课时12.4 机械能与内能的相互转化-【帮课堂】2024-2025学年九年级物理上册同步学与练（苏科版）

第十二章 机械能和内能（原卷版） 课时12.4 机械能与内能的相互转化 2022年课程标准 物理素养 3.3.1 了解内能和热量。从能量转化的角度认识燃料的热值。 3.3.3 了解热机的工作原理。知道内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。 物理观念：认识做功是改变物体内能的另一方式，本质是其他形式的能转化为内能的过程。 科学思维：了解热机是将内能转化为机械能的机器，能说出四冲程汽油机的基本结构和工作过程。了解热机的发展历程，知道内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。 科学态度与责任：能从能量转化角度认识燃料的热值。能举例说明能源与人类生存和社会发展的关系。有保护环境、节约能源的意识。 知识点一、做功—改变物体内能的另一种方式 1.做功改变物体的内能：探究做功改变物体的内能 做功的两种情况 外界对物体做功 物体对外界做功 探究过程与现象 分析与论证 迅速压下活塞，玻璃筒内的气体被压缩，活塞对筒内气体做功，从而使筒内气体的内能增加，温度升高，当温度达到硝化棉的燃点时，硝化棉开始迅速燃烧 向瓶内打气，压缩瓶内的空气，不断对瓶内空气做功，瓶内空气内能增加，温度升高，随着打入空气的增加，气压越来越大，直至冲开瓶塞，此时，瓶内的空气推动瓶塞做功，内能减少，温度降低，其中水蒸气液化成小水滴，形成白雾 得出结论 （1） 做功可以改变物体的内能； （2） 外界对物体做功，物体温度升高，物体内能增加； （3） 物体对外界做功，物体温度降低，物体内能减少 2.热传递和做功改变物体内能的区别与联系 区别 联系 实质 方式 举例 热传递 能量的转移 高温物体放热，低温物体吸热 生活中烧、烤、烙、炒，生产中的淬火等 做功和热传递都可以改变物体的内能，且效果相同。某物体的内能发生改变，可能是通过热传递改变的，也可能是通过做功改变的，或者两者都有。若不知道具体过程，则无法确定内能的改变方式 做功 其他形式能与内能之间的相互转化 压缩体积、摩擦生热、锻打物体、弯折物体等 打气筒打气、钻木取火、来回多次弯折铁丝等 体积膨胀等 装开水的暖水瓶内的气体将瓶塞冲开灯 ★特别提醒：做功、热传递改变物体内能的实质 （1）做功改变物体的内能的实质是能量的转化，即内能与其他形式的能的相互转化； （2）热传递改变物体内能实质上是能量的转移，即能量从一个物体转移到另一个物体或从物体的一部分转移到另一部分，无不同形式能量的相互转化； （3）不是任何情况下对物体做功都能改变物体的内能。例如，用手托起物理课本，虽然人对课本做了功，但课本的内能没有增加，增加的是课本的机械能。 【典例1】（2024·江苏南京·二模）以下四个事例中能量转化过程与其他不相同的是（　　）。 A．瓶塞冲出 B．搓手取暖 C．压缩冲程 D．钻木取火 知识点二、热机 1.实验探究—热机工作原理 【实验现象】如图所示，在试管中装一些水，用橡皮塞塞住试管口，固定在铁架台上，用酒精灯给试管加热，水沸腾后，水蒸气会把橡皮塞冲出去，试管口观察到大量“白雾”出现。 【实验分析】酒精燃烧释放出热量（化学能转化为内能），通过热传递将一部分内能转移给水，水的内能增加，温度升高，产生大量水蒸气。水蒸气越来越多，对橡皮塞的压力越来越大，最后将橡皮塞冲出，这时水蒸气对橡皮塞做功。同时，水蒸气内能减小，温度降低，水蒸气液化成小水滴，在试管口可以观察到“白雾”。 【探究归纳】该实验装置就是一个简单的热机。其工作过程是：燃料燃烧，化学能转化为内能，一部分内能通过热传递方式传递给工作物质—水，水内能增大，温度升高，产生大量水蒸气，水蒸气将橡皮塞冲出，水蒸气内能转化为橡皮塞机械能。 ★特别提醒 （1）实验时，橡皮塞不要塞得太紧，否则橡皮塞不易冲出，可能因试管气压太大导致试管炸裂而伤到人； （2）试管口不能对着人，以防试管内的水沸腾时冲出试管口伤到人。 ★培优拓展利用内能的两种方式 （1）利用内能加热； （2）利用内能做功。 其中利用内能加热是内能转移过程，利用内能做功是内能转化过程。 2.热机 （1）热机：利用内能做功的机械叫热机。汽车、轮船和飞机等的发动机都是利用燃烧燃料释放的内能做功的装置，都是热机。 （2）热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。它们构造不同，但它们有一个共同特点，那就是利用内能做功。 （3）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。 3.汽油机 （1）工作原理：利用气缸内汽油燃烧产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。 （2）构造 主要结构：如图所示，汽油机的主体是气缸。气缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞，下部有活塞，活塞通过连杆与曲轴相连。 冲程：活塞在气缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 利用气缸内汽油燃烧产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。 试管实验与汽油机构造比较：如图。 （3）工作过程 1）汽油机的一个工作循环：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。通过四个冲程的不断循环来连续工作。 2）每完成一个工作循环，曲轴和飞轮均转动两周，活塞往返两次，对外做功一次。在四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性带动活塞完成，周而复始，使汽油机连续转动下去。 3）汽油机工作过程如下： 1.吸气冲程：进气门打开、排气门关闭。靠惯性运动，吸进汽油与空气的混合物 2.压缩冲程：进气门关闭、排气门关闭。外界对气体做功，机械能转化为内能，气体温度升高 3.进气门关闭、排气门关闭。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 4.进气门关闭、排气门打开。靠惯性运动，排出废气 【典例2】（2024·江苏连云港·二模）下列四个实验中，其能量转化方式与图示汽油机对应冲程类似的是（　　）。 A．火花发生器点火 B．滚摆向向下运动 C．压缩空气引火仪 D．酒精灯加热杯中冷水后将盒盖顶出 4.柴油机 （1）工作原理：利用柴油在气缸内燃烧所产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。 （2）构造：柴油机构造和汽油机构造相似，所不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。 （3）工作过程：柴油机与汽油机工作过程大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，在一个工作循环中，曲轴连续转动两周，活塞往复两次，对外做功一次。见下表： 1.吸气冲程：进气门打开、排气门关闭。活塞向下运动，吸入空气 2.压缩冲程：进气门关闭、排气门关闭。活塞向上运动，压缩空气，气体温度升高，超过柴油燃点 3.进气门关闭、排气门关闭。喷油嘴喷出雾状柴油，遇到热空气立即猛烈燃烧，差高温高压气体，推动活塞向下运动 4.进气门关闭、排气门打开。活塞向上运动，排出废气 （4）汽油机与柴油机的异同 相同点： （1）基本构造和主要部件作用相似。 （2）每个工作循环都一样，有吸气、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，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。 （4）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。 不同点： （1）构造不同：汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机汽缸顶部有喷油嘴。 （2）燃料不同：汽油机燃烧汽油，而柴油机燃烧柴油。 （3）吸气冲程不同：汽油机吸进汽油和空气和燃料混合物，柴油机只吸进空气。 （4）点火方式不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。 【典例3】列关于内燃机说法正确的是( )。 A．柴油机吸气冲程吸入的是柴油和空气的混合物； B．汽油机气缸顶部有喷油嘴； C．做功冲程中内能转化为机械能； D．内燃机功率越大，效率越高 知识点三、燃料的热值 1.燃料 （1）燃料的种类 燃料是指可燃烧的物质，根据不同标准，燃料可分为不同的种类，最常见的是按其物理状态分类。 （2）燃料燃烧时能量转化：燃料在燃烧时将化学能转化为内能。 2.燃料的热值 燃料种类很多，由于其燃烧成分不同，相同质量的不同燃料完全燃烧时放出的热量不同，在物理学上用“热值”来表示燃料燃烧的放热本领。 （1）热值：某种燃料完全燃烧放出的热量，与其质量的比值叫这种燃料的热值；用“q”表示。 （2）热值单位：J/kg。 （3）热值的物理意义：一、1kg某种燃料完全燃烧放出的热量就等于该燃料的热值；二、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，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。 （4）燃料燃烧放出的热量：热量：Q放 ＝qm；（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） ★特别提醒：固体燃料、液体燃料的热值以“J/kg”为单位，而气体燃料的热值以“J/m3”为单位。因此Q放 ＝qm一般用于固体燃料和液体燃料放热的计算；Q放 ＝Vq一般用于气体燃料放出热值的计算，其中V为气体燃料的体积。 （5）对燃料热值的透析 热值是燃料的一种固有性质 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，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关 对完全燃烧的理解 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 热值的作用 燃料热值的高低是衡量燃料优劣的主要指标 ★特别提醒： （1）不是任何物质都有热值。热值是燃料的固有性质，如石块、铁块等非燃料物质没有热值； （2）只有燃料放热时，才能用Q放 ＝qm或Q放 ＝Vq进行计算，不要将其与温度降低时的放热公式Q放=cm△t混淆。 ★培优拓展常用燃料的热值 见下表： 【例4】（2024·江苏南京·二模）如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量相同，烧杯内的液体质量也相同。下列说法正确的是（　　）。 A．比较不同液体吸热升温现象，可以选择甲丙两图 B．比较不同液体吸热升温现象，可以选择乙丙两图 C．比较不同燃料燃烧放出热量，可以选择乙丙两图 D．比较不同燃料燃烧放出热量，可以选择甲丙两图 知识点四、热机的效率 1.燃料的有效利用：用煤气灶、锅炉、煤炉等烧水时，燃料不能完全燃烧利用，具体原因是多样的。例如，燃料不能完全燃烧而损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量、灶体本身也会吸收一部分能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，水吸收的热量只占燃料燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是有效利用的部分。如图所示： 2.锅炉的效率 （1）锅炉是利用燃料或其他热源把水加热成热水或蒸汽的设备。锅炉包括锅和炉两部分，锅是指盛水的容器，炉是燃料燃烧的装置。 （2）提高锅炉燃料利用率的途径：一、让燃料尽可能充分燃烧，如将煤研磨成粉状，加大进风量等；二、减少热量损失，如加大有效受热面积等。 3.内燃机中热量燃烧的能量流向图 4.热机效率 （1）定义：用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。 （2）计算公式： 对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功W有用，故热机的效率公式又可写成：。 （3）物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。 （4）常见热机效率：蒸汽机6%-15%，汽油机20%-30%，柴油机30%-45%。 ★特别提醒：热机效率总小于1的原因 因为热机中用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的总能量的一部分，由于各种能量的损失和燃烧条件的限制，这部分能量一定小于完全燃烧放出总能量，所以有用功的能量与燃烧放出的总能量的比值必然小于1，即热机的效率一定小于1。 5.提高热机效率的主要途径 ①改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧（将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更充分燃烧）； ②减少各种热量损失（I. 加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；II. 使用较好的保温材料，减少热损失）； ③在热机设计和制造上，采用先进的技术； ④保障良好的润滑，减少机械摩擦。 ★培优拓展：废弃能量的利用 在热机的能量损失中，废气带走的能量最多，所以设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的主要措施。例如，人们将发电厂蒸汽轮机排除的废气送入热电站进行供热，将废气中的能量甲乙利用，大大提高了热量的利用率。 【例5】（2024·江苏泰州·二模）为估算家中一个月需要交多少天燃气费，小明进行了如下操作： （1）查看家中的天然气表，示数为7006.505m3， （2）将2kg的水倒入烧水壶中并测出水温为20℃，只打开嵌入式天然气灶，在标准气压下把水刚加热到100℃时，发现天然气表的示数为7006.540m3，假设天然气完全燃烧。 （3）查阅资料知：水的比热容为4.2×103J（kg·℃），天然气的密度0.7kg/m3，天然气的热值为4.0×107J/m3，嵌入式天然气灶具的热效率为55%（GB16410-2020，为计算方便，本题取50%），泰州主城区天然气第一阶梯销售价为2.98元/m3）（为计算方便，本题取3元/m3）。（4）估算家中平均每天煮饭、烧水、洗澡需要的热量大约相当于烧开20壶水。求： （1）将一壶水烧开，水需要吸收多少热量； （2）烧开一壶水时，天然气燃烧放出了多少热量； （3）小明家一个月大约需要支出多少天然气费用（一个月按30天计）。 问题一：做功改变物体的内能 做功可以改变物体的内能有两层含义：外界对物体做功，则机械能转化为物体的内能；若物体对外界做功，则物体的内能转化为机械能。 【典例1】下列实例中，属于通过做功的方式改变物体内能的是（　　）。 A．钻木取火，木头温度升高 B．热水袋暖手，热水袋温度降低 C．燃气烧水，水的温度升高 D．阳光下晒被，棉被的温度升高 【变式1-1】下列各例中，属于内能转化为机械能的过程是（　　）。 A．用电炉加热水B．农服在阳光下暴晒升温 C．火箭升空D．双手摩擦生热 【变式1-2】（23-24九年级上·江苏扬州·阶段练习）对如图所示的物理过程，下列分析错误的是（　　）。 A．图甲，厚玻璃筒内的空气被压缩时，空气的内能增大 B．图乙，瓶内气体推动塞子跳起时，瓶内气体内能增大 C．图丙，塞子受到水蒸气的压力而冲出时，机械能转化为内能 D．图丁，汽缸内的气体推动活塞向下运动时，内能转化为机械能 问题二：热机 1.热机和人力机械、电动机械的主要区别热机利用“内能”来做功，最终将内能转化为机械能，而不是利用其他能量来做功。 2.内燃机工作冲程的判断 第一步看气门 看两气门开、闭情况。若两气门都关闭，则内燃机处于压缩或做功冲程；若有一个气门打开，内燃机处于吸气或排气冲程 第二步看活塞 看活塞运动方向。活塞向上运动时，内燃机处于压缩或排气冲程；若活塞向下运动，内燃机处于吸气或做功冲程 第三步综合分析 综合两个气门和活塞的工作情况得出结论 3.汽油机与柴油机的区别 汽油机 柴油机 结构 气缸顶部有火花塞 气缸顶部有喷油嘴 吸气冲程 吸进空气和汽油的混合物 吸进空气 点火方式 点燃式 压缩式 【典例2】（2024·江苏扬州·二模）现代汽车的发动机一般都是四冲程内燃机，其四个冲程如图所示，其中内能转化为机械能的冲程是（　　）。 A． B． C． D． 【变式2-1】如图所示，甲、乙是两个演示实验的示意图，丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图。下列说法正确的是（　　）。 A．丙图所示的是做功冲程，其工作原理如甲图所示的实验； B．丙图所示的是压缩冲程，其工作原理如乙图所示的实验； C．丁图所示的是压缩冲程，其工作原理如甲图所示的实验； D．丁图所示的是做功冲程，其工作原理如乙图所示的实验 【变式2-2】关于热机，下列说法正确的是（ ）。 A.气冲程中，汽油机和柴油机吸入的都是空气； B.做功冲程是把机械能转化为内能； C.柴油机有喷油嘴而没有火花塞； D.做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的 问题三：内燃机工作循环及做功几点计算 内燃机做功中的关联条件 内燃机的一个工作循环完成四个冲程，曲轴和飞轮转动两周，活塞往返两次，对外做功一次。 【典例3】我国自主生产的“吉利金刚”小轿车，发动机正常怠速为1200转/分钟，怠速指汽车不前进时发动机的转速．则对于怠速说法正确的是（ ）。 A．发动机1秒钟完成20个工作循环；B．发动机1分钟完成吸气冲程1200次； C．发动机1秒钟完成做功冲程10次；D．发动机1秒钟共完成80个冲程 【变式3-1】小明一家驾车旅行，（1）加油时，闻到汽油味，说明分子在______；（2）图示为车发动机的一个冲程，其能量转化情况是______；（3）若车的总质量为1.5t，匀速直线行驶9km，所受阻力为车重的0.1倍，完全燃烧汽油1L，则1L汽油完全燃烧放出的热量是______J，车所受牵引力是______N，车的工作效率是______%。