第十四章 内能的利用（培优复习课件）物理人教版2024九年级全一册

第十四章 内能的利用 九年级全一册•人教版 火能驱散寒冷和黑暗，带来温暖和光明。摩擦生火第一次使人支配了一种自然力量，而蒸汽机的发明则给人类带来了巨大的动力。 将内能转化为机械能的各种热机广泛使用在汽车、火车、轮船、飞机和火箭上。热机是怎样将内能转化成我们需要的能量的？学习完这一章，你就会清楚了。 单元课件 单元内容 第1节 能量的转化与守恒 01 第2节 热机 02 第3节 热机的效率 03 1. 知道热机的概念，初步了解热机的工作原理，体会内能的利用对人类发展的重要作用。 2. 了解汽油机的构造及工作过程。 3. 了解柴油机的构造及工作过程。 4. 从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同，建立热值的概念。 5. 能简单计算燃料燃烧放出的热量。 6. 能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热机的效率。 7. 了解能量及其存在的多种形式。 8. 知道能量的转移和转化，能解释一些常见现象中的能量转化过程。 9. 理解能量守恒定律，有用能量守恒定律的观点分析物理现象的意识，体会能量守恒定律的普适性。 学习目标 单元重点 1. 四冲程汽油机的基本工作原理。 2. 燃料的热值和热机的效率 3. 理解能量守恒定律。 单元难点 1. 四冲程汽油机的基本工作原理。 2. 热机效率的理解。 3. 理解能量守恒定律。 重点难点 知识图谱 第1节 能量的转化与守恒 考点串讲 知识一 能量的转化和转移 1. 自然界存在着各种不同形式的能量 （1）机械能：机械能包括动能、重力势能和弹性势能。 （2）内能：构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫作物体的内能。一切物体都具有内能。 （3）太阳能：是指太阳的热辐射能。是一种可再生能源。 （4）化学能：各种物质都储存化学能，如燃料、动物、食物都储存有化学能。 （5）电能：电能是指使用电以各种形式做功的能力。 （4）核能：即原子能。原子核结构发生变化放出的能量。 知识一 能量的转化和转移 2. 能量的转化 自然界中的各种现象都是互相联系的。在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的. ①机械能与内能的相互转化 “钻木取火”是________能转化为______能；蒸汽机火车是_______能转化为________能. ②电能与机械能的相互转化 水电站发电是________能转化为______能；电车是______能转化为________能. 机械 内 机械 内 机械 电 机械 电 知识一 能量的转化和转移 ③电能与内能的相互转化 电水壶是________能转化为______能；地热发电站是_______能转化为________能. ④电能与光能的相互转化 白炽灯是________能转化为______能；太阳能电池板是_______能转化为________能. ⑤内能与光能的相互转化 白炽灯把______能转化成______能，再把______能转化成______能。太阳能热水器是_______能转化为______能. 电 内 电 内 光 电 电 光 光 电 内 光 内 内 知识一 能量的转化和转移 3. 能量的转移 能量可以从一个物体转移到其他物体，也可以从物体的一部分转移到其他部分。 例如，在热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体或从物体的高温部分转移到低温部分，这些都属于能量的转移。 涨潮时海水涌入水坝冲击水轮机转动，属于机械能的转移。 4. 正确理解能量的“转化”和“转移” 发生能量的转化时，能的形式发生了改变。发生能量的转移时，能量的形式并没有变化。 知识二 能量守恒定律 1. 能量守恒定律的内容 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其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律。 知识二 能量守恒定律 2. 