12.4 机械能与内能的相互转化（课件+讲义+练习）-2024-2025学年九年级物理上册同步备课包（苏科版）

12.4 机械能与内能的相互转化 第十二章 机械能和内能 更多模板请关注：https://haosc.taobao.com 目录 1 热机 2 燃料的热值 3 热机的效率 【PART.01】 01 热机 探究不同物质的吸热能力 你知道第一辆汽车和现在最快的汽车速度差距有多大吗? 问题 第一辆蒸汽机驱动汽车最高时速：9.5km/h "音速之风“陆地极速车最高时速：3218km/h 思考 汽车是如何获得机械能呢? 小实验 活塞为什么会被弹起？ 问题 思考 汽车是如何获得机械能呢? 热机 生活中这些机械工作时有什么共同特点? 问题 热机：把燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的装置。 都是将内能转为机械能进行工作的 蒸汽机 内燃机 汽轮机 喷气发动机 热机 内燃机分类 内燃机分类 燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机 汽油机 柴油机 汽油机 汽油机构造 火花塞 排气门 曲轴 汽缸 进气门 活塞 连杆 汽油机的工作过程 汽油机 汽油机四冲程 汽油和空气 燃烧后的废气 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 ①一个工作循环中，有4个冲程，曲轴转2圈，做功1次; ②压缩冲程：机械能转化为内能；做功冲程：内能转化为机械能。 汽油机 柴油机 汽油机构造 喷油嘴 排气门 曲轴 进气门 气缸 活塞 连杆 柴油机 柴油机四冲程 空气 燃烧后的废气 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 机械能 内能 内能 机械能 喷油嘴 柴油机的工作过程 汽油机与柴油机的异同 区别 汽油机 柴油机 构造 火花塞 喷油嘴 吸入气体 汽油和空气的混合气体 只有空气 点燃方式 点燃式点火 压燃式点火 火花塞 喷油嘴 汽 油 和 空 气 空 气 汽油机与柴油机的异同 区别 燃烧后的废气 燃烧后的废气 工作原理 内能→>机械能 工作循环 共四冲程，活塞往复2次，飞轮转动2周，做功1次 做功方式 只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成 知识小结 1.热机：我们把燃料燃烧时释放的_______转化为_______的装置叫做热机。 2.汽油机： （1）构造 （2）四冲程 注意： 压缩冲程：_______转化为_______；做功冲程：_______转化为_______。 内能 机械能 机械能 内能 内能 机械能 知识小结 火花塞 喷油嘴 汽油和空气混合物 空气 点燃式 压燃式 4 2 2 1 惯性 【PART.02】 02 课堂练习 课堂练习 【典例1】关于热机，下列说法正确的是（　　） A．热机是利用化学能做功的机械 B．内燃机是燃料在汽缸内燃烧的热机 C．内燃机的效率比蒸汽机的低 D．增大热机的功率，可以提高热机的效率 【答案】B 【详解】A．热机是利用燃料燃烧时产生的内能通过做功的方式转化为机械的机械能，故A错误； B．内燃机是燃料在汽缸内燃烧的将燃料燃烧时产生的内能转化为机械能的热机，故B正确； C．内燃机的燃料利用率比蒸汽机的高，所以，内燃机的效率比蒸汽机的要高，故C错误； D．增大热机的功率，不能提高热机的效率，功率与效率无关，故D错误。 故选B。 课堂练习 【典例2】如图1所示，充满气体的气球向左喷气而向右飞出，说明______，此过程发生的能量转化与图______（选填“2”或“3”）中的能量转化是一致的。 【答案】 物体间力的作用是相互的 3 【详解】[1]充满气体的气球向左喷气，气体受到力 向左喷出，气球受到向右的力，而向右飞出，说明 力的作用是相互的。 [2]充满气体的气球向左喷气而向右飞出，气球内的气体向外喷出，气体对外做功，内能转化为球的机械能；由图2可知，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，属于压缩冲程，压缩冲程的能量转化是机械能转化为内能；由图3可知，进气门和排气门都关闭，活塞向下运动，属于做功冲程，做功冲程的能量转化是内能转化为机械能，所以充满气体的气球向左喷气而向右飞出过程发生的能量转化与图3中的能量转化是一致的。 课堂练习 【变式2-1】某训练基地，队员扣动步枪扳机，射出一颗子弹。弹壳内火药燃烧将化学能转化为燃气的_______能，燃气推动子弹在枪膛中运动，该过程相当于内燃机的_______冲程。水平射出的子弹在空气中做_______运动（填“直线”或“曲线”）。 【答案】 内 做功 曲线 【详解】[1]火药燃烧是化学变化，火药的化学能转化为燃气的内能，使燃气温度升高，内能增加。 [2]燃气推动子弹在枪膛中运动，燃气内能转化为子弹的机械能，相当于内燃机的做功冲程。 [3]当子弹被水平射出时，受重力和空气阻力的作用。由于重力和子弹初速度方向不在同一直线上，子弹将不再保持直线运动状态，而是会沿着一个曲线轨迹运动。 课堂练习 【变式2-2】在瓶内滴入少量酒精，用塞子塞住瓶口，向瓶内快速打气，瓶内气体的内能_______，这是用_______的方式改变内能的，相当于汽油机的_______冲程；突然听到较大声响，看到塞子飞出，_______能转化为_______能，瓶内温度_______填“上升、下降、不变”）。 【答案】 变大 做功 压缩 内 机械 下降 【详解】[1][2]在瓶内滴入少量酒精，用窑子塞住瓶口， 向瓶内快速打气，机械能转化为内能，所以瓶内气体的内能增大， 这是用做功的方式改变内能的。 [3]此过程是机械能转化为内能，和汽油机的压缩冲程能量转化一样。 [4][5][6]突然听到较大声响，看到塞子飞出，是由于气体的内能转化为塞子的机械能，所以瓶内气体温度下降。 课堂练习 【变式2-3】在如图所示的四幅图中，甲、乙是课堂上看到的两个演示实验示意，图丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图。 (1)利用内能来做功的冲程是______图； 与压缩冲程原理相同的是______图所示的演示实验； (2)在汽油机中，燃料在汽缸内燃烧， 而且燃料与空气混合充分，燃烧得比较完全。 因此汽油机的效率______（选填“>”、“=”或“<”）蒸汽机的效率。 【答案】B 【详解】A．热机是利用燃料燃烧时产生的内能通过做功的方式转化为机械的机械能，故A错误； B．内燃机是燃料在汽缸内燃烧的将燃料燃烧时产生的内能转化为机械能的热机，故B正确； C．内燃机的燃料利用率比蒸汽机的高，所以，内燃机的效率比蒸汽机的要高，故C错误； D．增大热机的功率，不能提高热机的效率，功率与效率无关，故D错误。故选B。 课堂练习 【答案】B 【详解】A．由图可知，两个气门都关闭，活塞向下，是做功冲程，此冲程高温高压的燃气对外做功，内能减小，温度降低，故A不符合题意； B．由图可知，两个气门关闭，活塞上行，是压缩冲程，在汽油机的压缩冲程中，压缩气体时对气体做功，气体的内能增大，气体的温度升高，故B符合题意； C．由图可知，气门一开一闭，活塞向下，是吸气冲程，此冲程不涉及能量转化，气缸内气体温度不变，故C不符合题意； D．由图可知，气门一开一闭，活塞向上，是排气冲程，此冲程不涉及能量转化，气缸内气体温度不变，故D不符合题意；故选B。 【典例3】如图是四冲程汽油机的工作示意图，其中气缸内气体温度一直升高的冲程是（       ） A. B. C. D. 课堂练习 【变式3-1】如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，以下说法正确的是（　　） A．汽油机一个工作循环四个冲程的正确顺序是：丙、甲、丁、乙 B．汽油机吸气冲程汽缸吸进的物质是汽油 C．若汽油机每秒做功10次，则飞轮的转速为1200r/min D．图丁是做功冲程，机械能转化为内能 课堂练习 【答案】C 【详解】A．甲图中两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，乙图是进气门打开，排气门关闭，此时活塞向下运动，是吸气冲程，丙图中进气门关闭，排气门打开，此时活塞向上运动，是排气冲程，丁图中两个气门都关闭，火花塞点火，此时活塞向下运动，是做功冲程，所以，该内燃机一个工作循环有四个冲程正确的顺序是乙、甲、丁、丙，故A错误； B．汽油机吸气冲程汽缸吸进的物质是汽油和空气混合物，故B错误； C．由题知，该内燃机每秒做功10次，每分钟做功600次，因飞轮每转2周对外做功一次，则飞轮的转速为1200 r/min ，故C正确； D．图丁是做功冲程，是把燃气的内能转化为机械能，故D错误。 故选C。 课堂练习 【变式3-2】如图为某单缸四冲程汽油机的_________冲程；若该汽油机每秒对外做功20次，那么该汽油机飞轮转速为_________。 【答案】 做功 2400 【详解】[1]如图，两气门关闭，活塞下行，为汽油机的做功冲程。 [2]若该汽油机每秒对外做功20次，则每秒完成20个工作循环，那么该汽油机飞轮转速为 40r/s=2400r/min 课堂练习 【变式3-3】汽油机作为汽车的“心脏”，一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为1800r/min，该汽油机每分钟做功_____次。如图所示的汽油机正处于_____冲程，为了不让汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一个水套，让汽缸被水包围着，这是通过_____的方式减少汽缸内能。 【答案】 900 压缩 热传递 【详解】[1]飞轮的转速为1800r/min，每一个工作循环，4个冲程， 飞轮转两圈，对外做功一次，该汽油机每分钟做功次数是飞轮所转圈数的一半，为900次。 [2]此时进气门、排气门关，活塞向上，压缩气体，对气体做功，属于压缩冲程。 [3]汽缸外有一个水套，让汽缸被水包围着，热量从高温的气缸内向水中传递， 只有能量的转移，这是通过热传递改变内能的方式。 【PART.02】 02 燃料的热值 火箭的燃料 你知道火箭用的是什么燃料吗？能用柴油、汽油或者普通煤油吗? 问题 31 探究不同物质的吸热能力 都是燃料，燃烧时释放热量的本领一样吗? 问题 一大堆草燃烧放出的热量 = 一小堆煤燃烧放出的热量 不一样 探究不同物质的吸热能力 怎样评价燃料燃烧时释放热量的本领的好坏呢? 问题 1.热值：某种燃料完全燃烧释放出的能量与质量之比。 2.公式： 3.单位：J/ 热值 注意 液化气热值为4.9x107J/g，其物理意义是1kg的液化气完全燃烧产生的热量为4.9x107J。 探究不同物质的吸热能力 （1）一小袋烟煤和一大堆烟煤的热值相同吗? （2）烟煤不燃烧、充分燃烧或不充分燃烧，热值相同吗? 问题 （1）燃料的热值与燃料的质量无关！ 总结 相同 相同 （2）燃料的热值与燃料是否完全燃烧无关！ 热值的影响因素 知识小结 1.燃料的热值 (1)热值：某种燃料_________释放出的能量与质量之比。 (2)公式：________________(气体燃料_______________）。 (3)单位：________________(气体燃料_________）。 (4)热值是燃料的一种__________，只与___________有关，与燃料的质量、是否燃烧以及是否完全燃烧无关。 完全燃烧 J/kg J/m3 固有性质 燃料的种类 【PART.04】 04 课堂练习 课堂练习 【典例4】中国的货运飞船天舟一号是从海南文昌航天发射中心，由长征七号遥二运载火箭发射升空的，火箭燃料中有液态氢，液态氢常作为燃料，是因为液态氢有（    ） A．较多的热量 B．较大的密度 C．较大的比热容 D．较大的热值 【答案】D 【详解】运载火箭采用液态氢作为燃料，是因为液态氢不仅密度小，而且具有较大的热值，故D正确；ABC错误。 故选D。 