（ρ汽油 =0.8×103 kg/m3 ；q汽油 =4.5×107 J/kg；g取10N/kg） 【变式3-2】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。小明同学用他家的天然气灶将质量为2kg，初温为15℃的水加热到95℃，水吸收的热量是_______J：若此过程的热效率为40%，则此过程消耗天然气_______m3。（水的比热容为4．2103J/（kg·℃），天然气热值为4.2107/m3） 问题四：燃料的热值 内燃机做功中的关联条件 内燃机的一个工作循环完成四个冲程，曲轴和飞轮转动两周，活塞往返两次，对外做功一次。 【典例4】如图所示，甲、乙、丙图中的装置完全相同，燃料的质量是10g，烧杯内的液体质量和初温也相同。 (1)下列说法正确的是______； A．比较不同液体的比热容，可以选择甲、丙两图 B．比较不同液体的比热容，可以选择乙、丙两图 C．比较不同燃料的热值，可以选择乙、丙两图 D．比较不同燃料的热值，可以选择甲、丙两图 (2)为了研究不同物质的吸热能力，利用其中两幅图进行实验，根据记录的数据作出了两种液体的温度随时间变化的图像，如图2所示： ①加热10min，a液体吸收的热量______（选填“大于”、“小于”或“等于”）b液体吸收的热量； ②由图可以看出，在沸腾前，升高相同的温度，液体______时间较长，液体______的比热容大； ③如果已知b液体的比热容是1.8×103J/(kg·℃)，则a液体的比热容是______J/(kg·℃)。若要在a、b中选择某种液体作为冷却液，应选用______。 【变式4-1】（2024·江苏宿迁·一模）2024年5月3日17时27分，嫦娥六号探测器由长征五号遥八运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射，准确进入地月转移轨道，对于火箭使用的氢燃料的说法正确的是（　　）。 A．火箭用液态氢作燃料，因为氢的比热容较大 B．使氢气液化，只能采用降温的方法 C．火箭用液态氢作燃料，只是因为氢的密度比较小 D．火箭用液态氢作燃料，是因为氢的热值比较大 【变式4-2】（2024·江苏南京·三模）如图所示为探究“不同物质吸热升温现象”、“比较不同燃料燃烧时放出的热量”的实验装置。下列说法正确的是（　　）。 A．两实验的研究对象都是烧杯中的液体 B．两实验都需要控制被加热的液体质量相等 C．除图中的器材，两实验都需要用到天平和秒表 D．两实验都可以根据温度计示数的变化来比较烧杯中液体吸热的多少 【基础强化】 1.（2024·江苏徐州·二模）自劳动课成为中小学一门独立课程以来，小明已学会了多种菜肴的烹饪方法，下列与烹饪有关的说法，正确的是（　　）。 A．菜被炒熟是做功改变了它的内能 B．在客厅能闻到菜的香味是扩散现象 C．燃气的热值大小与是否完全燃烧有关 D．油和水很难融合表明分子间没有空隙 2.（2024·江苏无锡·二模）如图是比较燃料热值的实验装置。下列说法正确的是（　　） A．实验时应控制燃料燃烧的时间相同 B．实验时应控制烧杯中的液体升高的温度相同 C．两燃烧皿中应分别装入种类不同、质量相同的燃料 D．两烧杯中应分别装入种类不同、质量相同的液体 3．（2024·江苏盐城·二模）如图甲所示装置，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团硝化棉，用力将活塞迅速下压，看到棉花着火，图 中汽油机的工作过程与这一实验过程中能量的转化是相同的；某次汽油机消耗汽油0.21kg，若这些汽油完全燃烧，被46kg初温为10℃的水全部吸收，则水温升高到 ℃；汽车在紧急刹车时，刹车片会发烫，这是通过 的方式改变了刹车片的内能。（q汽油=4.6×107J/kg，c水=4.2×103J/(kg·℃)） 4．（2024·江苏南京·二模）如图，在无盖小筒里放入干燥面粉，点燃蜡烛，用筒盖盖住大筒，向小筒内鼓入空气，使面粉弥漫在大筒内，面粉迅速被点燃引发爆炸，把筒盖冲起。面粉燃烧时将 能转化成 能，筒盖被冲起的过程与汽油机的 冲程能量转化情况相同。若汽油机飞轮的转速是，则该汽油机内燃气对外做功 次。 5．（2024·陕西西安·模拟预测）嫦娥五号返回器用类似“打水漂”的方式着陆地球（动力装置关闭），其着陆过程的部分轨迹简化为如图所示。AB段返回器的动能 ；CD段返回器的机械能 （均选填“变大”“不变”或“变小”），着陆过程中返回器受到 （选填“平衡力”或“非平衡力”）作用。 6．（2024·江苏南京·二模）用0.1m3的天然气给5kg的水加热。燃料完全燃尽后，水温从20℃升高到80℃，这一过程中水吸收的热量是 J，0.1m3天然气完全燃烧产生热量 J，这一烧水过程的热效率为 %；水壶上方冒出缕缕“白气”，这是 （填物态变化名称）形成的，这一过程需， 热量。（水比热容为4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值为4.2×107J/m3） 7．（2024·江苏苏州·二模）柴油机的构造与汽油机类似，不同点在于柴油机有一个喷油嘴而没有火花塞，其压缩冲程结束时，气缸内气体被压缩为高温气体，温度超过柴油的燃点，此时由喷油嘴向气缸内喷入雾化的柴油，柴油迅速燃烧，从而推动活塞做功，则如图中图 是柴油机的做功冲程，柴油燃烧时将 能转化为 能。 8．（2024·江苏苏州·二模）小明和小华家分别有A、B两款燃气灶，为了比较哪款更节能，他俩周末进行了研究，发现同样将1kg的水由常温（20℃）烧开（标准大气压下），A款燃气灶消耗了2.1×10-2m³的燃气，B款燃气灶消耗了2.8×10-2m³的燃气，通过比较发现 燃气灶更节能，因为它的 高，其大小为 [水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）、燃气的热值为4.0×107J/m3]。 【素养提升】 9．（21-22九年级上·江苏镇江·期中）如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的水进行加热，两图装置均相同。燃料的质量用m表示，燃料充分燃尽时水升高的温度用Δt表示（水未沸腾），则下列说法中正确的是（　　）。 A．实验中m必须相同，否则无法比较燃料的热值 B．实验中Δt越大，说明燃料的热值一定越大 C．若的值越大，燃料的热值越大 D．若的值越大，燃料的热值越大 10．（2024·江苏无锡·二模）如图甲所示，这是四冲程汽油机的 冲程。如图乙，这是我国自主生产的某品牌小汽车，已知汽油的热值是，若该汽车发动机的效率是，消耗汽油使该汽车在水平路面上匀速行驶了，则该汽车发动机的牵引力为 N。 11．（2024·江苏盐城·二模）如图甲所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，快速压下活塞，可观察到棉花着火燃烧，该过程中，使引火仪中的空气内能改变的方式是 。如图乙所示是单缸四冲程汽油机工作状态示意图，与甲图中的能量转化情况 （相同/不相同）。某台汽油机飞轮的转速为3000r/min，该汽油机每秒钟对外做 次功。 【能力培优】 12．（2021·江苏南京·二模）如图所示，甲、乙、丙装置完全相同，燃料的质量、液体的质量和初温都相等，当燃料燃尽时（烧杯内的液体均未沸腾），温度计示数为。下列正确的是（　　）。 A．选择甲、乙，可以用燃烧相同时间比较液体升高温度来反映燃料热值的大小 B．选择甲、丙，可以用加热时间的长短来反映液体吸收热量的多少 C．液体a的比热容与液体b的比热容相比，有 D．燃料1的热值与燃料2的热值相比，有 13．（2024·江苏镇江·二模）建立知识结构是有效学习的科学方法。下图是为部分能量组建的知识结构图，其中①、②、③、④标号处应对应填写的内容分别是： 、 、 、 。 14．（2024·江苏常州·一模）汽车发动机的一个工作循环包括如图所示的四个冲程，其中 （选填“甲”、“乙”“丙”或“丁”）冲程是给汽车提供动力的。若该某单缸四冲程汽油机飞轮转速1200r/min，则该汽油机每秒钟对外做功 次；如图所示为某型号汽车发动机的能量流向图，若该发动机完全燃烧0.2kg的汽油能够获得 J的能量，输出的有用功为 J。（汽油的热值为） 15．（2024·江苏南通·一模）小刚爸爸购买了一款户外分体式燃气炉，如图甲。该燃气炉的铭牌如图乙所示，其中功率4500W是指气体燃料完全燃烧时燃气炉每秒放出4500J的热量。 （1）气体燃料在常温下是通过 的方式使其液化存储在储气罐内； （2）在标准大气压下，用该燃气炉将1L水从25℃加热到沸腾用时140s，燃气炉烧水时的效率是 %；[，] （3）小刚注意到炉头上标有参数：15字样，他查阅说明书得知，该参数表示的是：燃气炉功率[单位：瓦（W）]与耗气量[单位：克/时（g/h）]之比的数值为15，计算该燃气炉所使用燃料的热值是 J/kg； 内容 每次耗时/min 次数 炒菜 8 3 煮汤 10 1 烧水 3 2 （4）小刚同学打算展示烹饪技能，为家人做顿可口饭菜，右表是他做的规划，则小刚至少应提前准备 个如图丙所示的新储气罐。 16．（2024·江苏镇江·二模）我国研制的大型太阳能无人机“彩虹﹣T4”首次在2万米高空飞行。该无人机翼展达45米，升限超过20000米，速度可达200km/h，而质量仅为500kg，无人机上的高效薄膜太阳能电池，厚度仅为1mm，太阳能瓦片每片发电功率可达30W。 （1）机身和机翼均采用极轻碳纤维材料和塑料部件，这里的“轻”指的是___________小。 （2）若飞机发动机的输出功率保持60kW，并以180km/h的速度水平匀速飞行时，发动机的牵引力大小是多少N？ （3）若此无人机采用蓄电池作为储能装置，将电能存储到蓄电池的效率为80%，若不考虑蓄电池供电时的能量损失，则无人机至少需要多少片太阳能瓦片？ （4）若一个50m2的屋顶可以安装功率为4.25kW的太阳能瓦片，每年可发电5000kW•h。已知燃烧1t煤炭大约产生2.6t的CO2和20kg的SO2，若热电厂的燃料利用率为50%，煤炭的热值为2.4×107J/kg，则这样一个房顶一年大约节省多少煤炭？减少多少CO2的排放？ ( 12 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十二章 机械能和内能（解析版） 课时12.4 机械能与内能的相互转化 2022年课程标准 物理素养 3.3.1 了解内能和热量。从能量转化的角度认识燃料的热值。 3.3.3 了解热机的工作原理。知道内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。 物理观念：认识做功是改变物体内能的另一方式，本质是其他形式的能转化为内能的过程。 科学思维：了解热机是将内能转化为机械能的机器，能说出四冲程汽油机的基本结构和工作过程。了解热机的发展历程，知道内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。 科学态度与责任：能从能量转化角度认识燃料的热值。能举例说明能源与人类生存和社会发展的关系。有保护环境、节约能源的意识。 知识点一、做功—改变物体内能的另一种方式 1.做功改变物体的内能：探究做功改变物体的内能 做功的两种情况 外界对物体做功 物体对外界做功 探究过程与现象 分析与论证 迅速压下活塞，玻璃筒内的气体被压缩，活塞对筒内气体做功，从而使筒内气体的内能增加，温度升高，当温度达到硝化棉的燃点时，硝化棉开始迅速燃烧 向瓶内打气，压缩瓶内的空气，不断对瓶内空气做功，瓶内空气内能增加，温度升高，随着打入空气的增加，气压越来越大，直至冲开瓶塞，此时，瓶内的空气推动瓶塞做功，内能减少，温度降低，其中水蒸气液化成小水滴，形成白雾 得出结论 （1） 做功可以改变物体的内能； （2） 外界对物体做功，物体温度升高，物体内能增加； （3） 物体对外界做功，物体温度降低，物体内能减少 2.热传递和做功改变物体内能的区别与联系 区别 联系 实质 方式 举例 热传递 能量的转移 高温物体放热，低温物体吸热 生活中烧、烤、烙、炒，生产中的淬火等 做功和热传递都可以改变物体的内能，且效果相同。某物体的内能发生改变，可能是通过热传递改变的，也可能是通过做功改变的，或者两者都有。若不知道具体过程，则无法确定内能的改变方式 做功 其他形式能与内能之间的相互转化 压缩体积、摩擦生热、锻打物体、弯折物体等 打气筒打气、钻木取火、来回多次弯折铁丝等 体积膨胀等 装开水的暖水瓶内的气体将瓶塞冲开灯 ★特别提醒：做功、热传递改变物体内能的实质 （1）做功改变物体的内能的实质是能量的转化，即内能与其他形式的能的相互转化； （2）热传递改变物体内能实质上是能量的转移，即能量从一个物体转移到另一个物体或从物体的一部分转移到另一部分，无不同形式能量的相互转化； （3）不是任何情况下对物体做功都能改变物体的内能。例如，用手托起物理课本，虽然人对课本做了功，但课本的内能没有增加，增加的是课本的机械能。 【典例1】（2024·江苏南京·二模）以下四个事例中能量转化过程与其他不相同的是（　　）。 A．瓶塞冲出 B．搓手取暖 C．压缩冲程 D．钻木取火 【答案】A。 【解析】A．瓶塞冲出，试管内气体对塞子做功，内能转化为机械能； B．搓手取暖，双手克服摩擦做功，机械能转化为内能； C．压缩冲程，活塞压缩缸内气体，对气体做功，机械能转化为内能； D．钻木取火，钻头克服摩擦做功，机械能转化为内能； 综上所述，能量转化过程与其他不相同的是瓶塞冲出，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 知识点二、热机 1.实验探究—热机工作原理 【实验现象】如图所示，在试管中装一些水，用橡皮塞塞住试管口，固定在铁架台上，用酒精灯给试管加热，水沸腾后，水蒸气会把橡皮塞冲出去，试管口观察到大量“白雾”出现。 【实验分析】酒精燃烧释放出热量（化学能转化为内能），通过热传递将一部分内能转移给水，水的内能增加，温度升高，产生大量水蒸气。水蒸气越来越多，对橡皮塞的压力越来越大，最后将橡皮塞冲出，这时水蒸气对橡皮塞做功。同时，水蒸气内能减小，温度降低，水蒸气液化成小水滴，在试管口可以观察到“白雾”。 【探究归纳】该实验装置就是一个简单的热机。其工作过程是：燃料燃烧，化学能转化为内能，一部分内能通过热传递方式传递给工作物质—水，水内能增大，温度升高，产生大量水蒸气，水蒸气将橡皮塞冲出，水蒸气内能转化为橡皮塞机械能。 ★特别提醒 （1）实验时，橡皮塞不要塞得太紧，否则橡皮塞不易冲出，可能因试管气压太大导致试管炸裂而伤到人； （2）试管口不能对着人，以防试管内的水沸腾时冲出试管口伤到人。 ★培优拓展利用内能的两种方式 （1）利用内能加热； （2）利用内能做功。 其中利用内能加热是内能转移过程，利用内能做功是内能转化过程。 2.热机 （1）热机：利用内能做功的机械叫热机。汽车、轮船和飞机等的发动机都是利用燃烧燃料释放的内能做功的装置，都是热机。 （2）热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。它们构造不同，但它们有一个共同特点，那就是利用内能做功。 （3）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。 3.汽油机 （1）工作原理：利用气缸内汽油燃烧产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。 （2）构造 主要结构：如图所示，汽油机的主体是气缸。气缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞，下部有活塞，活塞通过连杆与曲轴相连。 冲程：活塞在气缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 利用气缸内汽油燃烧产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。 试管实验与汽油机构造比较：如图。 （3）工作过程 1）汽油机的一个工作循环：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。通过四个冲程的不断循环来连续工作。 2）每完成一个工作循环，曲轴和飞轮均转动两周，活塞往返两次，对外做功一次。在四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性带动活塞完成，周而复始，使汽油机连续转动下去。 3）汽油机工作过程如下： 1.吸气冲程：进气门打开、排气门关闭。靠惯性运动，吸进汽油与空气的混合物 2.压缩冲程：进气门关闭、排气门关闭。外界对气体做功，机械能转化为内能，气体温度升高 3.进气门关闭、排气门关闭。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 4.进气门关闭、排气门打开。靠惯性运动，排出废气 【典例2】（2024·江苏连云港·二模）下列四个实验中，其能量转化方式与图示汽油机对应冲程类似的是（　　）。 A．火花发生器点火 B．滚摆向向下运动 C．压缩空气引火仪 D．酒精灯加热杯中冷水后将盒盖顶出 【答案】AD。 【解析】A．图中汽油机两个气门关闭，活塞下行，是做功冲程，此冲程中内能转化为机械能；火花发生器点火后将盒盖顶出，此时燃气的内能转化为盒盖的机械能，与汽油机的能量转化方式相同，故A符合题意； B．滚摆向下运动，重力势能减小，动能增加，所以是重力势能转化为动能的过程，故B不符合题意； C．向下压缩空气引火仪，将机械能转化为瓶内空气的内能，故C不符合题意； D．酒精灯加热杯中冷水后将盒盖顶出，水的内能增大，内能转化为机械能，与汽油机的能量转化方式相同，故D符合题意。 故选AD。 4.柴油机 （1）工作原理：利用柴油在气缸内燃烧所产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。 （2）构造：柴油机构造和汽油机构造相似，所不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。 （3）工作过程：柴油机与汽油机工作过程大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，在一个工作循环中，曲轴连续转动两周，活塞往复两次，对外做功一次。见下表： 1.吸气冲程：进气门打开、排气门关闭。活塞向下运动，吸入空气 2.压缩冲程：进气门关闭、排气门关闭。活塞向上运动，压缩空气，气体温度升高，超过柴油燃点 3.进气门关闭、排气门关闭。喷油嘴喷出雾状柴油，遇到热空气立即猛烈燃烧，差高温高压气体，推动活塞向下运动 4.进气门关闭、排气门打开。活塞向上运动，排出废气 （4）汽油机与柴油机的异同 相同点： （1）基本构造和主要部件作用相似。 （2）每个工作循环都一样，有吸气、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，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。 （4）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。 不同点： （1）构造不同：汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机汽缸顶部有喷油嘴。 （2）燃料不同：汽油机燃烧汽油，而柴油机燃烧柴油。 （3）吸气冲程不同：汽油机吸进汽油和空气和燃料混合物，柴油机只吸进空气。 （4）点火方式不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。 【典例3】列关于内燃机说法正确的是( )。 A．柴油机吸气冲程吸入的是柴油和空气的混合物； B．汽油机气缸顶部有喷油嘴； C．做功冲程中内能转化为机械能； D．内燃机功率越大，效率越高 【答案】C。 【解析】A．柴油机在吸气冲程中，吸入气缸的是空气，故A错误； B．柴油机气缸顶部有喷油嘴，汽油机气缸顶部有火花塞，故B错误； C．内燃机的做功冲程中，内能转化成了机械能，对外做功，故C正确； D．功率表示做功的快慢，与热机效率是两个不同的概念，两者没有关系，故D错误。 知识点三、燃料的热值 1.燃料 （1）燃料的种类 燃料是指可燃烧的物质，根据不同标准，燃料可分为不同的种类，最常见的是按其物理状态分类。 （2）燃料燃烧时能量转化：燃料在燃烧时将化学能转化为内能。 2.燃料的热值 燃料种类很多，由于其燃烧成分不同，相同质量的不同燃料完全燃烧时放出的热量不同，在物理学上用“热值”来表示燃料燃烧的放热本领。 （1）热值：某种燃料完全燃烧放出的热量，与其质量的比值叫这种燃料的热值；用“q”表示。 （2）热值单位：J/kg。 （3）热值的物理意义：一、1kg某种燃料完全燃烧放出的热量就等于该燃料的热值；二、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，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。 （4）燃料燃烧放出的热量：热量：Q放 ＝qm；（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） ★特别提醒：固体燃料、液体燃料的热值以“J/kg”为单位，而气体燃料的热值以“J/m3”为单位。因此Q放 ＝qm一般用于固体燃料和液体燃料放热的计算；Q放 ＝Vq一般用于气体燃料放出热值的计算，其中V为气体燃料的体积。 （5）对燃料热值的透析 热值是燃料的一种固有性质 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，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关 对完全燃烧的理解 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 热值的作用 燃料热值的高低是衡量燃料优劣的主要指标 ★特别提醒： （1）不是任何物质都有热值。热值是燃料的固有性质，如石块、铁块等非燃料物质没有热值； （2）只有燃料放热时，才能用Q放 ＝qm或Q放 ＝Vq进行计算，不要将其与温度降低时的放热公式Q放=cm△t混淆。 ★培优拓展常用燃料的热值 见下表： 【例4】（2024·江苏南京·二模）如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量相同，烧杯内的液体质量也相同。下列说法正确的是（　　）。 A．比较不同液体吸热升温现象，可以选择甲丙两图 B．比较不同液体吸热升温现象，可以选择乙丙两图 C．比较不同燃料燃烧放出热量，可以选择乙丙两图 D．比较不同燃料燃烧放出热量，可以选择甲丙两图 【答案】A。 【解析】AB．比较两种液体的比热容，必须控制燃料的种类相同，改变液体的种类，控制液体的质量相同，根据温度计的示数高低得出吸热多少，从而判断两种比热容的大小关系，应选择甲、丙两图进行实验，故A正确，B错误； CD．比较不同燃料热值大小要控制加热的液体种类、液体质量，改变燃料的种类，根据温度计的示数高低得出吸热多少，从而判断热值大小，因此选择甲、乙两图进行实验；故CD错误。 故选A。 知识点四、热机的效率 1.燃料的有效利用：用煤气灶、锅炉、煤炉等烧水时，燃料不能完全燃烧利用，具体原因是多样的。例如，燃料不能完全燃烧而损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量、灶体本身也会吸收一部分能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，水吸收的热量只占燃料燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是有效利用的部分。如图所示： 2.锅炉的效率 （1）锅炉是利用燃料或其他热源把水加热成热水或蒸汽的设备。锅炉包括锅和炉两部分，锅是指盛水的容器，炉是燃料燃烧的装置。 （2）提高锅炉燃料利用率的途径：一、让燃料尽可能充分燃烧，如将煤研磨成粉状，加大进风量等；二、减少热量损失，如加大有效受热面积等。 3.内燃机中热量燃烧的能量流向图 4.热机效率 （1）定义：用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。 （2）计算公式： 对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功W有用，故热机的效率公式又可写成：。 （3）物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。 （4）常见热机效率：蒸汽机6%-15%，汽油机20%-30%，柴油机30%-45%。 ★特别提醒：热机效率总小于1的原因 因为热机中用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的总能量的一部分，由于各种能量的损失和燃烧条件的限制，这部分能量一定小于完全燃烧放出总能量，所以有用功的能量与燃烧放出的总能量的比值必然小于1，即热机的效率一定小于1。 5.提高热机效率的主要途径 ①改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧（将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更充分燃烧）； ②减少各种热量损失（I. 加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；II. 使用较好的保温材料，减少热损失）； ③在热机设计和制造上，采用先进的技术； ④保障良好的润滑，减少机械摩擦。 ★培优拓展：废弃能量的利用 在热机的能量损失中，废气带走的能量最多，所以设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的主要措施。例如，人们将发电厂蒸汽轮机排除的废气送入热电站进行供热，将废气中的能量甲乙利用，大大提高了热量的利用率。 【例5】（2024·江苏泰州·二模）为估算家中一个月需要交多少天燃气费，小明进行了如下操作： （1）查看家中的天然气表，示数为7006.505m3， （2）将2kg的水倒入烧水壶中并测出水温为20℃，只打开嵌入式天然气灶，在标准气压下把水刚加热到100℃时，发现天然气表的示数为7006.540m3，假设天然气完全燃烧。 （3）查阅资料知：水的比热容为4.2×103J（kg·℃），天然气的密度0.7kg/m3，天然气的热值为4.0×107J/m3，嵌入式天然气灶具的热效率为55%（GB16410-2020，为计算方便，本题取50%），泰州主城区天然气第一阶梯销售价为2.98元/m3）（为计算方便，本题取3元/m3）。（4）估算家中平均每天煮饭、烧水、洗澡需要的热量大约相当于烧开20壶水。求： （1）将一壶水烧开，水需要吸收多少热量； （2）烧开一壶水时，天然气燃烧放出了多少热量； （3）小明家一个月大约需要支出多少天然气费用（一个月按30天计）。 【答案】（1）6.72×105J； （2）1.4×106J； （3）42。 【解析】（1）水吸收的热量 Q吸​=cmΔt=4.2×103J/(kg⋅℃)×2kg×(100℃−20℃)=6.72×105J （2）烧开一壶水消耗的天然气体积V=7006.540m3−7006.505m3=0.035m3 天然气完全燃烧放出的热量Q放​=Vq=0.035m3×4.0×107J/m3=1.4×106J （3）由得，烧开一壶水需要天然气的体积 一个月需要天然气的体积V总​=0.0336m3×20×30=20.16m3 一个月需要天然气的质量m=ρV总​=0.7kg/m3×20.16m3=14.112kg 一个月需要天然气的费用14.112kg×3元/kg=42元。 答：（1）将一壶水烧开，水需要吸收6.72×105J的热量； （2）烧开一壶水时，天然气燃烧放出了1.4×106J的热量； （3）小明家一个月大约需要支出42元天然气费用。 