《热气球上升的秘密》习题
一、基础过关
1.我来填一填。
（1）200多年前法国人制造的热气球和我国民间过节时挂的会旋转的“走马灯”都利用的是的原理。
（2）是人类最早的航空工具。
2.当好小法官。
（1）中国是世界上最早发明热气球的国家。（）
（2）夏天天气很热，气温很高，因此不需要加热孔明灯或热气球里面的空气，它们也能升上天空。（）
（3）“孔明灯”最早是用来传递军事信号的。（）
二、综合训练
1.设计一个孔明灯。
2.学探究：热气球上升。
准备一个大塑料袋，点燃酒精灯，把大塑料袋罩在上面。我发现塑料袋会，然后松开手，我看到。
三、拓展应用
1．为什么厨房里的抽油烟机要安装在炉灶的上部
2.生活中哪些地方应用了热空气会上升的原理
参考答案
一、基础过关
1．（1）热空气会上升
（2）热气球
2．（1）√（2）×（3）√
二、综合训练
1．略。
2.膨胀起来塑料袋上升
三、拓展应用
1.因为空气加热后会上升，厨房里的混有油烟的空气会随着上升。
2.答：把油烟机安在厨房的上方。孔明灯。冬天把湿衣服挂在暖气片的上方晾干。
工程热力学习题集答案一、填空题 1．常规新 2．能量物质 3．强度量 4．54KPa 5．准平衡耗散 6．干饱和蒸汽过热蒸汽 7．高多 8．等于零 9．与外界热交换 10．7 2g R 11．一次二次12．热量 13．两 14．173KPa 15．系统和外界16．定温绝热可逆17．小大 18．小于零 19．不可逆因素 20．7 2g R 21、（压力）、（温度）、（体积）。 22、（单值）。 23、（系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零）。 24、（熵产）。 25、（两个可逆定温和两个可逆绝热） 26、（方向）、（限度）、（条件）。
31.孤立系； 32.开尔文(K)； 33.－w s =h 2－h 1 或 －w t =h 2－h 1 34.小于 35. 2 2 1 t 0 t t C C > 36. ∑=ω ωn 1 i i i i i M /M / 37.热量 38.65.29% 39.环境 40.增压比 41.孤立 42热力学能、宏观动能、重力位能 43.650 44.c v (T 2－T 1) 45.c n ln 1 2T T 46.22.12 47.当地音速 48.环境温度 49.多级压缩、中间冷却 50.0与1 51.（物质） 52.（绝对压力）。 53.（q=(h 2-h 1)+(C 22 -C 12 )/2+g(Z 2-Z 1)+w S ）。 54.（温度） 55. (0.657)kJ/kgK 。 56. (定熵线)
57.（逆向循环）。 58.（两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程） 59.（预热阶段、汽化阶段、过热阶段）。 60.（增大） 二、单项选择题 1.C 2.D 3.D 4.A 5.C 6.B 7.A 8.A 9.C 10.B 11.A 12.B 13.B 14.B 15.D 16.B 17.A 18.B 19.B 20.C 21.C 22.C 23.A 三、判断题 1．√2．√3．?4．√5．?6．?7．?8．?9．?10．? 11．?12．?13．?14．√15．?16．?17．?18．√19．√20．√ 21.（×）22.（√）23.（×）24.（×）25.（√）26.（×）27.（√）28.（√） 29.（×）30.（√） 四、简答题 1.它们共同处都是在无限小势差作用下，非常缓慢地进行，由无限接近平衡 状态的状态组成的过程。 它们的区别在于准平衡过程不排斥摩擦能量损耗现象的存在，可逆过程不会产生任何能量的损耗。 一个可逆过程一定是一个准平衡过程，没有摩擦的准平衡过程就是可逆过程。 2.1kg气体:pv=R r T mkg气体:pV=mR r T 1kmol气体：pV m=RT nkmol气体：pV=nRT R r是气体常数与物性有关，R是摩尔气体常数与物性无关。 3.干饱和蒸汽：x=1,p=p s t=t s v=v″,h=h″s=s″
13.热气球上升的秘密 教学目标 科学探究目标： 1、知道科学探究从提出问题开始，了解探究活动的大致思路，能用简单的器材进行实验并记录，并能将研究结果与已有的科学结论进行比较。 2、会查阅书刊及其他信息源。 科学知识目标： 知道学生认识空气受热后体积膨胀，比同体积的冷空气轻，会上升的性质。 情感、态度与价值观目标： 1、积极查阅资料，关心新科技、新发明对生活等问题的重大影响。 2、能意识到要用科学知识改善生活。 教学重点难点 重点：1、热空气上升的原理。2、热空气的应用。 难点：热空气比冷空气要轻。 教学准备 教师准备：课件，大塑料袋，火柴，酒精，瓷盘，小木块等。 学生准备：火柴，课前搜集有关热气球的资料。 教学过程 一、提出问题，大胆猜想 1、播放《热气球上升》的视频
2、师：关于热气球，你想了解哪方面的问题？ 生自由汇报 3、大胆猜想：热气球的上升可能和什么有关？ 二、小组合作，实验探究 （一）、设计实验，制定方案 1、课件呈现实验材料：塑料袋，木块，瓷盘，酒精，火柴，湿毛巾 小组认识实验材料，讨论并设计实验方案 2、小组汇报实验方案，教师评价指导 重点指导： （1）小组合作，把袋子撑开 （2）把袋子罩在火焰的上空，塑料袋的高度 （3）放飞塑料袋的时间 3、师：做这个实验的时候，应该注意哪些问题那？ 生自由汇报，老师及时评价和指导。 4、课件呈现实验温馨提示，重点提示注意安全。 （二）、合作探究，开展实验 小组合作，模拟“简易热气球上升”实验，教师巡视指导。（三）、深入研讨，获得结论 1、师：在实验的过程中，你发现了什么？说一说你的实验过程？你发现了什么？你观察到了什么？塑料袋有什么变化？ 小组交流汇报 2、师：在上升的过程中，袋子里的热空气有什么变化？
