课程内容

《热机及能量守恒定律》
学习目标：
1、从能量转化的角度认识燃料的热值及意义
2、了解四冲程汽油机的基本工作原理
3、知道什么是热机的效率和提高热机效率的主要途径
4、知道能量守恒定律
一、燃料及其热值
热值：1Kg某种燃料完全燃烧所释放出来的热量。
1、热值是燃料的特性，不是所有的物质都具有的特性。它反映的是燃料燃烧过程中所释放热量本领大小的物理量。热值只与物质的种类有关，与物质的质量和体积无关。
2、热值的单位：J/Kg
3、燃料燃烧的过程是化学能转化为内能的过程。
用m表示燃料的质量，用q表示燃料的热值，用Q_放表示燃料完全燃烧时所放出的热量，则有：Q_放=mq。
例：某中学为学生供应热水，用锅炉将200Kg的水从20℃加热到100℃，需要燃烧多少无烟煤？（无烟煤的热值是3.4×10⁷J/Kg）
燃料不能被有效利用的因素：
1、燃料燃烧需要氧气助燃，供养不足使燃料不能完全燃烧。
2、烟气带走了大量热量，使周围空气很热。
3、一部分热量被锅炉或辅助设施吸收。
二、炉子的效率
炉子有效利用热量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做炉子的效率。
提高锅炉的效率和燃料的利用率的措施：
（1）尽量使燃料完全燃烧：a 用风箱和吹风机增加供氧量。b 不烧煤粉而烧煤粒，加大送风量，把煤粒在炉膛里吹起来燃烧，可以燃烧得更充分。
（2）减少热损失：a 用各种办法加大受热面，可以减少烟气带走的热量。b 尽量采用隔热材料。
三、内能的利用
1、利用内能来加热
内能的一个重要应用就是直接用它来加热物体。
实验：内能转化为机械能
在试管内装些水，用橡皮塞塞住，加热使水沸腾，会看到塞子被弹起，请说出这个过程中能量转化的情况。
燃料的化学能转化为内能，传给水和水蒸气，水蒸气把塞子冲出去，内能转化为塞子的机械能。
四、内燃机
1、内燃机：燃料在气缸内燃烧的热机。
内燃机：①汽油机——利用汽油作燃料的机器。
        ②柴油机——利用柴油作燃料的机器。
2、汽油机的工作过程
汽油机是在气缸内燃烧汽油，生成高温高压的燃气，使燃气推动活塞做功。汽油机是利用四个冲程循环工作的。
四个冲程：
吸气冲程：在吸气冲程中，进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下运动，此时，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。
压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞由下向上运动，燃料混合物被压缩，混合气体的压强增大，温度升高。机械能转化为内能。
做功冲程：在压缩冲程末，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，高温高压的燃气推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。内能转化为机械能。
排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞由下向上运动，把废气排出气缸。活塞又向下运动，开始下一个工作循环。
3、工作过程特点：
（1）内燃机工作时，四个冲程周而复始，在内燃机的一个工作循环中，活塞来回往复两次，曲轴转动两周，对外做功一次。
（2）只有做功冲程是对外做功的，其余的三个冲程是辅助冲程。靠飞轮的惯性完成。
（3）在压缩冲程中，是机械能转化成内能，在做功冲程中，是内能转化为机械能。
（4）内燃机不能自动启动。开始运转时，要靠外力使飞轮和曲轴转动起来，带动活塞运动，以后内燃机才能自己做功。
4、柴油机
柴油机和汽油机的相同点：
（1）基本构造和主要部件的作用相似。
（2）每个工作循环都一样，由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。
（3）四个冲程中，只有做功冲程对外做功。
（4）在一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两圈，飞轮转两圈，做功一次。
柴油机和汽油机的不同点：
（1）构造：柴油机的气缸顶部没有火花塞，而是一个喷油嘴。
（2）吸入物质：汽油机吸入的是汽油和空气的燃料混合物，而柴油机吸入的是空气。
（3）点火方式：点火方式不同，汽油机为点燃式，柴油机为压燃式。
（4）效率：柴油机比汽油机的效率高。
5、内燃机的应用
（1）汽油机的应用
汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞机和小型农业机械上面。
（2）柴油机的应用
柴油机比较便宜，但柴油机比较笨重，主要用在载重汽车、拖拉机、坦克上面。
五、热机效率
用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能力之比。
1、热机的效率是热机性能的一个重要指标。如：两辆排量相同的小汽车，以相同的速度行驶相同的路程，耗油少的那辆效率高，性能好。
2、热机中能量的转化
如何提高热机的效率？
（1）尽量使燃料充分燃烧。
（2）在设计和制造上，要不断改进和革新，以减少各种能量损失。减少散热。注意保养，保证热机良好的润滑，尽量减少热机部件间的摩擦，提高效率。
（3）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。热电站就是利用蒸汽轮机的废气来供热的。
《能量的转化与守恒》
水力发电——机械能转化为电能
植物的光合作用——太阳能转化为化学能
燃料燃烧——化学能转化为内能
电灯发光——电能转化为光能
太阳能电池板——太阳能转化为电能
跳舞——化学能转化为机械能
想想议议
跳动的小球最后停止，减少的机械能到哪里去了？
答：因为小球跟空气和地面摩擦，一部分的机械能转化为内能。
自然界中的现象都不是孤立存在的，而是有着内在的联系的，在这些联系之中，都伴随着能量的转化。即在一定条件下，各种形式的能都可以相互转化。
在摩擦生热现象中，机械能转化为内能，克服摩擦做了多少功，就有多少机械能转化为等量的内能。子啊气体膨胀做功的现象中，内能转化为机械能，气体膨胀做了多少功，就有多少内能转化等量的机械能。
大量事实告诉我们，任何一种形式的能量在转化为其他形式的能量的过程中，消耗多少某种形式的能量，就得到多少其他形式的能量，能量的总量保持不变。
六、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，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。