四、机械能与内能的相互转化（高效培优讲义）物理苏科版2024九年级上册

四、机械能与内能的相互转化 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 做功—改变内能的另一种方式 1 题型2 热机 5 题型3 燃料的热值及其计算 11 题型4 热机的效率 16 【能力培优练】 26 【链接中考】 36 【重难题型讲解】 题型1 做功—改变内能的另一种方式 1． 内能和机械能的相互转化 水沸腾时，水蒸气将壶盖顶起，壶盖获得机械能；钻木起火，木材的温度升高，获得内能。这些事件说明内能和机械能是可以相互转化的。 ★特别提醒 能量的转移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，但能量的形式保持不变，比如发生热传递时内能从高温物体向低温物体转移。 能量的转化指能量从一种形式变化为另一种形式，能量的形式发生改变，比如摩擦生热将机械能转化为内能。 2．做功改变内能 ①：外界对物体做功—物体内能增大：外界对物体施加力并使其在力的方向上移动距离（做功），其他形式的能（如机械能）转化为物体的内能，内能增大，温度升高。 ②：物体对外界做功—物体内能减小：物体对外界做功时，自身的内能转化为其他形式的能（如机械能），内能减少，温度降低。 3．改变内能的两种方式（做功、热传递）的区别和联系 项目 热传递 做功 区别 实质 能量的转移 能量的转化 能量变化的形式 内能在不同物体间或同一物体的不同部位间转移 其他形式的能（如机械能，电能）与内能的相互转化 实例 热水袋取暖、吹空调、喝饮料加冰块、煮饭等 摩擦生热、钻木取火、试管中的水加热后将橡胶塞喷出等 方向性 单向（高温物体向低温物体转移） 多向（对外界做功，内能减小；外界对内做功，内能增大） 条件 接触的物体存在温度差 有力和距离（摩擦、膨胀、压缩等） 联系 做功和热传递都可以改变物体的内能，且效果相同；无论做功还是热传递，都遵循能量守恒定律；物体的内能改变，可以通过做功，也可以通过热传递，或者两者同时进行。 【注意】做功可以改变物体的内能，但不是做了功物体的内能就一定会变化，比如将物体举高时，物体的内能不变，增大的是物体的机械能。 【归纳总结】做功是“能量变身”，热传递是“能量搬家”，两者等效，但本质不同。 【典例1-1】以下关于同一物体的内能、热量、温度说法正确的是（　　） A．物体内能增大，温度一定升高 B．对物体做功，物体的内能不一定增大 C．物体温度升高，内能不一定增大 D．物体内能增大，一定吸收了热量 【答案】B 【详解】A．物体内能增大，温度不一定升高，比如晶体熔化过程中，吸热内能增加，但温度不变，故A错误； B．外界对物体做功，若物体同时放出热量，则物体的内能不一定增加，故B正确； C．同一物体，质量不变，物体温度升高，内能一定增大，故C错误； D．物体内能增大，可能是吸收了热量，也可能是由于外界物体对它做了功，故D错误。 故选B。 【跟踪训练1】关于温度、热量、内能的关系，下列说法正确的是（　　） A．物体的温度升高，内能一定增加 B．物体的温度升高，一定是从外界吸收了热量 C．对物体做功，它的内能一定增加，温度不一定升高 D．冰熔化时吸收热量，内能增加，分子的运动越来越剧烈 【答案】A 【详解】A．物体的温度升高，分子运动的越剧烈，分子动能增加，内能一定增加，故A正确； B．物体的温度升高，可能是吸收了热量，也可能是外界对物体做了功，故B错误； C．对物体做功，如果物体不和外界发生热传递，它的内能一定增加，但温度不一定升高，故C错误； D．分子热运动的剧烈程度与其温度有关；冰熔化时吸收热量，内能增加，但温度不变，所以分子运动的剧烈程度不变，故D错误。 故选D。 【跟踪训练2】关于热量，内能和温度，下面说法正确的是（　　） A．物体的内能与温度有关，只要物体的温度不变，物体的内能一定不会变 B．对一个物体做功，它的内能一定会增加 C．物体的温度越高，其含有的热量就越多 D．内能小的物体可以将热量传递给内能大的物体 【答案】D 【详解】A．因为内能与温度、质量和状态有关，所以温度不变，内能可能会改变，故A错误； B．对一个物体做功，同时物体放出热量，物体的内能不一定会增加，故B错误； C．热量指的是热传递过程中传递的能量的多少，只能说吸收或者放出的热量多或者少，不能说含有的热量越多，故C错误； D．热传递的条件是有温度差，内能小的物体温度不一定低，因此内能小的物体可以将热量传递给内能大的物体，故D正确。 故选D。 【典例1-2】如图所示，人手持大气球站在水平转盘上，松开气嘴，让气球沿垂直转盘半径方向喷气，人与转盘开始一起反向转动。从能量转化角度可知，此过程将 能转化为 能；在A、B两点中，人站在A点进行上述实验，更容易转动，原因是： 。 【答案】 内 机械 A点处力臂大 【详解】[1][2]松开气嘴，让气球沿垂直转盘半径方向喷气，喷出的气体因膨胀对外做功，内能转化为机械能。 [3]因转盘相当于轮轴，是变形的杠杆，在A点的力臂大于在B点的力臂，故在A点更容易转动。 【跟踪训练1】用气筒打气时筒壁会发热，小华认为主要是活塞与筒壁摩擦导致的，小宇认为主要是活塞压缩气体做功导致的，下列实验方案中，能够验证他们猜想的是（　　） A．用同一气筒向电瓶车和汽车的轮胎内各打气50下，比较筒壁的温度变化 B．用不同气筒向电瓶车和汽车的轮胎内各打气50下，比较筒壁的温度变化 C．用同一气筒空打50下和向汽车轮胎内打气50下，比较筒壁的温度变化 D．用同一气筒空打5下和向自行车轮胎内打气5下，比较筒壁的温度变化 【答案】C 【详解】A．向电瓶车和汽车的轮胎内各打气50下，都会有压缩气体和摩擦筒壁，无法比较，故A不符合题意； B．要控制用同一气筒，并且向电瓶车和汽车的轮胎内各打气50下，都会有压缩气体和摩擦筒壁，无法比较，故B不符合题意； C．空打只有摩擦筒壁，无压缩气体，向汽车轮胎内打气有压缩气体，比较筒壁的温度变化可以验证猜想，故C符合题意； D．打气5次太少，温度变化不明显，故D不符合题意。 故选C。 【跟踪训练2】如图所示，质量一定的木块放在由同种材料制成的粗糙程度均匀的水平桌面上，木块在水平拉力F作用下从A点由静止开始运动，运动得越来越快；当木块到达B点时，撤去拉力F，木块继续滑动，运动得越来越慢，最后停在C点。下列说法中正确的是（　　） A．木块在BC段运动得越来越慢，是由于木块受到的摩擦力越来越大 B．木块在BC段运动得越来越慢，是由于木块的机械能转化为内能，机械能逐渐减小 C．木块在AB段运动得越来越快，木块的机械能越来越大，机械能没有转化为内能 D．从A→C的过程中，拉力F对木块做的功大于木块克服摩擦力做的功 【答案】B 【详解】A．木块在整个运动过程中，对水平桌面的压力不变，接触面的粗糙程度不变，则所受的滑动摩擦力的大小不变，在BC段由于在水平方向上只受到摩擦力的作用，摩擦力是阻力，所以速度越来越慢，故A错误； B．木块在BC段，克服摩擦做功，将机械能转化为内能，所以机械能逐渐减小，而这个过程中，重力势能不变，所以动能减小，于是速度也越来越小。故B正确； C．木块在AB段，水平方向上的两个力，向右拉力和向左摩擦力，且拉力大于摩擦力，所以木块可由静止开始运动，且速度逐渐增大，这个过程中也要克服摩擦力做功，将机械能转化为内能，故C错误； D．从A到C的过程中，拉力对木块做功，使它的机械能（动能）增大；木块克服摩擦力做功，使木块的机械能转化为内能，使木块的机械能减小；木块在A点和C点机械能相等，即机械能未发生改变，所以拉力F对木块做的功等于木块克服摩擦力做的功，故D错误。 故选B。 题型2 热机 1． 认识热机 利用燃料燃烧产生的高温、高压燃气的内能转化为机械能的装置叫做热机。 常见的热机：汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。 热机的能量转化过程：化学能（燃料）→内能（高温高压燃气）→机械能（对外做功）。 【注意】内能的利用方式有两种：①利用内能加热（热传递），实质是能量的转移；②利用内能做功，实质是能量的转化。 2． 内燃机的工作过程 燃料在汽缸内部燃烧的机械叫做内燃机，热机是最常见的热机，按照使用原料的不同，内燃机可分为汽油机、柴油机和天然气发动机等。 汽油机工作时，活塞在汽缸里往复运动，活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程，称为一个冲程。汽油机的一个工作循环分为四个冲程。 吸气冲程：如图甲，进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入空气和汽油的混合物。 压缩冲程：如图乙，进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，压缩气缸内的混合气体，使其体积减小、压强增大、温度升高，机械能转化为内能。 做功冲程：如图丙，进气门和排气门依然关闭，当活塞运动到汽缸顶端时，火花塞打火，点燃汽缸内的燃料生成高温高压的燃气，推动活塞向下运动，内能转化为机械能。 排气冲程：如图丁，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，排出汽缸内的废气。 ★特别提醒 汽油机冲程的判断方法：①看气门，进气门打开即为吸气冲程，排气门打开即为排气冲程；②看活塞，在进气门与排气门均关闭时，活塞向上运动即为压缩冲程，活塞向下运动即为做功冲程。 汽油机四冲程中的能量转化：压缩冲程机械能转化为内能，做功冲程内能转化为机械能。对汽油机而言，四冲程中真正获取能量的只有做功冲程，其他三个冲程依靠惯性完成，即汽油机在四冲程中只对外做一次功。 3． 汽油机和柴油机的区别 汽油机 柴油机 结构 顶部有火花塞 顶部有喷油嘴 吸气冲程 吸入空气和汽油的混合物 只吸入空气 做功冲程 火花塞放出电火花 喷油嘴喷出雾状柴油 点火方式 点燃式 压燃式 ▲拓展培优 1 4 2 2 1的比例应用 内燃机在一个工作循环中（1），包含四个冲程（4），飞轮转动两圈（2），活塞往复运动两次（2），只对外做功一次（1）。涉及这些物理量的计算时，罗列相应物理量的比例关系结合实际数据做计算即可，注意单位的统一。 【典例2-1】热机的广泛使用已成为一个国家工业化程度的标志，下列交通或运输工具中，动力设备不是使用热机的是（　　） A．远洋货轮 B．C919客机 C．载重汽车 D．木帆船 【答案】D 【详解】ABC．远洋货轮、C919客机、载重汽车工作时都需要燃烧燃料，放出热量，将内能转换为机械能，所以都是使用热机工作的，故ABC不符合题意； D．木帆船是利用风力工作的，工作时没有使用热机，故D符合题意。 故选D。 【跟踪训练1】如图，物理兴趣小组制作了一个简易汽轮机装置。在易拉罐中装入适量的水，用酒精灯加热，水沸腾后从管口喷出蒸汽使风车转动。简易汽轮机工作过程中（　　） A．酒精燃烧将内能转化为化学能 B．水的内能增加的方式是热传递 C．蒸汽被喷出后内能保持不变 D．蒸汽的内能全部转化为风车的机械能 【答案】B 【详解】A．酒精燃烧的过程是将化学能转化为内能的过程，故A不符合题意； B．加热过程中，易拉罐中的水吸收热量，温度升高，是通过热传递的方式增加内能，故B符合题意； C．蒸汽喷出后，对外做功，内能转化为机械能，内能减小，故C不符合题意； D．因为热量损失，所以蒸汽的内能不会全部转化为风车的机械能，故D不符合题意。 故选B。 