2020年中考物理人教版专题复习：热机、能量的转化和守恒 教案

2020年中考物理人教版专题复习：热机、能量的转化和守恒

一、学习目标：

1、了解四冲程汽油机的基本工作原理。

2、从能量转化的角度认识燃料的热值。

3、了解内能的利用在人类发展史上的重要意义。

4、通过能量的转化和转移，认识效率。

5、知道能量守恒定律。

6、能举出日常生活中能量守恒的实例。

7、有用能量守恒的观点分析物理现象的意识。

二、重点、难点：

重点：

1、内燃机的构造和工作原理

2、能量转化与守恒

难点：对能量转化与守恒的理解

三、考点分析：

知识梳理

一、热机

热机把内能转化为机械能，热机的种类很多，如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。

1. 内燃机

内燃机是最常见的热机。内燃机在气缸内燃烧汽油或柴油。

区别：汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴。

2. 内燃机工作原理

冲程：活塞在气缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程

汽油机结构图

①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入气缸。

②压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩。

③做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体。高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。

④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。

总结：做功冲程中燃气对活塞做功，内能转化为机械能。其余三个冲程靠消耗飞轮的机械能来完成。

3. 燃料的热值

燃烧相同质量的不同燃料，放出的热量是不同的。

热值（q）：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。

热值的单位：焦每千克  符号：J/kg

Q＝qm

小资料：

一些燃料的热值

木炭：3.4×107J/kg

物理意义：1千克木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J

燃料很难完全燃烧，其放出的热量往往比按热值计算出的要小，而且能有效利用的热量又比放出的热量要小。

如果将燃料释放的能量用来开动热机，这些能量也不会全部用来做有用功。

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

η＝W有用/Q总＝ W有用/qm。

蒸汽机效率最低：6%~15%；

汽油机效率：20%~30%；

柴油机效率：30%~45%。

提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧；尽量减小各种热量损失；机件间保持良好的润滑性、减小摩擦。

二、能量的转化和守恒

1. 能的转化

在一定条件下，各种形式的能都可以相互转化。

2. 能量守恒定律[来源:学.科.网Z.X.X.K]

①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另一个物体，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。

②永动机

人们在长期的生活和生产中认识到，人类的生存和发展离不开能源。人们是多么渴望生产一种不需要耗用任何能量而能永远不停工作的机器—永动机。

能量守恒定律使永动机幻梦被彻底打破。

典型例题

知识点一：热机

例1：下列关于热机的说法中，正确的是（  ）

A. 热机是把内能转化为机械能的装置

B. 热机是把机械能转化为内能的装置

C. 只要对内燃机不断进行革新，它可以把气体的内能全部转化为机械能

D. 即使没有漏气、摩擦等能量损失，内燃机也不能把内能全部转化为机械能

解析：热机是把内能转化为机械能的装置，即使没有漏气、摩擦等能量损失，内燃机也不能把内能全部转化为机械能。

答案：AD

例2： 汽车在开动前，是如何使内燃机起动的？解析：

答案：通过外力先使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，消耗机械能来帮助内燃机完成吸气、压缩两个冲程，内燃机一旦开始做功，内能就会转化成曲轴的机械能。这时曲轴获得的机械能一部分通过做功，一部分通过飞轮（与曲轴相连的质量较大的轮子）保存起来。然后依靠飞轮的惯性再反过来向外输出带动曲轴转动，靠消耗飞轮的机械能完成排气以及下一循环的吸气、压缩冲程。这样内燃机就可连续工作下去了。

例3：对于四冲程的柴油机和汽油机，下列说法正确的是（   ）

A. 第一冲程进入气缸里的都是燃料的混合物

B. 第二冲程末都需要点火，燃料才能燃烧

C. 第三冲程都是燃气推动活塞做功

D. 第四冲程都是将废气排出解析：因为汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴，所以汽油机吸入汽油与空气的混合气体，柴油机吸入空气 ；汽油机点燃，柴油机压燃。

答案：CD

知识点二：能量的转化和守恒

例1：把5kg 40℃的水烧开，需要完全燃烧多少kg的干木柴？（已知干木柴的热值为1.2×107J/kg，外界为标准大气压，并且燃料完全燃烧放出的热量全部被水吸收）