例1:如图，已知大气压p b=101325Pa ，U 型管内 汞柱高度差H =300mm ，气体表B 读数为0.2543MPa ，求：A 室压力p A 及气压表A 的读数p e,A 。 解： 强调： P b 是测压仪表所在环境压力 例2:有一橡皮气球，当其内部压力为0.1MPa （和大气压相同）时是自由状态，其容积为0.3m 3。当气球受太阳照射而气体受热时，其容积膨胀一倍而压力上升到0.15MPa 。设气球压力的增加和容积的增加成正比。试求： （1）该膨胀过程的p~f （v ）关系； （2）该过程中气体作的功； （3）用于克服橡皮球弹力所作的功。 解：气球受太阳照射而升温比较缓慢，可假定其 ，所以关键在于求出p~f （v ） (2) （3） 例3：如图，气缸内充以空气，活塞及负载195kg ，缸壁充分导热，取走100kg 负载，待平 衡后，不计摩擦时，求：（1）活塞上升的高度 ;（2）气体在过程中作的功和换热量，已 知 解：取缸内气体为热力系—闭口系 分析：非准静态，过程不可逆，用第一定律解析式。 计算状态1及2的参数： 过程中质量m 不变 据 因m 2=m 1,且 T 2=T 1 体系对外力作功 注意：活塞及其上重物位能增加 例4：如图，已知活塞与气缸无摩擦，初始时p 1=p b ，t 1=27℃，缓缓加热， 使 p 2=0.15MPa ，t 2=207℃ ，若m =0.1kg ，缸径=0.4m ，空气 求：过程加热量Q 。 解： 据题意 ()()121272.0T T m u u m U -=-=? 例6 已知：0.1MPa 、20℃的空气在压气机中绝热压缩后，导入换热器排走部分热量，再进入喷管膨胀到0.1MPa 、20℃。喷管出口截面积A =0.0324m2，气体流速c f2=300m/s 。已知压气机耗功率710kW ，问换热器的换热量。 解： 稳定流动能量方程 ——黑箱技术 例7:一台稳定工况运行的水冷式压缩机，运行参数如图。设空气比热 cp =1.003kJ/(kg·K)，水的比热c w=4.187kJ/(kg·K)。若不计压气机向环境的散热损失、动能差及位能差，试确定驱动该压气机所需功率。[已知空气的焓差h 2-h 1=cp (T 2-T 1)] 解：取控制体为压气机（不包括水冷部分 流入： 流出： 6101325Pa 0.254310Pa 355600Pa B b eB p p p =+=+?=()()63 02160.110Pa 0.60.3m 0.0310J 30kJ W p V V =-=??-=?=斥L ?{}{}kJ/kg K 0.72u T =1 2T T =W U Q +?=()()212211U U U m u m u ?=-=-252 1.96010Pa (0.01m 0.05m)98J e W F L p A L =??=???=???={}{}kJ/kg K 0.72u T =W U Q +?=g V m pq q R T =()f 22g p c A R T =620.110Pa 300m/s 0.0324m 11.56kg/s 287J/(kg K)293K ???==??()111 11111m V m P e q p q P q u p v ++?++() 1 2 1 22222m V m e q p q q u p v ++Φ?Φ++水水
第二章 热力学第一定律 思 考 题 1. 热量和热力学能有什么区别？有什么联系？ 答：热量和热力学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量，是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能量？的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。 2. 如果将能量方程写为 d d q u p v δ=+ 或 d d q h v p δ=- 那么它们的适用范围如何？ 答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u h pv =-，()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。 3. 能量方程 δq u p v =+d d （变大） 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大） 很相像，为什么热量 q 不是状态参数，而焓 h 是状态参数？ 答：尽管能量方程 q du pdv δ=+ 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大）似乎相象，但两者 的数学本质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说，其循环积分：()dh du d pv =+??? 因为 0du =?，()0d pv =? 所以 0dh =?， 因此焓是状态参数。 而 对 于 能 量 方 程 来 说 ，其循环积分：