【跟踪训练2】如图为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，如图b为四冲程汽油机的工作示意图。下列判断错误的是（    ）    A．图a中汽缸内的蒸汽体积膨胀，从而推动活塞使舰载机获得牵引力 B．图a中汽缸内的蒸汽推动活塞时，内能减小 C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图b中B图所示的工作原理相似 D．图b中汽油机一个工作循环的正确顺序是A→B→C→D 【答案】D 【详解】A．a图中，汽缸内蒸汽体积膨胀，对外做功，其内能减小，同时推动活塞，使舰载机获得巨大的牵引力，故A正确，A不符合题意； B．图a中汽缸内的蒸汽推动活塞时，内能转化为机械能，燃气的内能减小，故B正确，B不符合题意； C．根据气门的开闭情况和活塞的运动方向可以判断出：A是吸气冲程、B是做功冲程、C是压缩冲程、D是排气冲程，蒸汽弹射装置工作时内能转化为机械能，与汽油机的做功冲程相似，与图b中B图所示的工作原理相似，故C正确，C不符合题意； D．四冲程汽油机一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，所以汽油机一个工作循环的正确顺序是A→C→B→D，故D错误，D符合题意。 故选D。 【典例2-2】如图所示图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图，图E、F是演示实验的示意图，B图是 冲程，与它原理相同的是 图所示的演示实验，此冲程将 能转化为 能，若它在1s内完成20个工作循环，则飞轮的转速为 r/min。 【答案】 压缩 E 机械 内 2400 【详解】[1][2][3][4]A图中，气门一开一闭，活塞下行，气体流入汽缸，是吸气冲程；B图中，两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，此冲程将机械能转化为内能；C图中，两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，此冲程将内能转化为机械能；D图中，气门一开一闭，活塞上行，气体流出汽缸，是排气冲程。E图是用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧。是通过对物体做功来增大物体内能的，即是将机械能转化为内能的过程；F图是水蒸气膨胀对外做功，将塞子冲出，是内能转化为机械能。故与图B原理相同的是图E所示的演示实验。 [5]1s完成20个工作循环，所以1min完成1200个工作循环，一个工作循环飞轮转两周，1200个工作循环飞轮转2400周，可知1min飞轮转2400周，即转速为2400r/min。 【跟踪训练1】小白对家中的小汽车进行了一些研究：供汽车动力的是发动机的做功冲程，汽油在汽缸内燃烧时将化学能转化为内能；若飞轮的转速为2400r/min，则在1s内汽油机对外做功 次；在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放入一小团干燥的硝化棉，用力把活塞迅速压下，硝化棉燃烧，该过程中是通过的 方式来改变筒内空气的内能，其能量转化情况与图 （选填“A”“B”“C”“D”）所示汽油机冲程中的能量转化情况是一致的。 【答案】 20 做功 B 【详解】[1]依据题目所给数据，时间单位为分钟，现将其化为秒，则 因为一个工作循环中飞轮转2次，对外做功1次，现在1s内飞轮转40次，则做功20次。 [2]用力把活塞压下，硝化棉燃烧，活塞对空气施加力的作用，使空气在力的方向上移动距离，该过程是通过做功的方式来改变内能的。 [3]甲图是机械能转化为内能，与之相同的是压缩冲程，压缩冲程中进气门和排气门都关闭，火花塞不点火，为图B。 【跟踪训练2】图1甲为注射器，在室温恒为T₁的环境中，老师快速向下推动活塞压缩针筒内的气体后松手，活塞即刻被向上弹起，此过程中针筒内均处于密封，针筒内物质均处于气态，针筒内气体温度随时间变化图像如图1乙，（由于气体分子间距比较大，此实验过程不考虑分子势能的变化），则说法正确的个数是（    ） ①活塞下压时，是通过做功改变针筒内气体的内能 ②t1-t2过程的能量转化与图2中丙相同 ③密封气体在t2时刻的内能小于t3时刻的内能 ④活塞静止后，密封气体的温度最终保持在 T₂ ⑤图2丙存在化学能能转化成内能的过程 ⑥若图 2 内燃机飞轮转动速度为3600r/ min，则每秒完成涉及内能和机械能相互转化的冲程有30次 A．2个 B．3 个 C．4个 D．5个 【答案】A 【详解】塞下压时，压缩气体做功，是通过做功改变针筒内气体的内能，故①正确； ②乙图是内燃机的压缩冲程，该过程是机械能转为内能，应该对应的是密封气体内能增加的那一段过程，即t1～t2过程，故②错误； ③由图知道，密闭气体的质量不变，t2时刻温度比t3时刻的高，因此t2时刻气体内能更大，故③错误； ④装置会与周围的空气发生热传递，最终会与室温平衡，温度相等，所以最终温度为T1，故④错误； ⑤图2丙中，两气门都关闭，活塞下行，是做功冲程，将内能转化为机械能，故⑤正确； ⑥若图2内燃机飞轮转动速度为 3600r/min=60r/s 表示每秒飞轮转动60周，完成30个工作循环，对外做功30次，由于做功冲程将内能转化为机械能、压缩冲程将机械能转化为内能，则每秒完成内能和机械能相互转化的冲程有60次，故⑦错误。 故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 题型3 燃料的热值及其计算 1． 热值的定义 某种燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值。热值用符号q表示，单位是J/kg。（对于气体燃料，通常用体积形容燃料的量，这时热值是热量与燃料体积之比，单位是J/m3）。 完全燃烧：指燃料全部烧尽，无残留（实际中难以完全燃烧，因此实际放热通常小于理论值）。 热值的物理意义：热值反映不同燃料在完全燃烧过程中，化学能转化为内能的本领大小；热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等无关。 【注意】不是任何物体都有热值，热值是燃料的特性，不能燃烧的物质没有热值。 2． 热量的计算 公式：(固体或液体燃料)或者（气体燃料）。 计算时的注意事项：解答过程中可根据题目中给出的热值的单位确定公式，同时注意单位统一后再做计算。 【归纳总结】热值是燃料的特性，由燃料种类决定，热量计算时需注意燃料的类型。 【典例3-1】如图装置中，酒精灯加热一段时间后，塞子飞出。下列说法正确的是（　　） A．酒精具有化学能，不具有内能 B．酒精消耗一部分后，其热值减少 C．塞子飞出，塞子的动能由水蒸气的内能转化而来 D．塞子的动能，等于酒精燃烧时释放的能量 【答案】C 【详解】A．任何物体都具有内能，酒精同样具有内能。故A错误； B．热值是燃料的本身的属性，燃料种类不变，热值不变。故B错误； C．管内的温度较高、压强较大的水蒸气对塞子施加一定的压力，让塞子通过一段距离，对塞子做了功，将水蒸气的内能转化为塞子的机械能。故C正确； D．酒精燃烧释放的能量，有的散失到空气中，有的转移为试管与水的内能，没有完全转化为塞子的动能。故D错误。 故选C。 【跟踪训练1】如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的两种液体进行加热，两图装置均相同。燃料的质量用m表示，燃料充分燃尽时液体升高的温度用表示（液体未沸腾）（　　） A．若甲乙燃料种类相同，两个烧杯中液体的种类不相同，两个装置用来探究燃料的热值大小 B．若甲乙燃料种类相同，两个烧杯中液体的种类不相同，的值越大，液体的吸热能力越强 C．若甲乙两种燃料种类不同，两个烧杯中液体种类相同，的值越大，燃料的热值越大 D．若甲乙两种燃料种类不同，两个烧杯中液体种类相同的值越大，燃料的热值越大 【答案】D 【详解】A．探究燃料的热值大小时，由控制变量法可知，应控制燃料的种类不同，两个烧杯中液体的种类相同，故A不符合题意； B．若甲乙燃料种类相同，燃料的质量用m表示，燃料充分燃尽时，两个烧杯中液体吸收热量相同，燃料放出热量 两个烧杯中液体的种类不相同，质量相同，燃料充分燃尽时液体升高的温度用表示，则液体的比热容 当的值越大，液体的吸热能力越弱，故B不符合题意； CD．若两个烧杯中液体种类相同，质量相同，燃料充分燃尽时液体升高的温度用表示，则液体吸收热量 若甲乙两种燃料种类不同，则燃料的热值 当的值越大，燃料的热值越小；的值越大，燃料的热值越大，故C不符合题意，D符合题意。 故选D。 【跟踪训练2】为了比较两种未知燃料的热值以及两种未知液体的比热容的大小，小明同学设计的实验如图所示，甲、乙、丙三图中装置完全相同，燃料的质量都是10g，烧杯内的液体初温相同。当燃料燃烧完时（烧杯内的液体均未沸腾），立即读取相应温度计的读数，分别为T甲、T乙、T丙，且有T甲＞T乙＞T丙。 (1)在实验中，三个烧杯中a、b液体的 （选填“质量”或“体积”）必须相同。 (2)比较不同液体的比热容，应选择 两图进行实验，液体a的比热容ca与液体b的比热容cb相比，有ca cb（选填“＞”、“＝”或“＜”）。 (3)比较不同燃料的热值，应选择 两图进行实验，燃料1的热值q1与燃料2的燃料值q2，有q1 q2（选填“＞”、“＝”或“＜”）。 (4)若在研究不同燃料热值的实验中记录数据如表： 燃料 加热前液体温度/℃ 燃料燃尽时液体温度/℃ 燃料的热值/（J/kg） 1 15 35 2.4×106 2 15 25 根据表中数据计算：燃料2的热值是 。通过实验得到的燃料热值与实际相比要偏 （填“大”或“小”燃料不能完全燃烧或燃烧放出热量大于液体吸收热量）。 【答案】(1)质量 (2) 甲、丙 < (3) 甲、乙 > (4) 1.2×106 小 【详解】（1）根据控制变量法的要求， 在探究两种未知燃料的热值的实验中，需使用不同的燃料加热质量相等的两种液体；在探究两种未知液体的比热容的大小在实验中，需用相同的燃料加热质量相同的不同液体，所以实验中三个烧杯中a、b液体的质量必须相等。 （2）[1]比较不同液体的比热容的实验中，需用相同的燃料加热不同液体，根据图可知，应选甲、丙两图。 [2]由题意可知，a、b两种液体的初温相等，末温T甲>T丙，所以两种液体的温度变化为Δt甲>Δt丙；甲、丙燃料相同，燃料燃烧完时所用时间相同即两种液体吸收的热量相等；根据Q=cmΔt可知，在质量、吸热热量相同时，由于Δt甲>Δt丙，所以ca<cb。 （3）[1]为了比较热值大小，要用不同的燃料，加热质量相同的同一种液体，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小，故应选择甲、乙两图进行实验。 [2]由题意知，甲、乙两实验烧杯中液体的初温相等，末温T甲>T乙，则Δt甲>Δt乙；由图甲、乙所示实验可知，两烧杯中的液体种类即比热容c、质量m都相等，由公式Q=cmΔt可知，Q甲>Q乙，燃料燃烧释放的热量被烧杯中的液体吸收，则燃料释放的热量Q1>Q2，由于甲、乙两实验所使用的燃料质量m相同而种类不同，由Q=mq可知，q1>q2。 （4）[1]完全燃烧的燃料质量相等，甲、乙两图中质量相等的液体a升高的温度之比为T甲∶T乙=(35℃-15℃)∶(25℃-15℃)=2∶1 不计热量损失，有m燃料q=cm液体Δt 在m燃料、c、m液体相等时，q与Δt成正比，由于所以T甲∶T乙=2∶1，所以燃料1、2的热值之比为q1∶q2=2∶1，由于燃料1的热值为2.4×106 J/kg，所以燃料2的热值为 [2]因燃料不能完全燃烧，且存在热散失，燃料燃烧放出的热量没有全部被液体吸收，所以测得的热值会偏小。 【典例3-2】在一个标准大气压下，在不计热量损失的情况下，完全燃烧热值为1.26×107J/kg的干木柴1kg，能使40kg、30℃的水温度升高到（　　） A．105℃ B．100℃ C．75℃ D．无法确定 【答案】B 【详解】完全燃烧1kg的干木柴放出的热量 Q放=m1q=1kg×1.26×107J/kg=1.26×107J 在不计热量损失时，这些热量使质量为40kg的水温度升高到 而水在一个标准大气压下，沸点为100℃，所以温度只能升高到100℃。故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 【跟踪训练1】小明在家用燃气灶烧开水，已知水壶里水的体积为1.5L，水的初温为20℃，现将水加热至100℃，消耗燃气为，已知此次烧水过程中，燃气灶的效率为60%，水的比热容为。 (1)水壶中的水吸收的热量是多少？ (2)燃气放出的热量是多少？ (3)通过以上数据计算得出，燃气的热值是多少？ 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）由可得壶中水的质量 水吸热升高的温度 由可得壶中水吸收的热量 （2）由热效率公式可得燃气完全燃烧放出的热量为 （3）由可得燃气的热值 【跟踪训练2】现代家庭普遍安装了节能型燃气热水器，在一次用水过程中，将10kg的水从12℃加热到52℃。已知，q天然气＝4×107J/m3，此燃气热水器的加热效率为84%。求： （1）水吸收的热量； （2）此次加热水消耗的天然气的体积； （3）若使用额定功率为2000W的电热水器，使10kg的水从12℃加热到52℃，需要正常加热的时间是多少min？（不计热量损失） 【答案】（1）1.68×106J；（2）0.05m3；（3）14min 【详解】解：（1）水吸收的热量 （2）由可知，天然气完全燃烧放出的热量 由可知，天然气的体积 （3）不计热量损失，使10kg的水从12℃加热到52℃，电热水器消耗的电能 由可知，电热水器加热的时间 答：（1）水吸收的热量为1.68×106J； （2）此次加热水消耗的天然气的体积为0.05m3； （3）若使用额定功率为2000W的电热热水器，使10kg的水从12℃加热到52℃，需要正常加热的时间是14min。 题型4 热机的效率 1． 热机效率的定义 热机是将内能转化为机械能的装置，但实际转化过程中不可能做到完全转化。物理学中将热机工作时，用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的总能量的比值叫做热机效率。它表示热机对燃料释放能量的利用程度（效率越高，能量浪费越少，热机性能越好）。 2． 热机效率的计算 公式：；其中W有用：热机对外做的有用功（单位：J），Q总：燃料完全燃烧时释放的热量。 ★特别提醒 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，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。 一般柴油机的热机效率会比汽油机高，主要是因为点火方式的不同，压燃式可以让燃料燃烧得更加充分。 3． 提高热机效率的方法 ①使燃料充分燃烧：如改进燃烧设备，让燃料与空气充分混合。 ②减少热量散失：给热机加装保温层（如包裹气缸的隔热材料），减少向外界散热。 ③减小机械摩擦：使用优质润滑油、优化部件加工精度，降低摩擦损耗。 ④回收利用废气能量：例如，部分汽车利用废气余热加热车内空气。 【归纳总结】效率是比值，功率是快慢，计算时注意区分有用功与燃料完全燃烧的总热量。 【典例4-1】甲、乙两台汽油机，甲汽油机的效率为30%，乙汽油机的效率为20%，则下列说法正确的是（　　） A．甲汽油机做的功比乙汽油机做的功多 B．甲汽油机的功率比乙汽油机的功率大 C．在相同的时间内甲汽油机燃烧的汽油比乙汽油机的多 D．在消耗相同的汽油时，甲汽油机做的有用功比乙汽油机多 【答案】D 【详解】A．做功的多少与功率和做功的时间有关系，与其效率无关，故A错误； B．效率表示功的利用率；功率表示做功快慢，这两个物理量是没有必然的联系的。故B错误； C．汽油机燃烧汽油的多少与功率和效率都有关系，其主要与汽油机的功率有关，故C错误； D．甲汽油机的效率高于乙汽油机的效率，说明：消耗相同的汽油，甲汽油机做的有用功多，即输出的能量多，故D正确。 故选D。 【跟踪训练1】如图所示表示的是汽油机的能量流向，对照此图，下列说法不正确的是（   ） A．废气的排放所占比例最大，减少该部分能量损失可有效提高热机效率 B．冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率 C．该汽油机的效率为73% D．该汽油机的能量利用率为27% 【答案】C 【详解】A．由图示知，废气带走了大部分的能量，所以减少该部分的能量损失是提高热机效率的有效手段，A说法正确，不符合题意； B．冷却水带走的热量仅次于废气带走的热量，所以冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率，B说法正确，不符合题意； CD．该汽油机的热机效率为 η=97%−33%−30%−7%=27% C说法错误，符合题意，D说法正确，不符合题意。 故选C。 【跟踪训练2】随着人们生活水平的提高，汽车已经进入千家万户，它给我们的生活提供了便利，    特征不容易促进了社会的发展。请你解答： (1)当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率会 （选填“升高”“降低”或“不变”）； (2)汽车发动机的一个工作循环包括如图所示的四个冲程。请按一个工作循环的过程，将四个冲程图重新排序： ，图 所示的冲程是给汽车提供动力的： (3)国产某种型单缸四冲程汽油机满负荷工作时一个做功冲程对外做功120J，飞轮的转速是1500r/min，每分钟消耗10g汽油。1分钟内，做 次功。满负荷工作时该汽油机的功率是 W，满负荷工作时热机的效率是 （汽油的热值为4.5×107J/kg）。将其效率提高10%，满负荷工作10小时可以节省汽油 kg。 【答案】(1)降低 (2) 丙甲丁乙 丁 (3) 750 1500 20% 2 【详解】（1）燃料燃烧不充分时，提供做同样的有用功的能量需要消耗更多的燃料，因此发动机的效率会降低。 （2）[1]甲图中活塞向上运动，两个气门关闭，为压缩冲程；图乙的活塞向上运动，进气门关闭，排气门打开，为排气冲程；图丙的活塞向下运动，进气门打开，排气门关闭，是吸气冲程；图丁中活塞向下运动，两气门关闭，是做功冲程。汽油机的一个工作循环中四个冲程按先后顺序为吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，所以正确的顺序为丙、甲、丁、乙。 [2]给汽车提供动力的是做功冲程，所以是图丁所示的冲程。 （3）[1]汽油机一个工作循环飞轮转2转，对外做功一次，所以1min内，飞轮转1500转，完成750个做功循环，对外做功750次。 [2]1min内，汽油机满负荷工作时对外做功为 W=120J×750=90000J 则汽油机满负荷工作时的功率为 [3]满负荷工作1min消耗10g汽油，完全燃烧释放的热量为 Q=qm=4.5×107J/kg×0.01kg=4.5×105J 则满负荷工作时热机的效率是 [4]满负荷工作10小时做的有用功为 W1=Pt1=1500W×60×60×10s=5.4×107J 则效率提高10%后，燃料释放的热量为 消耗的汽油质量为 原效率下，汽油机满负荷工作10小时燃料释放的热量为 消耗的汽油质量为 则节省的汽油质量为 Δm=m2-m1=6kg-4kg=2kg 【典例4-2】如图所示用同一个实验装置分别加热的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化的图线，乙从加热至沸腾刚好消耗了酒精。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等。已知，，下列说法中（　　） ① ②乙的吸热能力大于甲的吸热能力 ③乙吸收的热量为 ④该酒精灯的加热效率为17.5% A．只有①③正确 B．只有②③正确 C．只有③④正确 D．只有①④正确 【答案】C 【详解】由图2知，温度由20摄氏度升高至100摄氏度，甲所需时间为8min，乙所需时间为4min，实验中用相同的实验装置加热，则在相同的时间内酒精灯放出的热量相同，相同的时间内，两种液体吸收的热量相等，升高相同的温度80摄氏度时，甲吸收的热量比乙大，则甲的吸热能力比乙的强，甲的比热容比乙大，所以甲是水。此加热过程，甲和乙吸收热量的关系 解得， ①②错误；0~8min，乙吸收的热量与甲吸收的热量相等，为 ③正确；乙从20摄氏度加热至沸腾用时10min，吸收的热量 消耗酒精放出的热量 该酒精灯的加热效率 ④正确。故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 【跟踪训练1】将甲、乙两烧杯中各装入100g水，用酒精灯加热甲烧杯，煤油灯加热乙烧杯，直至杯内水沸腾1min立即将灯熄灭，测得消耗酒精4g、煤油2.5g。根据实验数据绘制的水温与加热时间关系的图象如图所示。若水沸腾前质量不改变，同一杯水沸腾前后单位时间内吸收的热量相等，，，，则（　　） A．整个过程、两杯水吸收的热量相等 B．前3分钟甲杯的水吸热 C．消耗的煤油放出的热量为 D．酒精灯加热水的效率为33.6% 【答案】D 【详解】AB．由题意，由于甲、乙两烧杯各装水的质量相等，水的初始温度相同，根据可知水刚沸腾时，两杯水吸收的热量相等，为 且同一杯水沸腾前后单位时间内吸收的热量相等，则整个过程甲、乙两杯水所吸收的热量分别为 所以整个过程，乙杯中的水吸收的热量更多，故AB错误正确； C．整个过程消耗的煤油完全燃烧放出的热量为 故C错误； D．在整个过程中，燃烧4g酒精所释放的热量为 可得酒精灯加热的效率为 故D正确。 故选D。 【跟踪训练2】小玲家新装的天然气热水器，它的铭牌表明其热效率为89%，小玲想估测这款热水器的效率，她把家里自动洗衣机的“水量”设置为40 L，用热水器输出的热水注入洗衣机，当注入水的体积达到40 L时，洗衣机便会自动停止注水。已知当时自来水的温度是15℃，热水器输出热水的温度为 40 ℃，注水前后燃气表上显示的余气量分别为165.50m3和165.35m3. (1)热效率89%表示该热水器工作时，天然气完全燃烧所消耗的89%的 能转化为水的内能。 (2)40L自来水吸收的热量是多少焦耳？ (3)通过计算判断该款热水器实际热效率是否与铭牌完全相符？ 【答案】(1)化学 (2) (3)不完全相符 【详解】（1）天然气热水器的热效率为89%，表示该热水器工作时，天然气完全燃烧所消耗的89%的化学能转化为水的内能。 （2）水的质量 水吸收的热量： （3）天然气体积为 V= 165.50m3 - 165.35m3=0.15m3 该煤炉烧水时的热效率    所以该款热水器实际热效率与铭牌不完全相符。 