课堂练习 【变式4-1】下列事实中，最能说明燃料燃烧所放出的热量跟燃料的种类有关的是（　　） A．2克酒精完全燃烧比2克木柴完全燃烧放出的热量多 B．2克酒精完全燃烧比1克汽油完全燃烧放出的热量多 C．2克酒精完全燃烧比1克酒精完全燃烧放出的热量多 D．3克酒精完全燃烧比2克烟煤不完全燃烧放出的热量多 【答案】A 【详解】要比较不同燃料燃烧所放出的热量跟燃料的种类有关，需要控制完全燃烧的质量相同。 A．完全燃烧酒精和木柴的质量相同，故A符合题意； B．完全燃烧酒精和汽油的质量不同，故B不符合题意； C．同种燃料不能得出完全燃烧放出的热量跟燃料种类有关的结论，故C不符合题意； D．完全燃烧酒精和烟煤的质量不同，故D不符合题意；故选A。 课堂练习 【变式4-2】一瓶酒精用去一半后，剩下的酒精（　　） A．热值不变，比热容减小一半 B．热值和比热容都减小一半 C．热值减小一半，比热容不变 D．热值不变，比热容不变 【答案】D 【详解】酒精的比热容、热值两个物理量，都是表示酒精的某种特性；是从不同的角度来描述酒精的特性，只与物质的种类和状态有关，是一般不发生变化的量；一瓶酒精用去一半，则剩下的酒精的比热容、热值不变，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 课堂练习 【典例5】小王学习燃料的热值之后，自己设计一个实验来探究酒精和碎纸片的热值大小。 （1）实验装置如图甲、乙所示，你认为图中横杆、温度计、铁圈、燃具四个器件的安装顺序是________（选填“由下而上”或“由上而下”）； （2）为保证实验结论的可靠，以及方便比较，小王同学在实验中应让酒精和碎纸片的质量、两烧杯中水的质量、以及两个烧杯都应保持________； （3）实验数据记录如下表： 燃料 加热前水温℃ 燃料燃尽时水温℃ 燃料的热值J·kg-1 酒精 15 35 2.4×106 碎纸片 15 25 ？ 课堂练习 根据表中数据，计算出碎纸片的热值是________J/kg； （4）通过实验得到的燃料热值与实际相比是偏_____选填“大”或“小”），这是因为_____。 燃料 加热前水温℃ 燃料燃尽时水温℃ 燃料的热值J·kg-1 酒精 15 35 2.4×106 碎纸片 15 25 ？ 课堂练习 【答案】 由下而上 相同 1.2×106 小 存在热损失或者燃料没有完全燃烧 【详解】（1）[1]在安装实验装置的时候，为了便于调节，应该由下往上安装。 （2）[2]为了比较相同质量的酒精和碎纸片燃烧放出热量的多少，必须控制二者的质量相等、烧杯内水的质量相等、两个烧杯相同。 （3）[3]相同质量的酒精和碎纸片燃烧放热，酒精燃烧放出的热量可以将水的温度升高 35℃-15℃=20℃ 碎纸片燃烧放出的热量可以使相同质量的水的温度升高 25℃-15℃=10℃ 水吸收热量分别是酒精和纸片燃烧释放的，由Q吸=cm∆t可知燃烧相同质量的酒精和纸片，酒精放出的热量是纸片的两倍，再由q=可知酒精的热值是碎纸片的2倍，所以碎纸片的热值为1.2×106J/kg。 （4）[4][5]因为烧杯、空气也吸收热量，并且燃料不可能完全燃烧，导致水吸收的热量比燃烧完全燃烧释放的能量少，即测得的Q放偏小，根据q=所以测得的热值会偏小。 课堂练习 【变式5-1】小明和小辉学习了燃料的热值后，他们一起设计了一个实验来探究煤油和菜籽油热值的大小关系。他们组装了如图1和图2所示的装置进行实验，记录结果见下表。 (1)为了保证实验结论的可靠性，小明和小辉选择了两 套完全相同的装置，并且控制燃油的质量以及水的质 量____________（选填“相同”或“不同”）， 但对于两杯水的初温他们的看法却不同， 请将下列他们的想法补充完整： 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 煤油 25 44 菜籽油 25 34 课堂练习 ①小辉认为实验中是直接用________来表示煤油和菜籽油放出热量的多少，所以实验中两杯水的初温可以不同； ②小明认为因为探究过程中他们采用了________法，所以只有燃料的________不同，其他因素都必须控制相同；如果两杯水的初温不同，那么水的蒸发快慢以及水与周围环境的温差都不相同，于是两杯水的________就不相同，就可能出现燃料燃烧放出的热量多，而水吸收的热量少、水温变化小的情况，所以实验时必须控制水的初温相同； (2)小明和小辉在实验前用天平分别测出了烧杯中水的质量以及燃料的质量，实验结束后小辉由记录的数据计算出煤油和菜籽油的热值。小明认为他的计算结果不可靠，理由是________。 课堂练习 【答案】(1) 相同 水温升高的多少 控制变量 种类 散热 (2)燃油不可能完全燃烧且燃油放出的热量不能完全被水吸收 【详解】（1）[1]根据Q放=mq，燃料燃烧放出热量的多少与物体的质量和热值有关，所以要探究热值的大小，需使菜籽油和煤油的质量相等。水吸收热量后温度的变化，与吸热的多少及质量有关，所以还要控制两杯水的质量相同。 ①[2]质量相同的水，温度变化越大，说明吸收热量越多，所以实验中通过水温升高的多少来表示煤油和菜籽油放出热量的多少。 ②[3][4]要探究不同燃料热值的大小，应使其它条件相同，只有燃料的种类不同，即用到控制变量法。 [5]根据热传递的条件，水温与周围环境温度相差越大，越容易发生热传递，若水的初温不同，便可造成水的散热情况不同，所以实验中应控制水的初温相同。 （2）[1][2]在实验过程中，燃油不可能完全燃烧，且燃料燃烧放出的热量一部分直接散失掉、一部分被烧杯吸收，同时水也会向外散热，所以不能通过水温的变化得出燃料燃烧放出的热量，计算结果不可靠。 课堂练习 【变式5-2】如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量都是10g，烧杯内的液体质量也相同。 (1)比较不同物质的吸热能力，应选择______两图进行实验； 需要的测量器材如图所示：还需秒表和______；不同物质吸热的多少是通过______来反映的（选填“温度计示数的变化量”或“加热时间”）； 课堂练习 (2)根据实验测得的数据，分别描绘出a、b两种液体的温度随加热时间变化的图像，则a、b两种液体的比热容之比ca∶cb=______； (3)为了比较燃料1和燃料2的热值，应该在燃料完全燃烧后，通过比较______来得出结论（选填“温度计示数的变化量”或“加热时间”）； (4)在图甲装置中，若燃料为酒精，烧杯内的液体为水，先测出水的质量和酒精烧尽时水升高的温度，再结合酒精的质量（不考虑酒精的蒸发）这一数据，计算出酒精的热值。通过实验算出的热值与实际相比______（选填“偏大”或“偏小”）， 理由是______。 课堂练习 【答案】(1) 甲、丙 天平 加热时间 (2)2：1 (3)温度计示数的变化量(4) 偏小 见解析 【详解】（1）[1]为了比较不同物质的吸热能力，需要控制热源相同，即燃料的质量和种类相同，同时还需要控制被加热物质的质量和初温也相同，选用两种不同的液体吸热。因此，应该选择甲和丙两图进行实验。 [2]实验中需要秒表来记录加热时间，天平来测量燃料和被加热物质的质量。 [3]热源相同，不同物质吸热的多少是通过加热时间来反映的，加热时间越长，说明物质吸收的热量越多。 （2）根据实验测得的数据，分别描绘出a、b两种液体的温度随加热时间变化的图像。由于两种液体在相同时间内吸收的热量相同，且它们的质量也相同，因此可以通过比较它们升高的温度来比较它们的比热容。根据公式 c=，可以得出a、b两种液体的比热容之比等于它们温度变化量的反比，即 （3）燃料燃烧放出的热量是通过液体吸收的热量来确定的。液体的种类和质量相同，由Q=cmΔt可知，实验时应比较相同质量的燃料1和燃料2完全燃尽后，通过比较温度计上升的示数来比较燃料热值的大小。 （4）[1][2]在图甲装置中，若燃料为酒精，烧杯内的液体为水，通过实验算出的酒精热值可能会偏小。这是因为在实验过程中，酒精燃烧放出的热量并没有完全被水吸收，有一部分热量散失到了空气中。同时，烧杯也会吸收一部分热量。因此，测量得到的水吸收的热量会小于酒精实际放出的热量，从而导致计算出的酒精热值偏小。 课堂练习 【典例6】如图所示，艾灸是中华医学的瑰宝，利用艾条燃烧产生的热量刺激人体穴位，能够达到防病治病的目的。艾灸过程中是通过_______的方式改变人体内能，若一根质量为50g的艾条完全燃烧可以放出_______J的热量。（艾条的热值为2.8×107J/kg） 【答案】 热传递 1.4×106 【详解】[1]进行艾灸时，艾条燃烧产生的热量传给人体， 是通过热传递的方式改变了人体的内能。 [2]质量为50g即0.05kg的艾条完全燃烧可以放出的热量 Q放=mq=0.05kg×2.8×107J/kg=1.4×106J 课堂练习 17．1kg铀核释放的能量超过2000t煤完全燃烧释放的能量。如果煤的热值为3×107J/kg，那么2kg铀释放的能量至少为________J。 【答案】1.2×1014 【详解】2000t煤完全燃烧释放的能量 Q放=mq煤=2000×103kg×3×107J/kg=6×1013J 1kg铀核释放的能量至少为6×1013J，那么2kg铀释放的能量至少为2×6×1013J=1.2×1014J 课堂练习 【变式6-1】“保护环境，人人有责”，合理分类和利用垃圾可以保护环境，利用先进工艺和科学方法还可以使垃圾变废为宝。若1t垃圾能提炼出70kg燃料油，燃料油的热值为4.5×107J/kg，则这些燃料油完全燃烧时释放出的热量为________J。若燃料油燃烧掉一半，小华认为剩余的燃料油的热值为2.25×107J/kg，小华的说法________（选填“正确”或“错误”）；理由是：________。 【答案】 3.15×109 错误 热值大小与质量无关 【详解】[1]这些燃料油完全燃烧时释放出的热量为 Q=qm=4.5×107J/kg×70kg=3.15×109J [2][3]热值是燃料的一种特性，热值的大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量、放出的热量及燃烧状况等因素无关。 课堂练习 【变式6-2】一辆家用轿车每年耗汽油约1t，若这些汽油完全燃烧放出热量的63%被水吸收，可供1×106 kg的水温度升高________℃。[已知：水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃），汽油的热值为4.6×107 J/kg] 【PART.05】 05 热机的效率 机车尾气爆米花 问题 热机工作时，排放的尾气为什么能使玉米粒变成爆米花? 热机的效率 热机工作时，燃料完全燃烧产生的能量能够完全转化为机械能吗? 问题 答案 热机转化的机械能远小于燃料完全燃烧释放的能量 热机的效率 如何判断热机性能的好坏? 问题 燃料完全燃烧产生的能量能够转化为机械能的部分越多，热机性能越好。 1.热机效率：热机所做的有用功与燃料完全燃烧放出的能量之比。 4.物体吸收的热量总是会小于燃料完全燃烧时所放出的热量。 所以热机的效率总是小于1。 3.注意：有用功一般用公式 W有用=Fs 进行计算；Q总用公式Q总=mq或 Q总=Vq进行计算。 2.公式： η= 答案 热机的效率 煤炭粉碎机 汽车废气再循环系统 给齿轮加润滑油 热机工作时，能量损失主要在哪些方面，怎么提高热机效率? 问题 热机的能量损失 提高热机效率的途径 ①燃料未完全燃烧 ②废气带走大部分能量 ③一部分能量消耗在散热上 ④克服摩擦力做功 ①使燃料尽可能充分燃烧 ②利用废气的能量 ③采用先进的技术，减小热量损失 ④保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量 知识小结 1.热机效率 (1)定义：热机所做的____________与燃料完全燃烧放出的能量之比。 (2)公式：________________。 (3)注意：有用功一般用公式____________进行计算；Q总用公式____________或____________进行计算。 (4)物体吸收的热量总是会小于燃料完全燃烧时所放出的热量，所以热机的效率总是______1。 