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課程內(nèi)容

《熱機(jī)及能量守恒定律》
學(xué)習(xí)目標(biāo)：
1、從能量轉(zhuǎn)化的角度認(rèn)識(shí)燃料的熱值及意義
2、了解四沖程汽油機(jī)的基本工作原理
3、知道什么是熱機(jī)的效率和提高熱機(jī)效率的主要途徑
4、知道能量守恒定律
一、燃料及其熱值
熱值：1Kg某種燃料完全燃燒所釋放出來的熱量。
1、熱值是燃料的特性，不是所有的物質(zhì)都具有的特性。它反映的是燃料燃燒過程中所釋放熱量本領(lǐng)大小的物理量。熱值只與物質(zhì)的種類有關(guān)，與物質(zhì)的質(zhì)量和體積無關(guān)。
2、熱值的單位：J/Kg
3、燃料燃燒的過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程。
用m表示燃料的質(zhì)量，用q表示燃料的熱值，用Q_放表示燃料完全燃燒時(shí)所放出的熱量，則有：Q_放=mq。
例：某中學(xué)為學(xué)生供應(yīng)熱水，用鍋爐將200Kg的水從20℃加熱到100℃，需要燃燒多少無煙煤？（無煙煤的熱值是3.4×10⁷J/Kg）
燃料不能被有效利用的因素：
1、燃料燃燒需要氧氣助燃，供養(yǎng)不足使燃料不能完全燃燒。
2、煙氣帶走了大量熱量，使周圍空氣很熱。
3、一部分熱量被鍋爐或輔助設(shè)施吸收。
二、爐子的效率
爐子有效利用熱量與燃料完全燃燒放出的熱量之比，叫做爐子的效率。
提高鍋爐的效率和燃料的利用率的措施：
（1）盡量使燃料完全燃燒：a 用風(fēng)箱和吹風(fēng)機(jī)增加供氧量。b 不燒煤粉而燒煤粒，加大送風(fēng)量，把煤粒在爐膛里吹起來燃燒，可以燃燒得更充分。
（2）減少熱損失：a 用各種辦法加大受熱面，可以減少煙氣帶走的熱量。b 盡量采用隔熱材料。
三、內(nèi)能的利用
1、利用內(nèi)能來加熱
內(nèi)能的一個(gè)重要應(yīng)用就是直接用它來加熱物體。
實(shí)驗(yàn)：內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
在試管內(nèi)裝些水，用橡皮塞塞住，加熱使水沸騰，會(huì)看到塞子被彈起，請說出這個(gè)過程中能量轉(zhuǎn)化的情況。
燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，傳給水和水蒸氣，水蒸氣把塞子沖出去，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為塞子的機(jī)械能。
四、內(nèi)燃機(jī)
1、內(nèi)燃機(jī)：燃料在氣缸內(nèi)燃燒的熱機(jī)。
內(nèi)燃機(jī)：①汽油機(jī)——利用汽油作燃料的機(jī)器。
        ②柴油機(jī)——利用柴油作燃料的機(jī)器。
2、汽油機(jī)的工作過程
汽油機(jī)是在氣缸內(nèi)燃燒汽油，生成高溫高壓的燃?xì)猓谷細(xì)馔苿?dòng)活塞做功。汽油機(jī)是利用四個(gè)沖程循環(huán)工作的。
四個(gè)沖程：
吸氣沖程：在吸氣沖程中，進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，活塞由上端向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，汽油和空氣組成的燃料混合物從進(jìn)氣門吸入氣缸。
壓縮沖程：進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，活塞由下向上運(yùn)動(dòng)，燃料混合物被壓縮，混合氣體的壓強(qiáng)增大，溫度升高。機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
做功沖程：在壓縮沖程末，火花塞產(chǎn)生電火花，使燃料猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)猓邷馗邏旱娜細(xì)馔苿?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，并通過連桿帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
排氣沖程：進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門打開，活塞由下向上運(yùn)動(dòng)，把廢氣排出氣缸。活塞又向下運(yùn)動(dòng)，開始下一個(gè)工作循環(huán)。
3、工作過程特點(diǎn)：
（1）內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，四個(gè)沖程周而復(fù)始，在內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)中，活塞來回往復(fù)兩次，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，對外做功一次。
（2）只有做功沖程是對外做功的，其余的三個(gè)沖程是輔助沖程。靠飛輪的慣性完成。
