第10讲 机械能与内能的相互转化 ---2024年人教版九年级物理暑假班衔接班

第10讲 机械能与内能的相互转化 [学习目标] 1. 了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义 2. 知道常见的热机——内燃机工作过程及其在历史、现实生活中的应用实例； 3. 从能量转化的角度认识燃料的热值； 4. 通过能量的转化和转移，进一步认识效率的概念。 一、改变内能的另一种形式——做功 1．内能的改变：改变物体内能的方法有热传递和做功；热传递是能量的转移，做功是能量的转化。这两种方法对改变物体内能是等效的。 2．做功：外界对物体做功，物体的内能会增大(例如：摩擦生热)；物体对外做功，物体内能会减小(例如：通过活塞向盛有水的烧瓶里打气，当活塞从瓶口跳起时，烧瓶中出现“白雾”)。实质：能量从一种形式的能(其它形式的能)转化为另一种形式的能(内能)。 3．热传递：只要物体之间或同一物体的不同部分间存在着温度差，就会发生热传递，直到温度变得相同(即没有温度差)为止。物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减小。 二、热机种类 热机：利用内能做功的机械叫热机。 1．热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。 2．内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。 三、内燃机的工作原理 1．汽油机工作原理 ①汽油机：四冲程汽油机的结构—汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。 ②内燃机活塞在汽缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 四冲程内燃机包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 吸气冲程—靠惯性运动，吸进汽油与空气的混合物； 压缩冲程—外界对气体做功，机械能转化为内能，气体温度升高； 做功冲程—化学能转化为内能，气体温度升高，气体对外做功，内能转化为机械能； 排气冲程—靠惯性运动，排出废气。 ③在单缸四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环，每个工作循环曲轴转2周，活塞上下往复2次，做功1次。 ④在这四个冲程中只有做功冲程是燃气对活塞做功，而其它三个冲程(吸气冲程、压缩冲程和排气冲程)是依靠飞轮的惯性来完成的。压缩冲程将机械能转化为内能。做功冲程是由内能转化为机械能。 2．柴油机工作原理 ①柴油机：四冲程柴油机的结构—汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、喷油嘴。 ②柴油机的工作过程与汽油机几乎一样，但有三个区别：1)吸气冲程：汽油机吸进的是汽油和空气的混合物，柴油机吸进的仅仅是空气；2)压缩冲程：汽油机压缩的是汽油和空气的混合物，汽油机压缩的仅仅是空气；3)做功冲程： ③汽油机用火花塞点火，柴油机用喷油嘴喷油。 四、热机的效率 1．热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫热机的效率。热机的效率是热机性能的一个重要指标。公式： 2．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。 注意：热机能量的损失：①燃料未完全燃烧(完全燃烧条件：充足空气，研磨成细颗粒)； ②废气排出带走能量(废气的利用)；③克服磨擦，消耗能量(使用润滑剂，减小摩擦)。 五、热值 1．热值(q)：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫热值；热值单位是：J/kg。 2．燃料燃烧放出热量：Q放 ＝mq； Q放 是燃料放出的热量，单位是J； q 是热值，单位是J/kg； m 是质量，单位是kg 对于热值的概念，要注重理解三个关键词：“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是指燃料的质量，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值；某种燃料是指热值与燃料的种类有关；完全燃烧意思是燃料要完全烧尽，否则1kg燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。 3．热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小；也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种上类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。 六、能量守恒定律： 1．能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。 2．能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。 考点一：改变物体内能的另一种方式——做功 1．对物体做功 甲 乙 丙 丁 （1）将铁丝快速弯折多次,用手指触摸一下弯折处,我们会发现弯折处温度较高,这说明我们对铁丝做功铁丝的内能增加,温度升高 （2）将一个铁钉用铁锤反复敲打,一段时间后被敲打的铁钉很烫,这说明我们对铁钉做功,铁钉的内能增加,温度升高 （3）用如图甲所示的空气压缩引火仪进行实验我们通过活塞对筒内的封闭气体做功,气体的内能增加,温度升高,当达到棉花的着火点时,棉花燃烧了 （4）如图乙所示,将刀在磨刀石上来回迅速摩擦,人克服摩擦做功,则刀和磨刀石的温度升高,说明它们的内能增加了。 以上实验说明,我们对物体做功时,消耗的机械能转化为内能,使物体的内能增加，温度升高。 2．物体对外做功 试管内装一些水，放在火上加热，使水沸腾，水蒸气会把木塞顶起来，水蒸气瞬间变成白气，说明物体的内能转化为了机械能，温度降低。 归根到底：做功是改变物体内能的一种方式 物体对外做功（如爆炸、膨胀）内能→机械能 外力对物体做功（如弯折、压缩、敲打、摩擦）机械能→内能 考点二：热机 （1）一种将内能（燃料产生的高温、高压燃气）转化为机械能的装置。 （2）汽油机工作循环 ①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入汽油和空气的混合气； ②压缩冲程：进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，活塞压缩缸内气体，气体温度升高，活塞的机械能转化为压缩气体的内能，当活塞运动到顶端时，混合气体温度达到最高； ③做功冲程：进气门关闭，排气门关闭，当活塞在顶端时，火花塞点火，汽油燃烧，产生高温高压的燃气，对活塞做功，活塞向下运动，气体的内能转化为活塞的机械能； ④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，排出燃烧后的废气。 冲程名称 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 气门开、关情况 只有一个气门（进气门）打开 两个气门都关闭 两个气门都关闭 只有一个气门（排气门）打开 活塞的运动方向 向下运动 向上运动 向下运动 向上运动 能量的转化情况 机械能转化成内能 内能转化成机械能 示意图 注意：冲程是指活塞从汽缸的一端运动到另一端。 （3）汽油机和柴油机的不同处 项目 构造 吸入气缸的物质 点燃方式 效率 汽油机 气缸顶部有一个火花塞 空气和汽油混合物 点燃式 效率较低 柴油机 气缸顶部有一个喷油嘴 空气 压燃式 效率较高 考点三：燃料的热值 1．探究不同燃料的放热能力 【实验器材】铁架台、烧杯、玻璃棒、温度计、酒精灯、石棉网 【实验设计】 如图所示,用天平测出质量为10g的煤油和10g的菜籽油分别放入燃烧皿中,点燃后,给两个完全相同的烧杯和质量、温度相同的水加热,待煤油和菜籽油充分燃烧后分别记录水的温度 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 温度变化/℃ 10g煤油 10g菜籽油 【实验方法】 ①转换法 将吸收热量的多少转化为温度计示数的变化 ②控制变量法 控制相同的被加热条件、燃料的质量相等 【实验分析】质量相等的煤油和菜籽油充分燃烧，水温的变化不同，燃烧煤油使水的温度变化较大 【实验结论】质量相等的不同燃料，在完全燃烧时放出的热量一般是不相等的。 