的
热量为 J，这些热量相当于完全燃烧 m3的天然气放出的热量。(天然气的热值取
7×107J/m3，水的比热容p =4.2×103J/(kg·℃))
水
16、氢能源具有来源广、热值高、无污染等优点．氢气的热值为14．3×107J／kg，完全燃烧0．5 kg的氢
气可放出 J的热量；若一罐氢气用去了一半，则剩余氢气的热值 (大于／等于／小
于)14．3×107J／kg．
17、我国每年消耗数千万桶原油用于制造塑料袋。已知原油的热值为4.4×107 J／kg，完全燃烧l kg
原油，能释放出______J的热量，这些热量若只有4 2％被水吸收，则可以使常温下______kg的水温度
上升2 0℃[水的比热容为4.2×103 J／(kg·℃)]。
18、一台太阳能热水器装满水后，水的质量是30kg。使这些水的温度从20℃升高到70"C需要吸收
J的热量。若这些热量由燃烧天然气来提供，则至少应完全燃烧 m3的天然气。（C水=4.2×103J
／(kg·℃)天燃气的热值为8l×107J／m3）
19、王小聪同学的家住于新农村建设示范村里，他父亲年前拉回了一套液化石油气灶具。液化石油气
热值为3．5 ×107J／kg，燃烧放出的热量只有60％被水吸收。将质量为5kg，初温为20℃的水加热到
100℃，水吸热 J，需燃烧液化石油气 g
20、用燃气灶烧水，燃烧0.5kg的煤气，使50kg的水从20℃升高到70℃．已知水的比热容为4．2×103J／
(kg·℃)，煤气的热值为4．2×107J/kg．求：
(1)0.5kg煤气完全燃烧放出的热量．(2)水吸收的热量．(3)燃气灶烧水的效率．
21、小星用燃气灶将质量为2㎏，温度为25℃的水加热到100℃，则水需要吸收多少热量？该燃气灶的
热效率是25％，则加热这些水需要燃气多少千克？【水的比热容是4.2×103J/(㎏·℃),燃气的热值
是4.5×107J/㎏】
22、太阳能热水器内盛有40kg的水，在阳光照射下，水的温度升高了25 ℃，求:
(1)水吸收的热量；
(2)这些热量相当于完全燃烧多少千克的焦炭放出的热量。【q =3 × 107J／kg，c =4.2 ×
焦炭 水
103J/(kg·℃)】23、小星家的太阳能热水器，水箱容积是200L．小星进行了一次观察活动：某天早上，他用温度计测得
自来水的温度为20℃，然后给热水器水箱送满水，中午时“温度传感器”显示水箱中的水温为45℃．
请你求解下列问题：
（1）水箱中水的质量；水吸收的热量【c =4.2×103J／(kg·℃)】
水
（2）如果水吸收的这些热量，由燃烧煤气来提供，而煤气灶的效率为40％，求至少需要燃烧多少煤气
（煤气的热值为q=4.2×107J／kg）
24、小明去商店购买电热水壶，一种电热水壶的参数如下表所示，结合表中数据，计算：
（1）电热水壶正常工作是的电阻是多少？ 额定电压 220V
额定功率 1100W
容积 5L
（2）电热水壶正常工作5min消耗多少焦耳的电能？
超温保护器 熔断温度1100C
（3）若用该电热水壶装满水，水的温度t=200C，将壶中水烧开需要吸收多少焦耳的热量？
0
（已知C =4.2×103J/（Kg·0c）,气压为1个标准大气压）
水
25、某校物理活动小组的同学,在课余时间想把一个普通烧水壶改装成一个家庭用电热水壶。已知改
装后的电热水壶热效率为80%，壶的容积为2 L。在一个标准大气压下，用此电热水壶在7min内
烧开一壶初温为20℃的水。［ C =4.2×103Ｊ/(kg·℃) ］问：
水
（１）烧开这一壶水需要吸收多少热量?
（２）应给电热水壶装配一个多大阻值的电热丝?