有用功 η= W有用=FS Q总=mq Q总=vq 小于 【PART.06】 06 课堂练习 课堂练习 【典例7】生活垃圾变废为宝，某垃圾处理厂每天完全燃烧800t的生活垃圾，放出热量______J。若放出热量的30%用来发电，每天可发电______kW•h。若放出热量的42%用来加热水供给附近小区，1标准大气压下，每天可将______kg的水由20 ℃恰好加热至沸腾。[q垃圾＝3×106J/kg，c水＝4.2×103J/(kg•℃)] 课堂练习 课堂练习 【变式7-1】小明在探究冰熔化特点时，用酒精灯加热50g的冰，每4分钟完全燃烧的酒精质量均为0.2g，冰的温度随时间变化的图像如图所示。由此可知：冰全部熔化成水后4分钟吸收热量为_______J，0.2g酒精完全燃烧放出的热量为_______J，CD段酒精灯的加热效率为 _______%，BC过程中被加热物质的内能将增加_______J。[c水＝4.2×103J/（kg•℃），q酒精＝3×107J/kg] 课堂练习 课堂练习 【变式7-2】二中初二9班的同学，用煤炉给20kg的水加热，实验结束后绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6min内完全燃烧了0.8kg的煤，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），煤的热值约为3×107J/kg。求： (1)煤完全燃烧产生的热量； (2)经过6min时间加热，水所吸收的热量； (3)该煤炉烧水时的热效率。 课堂练习 【答案】(1)2.4× 107J (2)5.04×106J (3)21% 【详解】（1）煤完全燃烧产生的热量Q放=qm=3×107J/kg×0. 8kg=2.4×107J （2）过6min时间加热，水所吸收的热量Q吸=cm(t-t0)= 4.2×103J/ (kg•℃)×20kg×(80℃-20℃)=5.04×106J （3） 煤炉烧水时的热效率 课堂练习 【变式7-3】一辆燃油汽车沿平直公路匀速行驶了15km，所用时间为600s，消耗汽油1kg，汽车在行驶过程中所受阻力恒为1000N（汽油的热值取q汽油=5.0×107J/kg）。求： (1)汽车行驶的速度； (2)牵引力所做功的大小； (3)1kg汽油完全燃烧放出的热量； (4)汽车发动机的效率。 课堂练习 课堂练习 【典例8】阅读短文，回答问题： 汽油机 发动机是汽车的动力源。汽油机以汽油为燃料，使活塞在气缸中往复运动，一个工作循环经历吸气、压缩、做功和排气四个冲程，汽油机的性能和汽缸排量有关。汽缸排量指活塞一个冲程中活塞在气缸内通过的容积，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（冲程长度）。如果发动机有若干个气缸，所有气缸“工作容积”之和称为发动机排量，实际汽车往往采用多缸发动机。如图所示发动机有4个汽缸（图中标注1、2、3、4），通过连杆把4个汽缸的活塞连在一根曲轴上。各个汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在吸气、压缩和排气冲程。 （1）汽油极的吸气冲程吸入的是______（选填“空气”“汽油”或“空气和汽油的混合物”），汽油机工作时将燃料燃烧得到的内能转化为______ 能； （2）四缸发动机中1号汽缸在做功冲程中，4号汽缸所处的冲程是______； A．吸气　　B．压缩 C．做功　　D．排气 （3）科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同。在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次 课堂练习 次做功，水蒸气温度______（选填“升高”“降低”或“不变”），这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能这款内燃机的第六冲程是______冲程； （4）全球汽车保有量迅速增长，截止2023年，全球在使用状态的汽车数量已突破15亿辆。设汽车的燃油为汽油，每辆汽车每年耗油2.1t，汽车内燃机的效率平均值取30%。如果把内燃机的效率提高到31%，汽油的热值是4.6×107J/kg。则每辆车每年节约 ______kg汽油。 课堂练习 【答案】 空气和汽油的混合物 机械 A 降低 排气 70 【详解】（1）[1][2]汽油机的吸气冲程中吸入气缸的是空气和汽油的混合物；内燃机就是将内能转化为机械能的机器。 （2）[3]四汽缸发动机，各个汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在吸气、压缩和排气冲程，据此可知四缸发动机中1号汽缸在做功冲程中，活塞向下运动，2号和3号活塞都向上运动，是压缩冲程和排气冲程，4号汽缸活塞向下运动，所处的是吸气冲程，故选A。 （3）[4][5]在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度降低；这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的效率。一个工作循环最后一个冲程是排气冲程，所以为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是排气冲程。 （4）[6]这些燃料完全燃烧放出的热量Q放=mq=2.1×103kg×4.6×107J/kg=9.66×1010J 课堂练习 内燃机效率提高前后，有用功不变，则 Q放η1=Q放′η2 提高效率后，做同样的有用功，汽油完全燃烧放出的热量 消耗汽油的质量 节约汽油的质量 Δm=m-m′=2.1t=2.03t=0.07t=70kg 课堂练习 【典例9】近几年政府推出了“汽车下乡”、“小排气量购置税减半”、“以旧换新”等政策，极大的促进了汽车行业的发展，随着人民生活水平的不断提高，汽车已经走进我们的家庭，小明的爸爸最近也购买了一辆轿车。小明利用所学的物理知识对汽车进行了一系列探索与研究活动： (1)汽车发动机常用循环流动的水来帮助它散热，主要是利用了水的_____较大的特点，同样情况下能吸收更多的热量。假如在标准大气压下，现有400g、初温度为55℃的水，吸收的热量8.4×104J后，温度升高了________℃； 实验次数 1 2 3 4 5 速度/（km•h-1） 40 60 80 100 120 制动距离/m 8 18 32 50 课堂练习 (2)小明同学阅读了汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图甲所示的图表，请根据给出的信息，计算完全燃烧0.2kg的汽油能够放出_____J的能量，这些能量能产生_____J的有用功；（汽油的热值为4.6×107J/kg） (3)若汽油机工作时的转速为3000r/min，则1s内汽油机对外做功_____次， 把该汽油机运至月球上，则能否正常工作，_____（选填能/不能）； (4)若轿车以60kW的恒定功率启动做直线运动，运动过程中受到的阻力不变，运动的速度υ与时间t的关系如图乙所示。则在0～5s时间内，轿车发动机对外做功_____J，轿车在运动过程中受到的阻力是_____N； (5)汽车行驶时发动机产生的牵引力为F，则燃烧m质量的汽油，能使汽车前进的距离s为_____（用给出物理量的符号表示距离，汽油的热值在本小题中用q表示）； (6)通过测量获得轿车以不同速度行驶时对应的制动距离（即从操纵制动刹车到车停下来的距离），数据如表丙所示：根据表中数据所反映的规律可知，当轿车速度为120km/h时，对应的制动距离是_____m。 课堂练习 课堂练习 感谢您的观看 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 $$ 12.4 机械能与内能的相互转化 一、单选题 1．如图所示的实例中，改变物体内能的方式与其它三项不同的是（    ） A．给水加热 B．压缩空气 C．搓手取暖 D．钻木取火 2．如图为四冲程汽油机工作过程中的某冲程示意图，该冲程为（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 3．2023年12月15日，“长征五号”遥六运载火箭在文昌航天发射场点火起飞，随后成功将“遥感四十一号”卫星送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。“长征五号”遥六运载火箭采用液氢、液氧作为推进剂，原因之一是液氢的热值高。对液氢热值的描述，下列说法正确的是（    ） A．液氢在注入运载火箭之前，热值较小 B．液氢在注入运载火箭之后，热值减小 C．液氢燃烧时，质量逐渐减小，热值减小 D．液氢燃烧时，质量逐渐减小，热值不变 4．如图所示是内燃机的四个冲程，其中属于内能转化为机械能的是（　　） A． B． C． D． 5．如图所示为汽油机工作过程中的一个冲程，则（　　） A．是压缩冲程，机械能转化为内能 B．是压缩冲程，内能转化为机械能 C．是做功冲程，机械能转化为内能 D．是做功冲程，内能转化为机械能 6．有甲、乙两台汽油机，他们的功率之比是2:1，它们的热机效率之比是4:5，则在相同时间内，它们所消耗汽油的质量之比是（　　） A．2:5 B．8:5 C．5:8 D．5:2 7．两台汽油机，甲做的有用功是乙的1.5倍，甲的效率是25%，乙的效率是30%，那么甲与乙消耗的汽油的质量之比是（　　） A．9︰5 B．5︰8 C．5︰9 D．6︰5 8．某同学为探究不同物质的吸热能力，用相同的酒精灯给质量为1kg 的甲、乙两种液体加热，获得如图所示的甲、乙液体的温度与加热时间的关系图象，已知甲、乙两种液体中有一种是水， 另一种液体的比热容比水的小。下列说法中正确的是（　　） A．用酒精灯给液体加热过程中，酒精的热值不断变小 B．甲、乙液体都加热1min，甲液体吸收热量较多 C．甲液体的比热容为 D．温度升高到20℃时，甲、乙液体吸收的热量之比为3︰1 二、填空题 9．人们常用热水袋取暖，热水袋里装水是因为水具有较大的 ；如果用煤气给热水袋中的水加热，使期获得的热量，至少需要完全燃烧 的天然气。（天然气的热值q天气） 10．内燃机的一个工作循环由四个冲程组成，如图所示是内燃机的 冲程，一台某型号单缸四冲程汽油机的飞轮速度是1200r/min，一次做功250J，在1s内对外做功 J。 11．已知酒精的热值是，水的比热容为，酒精灯加热水的效率约为42%，则完全燃烧10g酒精，可以将 kg初温为0℃的水温度升高到。 12．某品牌汽车汽油机的能量流向图如图所示，则该汽车汽油机的效率是 ；其中冷却水的内能是通过 方式改变的。 13．用烧杯取 200g、68℃的水加热。当水沸腾时，水温如图所示，则水的沸点为 ℃。此过程中水吸热 J。若这些热量全部由天然气燃烧提供，则至少需要完全燃烧 m3的天然气。[c水=4.2×103J/(kg·℃)，q天然气=4.0×107J/m3] 14．小东用相同的实验装置甲，在一标准大气压下分别给100g的A、B两种液体加热（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化的图像乙，B从60℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精。若单位时间内A吸收的热量与B吸收的热量相等，则A的吸热能力 B的吸热能力（选填“强于”“等于”或“弱于”），该酒精灯的加热效率为 。（，） 三、实验题 15．小明同学探究了“不同燃料燃烧的放热能力”的实验，他设计的实验装置如图所示。 燃料 加热前的水温 燃料燃尽后水温 煤油 25℃ 44℃ 菜籽油 25℃ 34℃ (1)为了保证实验结论可靠，小明同学选择了两套完全相同的装置，在实验中还应控制水的质量相等，煤油与菜籽油的质量 （选填“相等”或“不相等”）。除了图中所提供的器材之外， （选填“需要”或“不需要”）停表； (2)燃料燃烧放出热量的多少是通过 （选填“温度计升高的示数”或“加热时间”）来反映的； (3)分析得出：煤油和菜籽油这两种燃料中，热值较大的是 ； (4)利用以上实验方法计算出的燃料热值将比真实值 （选填“偏大”或“偏小”），原因可能是： 。