2．燃料的热值： （1）定义：燃料完全燃烧放出的热量与燃烧的质量(固体、液体)或体积(气体)之比，用q表示 （2）定义式： (固体、液体)或 （3）单位：J/kg或J/m3 （4）物理意义：单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量。 （5）热值是燃料的属性，与质量、体积、是否完全燃烧无关，与燃料的种类有关。不同燃料的热值一般不同。 3．燃料燃烧放热的计算 公式： (固体、液体)或 (气体) 考点四：热效率 1．加热效率 （1）有效利用的热量与燃料完全燃烧释放的总能量的比值,就是热效率。 （2）公式：或。 2．热机效率 （1）热机效率：热机工作时,用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,叫作热机效率 （2）公式： ①热机所做的有用功W有用往往是热机对外的牵引力F使得热机在水平方向上通过一定的距离s，当匀速运动时，牵引力F与阻力f相等，于是有； ②是燃料燃烧放出的热量或，所以热机效率公式可变形为：或。 （3）能量损失的原因 如图所示是内燃机的能量流向图,燃料燃烧产生的内能,相当大一部分被废气带走,只有很少一部分转化为有用的机械能,所以热机效率一般都很低 （4）提高热机效率的途径 ①使燃料充分燃烧;②尽量减少各种热损失;③在热机的设计和制造上,采用先进技术;④注意保养,保持机械部件良好的润滑,减少因克服摩擦阻力而消耗的能量 典型一：改变内能的两种方式 【例1】如图所示，某同学探究物体对外做功时能量的转化情况。他利用酒精灯给试管和水加热如图（a），当水沸腾后，水蒸气会把瓶塞“冲”出去如图（b），在研究过程中发现，如将瓶塞塞的紧一些，酒精灯对试管和水的加热时间会长一些，瓶塞被“冲”出去的距离会远一些如图（ ）。 （1）观察图（a）和图（b）或图（a）和图（c），在水蒸气把瓶塞“冲”出去的过程中，水蒸气对瓶塞 _______________，在此过程中，能量的转化情况是 _________________________________； （2）分析比较图（b）和图（c）的实验现象，可以得出初步结论：________________________。 【例2】煲汤沸腾时，锅盖不断被水蒸气顶起而发生“跳动”，在此过程中，涉及到的有关物理现象表述不正确的是（ ） A．温度越高，水分子运动越剧烈，就有越多的水分子“外逃”到空气中 B．锅盖“跳动”过程的能量转化与内燃机的做功冲程相似 C．煲汤过程中，主要是通过热传递的方式改变内能的 D．汤沸腾时比沸腾前的温度高，含有的热量多 【变式1】如图所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，迅速压下活塞，观察到硝化棉燃烧起来。在下压活塞的过程中，下列说法正确的是（ ） A．气体的内能转化为活塞的机械能 B．筒内气体温度降低 C．筒内气体的内能不变 D．活塞对筒内气体做了功 【变式2】古代人们常用钻木取火，下列情况改变内能方式与其不同的是（ ） A．甲图：冬天搓手取暖 B．乙图：小朋友溜滑梯臀部发热 C．丙图：热鸡蛋放在冷水中冷却 D．丁图：压缩空气使其内能增大 典型二：热机及应用 【例1】下列选项中，称为热机的是（ ） A．冰箱压缩机 B．风扇电动机 C．水力发电机 D．燃油汽车发动机 【例2】如图所示是四冲程汽油机的其中一个冲程剖面图，下列描述正确的是（ ） A．吸气冲程中，只有汽油被吸入汽缸 B．压缩冲程中，通过做功的方式使汽缸内气体的内能减小 C．做功冲程中，燃料释放的能量少部分转化为机械能 D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的极少部分 【变式1】关于汽油机和柴油机的区别，下列说法中你认为不妥的是（ ） A．柴油机比汽油机费用低廉，但比较笨重 B．柴油机吸入汽缸的是空气，汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物 C．汽油机的汽缸顶部有喷油嘴，柴油机的顶部有火花塞 D．在做功冲程中，柴油机的点火方式是压燃式，汽油机的点火方式是点燃式 【变式2】一台单缸四冲程汽油机，当飞轮转速是2400r/min时，它每秒钟对外做功___________次；做功冲程是将___________转化为机械能。 典型三：热值实验：探究不同燃料的放热能力 【例1】小王和小明利用如图两套装置探究①“不同物质吸热升温的现象”以及②“不同燃料充分燃烧放热的现象”，液体和燃料的质量以及种类根据实验的需要和方便进行正确选取。 （1）在组装器材时应先调节 ___________（选填“A”或“B”）的高度；两个实验中都要控制 ___________（选填“燃料”或“杯中液体”）质量相等； （2）在探究“不同物质吸热升温”的特点时，物质吸热的多少是通过 ___________反映的；在探究“燃料燃烧放出的热量”燃料放热多少是通过 ___________来反映的（填写序号）； A．温度计上升的示数 B．加热时间 （3）两个实验都需要的器材是温度计、___________。 【例2】图甲所示装置可探究“不同物质吸热升温现象”，图乙所示装置可比较“不同燃料燃烧放出的热量”，对比两套实验装置，容器中被加热物质的质量都需要相同的是____________（填图号，下同）；热源燃料的质量都要相同是___________；必须用到实验器材天平、温度计和秒表的是_____________。 典型四：加热效率 【例1】某家庭用的燃气热水器，将20kg的水从10℃加热到60℃，完全燃烧了0.21m3的煤气。已知水的比热容为4.2×103J/(kg•℃)，煤气的热值为4×107J/m3。试求： （1）煤气完全燃烧放出的热量是多少？ （2）水吸收的热量是多少？ （3）该热水器烧水的效率是多少？ 【例2】人类发展史也是利用燃料的历史，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的_____________(选填“热值”“热量”或“温度”)不同，完全燃烧0.28m2的天然气可放出_______________J的热量，这些热量若全部被水吸收，可让____________kg的水温度升高20°C[已知天然气热值q=3.0×107J/m3，水的比热容c = 4.2× 103 J/(kg．°C)]。 典型五：热机效率 【例1】2020年初，新冠肺炎肆虐，武汉封城，全国各地纷纷伸出援助之手。如图所示，常熟某热心菜农用自重M=15000kg的货车将m=5000kg的蔬菜运往千里之外的湖北武汉。该货车在平直公路上匀速行驶时受到的阻力是总重力的0.02倍，每行驶100km需消耗燃油30kg、已知燃油的热值q=5×107J/kg，g=10N/kg。求： (1)货车受到的阻力大小； (2)货车匀速行驶100km发动机牵引力所做的功； (3)货车发动机的效率。（结果保留1位小数） 【例2】小明家新买了一辆以汽油为燃料的小汽车。细心的小明发现行驶的速度不同时，耗油量不同。当小汽车以90km/h的速度匀速行驶时最省油，此时发动机的功率为25kW，发动机的效率为30%。若小汽车以最省油的速度行驶270km，求在此过程中： （1） 汽车受到的阻力。 （2） 汽车牵引力做的功。 （3） 消耗汽油的质量（汽油的热值q汽=4.5×107J/kg）。 1. 如图四个实验中的能量转化方式与汽油机的做功冲程相同的是（ ） A．滚摆向下运动 B．电火花发生器点火后将盒盖顶出 C．向下压缩空气引火仪 D．酒精灯加热杯中冷水 2. 下列关于内能、热量等说法正确的是()。 A．汽油机的做功冲程中机械能转化为内能； B．端午节粽叶飘香是扩散现象； C．烧水是通过做功的方式改变水的内能； D．物体温度越高，含有的热量越多 3. 小红对学习过的汽油机和柴油机进行了比较，其中说法错误的是（ ） A．它们都有四个冲程 B．它们都可以将内能转化为机械能 C．它们安装有火花塞 D．它们都是靠做功冲程来提供动力 4. 下图为汽油机工作时的四个冲程，能使汽车获得动力的冲程是（ ） A．B．C． D． 5. 如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，不是靠飞轮惯性完成的冲程是() A． B． C． D． 6. 关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（ ） A．没有燃烧的燃料，热值等于零 B．燃料完全燃烧时，它的热值最大 C．燃料的热值与质量和燃烧状态无关 D．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多 7. 