青岛版小学科学四年级上册《热气球上升的秘密》教学设计 教材分析： 《热空气上升的秘密》一课为青岛版《科学》四年级上册空气和水的力单元第 一课，主要内容包括观察热空气上升的现象、探究热空气上升的秘密以及热空气上升的 原理在生活中的应用。 设计思想： 我教学本课的指导思想是让学生经历完整的探究活动过程的基础上，赋予教材时代的气息。本着知识从生活中来到生活中去的原则，调整教材的各环节的设置，突出实用性，体现时代气息。让学生不仅学会知识，更重要的是了解了热气球的历史、发展，并想象了热气球的未来。 教学环节设置上突出开放性、自主性、探究性。导入环节我便设置和学生一起聊聊有关热气球的话题，启发学生已有的知识储备，“聊”便是开放的；教学过程中的问题设置注意到让学生有话可说，答案不唯一；探究活动的游戏及实验为学生准备不同的材料，让学生有所选择。整节课的教学本着让学生自己提出问题、选择探究活动及探究方式，尽量保证学生探究活动是自主的，教师的作用是引导、完善和参与。本节课的重点通过实验得出热空气受热体积膨胀、比同体积的空气轻从而上升的原理。教师组织学生动脑设计实验、动手合作完成实验，经历从猜测--制定方案--动手实验--得出结论的过程，体验完成的探究活动。 教学目标： 让学生了解热空气会上升以及热气球在运动、旅游等方面的应用。指导学生设计热空气会上升的实验，通过实验观察到热空气会上升的现象；总结出热空气受热体积膨胀、变轻，是热气球上升的原理。实验过程中培养学生同伙伴一起设计探究实验的合作能力，养成认真倾听别人的发言，善于对别人的成功给予赞许的习惯。通过对“孔明灯”的了解，培养学生热爱祖国、热爱科学的思想情感。 教学重点：指导学生对热空气会上升现象进行猜测、实验，通过实验观察得出热空气受
2.5 典型例题 例题２－１ 一个装有２kg 工质的闭口系经历如下过程：过程中系统散热25kJ ，外界对系统做功100kJ ，比热力学能减少15kJ/kg ，并且整个系统被举高1000m 。试确定过程中系统动能的变化。 解 由于需要考虑闭口系统动能及位能的变化，所以应用第一定律的一般表达式（２－７b ），即 2 f 12 Q U m c m g z W =?+?+?+ 于是 2 f 1K E 2 m c Q W U m g z ?= ?=--?-? (25k J )(100k J )(2k g )(1 =----- 2 -3 (2k g )(9.8m /s )(1000m 10) -?? = +85 .4k 结果说明系统动能增加了 85.4kJ 。 讨论 （１） 能量方程中的Q ,W ，是代数符号，在代入数值时，要注意按规定的正负号含 义 代入。U ?，mg z ?及 2 f 12 m c ?表示增量，若过程中它们减少应代负值。 （２） 注意方程中每项量纲的一致，为此mg z ?项应乘以310-。 例题２－２ 一活塞汽缸设备内装有５kg 的水蒸气，由初态的比热力学能 12709.0kJ/kg u =，膨胀到22659.6kJ/kg u =，过程中加给水蒸气的热量为 80kJ ，通过 搅拌器的轴输入系统18.5kJ 的轴功。若系统无动能、位能的变化，试求通过活塞所做的功 解 依题意画出设备简图，并对系统与外界的相互作用加以分析。如图２－４所示，这是一闭口系，所以能量方程为 Q U W =?+ 方程中是总功，应包括搅拌器的轴功和活塞膨胀功，则能量方程为 p a d d l e p i Q U W W =?++ p s i t o n p a d d l e 2 ()W Q W m u u =--- (+80kJ)(18.5kJ)(5kg)(2659.62709.9)kJ/kg =---- 350kJ =+ 讨论 （１） 求出的活塞功为正值，说明系统通过活塞膨胀对外做功。
1. 热量和热力学能有什么区别？有什么联系？ 答：热量和热力学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量，是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能量？的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。 2. 如果将能量方程写为 d d q u p v δ=+ 或 d d q h v p δ=- 那么它们的适用范围如何？ 答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u h p v =-，()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。 3. 能量方程 δq u p v =+d d （变大） 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大） 很相像，为什么热量 q 不是状态参数，而焓 h 是状态参数？ 答：尽管能量方程 q du pdv δ=+ 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大）似乎相象，但两者的数学本 质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说，其循环积分：()dh du d pv =+??? 因为 0du =?，()0d pv =? 所以 0dh =?， 因此焓是状态参数。 而对于能量方程来说，其循环积分： q du pdv δ=+??? 虽然： 0du =? 但是： 0pdv ≠? 所以： 0q δ≠? 因此热量q 不是状态参数。 4. 用隔板将绝热刚性容器分成A 、B 两部分（图2-13），A 部分装有1 kg 气体，B 部分为高度真空。将隔板抽去后，气体热力学能是否会发生变化？能不能用 d d q u p v δ=+ 来分析这一过程？