（写出一条原因即可） 四、计算题 16．一太阳能热水器水箱的容积为100L，装满水后经过一天太阳光的辐射，水温由20℃升高到60℃。已知水的密度为，水的比热容为。 (1)求水箱中的水吸收的热量； (2)若用燃气热水器加热同样多的水，升高相同的温度，不计热损失，需要完全燃烧多少天然气？（天然气的热值为） (3)太阳能热水器与燃气热水器相比有哪些优点和缺点？（各写出一点即可） 17．今年“中秋”期间，爸爸开车带着全家去旅游。汽车（包括车上的人和物品）总重为1.6×104N，汽车以90km/h的速度在平直公路上匀速行驶230km，所受的平均阻力是汽车总重的0.05倍，全程共消耗16kg的汽油，汽油的热值是4.6×107J/kg（假设汽油完全燃烧）。 (1)汽车行驶230km牵引力做了多少功？ (2)全程燃料完全燃烧共放出多少热量？ (3)汽车发动机的效率多大？ 18．某物理兴趣小组的同学，用煤炉给10kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6min内完全燃烧了2kg的煤，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），煤的热值约为3×107J/kg。求： (1)经过6min时间加热，水所吸收的热量； (2)煤炉烧水时的热效率。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 12.4 机械能与内能的相互转化 一、单选题 1．如图所示的实例中，改变物体内能的方式与其它三项不同的是（    ） A．给水加热 B．压缩空气 C．搓手取暖 D．钻木取火 【答案】A 【详解】给水加热，水吸收热量，是热传递改变内能；压缩空气的过程中，克服空气阻力做功，将机械能转化为内能，是做功改变内能；搓手取暖的过程中，克服摩擦做功，将机械能转化为内能，是做功改变内能；钻木取火，是克服摩擦做功，将机械能转化为内能，是做功改变内能；综上所述，A与BCD改变物体内能的方式不同，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 2．如图为四冲程汽油机工作过程中的某冲程示意图，该冲程为（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】A 【详解】由图可知，进气门打开，活塞由上端向下端运动，是吸气冲程，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 3．2023年12月15日，“长征五号”遥六运载火箭在文昌航天发射场点火起飞，随后成功将“遥感四十一号”卫星送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。“长征五号”遥六运载火箭采用液氢、液氧作为推进剂，原因之一是液氢的热值高。对液氢热值的描述，下列说法正确的是（    ） A．液氢在注入运载火箭之前，热值较小 B．液氢在注入运载火箭之后，热值减小 C．液氢燃烧时，质量逐渐减小，热值减小 D．液氢燃烧时，质量逐渐减小，热值不变 【答案】D 【详解】热值是燃料的一种特性，只与物质种类有关，故ABC错误，D正确。 故选D。 4．如图所示是内燃机的四个冲程，其中属于内能转化为机械能的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】A．进气门打开，排气门关闭，活塞下行，为吸气冲程，没有能量转换，故A不符合题意； B．进气门和排气门关闭，火花塞放电，气体燃烧推动活塞下行，将内能转化为机械能，故B符合题意； C．进气门和排气门关闭，活塞上行，为压缩冲程，对气体做功，将机械能转化为内能，故C不符合题意； D．进气门关闭，排气门打开，活塞上行，为排气冲程，没有能量转换，故D不符合题意。 故选B。 5．如图所示为汽油机工作过程中的一个冲程，则（　　） A．是压缩冲程，机械能转化为内能 B．是压缩冲程，内能转化为机械能 C．是做功冲程，机械能转化为内能 D．是做功冲程，内能转化为机械能 【答案】D 【详解】图中的进气门和排气门都关闭，此时活塞向下运动，所以是做功冲程，把内能转化为机械能。 故选D。 6．有甲、乙两台汽油机，他们的功率之比是2:1，它们的热机效率之比是4:5，则在相同时间内，它们所消耗汽油的质量之比是（　　） A．2:5 B．8:5 C．5:8 D．5:2 【答案】D 【详解】甲的功率为P甲，乙的功率为P乙，效率为η甲 ，效率为η乙，汽油的热值为q，做功时间为t， 甲在时间t内做的有用功：；乙在时间t内做的有用功。 则由题意知 甲在时间t内消耗的总能量 甲在时间t内的耗油量 同理可以得到乙在时间t内的耗油量的表达式 甲乙两汽油机在相同时间内的耗油量之比 故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 7．两台汽油机，甲做的有用功是乙的1.5倍，甲的效率是25%，乙的效率是30%，那么甲与乙消耗的汽油的质量之比是（　　） A．9︰5 B．5︰8 C．5︰9 D．6︰5 【答案】A 【详解】甲、乙两台汽油机的效率分别是25%、30%，由热机效率公式可知，甲、乙两台汽油机燃烧放出的热量分别为 所以 又因为，在q相同时，甲与乙消耗的汽油的质量之比为9︰5。 故选A。 8．某同学为探究不同物质的吸热能力，用相同的酒精灯给质量为1kg 的甲、乙两种液体加热，获得如图所示的甲、乙液体的温度与加热时间的关系图象，已知甲、乙两种液体中有一种是水， 另一种液体的比热容比水的小。下列说法中正确的是（　　） A．用酒精灯给液体加热过程中，酒精的热值不断变小 B．甲、乙液体都加热1min，甲液体吸收热量较多 C．甲液体的比热容为 D．温度升高到20℃时，甲、乙液体吸收的热量之比为3︰1 【答案】C 【详解】A．热值是燃料的一种属性，用酒精灯给液体加热过程中，酒精的热值不变，故A错误； B．相同燃料加热相同时间放出的热量相同，物质吸收的热量相同，故B错误； CD．由图可知，升高相同温度，乙加热时间长，说明乙的比热容大，乙物质是水，可得 加热时间相同吸热相同，升高相同温度时，乙加热时间是甲的三倍，故乙吸收热量是甲的三倍，则有 则 故C正确，D错误。 故选C。 二、填空题 9．人们常用热水袋取暖，热水袋里装水是因为水具有较大的 ；如果用煤气给热水袋中的水加热，使期获得的热量，至少需要完全燃烧 的天然气。（天然气的热值q天气） 【答案】 比热容 【详解】[1]人们用热水袋取暖，因为水的比热容大，在质量相同、降低的温度相同时，水放出的热量多，取暖效果好。 [2]由可得，完全燃烧天然气的体积 10．内燃机的一个工作循环由四个冲程组成，如图所示是内燃机的 冲程，一台某型号单缸四冲程汽油机的飞轮速度是1200r/min，一次做功250J，在1s内对外做功 J。 【答案】 排气 2500 【详解】[1]由图可知排气门打开，所以该冲程为排气冲程。 [2]汽油机的飞轮速度是 飞轮转两圈对外做功一次，则汽油机每秒钟对外做功10次，所以在1s内对外做功 11．已知酒精的热值是，水的比热容为，酒精灯加热水的效率约为42%，则完全燃烧10g酒精，可以将 kg初温为0℃的水温度升高到。 【答案】1 【详解】完全燃烧10g酒精放出的热量 酒精灯加热水的效率约为42%，则水吸收热量 则加热水的质量 12．某品牌汽车汽油机的能量流向图如图所示，则该汽车汽油机的效率是 ；其中冷却水的内能是通过 方式改变的。 【答案】 35% 热传递 【详解】[1]由图可知，汽油机的效率 η=100%-33%-25%-7%=35% [2]由于汽车的汽油机放出热量，冷却水吸收热量，所以冷却水的内能是通过热传递方式改变的。 13．用烧杯取 200g、68℃的水加热。当水沸腾时，水温如图所示，则水的沸点为 ℃。此过程中水吸热 J。若这些热量全部由天然气燃烧提供，则至少需要完全燃烧 m3的天然气。[c水=4.2×103J/(kg·℃)，q天然气=4.0×107J/m3] 【答案】 98 2.52×104 6.3×10-4 【详解】[1]由图可知，温度计的分度值为1℃，示数为98℃，由题意知，水的沸点为98℃。 [2]水吸收的热量为 Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×0.2kg×(98℃-68℃)=2.52×104J [3]这些热量全部由天然气燃烧提供，则 Q放=Q吸=2.52×104J 则需要完全燃烧天然气的体积为 14．小东用相同的实验装置甲，在一标准大气压下分别给100g的A、B两种液体加热（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化的图像乙，B从60℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精。若单位时间内A吸收的热量与B吸收的热量相等，则A的吸热能力 B的吸热能力（选填“强于”“等于”或“弱于”），该酒精灯的加热效率为 。（，） 【答案】 强于 17.5% 【详解】[1]根据图乙可知，质量相同的A和B升高相同的温度，A的加热时间是B的加热时间的2倍，则A吸收的热量是B吸收热量的2倍，则A的吸热能力大于B的吸热能力，因水的比热容较大，吸热能力强，所以A为水。 [2]用相同的酒精灯加热，在相同的时间内，水吸收的热量等于A吸收的热量，0~8minA吸收的热量等于B吸收的热量 QB=Q水=c水m水Δt=4.2×103J/(kg·℃)×0.1kg×(100℃-60℃)=1.68×104J 酒精完全燃烧放出的热量为 Q放=m酒精q酒精=0.004kg×3×107J/kg=1.2×105J B从加热到沸腾吸收的热量为 酒精灯的加热效率为 三、实验题 15．小明同学探究了“不同燃料燃烧的放热能力”的实验，他设计的实验装置如图所示。 燃料 加热前的水温 燃料燃尽后水温 煤油 25℃ 44℃ 菜籽油 25℃ 34℃ (1)为了保证实验结论可靠，小明同学选择了两套完全相同的装置，在实验中还应控制水的质量相等，煤油与菜籽油的质量 （选填“相等”或“不相等”）。除了图中所提供的器材之外， （选填“需要”或“不需要”）停表； (2)燃料燃烧放出热量的多少是通过 （选填“温度计升高的示数”或“加热时间”）来反映的； (3)分析得出：煤油和菜籽油这两种燃料中，热值较大的是 ； (4)利用以上实验方法计算出的燃料热值将比真实值 （选填“偏大”或“偏小”），原因可能是： 。（写出一条原因即可） 【答案】(1) 相等 不需要 (2)温度计升高的示数 (3)煤油 (4) 偏小 燃料燃烧放出的热量不能全部被水吸收 【详解】（1）[1][2]为比较煤油和菜籽油热值的大小，实验过程中应采用控制变量法，需要控制煤油和菜籽油的质量相同；实验中，两种燃料要燃尽，故不需要保持加热时间一样，不需要停表。 （2）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，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多少是通过温度计上升的示数来反映的。 （3）用相同质量的煤油和菜籽油燃烧后加热相同的水，由表中数据可知，用煤油加热的水温度升的高，则说明煤油燃烧放出的热量多，由Q=mq可知，煤油的热值大。 （4）根据Q吸=cmΔt求出水吸收的热量，即燃料燃烧放出的热量，再根据Q放=qm求出燃料的热值；但实际上燃料燃烧放出的热量不能全部被水吸收，因此得出的Q放比实际值偏小，则计算出的热值比真实值偏小。 四、计算题 16．一太阳能热水器水箱的容积为100L，装满水后经过一天太阳光的辐射，水温由20℃升高到60℃。已知水的密度为，水的比热容为。 (1)求水箱中的水吸收的热量； (2)若用燃气热水器加热同样多的水，升高相同的温度，不计热损失，需要完全燃烧多少天然气？（天然气的热值为） (3)太阳能热水器与燃气热水器相比有哪些优点和缺点？