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新疆乌鲁木齐县第一中学中考物理 热机复习测试

发布时间:2013-09-20 19:15:29  

热机复习测试

你知道汽油机的工作原理吗?它在工作过程中能量怎样转化?什么叫热机的效率?怎样提高热机的效率呢?

智 能 提 要

问:如何理解燃料的热值?

答:从我们的生活经验事实可知,做一顿饭所需的热量是一定的,但所需的煤火燃气的质量 大小是不同的. 这正好表示质量相同的不同燃料完全燃烧放出的热量是不同的特性,我们就可以用1kg的某中燃料完全燃烧所放出的热量叫做这种燃料的热值. 从这个定义可知,同中燃料的热值相同,不同燃料的热值一般不同.它反映的是燃料的特性,其大小于燃料质量大小、是否完全燃烧、放出的热量大小无关,但在数值上等于一定质量的燃料完全燃烧放出的热量(Q)与其质量(m)的比值.

问:怎样更深刻地理解四冲程汽油机的工作过程?

答:四冲程汽油机的每一个工作循环包括四个冲程:吸气、压缩、做功、排气,这四个冲程中只有做功冲程(即燃烧-膨胀做功冲程)对外做功,它是靠燃料(汽油)在汽缸中燃烧,生成高温高压的燃气,燃气推动活塞对外做功,实现了内能转化为机械能,从而使汽车获得了动力(机械能),而且其他三个冲程靠飞轮的惯性来完成,吸气、压缩、排气冲程需消耗机械能,其中压缩冲程机械能转化为内能形成高温高压燃油气体混合物,遇电火花而猛烈燃烧,获得更大的内能,在这其中,还存在燃料的化学能转化为内能的能量转化形式. 问:怎样从热机的效率来理解提高燃料的利用率?

答:我们知道,热机的效率= ,其中,燃料完全燃烧放出的能量即为热机的燃气内能,燃气内能=散热损失能量+机械损失能量(克服摩擦)+有用机械能.

从上面的等式中可看出,要提高热机效率可尽量减少各种能量损失,其中减少燃气的内能损失是有效措施就是重新利用燃气内能(如热电站),这样可提高燃料利用率.当然,现代化的新型热机(比如课本P117介绍的现代汽车的发动机利用微电脑控制)的喷油系统,可提高燃油在汽车中的燃烧效率,从而业可提高燃料的利用率.

作为当今石油等能源物质的严重匮乏而又必须面临的严峻事实,提高燃料的利用率的问题就显得尤为重要.我们作为新世纪祖国建设的接班人,在这个问题上有着很广阔的探索空间,我们希望有更多的同学将来在汽车工业、能源开发遇利用等方面做一个科技型的节能专家. 问:为什么热机的效率比较低?

答:根据热机效率的定义可知,热机的效率比较低,说明热机中燃料完全燃烧放出的能量中用来做有用功的部分比较少.为什么会比较少呢?要回答这个问题,先要弄清热机工作过程中有哪些损失能量的原因,归纳起来应该有以下几个原因:(1)燃料并未完全燃烧,使部分能量白白浪费掉了.例如,一辆汽车从身边驶过,有时我们从汽车排出的气体中嗅到了汽油味,这说明汽油机中的汽油未完全燃烧.(2)热机工作的排气冲程要将废气排出,而排出的气体中还具有内能,另外汽缸壁等也会传走一部分内能.(3)由于热机各零部件之间有摩擦,需要克服做功而消耗部分能量.(4)曲轴获得的机械能也未完全用来对外做功,而有一部分传给飞轮以维持其继续转动,这部分虽然是机械能,但不能称之为有用功.

据上所述,热机中能量损失的原因这么多,所以热机的效率一般都比较低.

中 考 撷 要

本节的中考考点有:结合热值的概念,计算燃料燃烧时放出的热量,燃烧过程与吸热过程的 1

综合;判断内燃机工作过程中能量的转化;根据热机效率的意义,寻求提高热机效率的途径.最近两年中,关于热机效率的中考试题出现的频率较高.

智 能 拓 展

内燃机的广泛应用

内燃机,特别是汽油机、柴油机的出现,在社会经济的各个部门中获得了广泛的应用.对工农业和交通运输业的发展来说,内燃机的重要性甚至超过了电机.