青岛版小学科学四年级上册13《热气球上升的秘密》精品教案 教学目标： 1、知道科学探究要从提出问题开始，能将自己的研究结果与已有的科学结论进行比较；能提出进行科学探究的大致思路；能用简单的器材进行实验并做记录。 2、积极查阅资料，关心新科技、新发明对生活等问题的重大影响；意识到要用学到的科学知识改善科学。 3、学生能感知热空气的存在，知道空气受热后体积膨胀，比同体积的冷空气轻，会上升的性质。 教学重点：1、热气球上升的原理。2、热空气的应用。 教学难点：热空气比冷空气轻，会上升。 活动准备： 大塑料袋、纸蛇、风车、酒精棉、火柴、蒸发皿、实验记录表、课件等。 教学过程： 一、出示录像，提出问题 1、老师今天给大家带来一段录像，想不想看？好，我们一起来欣赏一下。 （播放热气球录像。） 2、教师讲述并提出问题：这些年来热气球在航空、体育和娱乐活动等方面有着广泛的应用，国际航空联合会还组织热气球的有关比赛呢!看到这些五彩斑斓、形态各异的热气球，你有什么感兴趣的问题吗? 3、学生畅所欲言： 生1：“气球里装的是什么?为什么会在空中飞来飞去?” 生2：“我能不能让气球也升上天呢?” 生3：为什么叫热气球? 生4：热气球下面为什么有火? 生5：热气球为什么会上升? 4、教师小结：刚才我们看了这段视频后，同学们提出了这么多有关热气球的问题，就让我们带着这些问题一起去探究热气球上升的秘密吧!(板书课题) 二、观察结构，推理猜想 1、热气球上升的秘密究竟是什么呢？让我们观察一下热气球的构造和热气球上升的过程，看看能不能找到答案。 出示课件：热气球的构成。
2、热气球由气囊、喷火装置、吊篮这么多部分组成，吊篮里还有人，它的重量会怎样？（重）那它为什么还能上升呢？让我们再来看看热气球上升的过程看看能不能发现热气球上升的原因呢？ 播放热气球上升的过程视频。 3、现在请你们来讨论一下热气球上升的秘密究竟是什么。 4、分组讨论。 5、汇报讨论结果。 相机引导： ——你认为是热空气使热气球上升的，依据是什么？ ——热气球上面的大气囊里面有什么？（生：空气） ——它的下方为什么要留个大圆口？（生：往里喷火） ——为什么在气球下方悬挂喷火装置？它的作用又是什么？（生：往里喷火，加热里面的空气） ——点火之后，气囊里面空气的温度会有什么变化呢？ 板书：热空气 师：空气受热之后，它会有什么变化吗？请大家回想一下热气球放飞前后气囊是怎样变化的？ 生：慢慢变大（膨胀） 师：气囊变大（膨胀）的原因是什么？（空气受热后体积膨胀）（板书：体积膨胀） 师：空气受热体积膨胀，我们看到热气球就升起来了，请你们想一想：这是什么原因？（热空气比冷空气轻）板书：轻 6、小结：通过以上的分析，大家认为空气受热后，体积膨胀，重量变轻，就会上升。（板书：上升） 三、模拟实验，验证猜想。 1、我们的猜想有道理吗？热空气真的会上升吗？（板书：？）那我们要做一个模拟热气球上升的实验来验证一下！ 2、请大家思考以下几个问题： （1）根据老师给你准备的材料，你认为可以用什么当作热气球的气囊？用什么代替热气球的喷火装置呢？ （2）怎样进行实验？实验中我们要观察什么现象？什么现象能说明热空气真的会上升？ （3）实验中还需要注意哪些问题呢？ 3、生讨论、交流。
工程热力学习题集 一、填空题 1．能源按使用程度和技术可分为 能源和 能源。 2．孤立系是与外界无任何 和 交换的热力系。 3．单位质量的广延量参数具有 参数的性质，称为比参数。 4．测得容器的真空度48V p KPa =，大气压力MPa p b 102.0=，则容器内的绝对压力为 。 5．只有 过程且过程中无任何 效应的过程是可逆过程。 6．饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域，位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态：未饱和水 饱和水 湿蒸气、 和 。 7．在湿空气温度一定条件下，露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越 、水蒸气含量越 ，湿空气越潮湿。（填高、低和多、少） 8．克劳修斯积分 /Q T δ?? 为可逆循环。 9．熵流是由 引起的。 10．多原子理想气体的定值比热容V c = 。 11．能源按其有无加工、转换可分为 能源和 能源。 12．绝热系是与外界无 交换的热力系。 13．状态公理指出，对于简单可压缩系，只要给定 个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。 14．测得容器的表压力75g p KPa =，大气压力MPa p b 098.0=，则容器内的绝对压力为 。 15．如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使 都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。 16．卡诺循环是由两个 和两个 过程所构成。 17．相对湿度越 ，湿空气越干燥，吸收水分的能力越 。（填大、小） 18．克劳修斯积分 /Q T δ?? 为不可逆循环。 19．熵产是由 引起的。 20．双原子理想气体的定值比热容p c = 。 21、基本热力学状态参数有：（ ）、（ ）、（ ）。 22、理想气体的热力学能是温度的（ ）函数。 23、热力平衡的充要条件是：（ ）。 24、不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量，叫做（ ）。 25、卡诺循环由（ ）热力学过程组成。 26、熵增原理指出了热力过程进行的（ ）、（ ）、（ ）。 31.当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时，该热力系为_______。 32.在国际单位制中温度的单位是_______。