能量守恒的普遍性 能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。大到天体，小到原子核，无论是物理学的问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵守能量守恒定律。从日常生活到科学研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。 3. 能量守恒的确定性 能量在发生转化和转移的过程中，能量总是守恒的，即在转化或转移的前后，能的总量保持不变。 知识二 能量守恒定律 4. 机械能守恒与能量守恒的区别 （1）机械能的守恒是有条件的——只有重力和弹力做功。 因为机械能守恒是指一个物体如果只存在着动能和势能之间的转化时，机械能的总量将保持不变。如果除此之外还存在其他能量的转化过程，则说明有机械能与其他形式的能之间的转化，机械能的总量发生改变，机械能不再守恒。例如：克服摩擦做功，机械能的总量将减少，损失的机械能将转化为其他形式的能。 （2）能量守恒定律的成立不需要条件。这是因为能量转化形式是多样的，可以在机械能、内能、化学能、电能、光能、原子能间相互转化，不限于动能与势能之间。在转化过程中，一种形式的能量减少，另一种形式的能量必然增加，能量的总量保持不变。 知识二 能量守恒定律 2. 永动机 有人曾设想制造一种不消耗任何能量和燃料，却源源不断对外做功的机器，人们把这种机器叫永动机。 如图所示，高处的水具有一定的机械能W总，在水向下流动时，对水轮机做功，水轮机转动，把低处的水抽到高处。由于水轮机转动的各部件间存在摩擦，会有部分机械能转化为内能W内能，只有一部分能量W抽水用来抽水做功。 根据能量守恒定律可知： W总=W内能+W抽水，最后抽水的能量小于原来水的总能量，使流下的水不能全部抽回。 由能量守恒定律知：无法制成永动机。 【例题1】市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子（如图所示）。在阳光的照射下，小电扇快速转动，该装置的能量转化情况是（　　） A．太阳能→ 电能 →机械能 B．太阳能 →机械能 →电能 C．电能 →太阳能 →机械能 D．机械能 →太阳能 →电能 A 一、 能量的转化与转移 【解析】太阳能电池板吸收太阳能将太阳能转化为电能，小电扇转动时消耗电能将电能转化机械能，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。 【例题2】某路灯照明系统的太阳能电池白天将太阳能转化为电能，对蓄电池充电，晚上蓄电池对路灯供电，对下图方框中能量形式判断正确的是（　　） A．甲是“电能” B．乙是“太阳能” C．丙是“电能” D．丁是“机械能” C 一、 能量的转化与转移 【解析】由题意可知整个过程是太阳能通过太阳能电池将太阳能转化为电能，电能通过蓄电池将电能转化为化学能储存在蓄电池中，晚上蓄电池对外放电，将化学能转化为电能供应路灯工作，路灯工作时将电能转化为光能，故C符合题意，ABD不符合题意。故选C。 一、 能量的转化与转移 【例题3】人类文明，一脉相传。从远古的水磨，到今天的水电站，都是人类对水能的合理开发与利用。如图所示，图甲是远古的水磨，流水冲击水轮，水轮转动，去汲水、碾谷、磨面；图乙是今天的水电站，流水冲击水轮，带动发电机发电。下列说法不正确的是（　　） B A．水轮是人类把水能转化成水轮动能的装置 B．流水冲击水轮，带动发电机发电，减少的水能等于发电机产生的电能 C．右图中的拦河大坝，起到了提高水重力势能的效果 D．流水通过水轮后，其机械能减小 一、 能量的转化与转移 【解析】A．根据能量转化可知，甲、乙两图的水轮是将水能转化成水轮动能的装置，故A正确，不符合题意； B．流水冲击水轮，带动发电机发电，由于不可避免要克服摩擦做功，因此减少的水能不能全部转化为发电机产生的电能，即减少的水能不等于发电机产生的电能，故B错误，符合题意； C．拦河大坝是为了提高上游水位，增加水的重力势能，使得水下落时可以获得更多的动能，故C正确，不符合题意； D．流水通过水轮后，由于有部分机械能转化为水轮的动能，因此其机械能减小，故D正确，不符合题意。故选B。 【例题4】小明阅读了某汽车发动机的说明书后，制作了内燃机的能量流向图，汽油热值为4.6×107J/kg。 （1）发动机在做功冲程把 _____能转化为 ______能； （2）为了确保发动机正常工作，可用水对其冷却，因为 ______； （3）完全燃烧0.5kg的汽油释放 ______J的能量； （4）该内燃机的效率为 ______。 内     机械   见解析    2.3×107    30% 一、 能量的转化与转移 一、 能量的转化与转移 【解析】（1）在做功冲程里，高温、高压的燃气膨胀做功，将内能转化为机械能。 （2）为确保发动机正常工作，可用水对其冷却，利用了水的比热容较大的特性，相同质量的水与其它物质相比，升高相同的温度，水吸收的热量更多。 （3）完全燃烧0.5kg的汽油释放的能量 Q放＝mq＝0.5kg×4.6×107J/kg＝2.3×107J （4）由图可知，该内燃机的效率为 η＝100% -（33%+30%+7%）＝30% 识别能量转化的两种方法 看关键字词：一般有“动”字的对应的是机械能；有“热”字的对应的是内能；有“电”字的对应的是电能。 看能量的形式是否发生变化：发生变化的则为能量的转化；没有发生变化的则为能量的转移。 一、 能量的转化与转移 【例题5】如图所示是一组太阳能电池板，太阳能电池板将太阳能转化为 _____能；能量在转化和转移的过程中，总量 _____（选填“变大”“变小”或“不变”）；永动机是不存在的，因为它违背了 __________定律。 能量守恒 电 不变 【解析】太阳能电池板，利用太阳能，将太阳能直接转化为电能。 能量守恒定律：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，能量的总量保持不变。 动摩擦消耗能量，而永动机又必须动，且不能完全消除摩擦，即动就要消耗，就不能守恒，所以永动机不能存，因为它违背了能量守恒定律。 二、 能量守恒定律 【例题6】关于能量守恒定律，下列说法正确的是（　　） A．能量守恒定律只适用于机械能与内能的相互转化 B．能量守恒定律只适用于能量转化的过程 C．摩擦生热是创造了热，并不符合能量守恒定律 D．按照能量守恒定律，宇宙中能量的总量永远不会增减 D 二、 能量守恒定律 【解析】A．能量守恒定律适用于所有形式的能量相互转化，故A错误. B．能量守恒定律对能量转化、转移过程都适用，故B错误. C．摩擦生热是机械能转化为内能，使物体内能增大，温度升高，而不是创造了热，这一过程同样符合能量守恒定律，故C错误. D．按照能量守恒定律，宇宙中能量的总量永远不会增减，即能量的总量是守恒的，故D正确，符合题意。 故选D。 第2节 热机 考点串讲 知识一 热机 1. 实验探究：利用内能可以做功 （1）在一个试管中装一些水，用橡胶塞塞紧； 然后对试管加热使水沸腾。观察到的现象有： ①瓶塞被冲出来；②管口附近出现“白雾”。 （2）实验分析 ① 酒精燃烧放出热量，酒精的______能转化为水的____能； ②水吸热沸腾，产生大量水蒸气，气体膨胀对瓶塞做功，气体的_______能转化为瓶塞的_______能。 ③结论：利用内能可以做功。这就是热机的工作原理。 化学 内 内 机械 知识一 热机 2. 热机 （1）热机：各种利用______做功的机械叫作热机。 （2）工作原理：热机利用内能做功，将内能转化为机械能。 （3）种类：蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 （4）内燃机 ①内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。 ②分类：汽油机和柴油机。 内能 知识二 汽油机 1. 工作原理 汽油在汽缸里面燃烧时生成高温高压的燃气，推动活塞做功。活塞移动带动曲轴转动。 2. 汽油机的主要构造 汽缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞，下部有活塞，活塞用连杆跟曲轴相连。 3. 工作过程 （1）冲程：活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 （2）一个工作循环：由______________________4个冲程组成，活塞往复运动____次，飞轮转动____周，对外做功____次。 