关于热机效率，下列说法中正确的是（ ） A．热机效率越高，即热机做的有用功越多 B．热机单位时间内耗费的燃料少，效率一定高 C．要提高热机效率，就要尽量减少各种能量损失，并且要保证良好的润滑 D．通过技术改进，热机效率可达100% 8. 热机的效率是热机性能的重要指标，如图所示是热机的能量流向图，则热机的效率等于（ ） A．×100% B．×100% C．×100% D．×100% 9. 使用清洁能源天然气有助于国家提出的2060年前实现碳中和的目标。某同学家使用天然气热水器，平均每天需将质量为100kg的水从18℃加热到58℃，水吸收的热量为 _____________J，若天然气完全燃烧放出热量的70%被水吸收，则热水器平均每天消耗天然气 _________m3[c水=4.2×103J/(kg•℃)，q天然气= 4.0× 107J/m3]。 10. 已知汽油的热值为4.6×107J/kg，表示的意思是______________________，完全燃烧50g汽油所释放的热量是__________________J，若发动机获得的机械能是9.2×105J，该发动机的效率是______________。若在使用中汽油不完全燃烧，则它的热值______________（选填“变大”“变小”或“不变”）。 11. 如图所示，该冲程为汽油机的________冲程，其中飞轮的转速为3600r/min。则这台汽油机活塞在1s内对外做功________次，共完成了________个冲程。 12. 用天然气灶将一壶质量为2kg、初温为5℃的水加热到55℃，消耗了16g天然气。已知水的比热容为，天然气的热值为4.2×107J/kg，则天然气完全燃烧放出的热量为___________J，水吸收的热量为___________J，天然气灶烧水的效率为___________%。 13. 油电混合动力汽车是新型节能汽车。这种汽车在内燃机启动时给车提供动力，同时也给动力蓄电池组充电。已知某混合动力汽车所用蓄电池能够储存的最大电能是1.9×108J，若该车以90km/h的车速匀速直线行驶20min，此时所受阻力f大小为900N，蓄电池组的电能增加了最大电能的10%，内燃机共消耗燃油2kg。（q油=4.6×107J/kg）则： （1）该汽车此次行驶中，若燃油完全燃烧可放出多少热量？ （2）该汽车行驶中牵引力做功的功率是多少？ （3）该汽车内燃机的效率是多大？ 1. 如图所示，吹气球时，气球没握住飞跑了！捡起气球会发现之的嘴部温度变低了，该过程与内燃机四冲程中相同的是（ ） A． B． C． D． 2. 小汽车已成为大多数家庭出行代步的工具，其发动机大多数为汽油机，下列有关汽油机的说法正确的是()。 A．汽油机的吸气冲程吸入的是空气 B．汽油机的效率一般比柴油机的效率高 C．汽油机的点火方式是压燃式 D．汽油机的压缩冲程是把机械能转化为内能 3. 为培养学生动手能力，提高物理学科素养，金初九年级物理社团李老师在社团课中带领学生们制作了水火箭，如图是某水火箭的简易原理图。使用打气筒向水火箭内不断打气，当内部气体压强增大到一定程度时，会使水从水火箭中向下喷出，从而使水火箭升空。结合材料，你认为以下说法错误的是（ ） A．利用打气筒向水火箭内打气的过程，水火箭中空气的内能在增大 B．使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的压缩冲程相同 C．水火箭加速升空阶段机械能在增大 D．水向下喷出会使水火箭升空是由于力的作用是相互的 4. 糖炒板栗是人们冬季喜爱的美食。如图所示，在炒板栗时常要在锅中放入一些砂石，关于糖炒板栗，下列说法正确的是（ ） A．炒板栗时，锅中的沙子升温快是因为沙子的比热容大 B．炒板栗的过程主要是通过做功的方式使板栗内能增大的 C．板栗炸裂时的能量转化与汽油机做功冲程的能量转化相同 D．板栗香气的浓烈程度与板栗的温度无关 5. 某单缸四冲程汽油机的飞轮转速是2400r/min，下列关于该汽油机的说法正确的是（ ） A．1min完成吸气冲程2400次 B．1min完成2400个冲程 C．1s完成20个工作循环 D．1s对外做功40次 6. 2023年5月30日，长征二号F遥十六运载火箭搭载神舟十六号载人飞船成功发射（如图）。火箭使用一种叫做偏二甲肼的液体燃料，是因为该燃料具有较大的（ ） A．热值 B．比热容 C．密度 D．体积 7. 关于温度、内能、热量、热值和比热容，下列说法正确的是（ ） A．温度高的物体内能大 B．物体吸收热量，温度不一定升高 C．燃料燃烧越充分，放出的热量越多，燃料的热值越大 D．水的比热容较大，相同情况下加热水和沙子，水的温度升高得快 8. 将装有少量乙醚的薄壁金属管固定于桌面，用皮塞塞紧，来回快速拉动缠在金属管外的皮绳。可观察到皮塞从管口飞出，如图所示。此过程中，皮绳对金属管做功，使其温度升高；并通过_________方式使管内密闭气体的内能增大；温度升高的气体迅速膨胀，于是气体推出皮塞，气体的内能转化为皮塞的_______ 。 8 9 9. 如图是一个叫“空气火箭”的玩具，当用力击打气包时，气包内的空气会迅速的把“火箭”发射出去。这一过程中，是气包内气体的 ______能转化为“火箭”的________，气包内的气体对外做功其温度将 _______。 10. 如图所示是发动机采用循环流动的水进行了冷却，这是利用水的____________ 较大的特性，发动机工作时，利用燃气的内能获得 ____________能，这一转换是在做功冲程中实现的。若水箱中装有10kg的水，水温上升10℃，水吸收的热量为__________________J。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）] 11. 如图是飞机在高空飞行时产生的尾迹云。其产生的原因是发动机中的燃料燃烧后产生大量的水蒸气，喷出的水蒸气在高空遇到冷空气放热________________（物态变化名称），在此过程是水蒸气的内能________。喷气式发动机________（填“是”或“不是”）热机。 12. 随着人们生活水平的提高，轿车已逐步进入普通家庭。若某轿车以的功率在平直公路上以的速度匀速行驶的路程，消耗了汽油（1L=1dm3）。（已知汽油的密度为、热值为，水的比热容为4.2103J/(kg C)。求： (1)轿车行驶的时间； (2)轿车做的功； (3)这些汽油完全燃烧所产生的热量； (4)汽油机的效率（保留整数）； (5)如果汽油完全燃烧产生的热量中有被水箱中的7kg的水吸收，能使水的温度大约升高多少？ 13. 空气能热水器是通过吸收空气中的热量来制造热水的“热量搬运”装置。其工作原理是：空气能热水器在工作时，吸收空气中的能量Q，消耗的电能为W，通过热交换使水吸收的热量为Q吸，即Q吸=Q+W，所以它的热效率（即）可以达到300%~600%。已知某型号空气能热水器的热效率为500%，电功率为1400W，当用此热水器将100kg的水从20℃加热到60℃时[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），干木柴的热值为1.4×107J/kg]。求： （1）水吸收的热量； （2）水吸收的热量相当于完全燃烧多少千克的干木柴所释放的热量； （3）空气能热水器完成上述加热过程所用的时间。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第10讲 机械能与内能的相互转化 [学习目标] 1. 了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义 2. 知道常见的热机——内燃机工作过程及其在历史、现实生活中的应用实例； 3. 从能量转化的角度认识燃料的热值； 4. 通过能量的转化和转移，进一步认识效率的概念。 一、改变内能的另一种形式——做功 1．内能的改变：改变物体内能的方法有热传递和做功；热传递是能量的转移，做功是能量的转化。这两种方法对改变物体内能是等效的。 2．做功：外界对物体做功，物体的内能会增大(例如：摩擦生热)；物体对外做功，物体内能会减小(例如：通过活塞向盛有水的烧瓶里打气，当活塞从瓶口跳起时，烧瓶中出现“白雾”)。实质：能量从一种形式的能(其它形式的能)转化为另一种形式的能(内能)。 3．热传递：只要物体之间或同一物体的不同部分间存在着温度差，就会发生热传递，直到温度变得相同(即没有温度差)为止。物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减小。 二、热机种类 热机：利用内能做功的机械叫热机。 1．