（各写出一点即可） 【答案】(1) (2) (3)见解析 【详解】（1）水的质量为 水吸收的热量为 （2）不计热损失，则，需要完全燃烧天然气的体积为 （3）太阳能热水器与燃气热水器相比，优点是环保无污染，取之不尽；缺点是受天气影响明显，热效率低。 17．今年“中秋”期间，爸爸开车带着全家去旅游。汽车（包括车上的人和物品）总重为1.6×104N，汽车以90km/h的速度在平直公路上匀速行驶230km，所受的平均阻力是汽车总重的0.05倍，全程共消耗16kg的汽油，汽油的热值是4.6×107J/kg（假设汽油完全燃烧）。 (1)汽车行驶230km牵引力做了多少功？ (2)全程燃料完全燃烧共放出多少热量？ (3)汽车发动机的效率多大？ 【答案】(1)1.84×108J (2)7.36×108J (3)25% 【详解】（1）汽车总重力G=1.6×104N，汽车行驶时受到的阻力 f=0.05G=0.05×1.6×104N=800N 因为汽车在平直公路上匀速行驶，所以汽车受到的牵引力和阻力是一对平衡力，即 F=f=800N 汽车匀速行驶的距离 s=230km=2.3×105m 牵引力做功 W=Fs=800N×2.3×105m=1.84×108J （2）16kg汽油完全燃烧放出的热量 Q放=mq=16kg×4.6×107J/kg=7.36×108J （3）汽车发动机的效率为 18．某物理兴趣小组的同学，用煤炉给10kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6min内完全燃烧了2kg的煤，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），煤的热值约为3×107J/kg。求： (1)经过6min时间加热，水所吸收的热量； (2)煤炉烧水时的热效率。 【答案】(1)2.52106J (2)4.2% 【详解】（1）如图，经过6min时间加热，水的温度变化了60℃，水所吸收的热量为 （2）在6min内完全燃烧了2kg的煤，则燃烧煤放出的热量为 煤炉烧水时的热效率为 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 12.4 机械能和内能的相互转化 一、目标导航 课程标准 课标解读 1．了解内能转化的另一种方式，做功。 2．了解内燃机的四个冲程。 3. 了解燃料的热值及其计算。 4. 了解热机的效率。 1、通过阅读了解做功可以进行内能的转化，并熟知其原理。 2、充分理解内燃机的工作原理。 3、熟知燃料的热值概念及能运用其公式进行计算热值。 4、了解热机的效率及如何计算。 二、知识精讲 知识点01 做功改变内能 做功 (1) 实质：对物体做功，物体内能增加；物体对外做功，自身内能减少，用做功的方法改变物体内能的过程，实质上是内能与其他形式的能量之间相互转化过程。 (2) 例：反复折弯的铁丝，空气压缩引火仪等。 (3) 能量守恒：能量既不会创生，也不会消灭，它只能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，在转化或转移的过程中，能量的总量不变，这就是能量守恒定律。各种能量形式互相转换是有方向和条件限制的。 知识点02 内燃机的工作原理 内燃机 (1) 内燃机的工作原理：汽油或柴油在气缸里燃烧时生成高温高压的燃气，用来推动活塞做功。活塞通过连杆使内燃机的飞轮转动，从而带动其他机械转动。 (2) 汽油机的工作循环（吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程） ①吸气冲程 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气缸。 ②压缩冲程 进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩。 ③做功冲程 在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体。高温高 压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。 ④排气冲程 进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。 知识点03 燃料的热值 热值 (1) 概念：1千克某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值。单位是：J/㎏。 (2) 计算公式：Q放=mq。其中m为燃料的质量，q为燃料的热值。 (3) 影响燃料燃烧放热的因素： ①燃料的种类；②燃料的质量；③燃料是否充分燃烧。 知识点04 热机的效率 热机效率 (1) 概念：热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率。 (2) 含义：热机的效率是热机性能的一个重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。 (3) 提高热机效率的途径： 　　①在设计和制造上，要不断改进和革新，以减少各种能量损失，提高效率。 　　②在使用上，要正确使用，注意保养。 ③充分利用废气带走的能量。 【典例1】关于热机，下列说法正确的是（　　） A．热机是利用化学能做功的机械 B．内燃机是燃料在汽缸内燃烧的热机 C．内燃机的效率比蒸汽机的低 D．增大热机的功率，可以提高热机的效率 【典例2】如图1所示，充满气体的气球向左喷气而向右飞出，说明 ，此过程发生的能量转化与图 （选填“2”或“3”）中的能量转化是一致的。 【变式2-1】某训练基地，队员扣动步枪扳机，射出一颗子弹。弹壳内火药燃烧将化学能转化为燃气的 能，燃气推动子弹在枪膛中运动，该过程相当于内燃机的 冲程。水平射出的子弹在空气中做 运动（填“直线”或“曲线”）。 【变式2-2】在瓶内滴入少量酒精，用塞子塞住瓶口，向瓶内快速打气，瓶内气体的内能 ，这是用 的方式改变内能的，相当于汽油机的 冲程；突然听到较大声响，看到塞子飞出， 能转化为 能，瓶内温度 （填“上升、下降、不变”）。 【变式2-3】在如图所示的四幅图中，甲、乙是课堂上看到的两个演示实验示意，图丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图。 (1)利用内能来做功的冲程是 图；与压缩冲程原理相同的是 图所示的演示实验； (2)在汽油机中，燃料在汽缸内燃烧，而且燃料与空气混合充分，燃烧得比较完全。因此汽油机的效率 （选填“>”、“=”或“<”）蒸汽机的效率。 【典例3】如图是四冲程汽油机的工作示意图，其中气缸内气体温度一直升高的冲程是（       ） A． B． C． D． 【变式3-1】如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，以下说法正确的是（　　） A．汽油机一个工作循环四个冲程的正确顺序是：丙、甲、丁、乙 B．汽油机吸气冲程汽缸吸进的物质是汽油 C．若汽油机每秒做功10次，则飞轮的转速为1200r/min D．图丁是做功冲程，机械能转化为内能 【变式3-2】如图为某单缸四冲程汽油机的 冲程；若该汽油机每秒对外做功20次，那么该汽油机飞轮转速为 。 【变式3-3】汽油机作为汽车的“心脏”，一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为1800r/min，该汽油机每分钟做功 次。如图所示的汽油机正处于 冲程，为了不让汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一个水套，让汽缸被水包围着，这是通过 的方式减少汽缸内能。 【典例4】中国的货运飞船天舟一号是从海南文昌航天发射中心，由长征七号遥二运载火箭发射升空的，火箭燃料中有液态氢，液态氢常作为燃料，是因为液态氢有（    ） A．较多的热量 B．较大的密度 C．较大的比热容 D．较大的热值 【变式4-1】下列事实中，最能说明燃料燃烧所放出的热量跟燃料的种类有关的是（　　） A．2克酒精完全燃烧比2克木柴完全燃烧放出的热量多 B．2克酒精完全燃烧比1克汽油完全燃烧放出的热量多 C．2克酒精完全燃烧比1克酒精完全燃烧放出的热量多 D．3克酒精完全燃烧比2克烟煤不完全燃烧放出的热量多 【变式4-2】一瓶酒精用去一半后，剩下的酒精（　　） A．热值不变，比热容减小一半 B．热值和比热容都减小一半 C．热值减小一半，比热容不变 D．热值不变，比热容不变 【典例5】小王学习燃料的热值之后，自己设计一个实验来探究酒精和碎纸片的热值大小。 （1）实验装置如图甲、乙所示，你认为图中横杆、温度计、铁圈、燃具四个器件的安装顺序是 （选填“由下而上”或“由上而下”）； （2）为保证实验结论的可靠，以及方便比较，小王同学在实验中应让酒精和碎纸片的质量、两烧杯中水的质量、以及两个烧杯都应保持 ； （3）实验数据记录如下表： 燃料 加热前水温℃ 燃料燃尽时水温℃ 燃料的热值。J·kg-1 酒精 15 35 2.4×106 碎纸片 15 25 ？ 根据表中数据，计算出碎纸片的热值是 J/kg； （4）通过实验得到的燃料热值与实际相比是偏 （选填“大”或“小”），这是因为 。 【变式5-1】小明和小辉学习了燃料的热值后，他们一起设计了一个实验来探究煤油和菜籽油热值的大小关系。他们组装了如图1和图2所示的装置进行实验，记录结果见下表。 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 煤油 25 44 菜籽油 25 34 (1)为了保证实验结论的可靠性，小明和小辉选择了两套完全相同的装置，并且控制燃油的质量以及水的质量 （选填“相同”或“不同”），但对于两杯水的初温他们的看法却不同，请将下列他们的想法补充完整： ①小辉认为实验中是直接用 来表示煤油和菜籽油放出热量的多少，所以实验中两杯水的初温可以不同； ②小明认为因为探究过程中他们采用了 法，所以只有燃料的 不同，其他因素都必须控制相同；如果两杯水的初温不同，那么水的蒸发快慢以及水与周围环境的温差都不相同，于是两杯水的 就不相同，就可能出现燃料燃烧放出的热量多，而水吸收的热量少、水温变化小的情况，所以实验时必须控制水的初温相同； (2)小明和小辉在实验前用天平分别测出了烧杯中水的质量以及燃料的质量，实验结束后小辉由记录的数据计算出煤油和菜籽油的热值。小明认为他的计算结果不可靠，理由是 。 【变式5-2】如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量都是10g，烧杯内的液体质量也相同。 (1)比较不同物质的吸热能力，应选择 两图进行实验； 需要的测量器材如图所示：还需秒表和 ；不同物质吸热的多少是通过 来反映的（选填“温度计示数的变化量”或“加热时间”）； (2)根据实验测得的数据，分别描绘出a、b两种液体的温度随加热时间变化的图像，则a、b两种液体的比热容之比ca∶cb= ； (3)为了比较燃料1和燃料2的热值，应该在燃料完全燃烧后，通过比较 来得出结论（选填“温度计示数的变化量”或“加热时间”）； (4)在图甲装置中，若燃料为酒精，烧杯内的液体为水，先测出水的质量和酒精烧尽时水升高的温度，再结合酒精的质量（不考虑酒精的蒸发）这一数据，计算出酒精的热值。通过实验算出的热值与实际相比 （选填“偏大”或“偏小”）， 理由是 。 【典例6】如图所示，艾灸是中华医学的瑰宝，利用艾条燃烧产生的热量刺激人体穴位，能够达到防病治病的目的。艾灸过程中是通过 的方式改变人体内能，若一根质量为50g的艾条完全燃烧可以放出 J的热量。（艾条的热值为2.8×107J/kg） 17．1kg铀核释放的能量超过2000t煤完全燃烧释放的能量。如果煤的热值为3×107J/kg，那么2kg铀释放的能量至少为 J。 【变式6-1】“保护环境，人人有责”，合理分类和利用垃圾可以保护环境，利用先进工艺和科学方法还可以使垃圾变废为宝。若1t垃圾能提炼出70kg燃料油，燃料油的热值为，则这些燃料油完全燃烧时释放出的热量为 J。