各位同学：以下为《工程热力学B 》复习题，如有问题，请到办公室答疑。 第一章 基本概念 1.如果容器中气体压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持不变。（ 错 ） 2.压力表读值发生变化,说明工质的热力状态也发生了变化。 ( 错 ) 3.由于准静态过程都是微小偏离平衡态的过程，故从本质上说属于可逆过程。 （ 错 ） 4.可逆过程一定是准静态过程,而准静态过程不一定是可逆过程。( 对 ) 5. 比体积v 是广延状态参数。( 对 ) 6. 孤立系的热力状态不能发生变化。 （ 错 ） 7. 用压力表可以直接读出绝对压力值。 （ 错 ） 8. 处于平衡状态的热力系，各处应具有均匀一致的温度和压力。（ 错 ） 9. 热力系统的边界可以是固定的，也可以是移动的；可以是实际存在的，也可以是假想的。 （ 对 ） 10. 可逆过程是不存在任何能量损耗的理想过程。 （对 ） 11.经历了一个不可逆过程后，工质就再也不能回复到原来的初始状态了。 （ 错 ） 12. 物质的温度越高，则所具有的热量越多。（ 错 ） 1. 能源按其有无加工、转换可分为 一次 能源和 二次 能源。 2. 在火力发电厂蒸汽动力装置中，把实现 热 能和机械能 能相互转化的 工作物质就叫做 工质 。 3. 按系统与外界进行物质交换的情况，热力系统可分为 开口系 和 闭口系 两大类。 4. 决定简单可压缩系统状态的独立状态参数的数目只需 2 个。 5. 只有 平衡 状态才能用参数坐标图上的点表示，只有 可逆 过程才能用参数 坐标图上的连续实线表示。 6. 绝热系是与外界无 热量 交换的热力系。 7. 孤立系是指系统与外界既无 能量 交换也无 质量 交换的热力系。 8. 测得容器的表压力75g p KPa =，大气压力MPa p b 098.0=，容器内的绝对压力 173 kPa 。 6.热力系在不受外界影响的条件下，系统的状态能够始终保持不变，这种状态称为(平 准静态过程满足下列哪一个条件时为可逆过程 C 。A 做功无压差； B 传热无温差； C 移动无摩擦； D 上述任一个都可。 2.下列说法中正确的是：1 （1）可逆过程一定是准平衡过程
3．5 典型例题 例题3－１ 某电厂有三台锅炉合用一个烟囱，每台锅炉每秒产生烟气733 m （已折算成标准状态下的体积），烟囱出口出的烟气温度为100C ?，压力近似为101.33kPa ，烟气流速为30m/s 。求烟囱的出口直径。 解 三台锅炉产生的标准状态下的烟气总体积流量为 烟气可作为理想气体处理，根据不同状态下，烟囱内的烟气质量应相等，得出 因p =0p ，所以 烟囱出口截面积 32V 299.2m /s 9.97m q A = == 烟囱出口直径 3.56m 讨论 在实际工作中，常遇到“标准体积”与“实际体积”之间的换算，本例就涉及到此问题。又例如：在标准状态下，某蒸汽锅炉燃煤需要的空气量3V 66000m /h q =。若鼓风机送入的热空气温度为1250C t =?，表压力为g120.0kPa p =。当时当地的大气压里为b 101.325kPa p =，求实际的送风量为多少？ 解 按理想气体状态方程，同理同法可得 而 1g1b 20.0kPa 101.325kPa 121.325kPa p p p =+=+= 故 33V1101.325kPa (273.15250)K 66000m 105569m /h 121.325kPa 273.15kPa q ?+=?=? 例题３－２ 对如图３－９所示的一刚性容器抽真空。容器的体积为30.3m ，原先容 器中的空气为0.1MPa ，真空泵的容积抽气速率恒定为30.014m /min ，在抽气工程中容器内温度保持不变。试求： （１） 欲使容器内压力下降到0.035MPa 时，所需要的抽气时间。 （２） 抽气过程中容器与环境的传热量。 解 （１）由质量守恒得 即 所以 V d d q m m V τ-= （３） 一般开口系能量方程 由质量守恒得 out d d m m =- 又因为排出气体的比焓就是此刻系统内工质的比焓，即out h h =。利用理想气体热力性质得