【典例4-3】混合动力汽车具有节能、低排放等优点。当混合动力汽车启动时，内燃机不工作，蓄电池向车轮输送能量，当需要高速行驶或蓄电池电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输送能量，又可以给蓄电池充电。在某次测试中，由内燃机提供能量，汽车以60km/h的速度匀速行驶了0.5h，所受阻力为6000N，求： (1)测试过程中牵引力做了多少J的功? (2)若所用燃料的热值为4.5×107J/kg，测试过程中消耗15kg燃料（假设燃料完全燃烧），则放出的总热量是多少J? (3)在测试中，混合动力汽车的热机效率是30%，则本次测试过程中混合动力汽车的发电量是多少J? 【答案】(1)1.8×J (2)6.75×J (3)2.25×J 【详解】（1）汽车通过的距离为s=vt=60km/h×0.5h=30km=3×104m 牵引力做的功为W=Fs= F阻s=6000N×3×104m=1.8×108J （2）燃料完全燃烧放出的热量为Q放=mq=15kg×4.5×107J/kg=6.75×108J （3）总的有用能量为W总==30%×6.75×108J=2.025×108J 发电量为 【跟踪训练1】如图，是一款无人驾驶汽车以某速度在一段平直的公路上匀速行驶了一段距离后，消耗汽油4kg。汽油机的效率为30%，那么，在这段运动过程中，[汽油的热值为，水的比热容为]求： (1)汽油完全燃烧放出的热量是多少？ (2)假设该汽车在这次行驶过程中，发动机排出的废气带走的能量占汽油完全燃烧放出热量的42%，一个标准大气压下，这些废气的能量全部被初温20℃，质量250kg的水吸收，水升高的温度是多少？ (3)如果汽油机的效率不变，汽车匀速运动时的受到阻力为900N，消耗4kg汽油汽车通过的路程是多少？ 【答案】(1)1.8×108J (2)72℃ (3)60km 【详解】（1）4kg汽油完全燃烧放出的热量为 （2）由题可知废气的能量为 即水吸收的热量为 由可知，水升高的温度为 标准大气压下水的沸点为100℃，而废水的末温 因此废水实际升高的温度为72℃。 （3）已知汽油机的效率为30%，由可知，汽车做的有用功为 汽车匀速运动时的受到阻力与汽车的牵引力是对平衡力，由二力平衡的条件可知，汽车的牵引力为 根据可知，汽车通过的路程为 【跟踪训练2】一辆质量为1.6t的小轿车以恒定的功率在高速公路上做直线运动，其所受阻力为车重的0.1倍，汽车运动的v－t图像如图所示，汽车在第12s时速度达到30m/s，通过的路程为150m。已知汽油的热值大约为。求： (1)在0~12s内汽车的平均速度； (2)若阻力不变，在0~12s内牵引力对小轿车做的功； (3)若发动机的效率为40%，则小轿车行驶20s时需要消耗汽油的质量。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）根据路程和时间求平均速度 （2）先求阻力，为车重的0.1倍 汽车在12s以后做匀速直线运动，则汽车受到的牵引力和阻力平衡，即 汽车的功率 因汽车功率恒定，则在0~12s内牵引力对小轿车所做的功 （3）小轿车行驶20s做的功 汽油燃烧放出的热量 消耗汽油的质量 【能力培优练】 1．开启啤酒瓶盖瞬间伴有“嘭”的一声，瓶口有一股“白烟”，下列说法正确的是（　　） A．瓶内外温度相等，啤酒内能不变 B．瓶内气体对外做功，啤酒内能增加 C．瓶口“白烟”是瓶内CO2液化形成的 D．瓶口“白烟”是瓶口水蒸气液化形成的 【答案】D 【详解】开启啤酒瓶时伴有嘭的一声，是瓶内空气迅速膨胀发出响声，同时对瓶盖做功，瓶内空气的内能转化为瓶盖动能，瓶内空气内能减小，温度降低，空气中的水蒸气由于温度降低而液化成小水珠，于是在瓶口周围形成白烟，故ABC错误，D正确。 故选D。 2．下列汽油机工作的一个循环中，对外做功之后的冲程是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】对外做功之后的冲程是排气冲程。 A．图中的进气门打开，活塞下行，是吸气冲程，故A不符合题意； B．图中的气门关闭，活塞上行，是压缩冲程，故B不符合题意； C．图中的气门关闭，活塞下行，火花塞打火，是做功冲程，故C不符合题意； D．图中的排气门打开，活塞上行，是排气冲程，故D符合题意。 故选D。 3．某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），下列说法中正确的是（　　） A．一个做功冲程中燃气对活塞做的功为135J B．汽油机的功率为2502W C．做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2.7×107N D．汽油机每秒内完成30个冲程 【答案】A 【详解】AC．满负荷工作时一个做功冲程中燃气对活塞压力为 一个做功冲程中燃气对活塞做的功为 故A正确，C错误； B．汽油机的飞轮转2周是一个工作循环，对外做功一次，飞轮1min转动1800周，共完成900个工作循环，共对外做功 汽油机的功率为 故B错误； D．汽油机的飞轮转2周是一个工作循环，一个工作循环完成4个冲程，飞轮1min转动1800周，则每秒转30周，共完成15个工作循环，共完成60个冲程，故D错误。 故选A。 4．小明利用图-1的装置研究某燃料热值，他取少量燃料置于燃烧皿中，点燃后对100g的热水加热4min，然后立即将其熄灭，测得消耗燃料4.2g，并根据实验数据绘制了水温随时间变化的图像如图-2中a线所示。已知此过程中燃料均匀燃烧放热，所放出热量只有60%被水吸收。实验装置和热损失比例均不变，利用该燃料加热另一杯水绘出了如图-2中b线所示图像。水的比热容为，整个过程中忽略水的质量变化，下列说法中正确的是（   ） A．通过图线a计算得知4min水吸收到的热量为2520J B．通过计算得出该燃料的热值为 C．这种方法计算出的热值比实际的热值偏大 D．b线代表的水的质量小于a线代表的水的质量 【答案】B 【详解】A．通过图线a可知，水在加热2min后沸腾，可知加热2min，水吸收到的热量是 则4min水吸收到的热量为 故A错误； B．消耗燃料4.2g放出的热量为 该燃料的热值为 故B正确； C．因为燃料燃烧时，有热损失，水吸收的热量小于燃料燃烧放出的热量，所以计算出的燃料的热值比实际的热值偏小，故C错误； D．由图可知，0-2min内，相同时间，两杯水吸收的热量相同，温度变化相同，根据可知，两杯水的质量相等，故D错误。 故选B。 5．甲、乙两台汽油机使用相同的汽油，若在同一时间内，甲、乙两汽油机做的有用功之比为3∶2，甲的效率是25%，乙的效率是20%，则在同样的时间内，甲、乙两汽油机消耗汽油的质量之比为（　　） A．2∶5 B．5∶2 C．5∶6 D．6∶5 【答案】D 【详解】由热机效率公式可得 由于两台汽油机使用相同的汽油，且汽油的热值相同，设为q，由得甲、乙两台汽油机在t时间内消耗的汽油质量之比为 故选D。 6．用同样的酒精灯加热初温相同（未知）、质量均为100g的两种物质甲、乙，已知6~8min消耗酒精的质量为0.4g，它们的温度随时间变化的图像如图所示，物质甲、乙单位时间吸收的热量相等，物质甲的比热容为，酒精的热值为（单位时间消耗酒精的质量相同）。下列说法正确的是（　　） A．物质甲的沸点一定为80℃，物质乙的沸点一定为40℃ B．0~6min酒精灯对物质甲的加热效率约为33.3% C．物质甲、乙的初温为20℃ D．物质乙的比热容为 【答案】B 【详解】A．由图示知，甲和乙都温度保持不变的情况，而晶体在熔化时，温度不变，液体沸腾时，温度也保持不变，而甲和乙的物态未知，无法判断甲和乙在加热过程的状态，故A错误； B．由图示知，甲在6min到8min，温度变化为 在这2min内，甲吸收的热量 消耗酒精放出的热量 甲和乙单位时间吸收的热量相等，酒精燃烧放出的热量相等，所以0~6min，酒精灯对甲的加热效率 故B正确； C．0~6min这6分钟内，吸收的热量是6min~8min内吸收热量的3倍，即 则甲的初温 故C错误； D．甲和乙和初温相同，则乙在0~6min升温40摄氏度，吸收的热量为12000J，乙的比热容 故D错误。 故选B。 7．如图所示，用酒精灯加热试管中的水，当水沸腾后，塞子被试管中的水蒸气推出，热机的四个冲程中， 冲程的能量转化与该图相同；若一台单缸四冲程汽油机飞轮转速为，则1s对外做功 次。    【答案】 做功 25 【详解】[1]用酒精灯加热试管中的水，当水沸腾一段时间后，塞子被试管内水蒸气推出，水蒸气的内能转化为了塞子的机械能，水蒸气的内能减小，温度降低；汽油机的做功冲程是汽油燃烧产生的内能转化为曲轴的机械能，塞子被推出这一过程的能量转化与四冲程汽油机的做功冲程相同； [2]飞轮转速是 该飞轮每秒钟转50圈；因为飞轮转2圈，完成4个冲程，做功1次， 所以飞轮转50圈，完成100个冲程，做功25次。 8．有一种小型单缸四冲程汽油机，每个工作循环做功500J，曲轴的转速是300r/min，每分钟消耗汽油5g。则该内燃机的功率是 W，机械效率是 。（） 【答案】 1250 32.6% 【详解】[1]因单缸四冲程汽油机满负荷工作时，一个工作循环飞轮转2圈，完成4个冲程，做功一次，已知飞轮的转速是300r/min，所以，每分钟共有150个工作循环，对外做功150次，则单缸四冲程汽油机满负荷工作1min做的功 该汽油机的功率 [2]每分钟消耗5g汽油，5g汽油完全燃烧释放的热量 满负荷工作时这种汽油机把内能转化为机械能的效率 9．飞机以的速度在的高度匀速直线航行，消耗航空燃油，飞机发动机的功率为。飞行过程中，飞机的动能 （选填“变大”、“变小”、“不变”），机械能 （选填“变大”、“变小”、“不变”），消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量是 ，飞机在航行过程中的阻力是 ；发动机的效率是 %（航空燃油的热值为）。 【答案】 变小 变小 50 【详解】[1]飞机匀速飞行时，其速度不变，燃油的质量变小，则飞机的质量变小，所以其动能变小 [2]由于其高度不变，故其重力势能不变，故机械能变小。 [3]由知道，消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量是 [4] 由于飞机匀速飞行，知道，牵引力大小是 由二力平衡知道，飞机发动机的阻力等于飞机受到的牵引力，故 [5]有用功 发动机的效率是 10．图甲中气球在放气时，它喷气的嘴部温度和原来相比 （变高/变低/没有变化），此过程发生的能量转化与图乙中的内燃机在 （A/B）图所示过程的能量转化是一致的。某汽车四冲程汽油机，飞轮转速为3000r/min，若气缸在做功冲程中每次做功400J，则每秒钟对外做功 J。若汽油燃烧不充分，汽油的热值将 （变大/变小/不变）。若每辆汽车每年消耗汽油1.86t，汽车内燃机的效率平均取值30%。如果能把内燃机效率提高1%，一辆汽车每年可以节约 L汽油。（） 【答案】 降低 A 不变 75 【详解】[1]膨胀的气体对外做功，内能转化为机械能，内能减小，温度降低。 [2]此过程发生的能量转化是内能转化为机械能，图乙中的内燃机A是做功冲程，进气门、排气门关闭，高温高压燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，B图是进气门、排气门关闭，压缩气体，对气体做功，将机械能转化为内能。 [3]某汽车四冲程汽油机，飞轮转速为3000r/min，若气缸在做功冲程中每次做功400J，则每秒钟对外做功 每秒钟飞轮转了50r，一个工作循环，四个冲程，飞轮转两圈，对外做功一次，故每秒钟飞轮转了50r，一共25个工作循环，对外做功25次。若气缸在做功冲程中每次做功400J，则每秒钟对外做功 [4]热值是热量完全燃烧放出的热量与质量之比，热值与种类有关，与燃烧充分程度无关，若汽油燃烧不充分，汽油的热值将不变。 [5]若每辆汽车每年消耗汽油1.86t，汽车内燃机的效率平均取值30%，则获得的机械能为 如果能把内燃机效率提高1%，获得相同的机械能，所需汽油完全燃烧放出的热量为 一辆汽车所需的汽油质量为 一辆汽车每年节约的汽油质量为 一辆汽车每年节约的汽油体积为 11．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量相等，烧杯内的液体质量和初温。 (1)比较不同物质吸热升温的特点，应选择 两图进行实验。质量和初始温度均相同的a、b两种液体，吸热后它们的温度随时间变化的图象如图丁所示，由图可以看出， 液体的吸热本领较强，物理上用 这个物理量来描述物质的吸热能力； (2)比较不同燃料的热值，应选择 两图进行实验，燃料完全燃烧放出的热量的多少是通来 反映的（选填“温度计示数”或“加热时间”）。利用此实验方法计算出的热值将比真实值偏 。 (3)有一种“涡轮增压”（T型）轿车，通过给发动机提供更足量的空气使汽油更充分地燃烧，比普通轿车更节能，排气更清洁。同样的汽油加在T型轿车内与加在普通轿车内相比，其热值 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 (4)该实验用到的研究方法有转换法和 。 【答案】(1) 甲丙 b 比热容 (2) 甲乙 温度计示数 小 (3)不变 (4)控制变量法 【详解】（1）[1]比较不同物质吸热特点，应该选择对不同的物质加热，但加热条件是完全一样的。故选甲丙进行实验 [2]读图丁可知，质量相同，加热时间相同，液体吸收热量相同，物质b温度升高得小，所以b物质吸热能力强。 [3]物质吸热能力的强弱，我们用物理量比热容来表示。 （2）[1]比较燃料的热值，应该燃烧不同的燃料对相同的物质加热进行实验，故选用甲乙进行实验。 [2]燃料燃烧放出的热量越多，被加热物质的温度升高得越大。通过温度计示数变化量来比较燃料燃烧放热的多少。 [3]理论上认为燃料燃烧放出的热量全部被被加热物质吸收，但实际上被加热物质吸收的热量只是燃料放出热量的一部分，所以根据计算出来的热值偏小。 （3）热值是燃料本身的属性，只与燃料的种类有关，跟其他因素无关，所以汽油的热值不变。 （4）要控制被加热的物质质量相等，用到了控制变量法。 12．2024年我国夏粮喜获丰收。劳动教育课上，老师带领同学们走进田间地头，感受夏收时节的丰收景象。如图，是正在田地里作业的联合收割机，小明通过和司机师傅交谈，了解到该型号联合收割机进行收割作业时所受重力约为1×10⁵N，整机的工作效率为40%。 (1)柴油发动机正常工作时将柴油燃烧释放的内能转化为 能。 (2)收割机水平匀速收割时受到的阻力为整机重力的某次收割作业时，收割机水平匀速行进7200m，用时1h，求此过程中收割机克服地面阻力做功的功率。（g取10N/kg） (3)收割机做的功除了克服地面阻力前进做的功外，还包括收割小麦、破皮、收集麦粒等做的功，若收割机做的总功是克服地面阻力做功的7倍，则收割机在上述收割过程中消耗的柴油为多少千克?（计算结果保留整数，柴油的热值为4.3×107J/kg） (4)小明看到收割机上标有“比排放量：18g/（kW·h）”的字样，查阅资料得知“比排放量”是指燃油发动机每输出1kW·h的总功所排放的气态污染物的质量，则第（3）小题的收割过程中该收割机共排放的气态污染物的质量为多少? 【答案】(1)机械 (2) (3) (4) 【详解】（1）柴油发动机正常工作时将消耗了柴油的化学能，将化学能转化为内能，再通过做功的方式将内能转化为机械能，所以柴油发动机正常工作时将柴油燃烧释放的内能转化为机械能。 （2）收割机水平匀速收割时受到的阻力为 匀速行驶时，牵引力为F=f=8×104N 收割机克服地面阻力做功的功率为 （3）收割机克服地面阻力做功为W=Fs=8×104N×7200m=5.76×108J 收割机做的总功是克服地面阻力做功的7倍，所以收割机做的总功为W总=7W=4.032×109J 由于整机的工作效率为40%，所以柴油燃烧放出的热量为 则收割机在上述收割过程中消耗的柴油的质量为 （4）由于1kW·h=3.6×106J，所以此次收割过程中收割机输出的功为 排放的气态污染物的质量为 13．太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置，表中是小张家的太阳能热水器某天在阳光照射下的相关信息，其中太阳辐射功率（P0）是指1h内投射到1m2面积上的接收的太阳能。求： 太阳照射时间t/h 装水量V/L 吸热板面积S/m2 水升高的温度T/℃ 水的比热容c/[J/（kg·℃）] 水的密度ρ/[kg/m3] 太阳辐射功率P0/[J/（m2·h）] ？ 100 2 50 4.2×103 1×103 2.1×106 (1)水在这段时间内吸收的热量； (2)若这些水吸收的热量由天然气燃烧来提供，需要1m3的天然气，则天然气热水器的能量转化效率是多少？（天然气的热值q＝3.5×107J/m3） (3)小张家的太阳能热水器的热转化效率η＝50%（接收太阳能的50%转化为水的内能）,求太阳光照射的时间t。 【答案】(1)； (2)； (3)10h 【详解】（1）水的体积为 水的质量为 水在这段时间内吸收的热量为 （2）1m3的天然气燃烧释放的热量为 则天然气热水器的能量转化效率是 （3）太阳能热水器的热转化效率η＝50%，则热水器吸收的太阳能为 太阳光照射的时间为 【链接中考】 1．（2023·江苏南京·中考真题）图示课本四个示例中的能量转化过程，与汽油机做功冲程相同的是（    ） A．甲图中反复弯折铁丝 B．乙图中压缩空气 C．丙图中盒内燃气推出盒盖 D．丁图中取暖器通电后电热丝发热 【答案】C 【详解】汽油机做功冲程中，缸内高温高压的燃气推动活塞对外做功，将内能转化为机械能。 A．甲图中反复弯折铁丝，人对铁丝做功，使铁丝内能增大，温度升高，将机械能转化为内能，故A不符合题意； B．乙图中压缩空气，此时活塞对气体做功，使气体内能增大，温度升高，将机械能转化为内能，故B不符合题意； C．丙图中盒内燃气推出盒盖，燃气对盒盖做功，将燃气的内能转化为盒盖的机械能，故C符合题意； D．丁图中取暖器通电后电热丝发热，电流做功，将电能转化为内能，故D不符合题意。 故选C。 2．（2023·江苏镇江·中考真题）小兵利用图示装置测算酒精的热值。燃烧皿中酒精的质量为12g，烧杯中水的初温为23℃，质量为200g，点燃酒精，当水温升高到43℃时，立即熄灭火焰。该过程中水吸收的热量为 J。他想利用Q吸=Q放计算酒精的热值，还需进行的实验操作是测量 的质量，实验所测酒精的热值与真实值相比会偏 。[c水=4.2×103J/（kg·℃）] 【答案】 剩余酒精 小 【详解】[1]水吸收的热量为 [2]利用​计算酒精的热值，还需进行的实验操作是测量燃烧皿中剩余酒精的质量，根据计算出酒精的热值。 [3]由于存在热量损失，酒精燃烧放出的热量没有被水全部吸收，即测得的Q放偏小，又因为燃烧掉酒精的质量是一定的，根据 可知，实验所测酒精的热值与真实值相比会偏小。 3.（2024·江苏无锡·一模）小汽车已进入平常百姓家（如图），若汽车在水平路面上快速行驶，由于汽车上下表面空气流动速度不同，汽车对地面的压力和静止时相比会 （选填“变大”“变小”或“不变”）；汽车上的散热器用水作为冷却剂，是因为水的 大。若一台单缸四冲程汽油机1s内对外做功25次，则该汽油机飞轮的转速为 r/min。 【答案】 变小 比热容 3000 【详解】[1]汽车上凸下平的外形，在水平路面上快速行驶时，上表面空气流速快，压强小，上表面空气流速慢，压强大，空气对汽车产生了一个向上的升力，导致汽车对地面的压力和静止时相比会变小。 [2]水的比热容大，升高相同的温度可以吸收更多热量，故汽车上的散热器用水作为冷却剂。 [3]若汽油机1s对外做功25次，经过100冲程，飞轮转50圈，该汽油机飞轮的转速为 4．（2024·江苏常州·中考真题）中国工程师利用焦炉气中的氢气与工业尾气中的二氧化碳，合成液态燃料，作为第19届亚洲运动会主火炬的燃料．工程师在科普馆用如图所示的装置为同学们演示模拟实验，测量该燃料的热值． ①在空酒精灯内加入适量该液态燃料，得到“燃料灯”； ②在空烧杯内加入1kg水，测得水的初温为31℃，点燃“燃料灯”开始加热； ③当水恰好沸腾时，立即熄灭“燃料灯”，测得“燃料灯”消耗燃料30g。 已知实验时气压为1标准大气压，，用该装置加热水的效率为42%．求： （1）此过程中，烧杯内水吸收的热量； （2）该液态燃料的热值。 【答案】（1）2.898×105J（2）2.3×107J/kg 【详解】解：（1）烧杯内水吸收的热量为 （2）该液态燃料完全燃烧放出的热量为 该液态燃料的热值为 答：（1）此过程中，烧杯内水吸收的热量为2.898×105J； （2）该液态燃料的热值为2.3×107J/kg。 5. （2025·江苏无锡·二模）我国航天技术已达到世界领先水平。在跨学科实践课上，某小组开展了“制作火箭模型”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助完成下列内容： （1）了解火箭的相关知识： 喷气发动机是指靠喷管高速喷出的气流直接产生反作用推力的发动机，广泛用作飞行器的动力装置，按燃料燃烧时所需要的来源，可分为两大类：一类是火箭发动机，另一类是空气喷气发动机。如图甲为涡轮喷气发动机（属于空气喷气发动机的一种），压缩后的混合气体在燃烧室燃烧，燃烧后剧烈膨胀的气体从尾部高速喷出，其巨大的反冲推力直接成为飞机的推进力。 如图乙为火箭发动机的工作原理图，火箭发动机和涡轮喷气发动机十分相似，主要的差别是：火箭自带燃料和氧化剂如图乙，涡轮喷气发动机只带燃料，利用空气做氧化剂，同涡轮喷气发动机相比较，火箭发动机的最大特点是：它自身既带燃料，又带氧化剂，靠氧化剂来助燃，不需要从周围大气层中汲取氧气，所以它不但能在大气层内也可以在大气层之外的宇宙真空中工作。火箭发动机可用于航天器推进，也可用于导弹等在大气层内飞行。迄今为止发射的人造卫星、月球飞船以及各种宇宙飞行器所用的都是火箭发动机。 如图丙，2024年4月25日20时59分，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，3名航天员顺利进入太空。 （2）制作并发射：火箭模型小组的同学制作了水火箭并进行发射，如图丁的图一，图二是其结构示意图，对水火箭打气，打开阀门，水向下喷出，水火箭一飞冲天。使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的 冲程相同。水火箭起飞用到的物理原理是： 。当水火箭上升至最高点时，此时水火箭受到 （选填“平衡力”或“非平衡力”）。 （3）项目评估：各个小组制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，发现“水火箭”在竖直方向飞行上升的高度不容易测量。