内能的利用 知识清单和专项练习题 -2025-2026学年人教版物理九年级上学期

内能的利用（能量守恒定律，热机和热机效率）知识清单和专项练习 （注：本材料为本人原创内容，可用于暑假预习以及查漏补缺， 适合基础薄弱的学生使用，欢迎广大师生下载使用） 知识提纲 1.热机 2.热值 3.热机效率 4.能量守恒定律 5.专项练习 内能的利用知识清单（填空版） 1. 热机 (1)定义：利用______做功的机械叫热机 。热机工作时，将燃料的______能通过燃烧转化为______能，又通过做功，把______能转化为______能。（下面两张图，左图是汽油机，右图是柴油机） (2)种类：分为蒸汽机、______、汽轮机、喷气发动机。 (3)内燃机：燃料直接在发动机______内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为______和______两类。 (4)以汽油机为例，一个工作循环由四个冲程组成，分别是______冲程、______冲程、______冲程和______冲程。在______冲程中，机械能转化为内能；在______冲程中，内能转化为机械能。 2. 热值 (1)定义：1kg某种燃料______燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值 ，用符号“q”表示。 (2)单位：对于固体和液体燃料，热值单位是；对于气体燃料，热值单位也可用______。 (3)燃料燃烧放出热量的计算公式：对于固体和液体燃料，Q放 =( ) ；对于气体燃料，Q放 =（Q放是燃料放出的热量，单位是J；q是热值；m是质量，单位是kg；V是体积，单位是m3 ）。 3. 热机效率 (1)定义：在热机里，用来做______的那部分能量和燃料______燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率，用符号“( )”表示 。 (2)公式：η = 。 (3)提高热机效率的主要途径：改善燃烧环境，使燃料尽可能______燃烧，提高燃料的______效率；尽量减小各种______；减小各部件间的______以减小因克服摩擦做功而消耗的能量；充分利用废气带走的能量，从而提高燃料的利用率。 4. 能量守恒定律 (1)内容：能量既不会凭空______，也不会凭空______，它只会从一种形式______为其他形式，或者从一个物体______到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能的总量保持______ 。 (2)理解：能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。小到原子核内部，大到宇宙天体，只要有能量转化或转移，就一定服从能量守恒的规律 。能量守恒定律包括“能量转化”和“能量转移”两个方面。“能量转化”时能的______发生了改变；“能量转移”是指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，能量的______没有改变。 5.专项练习 一、单选题 1. 在2025春晚的舞台机械中，有一种小型热机用于驱动某些活动部件。该热机一个工作循环有四个冲程，其中将内能转化为机械能的是（ ） A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程 2. 深圳石墩充电项目中，有一种备用小型发电设备，使用某种燃料发电。已知这种燃料完全燃烧2kg放出的热量是6×107J，则这种燃料的热值为（ ） A. 3×107J/kg B. 6×107J/kg C. 1.2×108J/kg D. 1.5×107J/kg 3. 京东外卖的配送车辆，其发动机的热机效率为30%，它表示（ ） A. 发动机做的有用功是燃料完全燃烧放出热量的30% B. 燃料完全燃烧放出的热量是发动机做的有用功的30% C. 发动机消耗的燃料是燃料完全燃烧放出热量的30% D. 发动机做的有用功是消耗燃料的30% 4. 某机器人使用锂电池供电，锂电池在充电和放电过程中，能量的转化情况分别是（ ） A. 充电时，电能转化为化学能；放电时，化学能转化为电能 B. 充电时，化学能转化为电能；放电时，电能转化为化学能 C. 充电时，电能转化为机械能；放电时，机械能转化为电能 D. 充电时，机械能转化为电能；放电时，电能转化为机械能 5. 低空经济中，某无人机以一定速度匀速上升，在此过程中，无人机的（ ） A. 动能不变，重力势能增加，机械能增加 B. 动能增加，重力势能不变，机械能增加 C. 动能减少，重力势能增加，机械能不变 D. 动能不变，重力势能减少，机械能减少 二、填空题 6. 2025春晚舞台上，有一个由多个小型热机驱动的大型旋转舞台装置，其中一个热机的飞轮转速是1800r/min，该热机每秒钟完成______个冲程，对外做功______次 。 7. 