工程热力学例题 1.已知一闭口系统沿a c b途径从状态a变化到状态b时，吸入热量80KJ/kg，并对外做功 30KJ/Kg。(1)、过程沿adb进行，系统对外作功10KJ/kg，问系统吸热多少? (2)、当系统沿曲线从b返回到初态a、外界对系统作功20KJ/kg，则系统 与外界交换热量的方向和大小如何? (3)、若ua=0，ud=40KJ/Kg，求过程ad和db的吸热量。 解：对过程acb，由闭口系统能量方程式得： （1）、对过程adb闭口系统能量方程得： （2）、对b-a过程，同样由闭口系统能量方程得： 即，系统沿曲线由b返回a时，系统放热70KJ/Kg。 (3)、当ua=0，ud=40KJ/Kg，由ub-ua=50KJ/Kg，得ub=50KJ/Kg，且： （定容过程过程中膨胀功wdb=0） 过程ad闭口系统能量方程得： 过程db闭口系统能量方程得： 2. 安静状态下的人对环境的散热量大约为400KJ/h，假设能容纳2000人的大礼堂的通风系统坏了：（1）在通风系统出现故障后的最初20min内礼堂中的空气内能增加多少？（2）把礼堂空气和所有的人考虑为一个系统，假设对外界没有传热，系统内能变化多少？如何解释空气温度的升高。 解：（1）热力系：礼堂中的空气。(闭口系统)根据闭口系统能量方程 因为没有作功故W=0；热量来源于人体散热；内能的增加等于人体散热， （2）热力系：礼堂中的空气和人。(闭口系统)根据闭口系统能量方程 因为没有作功故W=0；对整个礼堂的空气和人来说没有外来热量， 所以内能的增加为0。空气温度的升高是人体的散热量由空气吸收，导致的空气内能增加。 3. 空气在某压气机中被压缩。压缩前空气的参数是p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg；压缩后的参数是p2=0.8MPa，v2=0.175m3/kg。假定空气压缩过程中，1kg空气的热力学能增加146KJ，同时向外放出热量50KJ，压气机每分钟产生压缩空气10kg。求： （1）压缩过程中对每公斤气体所做的功； （2）每生产1kg的压缩空气所需的功； （3）带动此压气机至少需要多大功率的电动机？ 分析：要正确求出压缩过程的功和生产压缩气体的功，必须依赖于热力系统的正确选取，及对功的类型的正确判断。压气机的工作过程包括进气、压缩和排气3个过程。在压缩过程中，进、排气阀门均关闭，因此此时的热力系统式闭口系统，与外界交换的功是体积变化功w。 要生产压缩气体，则进、排气阀要周期性地打开和关闭，气体进出气缸，因此气体与外界交换的功为轴功ws。又考虑到气体动、位能的变化不大，可忽略，则此功也是技术功wt。 （1）解：压缩过程所做的功，由上述分析可知，在压缩过程中，进、排气阀均关闭，因此取气缸中的气体为热力系统，如图（a）所示。由闭口系统能量方程得：
冷源吸热，则 S sio ( 2.055 2.640 0)kJ/K 0 所以此循环能实现。 效率为 c 1 T 2 1 303K 68.9% c T 1 973K 而欲设计循环的热效率为 800kJ 1 60% c 2000 kJ c 即欲设计循环的热效率比同温度限间卡诺循环的低，所以循环 可行。 （２）若将此热机当制冷机用，使其逆行，显然不可能进行，因为根据上面的分析，此 热机循环是不可逆循环。当然也可再用上述３种方法中的任一种，重新判断。 欲使制冷循环能从冷源吸热 800kJ ，假设至少耗功 W min ， 4． 4 典型例题精解 ４.４ .１ 判断过程的方向性，求极值 例题 ４－１ 欲设计一热机， 使之能从温度为 973K 的高温热源吸热 2000kJ ，并向温 度为 303K 的冷源放热 800kJ 。（１）问此循环能否实现？（２）若把此热机当制冷机用，从 冷源吸热 800K ，能否可能向热源放热 2000kJ ？欲使之从冷源吸热 800kJ,至少需耗多少功？ 解 （１）方法１：利用克劳修斯积分式来判断循环是否可行。如图４－ 5a 所示。 Q |Q 1| |Q 2| 2000kJ -800kJ = -0.585kJ/K <0 T r T 1 T 2 973K 303K 所以此循环能实现，且为不可逆循环。 方法２：利用孤立系统熵增原理来判断循环是否可行。如图４－ 源、冷源及热机组成，因此 5a 所示，孤立系由热 S iso S H S L S E S E 0 a ） 式中： 和分别为热源及冷源的熵变； 原来状态，所以 为循环的熵变，即工质的熵变。因为工质经循环恢复到 而热源放热，所以 S E b ） S H |Q 1 | T 1 2000kJ 2. 055 k J/ K 973K c ） S L |Q 2 | T 2 800kJ 2. 640kJ/K 303K d ） 将式（ b ）、（ c ）、（d ） 代入式（ a ），得 方法３：利用卡诺定理来判断循环是否可行。若在 T 1和T 2 之间是一卡诺循环，则循环 W t |Q 1 | |Q 1 | |Q 2| |Q 1| 根据孤立系统熵增原理，此时，
热气球上升的秘密 教学目标： 1、知道科学探究要从提出问题开始，能将自己的研究结果与已有的科学结论进行比较；能提出进行科学探究的大致思路；能用简单的器材进行实验并做记录。 2、积极查阅资料，关心新科技、新发明对生活等问题的重大影响；意识到要用学到的科学知识改善科学。 3、学生能感知热空气的存在，知道空气受热后体积膨胀，比同体积的冷空气轻，会上升的性质。 教学重点：1、热气球上升的原理。2、热空气的应用。 教学难点：热空气比冷空气轻，会上升。 活动准备： 大塑料袋、纸蛇、风车、酒精棉、火柴、蒸发皿、实验记录表、课件等。 教学过程： 一、出示录像，提出问题 1、老师今天给大家带来一段录像，想不想看？好，我们一起来欣赏一下。 （播放热气球录像。）在这段视频中，你看到了什么？ 2、学生答：热气球。 3、关于热气球，你有哪些了解？（生汇报自己的了解） 教师讲述并提出问题：是呀，这些年来，热气球在航空、体育和娱乐活动等方面有着广泛的应用，看到这些五彩斑斓、形态各异的热气球，同学们，你们有什么感兴趣的问题吗? 4、学生畅所欲言： (预设) 生1：“气球里装的是什么?为什么会在空中飞来飞去?” 生2：“我能不能让气球也升上天呢?” 生3：为什么叫热气球? 生4：热气球下面为什么有火? 生5：热气球为什么会上升? 5、教师小结：刚才我们看了这段视频后，同学们提出了这么多有关热气球的问题，看来咱们的同学真是爱动脑筋爱探究的孩子。