若燃料油燃烧掉一半，小华认为剩余的燃料油的热值为，小华的说法 （选填“正确”或“错误”）；理由是： 【变式6-2】一辆家用轿车每年耗汽油约1t，若这些汽油完全燃烧放出热量的63%被水吸收，可供1×106 kg的水温度升高 ℃。[已知：水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃），汽油的热值为4.6×107 J/kg] 【典例7】生活垃圾变废为宝，某垃圾处理厂每天完全燃烧800t的生活垃圾，放出热量 J。若放出热量的30%用来发电，每天可发电 kW•h。若放出热量的42%用来加热水供给附近小区，1标准大气压下，每天可将 kg的水由20 oC恰好加热至沸腾。[q垃圾＝3×106J/kg，c水＝4.2×103J/(kg•oC)] 【变式7-1】小明在探究冰熔化特点时，用酒精灯加热50g的冰，每4分钟完全燃烧的酒精质量均为0.2g，冰的温度随时间变化的图像如图所示。由此可知：冰全部熔化成水后4分钟吸收热量为 J，0.2g酒精完全燃烧放出的热量为 J，CD段酒精灯的加热效率为 %，BC过程中被加热物质的内能将增加 J。[c水＝4.2×103J/（kg•℃），q酒精＝3×107J/kg] 【变式7-2】二中初二9班的同学，用煤炉给20kg的水加热，实验结束后绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6min内完全燃烧了0.8kg的煤，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），煤的热值约为3×107J/kg。求： (1)煤完全燃烧产生的热量； (2)经过6min时间加热，水所吸收的热量； (3)该煤炉烧水时的热效率。 【变式7-3】一辆燃油汽车沿平直公路匀速行驶了15km，所用时间为600s，消耗汽油1kg，汽车在行驶过程中所受阻力恒为1000N（汽油的热值取q汽油=5.0×107J/kg）。求： (1)汽车行驶的速度； (2)牵引力所做功的大小； (3)1kg汽油完全燃烧放出的热量； (4)汽车发动机的效率。 【典例8】阅读短文，回答问题： 汽油机 发动机是汽车的动力源。汽油机以汽油为燃料，使活塞在气缸中往复运动，一个工作循环经历吸气、压缩、做功和排气四个冲程，汽油机的性能和汽缸排量有关。汽缸排量指活塞一个冲程中活塞在气缸内通过的容积，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（冲程长度）。如果发动机有若干个气缸，所有气缸“工作容积”之和称为发动机排量，实际汽车往往采用多缸发动机。如图所示发动机有4个汽缸（图中标注1、2、3、4），通过连杆把4个汽缸的活塞连在一根曲轴上。各个汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在吸气、压缩和排气冲程。 （1）汽油极的吸气冲程吸入的是 （选填“空气”“汽油”或“空气和汽油的混合物”），汽油机工作时将燃料燃烧得到的内能转化为 能； （2）四缸发动机中1号汽缸在做功冲程中，4号汽缸所处的冲程是 ； A．吸气　　B．压缩 C．做功　　D．排气 （3）科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同。在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度 （选填“升高”“降低”或“不变”），这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能这款内燃机的第六冲程是 冲程； （4）全球汽车保有量迅速增长，截止2023年，全球在使用状态的汽车数量已突破15亿辆。设汽车的燃油为汽油，每辆汽车每年耗油2.1t，汽车内燃机的效率平均值取30%。如果把内燃机的效率提高到31%，汽油的热值是4.6×107J/kg。则每辆车每年节约 kg汽油。 【典例9】近几年政府推出了“汽车下乡”、“小排气量购置税减半”、“以旧换新”等政策，极大的促进了汽车行业的发展，随着人民生活水平的不断提高，汽车已经走进我们的家庭，小明的爸爸最近也购买了一辆轿车。小明利用所学的物理知识对汽车进行了一系列探索与研究活动： 实验次数 1 2 3 4 5 速度/（km•h-1） 40 60 80 100 120 制动距离/m 8 18 32 50 (1)汽车发动机常用循环流动的水来帮助它散热，主要是利用了水的 较大的特点，同样情况下能吸收更多的热量。假如在标准大气压下，现有、初温度为的水，吸收的热量后，温度升高了 ； (2)小明同学阅读了汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图甲所示的图表，请根据给出的信息，计算完全燃烧0.2kg的汽油能够放出 J的能量，这些能量能产生 J的有用功；（汽油的热值为4.6×107 J/kg） (3)若汽油机工作时的转速为3000r/min，则1s内汽油机对外做功 次， 把该汽油机运至月球上，则能否正常工作， （选填能/不能）； (4)若轿车以60kW的恒定功率启动做直线运动，运动过程中受到的阻力不变，运动的速度υ与时间t的关系如图乙所示。则在0～5s时间内，轿车发动机对外做功 J，轿车在运动过程中受到的阻力是 N； (5)汽车行驶时发动机产生的牵引力为F，则燃烧m质量的汽油，能使汽车前进的距离s为 （用给出物理量的符号表示距离，汽油的热值在本小题中用q表示）； (6)通过测量获得轿车以不同速度行驶时对应的制动距离（即从操纵制动刹车到车停下来的距离），数据如表丙所示：根据表中数据所反映的规律可知，当轿车速度为120km/h时，对应的制动距离是 m。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 12.4 机械能和内能的相互转化 一、目标导航 课程标准 课标解读 1．了解内能转化的另一种方式，做功。 2．了解内燃机的四个冲程。 3. 了解燃料的热值及其计算。 4. 了解热机的效率。 1、通过阅读了解做功可以进行内能的转化，并熟知其原理。 2、充分理解内燃机的工作原理。 3、熟知燃料的热值概念及能运用其公式进行计算热值。 4、了解热机的效率及如何计算。 二、知识精讲 知识点01 做功改变内能 做功 (1) 实质：对物体做功，物体内能增加；物体对外做功，自身内能减少，用做功的方法改变物体内能的过程，实质上是内能与其他形式的能量之间相互转化过程。 (2) 例：反复折弯的铁丝，空气压缩引火仪等。 (3) 能量守恒：能量既不会创生，也不会消灭，它只能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，在转化或转移的过程中，能量的总量不变，这就是能量守恒定律。各种能量形式互相转换是有方向和条件限制的。 知识点02 内燃机的工作原理 内燃机 (1) 内燃机的工作原理：汽油或柴油在气缸里燃烧时生成高温高压的燃气，用来推动活塞做功。活塞通过连杆使内燃机的飞轮转动，从而带动其他机械转动。 (2) 汽油机的工作循环（吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程） ①吸气冲程 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气缸。 ②压缩冲程 进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩。 ③做功冲程 在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体。高温高 压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。 ④排气冲程 进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。 知识点03 燃料的热值 热值 (1) 概念：1千克某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值。单位是：J/㎏。 (2) 计算公式：Q放=mq。其中m为燃料的质量，q为燃料的热值。 (3) 影响燃料燃烧放热的因素： ①燃料的种类；②燃料的质量；③燃料是否充分燃烧。 知识点04 热机的效率 热机效率 (1) 概念：热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率。 (2) 含义：热机的效率是热机性能的一个重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。 (3) 提高热机效率的途径： 　　①在设计和制造上，要不断改进和革新，以减少各种能量损失，提高效率。 　　②在使用上，要正确使用，注意保养。 ③充分利用废气带走的能量。 【典例1】关于热机，下列说法正确的是（　　） A．热机是利用化学能做功的机械 B．内燃机是燃料在汽缸内燃烧的热机 C．内燃机的效率比蒸汽机的低 D．增大热机的功率，可以提高热机的效率 【答案】B 【详解】A．热机是利用燃料燃烧时产生的内能通过做功的方式转化为机械的机械能，故A错误； B．内燃机是燃料在汽缸内燃烧的将燃料燃烧时产生的内能转化为机械能的热机，故B正确； C．内燃机的燃料利用率比蒸汽机的高，所以，内燃机的效率比蒸汽机的要高，故C错误； D．增大热机的功率，不能提高热机的效率，功率与效率无关，故D错误。 故选B。 【典例2】如图1所示，充满气体的气球向左喷气而向右飞出，说明 ，此过程发生的能量转化与图 （选填“2”或“3”）中的能量转化是一致的。 【答案】 物体间力的作用是相互的 3 【详解】[1]充满气体的气球向左喷气，气体受到力向左喷出，气球受到向右的力，而向右飞出，说明力的作用是相互的。 [2]充满气体的气球向左喷气而向右飞出，气球内的气体向外喷出，气体对外做功，内能转化为球的机械能；由图2可知，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，属于压缩冲程，压缩冲程的能量转化是机械能转化为内能；由图3可知，进气门和排气门都关闭，活塞向下运动，属于做功冲程，做功冲程的能量转化是内能转化为机械能，所以充满气体的气球向左喷气而向右飞出过程发生的能量转化与图3中的能量转化是一致的。 【变式2-1】某训练基地，队员扣动步枪扳机，射出一颗子弹。弹壳内火药燃烧将化学能转化为燃气的 能，燃气推动子弹在枪膛中运动，该过程相当于内燃机的 冲程。水平射出的子弹在空气中做 运动（填“直线”或“曲线”）。 【答案】 内 做功 曲线 【详解】[1]火药燃烧是化学变化，火药的化学能转化为燃气的内能，使燃气温度升高，内能增加。 [2]燃气推动子弹在枪膛中运动，燃气内能转化为子弹的机械能，相当于内燃机的做功冲程。 [3]当子弹被水平射出时，受重力和空气阻力的作用。由于重力和子弹初速度方向不在同一直线上，子弹将不再保持直线运动状态，而是会沿着一个曲线轨迹运动。 【变式2-2】在瓶内滴入少量酒精，用塞子塞住瓶口，向瓶内快速打气，瓶内气体的内能 ，这是用 的方式改变内能的，相当于汽油机的 冲程；突然听到较大声响，看到塞子飞出， 能转化为 能，瓶内温度 （填“上升、下降、不变”）。 【答案】 变大 做功 压缩 内 机械 下降 【详解】[1][2]在瓶内滴入少量酒精，用窑子塞住瓶口，向瓶内快速打气，机械能转化为内能，所以瓶内气体的内能增大，这是用做功的方式改变内能的。 [3]此过程是机械能转化为内能，和汽油机的压缩冲程能量转化一样。 [4][5][6]突然听到较大声响，看到塞子飞出，是由于气体的内能转化为塞子的机械能，所以瓶内气体温度下降。 【变式2-3】在如图所示的四幅图中，甲、乙是课堂上看到的两个演示实验示意，图丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图。 (1)利用内能来做功的冲程是 图；与压缩冲程原理相同的是 图所示的演示实验； (2)在汽油机中，燃料在汽缸内燃烧，而且燃料与空气混合充分，燃烧得比较完全。