内燃机是各种交通运输工具的强大动力.内燃机的发明导致了汽车制造业的兴起.1885年戴姆勒和本茨分别造出了汽车,1888年邓录普发明充气轮胎,1895年美国人福特开办的汽车厂采用惠特尼生产标准化零件的方法,建立了"装配线",日产1000辆T型汽车.1923年柴油机成为载重汽车的动力,随后又在大客车方面与汽油机并驾齐驱.1913年第一台装置柴油机的内燃机车诞生,促进了铁路运输技术的 ,内燃机车同电气机车一起逐步取代了蒸汽机车.1912年艘柴油机驱动的远洋轮船下水.到20世纪70年代初,全球商队轮船中已有80%是由柴油机驱动的.1903年美国莱特兄弟驾驶内燃机发动的飞机首次飞上了天空.1909年法国工程师布来里昂特驾驶飞机飞越英吉利海峡.1927年林德伯格实现了从纽约到巴黎的不着陆飞行. 全世界被这一空前的成就所震惊,更大、更安全的飞机从此得到改进和革新.

内燃机的发明使生产技术发生了重大的革命,内燃机一出现很快就开始取代畜力成为农业生产的动力.自1910年拖拉机成批生产以来,它的使用又促进了农用工具机,如播种机、收割机等机械的大量制造,加快了农业机械化的进程.

内燃机还被广泛应用于军事设施.例如:飞机、火箭军舰、潜水艇、坦克、战车等,成为现代化战争中不可缺少的动力设备.

除上述以外,在其他领域中诸如发电、排灌、工程机械、地质钻探等部门,都是应用内燃机的场所.在人们的生活领域中,家用汽车和摩托车使用的动力机械也是内燃机.内燃机正在广泛应用中不断得到改进,它的结构日趋成熟、完善,性能不断提高,最高热效率达到了46%.

智 能 归 例

题型一 知道汽油机的工作原理及工作过程中能量的转化

例 有关四冲程内燃机的叙述中,不正确的是( )

A.工作中只有做功冲程把内能转化为机械能

B.工作中压缩冲程是把内能转化为机械能

C.工作开始时要靠外力启动

D.每一个工作循环,燃气只做功一次

知识点 热机的工作原理及工作过程中能量的转化情况

闯关点拨 吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成了内燃机的一个 工作循环.

析 在内燃机的四个冲程中,只有在做功冲程中,燃气才对外做功,内能转化为机械能.压缩冲程中机械能转化为内能.内燃机开始工作时需要外力启动,所以,A、C、D所说的都是对的.

答 选B

题型二 认识燃料热值的物理意义,并会计算燃料完全放出的热量

例1 干木材的热值是1.2×107J/kg,它的物理意义是____________________.要放出3.6 × 107J的热量,需要完全燃烧__________kg的干木材.

知识点 认识热值的物理意义,并会进行计算

闯关点拨 燃料的热值是燃料的一种特性,其物理意义由定义可知,要求燃料燃烧放出的热量情况,可利用Q放=qm来计算.

2

解 其物理意义是:1kg干木柴完全燃烧放出1.2×107的热量.由Q放=qm得: .

例2 小明学习了热学的有关知识后,知道水的比热是4.2×103J/(kg·℃),他想估算一下自己家每天烧水、做饭需要的热量,于是小明仔细记录了他家每天烧水、煮饭、炒菜需要的时间,并把它折算成烧水时间,相当于每天将30kg20℃的水烧开.

(1)小明家每天烧水做饭需要多少热量?

(2)如果普通煤的燃烧值为3×107J/kg,从理论上讲小明家每天烧水做饭需要多少千克煤?

(3)小明家实际平均每天需要烧4块蜂窝煤,按每块蜂窝煤含煤0.5kg算,他家每天实际用煤2kg,由此小明计算出他家煤炉的效率只有16.5%,你认为小明家煤炉效率低的原因是什么?

(4)从大的方面讲,家用煤炉除了热效率低浪费能源的缺点外,另一个主要缺点是什么?

知识点 利用公式Q放=qm和 的综合计算

闯关点拨 用公式Q放=qm和 来计算.

解 (1)Q=cm(t2-t1)

将数据代入①得Q=1.0×107J

(2)M= kg=0.33kg

(3)煤不能完全燃烧;热量散失严重.

(4)产生废渣、废气,造成环境污染.

题型三 认识热机的效率,并会进行有关的计算

例 甲、乙两汽车,甲的汽油机效率比乙的汽油机效率高,这表明( )

A.甲做功比乙多

B.甲做功比乙快

C.甲消耗的汽油比乙少

D.以相同的牵引力行驶相同的路程,甲耗油比乙少

知识点 考查对热机效率的理解

闯关点拨 热机的效率与功率、做功的多少没有必然联系.