哪吒的风火轮若需要能量驱动，假设使用某种燃料，其热值为4×10^{7}J/kg，完全燃烧500g这种燃料放出的热量是______J 。 8. 一台汽车发动机，燃料完全燃烧放出的热量为8×107J，用来做有用功的能量为2×107J，则该发动机的热机效率是______ 。 三、简答题 9. 简述能量守恒定律，并结合无人机的飞行，说明能量在这个过程中的转化情况 。 10. 热机在现代生活中应用广泛，如汽车、飞机等 。请你分析提高热机效率的方法有哪些，并举例说明在京东外卖配送车辆中如何应用这些方法提高效率 。 四、计算题 11. 某无人机在一次飞行任务中，消耗了0.5kg的燃料，这种燃料的热值为4.2×10^{7}J/kg 。假设燃料完全燃烧，求： （1）燃料完全燃烧放出的热量是多少？ （2）若这些热量有30%用来对无人机做功，可做多少功？ 12. 一辆京东外卖配送汽车在平直公路上匀速行驶10km，受到的阻力是车重的0.05倍，汽车的质量为2t 。已知汽车发动机的热机效率为35%，汽油的热值为4.6×107J/kg，求： （1）汽车的牵引力做了多少功？ （2）汽车消耗了多少千克汽油？（g = 10N/kg） 答案解析 内能的利用知识清单（答案解析版） 1. 热机 (1)定义：利用内能做功的机械叫热机 。热机工作时，将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，又通过做功，把内能转化为机械能。（左图是汽油机，右图是柴油机） 解析：热机的本质就是利用内能来对外做功的装置 。燃料具有化学能，燃烧时释放出大量内能，热机再将这些内能转化为机械能，从而实现对外做功，比如汽车发动机驱动汽车前进。 (2)种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。 解析：这几种是常见的热机类型，它们虽然构造和工作方式有差异，但原理都是利用内能做功 。蒸汽机是最早的热机之一，通过蒸汽膨胀做功；内燃机则是燃料在气缸内燃烧产生动力；汽轮机利用蒸汽推动叶轮转动；喷气发动机利用向后喷出高速气体产生反作用力。 (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。 解析：内燃机区别于其他热机的特点就是燃料在气缸内燃烧，这样可以更高效地将内能转化为机械能 。根据使用燃料不同分为汽油机和柴油机，汽油机使用汽油，通过火花塞点火；柴油机使用柴油，利用压缩空气使柴油自燃。 (4)以汽油机为例，一个工作循环由四个冲程组成，分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。在压缩冲程中，机械能转化为内能；在做功冲程中，内能转化为机械能。 解析： 吸气冲程中，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物； 压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩燃料混合物，对其做功，机械能转化为内能，使燃料混合物温度升高； 做功冲程中，火花塞点火，燃料燃烧产生高温高压气体，推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功，内能转化为机械能； 排气冲程中，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。 2. 热值 (1)定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值 ，用符号“q”表示。 解析：强调“完全燃烧”，是因为只有燃料完全燃烧时，释放出的热量才是该燃料的热值所对应的热量 。如果燃烧不完全，放出的热量会小于热值对应的热量。 (2)单位：对于固体和液体燃料，热值单位是J/kg；对于气体燃料，热值单位也可用J/m³。 解析：根据燃料的状态不同，采用不同的单位来衡量热值 。固体和液体按质量来计算，所以单位是J/kg；气体通常按体积来计量，所以单位是J/m³ 。 (3)燃料燃烧放出热量的计算公式：对于固体和液体燃料，Q放 =qm；对于气体燃料，Q放 =qV（Q放是燃料放出的热量，单位是J；q是热值；m是质量，单位是kg；V是体积，单位是m3）。 解析：这两个公式是根据热值的定义推导出来的 。知道燃料的热值和质量（或体积），就能计算出燃料完全燃烧放出的热量。例如，已知汽油的热值是4.6×107J/kg，有2kg汽油完全燃烧，根据Q放=qm，可算出放出的热量Q放=4.6×107J/kg×2kg = 9.2×107J 。 3. 热机效率 (1)定义：在热机里，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，叫做热机的效率，用符号“η”表示 。 解析：热机工作时，燃料燃烧放出的能量并不能全部用来做有用功，有一部分能量会以各种形式损失掉 。热机效率就是衡量热机将燃料化学能转化为有用机械能的比例。 (2)公式：η = 。 解析：W有表示用来做有用功的能量，Q放表示燃料完全燃烧放出的能量 。比如汽车发动机，燃料燃烧放出的能量一部分用来驱动汽车前进（有用功），还有一部分能量通过尾气、散热等方式损失掉了。 (3)提高热机效率的主要途径：改善燃烧环境，使燃料尽可能充分燃烧，提高燃料的燃烧效率；尽量减小各种热散失；减小各部件间的摩擦以减小因克服摩擦做功而消耗的能量；充分利用废气带走的能量，从而提高燃料的利用率。 解析：使燃料充分燃烧，能让燃料的化学能更多地转化为内能；减小热散失，能减少能量的浪费；减小部件间摩擦，可减少机械能转化为内能而损失的能量；利用废气能量，能提高燃料能量的利用率，这些都有助于提高热机效率 。例如，将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，能使煤更充分燃烧；给热机加隔热材料，可减少热散失。 4. 能量守恒定律 (1)内容：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能的总量保持不变 。 解析：能量守恒定律是自然界的基本定律之一 。比如水电站里，水的机械能转化为电能；冬天用热水袋取暖，内能从热水袋转移到人体，在这些过程中，能量的总量是不变的。 (2)理解：能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。小到原子核内部，大到宇宙天体，只要有能量转化或转移，就一定服从能量守恒的规律 。能量守恒定律包括“能量转化”和“能量转移”两个方面。“能量转化”时能的形式发生了改变；“能量转移”是指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，能量的形式没有改变。 解析：能量转化时，能量的形式会变化，像电灯发光，是电能转化为光能和内能；能量转移时，只是能量的位置发生变化，比如热传递，内能从高温物体转移到低温物体，能量形式还是内能 。 五．专项练习 一、单选题 1. 在2025春晚的舞台机械中，有一种小型热机用于驱动某些活动部件。该热机一个工作循环有四个冲程，其中将内能转化为机械能的是（ ） A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程 答案：C 解析：热机的做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，为热机提供动力 。吸气冲程吸入燃料和空气的混合物（汽油机）或空气（柴油机）；压缩冲程将机械能转化为内能；排气冲程排出废气 。就像春晚舞台上那些活动部件的动力来源，做功冲程提供了关键的能量转化。 2. 深圳石墩充电项目中，有一种备用小型发电设备，使用某种燃料发电。已知这种燃料完全燃烧2kg放出的热量是6×107J，则这种燃料的热值为（ ） A. 3×107J/kg B. 6×107J/kg C. 1.2×108J/kg D. 1.5×107J/kg 答案：A 解析：根据热值公式q=，已知Q放=6×107J，m = 2kg，则q=6×107J÷2kg=3×107J/kg 。这个计算就像我们计算其他燃料的热值一样，用放出的热量除以燃料的质量。就好比深圳石墩充电设备的备用发电燃料，其热值决定了它能为设备提供多少能量。 3. 京东外卖的配送车辆，其发动机的热机效率为30%，它表示（ ） A. 发动机做的有用功是燃料完全燃烧放出热量的30% B. 燃料完全燃烧放出的热量是发动机做的有用功的30% C. 发动机消耗的燃料是燃料完全燃烧放出热量的30% D. 发动机做的有用功是消耗燃料的30% 答案：A 解析：热机效率是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 。所以热机效率为30%表示发动机做的有用功是燃料完全燃烧放出热量的30% 。比如京东外卖车辆行驶过程中，燃料燃烧产生的能量只有30%用来驱动车辆前进，其他部分以热量散失等形式浪费掉了。 4. 某机器人使用锂电池供电，锂电池在充电和放电过程中，能量的转化情况分别是（ ） A. 充电时，电能转化为化学能；放电时，化学能转化为电能 B. 充电时，化学能转化为电能；放电时，电能转化为化学能 C. 充电时，电能转化为机械能；放电时，机械能转化为电能 D. 充电时，机械能转化为电能；放电时，电能转化为机械能 答案：A 解析：锂电池充电时，消耗电能，将电能转化为化学能储存起来；放电时，化学能转化为电能，为机器人供电 。就像我们给手机充电和使用手机时的能量转化一样，充电时电能被储存，使用时储存的能量释放出来。 5. 低空经济中，某无人机以一定速度匀速上升，在此过程中，无人机的（ ） A. 动能不变，重力势能增加，机械能增加 B. 动能增加，重力势能不变，机械能增加 C. 动能减少，重力势能增加，机械能不变 D. 动能不变，重力势能减少，机械能减少 答案：A 解析：无人机匀速上升，速度不变，质量不变，所以动能不变；高度升高，质量不变，所以重力势能增加；机械能等于动能与重力势能之和，所以机械能增加 。