今天这节课，就让我们带着这些问题一起去探究热气球上升的秘密吧!(板书课题) 二、观察结构，推理猜想 刚才在视频中我们看到热气球在空中飞来飞去，同学们也提出了一个很重要的问题：热气球为什么能够升到空中呢？要想探究其中的原因，首先我们要了解热气球的构造。现在请同学们观察一下热气球的构造，看看能不能找到答案。 出示课件：热气球的构成。 热气球由气囊、喷火装置、吊篮这么多部分组成，吊篮里还有人，它的重量会怎样？（重）那它为什么还能上升呢？让我们再来看看热气球上升的过程看看能不能发现热气球上升的原因呢？ 播放热气球上升的过程视频。 看完了热气球上升的过程，现在请同学们再讨论讨论，猜想一下热气球上升的秘密究竟是什么？ 学生以小组为单位讨论。 汇报讨论结果。哪个小组先来说一说你们的猜想？热气球为什么能上升？ 【是热空气让热气球升起来的。】你认为是热空气使热气球上升的，哪里的热空气？（气囊里的）你认为大气囊里面装的是空气？为什么会是热的空气呢？（因为从喷火装置里向里喷火，里面的空气就热了）你观察的真仔细，往里面喷火后，空气的温度会有什么变化呢？（温度变高了，变热了）就变成了热空气了，对吗？ 板书：热空气 师：空气受热变成热空气之后，它会有什么变化吗？请大家回想一下热气球放飞前后气囊是怎样变化的？生：慢慢变大（膨胀） 师：气囊变大（膨胀）的原因是什么？是气囊自己变大的吗？（不是）是什么变大了才让气囊变大了？（空气）也就是说空气受热后体积膨胀了，才让气囊变大了，是吗？同学们认为（空气受热后体 积膨胀）（板书：体积膨胀） 空气受热体积膨胀，我们看到热气球就升起来了，请你们想一想：这是什么原因？（热空气比冷空气轻。） 同学们想一想，生活中什么样的物体容易上升？（轻的物体）当
欢迎阅读 工程热力学例题 1.已知一闭口系统沿a c b 途径从状态a 变化到状态b 时，吸入热量80KJ/kg ，并对外做功 30KJ/Kg 。 (1)、过程沿adb 进行，系统对外作功10KJ/kg ，问系统吸热多少? (2)、当系统沿曲线从b 返回到初态a 、外界对系统作功20KJ/kg ， 则系统与外界交换热量的方向和大小如何? (3)、若ua=0，ud=40KJ/Kg ，求过程ad 和db 的吸热量。 解：对过程acb ，由闭口系统能量方程式得： （1（2(3) wdb=0 ） 2. （2 3. ，同（1（2（3及对进、排气阀门均关闭，因此此时的热力系统式闭口系统，与外界交换的功是体积变化功w 。 要生产压缩气体，则进、排气阀要周期性地打开和关闭，气体进出气缸，因此气体与外界交换的功为轴功ws 。又考虑到气体动、位能的变化不大，可忽略，则此功也是技术功wt 。 （1）解：压缩过程所做的功，由上述分析可知，在压缩过程中，进、排气阀均关闭，因此取气缸中的气体为热力系统，如图（a ）所示。由闭口系统能量方程得： （2）生产压缩空气所需的功，选气体的
进出口、气缸内壁及活塞左端面所围空间为热力系统，如（b）图虚线所示，由开口系统能量方程得： （3）电动机的功率: 4. 某燃气轮机装置如图所示，已知压气机进口处空气的比焓h1=290kJ/kg。经压缩后空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg，在截面2处空气和燃料的混合物以cf2=20m/s的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，使工质吸入热量q=670kJ/kg。燃烧后燃气进入喷管绝热膨胀到状态3`， h3`=800kJ/kg，流速增加到cf3`，此燃气进入动叶片，推动转轮回转作功。若燃气在动叶片 中的热力状态不变，最后离开燃气轮机的速度 cf4=100m/s，若空气流量为100kg/s，求： （1）压气机消耗的功率为多少？ （2 （3 （4 （5 由 增 （2 （3 因 5．，设 × × 焓变：△h=cp△T=k△u=1.4×8=11.2×10^3J 熵变：△s= =0.82×10^3J/(kg·K ) 6. 某可逆机同时与温度为T1=420K、T2=630K、T3=840K的三个热源连接，如下图所示。假定在一个循环中从T3热源吸取1260KJ的热量，对外做功210KJ。求：热机与其它两个热源交换的热量大小及方向和各热源熵变？ 解：设Q1、Q2方向如图所示，由热机循环工作,可知： 即 又由热力学第一定律可知：
青岛版小学科学四上13课《热气球上升的秘密》教学设计
小学科学《热气球上升的秘密》 教案设计 一、课前准备： 蜡烛、打火机、纸蛇、纸杯、小纸条、杠杆尺及支架、平底烧瓶、水槽、热水、气球、实验记录表、课件等。 二、教学目标 科学素养方面： 1、知道科学探究要从提出问题开始，能将自己的研究结果与已有的科学结论进行比较；能提出进行科学探究的大致思路；能用简单的器材进行实验并做记录。 2、积极查阅资料，关心新科技、新发明对生活等问题的重大影响；意识到要用学到的科学知识改善科学。 3、学生能感知热空气的存在，知道空气受热后体积膨胀，比同体积的冷空气轻，会上升的性质。 教育教学方面： 1、培养学生发现问题、提出问题、勇于探究解决问题的良好习惯。 2、激发学生热爱科学、探索科学奥秘的热情。 3、培养学生的想象能力、思维能力、语言表达能力。 三、本课教材分析 当我们看到五彩缤纷的热气球在空中飞舞的时候，学生会产生浓厚的兴趣，并在脑子里冒出一个个小问号：“气球里装的是什么？为
