第1节《热机》
1.不仅客机、汽车、摩托车之外,你还晓得什么地方用到了热机?你举出的那些热机中什么是内燃机?
题目内容
参考答案
答：不仅客机、汽车、摩托车外,还有货轮、拖拉机、收割机、推土机、压路机、坦克等都使用了热机,这种热机都是内燃机。列车可分为电力机车、内燃机车和蒸气机车,其中内燃机车使用的是内燃机
2.在图14.1-6中,甲为四冲程内燃机吸气冲程的示意图,图中画出了吸气冲程中活塞和连杆的位置和进气门、排气门的开闭情况。请在图乙、丙、丁中,分别画出压缩、做功、排气冲程中活塞和连杆的位置和进气门、排气门的开闭情况。
题目内容
参考答案
压缩、做功、排气冲程中活塞和连杆的位置和进气门、排气门的开闭情况如图所示。
提示:
压缩冲程:进气门、排气门关掉,活塞向下运动,连杆的位置如图乙所示。
做功冲程:进气门、排气门关掉,活塞向上运动,连杆的位置如图丙所示。
排气冲程:进气门关掉,排气门打开,活塞向下运动,连杆的位置如图丁所示。
3.从能量转化的角度看,一台四冲程内燃机在一个循环中
(1)那个冲程存在着物理能转化为内能的过程?
(2)那个冲程存在着内能转化为机械能的过程?
(3)那个冲程具有很显著的机械能转化为内能的过程?
题目内容
参考答案
(2)做功冲程中,内能转化为机械能。
(3)压缩冲程中,机械能转化为内能。
4.汽油机和柴油机的工作过程有哪些相同点,有哪些不同点?
题目内容
参考答案
柴油机和汽油机的工作过程的相同点和不同点如下表所示
补充练习
1.热机是借助能做功的机械。热机的种类有蒸气机、、汽轮机、等
答案:内;内燃机;喷气底盘
2.内燃机有四个工作冲程,如图所示是内燃机的冲程,活塞上升时,气缸内二氧化碳的内能(选填降低”或“增加”),能转化为能。
答案:压缩;降低;机械;内
提示:从图中可以看出进气门和排气门都是关掉的,活塞向下运动,所以是压缩冲程。压缩冲程活塞向下运动,压缩二氧化碳,使二氧化碳的容积增大、温度下降、机械能转化为内能。
3.内燃机的一个工作循环由、、、四个冲程组成。一台某机型双缸四冲程柴油机的飞轮速率是1200r/min,则柴油机每秒钟对外做功次。
答案:吸气;压缩;做功;排气;10
提示:一个工作循环包括四个冲程,连杆转动二周,对外做功一次。
1200r/min=20r/s
20r/2r=10
第2节《热机的效率》
1.柴油的热值为4.6×107J/kg。这个数值到底有多大?有人通过一个具体事例来认识柴油热值的大小:一个60kg的人,从大楼的1楼步行至第11楼(走了10层楼),每层楼的进深为3m,他克服重力做了多少焦耳的功?假如柴油完全燃烧获得热量的焦耳数和那些功相等,须要柴油的质量是多少?这大概相当于生活中哪些物体的质量?
题目内容
参考答案
解：人上楼克服重力做的功
W人=Gh=mgh
=60kg×10N/kg×(10×3)m
=1.8×104J
Q油放=W=1.8×104J
由Q油放=mq
得m=Q油放/q油
=1.8×104J/4.6×107J/kg
=3.9×10-4kg
=0.39g=390mg
390mg只相当于一粒药丸的质量。
2.假如燃烧干柴火跟燃烧煤油放岀的热量相等,干柴火的质量应当等于煤油质量的几倍?请列举相关估算式来说明理由。
题目内容
参考答案
解：Q柴放=Q油放
m柴q柴=m油q油
m柴/m油=q油/q柴
=4.6×107J/kg/1.2×107J/kg
=3.8倍
3.全球车辆保有量在迅速下降,截止2011年,全球处于使用状态的车辆数目已突破10亿辆。毎辆车辆每年耗油1.8t,车辆内燃杌的效率平均值取30%。倘若能把内燃机效率提升1%,全球每年可以节省多少燃油?