问题一：做功改变物体的内能 做功可以改变物体的内能有两层含义：外界对物体做功，则机械能转化为物体的内能；若物体对外界做功，则物体的内能转化为机械能。 【典例1】下列实例中，属于通过做功的方式改变物体内能的是（　　）。 A．钻木取火，木头温度升高 B．热水袋暖手，热水袋温度降低 C．燃气烧水，水的温度升高 D．阳光下晒被，棉被的温度升高 【答案】A。 【解析】 A．钻木取火，对木头做功，内能增加，木头温度升高，属于做功的方式改变物体内能，故A符合题意； B．热水袋暖手，热水袋温度降低，属于热传递的方式改变物体内能，故B不符合题意； C．燃气烧水，水的温度升高，属于热传递的方式改变物体内能，故C不符合题意； D．阳光下晒被，棉被的温度升高,属于热传递的方式改变物体内能，故D不符合题意。 故选A。 【变式1-1】下列各例中，属于内能转化为机械能的过程是（　　）。 A．用电炉加热水B．农服在阳光下暴晒升温 C．火箭升空D．双手摩擦生热 【答案】C。 【解析】A．电炉是要消耗电能的，加热水转化为水的内能，是电能转化为内能，故A不符合题意； B．农服在阳光下曝晒升温是将太阳光转化为内能，故B不符合题意； C．火箭升空是要消耗燃料的，将燃料的化学能转化为内能，再转化为火箭的机械能，故C符合题意； D．双手摩擦发热是克服双手间的摩擦做功，将机械能转化为内能，故D不符合题意。 故选C。 【变式1-2】（23-24九年级上·江苏扬州·阶段练习）对如图所示的物理过程，下列分析错误的是（　　）。 A．图甲，厚玻璃筒内的空气被压缩时，空气的内能增大 B．图乙，瓶内气体推动塞子跳起时，瓶内气体内能增大 C．图丙，塞子受到水蒸气的压力而冲出时，机械能转化为内能 D．图丁，汽缸内的气体推动活塞向下运动时，内能转化为机械能 【答案】BC。 【解析】A．图中厚玻璃内的空气被压缩时，活塞对空气做功，瓶内空气温度升高，空气的内能增加，故A正确，不符合题意； B．图中瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气对活塞做功，空气的内能减小，故B错误，符合题意； C．图中试管内的水蒸气推动了塞子冲出时，水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，故C错误，符合题意； D．图中汽缸内的气体推动活塞向下运动时（即做功冲程），气体的内能转化为活塞的机械能；故D正确，不符合题意。 故选BC。 问题二：热机 1.热机和人力机械、电动机械的主要区别热机利用“内能”来做功，最终将内能转化为机械能，而不是利用其他能量来做功。 2.内燃机工作冲程的判断 第一步看气门 看两气门开、闭情况。若两气门都关闭，则内燃机处于压缩或做功冲程；若有一个气门打开，内燃机处于吸气或排气冲程 第二步看活塞 看活塞运动方向。活塞向上运动时，内燃机处于压缩或排气冲程；若活塞向下运动，内燃机处于吸气或做功冲程 第三步综合分析 综合两个气门和活塞的工作情况得出结论 3.汽油机与柴油机的区别 汽油机 柴油机 结构 气缸顶部有火花塞 气缸顶部有喷油嘴 吸气冲程 吸进空气和汽油的混合物 吸进空气 点火方式 点燃式 压缩式 【典例2】（2024·江苏扬州·二模）现代汽车的发动机一般都是四冲程内燃机，其四个冲程如图所示，其中内能转化为机械能的冲程是（　　）。 A． B． C． D． 【答案】D。 【解析】A．气门一开一闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，不涉及能量转化，故A不符合题意； B．气门一开一闭，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，不涉及能量转化，故B不符合题意； C．两个气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，机械能转化内能，故C不符合题意； D．两个气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，内能转化成机械能，故D符合题意。故选D。 【变式2-1】如图所示，甲、乙是两个演示实验的示意图，丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图。下列说法正确的是（　　）。 A．丙图所示的是做功冲程，其工作原理如甲图所示的实验； B．丙图所示的是压缩冲程，其工作原理如乙图所示的实验； C．丁图所示的是压缩冲程，其工作原理如甲图所示的实验； D．丁图所示的是做功冲程，其工作原理如乙图所示的实验 【答案】D。 【解析】由甲图知，活塞往下运动，对筒内的空气做功，筒内的空气内能增加，温度升高，活塞的机械能转化为空气的内能； 由乙知，水蒸气对橡皮塞做功，水蒸气的内能减小，橡皮塞由静止变为运动，机械能增加，即水蒸气的内能转化为橡皮塞的机械能； 由丙图知，两气门关闭，活塞向上运动，对气缸内的气体做功，活塞的机械能转化为气体的内能，此冲程是汽油机的压缩冲程，其工作原理如甲所示； 由图丁知，两气门关闭，火花塞点火，气体对活塞做功，活塞往下运动，此冲程为汽油机的做功冲程，其原理如乙所示的实验。故选D。 【变式2-2】关于热机，下列说法正确的是（ ）。 A.气冲程中，汽油机和柴油机吸入的都是空气； B.做功冲程是把机械能转化为内能； C.柴油机有喷油嘴而没有火花塞； D.做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的 【答案】C。 【解析】A.吸气冲程中，汽油机吸入的是空气，而柴油机吸入的是柴油和空气的混合物，故A错误； B.做功冲程是把内能转化为机械能，故B错误； C.柴油机顶部有喷油嘴而没有火花塞，故C正确； D.做功冲程以外的三个冲程是依靠飞轮的惯性完成的，故错误。选C。 问题三：内燃机工作循环及做功几点计算 内燃机做功中的关联条件 内燃机的一个工作循环完成四个冲程，曲轴和飞轮转动两周，活塞往返两次，对外做功一次。 【典例3】我国自主生产的“吉利金刚”小轿车，发动机正常怠速为1200转/分钟，怠速指汽车不前进时发动机的转速．则对于怠速说法正确的是（ ）。 A．发动机1秒钟完成20个工作循环；B．发动机1分钟完成吸气冲程1200次； C．发动机1秒钟完成做功冲程10次；D．发动机1秒钟共完成80个冲程 【答案】C。 【解析】发动机飞轮转速是； 表示每秒飞轮转动20圈，完成10个工作循环，做功10次，完成40个冲程，故AD错误C正确； 发动机每秒完成10个工作循环，发1分钟完成600个工作循环，即完成的吸气冲程为600次，故B错误。故选C。 【变式3-1】小明一家驾车旅行，（1）加油时，闻到汽油味，说明分子在______；（2）图示为车发动机的一个冲程，其能量转化情况是______；（3）若车的总质量为1.5t，匀速直线行驶9km，所受阻力为车重的0.1倍，完全燃烧汽油1L，则1L汽油完全燃烧放出的热量是______J，车所受牵引力是______N，车的工作效率是______%。（ρ汽油 =0.8×103 kg/m3 ；q汽油 =4.5×107 J/kg；g取10N/kg） 【答案】永不停息地做无规则运动；机械能转化为内能；；1.5×103 N；37.5%。 【解析】（1）给汽车加油时，会闻到汽油味，从物理学角度来看，属于扩散现象，这个现象表明这汽油分子在做无则规运动。 （2）进气门、排气门关闭，活塞上移，是压缩冲程，机械能转化为内能。 （3）1L汽油质量为 1L汽油完全燃烧放出的热量是 车重力G=m1 g=1500kg×10N/kg=1.5×104 N 因为匀速，牵引力等于阻力为F=f=0.1G=0.1×1.5×104 N=1.5×103 N 机械功为W=Fs=1.5×103 N×9000m=1.35×107 J 效率为。 【变式3-2】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。小明同学用他家的天然气灶将质量为2kg，初温为15℃的水加热到95℃，水吸收的热量是_______J：若此过程的热效率为40%，则此过程消耗天然气_______m3。（水的比热容为4．2103J/（kg·℃），天然气热值为4.2107/m3） 【答案】；。 【解析】[1]水吸收的热量是 故水吸收的热量是。 [2]若此过程的热效率为40%，则天然气的释放的热量为 则天然气的体积为； 则天然气的体积为。 问题四：燃料的热值 内燃机做功中的关联条件 内燃机的一个工作循环完成四个冲程，曲轴和飞轮转动两周，活塞往返两次，对外做功一次。 【典例4】如图所示，甲、乙、丙图中的装置完全相同，燃料的质量是10g，烧杯内的液体质量和初温也相同。 (1)下列说法正确的是______； A．比较不同液体的比热容，可以选择甲、丙两图 B．比较不同液体的比热容，可以选择乙、丙两图 C．比较不同燃料的热值，可以选择乙、丙两图 D．比较不同燃料的热值，可以选择甲、丙两图 (2)为了研究不同物质的吸热能力，利用其中两幅图进行实验，根据记录的数据作出了两种液体的温度随时间变化的图像，如图2所示： ①加热10min，a液体吸收的热量______（选填“大于”、“小于”或“等于”）b液体吸收的热量； ②由图可以看出，在沸腾前，升高相同的温度，液体______时间较长，液体______的比热容大； ③如果已知b液体的比热容是1.8×103J/(kg·℃)，则a液体的比热容是______J/(kg·℃)。若要在a、b中选择某种液体作为冷却液，应选用______。 