因此汽油机的效率 （选填“>”、“=”或“<”）蒸汽机的效率。 【答案】(1) 丁 甲 (2)> 【详解】（1）[1]丁装置两气门关闭，高温高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，将内能转化为机械能，为做功冲程。 [2]丙图中两气门关闭，活塞向上运动，压缩气体做功，将机械能转化为内能，为压缩冲程，甲图中向下压缩筒内气体时，将机械能转化为内能，乙装置高温高压的水蒸气推动活塞对外做功，相当于做功冲程，故与压缩冲程原理相同的是甲图所示的演示实验。 （2）热机的效率是有用功与燃料完全燃烧所放出的热量的比，蒸汽机工作时，水蒸气会带走大量的热量，汽油机由于燃料燃烧更充分，损失的热量更少，故汽油机的效率要大于蒸气机。 【典例3】如图是四冲程汽油机的工作示意图，其中气缸内气体温度一直升高的冲程是（       ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】A．由图可知，两个气门都关闭，活塞向下，是做功冲程，此冲程高温高压的燃气对外做功，内能减小，温度降低，故A不符合题意； B．由图可知，两个气门关闭，活塞上行，是压缩冲程，在汽油机的压缩冲程中，压缩气体时对气体做功，气体的内能增大，气体的温度升高，故B符合题意； C．由图可知，气门一开一闭，活塞向下，是吸气冲程，此冲程不涉及能量转化，气缸内气体温度不变，故C不符合题意； D．由图可知，气门一开一闭，活塞向上，是排气冲程，此冲程不涉及能量转化，气缸内气体温度不变，故D不符合题意； 故选B。 【变式3-1】如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，以下说法正确的是（　　） A．汽油机一个工作循环四个冲程的正确顺序是：丙、甲、丁、乙 B．汽油机吸气冲程汽缸吸进的物质是汽油 C．若汽油机每秒做功10次，则飞轮的转速为1200r/min D．图丁是做功冲程，机械能转化为内能 【答案】C 【详解】A．甲图中两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，乙图是进气门打开，排气门关闭，此时活塞向下运动，是吸气冲程，丙图中进气门关闭，排气门打开，此时活塞向上运动，是排气冲程，丁图中两个气门都关闭，火花塞点火，此时活塞向下运动，是做功冲程，所以，该内燃机一个工作循环有四个冲程正确的顺序是乙、甲、丁、丙，故A错误； B．汽油机吸气冲程汽缸吸进的物质是汽油和空气混合物，故B错误； C．由题知，该内燃机每秒做功10次，每分钟做功600次，因飞轮每转2周对外做功一次，则飞轮的转速为1200 r/min ，故C正确； D．图丁是做功冲程，是把燃气的内能转化为机械能，故D错误。 故选C。 【变式3-2】如图为某单缸四冲程汽油机的 冲程；若该汽油机每秒对外做功20次，那么该汽油机飞轮转速为 。 【答案】 做功 2400 【详解】[1]如图，两气门关闭，活塞下行，为汽油机的做功冲程。 [2]若该汽油机每秒对外做功20次，则每秒完成20个工作循环，那么该汽油机飞轮转速为 40r/s=2400r/min 【变式3-3】汽油机作为汽车的“心脏”，一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为1800r/min，该汽油机每分钟做功 次。如图所示的汽油机正处于 冲程，为了不让汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一个水套，让汽缸被水包围着，这是通过 的方式减少汽缸内能。 【答案】 900 压缩 热传递 【详解】[1]飞轮的转速为1800r/min，每一个工作循环，4个冲程，飞轮转两圈，对外做功一次，该汽油机每分钟做功次数是飞轮所转圈数的一半，为900次。 [2]此时进气门、排气门关，活塞向上，压缩气体，对气体做功，属于压缩冲程。 [3]汽缸外有一个水套，让汽缸被水包围着，热量从高温的气缸内向水中传递，只有能量的转移，这是通过热传递改变内能的方式。 【典例4】中国的货运飞船天舟一号是从海南文昌航天发射中心，由长征七号遥二运载火箭发射升空的，火箭燃料中有液态氢，液态氢常作为燃料，是因为液态氢有（    ） A．较多的热量 B．较大的密度 C．较大的比热容 D．较大的热值 【答案】D 【详解】运载火箭采用液态氢作为燃料，是因为液态氢不仅密度小，而且具有较大的热值，故D正确；ABC错误。 故选D。 【变式4-1】下列事实中，最能说明燃料燃烧所放出的热量跟燃料的种类有关的是（　　） A．2克酒精完全燃烧比2克木柴完全燃烧放出的热量多 B．2克酒精完全燃烧比1克汽油完全燃烧放出的热量多 C．2克酒精完全燃烧比1克酒精完全燃烧放出的热量多 D．3克酒精完全燃烧比2克烟煤不完全燃烧放出的热量多 【答案】A 【详解】要比较不同燃料燃烧所放出的热量跟燃料的种类有关，需要控制完全燃烧的质量相同。 A．完全燃烧酒精和木柴的质量相同，故A符合题意； B．完全燃烧酒精和汽油的质量不同，故B不符合题意； C．同种燃料不能得出完全燃烧放出的热量跟燃料种类有关的结论，故C不符合题意； D．完全燃烧酒精和烟煤的质量不同，故D不符合题意； 故选A。 【变式4-2】一瓶酒精用去一半后，剩下的酒精（　　） A．热值不变，比热容减小一半 B．热值和比热容都减小一半 C．热值减小一半，比热容不变 D．热值不变，比热容不变 【答案】D 【详解】酒精的比热容、热值两个物理量，都是表示酒精的某种特性；是从不同的角度来描述酒精的特性，只与物质的种类和状态有关，是一般不发生变化的量；一瓶酒精用去一半，则剩下的酒精的比热容、热值不变，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选。 【典例5】小王学习燃料的热值之后，自己设计一个实验来探究酒精和碎纸片的热值大小。 （1）实验装置如图甲、乙所示，你认为图中横杆、温度计、铁圈、燃具四个器件的安装顺序是 （选填“由下而上”或“由上而下”）； （2）为保证实验结论的可靠，以及方便比较，小王同学在实验中应让酒精和碎纸片的质量、两烧杯中水的质量、以及两个烧杯都应保持 ； （3）实验数据记录如下表： 燃料 加热前水温℃ 燃料燃尽时水温℃ 燃料的热值。J·kg-1 酒精 15 35 2.4×106 碎纸片 15 25 ？ 根据表中数据，计算出碎纸片的热值是 J/kg； （4）通过实验得到的燃料热值与实际相比是偏 （选填“大”或“小”），这是因为 。 【答案】 由下而上 相同 1.2×106 小 存在热损失或者燃料没有完全燃烧 【详解】（1）[1]在安装实验装置的时候，为了便于调节，应该由下往上安装。 （2）[2]为了比较相同质量的酒精和碎纸片燃烧放出热量的多少，必须控制二者的质量相等、烧杯内水的质量相等、两个烧杯相同。 （3）[3]相同质量的酒精和碎纸片燃烧放热，酒精燃烧放出的热量可以将水的温度升高 35℃-15℃=20℃ 碎纸片燃烧放出的热量可以使相同质量的水的温度升高 25℃-15℃=10℃ 水吸收热量分别是酒精和纸片燃烧释放的，由Q吸=cm∆t可知燃烧相同质量的酒精和纸片，酒精放出的热量是纸片的两倍，再由q=可知酒精的热值是碎纸片的2倍，所以碎纸片的热值为1.2×106J/kg。 （4）[4][5]因为烧杯、空气也吸收热量，并且燃料不可能完全燃烧，导致水吸收的热量比燃烧完全燃烧释放的能量少，即测得的Q放偏小，根据q=所以测得的热值会偏小。 【变式5-1】小明和小辉学习了燃料的热值后，他们一起设计了一个实验来探究煤油和菜籽油热值的大小关系。他们组装了如图1和图2所示的装置进行实验，记录结果见下表。 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 煤油 25 44 菜籽油 25 34 (1)为了保证实验结论的可靠性，小明和小辉选择了两套完全相同的装置，并且控制燃油的质量以及水的质量 （选填“相同”或“不同”），但对于两杯水的初温他们的看法却不同，请将下列他们的想法补充完整： ①小辉认为实验中是直接用 来表示煤油和菜籽油放出热量的多少，所以实验中两杯水的初温可以不同； ②小明认为因为探究过程中他们采用了 法，所以只有燃料的 不同，其他因素都必须控制相同；如果两杯水的初温不同，那么水的蒸发快慢以及水与周围环境的温差都不相同，于是两杯水的 就不相同，就可能出现燃料燃烧放出的热量多，而水吸收的热量少、水温变化小的情况，所以实验时必须控制水的初温相同； (2)小明和小辉在实验前用天平分别测出了烧杯中水的质量以及燃料的质量，实验结束后小辉由记录的数据计算出煤油和菜籽油的热值。小明认为他的计算结果不可靠，理由是 。 【答案】(1) 相同 水温升高的多少 控制变量 种类 散热 (2)燃油不可能完全燃烧且燃油放出的热量不能完全被水吸收 【详解】（1）[1]根据Q放=mq，燃料燃烧放出热量的多少与物体的质量和热值有关，所以要探究热值的大小，需使菜籽油和煤油的质量相等。水吸收热量后温度的变化，与吸热的多少及质量有关，所以还要控制两杯水的质量相同。 ①[2]质量相同的水，温度变化越大，说明吸收热量越多，所以实验中通过水温升高的多少来表示煤油和菜籽油放出热量的多少。 ②[3][4]要探究不同燃料热值的大小，应使其它条件相同，只有燃料的种类不同，即用到控制变量法。 [5]根据热传递的条件，水温与周围环境温度相差越大，越容易发生热传递，若水的初温不同，便可造成水的散热情况不同，所以实验中应控制水的初温相同。 （2）[1][2]在实验过程中，燃油不可能完全燃烧，且燃料燃烧放出的热量一部分直接散失掉、一部分被烧杯吸收，同时水也会向外散热，所以不能通过水温的变化得出燃料燃烧放出的热量，计算结果不可靠。 【变式5-2】如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量都是10g，烧杯内的液体质量也相同。 (1)比较不同物质的吸热能力，应选择 两图进行实验； 需要的测量器材如图所示：还需秒表和 ；不同物质吸热的多少是通过 来反映的（选填“温度计示数的变化量”或“加热时间”）； (2)根据实验测得的数据，分别描绘出a、b两种液体的温度随加热时间变化的图像，则a、b两种液体的比热容之比ca∶cb= ； (3)为了比较燃料1和燃料2的热值，应该在燃料完全燃烧后，通过比较 来得出结论（选填“温度计示数的变化量”或“加热时间”）； (4)在图甲装置中，若燃料为酒精，烧杯内的液体为水，先测出水的质量和酒精烧尽时水升高的温度，再结合酒精的质量（不考虑酒精的蒸发）这一数据，计算出酒精的热值。通过实验算出的热值与实际相比 （选填“偏大”或“偏小”）， 理由是 。 【答案】(1) 甲、丙 天平 加热时间 (2)2：1 (3)温度计示数的变化量 (4) 偏小 见解析 【详解】（1）[1]为了比较不同物质的吸热能力，需要控制热源相同，即燃料的质量和种类相同，同时还需要控制被加热物质的质量和初温也相同，选用两种不同的液体吸热。因此，应该选择甲和丙两图进行实验。 [2]实验中需要秒表来记录加热时间，天平来测量燃料和被加热物质的质量。 [3]热源相同，不同物质吸热的多少是通过加热时间来反映的，加热时间越长，说明物质吸收的热量越多。 （2）根据实验测得的数据，分别描绘出a、b两种液体的温度随加热时间变化的图像。由于两种液体在相同时间内吸收的热量相同，且它们的质量也相同，因此可以通过比较它们升高的温度来比较它们的比热容。根据公式 c=，可以得出a、b两种液体的比热容之比等于它们温度变化量的反比，即 （3）燃料燃烧放出的热量是通过液体吸收的热量来确定的。液体的种类和质量相同，由Q=cmΔt可知，实验时应比较相同质量的燃料1和燃料2完全燃尽后，通过比较温度计上升的示数来比较燃料热值的大小。 （4）[1][2]在图甲装置中，若燃料为酒精，烧杯内的液体为水，通过实验算出的酒精热值可能会偏小。这是因为在实验过程中，酒精燃烧放出的热量并没有完全被水吸收，有一部分热量散失到了空气中。同时，烧杯也会吸收一部分热量。