题目内容
参考答案
解：每辆车辆做有用功所需燃油1.8t×30%=0.54t
内燃机效率提升后为
30%+1%=31%
效率提升后所需燃油量
0.54t/31%≈1.74t
每辆车每年节省燃油
1.8t-1.74t=0.06t
10亿辆车每年节省燃油109×0.06t=6×107t
4.提升热机的效率具有什么积极意义?请你列举一个回答问题的提纲,毋须展开陈述。
题目内容
参考答案
答：降低有害二氧化碳的排放量,增加对空气的污染。
降低燃料的消耗,节省能源。
补充练习
1.关于燃料的热值,下述说法中正确的是（）
A.容易燃烧的燃料,热值一定大
B.煤的热值小于干柴火的热值,煤燃烧放出的热量一定比煤炉燃烧放出的热量多
C.燃料的热值与燃料是否完全燃烧无关
D.为了提升炉窑的效率,一定要用热值高的燃料
答案:C
提示:按照热值的定义可知,每种燃料都有自己的热值,燃料不同,其热值通常是不同的,而与燃料是否完全燃烧、是否容易燃烧无关,所以Δ选项不正确,C选项是正确的;燃料燃烧放出的热量,不仅与燃料种类有关外,还与燃料的质量有关,B选项中未说明燃料的质量是否相同,所以不正确;炉窑效率是炉窑向外传递的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比,与炉窑的结构、燃料是否充分燃烧有关,与燃料种类的选定无关,所以D选项不正确。
2.用贫煤煮饭时,将10kg的水从20℃加热到100℃,燃烧了1.4kg的褐煤。水的比热容是4.2×103J/(kg·℃),褐煤的热值约为3×107J/kg。试求:
(1)水吸收的热量是多少?
(2)1.4kg的褐煤完全燃烧放出的热量是多少?
(3)热效率是多少?
(4)剖析热效率不高的两种缘由。
解析:
(1)Q吸=cm△t
=4.2×103J/(kg·℃)×10kg×(100-20)℃
=3.36×106J
(2)Q放=mq
=1.4kg×3×107J/kg=4.2×107J
(3)η=(Q吸/Q放)×100%
=(3.36×106J/4.2×107J)×100%
=8%
(4)热效率不高的缘由有:褐煤没有完全燃烧,热传递的过程中有热量损失等。
3.关于热机的效率,下述说法中正确的是（）
A.热机做的有用功越多,效率就一定越高
B.热机的功率大,效率就一定高
C.热机消耗的燃料越多,效率就越低
D.以上说法都不正确
答案:D
提示:热机效率是指热机拿来做有用功的能量与燃料完全燃烧所释放的能量的比值，所以A、B、C三种说法都不正确。
第3节《能量的转化和守恒》
1.一支向高空瞄准的手枪,扣动板机后射出一颗炮弹,炮弹没有击中目标,最后下落陷在农地中。请你说出以上过程中发生了什么能量转化。
题目内容
参考答案
答：扣动枪栓后,火药燃烧的过程,物理能转化为内能;炮弹从枪管中射出的过程,部份内能转化为机械能;炮弹在飞行的过程中和空气磨擦,部份机械能转化为内能;炮弹在空中下落的过程,重力势能转化为动能;最后,炮弹下落陷在农地中的过程,机械能转化成内能。
2.请从能量转化的角度具体说明以下效率的意义。
●某太阳能电板工作的效率是16%
●某电动机工作的效率是83%
●某锂电池充电时的效率是99%
●某汽油机工作的效率是35%
●某电热水器工作的效率是87%
题目内容
参考答案
答：
太阳能电板把其接收到的太阳能的16%转化成电能
电动机把其消耗掉的电能的83%转化成机械能输出
锂电池把其消耗掉的电能的99%转化成物理能存储上去
汽油机把汽油燃烧时释放的能量的35%转化为机械能
电热水器把其消耗的电能的87%转化成了水的内能
3.小华家使用的是天然气冷水器,该冷水器的标牌标注了它的热效率,表示该冷水器工作时,天然气完全燃烧所消耗的物理能,有多大比列转化为水的内能。小华尝试估测该冷水器的热效率,以核实标牌上的数值是否确切。他把家里手动洗衣机的水量”设置为40L,用冷水器输出的冷水注入洗衣机,当注入水的容积达到40L时洗衣机便会手动停止注水。已知当时自来水的气温是15°C,冷水器输出冷水的气温为40°C,注水前天然气表的示数是2365.89m3,注水后变为2366.05m3,天然气的热值为3.2×107J/m3。请你估测该冷水器的热效率。
题目内容
参考答案
解：
水的容积为V=40L=40dm3=0.04m3
水的质量为m=ρV=1×103kg/m3×0.04m3=40kg
水吸收的热量Q吸=cm△t
=4.2×103J/(kg·℃)×40kg×(40-15)℃
=4.2×106J
天然气的容积V=2366.05m3-2365.89m3
=0.16m3
天然气燃烧释放热量Q放=Vq
=0.16m3×3.2×107J/m3
=5.12×106J
冷水器的效率
η=(Q吸/Q放)×100%
=(4.2×106J/5.12×106J)
×100%=82%
4.释放物理能的过程不断地发生在你的体内。食物也是一种“燃料”,营养成分在人体细胞里与氧结合,提供细胞组织所需的能量。这些过程没有火焰,但物理能同样可以转化为内能,因而人的温度保持在37℃左右。从能量守恒的角度谈谈,食物提供的物理能还转化为什么能量。
题目内容
参考答案
答：人能进行机械运动,食物提供的物理能还可以转变为人的机械能。另外,人体内会形成微弱的生物电压,所以食物提供的物理能还可以转变为电能。