这就如同我们乘坐电梯匀速上升时，自身的动能没变化，但高度变高，重力势能和机械能都增加了。 二、填空题 6. 2025春晚舞台上，有一个由多个小型热机驱动的大型旋转舞台装置，其中一个热机的飞轮转速是1800r/min，该热机每秒钟完成______个冲程，对外做功______次 。 答案：60；15 解析：飞轮转速是1800r/min = 30r/s，因为飞轮每转2圈完成一个工作循环，一个工作循环有4个冲程，对外做功1次 。所以每秒转30圈，完成15个工作循环，完成15×4 = 60个冲程，对外做功15次 。就像一个不断运转的机器，根据它的转动速度可以计算出完成的工作次数。 7. 哪吒的风火轮若需要能量驱动，假设使用某种燃料，其热值为4×10^{7}J/kg，完全燃烧500g这种燃料放出的热量是______J 。 答案：2×107 解析：m = 500g = 0.5kg，根据Q放=mq，可得Q放=0.5kg×4×107J/kg = 2×107J 。就好像给哪吒的风火轮提供动力的燃料，按照热值和质量可以算出能释放多少能量让他飞速前进。 8. 一台汽车发动机，燃料完全燃烧放出的热量为8×107J，用来做有用功的能量为2×107J，则该发动机的热机效率是______ 。 答案：25% 解析：根据热机效率公式η==2×107J÷（8×107J）×100% = 25% 。这就像衡量一个汽车发动机性能好坏，热机效率就是一个重要指标，这里通过有用功和总热量算出效率。 三、简答题 9. 简述能量守恒定律，并结合无人机的飞行，说明能量在这个过程中的转化情况 。 答案：能量守恒定律是指能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变 。无人机飞行时，电池中的化学能转化为电能，电能再转化为电动机的机械能，使无人机上升和飞行 。在飞行过程中，由于空气阻力等因素，机械能会有一部分转化为内能，散失到周围环境中，但总能量始终保持守恒 。比如无人机在飞行中，电量逐渐减少（化学能减少），获得了上升和飞行的机械能，同时因为摩擦等产生内能，这些能量的总和是不变的。 10. 热机在现代生活中应用广泛，如汽车、飞机等 。请你分析提高热机效率的方法有哪些，并举例说明在京东外卖配送车辆中如何应用这些方法提高效率 。 答案：提高热机效率的方法有：使燃料充分燃烧，比如将燃油雾化后喷入气缸，增加燃料与氧气的接触面积；减少各种热量损失，如给发动机加隔热层；减少因克服摩擦做功而额外消耗的能量，定期保养发动机，使用合适的润滑油 。在京东外卖配送车辆中，可以通过优化喷油嘴设计，使燃油充分燃烧，提高燃料利用率；给发动机安装隔热材料，减少热量散失到周围环境；定期检查和更换机油，保持发动机各部件良好的润滑，减少摩擦损耗，从而提高车辆发动机的热机效率，降低油耗，提高配送效率 。例如优化喷油嘴后，相同路程消耗的燃油减少，就能用相同的油量配送更多订单。 四、计算题 11. 某无人机在一次飞行任务中，消耗了0.5kg的燃料，这种燃料的热值为4.2×10^{7}J/kg 。假设燃料完全燃烧，求： （1）燃料完全燃烧放出的热量是多少？ （2）若这些热量有30%用来对无人机做功，可做多少功？ 答案： （1）根据Q放=mq，m = 0.5kg，q = 4.2×107J/kg，则Q放=0.5kg×4.2×107J/kg = 2.1×107J 。 （2）用来做功的能量W = Q放×30% = 2.1×107J×0.3 = 6.3×106J 。 解析：第一问直接利用热值公式计算燃料完全燃烧放出的热量，就像计算其他燃料燃烧放热一样 。第二问根据已知的热量利用率，用总热量乘以利用率得到用来做功的能量，这在很多能量利用的计算中都会用到，比如计算发动机对外做的有用功等。 12. 一辆京东外卖配送汽车在平直公路上匀速行驶10km，受到的阻力是车重的0.05倍，汽车的质量为2t 。已知汽车发动机的热机效率为35%，汽油的热值为4.6×107J/kg，求： （1）汽车的牵引力做了多少功？ （2）汽车消耗了多少千克汽油？（g = 10N/kg） 答案： （1）汽车的重力G = mg = 2×103kg×10N/kg = 2×104N，因为汽车匀速行驶，牵引力F = f = 0.05G = 0.05×2×104N = 1000N，牵引力做功W = Fs = 1000N×10×103m = 1×107J 。 （2）根据η=，可得Q放==1×107J÷0.35=2.86×107J，再由Q放=mq，可得m==2.86×107J÷4.6×107J/kg=0.62kg 。 解析：先根据重力公式和二力平衡条件求出牵引力，再用做功公式计算牵引力做的功 。然后根据热机效率公式求出燃料完全燃烧放出的热量，最后由热值公式求出消耗汽油的质量 。这个计算过程涉及到力学和热学知识的综合运用，在解决实际汽车行驶问题中很常见，就像计算京东外卖配送车的能耗一样。 学科网（北京）股份有限公司 $$