2 2 1 吸气、压缩、做功、排气 知识二 汽油机 冲程名称 进气门 排气门 活塞 运动 冲程的作用 能量转化 吸气冲程 开 闭 向下 吸入燃料和空气的混合物 压缩冲程 闭 闭 向上 压缩燃料和空气的混合物， 使其内能增大，温度升高 机械能转化为内能 做功冲程 闭 闭 向下 火花塞产生电火花，点燃燃料，高温高压的燃气推动活塞做功，通过连杆、曲轴带动飞轮转动 内能转化为机械能 排气冲程 闭 开 向上 排出废气 （3）汽油机四个冲程工作情况总结 知识三 柴油机 3. 工作过程 与汽油机大致相同，一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气4个冲程构成，活塞往复运动2次，曲轴转动2周，对外做功1次。 柴油机吸入气缸内的物质只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气会立刻燃烧起来。 1. 工作原理 利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。 2. 汽油机的主要构造 与汽油机的大致相同，不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞而是一个喷油嘴。 知识三 柴油机 4. 柴油机和汽油机的异同点 项目 汽油机 柴油机 构造 气缸顶部有一个________ 气缸顶部有一个________ 燃料 ________ _________ 吸气冲程 吸入汽油与空气的_________ 只吸入________ 压缩冲程 压缩程度较小 压缩程度较大 做功冲程 点燃式，____能转化为_______能 压燃式，______能转化为______能 排气冲程 排出废气 特点与应用 轻巧、功率小；小汽车、摩托车等. 笨重、功率大；载重汽车、轮船等. 相同点 一个工作循环均有四个冲程组成，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。压缩冲程把机械能转化为内能；做功冲程把内能转化为机械能. 火花塞 喷油嘴 汽油 柴油 混合物 空气 机械 内 内 机械 【例题1】汽油机完成一个工作循环，活塞经历四个冲程，分别为________、________、_______、________，其中机械能转化为内能的是________冲程；一个工作循环中，曲轴旋转______圈，活塞往复运动______次，对外做功______次，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。 吸气 压缩 做功 排气 压缩 2 2 1 10 一、汽油机的工作过程 一、汽油机的工作过程 【解析】 汽油机的一个工作循环由四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。其中，压缩冲程中机械能转化为内能。 在内燃机的一个工作循环中，完成4个冲程，曲轴旋转2周，活塞往复2次，对外做功1次。 某单缸四冲程汽油机飞轮转速1200r/min，即每秒钟转20圈，完成40个冲程，做功10次。 【解析】在内燃机的做功冲程中，两个气门关闭，活塞下行；排气冲程中，进气门关闭、排气门打开，活塞上行，如图所示。 【例题2】如图，甲为四冲程内燃机吸气冲程的示意图，图中画出了吸气冲程中进气门、排气门的开闭情况和曲轴的位置。请在图乙、丙中画出进气门、排气门的开闭情况和曲轴的位置。 一、汽油机的工作过程 【解析】如图，进气门、排气门关闭，火花塞点火，是内燃机的做功冲程，其能量转化是内能转化为机械能，故D符合题意，ABC不符合题意。故选D。 【例题3】如图是四冲程内燃机其中一个冲程的示意图，该冲程的能量转化情况是（　　） A．化学能转化成内能 B．机械能转化成内能 C．机械能转化成化学能 D．内能转化成机械能 D 一、汽油机的工作过程 【解析】A．汽油机汽缸顶部有一个火花塞，柴油机汽缸顶部是一个喷油嘴，故A正确，不符合题意； B．工作过程中，汽油机吸入的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入的是空气，故B错误，符合题意； C．做功冲程将内能转化为机械能，故C正确，不符合题意； D．压缩冲程将机械能转化为内能，故D正确，不符合题意。故选B。 【例题4】根据汽油机和柴油机的区别，下列说法错误的是（　　） A．