什么会在空中飞来飞去？”“我能不能让气球也升上天空呢？”本课在学生认识了空气存在的基础上，进一步拓宽有关空气的知识，指导学生通过观察、实验、制作，认识到空气受热以后体积膨胀、体重减轻、会上升的性质，同时了解热空气在生活中的应用。 四、教学方法 实验探究法、观察法 五、教学过程 （一）、导入新课 师：同学们，今天老师给大家带来一段视频，你们想看吗？我们一起欣赏一下，播放视频： 师：刚才老师发现大家看得很投入，谁能说说你都看到了些什么？想到了什么？你有什么问题吗？ 谈话：同学们真爱动脑筋，提出了这么多有关热气球的问题。这节课我们就先来研究：热气球上升的秘密，好吗？板书课题：热气球上升的秘密 （二）、猜想与假设 师：请同学们猜一猜，点火后，热气球为什么会升起来？请同学们先在小组内交流自己的想法。 （学生小组讨论，交换意见和想法） 师：哪个小组先来说说你们的想法？ 生：认为点火后会产生热气，热气会把热气球顶上去。 生：我们认为点火后会产生向上的风，风会把热气球吹到天上。
13 热气球上升的秘密 教学目标： 科学探究 1、知道科学探究要从提出问题开始，能将自己的研究结果与已有的科学结论进行比较；能提出进行探究活动的大致思路；能用简单的器材进行实验并记录； 2、会查阅书刊及其他信息源。 科学知识 指导学生空气受热后体积膨胀，热空气比同体积的冷空气轻，会上升的性质。情感、态度与价值观 1、积极查阅资料，关心新科技、新发明对生活等问题的重大影响； 2、意识到要用学到的科学知识改善生活。 教学重点： 热空气上升的原理；热空气的应用 教学难点： 热空气比冷空气要轻 教学用具准备： 大塑料袋（薄）、三脚架、火柴、酒精棉球、坩埚、镊子、湿抹布、纸蛇，多媒体课件、酒精灯、走马灯。 教学过程： 一、视频导疑、提出问题： 师：（出示图片）同学们认识这是什么吗？ 生：热气球。
师：对，这就是热气球，这些年来热气球在航空、体育、娱乐等方面有着广泛的应用，国际上每年还有热气球比赛呢！现在就让我们一起来欣赏一下吧！ 生欣赏视频 师：欣赏了视频之后，关于热气球，你有什么感兴趣的问题提出来？ 学生提出感兴趣的问题。 师：同学们真爱动脑筋，提出了很多有关热气球的问题。从同学们的提问中可以看出很多同学都想知道热气球为什么会上升，我们这节课就一起来研究《热气球上升的秘密》（师板书课题） 二、调动生活经验，大胆猜想 师：同学们，根据你平时的生活经验，你认为热气球上升的原因是什么？请同学们大胆猜想一下！ 生猜测：点火后有热气，热气会把热气球顶上去。 为什么这样猜测？在生活中你见过类似的情景吗？ （1、让学生明白猜测也是需要依据的；2、唤起学生的一些生活感知，比如：刚出笼的馒头热气腾腾，烟囱的烟向上冒出……） 三、小组实验，揭示原理 1、师：同学们的生活经验还真丰富，并且更够进行大胆的猜想。只有猜想行不行？ 生：不行！ 师：有了猜想还要怎么办？ 生：做实验进行验证。 师：对，实验是我们探究问题的最重要工具，那么我们今天就模拟一下热气球上升的实验。
例1.1：已知甲醇合成塔上压力表的读数150kgf/cm 2，这时车间内气压计上的读数为780mmHg 。试求合成塔内绝对压力等于多少kPa ？ 14819kPa 例1.2：在通风机吸气管上用U 型管压力计测出的压力为300mmH 2O ，这时气压计上的读数750mmHg 。 试：（1）求吸气管内气体的绝对压力等于多少kPa ？ 103kPa （2）若吸气管内的气体压力不变，而大气压下降至735mmHg ，这时U 型管压力计的读数等于多少？ 504mmH 2O 例1.3：某容器被一刚性壁分成两部分，在容器的不同部位安装有压力计，如图所示。压力表A 、C 位于大气环境中，B 位于室Ⅱ中。设大气压力为97KPa ： （1）若压力表B 、表C 的读数分别为75kPa 、0.11MPa ，试确定压力 表A 上的读数及容器两部分内气体的绝对压力； p A =35kPa ， p Ⅰ=207kPa ， p Ⅱ=132kPa （2）若表C 为真空计，读数为24kPa ，压力表B 的读数为36kPa ，试 问表A 是什么表？读数是多少？ A 为真空计，且p A =60kPa 例1.4：判断下列过程中哪些是①可逆的②不可逆的③不确定是否可逆的，并扼要说明不可逆的原因。 （1）对刚性容器内的水加热，使其在恒温下蒸发；是不确定的。 （2）对刚性容器内的水作功，使其在恒温下蒸发；是不可逆的。 （3）对刚性容器中的空气缓慢加热。使其从50℃升温到100℃。是不确定的。 （4）一定质量的空气，在无摩擦、不导热的汽缸和活塞中被缓慢压缩。是可逆的。 （5）50℃的水流与25℃的水流绝热混合。是不可逆的。 例2.1：如图所示，某种气体工质从状态1（p 1、V 1）可逆地膨胀到状态2 （p 2、V 2）。膨胀过程中： （a ）工质的压力服从p=a-bV ，其中a 、b 为常数； （b ）工质的pV 值保持恒定为p 1V 1 试：分别求两过程中气体的膨胀功。 答案：（a ）()()2221212 b W a V V V V =-- -；（b ）2111ln V W p V V = 例2.2：如图所示，一定量气体在气缸内体积由0.9m 3可逆地膨胀到1.4m 3， 过程中气体压力保持定值，且p=0.2MPa ，若在此过程中气体内能增加 12000J ，试求：