热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。 2．内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。 三、内燃机的工作原理 1．汽油机工作原理 ①汽油机：四冲程汽油机的结构—汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。 ②内燃机活塞在汽缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 四冲程内燃机包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 吸气冲程—靠惯性运动，吸进汽油与空气的混合物； 压缩冲程—外界对气体做功，机械能转化为内能，气体温度升高； 做功冲程—化学能转化为内能，气体温度升高，气体对外做功，内能转化为机械能； 排气冲程—靠惯性运动，排出废气。 ③在单缸四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环，每个工作循环曲轴转2周，活塞上下往复2次，做功1次。 ④在这四个冲程中只有做功冲程是燃气对活塞做功，而其它三个冲程(吸气冲程、压缩冲程和排气冲程)是依靠飞轮的惯性来完成的。压缩冲程将机械能转化为内能。做功冲程是由内能转化为机械能。 2．柴油机工作原理 ①柴油机：四冲程柴油机的结构—汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、喷油嘴。 ②柴油机的工作过程与汽油机几乎一样，但有三个区别：1)吸气冲程：汽油机吸进的是汽油和空气的混合物，柴油机吸进的仅仅是空气；2)压缩冲程：汽油机压缩的是汽油和空气的混合物，汽油机压缩的仅仅是空气；3)做功冲程： ③汽油机用火花塞点火，柴油机用喷油嘴喷油。 四、热机的效率 1．热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫热机的效率。热机的效率是热机性能的一个重要指标。公式： 2．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。 注意：热机能量的损失：①燃料未完全燃烧(完全燃烧条件：充足空气，研磨成细颗粒)； ②废气排出带走能量(废气的利用)；③克服磨擦，消耗能量(使用润滑剂，减小摩擦)。 五、热值 1．热值(q)：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫热值；热值单位是：J/kg。 2．燃料燃烧放出热量：Q放 ＝mq； Q放 是燃料放出的热量，单位是J； q 是热值，单位是J/kg； m 是质量，单位是kg 对于热值的概念，要注重理解三个关键词：“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是指燃料的质量，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值；某种燃料是指热值与燃料的种类有关；完全燃烧意思是燃料要完全烧尽，否则1kg燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。 3．热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小；也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种上类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。 六、能量守恒定律： 1．能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。 2．能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。 考点一：改变物体内能的另一种方式——做功 1．对物体做功 甲 乙 丙 丁 （1）将铁丝快速弯折多次,用手指触摸一下弯折处,我们会发现弯折处温度较高,这说明我们对铁丝做功铁丝的内能增加,温度升高 （2）将一个铁钉用铁锤反复敲打,一段时间后被敲打的铁钉很烫,这说明我们对铁钉做功,铁钉的内能增加,温度升高 （3）用如图甲所示的空气压缩引火仪进行实验我们通过活塞对筒内的封闭气体做功,气体的内能增加,温度升高,当达到棉花的着火点时,棉花燃烧了 （4）如图乙所示,将刀在磨刀石上来回迅速摩擦,人克服摩擦做功,则刀和磨刀石的温度升高,说明它们的内能增加了。 以上实验说明,我们对物体做功时,消耗的机械能转化为内能,使物体的内能增加，温度升高。 2．物体对外做功 试管内装一些水，放在火上加热，使水沸腾，水蒸气会把木塞顶起来，水蒸气瞬间变成白气，说明物体的内能转化为了机械能，温度降低。 归根到底：做功是改变物体内能的一种方式 物体对外做功（如爆炸、膨胀）内能→机械能 外力对物体做功（如弯折、压缩、敲打、摩擦）机械能→内能 考点二：热机 （1）一种将内能（燃料产生的高温、高压燃气）转化为机械能的装置。 （2）汽油机工作循环 ①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入汽油和空气的混合气； ②压缩冲程：进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，活塞压缩缸内气体，气体温度升高，活塞的机械能转化为压缩气体的内能，当活塞运动到顶端时，混合气体温度达到最高； ③做功冲程：进气门关闭，排气门关闭，当活塞在顶端时，火花塞点火，汽油燃烧，产生高温高压的燃气，对活塞做功，活塞向下运动，气体的内能转化为活塞的机械能； ④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，排出燃烧后的废气。 冲程名称 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 气门开、关情况 只有一个气门（进气门）打开 两个气门都关闭 两个气门都关闭 只有一个气门（排气门）打开 活塞的运动方向 向下运动 向上运动 向下运动 向上运动 能量的转化情况 机械能转化成内能 内能转化成机械能 示意图 注意：冲程是指活塞从汽缸的一端运动到另一端。 （3）汽油机和柴油机的不同处 项目 构造 吸入气缸的物质 点燃方式 效率 汽油机 气缸顶部有一个火花塞 空气和汽油混合物 点燃式 效率较低 柴油机 气缸顶部有一个喷油嘴 空气 压燃式 效率较高 考点三：燃料的热值 1．探究不同燃料的放热能力 【实验器材】铁架台、烧杯、玻璃棒、温度计、酒精灯、石棉网 【实验设计】 如图所示,用天平测出质量为10g的煤油和10g的菜籽油分别放入燃烧皿中,点燃后,给两个完全相同的烧杯和质量、温度相同的水加热,待煤油和菜籽油充分燃烧后分别记录水的温度 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 温度变化/℃ 10g煤油 10g菜籽油 【实验方法】 ①转换法 将吸收热量的多少转化为温度计示数的变化 ②控制变量法 控制相同的被加热条件、燃料的质量相等 【实验分析】质量相等的煤油和菜籽油充分燃烧，水温的变化不同，燃烧煤油使水的温度变化较大 【实验结论】质量相等的不同燃料，在完全燃烧时放出的热量一般是不相等的。 2．燃料的热值： （1）定义：燃料完全燃烧放出的热量与燃烧的质量(固体、液体)或体积(气体)之比，用q表示 （2）定义式： (固体、液体)或 （3）单位：J/kg或J/m3 （4）物理意义：单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量。 （5）热值是燃料的属性，与质量、体积、是否完全燃烧无关，与燃料的种类有关。不同燃料的热值一般不同。 3．燃料燃烧放热的计算 公式： (固体、液体)或 (气体) 考点四：热效率 1．加热效率 （1）有效利用的热量与燃料完全燃烧释放的总能量的比值,就是热效率。 （2）公式：或。 2．热机效率 （1）热机效率：热机工作时,用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,叫作热机效率 （2）公式： ①热机所做的有用功W有用往往是热机对外的牵引力F使得热机在水平方向上通过一定的距离s，当匀速运动时，牵引力F与阻力f相等，于是有； ②是燃料燃烧放出的热量或，所以热机效率公式可变形为：或。 （3）能量损失的原因 如图所示是内燃机的能量流向图,燃料燃烧产生的内能,相当大一部分被废气带走,只有很少一部分转化为有用的机械能,所以热机效率一般都很低 （4）提高热机效率的途径 ①使燃料充分燃烧;②尽量减少各种热损失;③在热机的设计和制造上,采用先进技术;④注意保养,保持机械部件良好的润滑,减少因克服摩擦阻力而消耗的能量 典型一：改变内能的两种方式 【例1】如图所示，某同学探究物体对外做功时能量的转化情况。他利用酒精灯给试管和水加热如图（a），当水沸腾后，水蒸气会把瓶塞“冲”出去如图（b），在研究过程中发现，如将瓶塞塞的紧一些，酒精灯对试管和水的加热时间会长一些，瓶塞被“冲”出去的距离会远一些如图（ ）。 （1）观察图（a）和图（b）或图（a）和图（c），在水蒸气把瓶塞“冲”出去的过程中，水蒸气对瓶塞 _______________，在此过程中，能量的转化情况是 _________________________________； （2）分析比较图（b）和图（c）的实验现象，可以得出初步结论：________________________。 【答案】     做功     内能转化为机械能     物体对外做功时，内能越大，转化的机械能越多 【详解】 （1）[1][2]在水蒸气把瓶塞“冲”出去的过程中，水蒸气推动瓶塞运动，对瓶塞做功，水蒸气的内能转化为瓶塞的机械能。 （2）[3]图（c）和图（b）相比，将瓶塞塞的紧一些，酒精灯对试管和水的加热时间会长一些，水蒸气具有的内能更大，瓶塞被“冲”出去的距离会远，说明瓶塞获得的机械能变多，则可得出结论，物体对外做功时，内能越大，转化的机械能越多。 【例2】煲汤沸腾时，锅盖不断被水蒸气顶起而发生“跳动”，在此过程中，涉及到的有关物理现象表述不正确的是（ ） A．温度越高，水分子运动越剧烈，就有越多的水分子“外逃”到空气中 B．锅盖“跳动”过程的能量转化与内燃机的做功冲程相似 C．煲汤过程中，主要是通过热传递的方式改变内能的 D．汤沸腾时比沸腾前的温度高，含有的热量多 【答案】D 【解析】 A．分子的热运动与温度有关，温度越高，水分子运动越剧烈，就有越多的水分子“外逃”到空气中，故A正确，不符合题意； B．锅盖“跳动”时，水蒸气对锅盖做功，将内能转化为机械能；内燃机的做功冲程中，也是内能转化为机械能，二者的能量转化相同，故B正确，不符合题意； C．做功和热传递可以改变物体的内能，煲鸡汤过程中，主要是通过热传递的方式改变内能的，故C正确，不符合题意； D．鸡汤沸腾时比沸腾前的温度高，但不能说其含有热量多，因为热量是一个过程量，故D错误，符合题意。 故选D。 【变式1】如图所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，迅速压下活塞，观察到硝化棉燃烧起来。在下压活塞的过程中，下列说法正确的是（ ） A．气体的内能转化为活塞的机械能 B．筒内气体温度降低 C．筒内气体的内能不变 D．活塞对筒内气体做了功 【答案】D 【解答】解：ABC、下压活塞时，活塞对筒内的空气做功，机械能转化为空气的内能，使气体的内能增加、温度升高，当温度升高达到棉花的着火点时，筒内棉花燃烧起来，故ABC错误； D、活塞下压挤压空气，压缩空气体积，对空气做了功，故D正确。 故选：D。 【变式2】古代人们常用钻木取火，下列情况改变内能方式与其不同的是（ ） A．甲图：冬天搓手取暖 B．乙图：小朋友溜滑梯臀部发热 C．丙图：热鸡蛋放在冷水中冷却 D．丁图：压缩空气使其内能增大 【答案】C 【解答】解：钻木取火时，克服摩擦做功，机械能转化为内能，属于通过做功改变物体的内能； A、冬天搓手时，克服摩擦做功，机械能转化为内能，属于通过做功改变物体的内能，故A不符合题意； B、小朋友溜滑梯臀部发热，这是通过做功的方式来改变内能，故B不符合题意； C、热鸡蛋放在冷水中冷却，是冷水从热鸡蛋吸收热量，使热鸡蛋内能减小，是通过热传递改变内能的，故C符合题意； D、将活塞迅速下压，活塞对筒内空气做功，使其内能增大，温度升高，达到硝化棉的燃点，是通过做功改变内能的，故D不符合题意。 故选：C。 典型二：热机及应用 【例1】下列选项中，称为热机的是（ ） A．冰箱压缩机 B．风扇电动机 C．水力发电机 D．燃油汽车发动机 【答案】D 【详解】 AB．热机是指将蒸汽或燃气的内能转化为机械能的机器，冰箱压缩机、风扇电动机都是利用电能工作的，将电能转化为机械能，所以不是热机，故AB不符合题意； C．水力发电机是将水的机械能转化为电能，不是热机，故C不符合题意； D．燃油汽车发动机是利用燃气的内能转化为机械能的机器，属于热机，故D符合题意。 故选D。 【例2】如图所示是四冲程汽油机的其中一个冲程剖面图，下列描述正确的是（ ） A．吸气冲程中，只有汽油被吸入汽缸 B．压缩冲程中，通过做功的方式使汽缸内气体的内能减小 C．做功冲程中，燃料释放的能量少部分转化为机械能 D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的极少部分 【答案】C 【详解】 A．汽油机在吸气冲程中，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汽缸，故A错误； B．在压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，气体的内能变大，此过程是机械能转化为内能的过程，故B错误； C．在做功冲程中，燃料燃烧释放的内能大部分需要克服摩擦、发生热传递而散失，只有一少部分转化为机械能，故C正确； D．在排气冲程中，废气带走了燃料释放的大部分能量，故D错误。 故选C。 【变式1】关于汽油机和柴油机的区别，下列说法中你认为不妥的是（ ） A．柴油机比汽油机费用低廉，但比较笨重 B．柴油机吸入汽缸的是空气，汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物 C．汽油机的汽缸顶部有喷油嘴，柴油机的顶部有火花塞 D．在做功冲程中，柴油机的点火方式是压燃式，汽油机的点火方式是点燃式 【答案】C 【详解】 A．柴油机是压燃式，压缩比较充分，故比较笨重，柴油比汽油费用低廉，故柴油机比汽油机费用低廉，故A正确，不符合题意； B．在吸气冲程，柴油机吸入汽缸的只是空气，喷油嘴喷出汽油，汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物，故B正确，不符合题意； C．柴油机和汽油机的结构不同：柴油机的汽缸顶部是喷油嘴，汽油机的顶部有火花塞，故C错误，符合题意； D．汽油机的点火方式是点燃式，柴油机的点火方式是压燃式，柴油机压缩更加充分，热机效率更高，故D正确，不符合题意。 故选C。 【变式2】一台单缸四冲程汽油机，当飞轮转速是2400r/min时，它每秒钟对外做功___________次；做功冲程是将___________转化为机械能。 【答案】 20 内能 【详解】 [1]汽油机的飞轮每转2转，会对外做功1次，已知该飞轮转速为 故每秒钟飞轮转动40转，对外做功20次。 [2]做功冲程中，燃料燃烧产生的高温高压气体推动活塞运动，将内能转化为了机械能。 典型三：热值实验：探究不同燃料的放热能力 【例1】小王和小明利用如图两套装置探究①“不同物质吸热升温的现象”以及②“不同燃料充分燃烧放热的现象”，液体和燃料的质量以及种类根据实验的需要和方便进行正确选取。 （1）在组装器材时应先调节 ___________（选填“A”或“B”）的高度；两个实验中都要控制 ___________（选填“燃料”或“杯中液体”）质量相等； （2）在探究“不同物质吸热升温”的特点时，物质吸热的多少是通过 ___________反映的；在探究“燃料燃烧放出的热量”燃料放热多少是通过 ___________来反映的（填写序号）； A．温度计上升的示数 B．加热时间 （3）两个实验都需要的器材是温度计、___________。 【答案】 ①. A ②. 杯中液体 ③. B ④. A ⑤. 天平 【详解】（1）[1]因实验中需要用酒精灯的外焰加热，故在组装器材时应先调节A的高度。 [2]两个实验中都要用控制变量法，需要控制杯中液体质量相等。 （2）[3]在探究“不同物质吸热升温”的特点时，由转换法，物质吸热的多少是通过加热时间反映的，故B符合题意，A不符合题意。 故选B。 [4]在探究“燃料燃烧放出的热量“实验中，要用不同的燃料，加热质量相同的同种液体，根据Q吸=cmΔt，液体升温越高，则燃料放出的热量越多，故在探究“燃料燃烧放出的热量”燃料放热多少是通过温度计上升的示数来反映的，故A符合题意，B不符合题意。 故选A。 （3）[5]探究不同物质吸热升温的现象时应控制质量和初温相同，比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量时需要控制燃料的质量相同，根据液体升高的温度来比较燃料热值的大小，两个实验都需要的实验器材是天平。 