汽油机气缸顶部有一个火花塞，柴油机气缸顶部是一个喷油嘴 B．汽油机吸入的是空气，柴油机吸入的是空气和柴油的混合物 C．做功冲程是内能转化为机械能 D．压缩冲程是机械能转化为内能 B 一、汽油机的工作过程 【例题5】下列有关内燃机的说法中不正确的是 （　　） A．单缸四冲程内燃机工作时，依靠飞轮的惯性来完成的冲程有吸气冲程、压缩冲程和排气冲程 B．内燃机的大量使用会造成环境污染 C．转速为1800r/min的内燃机每小时对外做功3600次 D．内燃机的做功冲程将内能转化成机械能 C 一、汽油机的工作过程 【解析】 A．单缸四冲程内燃机工作时，只有做功冲程对外做功，依靠飞轮的惯性来完成的冲程有吸气冲程、压缩冲程和排气冲程，故A正确，不符题意； B．内燃机的大量使用，会产生较多的尾气，造成环境污染，故B正确，不符合题意； C．一台四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min，则每小时飞轮的转数是 n= 1800r×60=1.08×105r. 由于四冲程汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次，因此该汽油机每小时对外做功的次数为 m=1.08 ×105r/2=54000。 故C不正确，符合题意； D．根据能量的转化特点可知，在内燃机的做功冲程中，是将内能转化为机械能，故D正确，不符合题意。故选C。 一、汽油机的工作过程 判断汽油机工作的冲程 一、汽油机的工作过程 内燃机“两冲程”的能量转化 （1）压缩冲程：将机械能转化为内能； （2）做功冲程：将内能转化为机械能； 只有做功冲程对外做功，其他三个冲程均依靠飞轮惯性完成。 一、汽油机的工作过程 【解析】热机工作时交内能转化为机械能，是利用内能做功的机械。 观察图可知，汽油机两气门都关闭，火花塞点火，活塞下行，是汽油机的做功冲程。 飞轮转速是2400r/min，表示每分钟飞轮转动2400圈，每个工作循环飞轮转2圈，对外做功一次，所以每分钟完成1200个工作循环，完成4800个冲程，对外做功1200次。 【例题6】热机是利用______做功的机械，如图是某台汽油机的剖面图，它表示的是______冲程，已知该汽油机飞轮的转速为2400r/min，在1min内，汽油机完成______个冲程，对外做功______次。 二、内燃机相关计算 内能 做功 4800 1200 【例题7】某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞横截面积为5×10-3m2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程中燃气的平均压强为8×105pa，飞轮1min内转动1800r。若汽油机满负荷工作（不计摩擦），求： （1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力。 （2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功。 （3）汽油机的功率。 二、内燃机相关计算 【解析】 （1）燃气对活塞的平均压力F=pS=8×105Pa×5×10-3m2=4×103N （2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功 W=Fs=4×103N×50×103 m=200J （3）1min内燃气对活塞做功的次数n=1800/2=900 汽油机的功率 二、内燃机相关计算 转数与做功次数和工作循环个数的关系 二、内燃机相关计算 做功冲程中燃气对活塞的平均压力 F=pS 一个做功冲程中燃气对活塞做的功 W=Fs 汽油机的功率 P=W/t 第3节 热机的效率 考点串讲 知识一 燃料的热值 1. 燃料 （1）燃料的种类：固体燃料有木柴、煤炭等；液体燃料有汽油、柴油、酒精灯；气体燃料有煤气、天然气等。 （2）燃料燃烧时能量的转化：燃料的燃烧是一种化学变化，在燃烧过程中，燃料的化学能转化为_______。 2. 燃料的热值 （1）定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值，用字母q表示。表示燃料完全燃烧时放热本领大小的物理量。 