因此，测量得到的水吸收的热量会小于酒精实际放出的热量，从而导致计算出的酒精热值偏小。 【典例6】如图所示，艾灸是中华医学的瑰宝，利用艾条燃烧产生的热量刺激人体穴位，能够达到防病治病的目的。艾灸过程中是通过 的方式改变人体内能，若一根质量为50g的艾条完全燃烧可以放出 J的热量。（艾条的热值为2.8×107J/kg） 【答案】 热传递 1.4×106 【详解】[1]进行艾灸时，艾条燃烧产生的热量传给人体，是通过热传递的方式改变了人体的内能。 [2]质量为50g即0.05kg的艾条完全燃烧可以放出的热量 Q放=mq=0.05kg×2.8×107J/kg=1.4×106J 17．1kg铀核释放的能量超过2000t煤完全燃烧释放的能量。如果煤的热值为3×107J/kg，那么2kg铀释放的能量至少为 J。 【答案】1.2×1014 【详解】2000t煤完全燃烧释放的能量 Q放=mq煤=2000×103kg×3×107J/kg=6×1013J 1kg铀核释放的能量至少为6×1013J，那么2kg铀释放的能量至少为 2×6×1013J=1.2×1014J 【变式6-1】“保护环境，人人有责”，合理分类和利用垃圾可以保护环境，利用先进工艺和科学方法还可以使垃圾变废为宝。若1t垃圾能提炼出70kg燃料油，燃料油的热值为，则这些燃料油完全燃烧时释放出的热量为 J。若燃料油燃烧掉一半，小华认为剩余的燃料油的热值为，小华的说法 （选填“正确”或“错误”）；理由是： 【答案】 3.15×109 错误 热值大小与质量无关 【详解】[1]这些燃料油完全燃烧时释放出的热量为 Q=qm=4.5×107J/kg×70kg=3.15×109J [2][3]热值是燃料的一种特性，热值的大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量、放出的热量及燃烧状况等因素无关。 【变式6-2】一辆家用轿车每年耗汽油约1t，若这些汽油完全燃烧放出热量的63%被水吸收，可供1×106 kg的水温度升高 ℃。[已知：水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃），汽油的热值为4.6×107 J/kg] 【答案】6.9 【详解】汽油完全燃烧放出热量为 水吸收的热量为 水升高的温度为 【典例7】生活垃圾变废为宝，某垃圾处理厂每天完全燃烧800t的生活垃圾，放出热量 J。若放出热量的30%用来发电，每天可发电 kW•h。若放出热量的42%用来加热水供给附近小区，1标准大气压下，每天可将 kg的水由20 oC恰好加热至沸腾。[q垃圾＝3×106J/kg，c水＝4.2×103J/(kg•oC)] 【答案】 2.4×1012 2×105 3×106 【详解】[1]生活垃圾的质量 m=800t=800×103kg=8×105kg 生活垃圾的热值q垃圾=3×106J/kg，则完全燃烧这些垃圾所放出的热量 Q放=mq垃圾=8×105kg×3×106J/kg=2.4×1012J [2] 若放出热量的30%用来发电，则转化成的电能 [3] 若放出热量的42%用来加热水，则水吸收的热量 Q吸=η′×Q放=42%×2.4×1012J=1.008×1012J 根据公式Q=cmt可得水的质量 【变式7-1】小明在探究冰熔化特点时，用酒精灯加热50g的冰，每4分钟完全燃烧的酒精质量均为0.2g，冰的温度随时间变化的图像如图所示。由此可知：冰全部熔化成水后4分钟吸收热量为 J，0.2g酒精完全燃烧放出的热量为 J，CD段酒精灯的加热效率为 %，BC过程中被加热物质的内能将增加 J。[c水＝4.2×103J/（kg•℃），q酒精＝3×107J/kg] 【答案】 1050 6000 17.5 1050 【详解】[1]冰熔化成水，质量不变，则水的质量为 由图得，水加热4min ，温升高了5℃，4min中水吸收的热量为 [2]0.2g酒精完全燃烧放出的热量 [3]4min燃烧酒精0.2g，又因为4min水吸热 所以加热效率为 [4]BC段物质吸收的热量转化成了物质的内能，BC段加热了4min，吸收的热量的热量为1050J，所以内能增加了1050J。 【变式7-2】二中初二9班的同学，用煤炉给20kg的水加热，实验结束后绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6min内完全燃烧了0.8kg的煤，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），煤的热值约为3×107J/kg。求： (1)煤完全燃烧产生的热量； (2)经过6min时间加热，水所吸收的热量； (3)该煤炉烧水时的热效率。 【答案】(1)2.4× 107J (2)5.04×106J (3)21% 【详解】（1）煤完全燃烧产生的热量 Q放=qm=3× 107J/kg×0. 8kg=2.4× 107J （2）过6min时间加热，水所吸收的热量 Q吸=cm(t-t0)= 4.2×103J/ (kg•℃)×20kg×(80℃-20℃)=5.04×106J （3） 煤炉烧水时的热效率 ×100%=×100%=21% 【变式7-3】一辆燃油汽车沿平直公路匀速行驶了15km，所用时间为600s，消耗汽油1kg，汽车在行驶过程中所受阻力恒为1000N（汽油的热值取q汽油=5.0×107J/kg）。求： (1)汽车行驶的速度； (2)牵引力所做功的大小； (3)1kg汽油完全燃烧放出的热量； (4)汽车发动机的效率。 【答案】(1)25m/s (2)1.5×107J (3)5.0×107J (4)30% 【详解】（1）汽车行驶的速度为 （2）汽车做匀不完上线运动，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，大小相等，牵引力大小为 F=f=1000N 牵引力所做的功为 W=Fs=1000N×15×103m=1.5×107J （3）1kg汽油完全燃烧放出的热量为 Q=qm=5.0×107J/kg×1kg=5.0×107J （4）汽车发动机的效率为 【典例8】阅读短文，回答问题： 汽油机 发动机是汽车的动力源。汽油机以汽油为燃料，使活塞在气缸中往复运动，一个工作循环经历吸气、压缩、做功和排气四个冲程，汽油机的性能和汽缸排量有关。汽缸排量指活塞一个冲程中活塞在气缸内通过的容积，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（冲程长度）。如果发动机有若干个气缸，所有气缸“工作容积”之和称为发动机排量，实际汽车往往采用多缸发动机。如图所示发动机有4个汽缸（图中标注1、2、3、4），通过连杆把4个汽缸的活塞连在一根曲轴上。各个汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在吸气、压缩和排气冲程。 （1）汽油极的吸气冲程吸入的是 （选填“空气”“汽油”或“空气和汽油的混合物”），汽油机工作时将燃料燃烧得到的内能转化为 能； （2）四缸发动机中1号汽缸在做功冲程中，4号汽缸所处的冲程是 ； A．吸气　　B．压缩 C．做功　　D．排气 （3）科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同。在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度 （选填“升高”“降低”或“不变”），这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能这款内燃机的第六冲程是 冲程； （4）全球汽车保有量迅速增长，截止2023年，全球在使用状态的汽车数量已突破15亿辆。设汽车的燃油为汽油，每辆汽车每年耗油2.1t，汽车内燃机的效率平均值取30%。如果把内燃机的效率提高到31%，汽油的热值是4.6×107J/kg。则每辆车每年节约 kg汽油。 【答案】 空气和汽油的混合物 机械 A 降低 排气 70 【详解】（1）[1][2]汽油机的吸气冲程中吸入气缸的是空气和汽油的混合物；内燃机就是将内能转化为机械能的机器。 （2）[3]四汽缸发动机，各个汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在吸气、压缩和排气冲程，据此可知四缸发动机中1号汽缸在做功冲程中，活塞向下运动，2号和3号活塞都向上运动，是压缩冲程和排气冲程，4号汽缸活塞向下运动，所处的是吸气冲程，故选A。 （3）[4][5]在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度降低；这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的效率。一个工作循环最后一个冲程是排气冲程，所以为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是排气冲程。 （4）[6]这些燃料完全燃烧放出的热量 Q放=mq=2.1×103kg×4.6×107J/kg=9.66×1010J 内燃机效率提高前后，有用功不变，则 Q放η1=Q放′η2 提高效率后，做同样的有用功，汽油完全燃烧放出的热量 消耗汽油的质量 节约汽油的质量 Δm=m-m′=2.1t=2.03t=0.07t=70kg 【典例9】近几年政府推出了“汽车下乡”、“小排气量购置税减半”、“以旧换新”等政策，极大的促进了汽车行业的发展，随着人民生活水平的不断提高，汽车已经走进我们的家庭，小明的爸爸最近也购买了一辆轿车。小明利用所学的物理知识对汽车进行了一系列探索与研究活动： 实验次数 1 2 3 4 5 速度/（km•h-1） 40 60 80 100 120 制动距离/m 8 18 32 50 (1)汽车发动机常用循环流动的水来帮助它散热，主要是利用了水的 较大的特点，同样情况下能吸收更多的热量。假如在标准大气压下，现有、初温度为的水，吸收的热量后，温度升高了 ； (2)小明同学阅读了汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图甲所示的图表，请根据给出的信息，计算完全燃烧0.2kg的汽油能够放出 J的能量，这些能量能产生 J的有用功；（汽油的热值为4.6×107 J/kg） (3)若汽油机工作时的转速为3000r/min，则1s内汽油机对外做功 次， 把该汽油机运至月球上，则能否正常工作， （选填能/不能）； (4)若轿车以60kW的恒定功率启动做直线运动，运动过程中受到的阻力不变，运动的速度υ与时间t的关系如图乙所示。则在0～5s时间内，轿车发动机对外做功 J，轿车在运动过程中受到的阻力是 N； (5)汽车行驶时发动机产生的牵引力为F，则燃烧m质量的汽油，能使汽车前进的距离s为 （用给出物理量的符号表示距离，汽油的热值在本小题中用q表示）； (6)通过测量获得轿车以不同速度行驶时对应的制动距离（即从操纵制动刹车到车停下来的距离），数据如表丙所示：根据表中数据所反映的规律可知，当轿车速度为120km/h时，对应的制动距离是 m。 【答案】(1) 比热容 45 (2) (3) 不能 (4) (5) (6)72 【详解】（1）[1]汽车发动机常用水散热，主要是利用了水的比热容较大，吸收更多的热量。 [2]根据质量、热量，计算温度差为 已知初温为55℃，则末温为 标准大气压下，水的最高温度是100℃，则温度差为 （2）[1]根据图甲，发动机的效率 计算汽油完全燃烧放出的能量为 [2]根据热机效率，计算有用功 （3）[1][2]根据汽油机工作时的转速，计算1s内对外做功 汽油机工作需要空气，月球上是真空的，不能正常工作。 （4）[1]根据轿车的功率P=60kW，运行5s做功 [2]根据乙图，轿车的速度为30m/s，此后做匀速直线运动，阻力与牵引力是一对平衡力，阻力不变，则运动过程中受到的阻力为 （5）根据汽车做的功，计算距离为 （6）根据表丙，制动距离的变化，是速度变化的平方，关系为 解得s=72m。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$