内能的利用 考点梳理

内能的利用 考点梳理

1.热机

（1）定义：利用燃料做功的机械。 

（2）能量转化：化学能能转化为内能。 

（3）种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机等。

2.内燃机

（1）定义：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。 

（2）种类：以汽油为燃料的汽油机和以柴油为燃料的柴油机。 

注　　意：热机工作时的能量转化过程可以表示为：

3.汽油机

（1）冲程：汽油机在工作时，活塞在汽缸内往复运动，活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。 

（2）工作循环：汽油机的一个工作循环由4个冲程组成，分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。汽油机是通过四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 

4.柴油机

（1）构造：与汽油机相似，但汽缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。 

（2）工作过程：有4个冲程，在吸气冲程中吸进汽缸的只有空气。 

注　　意：（1）柴油机的点火方式叫做压燃式，汽油机的点火方式是点燃式；（2）吸气冲程里，汽油机吸进汽缸的是汽油和空气，柴油机吸进的只有空气；（3）内燃机一个工作循环有四个冲程，活塞往复运动两次，曲轴和飞轮转动两周，两次能量转化对外做功一次．

5.燃料的热值

（1）定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，用符号q表示。 

（2）计算公式：。 

（3）大小：在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量。 

（4）单位：J/kg，读作焦耳每千克。 

（5）氢的热值：1.4×108J/kg，意义：1 kg氢完全燃烧放出的热量是1.4×108J J。 

（6）气体燃料的热值在数值上等于在标准状态下1 m3燃料完全燃烧放出的热量。单位：J/m3，读作焦耳每立方米。 

注　　意：热值表示燃料在完全燃烧时把化学能转化为内能的本领大小，是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧无关．

6．热机的效率

定　　义：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．

计算公式：η＝×100%

（2）提高效率的方法：减少热量损失。 

（3）提高燃料利用率的重要措施：利用废弃的能量。 

注　　意：（1）热机效率反映的是热机对能量的利用率，它没有单位且总小于1；（2）热机效率的高低与热机做功的多少、做功的快慢无关．

7.能量的转化

（1）能量存在的主要形式：动能、势能、化学能、内能等。 

（2）在一定条件下，各种形式的能量是可以转化的。 

注　　意：（1）能量的转化是能量的形式发生了改变；能量的转移是同一种能量从一个物体转移到另一个物体或从同一物体的一部分转移到另一部分，能量的形式并没有变化；（2）判断某一过程中发生了怎样的能量转移或转化，关键是明确这一过程中能量的形式有没有改变，分析消耗了什么能量，获得了什么能量，或者弄清能量从哪一个物体转移到了另一个物体．

8.能量守恒定律

（1）内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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。 

（2）普遍性：能量守恒定律是自然界最普遍、最简单的基本定律之一。 

（3）永动机：根据能量守恒定律，不可能（选填“可能”或“不可能”）制造出永动机。

注　　意：各种能量相互转化时其量值不变，表明能量是不能被创造或消灭的．因此各种形式能的总量一定守恒，单一的某一种形式的能或几种能不一定守恒．如能的转化和转移过程中，能量一定守恒，但机械能不一定守恒。

考点一 热机

1.热机的工作原理：利用内能做功的一类机器。

2.热机的能量转化：内能转化为机械能。

3.热机的分类

利用内能做功的机器有很多，例如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机、火箭发动机等。

4.内燃机：

燃料直接在发动机汽缸中燃烧产生动力的热机，叫做内燃机

5.能量转化形式相同的装置：

（1）看到了什么现象？

塞子被冲出，并且瓶口有雾生成。

（2）整个过程中, 能量是怎样转化的：

燃料燃烧将化学能转化为内能；传给水和水蒸气，水蒸气将塞子推出，将它的内能转化为塞子的机械能。

（3）试管口“白雾”的形成原因。

当活塞被冲出去以后，水蒸气的内能减小，温度降低，水蒸气液化为小水滴，在试管口可观察到大量的“白雾”。

考点二 汽油机

1.工作原理：利用汽油油在汽缸中燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功

2.主要构造：顶部有火花塞，没有喷油嘴

3.工作过程

汽油机在工作时，活塞在汽缸内往复运动，活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程叫一个冲程。汽油机的一个工作循环由四个冲程组成，分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。

注意：判断内燃机处于哪个工作冲程应抓住两点：一是气门的开与关；二是活塞的运动方向。有火花塞的就是做功冲程，两个气门都关闭，也无火花塞，就是压缩冲程，若是吸气冲程，进气门打开，排气冲程，排气门打开。

①汽油机在开始工作时，要靠外力先使曲轴、连杆转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动以后，汽油机才能连续工作；

②在汽油机的一个工作循环中，包含4个冲程，活塞往复运动两次（两圈），曲轴转动两周，对外做功一次；

③在四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，将内能转化为机械能，其他三个冲程是靠飞轮的惯性来完成的，故飞轮的质量要足够大；