内能 知识一 燃料的热值 （2）公式： Q表示放出的热量，单位是焦，符号为 J m表示固、液体燃料的质量，单位是千克，符号为kg q表示热值，单位是_______，符号为 J/kg （3）热值的物理意义： 热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。如木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示1kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J。 同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。 q= 焦/千克 知识一 燃料的热值 （4）燃料燃烧放出热量的计算： （5）气体燃料的热值： V 表示气体燃料的体积，单位是米3 ，符号为m3 Q 表示放出的热量，单位是焦，符号为 J q 表示气体燃料的热值，单位使用_______，符号为J/m3 （6）氢的热值大 氢的热值比较大为1.4×108J/kg，火箭上用液态氢作燃料. q= 焦/米3 知识二 热机的效率 1. 日常生活中的热效率 用煤气灶烧水时，煤气能量的损失情况：煤气不能完全燃烧，损失了一部分能量；装；还有一部分能量直接散失掉了等。 水吸收的热量（有水的容器、煤气灶本身会吸收一部分能量；高温的烟气带走了一部分能量效利用的）只占煤气完全燃烧放出热量的一部分。吸收的能量占燃料完全燃烧放出能量的比值叫作热效率。 热效率η = 2. 热机的效率 （1）热机能量流向示意图 热机也有类似的情况，汽油在汽缸内不能完全燃烧，损失了一部分能量；机械装置吸收了一部分能量；废气带走了一部分能量；由于机械传动等克服摩擦消耗了一部分能量，等等。 真正转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧所释放能量的一部分。只有对外做有用功的能量是被有效利用的。 燃料的 内能 知识二 热机的效率 （2）热机的效率 ①定义：用来做有用功的这部分能量，与燃料完全燃烧释放的热量之比，叫作热机的效率。 ②公式： η 或η ③物理意义： 热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。 知识二 热机的效率 3. 提高热机效率的主要途径 （1）设计和制造时不断改进和创新：在设计和制造热机时，要不断改进和创新，以减少各种能量损失，提高效率。 （2）设法利用废气的能量：在热机的能量损失中，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。大型发电机常常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。 （3）减小摩擦：使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。 知识二 热机的效率 一、热值及其相关计算 【例题1】2022年11月30日7时33分，神舟十五号3名航天员顺利进驻中国空间站，两个航天员乘组首次实现“太空会师”。下列说法正确的是（　　） A．火箭发射升空时发动机内的能量转化与汽油机的做功冲程一致 B．燃料燃烧释放的热量越多，热机效率越高 C．火箭燃料燃烧越充分，其热值越大 D．燃料用了一部分后，质量变小， 热值变小 A 【解析】 A．火箭发射升空时，将高温高压燃气内能转化为机械能，汽油机的做功冲程将高温高压燃气内能转化为机械能，所以两种能量转化一致，故A正确； B．热机效率是热机做有用功部分占燃料燃烧释放的热量之比，所以燃料燃烧释放的热量越多，做有用功部分比例不一定增大，故热机效率不一定高，故C错误； C．热值是物质的属性，热值大小保持不变，与燃料是否充分燃烧无关，故B错误； D．热值是物质的属性，热值大小保持不变，所以燃料用了一部分后，质量变小，热值不变，故D错误。 故选A。 一、热值及其相关计算 一、热值及其相关计算 【例题2】1月9日，长征七号A运载火箭在文昌航天发射场点火发射（如图所示），将实践二十三号卫星送入预定轨道，中国航天实现2023年“开门红”。下列有关说法正确的是（　　） A．火箭发射时出现的大量“白气”是汽化现象 B．火箭使用液氢做燃料，是因为液氢的热值大 C．