解析：干木柴燃烧释放的能量（Q＝qm）转化为水的内能。

答案：解：

Q吸＝cm（t－t0）＝4200J/（kg·℃）×5kg×60℃

＝1.26×106J；

Q放＝Q吸

m1＝Q放/q

＝1.26×106J/（1.2×107J/kg）＝0.105kg

解题后的思考：本题为热值与热量计算的综合题，主要考查热值计算公式与热量计算公式，而理解热平衡方程Q放＝Q吸是解题的关键。

例2：下列过程中，属于内能转化为机械能的是（  ）[来源:学|科|网]

A. 寒冷天气快速搓手，手会感到暖和

B. 水轮机带动发电机发电

C. 烧红的铁块放入冷水中，冷水变热

D. 壶中的水沸腾时，壶盖不断地跳动

知识点：通过实例，认识能量之间可以相互转化

解析：A. 寒冷天气快速搓手，手感到暖和是摩擦生热现象，机械能转化为内能。

B. 水轮机带动发电机发电，是机械能转移的过程。

C. 烧红的铁块放入冷水中，冷水变热，是内能转移的过程，铁放热，内能减小，水吸热，内能增加。

D. 壶中的水沸腾时，壶盖不断地跳动，是水蒸气膨胀对外做功，顶起壶盖后，它自身的内能要减小，从而获得机械能。

答案：D

*例3： 在某密闭隔热的房间内有一电冰箱，现接通电源使电冰箱开始工作，并打开电冰箱的门，则一段时间后室内的温度将（  ）

A. 降低          B. 不变        C. 升高       D. 无法判断

解析：电冰箱制冷过程中，使冰箱内的温度降低的同时，又使其外部温度升高（将冰箱内部的内能转移到外部），此过程不可能自发进行，必须消耗电能，此部分电能最终也转变为内能，因此从总能量的角度看，室内的内能将增加，即室内温度上升。

答案：C

例4：小华在做滚摆实验时，发现滚摆每次上升的高度逐渐减小，小华想：“这是否说明在动能、势能相互转化的过程中，整个装置的能量不守恒？这不是与能量守恒定律相矛盾吗？”请你帮小华解决他的困惑。

解析：在能量的转化过程中，某种能量可以增加或减小（即可以不守恒），但总的能量一定是守恒的。

答案：在滚摆运动的过程中，由于摩擦不可避免，总有一部分机械能转化为内能，故整个装置的机械能不守恒，但总的能量（即机械能和内能的总和）保持不变。

例5：俄罗斯“和平号”空间站终于走完了它回归地球的全部旅程，坠入太平洋。这个凝聚着人类智慧结晶的庞然大物在高速坠落的过程中分解成许多碎片，这些碎片在天空中燃烧发光，形成一道道明亮的弧线，请回答：①“和平号”空间站进入大气层后向地球坠落的原因是什么？②“和平号”空间站在下落过程中分解成许多碎片，这些碎片在空气中燃烧发光的原因是什么？这里有什么形式的能量转化？

解析：“和平号”空间站进入大气层后，由于受到地球的引力，所以会向地球坠落. 空间站在进入大气层后，具有很大的动能和势能。在坠落的过程中要克服空气摩擦力做功，将机械能转化为内能，空间站的温度过高就会燃烧发光。

答案：①受地球的引力；②与空气摩擦生热，机械能转化为内能和光能。

解题后的思考：解答此类题目，必须理解改变物体内能的方法可能是热传递，还可能是做功。

提分技巧

1、能量有各种不同的表现形式。如机械能、热能、化学能、电能、电磁能、核能等。

2、自然界中各种形式的能量都不是孤立的，不同形式的能量会发生相互转化，能量也会在不同的物体间相互转移。