④在没有特别说明情况下，四冲程指的是单缸四冲程。

考点三 柴油机

1.工作原理：利用柴油在汽缸中燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功

2.主要构造：与汽油机大致相同，所不同的是柴油机顶部有喷油嘴无火花塞

3.工作过程：和上述一致

4.柴油机和汽油机的异同

（1）相同点

①基本构造和主要部件的作用相似。

②每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。

③四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。

④一个工作循环中，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次。例如：某汽油机飞轮转速为3000r/min，那么，每秒钟内完成 1000 个冲程，活塞往复  500 次，燃气推动活塞做功的次数为 250 次。

⑤都是燃料在汽缸中燃烧。能量的转化形式：化学能→内能→机械能

⑥汽油机的火花塞和柴油机的喷油嘴的工作时刻都是在压缩冲程结束以后

（2）不同点

①构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。                                             ②吸气不同：汽油机吸进汽油和空气的混合气体，柴油机只吸进空气。                                       ③点火方式不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。压燃式是在一定的体积里快速地压缩空气，对空气做功，空气内能增大，温度会升高，如果向空气中喷加可燃物，只要达到可燃物的着火点，就压燃了，压燃式内燃机吸入的是空气，比较常见的是四冲程柴油机，由于压缩比例高，大马力的发动机都是采用压燃式，点燃式内燃机吸入的是空气和汽油的混合物，优点是速度比较快，所以高速发动机都是采用点燃式。

④压缩冲程：柴油机的压缩程度较大，汽油机的压缩程度较小。

⑤柴油机在压缩冲程末会出现的情况是喷油嘴立即喷出雾状柴油；汽油机会出现火花塞立即点火

考点四 热值

1.定义：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.单位：焦每千克，符号：

3.能量的转化：化学能→内能

4.热值的物理意义：表示燃料完全燃烧放热能力强弱的物理量。大小等于1kg的燃料完全燃烧放出的

热量。（和其他物理量例如速度、比热容等的物理意义表示方式相同）

5.的物理意义是：1m3的煤气完全燃烧释放出3.9×107J的热量。

  的物理意义是：1kg的煤气完全燃烧释放出2.9×107J的热量。

说明：燃料分为固体、液体、气体燃料。

6.计算公式：

（固体、液体） 变式：

单位：

（气体） 变式：

单位：

7.热值、比热容、密度对比

考点五 热机的效率

1.热机的效率：热机用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率。

2.公式：（适用于液体、固体）、（适用于气体）

3.“三率”的区分及计算

4.有关效率的几点解释：

①热机的效率总小于1，即燃料燃烧释放的热量不可能100%用来做有用功。

由于热机在工作过程中，总有能量损失，即总小于，所以热机的效率总小于1。通常情况下，蒸汽机的效率为6%——15%，汽油机的效率为20%——30%，柴油机的效率为30%——45%，柴油机的效率大于汽油机主要是因为柴油机在压缩冲程中压缩比比汽油机的大。

②效率高低的含义表示的是有用功占总功的比值大，或者是燃料的利用率高，不能代表功率大，或总功多，或有用功多等

③效率小于1的原因是：在燃料过程中①燃料未完全燃烧；②废气带走了很大一部分热量；③克服摩擦做功；④一部分热量消耗在散热上。

④提高效率的举措：①让燃料充分燃烧；②把固体磨成粉；③加大送风量；④加大受热面积，减少烟气带走的热量；⑤将废气热量再次利用；⑥加润滑油。

对于燃料来说，热值是燃料优劣程度的体现，热值高的燃料，为优质燃料，热值低的燃料，为劣质燃料。

5.内燃机燃料燃烧能量走向图

考点六 能量守恒定律

能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为另外一种形式，或从一个物体转移到另外一个物体，而在转移和转化过程中，能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律。

注意：从热传递的角度来说，能量是转移，从做功的角度来说，能量是转化。

能量守恒的普遍性：

能量守恒是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。这个定律与细胞的发现、进化论一起被恩格斯誉为19世纪自然科学的三大发现。大到天体，小到原子核，无论是物理学的问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有的能量转化的过程，都服从能量守恒定律。能量守恒定律是人类认识自然、利用自然、保护自然的有力武器。

机械能守恒与能量守恒的区别

①机械能守恒是有条件的——没有能量损失或额外的能量来补充。因为机械能守恒是指一个物体如果只存在着动能和势能之间的转化时，机械能的总量保持不变。如果除此之外还存在着能量的转化过程，则说明有机械能与其他形式的能之间的转化，机械能的总量发生改变，机械能不再守恒。

②能量守恒定律的成立不需要条件。这是因为能量转化形式是多样的，可以在机械能、内能、化学能、电能、光能、原子能间相互转化，不限于动能和势能之间。在转化过程中，一种形式的能量减少了，另一种形式的能量必然增加，能量的总量保持不变。

能量守恒定律的应用

能量转化和转移是整个自然界中能量的转化和转移，不是局部的。在分析有关现象时，要整体考虑，防止得出片面的结论。如在密闭的房间里吹风扇，人会感到凉爽，但室温并没有降低。人感到凉爽的原因是风扇吹出来的风加快了人体表面汗液的蒸发，而蒸发吸热，所以人感到凉爽;而从总体上来看，电风扇转动的过程是电流做功的过程，电流做功的过程中有一部分电能转化为内能，所以室内温度不仅不会降低反而会升高。