火箭喷气发动机不属于热机 D．卫星在大气层外沿椭圆轨道绕地球运行， 机械能总量不断增加 B 【解析】 A．火箭发射时出现的大量“白气”是由高温的水蒸气遇冷液化形成的小水珠，故A错误； B．火箭使用液氢做燃料，是因为液氢的热值大，完全燃烧相同质量的液氢和其它燃料，液氢能放出更多的热量，故B正确； C．火箭发动机是利用内能做功的机器，属于热机，故C错误； D．卫星在大气层外沿椭圆轨道绕地球运行时，不受空气阻力的作用，卫星的机械能是守恒的，故D错误。故选B. 一、热值及其相关计算 【解析】完全燃烧1m3的可燃冰可放出的热量是 Q放＝qV＝ 4.2×108J/m3 × 1m3 ＝4.2×108J 这些热量的40%被水吸收，则水吸收的热量 Q吸＝ 4.2×108J/m3 × 80%＝1.68×108J 被加热的水的质量为= =1000kg 一、热值及其相关计算 【例题3】可燃冰清洁无污染，是一种理想的新型能源。若可燃冰的热值4.2×108J/m3，完全燃烧1m3的可燃冰可放出的热量是_______J，若这些热量的40%被水吸收，可把_______kg的水从20℃加热至60℃。[c水=4.2×103J/kg℃）] 1000 4.2×108 二、热机效率及其计算 【例题4】某研学活动小组在实践活动期间，粗略测量了一农家柴火灶的热效率。同学们在柴火灶的铁锅里倒入5kg水。盖上锅盖，完全燃烧了1kg干木柴使水温从20°C升高到820°C，水吸收的热量为 J，该柴火灶的热效率为 。[水的比热容是4.2×103 J/(kg⋅°C)]，这种干木柴的热值是1.0×107 J/kg] 12.6% 1.26×106 【解析】 5kg的水温度从20°C升高到80°C吸收的热量为 Q吸＝c水m水（t-t0） ＝4.2×103J/（kg·℃）×5kg×（80℃-20℃） ＝1.26×106J 1kg的干木柴完全燃烧放出的热量为 Q=mq=1kg×1×107J/kg=1×107 J 该柴火灶的效率 二、热机效率及其计算 二、热机效率及其计算 【例题5】汽油机在 冲程中将内能转化为机械能。若某汽车的汽油机在一段时间内所做的有用功为 2.3×107J，效率为25%，则该汽油机在这段时间内消耗 kg的汽油（汽油的热值取）。 2 做功 【解析】 汽油机在做功冲程中，高温高压的燃气，推动活塞做功，将内能转化为机械能。 汽油完全燃烧放出的热量为 则汽油的质量为 二、热机效率及其计算 【例题6】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。 二、热机效率及其计算 【解析】 （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 二、热机效率及其计算 计算热机效率的步骤 二、热机效率及其计算 1. 首先明确热机所做的有用功：W＝Pt 2. 再明确燃料燃烧所释放的能量，即总能量为： Q＝qm（或Q＝qV） 3. 最后计算热机的效率：η＝W/Q 课堂巩固 第十四章 内能的利用 1. 如图所示是一种太阳能背包。它的前面有一个太阳能电池板，里面有一个蓄电池，可以给手机、小风扇或数码相机等电子产品供电。下列说法错误的是（　　） A．太阳能电池板将太阳能转化为电能 B．给蓄电池充电将电能转化为化学能 C．蓄电池放电将化学能转化为电能 D．小风扇工作将化学能转化为机械能 D 【解析】A．太阳能电池板工作时，消耗太阳能，产生电能，将太阳能转化为电能，故A正确，不符合题意； B．给蓄电池充电，将电能转化为化学能，故B正确，不符合题意； C．蓄电池放电，将化学能转化为电能，故C正确，不符合题意； D．小风扇工作时将电能转化为机械能，故D错误，符合题意。故选D。 课堂巩固 2. （多选题）2020年11月24日凌晨4时30分，我国在文昌卫星发射中心用长征五号运载火箭将“嫦娥五号”发射升空，下列说法正确的是（　　） AD A．用液态氢作燃料，原因之一是因为氢的热值大 B．氢在燃烧过程中，将内能转化为化学能 C．火箭在大气层中高速升空时，火箭克服摩擦，能量不守恒 D．火箭在大气层中高速升空时，其头部会发热的能量转化过程与钻木取火相同 课堂巩固 【解析】 A．火箭常用液态氢作燃料是因为液态氢的热值大，相同情况下完全燃烧放出的热量多，故A正确； B．氢在燃烧过程中，释放出热量，是将化学能转化为内能，故B错误； C．