析 汽油机做功的多少由牵引力的大小和汽车前进的距离的大小有关,与汽油机的效率无关,所以A不正确;汽油机做功的快慢是由汽油机的功率决定的,与汽油机的效率无关,故B不正确;汽油机做功的多少没有确定,其耗油量也不能确定,故C也是错误的.在D选项中,由W=Fs可知,两汽油机做的功相等,由于甲的效率高,故甲耗油少.

答 选D

中考典题精析

考题1 汽油机的一个工作循环是由四个冲程组成,其中在做功冲程中燃气对活塞做功,实现了___________能向___________能的转化.图15-11表示的是汽油机的________冲程(填冲程的名称).

( 北京市东城区2004年中考题)

闯关点拨 由汽油机汽缸示意图辨别冲程名称时,要根据两气门的关闭活塞的上下运动情况来确定,要判断是否是做功冲程可观察火花塞是否点火.

析 在做功冲程中,将内能转化为机械能;从图中可以看出:进气门打开、排气门关闭,活塞由上往下运动,汽油和空气的混合物将进入汽缸,这是吸气冲程.

答 内能 机械能 吸气

考题2 一辆轿车在平直的高速公路上匀速行驶1.8km,轿车上的速度表如图15-12所示, 3

在此过程中

(1)轿车速度为多少km/h?合多少m/s?

(2)若轿车行驶过程中发动机的功率为40kW,则该车行驶中

所受阻力多大?

(3)这段过程中轿车消耗汽油0.25kg,其发动机的效率多

大?(q汽油=4.6×107J/kg)(江苏省南通市2004年中考题)

闯关点拨 这是一道力学与热学的综合试题,涉及了速度、平衡力、功、功率、热量、热值、效率等许多知识点.计算发动机的效率可根据热机的效率公式 ,W有即为发动机牵引力对汽车所做的功,W总等于汽油完全燃烧放出的热量.

解 ⑴轿车的速度为90km/h

⑵由 得:

因轿车匀速运动,受力平衡

所以阻力f=F=1600N ⑶汽油燃烧释放的热量为:

牵引力做功为:

∴发动机效率为:

智 能 训 练

基础知识训练

1.汽油机的工作过程由吸气、 、做功、排气四个冲程组成,其中将内能转化为机械能的是 冲程. (题型一)

2.汽油的热值是4.6×107J/kg,现有汽油500g,若燃烧一半,剩余汽油的热值是________J/kg.(题型二)

3.西气东输主干线西起塔里木盆地的轮南油气田,向东途经九个省区,最终到达上海,总计年输送天然气1.2×1010m3,即年输气质量为_____kg。若这些天然气完全燃烧放出的热量是_______J。(管道内天然气密度为6kg/m3,天然气的热值是5×107J/kg)(题型二)

4.随着人们物质生活水平逐步提高,农村的厨灶发生了革命性的变化.煤球炉、沼气灶和液化气灶等灶具已走进家庭.液化气与煤相比,热学方面突出的优点是 ________________;环保方面突出的优点是 _________________________ .若要将2.5kg初温为20℃的水加热到80℃,至少需要燃烧 ______________m3 的液化气.[ 水的比热容是4.2×103J/(kgo℃),液化气的热值是5.0×107J/ m3 ](题型二)

5.一台内燃机运行时各种能量损耗大致为:汽缸散热损失占25%,废气带走的能量占30%,摩擦等机械损耗占10%,则它的机械效率为 。(题型三)

6.近期煤价节节攀升,少数不法商贩将煤矸石破碎后掺在优质煤中高价销售,客户为了不上当,最恰当的方法是检测下列物理量的中( ) (题型二)

A.热值 B.比热容 C.温度 D.质量

7.关于"热机",下列说法中正确的是( ) (题型一)

A.压缩冲程中的能量转化是内能转化为机械能

B.做功冲程中的能量转化是机械能转化为内能

C.热机所产生的噪音,可以被热机上的消音器完全吸收

D.用水循环来降低热机的温度,主要是利用水比热容较大的特性

8.内燃机工作的四个冲程中,内能转化为机械能的冲程是( )(题型一)

4

A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程

9.有关四冲程内燃机叙述中,不正确的说法是( )(题型一)