同学们讨论后认为可以通过测量 来评选出“最佳飞行奖”。（写出一种方法即可） （4）项目拓展思考： ①如图丙所示是火箭发射时的情景，下列说法正确的是 ； A．火箭点火升空离开发射台期间，重力势能不变 B．涡轮喷气发动机可用于各种宇宙飞行器中 C．火箭升空过程中，燃料燃烧释放的内能全部转化为火箭的机械能 D．火箭升空过程中外壳温度会上升，这是通过做功的方式增加了外壳的内能 ②一架飞机搭载的涡轮喷气发动机，其部分参数如表，表中热效率是指涡轮喷气发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推进效率则是指涡轮喷气发动机传递给飞机的推进功（推力所做的功）与其获得的机械能之比。已知飞机所受空气阻力与运行速度平方的关系如图戊所示，当飞机以200m/s的速度水平匀速巡航0.5h的过程中，此时需要 t的航空燃油。 热效率 40% 推进效率 60% 航空燃油热值q 5.0×107J/kg 【答案】 压缩 物体间力的作用是相互的 非平衡力 离地飞行的时间 D 1.08 【详解】（2）[1]使用打气筒打气时，通过做功增大气体的内能，将机械能转化为内能，与汽油机的压缩冲程相同。 [2]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，则水给火箭一个向上的力，使得火箭能够起飞。 [3]水火箭竖直上升到最高点时只受重力作用，因而受力不平衡，即受非平衡力。 （3）[4]水火箭在竖直方向上升的高度不容易测量，可测量水火箭离地飞行的时间，飞行时间越长，竖直方向的上升高度越高。 （4）①[5] A．火箭点火升空离开发射台期间，质量不变，高度增大，重力势能增大，故A错误； B．涡轮喷气式发动机需要大气中的氧气做氧化剂，不适合在真空中运行的宇宙飞行器，故B错误； C．火箭升空过程中，燃料燃烧释放的内能只有部分转化为火箭运动的机械能，有部分热量损失，故C错误； D．火箭上升过程中，需克服空气阻力做功，使火箭外壳温度升高，这是通过做功的方式增加了外壳的内能，故D正确。 故选D。 ②[6]由图戊可知，飞机飞行时所受的阻力与速度的平方成正比，设， 把，，代入上式得，所以当时，飞机飞行受到得阻力 飞机以200m/s的速度水平匀速巡航0.5h的距离 飞机克服阻力所做得功 飞机在水平方向上匀速飞行时，所以飞机飞行0.5h推力做的功 获得的机械能 需要的内能 需要航空燃油的质量 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 四、机械能与内能的相互转化 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 做功—改变内能的另一种方式 1 题型2 热机 4 题型3 燃料的热值及其计算 7 题型4 热机的效率 10 【能力培优练】 15 【链接中考】 20 【重难题型讲解】 题型1 做功—改变内能的另一种方式 1． 内能和机械能的相互转化 水沸腾时，水蒸气将壶盖顶起，壶盖获得机械能；钻木起火，木材的温度升高，获得内能。这些事件说明内能和机械能是可以相互转化的。 ★特别提醒 能量的转移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，但能量的形式保持不变，比如发生热传递时内能从高温物体向低温物体转移。 能量的转化指能量从一种形式变化为另一种形式，能量的形式发生改变，比如摩擦生热将机械能转化为内能。 2．做功改变内能 ①：外界对物体做功—物体内能增大：外界对物体施加力并使其在力的方向上移动距离（做功），其他形式的能（如机械能）转化为物体的内能，内能增大，温度升高。 ②：物体对外界做功—物体内能减小：物体对外界做功时，自身的内能转化为其他形式的能（如机械能），内能减少，温度降低。 3．改变内能的两种方式（做功、热传递）的区别和联系 项目 热传递 做功 区别 实质 能量的转移 能量的转化 能量变化的形式 内能在不同物体间或同一物体的不同部位间转移 其他形式的能（如机械能，电能）与内能的相互转化 实例 热水袋取暖、吹空调、喝饮料加冰块、煮饭等 摩擦生热、钻木取火、试管中的水加热后将橡胶塞喷出等 方向性 单向（高温物体向低温物体转移） 多向（对外界做功，内能减小；外界对内做功，内能增大） 条件 接触的物体存在温度差 有力和距离（摩擦、膨胀、压缩等） 联系 做功和热传递都可以改变物体的内能，且效果相同；无论做功还是热传递，都遵循能量守恒定律；物体的内能改变，可以通过做功，也可以通过热传递，或者两者同时进行。 【注意】做功可以改变物体的内能，但不是做了功物体的内能就一定会变化，比如将物体举高时，物体的内能不变，增大的是物体的机械能。 【归纳总结】做功是“能量变身”，热传递是“能量搬家”，两者等效，但本质不同。 【典例1-1】以下关于同一物体的内能、热量、温度说法正确的是（　　） A．物体内能增大，温度一定升高 B．对物体做功，物体的内能不一定增大 C．物体温度升高，内能不一定增大 D．物体内能增大，一定吸收了热量 【跟踪训练1】关于温度、热量、内能的关系，下列说法正确的是（　　） A．物体的温度升高，内能一定增加 B．物体的温度升高，一定是从外界吸收了热量 C．对物体做功，它的内能一定增加，温度不一定升高 D．冰熔化时吸收热量，内能增加，分子的运动越来越剧烈 【跟踪训练2】关于热量，内能和温度，下面说法正确的是（　　） A．物体的内能与温度有关，只要物体的温度不变，物体的内能一定不会变 B．对一个物体做功，它的内能一定会增加 C．物体的温度越高，其含有的热量就越多 D．内能小的物体可以将热量传递给内能大的物体 【典例1-2】如图所示，人手持大气球站在水平转盘上，松开气嘴，让气球沿垂直转盘半径方向喷气，人与转盘开始一起反向转动。从能量转化角度可知，此过程将 能转化为 能；在A、B两点中，人站在A点进行上述实验，更容易转动，原因是： 。 【跟踪训练1】用气筒打气时筒壁会发热，小华认为主要是活塞与筒壁摩擦导致的，小宇认为主要是活塞压缩气体做功导致的，下列实验方案中，能够验证他们猜想的是（　　） A．用同一气筒向电瓶车和汽车的轮胎内各打气50下，比较筒壁的温度变化 B．用不同气筒向电瓶车和汽车的轮胎内各打气50下，比较筒壁的温度变化 C．用同一气筒空打50下和向汽车轮胎内打气50下，比较筒壁的温度变化 D．用同一气筒空打5下和向自行车轮胎内打气5下，比较筒壁的温度变化 【跟踪训练2】如图所示，质量一定的木块放在由同种材料制成的粗糙程度均匀的水平桌面上，木块在水平拉力F作用下从A点由静止开始运动，运动得越来越快；当木块到达B点时，撤去拉力F，木块继续滑动，运动得越来越慢，最后停在C点。下列说法中正确的是（　　） A．木块在BC段运动得越来越慢，是由于木块受到的摩擦力越来越大 B．木块在BC段运动得越来越慢，是由于木块的机械能转化为内能，机械能逐渐减小 C．木块在AB段运动得越来越快，木块的机械能越来越大，机械能没有转化为内能 D．从A→C的过程中，拉力F对木块做的功大于木块克服摩擦力做的功 题型2 热机 1． 认识热机 利用燃料燃烧产生的高温、高压燃气的内能转化为机械能的装置叫做热机。 常见的热机：汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。 热机的能量转化过程：化学能（燃料）→内能（高温高压燃气）→机械能（对外做功）。 【注意】内能的利用方式有两种：①利用内能加热（热传递），实质是能量的转移；②利用内能做功，实质是能量的转化。 2． 内燃机的工作过程 燃料在汽缸内部燃烧的机械叫做内燃机，热机是最常见的热机，按照使用原料的不同，内燃机可分为汽油机、柴油机和天然气发动机等。 汽油机工作时，活塞在汽缸里往复运动，活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程，称为一个冲程。汽油机的一个工作循环分为四个冲程。 吸气冲程：如图甲，进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入空气和汽油的混合物。 压缩冲程：如图乙，进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，压缩气缸内的混合气体，使其体积减小、压强增大、温度升高，机械能转化为内能。 做功冲程：如图丙，进气门和排气门依然关闭，当活塞运动到汽缸顶端时，火花塞打火，点燃汽缸内的燃料生成高温高压的燃气，推动活塞向下运动，内能转化为机械能。 排气冲程：如图丁，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，排出汽缸内的废气。 ★特别提醒 汽油机冲程的判断方法：①看气门，进气门打开即为吸气冲程，排气门打开即为排气冲程；②看活塞，在进气门与排气门均关闭时，活塞向上运动即为压缩冲程，活塞向下运动即为做功冲程。 汽油机四冲程中的能量转化：压缩冲程机械能转化为内能，做功冲程内能转化为机械能。对汽油机而言，四冲程中真正获取能量的只有做功冲程，其他三个冲程依靠惯性完成，即汽油机在四冲程中只对外做一次功。 3． 汽油机和柴油机的区别 汽油机 柴油机 结构 顶部有火花塞 顶部有喷油嘴 吸气冲程 吸入空气和汽油的混合物 只吸入空气 做功冲程 火花塞放出电火花 喷油嘴喷出雾状柴油 点火方式 点燃式 压燃式 ▲拓展培优 1 4 2 2 1的比例应用 内燃机在一个工作循环中（1），包含四个冲程（4），飞轮转动两圈（2），活塞往复运动两次（2），只对外做功一次（1）。涉及这些物理量的计算时，罗列相应物理量的比例关系结合实际数据做计算即可，注意单位的统一。 【典例2-1】热机的广泛使用已成为一个国家工业化程度的标志，下列交通或运输工具中，动力设备不是使用热机的是（　　） A．远洋货轮 B．C919客机 C．载重汽车 D．木帆船 【跟踪训练1】如图，物理兴趣小组制作了一个简易汽轮机装置。在易拉罐中装入适量的水，用酒精灯加热，水沸腾后从管口喷出蒸汽使风车转动。简易汽轮机工作过程中（　　） A．酒精燃烧将内能转化为化学能 B．水的内能增加的方式是热传递 C．蒸汽被喷出后内能保持不变 D．蒸汽的内能全部转化为风车的机械能 【跟踪训练2】如图为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，如图b为四冲程汽油机的工作示意图。下列判断错误的是（    ）    A．图a中汽缸内的蒸汽体积膨胀，从而推动活塞使舰载机获得牵引力 B．图a中汽缸内的蒸汽推动活塞时，内能减小 C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图b中B图所示的工作原理相似 D．图b中汽油机一个工作循环的正确顺序是A→B→C→D 【典例2-2】如图所示图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图，图E、F是演示实验的示意图，B图是 冲程，与它原理相同的是 图所示的演示实验，此冲程将 能转化为 能，若它在1s内完成20个工作循环，则飞轮的转速为 r/min。 【跟踪训练1】小白对家中的小汽车进行了一些研究：供汽车动力的是发动机的做功冲程，汽油在汽缸内燃烧时将化学能转化为内能；若飞轮的转速为2400r/min，则在1s内汽油机对外做功 次；在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放入一小团干燥的硝化棉，用力把活塞迅速压下，硝化棉燃烧，该过程中是通过的 方式来改变筒内空气的内能，其能量转化情况与图 （选填“A”“B”“C”“D”）所示汽油机冲程中的能量转化情况是一致的。 