火箭在大气层中高速升空时，火箭克服摩擦，但是能量的总量是不变的，是守恒的，故C错误； D．火箭在大气层中高速升空时，其头部会发热的能量转化过程为机械能转化为内能与钻木取火相同，故D正确。故选AD。 课堂巩固 3. 根据能量守恒定律，下列情形可能发生的是（ ） A．随着科学技术不断发展和提高，永动机是可以制成的 B．两个斜面相对连接，小球从左斜面滚下后冲上右斜面 C．电水壶里的水沸腾后断电，水的沸腾却一直持续下去 D．出枪膛的子弹射穿木板后，以更快的速度继续运动 B 【解析】A. 永动机是不可以制成的，因为它违背了能量守恒定律的原理; B 两个斜面相对接，小球从左斜面滚下后，由于具有动能，会继续冲上右斜面，将动能转化为部分重力势能，故B正确；C. 在电水壶的使用过程中,吸热温度保持不变，断电后，水不再吸收热量，水的沸腾会停止，故C错误．D. 子弹射穿木板的情景，由于摩擦生热会使动能减小，它的速度减慢，故D错误。故选B。 课堂巩固 4. 汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图甲、乙分别是某汽油机的某冲程及能量流向图。下列有关说法正确的是（　　） A．甲图是压缩冲程，活塞对气缸内的气体做功，气体的温度升高 B．由乙图可知该汽油机的效率是30% C．汽车尾气中的“汽油味”越浓燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值 A 课堂巩固 D．为节能冬天汽车都会利用尾气中的余热给车内供暖，该举措大大提高了燃料的热值 【解析】 A．如图甲所示，进气孔和排气孔都关闭，活塞向上运动，压缩气体，对气体做功，气体温度升高，这是汽油机的压缩冲程，故A正确； B．由乙图知该汽油机效率为 η=100%-6%-30%-36%=28%， 故B错误； CD．热值是燃料完全燃烧时的放出的热量和质量之比，燃料的热值只与燃料的种类和状态有关，与燃料是否完全燃烧无关，燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的利用率，不会降低燃料的热值；为节能冬天汽车都会利用尾气中的余热给车内供暖，该举措大大提高了燃料的利用率，不能提高燃料的热值，故CD错误。 故选A。 课堂巩固 5. 如图所示，将一个空易拉罐的底部钻一个小孔，从易拉罐开口端向罐内喷适量酒精喷雾，然后将一个空纸杯迅速套上。用细线将易拉罐水平悬挂在铁架台上，将点燃的打火枪靠近易拉罐底部的小孔，纸杯就会“向前”飞去。以下说法正确的是（　　） C 课堂巩固 A．酒精燃烧越充分，其热值越大 B．纸杯飞出去时，易拉罐对纸杯做了功 C．纸杯飞出去时，易拉罐内气体的内能减小 D．纸杯飞出过程中的能量转化，与内燃机的压缩冲程相同 【解析】 A．燃料的热值是燃料的一种特性，热值的大小与燃料的种类有关，与质量和燃烧情况等无关，因此酒精是否充分燃烧，其热值不变，故A错误； BC．纸杯飞出去时，易拉罐内的酒精燃烧产生的气体对纸杯做功，气体的内能减小，故B错误，C正确； D．纸杯飞出过程中，内能转化为机械能，内燃机的压缩冲程中将机械能转化为内能，两者能量转化不同，故D错误。 故选C。 课堂巩固 6. 某单缸四冲程汽油的汽缸活塞面积为5×10-3m2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为8×105Pa，飞轮lmin转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦，汽油的热值为4.6×107J/kg），求： （1）一个做功冲程中燃气对活塞做的功； （2）汽油机的功率． （3）若1min内消耗汽油22.5g，该汽油机的效率． 课堂巩固 【解析】 （1）燃气对活塞的平均压力F=pS=8×105Pa×5×10-3m2=4×103N 一个做功冲程中燃气对活塞做的功W=Fs=4×103N×50×103 m=200J （2）飞轮每转两圈对外做功一次，所以飞轮转动1800周，要对外做功900次，所以燃气对活塞做的总功为：W总=W×900=200J×900=1.8×105J 汽油机的功率 （3）这些汽油完全燃烧放出的热量： Q放=mq=0.0225kg×4.6×107J/kg=1.035×105J 汽油机的效率： 课堂巩固 $$