A.工作中只有做功冲程把内能转化为机械能

B.效率可以大于1

C.工作开始时要靠外力启动

D.每一个工作循环,燃气只做功一次

10.四口之家分别单独使用不同种类的燃料时的平均月消耗量分别为:木柴约200 kg,烟煤约80kg,液化石油气约30kg;煤气约60kg.这四种燃料中哪一种燃料的热值最高? ( )(题型二)

A.液化石油气 B.煤气 C.烟煤 D.木柴

11.一支蜡烛在燃烧过程中,它的( )(题型二)

A.质量变小,比热容变小,热值变小 B.质量变小,比热容变小,热值不变

C.质量不变,比热容不变,热值变小 D.质量变小,比热容不变,热值不变

综合提高训练

1.已知酒精的热值为q,质量为m的酒精完全燃烧一半放出的热量为 ,剩余酒精的热值为 。(题型二)

2.焚烧生活垃圾放出的热量用来发电,是综合利用垃圾的一种方法,据资料显示,仅2001年全国城市生活垃圾就达 1.5×108t.若焚烧1t垃圾可放出1.5×1010J的热量,如果将 2001年我国的城市生活垃圾全部焚烧,则放出的热量是___________J,它相当于________kg煤炭完全燃烧放出的热量(煤炭的热值为3.0×107J/kg).(题型二)

3.柴油机是工农业生产中常用的热机,已知某型号柴油机的效率是30%,在柴油机内完全

燃烧2kg柴油能放热 J,这些热通过该柴油机的转化能对外做有用功 J.(柴油的热值为3.3×107J/kg)(题型三)

4.S195型柴油机的部分技术规格如表所示

汽缸数 汽缸直径 额定功率 转 速 燃油消耗率 冷却方式

1 95 mm 8.8 kW 2000 R/min 0.27 kg/kWoh 蒸发水冷

其中,"额定功率"是指柴油机正常工作时对外所做机械功的功率;"燃油消耗率"是指柴油机正常工作时,每输出1 kWoh的能量柴油机所消耗柴油的千克数.已知柴油的热值为3.3 J/kg,水的比热容为4.2 J/(kgo℃).

(1) 若柴油机的水箱中贮有10kg冷却水,当水的温度由20℃上升到40℃时,这些水所吸收的热量是_____________J;

(2) 已知柴油机的效率η= 100%(式中W为柴油机在某段时间内对外所做的功,Q为它在这段时间内所消耗的柴油完全燃烧所产生的热量),则该柴油机正常工作时的效率约为__________.(题型三)

5.甲、乙两台汽油机,甲的功率比乙的大.则下列说法中正确的是( )(题型三)

A.甲做的功肯定比乙的多

B.做相同的功,甲用的时间比乙的短

C.甲消耗的能量肯定比乙的多

D.甲的机械效率肯定比乙的高

6.关于燃料和热值,以下说法正确的是( )(题型二)

A.燃料热值与燃料的质量无关

B.容易燃烧的燃料,热值一定大

C.煤的热值大于干木柴的热值,燃烧煤放出的热量比燃烧木柴放出的热量一定多

D.为了提高锅炉的效率,一定要用热值高的燃料

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7.热机的效率是热机性能的一个重要指标,下面噶热机效率的叙述不正确的是( ) (题型三)

A.在设计和制造上,要不断改进和革新,以减少各种能量损失,就有可能使热机效率达到100%

B.两辆型号相同的小汽车,以相同的速度行驶相同的路程,耗油量小的那辆车效率较高

C.在使用上要正确使用,注意保养,可提高效率

D.在热机的各种损失中,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

8.要使4kg的水温度升高50℃需要吸收多少热量?若这些热量全部由燃烧酒精获得(不计热量损失)则需要完全燃烧多少kg的酒精? (题型二)

9.某中学为学生供应开水,用锅炉将200㎏的水从25℃加热到100℃,燃烧了6㎏的无烟煤。[水的比热容是4.2×103J/(㎏·℃),无烟煤的热值是3.4×107J/㎏]

试求:(1)锅炉内200㎏的水吸收的热量是多少J?

(2)6㎏无烟煤完全燃烧放出的热量是多少J?

(3)此锅炉的效率是多少?(题型三)

10.光明中学锅炉房每天要将3t水从20℃加热以100℃,问:

⑴这些水要吸收多少热量?[水的比热容为 ]

⑵"西气东输"实现后,可用天然气作为燃料来烧水,设天然气完全燃烧释放出热量的75%被水吸收,学校每天因烧水要消耗多少体积的天然气?(天然气的热值 。气体燃料完全燃烧放出热量的公式是 ,式中V表示气体燃料的体积)(题型二)

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