【跟踪训练2】图1甲为注射器，在室温恒为T₁的环境中，老师快速向下推动活塞压缩针筒内的气体后松手，活塞即刻被向上弹起，此过程中针筒内均处于密封，针筒内物质均处于气态，针筒内气体温度随时间变化图像如图1乙，（由于气体分子间距比较大，此实验过程不考虑分子势能的变化），则说法正确的个数是（    ） ①活塞下压时，是通过做功改变针筒内气体的内能 ②t1-t2过程的能量转化与图2中丙相同 ③密封气体在t2时刻的内能小于t3时刻的内能 ④活塞静止后，密封气体的温度最终保持在 T₂ ⑤图2丙存在化学能能转化成内能的过程 ⑥若图 2 内燃机飞轮转动速度为3600r/ min，则每秒完成涉及内能和机械能相互转化的冲程有30次 A．2个 B．3 个 C．4个 D．5个 题型3 燃料的热值及其计算 1． 热值的定义 某种燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值。热值用符号q表示，单位是J/kg。（对于气体燃料，通常用体积形容燃料的量，这时热值是热量与燃料体积之比，单位是J/m3）。 完全燃烧：指燃料全部烧尽，无残留（实际中难以完全燃烧，因此实际放热通常小于理论值）。 热值的物理意义：热值反映不同燃料在完全燃烧过程中，化学能转化为内能的本领大小；热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等无关。 【注意】不是任何物体都有热值，热值是燃料的特性，不能燃烧的物质没有热值。 2． 热量的计算 公式：(固体或液体燃料)或者（气体燃料）。 计算时的注意事项：解答过程中可根据题目中给出的热值的单位确定公式，同时注意单位统一后再做计算。 【归纳总结】热值是燃料的特性，由燃料种类决定，热量计算时需注意燃料的类型。 【典例3-1】如图装置中，酒精灯加热一段时间后，塞子飞出。下列说法正确的是（　　） A．酒精具有化学能，不具有内能 B．酒精消耗一部分后，其热值减少 C．塞子飞出，塞子的动能由水蒸气的内能转化而来 D．塞子的动能，等于酒精燃烧时释放的能量 【跟踪训练1】如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的两种液体进行加热，两图装置均相同。燃料的质量用m表示，燃料充分燃尽时液体升高的温度用表示（液体未沸腾）（　　） A．若甲乙燃料种类相同，两个烧杯中液体的种类不相同，两个装置用来探究燃料的热值大小 B．若甲乙燃料种类相同，两个烧杯中液体的种类不相同，的值越大，液体的吸热能力越强 C．若甲乙两种燃料种类不同，两个烧杯中液体种类相同，的值越大，燃料的热值越大 D．若甲乙两种燃料种类不同，两个烧杯中液体种类相同的值越大，燃料的热值越大 【跟踪训练2】为了比较两种未知燃料的热值以及两种未知液体的比热容的大小，小明同学设计的实验如图所示，甲、乙、丙三图中装置完全相同，燃料的质量都是10g，烧杯内的液体初温相同。当燃料燃烧完时（烧杯内的液体均未沸腾），立即读取相应温度计的读数，分别为T甲、T乙、T丙，且有T甲＞T乙＞T丙。 (1)在实验中，三个烧杯中a、b液体的 （选填“质量”或“体积”）必须相同。 (2)比较不同液体的比热容，应选择 两图进行实验，液体a的比热容ca与液体b的比热容cb相比，有ca cb（选填“＞”、“＝”或“＜”）。 (3)比较不同燃料的热值，应选择 两图进行实验，燃料1的热值q1与燃料2的燃料值q2，有q1 q2（选填“＞”、“＝”或“＜”）。 (4)若在研究不同燃料热值的实验中记录数据如表： 燃料 加热前液体温度/℃ 燃料燃尽时液体温度/℃ 燃料的热值/（J/kg） 1 15 35 2.4×106 2 15 25 根据表中数据计算：燃料2的热值是 。通过实验得到的燃料热值与实际相比要偏 （填“大”或“小”燃料不能完全燃烧或燃烧放出热量大于液体吸收热量）。 【典例3-2】在一个标准大气压下，在不计热量损失的情况下，完全燃烧热值为1.26×107J/kg的干木柴1kg，能使40kg、30℃的水温度升高到（　　） A．105℃ B．100℃ C．75℃ D．无法确定 【跟踪训练1】小明在家用燃气灶烧开水，已知水壶里水的体积为1.5L，水的初温为20℃，现将水加热至100℃，消耗燃气为，已知此次烧水过程中，燃气灶的效率为60%，水的比热容为。 (1)水壶中的水吸收的热量是多少？ (2)燃气放出的热量是多少？ (3)通过以上数据计算得出，燃气的热值是多少？ 【跟踪训练2】现代家庭普遍安装了节能型燃气热水器，在一次用水过程中，将10kg的水从12℃加热到52℃。已知，q天然气＝4×107J/m3，此燃气热水器的加热效率为84%。求： （1）水吸收的热量； （2）此次加热水消耗的天然气的体积； （3）若使用额定功率为2000W的电热水器，使10kg的水从12℃加热到52℃，需要正常加热的时间是多少min？（不计热量损失） 题型4 热机的效率 1． 热机效率的定义 热机是将内能转化为机械能的装置，但实际转化过程中不可能做到完全转化。物理学中将热机工作时，用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的总能量的比值叫做热机效率。它表示热机对燃料释放能量的利用程度（效率越高，能量浪费越少，热机性能越好）。 2． 热机效率的计算 公式：；其中W有用：热机对外做的有用功（单位：J），Q总：燃料完全燃烧时释放的热量。 ★特别提醒 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，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。 一般柴油机的热机效率会比汽油机高，主要是因为点火方式的不同，压燃式可以让燃料燃烧得更加充分。 3． 提高热机效率的方法 ①使燃料充分燃烧：如改进燃烧设备，让燃料与空气充分混合。 ②减少热量散失：给热机加装保温层（如包裹气缸的隔热材料），减少向外界散热。 ③减小机械摩擦：使用优质润滑油、优化部件加工精度，降低摩擦损耗。 ④回收利用废气能量：例如，部分汽车利用废气余热加热车内空气。 【归纳总结】效率是比值，功率是快慢，计算时注意区分有用功与燃料完全燃烧的总热量。 【典例4-1】甲、乙两台汽油机，甲汽油机的效率为30%，乙汽油机的效率为20%，则下列说法正确的是（　　） A．甲汽油机做的功比乙汽油机做的功多 B．甲汽油机的功率比乙汽油机的功率大 C．在相同的时间内甲汽油机燃烧的汽油比乙汽油机的多 D．在消耗相同的汽油时，甲汽油机做的有用功比乙汽油机多 【跟踪训练1】如图所示表示的是汽油机的能量流向，对照此图，下列说法不正确的是（   ） A．废气的排放所占比例最大，减少该部分能量损失可有效提高热机效率 B．冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率 C．该汽油机的效率为73% D．该汽油机的能量利用率为27% 【跟踪训练2】随着人们生活水平的提高，汽车已经进入千家万户，它给我们的生活提供了便利，    特征不容易促进了社会的发展。请你解答： (1)当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率会 （选填“升高”“降低”或“不变”）； (2)汽车发动机的一个工作循环包括如图所示的四个冲程。请按一个工作循环的过程，将四个冲程图重新排序： ，图 所示的冲程是给汽车提供动力的： (3)国产某种型单缸四冲程汽油机满负荷工作时一个做功冲程对外做功120J，飞轮的转速是1500r/min，每分钟消耗10g汽油。1分钟内，做 次功。满负荷工作时该汽油机的功率是 W，满负荷工作时热机的效率是 （汽油的热值为4.5×107J/kg）。将其效率提高10%，满负荷工作10小时可以节省汽油 kg。 【典例4-2】如图所示用同一个实验装置分别加热的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化的图线，乙从加热至沸腾刚好消耗了酒精。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等。已知，，下列说法中（　　） ① ②乙的吸热能力大于甲的吸热能力 ③乙吸收的热量为 ④该酒精灯的加热效率为17.5% A．只有①③正确 B．只有②③正确 C．只有③④正确 D．只有①④正确 【跟踪训练1】将甲、乙两烧杯中各装入100g水，用酒精灯加热甲烧杯，煤油灯加热乙烧杯，直至杯内水沸腾1min立即将灯熄灭，测得消耗酒精4g、煤油2.5g。根据实验数据绘制的水温与加热时间关系的图象如图所示。若水沸腾前质量不改变，同一杯水沸腾前后单位时间内吸收的热量相等，，，，则（　　） A．整个过程、两杯水吸收的热量相等 B．前3分钟甲杯的水吸热 C．消耗的煤油放出的热量为 D．酒精灯加热水的效率为33.6% 【跟踪训练2】小玲家新装的天然气热水器，它的铭牌表明其热效率为89%，小玲想估测这款热水器的效率，她把家里自动洗衣机的“水量”设置为40 L，用热水器输出的热水注入洗衣机，当注入水的体积达到40 L时，洗衣机便会自动停止注水。已知当时自来水的温度是15℃，热水器输出热水的温度为 40 ℃，注水前后燃气表上显示的余气量分别为165.50m3和165.35m3. (1)热效率89%表示该热水器工作时，天然气完全燃烧所消耗的89%的 能转化为水的内能。 (2)40L自来水吸收的热量是多少焦耳？ (3)通过计算判断该款热水器实际热效率是否与铭牌完全相符？ 【典例4-3】混合动力汽车具有节能、低排放等优点。当混合动力汽车启动时，内燃机不工作，蓄电池向车轮输送能量，当需要高速行驶或蓄电池电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输送能量，又可以给蓄电池充电。在某次测试中，由内燃机提供能量，汽车以60km/h的速度匀速行驶了0.5h，所受阻力为6000N，求： (1)测试过程中牵引力做了多少J的功? (2)若所用燃料的热值为4.5×107J/kg，测试过程中消耗15kg燃料（假设燃料完全燃烧），则放出的总热量是多少J? (3)在测试中，混合动力汽车的热机效率是30%，则本次测试过程中混合动力汽车的发电量是多少J? 【跟踪训练1】如图，是一款无人驾驶汽车以某速度在一段平直的公路上匀速行驶了一段距离后，消耗汽油4kg。汽油机的效率为30%，那么，在这段运动过程中，[汽油的热值为，水的比热容为]求： (1)汽油完全燃烧放出的热量是多少？ (2)假设该汽车在这次行驶过程中，发动机排出的废气带走的能量占汽油完全燃烧放出热量的42%，一个标准大气压下，这些废气的能量全部被初温20℃，质量250kg的水吸收，水升高的温度是多少？ (3)如果汽油机的效率不变，汽车匀速运动时的受到阻力为900N，消耗4kg汽油汽车通过的路程是多少？ 【跟踪训练2】一辆质量为1.6t的小轿车以恒定的功率在高速公路上做直线运动，其所受阻力为车重的0.1倍，汽车运动的v－t图像如图所示，汽车在第12s时速度达到30m/s，通过的路程为150m。已知汽油的热值大约为。