（3）在壓縮沖程中，是機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，在做功沖程中，是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
（4）內(nèi)燃機(jī)不能自動(dòng)啟動(dòng)。開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，要靠外力使飛輪和曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來，帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，以后內(nèi)燃機(jī)才能自己做功。
4、柴油機(jī)
柴油機(jī)和汽油機(jī)的相同點(diǎn)：
（1）基本構(gòu)造和主要部件的作用相似。
（2）每個(gè)工作循環(huán)都一樣，由吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程組成。
（3）四個(gè)沖程中，只有做功沖程對外做功。
（4）在一個(gè)工作循環(huán)中，活塞往復(fù)兩次，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩圈，飛輪轉(zhuǎn)兩圈，做功一次。
柴油機(jī)和汽油機(jī)的不同點(diǎn)：
（1）構(gòu)造：柴油機(jī)的氣缸頂部沒有火花塞，而是一個(gè)噴油嘴。
（2）吸入物質(zhì)：汽油機(jī)吸入的是汽油和空氣的燃料混合物，而柴油機(jī)吸入的是空氣。
（3）點(diǎn)火方式：點(diǎn)火方式不同，汽油機(jī)為點(diǎn)燃式，柴油機(jī)為壓燃式。
（4）效率：柴油機(jī)比汽油機(jī)的效率高。
5、內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用
（1）汽油機(jī)的應(yīng)用
汽油機(jī)比較輕巧，常用在汽車、飛機(jī)和小型農(nóng)業(yè)機(jī)械上面。
（2）柴油機(jī)的應(yīng)用
柴油機(jī)比較便宜，但柴油機(jī)比較笨重，主要用在載重汽車、拖拉機(jī)、坦克上面。
五、熱機(jī)效率
用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能力之比。
1、熱機(jī)的效率是熱機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。如：兩輛排量相同的小汽車，以相同的速度行駛相同的路程，耗油少的那輛效率高，性能好。
2、熱機(jī)中能量的轉(zhuǎn)化
如何提高熱機(jī)的效率？
（1）盡量使燃料充分燃燒。
（2）在設(shè)計(jì)和制造上，要不斷改進(jìn)和革新，以減少各種能量損失。減少散熱。注意保養(yǎng)，保證熱機(jī)良好的潤滑，盡量減少熱機(jī)部件間的摩擦，提高效率。
（3）在熱機(jī)的各種損失中，廢氣帶走的能量最多，設(shè)法利用廢氣的能量是提高燃料利用率的重要措施。熱電站就是利用蒸汽輪機(jī)的廢氣來供熱的。
《能量的轉(zhuǎn)化與守恒》
水力發(fā)電——機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能
植物的光合作用——太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
燃料燃燒——化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
電燈發(fā)光——電能轉(zhuǎn)化為光能
太陽能電池板——太陽能轉(zhuǎn)化為電能
跳舞——化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
想想議議
跳動(dòng)的小球最后停止，減少的機(jī)械能到哪里去了？
答：因?yàn)樾∏蚋諝夂偷孛婺Σ粒徊糠值臋C(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
自然界中的現(xiàn)象都不是孤立存在的，而是有著內(nèi)在的聯(lián)系的，在這些聯(lián)系之中，都伴隨著能量的轉(zhuǎn)化。即在一定條件下，各種形式的能都可以相互轉(zhuǎn)化。
在摩擦生熱現(xiàn)象中，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，克服摩擦做了多少功，就有多少機(jī)械能轉(zhuǎn)化為等量的內(nèi)能。子啊氣體膨脹做功的現(xiàn)象中，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，氣體膨脹做了多少功，就有多少內(nèi)能轉(zhuǎn)化等量的機(jī)械能。
大量事實(shí)告訴我們，任何一種形式的能量在轉(zhuǎn)化為其他形式的能量的過程中，消耗多少某種形式的能量，就得到多少其他形式的能量，能量的總量保持不變。
六、能量守恒定律
能量既不會(huì)憑空消滅，也不會(huì)憑空產(chǎn)生，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。