【例2】图甲所示装置可探究“不同物质吸热升温现象”，图乙所示装置可比较“不同燃料燃烧放出的热量”，对比两套实验装置，容器中被加热物质的质量都需要相同的是____________（填图号，下同）；热源燃料的质量都要相同是___________；必须用到实验器材天平、温度计和秒表的是_____________。 【答案】 ①. 甲、乙 ②. 乙 ③. 甲 【详解】[1]甲装置采用相同的热源给不同的物质加热，用于探究“不同物质吸热升温现象”，被加热的沙子与水的质量应相同；图乙所示装置用不同的燃料加热相同的物质，可比较“不同燃料燃烧放出的热量”，要控制被加热的水的质量相同。 [2]甲装置中采用相同的燃料，只需加热时间相同，燃料的质量可以不同；乙装置中要控制热源的质量相同，使相同质量的燃料完全燃烧，通过观察水温度升高的多少得出热源放出燃料的多少，比较得出热源的热值大小。 [3]甲装置要测量沙子、水的质量，沙子与水上升的温度，沙子与水加热的时间，必须用到实验器材天平、温度计和秒表；乙装置中需要测量水、酒精、碎纸片的质量，水升高的温度，则要用到天平、温度计。 典型四：加热效率 【例1】某家庭用的燃气热水器，将20kg的水从10℃加热到60℃，完全燃烧了0.21m3的煤气。已知水的比热容为4.2×103J/(kg•℃)，煤气的热值为4×107J/m3。试求： （1）煤气完全燃烧放出的热量是多少？ （2）水吸收的热量是多少？ （3）该热水器烧水的效率是多少？ 【答案】（1）8.4×106J；（2）4.2×106J；（3）50% 【详解】解：（1）煤气完全燃烧放出的热量 Q放=Vq=0.21m3×4×107J/kg=8.4×106J （2）水吸收的热量 Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg•℃)×20kg×(60-10)℃=4.2×106J （3）该热水器的烧水效率 答：（1）煤气完全燃烧放出的热量是8.4×106J； （2）水吸收的热量是4.2×106J； （3）该热水器烧水的效率是50%。 【例2】人类发展史也是利用燃料的历史，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的_____________(选填“热值”“热量”或“温度”)不同，完全燃烧0.28m2的天然气可放出_______________J的热量，这些热量若全部被水吸收，可让____________kg的水温度升高20°C[已知天然气热值q=3.0×107J/m3，水的比热容c = 4.2× 103 J/(kg．°C)]。 【答案】热值；；100。 【解析】[1] 单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，它表示燃料的放热本领强弱，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的热值不同。 [2]完全燃烧0.28m2的天然气可放出的热量； [3]水的质量。 典型五：热机效率 【例1】2020年初，新冠肺炎肆虐，武汉封城，全国各地纷纷伸出援助之手。如图所示，常熟某热心菜农用自重M=15000kg的货车将m=5000kg的蔬菜运往千里之外的湖北武汉。该货车在平直公路上匀速行驶时受到的阻力是总重力的0.02倍，每行驶100km需消耗燃油30kg、已知燃油的热值q=5×107J/kg，g=10N/kg。求： (1)货车受到的阻力大小； (2)货车匀速行驶100km发动机牵引力所做的功； (3)货车发动机的效率。（结果保留1位小数） 【答案】(1)4000N；(2)；(3)26.7% 【详解】(1)货车的总重力 因为货车受到的阻力是总重力的0.02倍，则货车受到的阻力 (2)货车在平直公路上匀速行驶，受到的牵引力与摩擦力是一对平衡力，则有 则货车匀速行驶100km发动机牵引力所做的功 (3)每行驶100km需消耗燃油30kg，则 燃油完全燃烧提供的热量为 货车发动机的效率 【例2】小明家新买了一辆以汽油为燃料的小汽车。细心的小明发现行驶的速度不同时，耗油量不同。当小汽车以90km/h的速度匀速行驶时最省油，此时发动机的功率为25kW，发动机的效率为30%。若小汽车以最省油的速度行驶270km，求在此过程中： （1） 汽车受到的阻力。 （2） 汽车牵引力做的功。 （3） 消耗汽油的质量（汽油的热值q汽=4.5×107J/kg）。 【答案】（1）1000N；（2）2.7×108J；（3）20kg 【详解】解：（1）汽车匀速行驶，汽车受到的阻力与牵引力平衡，二者大小相等，阻力为 （2）汽车通过270km需要时间为 牵引力做的功为 （3）汽油完全燃烧放出的热量为 消耗的汽油质量为 答：（1）汽车受到的阻力为1000N； （2）汽车牵引力做的功为； （3）需消耗汽油20kg。 1. 如图四个实验中的能量转化方式与汽油机的做功冲程相同的是（ ） A．滚摆向下运动 B．电火花发生器点火后将盒盖顶出 C．向下压缩空气引火仪 D．酒精灯加热杯中冷水 【答案】B 【解析】 汽油机在做功冲程将内能转化为机械能。 A．滚摆向下运动，动能增加，重力势能减小，所以是重力势能转化为动能的过程，故A不符合题意； B．电火花发生器点火后将盒盖顶出，此时燃气的内能转化为机械能，故与汽油机的做功冲程能量转化方式相同，故B符合题意； C．向下压缩空气引火仪，压缩空气做功，将机械能转化为内能，故C不符合题意； D．酒精灯加热杯中冷水，这是通过热传递的方式改变内能的，故D不符合题意。故选B。 2. 下列关于内能、热量等说法正确的是()。 A．汽油机的做功冲程中机械能转化为内能； B．端午节粽叶飘香是扩散现象； C．烧水是通过做功的方式改变水的内能； D．物体温度越高，含有的热量越多 【答案】B。 【解析】A．汽油机的做功冲程中是将内能转化为机械能，故A错误； B．端午节粽叶飘香是由于分子在做不停息地无规则运动导致的扩散现象，故B正确； C．烧水的过程中，水吸收热量，内能增大，是通过热传递的方式改变水的内能，故C错误； D．热量是一个过程量，只能说“吸收”(或“放出”)了多少热量，不能用“含有”、“具有”等词，故D错误。故选B。 3. 小红对学习过的汽油机和柴油机进行了比较，其中说法错误的是（ ） A．它们都有四个冲程 B．它们都可以将内能转化为机械能 C．它们安装有火花塞 D．它们都是靠做功冲程来提供动力 【答案】C 【解析】 汽油机在吸气冲程中吸入了汽油和空气的混合气体，在压缩冲程中，机械能转化为内能，内能增大，温度升高，汽油机气缸顶端有个火花塞，此时火花塞喷出电火花，点燃汽油，产生高温高压的燃气推动活塞做功。而柴油机在吸气冲程中吸入空气，在压缩冲程中，机械能转化为内能，空气的内能增大，温度升高达到柴油的着火点，柴油机气缸顶端有个喷油嘴，此时喷油嘴喷出雾状的柴油，柴油依靠压缩时内能增大，温度升高，达到柴油着火点而燃烧，点燃方式是压燃式，燃烧产生高温高压的燃气推动活塞做功；柴油机的压缩比例更大，温度更高，做功越多，效率越高。故据上分析可得出，汽油机和柴油机工作的共同特点是：都有四个冲程；在做功冲程中都是将内能转化为机械能，它们都是靠做功冲程来提供动力。故ABD正确，不符合题意；C错误，符合题意。 故选C。 4. 下图为汽油机工作时的四个冲程，能使汽车获得动力的冲程是（ ） A．B．C． D． 【答案】B 【解析】 使汽车获得动力的冲程是做功冲程，这一冲程中，将内能转化为机械能。 A．进气门开启，气体流入汽缸，是吸气冲程，故A不符合题意； B．两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，故B符合题意； C．排气门开启，气体流出汽缸，是排气冲程，故C不符合题意； D．两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，故D不符合题意。 故选B。 5. 如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，不是靠飞轮惯性完成的冲程是() A． B． C． D． 【答案】B 【解析】在汽油机的四个冲程中只有做功冲程对外做功，其他三个冲程都是靠飞轮的惯性完成的。 A图：排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，不符合题意； B图：两气门都关闭，活塞向下运行，火花塞点火，气缸容积增大，是做功冲程，符合题意； C图：两气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，不符合题意； D图：进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，不符合题意。 