求： (1)在0~12s内汽车的平均速度； (2)若阻力不变，在0~12s内牵引力对小轿车做的功； (3)若发动机的效率为40%，则小轿车行驶20s时需要消耗汽油的质量。 【能力培优练】 1．开启啤酒瓶盖瞬间伴有“嘭”的一声，瓶口有一股“白烟”，下列说法正确的是（　　） A．瓶内外温度相等，啤酒内能不变 B．瓶内气体对外做功，啤酒内能增加 C．瓶口“白烟”是瓶内CO2液化形成的 D．瓶口“白烟”是瓶口水蒸气液化形成的 2．下列汽油机工作的一个循环中，对外做功之后的冲程是（　　） A． B． C． D． 3．某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），下列说法中正确的是（　　） A．一个做功冲程中燃气对活塞做的功为135J B．汽油机的功率为2502W C．做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2.7×107N D．汽油机每秒内完成30个冲程 4．小明利用图-1的装置研究某燃料热值，他取少量燃料置于燃烧皿中，点燃后对100g的热水加热4min，然后立即将其熄灭，测得消耗燃料4.2g，并根据实验数据绘制了水温随时间变化的图像如图-2中a线所示。已知此过程中燃料均匀燃烧放热，所放出热量只有60%被水吸收。实验装置和热损失比例均不变，利用该燃料加热另一杯水绘出了如图-2中b线所示图像。水的比热容为，整个过程中忽略水的质量变化，下列说法中正确的是（   ） A．通过图线a计算得知4min水吸收到的热量为2520J B．通过计算得出该燃料的热值为 C．这种方法计算出的热值比实际的热值偏大 D．b线代表的水的质量小于a线代表的水的质量 6．用同样的酒精灯加热初温相同（未知）、质量均为100g的两种物质甲、乙，已知6~8min消耗酒精的质量为0.4g，它们的温度随时间变化的图像如图所示，物质甲、乙单位时间吸收的热量相等，物质甲的比热容为，酒精的热值为（单位时间消耗酒精的质量相同）。下列说法正确的是（　　） A．物质甲的沸点一定为80℃，物质乙的沸点一定为40℃ B．0~6min酒精灯对物质甲的加热效率约为33.3% C．物质甲、乙的初温为20℃ D．物质乙的比热容为 7．如图所示，用酒精灯加热试管中的水，当水沸腾后，塞子被试管中的水蒸气推出，热机的四个冲程中， 冲程的能量转化与该图相同；若一台单缸四冲程汽油机飞轮转速为，则1s对外做功 次。    8．有一种小型单缸四冲程汽油机，每个工作循环做功500J，曲轴的转速是300r/min，每分钟消耗汽油5g。则该内燃机的功率是 W，机械效率是 。（） 9．飞机以的速度在的高度匀速直线航行，消耗航空燃油，飞机发动机的功率为。飞行过程中，飞机的动能 （选填“变大”、“变小”、“不变”），机械能 （选填“变大”、“变小”、“不变”），消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量是 ，飞机在航行过程中的阻力是 ；发动机的效率是 %（航空燃油的热值为）。 10．图甲中气球在放气时，它喷气的嘴部温度和原来相比 （变高/变低/没有变化），此过程发生的能量转化与图乙中的内燃机在 （A/B）图所示过程的能量转化是一致的。某汽车四冲程汽油机，飞轮转速为3000r/min，若气缸在做功冲程中每次做功400J，则每秒钟对外做功 J。若汽油燃烧不充分，汽油的热值将 （变大/变小/不变）。若每辆汽车每年消耗汽油1.86t，汽车内燃机的效率平均取值30%。如果能把内燃机效率提高1%，一辆汽车每年可以节约 L汽油。（） 11．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量相等，烧杯内的液体质量和初温。 (1)比较不同物质吸热升温的特点，应选择 两图进行实验。质量和初始温度均相同的a、b两种液体，吸热后它们的温度随时间变化的图象如图丁所示，由图可以看出， 液体的吸热本领较强，物理上用 这个物理量来描述物质的吸热能力； (2)比较不同燃料的热值，应选择 两图进行实验，燃料完全燃烧放出的热量的多少是通来 反映的（选填“温度计示数”或“加热时间”）。利用此实验方法计算出的热值将比真实值偏 。 (3)有一种“涡轮增压”（T型）轿车，通过给发动机提供更足量的空气使汽油更充分地燃烧，比普通轿车更节能，排气更清洁。同样的汽油加在T型轿车内与加在普通轿车内相比，其热值 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 (4)该实验用到的研究方法有转换法和 。 12．2024年我国夏粮喜获丰收。劳动教育课上，老师带领同学们走进田间地头，感受夏收时节的丰收景象。如图，是正在田地里作业的联合收割机，小明通过和司机师傅交谈，了解到该型号联合收割机进行收割作业时所受重力约为1×10⁵N，整机的工作效率为40%。 (1)柴油发动机正常工作时将柴油燃烧释放的内能转化为 能。 (2)收割机水平匀速收割时受到的阻力为整机重力的某次收割作业时，收割机水平匀速行进7200m，用时1h，求此过程中收割机克服地面阻力做功的功率。（g取10N/kg） (3)收割机做的功除了克服地面阻力前进做的功外，还包括收割小麦、破皮、收集麦粒等做的功，若收割机做的总功是克服地面阻力做功的7倍，则收割机在上述收割过程中消耗的柴油为多少千克?（计算结果保留整数，柴油的热值为4.3×107J/kg） (4)小明看到收割机上标有“比排放量：18g/（kW·h）”的字样，查阅资料得知“比排放量”是指燃油发动机每输出1kW·h的总功所排放的气态污染物的质量，则第（3）小题的收割过程中该收割机共排放的气态污染物的质量为多少? 13．太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置，表中是小张家的太阳能热水器某天在阳光照射下的相关信息，其中太阳辐射功率（P0）是指1h内投射到1m2面积上的接收的太阳能。求： 太阳照射时间t/h 装水量V/L 吸热板面积S/m2 水升高的温度T/℃ 水的比热容c/[J/（kg·℃）] 水的密度ρ/[kg/m3] 太阳辐射功率P0/[J/（m2·h）] ？ 100 2 50 4.2×103 1×103 2.1×106 (1)水在这段时间内吸收的热量； (2)若这些水吸收的热量由天然气燃烧来提供，需要1m3的天然气，则天然气热水器的能量转化效率是多少？（天然气的热值q＝3.5×107J/m3） (3)小张家的太阳能热水器的热转化效率η＝50%（接收太阳能的50%转化为水的内能）,求太阳光照射的时间t。 【链接中考】 1．（2023·江苏南京·中考真题）图示课本四个示例中的能量转化过程，与汽油机做功冲程相同的是（    ） A．甲图中反复弯折铁丝 B．乙图中压缩空气 C．丙图中盒内燃气推出盒盖 D．丁图中取暖器通电后电热丝发热 2．（2023·江苏镇江·中考真题）小兵利用图示装置测算酒精的热值。燃烧皿中酒精的质量为12g，烧杯中水的初温为23℃，质量为200g，点燃酒精，当水温升高到43℃时，立即熄灭火焰。该过程中水吸收的热量为 J。他想利用Q吸=Q放计算酒精的热值，还需进行的实验操作是测量 的质量，实验所测酒精的热值与真实值相比会偏 。[c水=4.2×103J/（kg·℃）] 3.（2024·江苏无锡·一模）小汽车已进入平常百姓家（如图），若汽车在水平路面上快速行驶，由于汽车上下表面空气流动速度不同，汽车对地面的压力和静止时相比会 （选填“变大”“变小”或“不变”）；汽车上的散热器用水作为冷却剂，是因为水的 大。若一台单缸四冲程汽油机1s内对外做功25次，则该汽油机飞轮的转速为 r/min。 4．（2024·江苏常州·中考真题）中国工程师利用焦炉气中的氢气与工业尾气中的二氧化碳，合成液态燃料，作为第19届亚洲运动会主火炬的燃料．工程师在科普馆用如图所示的装置为同学们演示模拟实验，测量该燃料的热值． ①在空酒精灯内加入适量该液态燃料，得到“燃料灯”； ②在空烧杯内加入1kg水，测得水的初温为31℃，点燃“燃料灯”开始加热； ③当水恰好沸腾时，立即熄灭“燃料灯”，测得“燃料灯”消耗燃料30g。 已知实验时气压为1标准大气压，，用该装置加热水的效率为42%．求： （1）此过程中，烧杯内水吸收的热量； （2）该液态燃料的热值。 5. （2025·江苏无锡·二模）我国航天技术已达到世界领先水平。在跨学科实践课上，某小组开展了“制作火箭模型”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助完成下列内容： （1）了解火箭的相关知识： 喷气发动机是指靠喷管高速喷出的气流直接产生反作用推力的发动机，广泛用作飞行器的动力装置，按燃料燃烧时所需要的来源，可分为两大类：一类是火箭发动机，另一类是空气喷气发动机。如图甲为涡轮喷气发动机（属于空气喷气发动机的一种），压缩后的混合气体在燃烧室燃烧，燃烧后剧烈膨胀的气体从尾部高速喷出，其巨大的反冲推力直接成为飞机的推进力。 如图乙为火箭发动机的工作原理图，火箭发动机和涡轮喷气发动机十分相似，主要的差别是：火箭自带燃料和氧化剂如图乙，涡轮喷气发动机只带燃料，利用空气做氧化剂，同涡轮喷气发动机相比较，火箭发动机的最大特点是：它自身既带燃料，又带氧化剂，靠氧化剂来助燃，不需要从周围大气层中汲取氧气，所以它不但能在大气层内也可以在大气层之外的宇宙真空中工作。火箭发动机可用于航天器推进，也可用于导弹等在大气层内飞行。迄今为止发射的人造卫星、月球飞船以及各种宇宙飞行器所用的都是火箭发动机。 如图丙，2024年4月25日20时59分，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，3名航天员顺利进入太空。 （2）制作并发射：火箭模型小组的同学制作了水火箭并进行发射，如图丁的图一，图二是其结构示意图，对水火箭打气，打开阀门，水向下喷出，水火箭一飞冲天。使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的 冲程相同。水火箭起飞用到的物理原理是： 。当水火箭上升至最高点时，此时水火箭受到 （选填“平衡力”或“非平衡力”）。 （3）项目评估：各个小组制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，发现“水火箭”在竖直方向飞行上升的高度不容易测量。同学们讨论后认为可以通过测量 来评选出“最佳飞行奖”。（写出一种方法即可） （4）项目拓展思考： ①如图丙所示是火箭发射时的情景，下列说法正确的是 ； A．火箭点火升空离开发射台期间，重力势能不变 B．涡轮喷气发动机可用于各种宇宙飞行器中 C．火箭升空过程中，燃料燃烧释放的内能全部转化为火箭的机械能 D．火箭升空过程中外壳温度会上升，这是通过做功的方式增加了外壳的内能 ②一架飞机搭载的涡轮喷气发动机，其部分参数如表，表中热效率是指涡轮喷气发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推进效率则是指涡轮喷气发动机传递给飞机的推进功（推力所做的功）与其获得的机械能之比。已知飞机所受空气阻力与运行速度平方的关系如图戊所示，当飞机以200m/s的速度水平匀速巡航0.5h的过程中，此时需要 t的航空燃油。 热效率 40% 推进效率 60% 航空燃油热值q 5.0×107J/kg 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$