第十四章 内能的利用

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Q  想要找到学习物理的正确方法,轻松的学好物理,必须做到以下两点:

1、回归课本。认真阅读课本,连页码都不能放过

2、重视“概念”。如果你连概念都背不会,别说自己学不会,而是你根本就不想学。

当然,学好物理不止以上两点,但这是基础,当你真正能做到这两点之后,其他方法自然水到渠成。

第十四章 内能的利用

一、知识准备

1、内能;

2、机械效率;

3、科学计数法。

二、基本概念

1、热机。

2、四冲程汽油机工作原理。

3、热值。

4、热机的效率。

5、能量守恒定律。

三、重点知识讲解

图一   四缸四冲程发动机剖面图

图二 四冲程汽油机工作示意图

1、首先解决一个容易混淆的地方:一些同学容易将图二与图一混淆。图一展示的是一个四缸四冲程发动机,它的每一个气缸在工作时都会经历四个冲程(图二),每一个气缸在工作时的情形可以用图三更好的展示。

四缸发动机在工作时,四个气缸是轮流工作的,如果第一个气缸正在做功,那第二个就在排气,第三个在压缩,第四个在吸气,也就是说在同一时间一定会有一个气缸在做功,这样就可以保证动力源源不断。

图三 四冲程汽油机动态示意图

例1一台单缸四冲程汽油机的转速为1800r/min,那么这台汽油机每秒做功次、完成(     )

A.1800个冲程     B.3600个冲程

C.30个冲程         D.60个冲程

解析:仔细看懂图三,仔细看清题目。

例2从能量转化的角度看,一台四冲程内燃机在一个循环中。

(1)哪个冲程存在着化学能转化为内能过程?

(2)那哪个冲程存在着内能转化为机械能的过程?

(3)哪个冲程具有明显的机械能转化为内能的过程?     (课本P.21)

解析:必须掌握的内容。

例3全球汽车保有量在迅速增长,截至2100年,全球处于使用状态的汽车数量已突破10亿辆,每辆汽车每年耗油1.8吨,汽车内燃机的效率平均取值30%.如果能把内燃机效率提高1%,全球每年可以节约多少燃油?(课本P.26)

解析:这道题的核心依然是物理概念:热机的效率——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(仍然用η来表示)。同时也要利用数学工具来解决,找到效率提高后与效率提高前哪些是变化的,哪些是不变的:变化的除了效率就是耗油量;不变的是汽车数量和用来做有用功的那部分能量(这里可简化为有效耗油量)。而正是有效耗油量是不知道的,这是解这道题的关键。

例4一辆小轿车,发动机的效率是20%,它在平直公路上匀速行驶时的牵引力为644N(空气阻力不计,汽油热值q=4.6×107J/Kg,g=10N/kg)。求:该小轿车在平直公路上匀速行驶100Km消耗多少Kg汽油?

解析:从这一章开始我们会接触到越来越多的关于跨越不同章节的题目,比如这道题不仅涉及到内能,同时还会涉及到之前的机械能。而且关于η也不仅仅指的是有用的机械能与总机械能的比值,W有泛指被有效利用的能量(比如此题中轿车做的有效机械功),W总泛指消耗的总能量(比如此题中汽油完全燃烧释放的热量),而且不仅存在于能量转化的题当中,也存在于能量转移的题当中,所以在计算有关η的题时,要分析清楚W有、W总指的是什么。不仅如此,题目不一定是在求η,也可能是求W有或者W总。本题实际就是在求W总。

例5对于燃料的热值,下列说法中,属于正确理解的是 (   )

A.燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比

B.燃料没燃烧时就没有热值

C.就某种确定的燃料而言,它的热值是一个确定的值, 跟燃料的质量及燃料燃烧放出的热量无关

D.容易燃烧的燃料热值一定大

解析:本题属经典题型,考察对概念和公式的理解,在这里热值虽然可由燃料充分燃烧时放出的热量与其质量求得,但却并不是由这两者决定的。

例6一支向高空瞄准的步枪,扣动扳机后射出一颗子弹,子弹没有击中目标,最后下落陷在土地中。请你说出从上过程中发生了那些能量转换。

解析:本题考察对各种能的熟悉程度及细心程度,答出容易,答得全面不易。

参考答案:

例115D

例2(1)做功冲程(2)做功冲程(3)压缩冲程

例3

例5C

例6扣动扳机后,火药燃烧的过程,化学能转化为内能;子弹从枪膛中射出的过程,部分内能转化为机械能;子弹从枪膛中射出后,部分动能转化为重力势能,子弹在飞行的过程中和空气摩擦,部分机械能转化为内能,子弹在空中下落的过程,重力势能转化为动能;最后,子弹下落陷在土地中的过程,机械能转化为内能。

课程说明

1.本课程即使对你的启发再大,也不能代替你的课堂和平时的作业,轻松只是相对而言。

2.我的课程仅涉及最重要、最典型的问题,不可能面面俱到。大家有疑问可以在底部留言,或者发送邮件到jjunfeng@sina.com,也可以加QQ群:“贾俊峰和你轻松学物理”,群号:523942256,大家一起讨论,或者将问题发到群文件,针对比较集中的问题,我另发公众号进行专题讲解。

3.课程还在起步阶段,各种不足还请见谅,有任何问题或者建议欢迎底部留言或者发送邮件,在此谢过!

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