6. 关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（ ） A．没有燃烧的燃料，热值等于零 B．燃料完全燃烧时，它的热值最大 C．燃料的热值与质量和燃烧状态无关 D．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多 【答案】C 【解析】ABC．热值是燃料自身的一种属性，大小与燃料的质量、温度、燃烧情况无关，故AB错误，C正确； D．根据公式Q=mq可知，燃料燃烧放出的热量多少与燃料的热值、燃料的质量有关，与燃烧时的温度无关，故D错误。故选C。 7. 关于热机效率，下列说法中正确的是（ ） A．热机效率越高，即热机做的有用功越多 B．热机单位时间内耗费的燃料少，效率一定高 C．要提高热机效率，就要尽量减少各种能量损失，并且要保证良好的润滑 D．通过技术改进，热机效率可达100% 【答案】C 【解析】A．热机的效率可知，热机的效率由两个因素决定，即消耗相同的燃料，热机效率越高的，热机做的有用功多，故A错误； B．热机单位时间内耗费的燃料少，如果做的有用功也非常少，那么热机效率也不一定高，故B错误； C．要提高热机效率，就要尽量减少各种能量损失，并且要保证良好的润滑，故C正确； D．由于燃料燃烧释放的热量不能全部转化为机器的有用功，总有能量损耗，所以热机效率总小于100%，故D错误。故选C。 8. 热机的效率是热机性能的重要指标，如图所示是热机的能量流向图，则热机的效率等于（ ） A．×100% B．×100% C．×100% D．×100% 【答案】B 【解析】 E1是总热量，E2、E3、E5属于损失的热量，E4为有用功，故热机的效率为 或者为 故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B 9. 使用清洁能源天然气有助于国家提出的2060年前实现碳中和的目标。某同学家使用天然气热水器，平均每天需将质量为100kg的水从18℃加热到58℃，水吸收的热量为 _____________J，若天然气完全燃烧放出热量的70%被水吸收，则热水器平均每天消耗天然气 _________m3[c水=4.2×103J/(kg•℃)，q天然气= 4.0× 107J/m3]。 【答案】     1.68×107     0.6 【解析】 [1]水吸收的热量 Q吸=c水mΔt=4.2×103J/(kg•℃)×100kg×(58℃-18℃)=1.68×107J [2]由得，需要天然气放出的热量 由Q放=qV可得，天然气的体积 10. 已知汽油的热值为4.6×107J/kg，表示的意思是______________________，完全燃烧50g汽油所释放的热量是__________________J，若发动机获得的机械能是9.2×105J，该发动机的效率是______________。若在使用中汽油不完全燃烧，则它的热值______________（选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】     1kg汽油完全燃烧时放出的热量是4.6×107J     2.3×106     40%     不变 【解析】 [1]汽油的热值4.6×107J/kg，它表示的物理意义是：1kg汽油完全燃烧时放出的热量是4.6×107J。 [2]完全燃烧50g汽油所释放的热量 Q放＝m汽油q汽油＝50×10-3kg×4.6×107J/kg=2.3×106J [3]发动机的效率 [4]燃料的热值是燃料本身的一种特性，它的大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量、放出热量多少以及燃烧情况无关，所以它的热值不变。 11. 如图所示，该冲程为汽油机的________冲程，其中飞轮的转速为3600r/min。则这台汽油机活塞在1s内对外做功________次，共完成了________个冲程。 【答案】     做功     30     120 【解析】 [1]图中气门都关闭，活塞向下运行，是做功冲程。 [2][3]四冲程汽油机的飞轮转速为3600r/min，即飞轮每秒钟转60圈，飞轮每转两圈做一次功，完成四个冲程，则活塞在1s内对外做功30次，完成120个冲程。 12. 用天然气灶将一壶质量为2kg、初温为5℃的水加热到55℃，消耗了16g天然气。已知水的比热容为，天然气的热值为4.2×107J/kg，则天然气完全燃烧放出的热量为___________J，水吸收的热量为___________J，天然气灶烧水的效率为___________%。 【答案】     6.72×105     4.2×105     62.5 【解析】 [1]天然气的质量 这些天然气完全燃烧放出的热量 [2]水吸收的热量 [3]天然气灶烧水的效率 13. 油电混合动力汽车是新型节能汽车。这种汽车在内燃机启动时给车提供动力，同时也给动力蓄电池组充电。已知某混合动力汽车所用蓄电池能够储存的最大电能是1.9×108J，若该车以90km/h的车速匀速直线行驶20min，此时所受阻力f大小为900N，蓄电池组的电能增加了最大电能的10%，内燃机共消耗燃油2kg。（q油=4.6×107J/kg）则： （1）该汽车此次行驶中，若燃油完全燃烧可放出多少热量？ （2）该汽车行驶中牵引力做功的功率是多少？ （3）该汽车内燃机的效率是多大？ 【答案】（1）9.2×107J；（2）2.25×104W；（3）50% 【解析】 解：（1）燃油完全燃烧放出的热量为 Q放=mq油=4.6×107J/kg×2kg=9.2×107J （2）由得，通过的路程为 s=vt=90km/h×20×h=30km=3×104m 因为汽车匀速直线行驶，所以牵引力 F=f=900N 汽车行驶中牵引力所做的功为 W=Fs=900N×3×104m=2.7×107J 牵引力做功的功率为 （3）蓄电池增加的电能 W′=1.9×108J×10%=1.9×107J 汽车内燃机的效率为 答：（1）该汽车此次行驶中，若燃油完全燃烧可放出9.2×107J的热量； （2）该汽车行驶中牵引力做功的功率为2.25×104W； （3）该汽车内燃机的效率是50% 1. 如图所示，吹气球时，气球没握住飞跑了！捡起气球会发现之的嘴部温度变低了，该过程与内燃机四冲程中相同的是（ ） A． B． C． D． 【答案】C 【解答】解：气球内的气体向外喷出，气体对外做功，气体的内能转化成球的机械能，球内气体的温度降低，汽油机的做功冲程中也是将内能转化为机械能，二者的能量转化情况相同； A中两个气门关闭、活塞上行，为压缩冲程；B中排气门打开，为排气冲程；C中两个气门关闭、活塞下行，为做功冲程；D中进气门打开，为吸气冲程，故C正确。 故选：C。 2. 小汽车已成为大多数家庭出行代步的工具，其发动机大多数为汽油机，下列有关汽油机的说法正确的是()。 A．汽油机的吸气冲程吸入的是空气 B．汽油机的效率一般比柴油机的效率高 C．汽油机的点火方式是压燃式 D．汽油机的压缩冲程是把机械能转化为内能 【答案】D。 【解析】A．汽油机的吸气冲程吸入的是空气和汽油的混合物，故A错误； B．柴油机是压燃式，一般是柴油机的效率高，故B错误； C．汽油机的点火方式是用火花塞点火，故C错误； D．汽油机的压缩冲程中，活塞向上运动，压缩空气和汽油的混合物，混合物内能增大，温度升高，是把机械能转化为内能，故D正确。故选D。 3. 为培养学生动手能力，提高物理学科素养，金初九年级物理社团李老师在社团课中带领学生们制作了水火箭，如图是某水火箭的简易原理图。使用打气筒向水火箭内不断打气，当内部气体压强增大到一定程度时，会使水从水火箭中向下喷出，从而使水火箭升空。结合材料，你认为以下说法错误的是（ ） A．利用打气筒向水火箭内打气的过程，水火箭中空气的内能在增大 B．使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的压缩冲程相同 C．水火箭加速升空阶段机械能在增大 D．水向下喷出会使水火箭升空是由于力的作用是相互的 【答案】C 【解答】解：A、利用打气筒向水火箭内打气的过程中，压缩筒内空气做功，水火箭中空气的内能在增大，故A正确； B、向烧瓶内打气的过程是机械能转化为内能，汽油机的压缩冲程中机械能转化为内能；能量转化方式是相同的，故B正确； C、水火箭加速升空阶段，质量减小，高度和速度都变大，则动能和势能都减小，所以机械能减小，故C错误； D、水火箭向下喷水，给水一个向下的力，由于物体间力的作用是相互的，水给水火箭一个向上的力，使水火箭升空，故D正确。