【答案】A；等于；b；b； 0.9×103；b。 【解析】(1)[1]AB．比较不同液体的吸热能力，则需要燃烧相同的燃料（确保相同时间放出的热量相同），加热相同的时间，比较质量和初温相同的液体升高的温度，可以选择甲、丙两图，故A正确、B错误； CD．为了比较不同燃料的热值大小，要用不同的燃料，加热质量相同的同种液体，故选用甲、乙两图，故CD错误。故选A。 (2)①[2]根据转换法，不同物质吸热的多少是通过加热时间来反映的，加热10min，a液体吸收的热量等于b液体吸收的热量。 ②[3][4]由图可知，两种物质都升高80℃﹣20℃=60℃ a的加热时间为10min，b的加热时间为20min，b加热时间长，b吸收的热量为a吸收热量的2倍，由比较吸热能力的方法，b的吸热能力强。 ③[5]根据可知，在液体的质量相同、升高相同的温度时，比热容与吸收的热量成正比，b吸收的热量为a吸收热量的2倍，则b的比热容为a的比热容的2倍，即a的比热容 [6]根据可知，相同质量的b、a两种物质升高相同的温度，因b的比热容大，故b吸热多，故若要在a、b中选择某种液体作为冷却液，应选用b。 【变式4-1】（2024·江苏宿迁·一模）2024年5月3日17时27分，嫦娥六号探测器由长征五号遥八运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射，准确进入地月转移轨道，对于火箭使用的氢燃料的说法正确的是（　　）。 A．火箭用液态氢作燃料，因为氢的比热容较大 B．使氢气液化，只能采用降温的方法 C．火箭用液态氢作燃料，只是因为氢的密度比较小 D．火箭用液态氢作燃料，是因为氢的热值比较大 【答案】D。 【解析】AD．火箭用液态氢作燃料，是因为氢的热值较大，相同质量的氢与其他燃料相比，燃烧放出的热量多，故A错误，D正确； B．使氢气液化，可以采用降温的方法，也可以采用压缩体积的方法，故B错误； C．火箭用液态氢作燃料，是因为氢的热值较大，与氢的密度无关，故C错误。 故选D。 【变式4-2】（2024·江苏南京·三模）如图所示为探究“不同物质吸热升温现象”、“比较不同燃料燃烧时放出的热量”的实验装置。下列说法正确的是（　　）。 A．两实验的研究对象都是烧杯中的液体 B．两实验都需要控制被加热的液体质量相等 C．除图中的器材，两实验都需要用到天平和秒表 D．两实验都可以根据温度计示数的变化来比较烧杯中液体吸热的多少 【答案】B。 【解析】A．“不同物质吸热升温现象”中研究对象是容器中被加热的物体；而“比较不同燃料燃烧时放出的热量”中研究对象是不同的燃料，故A错误； B．根据“比较不同燃料燃烧时放出的热量”和探究“不同物质吸热升温现象”两实验的要求，容器中被加热物质的质量都要相同，故B正确； C．“比较不同燃料燃烧时放出的热量”实验中，只要两种不同燃料全部燃烧完即可，故没有必要用到秒表，故C错误； D．根据转换法，甲图是通过加热时间来反映物体吸收热量的多少；乙图是通过温度计上升的示数来比较燃料燃烧放出热量的多少，故D错误。 故选B。 【基础强化】 1.（2024·江苏徐州·二模）自劳动课成为中小学一门独立课程以来，小明已学会了多种菜肴的烹饪方法，下列与烹饪有关的说法，正确的是（　　）。 A．菜被炒熟是做功改变了它的内能 B．在客厅能闻到菜的香味是扩散现象 C．燃气的热值大小与是否完全燃烧有关 D．油和水很难融合表明分子间没有空隙 【答案】B。 【解析】A．炒菜时，菜从锅中吸收热量，是通过热传递的方式改变菜的内能，故A错误； B．炒菜时在客厅能闻到菜的香味，属于扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动，故B正确； C．燃气的热值大小是燃料的一种属性，与是否完全燃烧无关，故C错误； D．油和水很难融合是因为油和水密度不同，油会飘在水面上，并不能表明分子间没有空隙，故D错误。故选B。 2.（2024·江苏无锡·二模）如图是比较燃料热值的实验装置。下列说法正确的是（　　） A．实验时应控制燃料燃烧的时间相同 B．实验时应控制烧杯中的液体升高的温度相同 C．两燃烧皿中应分别装入种类不同、质量相同的燃料 D．两烧杯中应分别装入种类不同、质量相同的液体 【答案】C。 【解析】比较不同燃料的热值，应控制被加热液体的种类、质量相同而燃料的种类不同、质量相同；质量相同的不同燃料完全燃烧释放的热量被相同质量的同种液体吸收，根据可知，实验中可以通过温度计示数变化来反应放出热量多少，从而判断两种燃料热值的大小，所以实验中不控制烧杯中的液体升高的温度，应让燃料完全燃烧，故ABD错误，C正确。 故选C。 3．（2024·江苏盐城·二模）如图甲所示装置，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团硝化棉，用力将活塞迅速下压，看到棉花着火，图 中汽油机的工作过程与这一实验过程中能量的转化是相同的；某次汽油机消耗汽油0.21kg，若这些汽油完全燃烧，被46kg初温为10℃的水全部吸收，则水温升高到 ℃；汽车在紧急刹车时，刹车片会发烫，这是通过 的方式改变了刹车片的内能。（q汽油=4.6×107J/kg，c水=4.2×103J/(kg·℃)） 【答案】乙；60；做功。 【解析】[1]在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小撮干燥的棉絮，用力将活塞迅速向下压，棉絮燃烧起来，这是因为压缩筒内空气做功，使空气的内能增加；该实验中，压缩筒内空气做功，活塞的机械能转化为筒内空气的内能，与内燃机的压缩冲程相似；图乙两个气门都关闭，活塞向上是压缩冲程，图丙两个气门都关闭，活塞向下是做功冲程。 [2]汽油燃烧放出的热量Q=mq=0.21kg×4.6×107J/kg=9.66×106J 被46kg初温为10℃的水全部吸收，则水温升高的温度 水的末温为t=50℃+10℃=60℃ [3]汽车在紧急刹车时，刹车片会发烫，这是通过摩擦做功的方式，将机械能转化为内能改变刹车片的内能。 4．（2024·江苏南京·二模）如图，在无盖小筒里放入干燥面粉，点燃蜡烛，用筒盖盖住大筒，向小筒内鼓入空气，使面粉弥漫在大筒内，面粉迅速被点燃引发爆炸，把筒盖冲起。面粉燃烧时将 能转化成 能，筒盖被冲起的过程与汽油机的 冲程能量转化情况相同。若汽油机飞轮的转速是，则该汽油机内燃气对外做功 次。 【答案】化学；内；做功；900。 【解析】[1][2]面粉燃烧时向外释放能量，将化学能转化成内能。 [3]筒盖被冲起的过程是内能转化为机械能，与汽油机的做功冲程能量转化情况相同。 [4]汽油机飞轮的转速是1800r/min，即每分钟飞轮转1800圈。飞轮每转动2圈燃气对外做功1次。则每分钟燃气对外做功900次。 5．（2024·陕西西安·模拟预测）嫦娥五号返回器用类似“打水漂”的方式着陆地球（动力装置关闭），其着陆过程的部分轨迹简化为如图所示。AB段返回器的动能 ；CD段返回器的机械能 （均选填“变大”“不变”或“变小”），着陆过程中返回器受到 （选填“平衡力”或“非平衡力”）作用。 【答案】变小；变小；非平衡力。 【解析】[1]由图可知，嫦娥五号返回器由 A 到B 的过程中高度增大，则重力势能增大，由于空气阻力，机械能总量减小，因此动能变小。 [2]由 C 到 D 的过程中，由于空气阻力，机械能因空气阻力转化为内能，总量变小。 [3]着陆过程中，返回器的方向和速度都在变化，处于非平衡状态，受到非平衡力作用。 6．（2024·江苏南京·二模）用0.1m3的天然气给5kg的水加热。燃料完全燃尽后，水温从20℃升高到80℃，这一过程中水吸收的热量是 J，0.1m3天然气完全燃烧产生热量 J，这一烧水过程的热效率为 %；水壶上方冒出缕缕“白气”，这是 （填物态变化名称）形成的，这一过程需， 热量。（水比热容为4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值为4.2×107J/m3） 【答案】1.26×106 ；4.2×106；30；液化 ；放出。 【解析】[1]由题意可得，该过程中水吸收的热量为 [2][3]由题意得，然气完全燃烧产生热量为 热效率为 [4][5]“白气”是水蒸气遇冷液化成的小水滴，液化需要对外放热。 7．（2024·江苏苏州·二模）柴油机的构造与汽油机类似，不同点在于柴油机有一个喷油嘴而没有火花塞，其压缩冲程结束时，气缸内气体被压缩为高温气体，温度超过柴油的燃点，此时由喷油嘴向气缸内喷入雾化的柴油，柴油迅速燃烧，从而推动活塞做功，则如图中图 是柴油机的做功冲程，柴油燃烧时将 能转化为 能。 【答案】甲；化学；内。 【解析】[1]图中甲图燃料燃烧，气体对外做功，内能转化为机械能，活塞向下移动，所以图甲表示的是做功冲程。 [2][3]柴油燃烧时向外放热，将储存的化学能转化为内能。 8．（2024·江苏苏州·二模）小明和小华家分别有A、B两款燃气灶，为了比较哪款更节能，他俩周末进行了研究，发现同样将1kg的水由常温（20℃）烧开（标准大气压下），A款燃气灶消耗了2.1×10-2m³的燃气，B款燃气灶消耗了2.8×10-2m³的燃气，通过比较发现 燃气灶更节能，因为它的 高，其大小为 [水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）、燃气的热值为4.0×107J/m3]。 【答案】A；热效率；40%。 【解析】[1][2]将同样的水烧开，水吸收的热量相同，即有用功相同，A款燃气灶消耗的燃气更少，则总功更小，由可知，A款燃气灶的热效率更高，所以A款燃气灶更节能。 [3]A款燃气灶的热效率 。 【素养提升】 9．（21-22九年级上·江苏镇江·期中）如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的水进行加热，两图装置均相同。燃料的质量用m表示，燃料充分燃尽时水升高的温度用Δt表示（水未沸腾），则下列说法中正确的是（　　）。 A．实验中m必须相同，否则无法比较燃料的热值 B．实验中Δt越大，说明燃料的热值一定越大 C．若的值越大，燃料的热值越大 D．若的值越大，燃料的热值越大 【答案】AD。 【解析】燃料的热值大小不能直接测量，需要通过水吸收热量的多少来体现燃料燃烧放出热量的多少，而水吸收热量的多少跟水的质量和升高的温度有关，因此为了比较热值大小可以利用Q吸=Q放 而Q吸=c水m水Δt，Q放=mq 即c水m水Δt=mq 解得。 A．由可知，比较两种燃料的热值大小时，需要控制两种燃料的质量相同，故A正确； B．若Δt相同，m越大，由可知，燃料的热值越小，故B错误； C．若的值越大，即的值越小，由可知，燃料的热值越小，故C错误； D．若的值越大，由可知，燃料的热值越大，故D正确。故选AD。 10．（2024·江苏无锡·二模）如图甲所示，这是四冲程汽油机的 冲程。如图乙，这是我国自主生产的某品牌小汽车，已知汽油的热值是，若该汽车发动机的效率是，消耗汽油使该汽车在水平路面上匀速行驶了，则该汽车发动机的牵引力为 N。 【答案】吸气；。 【解析】[1]如图，进气门打开，排气门关闭，活塞下行，是汽油机的吸气冲程。 [2]汽油完全燃烧放出的热量为 汽油机对外做的有用功为 该汽车发动机的牵引力为。 11．（2024·江苏盐城·二模）如图甲所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，快速压下活塞，可观察到棉花着火燃烧，该过程中，使引火仪中的空气内能改变的方式是 。如图乙所示是单缸四冲程汽油机工作状态示意图，与甲图中的能量转化情况 （相同/不相同）。某台汽油机飞轮的转速为3000r/min，该汽油机每秒钟对外做 次功。 【答案】做功；不相同；25。 【解析】【小题1】[1]快速压下活塞，活塞对筒内气体做功，气体的内能增加、温度升高，将机械能转化为内能。棉花吸收热量后温度升高，达到着火点后燃烧。 [2]由图乙可知，两个气门都关闭，火花塞点火，为做功冲程，能量转化形式为内能转化为机械能，故图中甲与乙能量转化情况不同。 [3]四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min=50r/s，则该飞轮每秒钟转50圈。一个工作循环，完成四个工作冲程，飞轮转2圈，做功1次，所以飞轮转50圈，做功25次。 【能力培优】 12．（2021·江苏南京·二模）如图所示，甲、乙、丙装置完全相同，燃料的质量、液体的质量和初温都相等，当燃料燃尽时（烧杯内的液体均未沸腾），温度计示数为。下列正确的是（　　）。 A．选择甲、乙，可以用燃烧相同时间比较液体升高温度来反映燃料热值的大小 B．选择甲、丙，可以用加热时间的长短来反映液体吸收热量的多少 C．液体a的比热容与液体b的比热容相比，有 D．燃料1的热值与燃料2的热值相比，有 【答案】BD。 【解析】A．选择甲、乙，液体的质量和种类相同，燃料的种类不同，可以探究热值的大小；实验中燃烧相同的时间，无法判定燃料燃烧的质量的大小，所以无法根据液体升高的温度来反映燃料热值的大小，故A正确； B．选择甲、丙，燃料的种类相同，液体的质量相同，种类不同，可以探究比热容的大小，实验中用加热时间的长短来反映液体吸收热量的多少，故B正确； C．甲、丙所示实验中所用燃料种类与质量相同，燃料燃尽时释放的热量相等，燃料燃烧释放的热量被烧杯中的液体吸收，则，甲、丙两实验烧杯中液体的初温相等，末温，则，即，因为，且质量m相等，由可知，，故C错误； D．甲、乙两实验所使用的燃料质量m相同而种类不同，加热质量相同的同种液体，液体温度升高的越高，则表明燃料放出的热量越多，燃料的热值越大，由于，所以，故D正确。 故选BD。 13．（2024·江苏镇江·二模）建立知识结构是有效学习的科学方法。下图是为部分能量组建的知识结构图，其中①、②、③、④标号处应对应填写的内容分别是： 、 、 、 。 【答案】弹性势能；做功；2；q（或热值）。 【解析】[1]势能包括重力势能和弹性势能。 [2]做功和热传递是改变内能的两种方式。 [3]热机的一个工作循环：四个冲程、曲轴/飞轮转2圈、对外做功1次。 [4]燃料燃烧放出的热量。 14．（2024·江苏常州·一模）汽车发动机的一个工作循环包括如图所示的四个冲程，其中 （选填“甲”、“乙”“丙”或“丁”）冲程是给汽车提供动力的。若该某单缸四冲程汽油机飞轮转速1200r/min，则该汽油机每秒钟对外做功 次；如图所示为某型号汽车发动机的能量流向图，若该发动机完全燃烧0.2kg的汽油能够获得 J的能量，输出的有用功为 J。（汽油的热值为） 【答案】丙；10；9.2×106；2.76×106。 【解析】[1]四个冲程中，只有做功冲程是给汽车提供动力的，做功冲程时两个气门都关闭，活塞向下运动，做功冲程将内能转化为机械能，对外提供动力，符合的是丙。 [2]汽油机完成1个工作循环是4个冲程，飞轮转2转，对外做功1次，若一台汽油机的转速是1200r/min=20r/s，表示每秒飞轮转动20圈，曲轴转动20周，40个冲程，对外做功10次。 [3]汽油完全燃烧放出的热量 [4]输出的有用功。 15．（2024·江苏南通·一模）小刚爸爸购买了一款户外分体式燃气炉，如图甲。该燃气炉的铭牌如图乙所示，其中功率4500W是指气体燃料完全燃烧时燃气炉每秒放出4500J的热量。 （1）气体燃料在常温下是通过 的方式使其液化存储在储气罐内； （2）在标准大气压下，用该燃气炉将1L水从25℃加热到沸腾用时140s，燃气炉烧水时的效率是 %；[，] （3）小刚注意到炉头上标有参数：15字样，他查阅说明书得知，该参数表示的是：燃气炉功率[单位：瓦（W）]与耗气量[单位：克/时（g/h）]之比的数值为15，计算该燃气炉所使用燃料的热值是 J/kg； 内容 每次耗时/min 次数 炒菜 8 3 煮汤 10 1 烧水 3 2 （4）小刚同学打算展示烹饪技能，为家人做顿可口饭菜，右表是他做的规划，则小刚至少应提前准备 个如图丙所示的新储气罐。 【答案】压缩体积；50；5.4×107；2。 【解析】（1）[1]使气体液化的方法：降低温度和压缩体积；气体燃料在常温下是通过压缩体积的方式液化存储在储气罐内。 （2）[2]水的质量m水=ρ水V水=1.0×103kg/m3×1.0×10-3m3=1kg 在标准大气压下，水沸腾时的温度为100℃，水吸收的热量 Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×(100℃-25℃)=3.15×105J 燃气完全燃烧放出的热量Q放=Pt′=4500W×140s=6.3×105J 则燃气炉烧水时的效率 （3）[3]燃气炉功率[单位：瓦（W）]与耗气量[单位：克/时（g/h）]之比的数值为15，即 解得m气=300g/h，表示燃气炉每小时消耗300g的燃气，由题意可知，燃气炉每小时放出的热量 Q=Pt'=4500W×3600s=1.62×107J 该燃气炉所使用燃料的热值 （4）[4]做饭总共用时t′=8min×3+10min+3min×2=40min=2400s 一共消耗的热量Q总=Pt′=4500W×2400s=1.08×107J 一罐储气罐提供的热量Q0=m0q=120×10-3kg×5.4×107J/kg=6.48×106J 需要新储气罐的数量 所以小刚至少要带两个新储气罐。 16．（2024·江苏镇江·二模）我国研制的大型太阳能无人机“彩虹﹣T4”首次在2万米高空飞行。该无人机翼展达45米，升限超过20000米，速度可达200km/h，而质量仅为500kg，无人机上的高效薄膜太阳能电池，厚度仅为1mm，太阳能瓦片每片发电功率可达30W。 （1）机身和机翼均采用极轻碳纤维材料和塑料部件，这里的“轻”指的是___________小。 （2）若飞机发动机的输出功率保持60kW，并以180km/h的速度水平匀速飞行时，发动机的牵引力大小是多少N？ （3）若此无人机采用蓄电池作为储能装置，将电能存储到蓄电池的效率为80%，若不考虑蓄电池供电时的能量损失，则无人机至少需要多少片太阳能瓦片？ （4）若一个50m2的屋顶可以安装功率为4.25kW的太阳能瓦片，每年可发电5000kW•h。已知燃烧1t煤炭大约产生2.6t的CO2和20kg的SO2，若热电厂的燃料利用率为50%，煤炭的热值为2.4×107J/kg，则这样一个房顶一年大约节省多少煤炭？减少多少CO2的排放？ 【答案】（1）密度；（2）；（3）2500片；（4）1.5t；3.9t。 【解析】（1）[1]密度； （2）飞机的速度 发动机的牵引力 （3）不考虑蓄电池供电时的能量损失 太阳能瓦片的功率 需要的太阳能瓦片 （4）发电5000kW•h需要煤炭提供的热量 需要燃烧煤炭的质量 可减少的CO2排放量 答：（2）发动机的牵引力大小是；（3）无人机至少需要2500片太阳能瓦片；（4）这样一个房顶一年大约节省1.5t煤炭；减少3.9t CO2的排放。 ( 12 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$