故选：C。 4. 糖炒板栗是人们冬季喜爱的美食。如图所示，在炒板栗时常要在锅中放入一些砂石，关于糖炒板栗，下列说法正确的是（ ） A．炒板栗时，锅中的沙子升温快是因为沙子的比热容大 B．炒板栗的过程主要是通过做功的方式使板栗内能增大的 C．板栗炸裂时的能量转化与汽油机做功冲程的能量转化相同 D．板栗香气的浓烈程度与板栗的温度无关 【答案】C 【解答】解：A、在炒板栗时，由于锅底的温度较高，很容易把板栗炒煳，所以锅中总要放些沙子，由于沙子的比热容小，沙子很容易被炒热，这样沙子被炒热后可以均匀地把热量传递给板栗，这样炒出的板栗比较好吃，故A错误； B、在炒板栗时，是通过热传递的方式使板栗内能增大，故B错误； C、板栗炸裂时是内能转化为机械能，能量转化情况与汽油机的做功冲程相同，故C正确； D、板栗香气的浓烈程度是分子的无规则运动程度，热运动的激烈程度与温度有关，温度越高，分子运动越剧烈，故D错误。 故选：C。 5. 某单缸四冲程汽油机的飞轮转速是2400r/min，下列关于该汽油机的说法正确的是（ ） A．1min完成吸气冲程2400次 B．1min完成2400个冲程 C．1s完成20个工作循环 D．1s对外做功40次 【答案】C 【解答】解：四冲程汽油机的1个工作循环中，完成4个冲程，曲轴和飞轮转2圈，对外做功1次。 AB、四冲程汽油机的飞轮转速为2400r/min，则该飞轮1min转2400圈，完成1200个工作循环，完成吸气冲程1200次，完成4800个冲程，故AB错误； CD、2400r/min＝40r/s，则该飞轮每秒钟转40圈，完成20个工作循环，对外做功20次，故C正确、D错误。 故选：C。 6. 2023年5月30日，长征二号F遥十六运载火箭搭载神舟十六号载人飞船成功发射（如图）。火箭使用一种叫做偏二甲肼的液体燃料，是因为该燃料具有较大的（ ） A．热值 B．比热容 C．密度 D．体积 【答案】A 【分析】热值是燃料的一种特性，热值越大的燃料在完全燃烧相同质量的燃料时，释放出的热量越多。 【解答】解：火箭使用一种叫做偏二甲肼的液体燃料，主要的原因是它具有较大的热值，完全燃烧相同质量的该液体燃料时，可以释放出更多的热量，故A正确，BCD错误。故选：A。 7. 关于温度、内能、热量、热值和比热容，下列说法正确的是（ ） A．温度高的物体内能大 B．物体吸收热量，温度不一定升高 C．燃料燃烧越充分，放出的热量越多，燃料的热值越大 D．水的比热容较大，相同情况下加热水和沙子，水的温度升高得快 【答案】B 【解答】解：A．内能的多少与物体的质量、温度、状态有关，温度高的物体内能不一定大，故A错误； B．物体吸收了热量，其温度不一定升高，内能一定增大，例如晶体的熔化，吸收热量、内能增大、温度不变，故B正确； C．热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料燃烧的是否充分等因素无关，故C错误； D．质量相同的水和沙子，加热相同的时间，即吸收相同的热量，又因为水的比热容大于沙子的比热容，根据吸收热量的计算公式Q吸＝cmΔt，水升高的温度低，即温度升高的更慢，故D正确。 故选：B。 8. 将装有少量乙醚的薄壁金属管固定于桌面，用皮塞塞紧，来回快速拉动缠在金属管外的皮绳。可观察到皮塞从管口飞出，如图所示。此过程中，皮绳对金属管做功，使其温度升高；并通过_________方式使管内密闭气体的内能增大；温度升高的气体迅速膨胀，于是气体推出皮塞，气体的内能转化为皮塞的_______ 。 【答案】做功；机械能 【解答】解： 来回拉皮绳对金属管做功使其内能增加，金属管温度会升高，内能会增大；因金属管与管内气体会有温度差，所以金属管会把热量传递给管内气体，乙醚的温度也会升高，乙醚的内能增加，温度升高；乙醚气体迅速膨胀，于是气体推出皮塞，对塞子做功，最终气体的内能会转换为塞子的机械能，会看到塞子跳起来。 故答案为：做功；机械能。 9. 如图是一个叫“空气火箭”的玩具，当用力击打气包时，气包内的空气会迅速的把“火箭”发射出去。这一过程中，是气包内气体的 ______能转化为“火箭”的________，气包内的气体对外做功其温度将 _______。 【答案】内；机械；降低。 【分析】做功可以改变物体的内能，物体对外做功，内能减小，温度降低。 【解答】解：当用力击打气包时，气包内的气体会迅速的把“火箭”发射出去。这一过程中，是气包内气体的内能转化为“火箭”的机械能，气包内的气体对外做功其温度将降低。 故答案为：内；机械；降低。 10. 如图所示是发动机采用循环流动的水进行了冷却，这是利用水的____________ 较大的特性，发动机工作时，利用燃气的内能获得 ____________能，这一转换是在做功冲程中实现的。若水箱中装有10kg的水，水温上升10℃，水吸收的热量为__________________J。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）] 【答案】比热容；机械；4.2×105。 【解答】解；汽车发动机工作过程中，不可避免地产生很多热量，这些热量如不及时带走会影响机器的正常工作。由公式Q＝cmΔt知，在质量和升高的温度相同时，与其它液体比较，因为水的比热容较大大，所以吸收的热量最多，冷却效果最好； 内燃机就是把燃料燃烧得到的内能转化为机械能的装置；在四冲程内燃机的工作过程中，做功冲程中将燃料燃烧产生的内能转化为机械能，为热机工作提供动力； 水吸收的热量：Q吸＝c水mΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×10kg×10℃＝4.2×105J。 故答案为：比热容；机械；4.2×105。 11. 如图是飞机在高空飞行时产生的尾迹云。其产生的原因是发动机中的燃料燃烧后产生大量的水蒸气，喷出的水蒸气在高空遇到冷空气放热________________（物态变化名称），在此过程是水蒸气的内能________。喷气式发动机________（填“是”或“不是”）热机。 【答案】液化；减少；是。 【解答】解：（1）喷出的水蒸气在高空遇到冷空气放热液化，水蒸气内能减小； （2）喷气式发动机是把内能转化成机械能的装置，符合热机的特点。 故答案为：液化；减少；是。 12. 随着人们生活水平的提高，轿车已逐步进入普通家庭。若某轿车以的功率在平直公路上以的速度匀速行驶的路程，消耗了汽油（1L=1dm3）。（已知汽油的密度为、热值为，水的比热容为4.2103J/(kg C)。求： (1)轿车行驶的时间； (2)轿车做的功； (3)这些汽油完全燃烧所产生的热量； (4)汽油机的效率（保留整数）； (5)如果汽油完全燃烧产生的热量中有被水箱中的7kg的水吸收，能使水的温度大约升高多少？ 【答案】(1)500s；(2)1；(3)3.22；(4)；(5)46 【详解】(1)根据可得轿车行驶的时间为 (2)根据可得轿车做的功为 (3)根据可得汽油的质量为 这些汽油完全燃烧所产生的热量为 (4)汽油机的效率为 (5)水箱中水吸收的热量为 根据可得水温度升高为 答：(1)轿车行驶的时间为500s； (2)轿车做的功为1； (3)这些汽油完全燃烧所产生的热量为3.22； (4)汽油机的效率为； (5)能使水的温度大约升高46。 13. 空气能热水器是通过吸收空气中的热量来制造热水的“热量搬运”装置。其工作原理是：空气能热水器在工作时，吸收空气中的能量Q，消耗的电能为W，通过热交换使水吸收的热量为Q吸，即Q吸=Q+W，所以它的热效率（即）可以达到300%~600%。已知某型号空气能热水器的热效率为500%，电功率为1400W，当用此热水器将100kg的水从20℃加热到60℃时[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），干木柴的热值为1.4×107J/kg]。求： （1）水吸收的热量； （2）水吸收的热量相当于完全燃烧多少千克的干木柴所释放的热量； （3）空气能热水器完成上述加热过程所用的时间。 【答案】（1）1.68×107J；（2）1.2kg；（3）2.4×103s 【详解】解：（1）水吸收的热量 Q吸=cm（t﹣t0)=4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（60℃﹣20℃)=1.68×107J （2）由题知 Q吸=Q放=1.68×107J 根据公式Q放=mq可知，需要的干木柴质量 （3）根据公式可得，电热水器放出的热量 因为 W=Q=Pt 所以空气能热水器完成上述加热过程所用的时间 答：（1）水吸收的热量为1.68×107J； （2）需要完全燃烧1.2kg干木柴； （3）空气能热水器用时2.4×103s。 学科网（北京）股份有限公司 $$