第十四章 内能的利用 暑假预习讲义- 2025-2026学年九年级全一册物理人教版

第十四章 内能的利用 暑假预习讲义 思维导图 知识梳理 一、能量的转化与守恒 1.能量的转化：在热机工作过程中，涉及多种能量转化。例如，燃料燃烧是化学能转化为内能；内燃机的做功冲程是内能转化为机械能等。在日常生活和工业生产中，还有很多其他能量转化的例子，如电灯发光是电能转化为光能和内能等。 2.能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会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，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。这个定律是自然界最基本的定律之一，它适用于所有的能量转化和转移过程，无论是宏观的机械运动、热现象，还是微观的分子运动等。 二、热机 1.热机的定义与工作原理 （1）定义：热机是利用内能来做功的机械。 （2）工作原理：燃料燃烧时释放出内能，这些内能通过做功的方式转化为机械能，从而使热机能够对外做功。 2.内燃机 （1）种类：常见的内燃机有汽油机和柴油机。 （2）工作循环： ①汽油机：一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程。在吸气冲程中，汽油和空气的混合物进入气缸；压缩冲程中，活塞对混合气体进行压缩，机械能转化为内能，使混合气体的温度升高、压强增大；做功冲程是关键冲程，火花塞点火，使混合气体剧烈燃烧，内能急剧增加，推动活塞向下运动，内能转化为机械能；排气冲程则将燃烧后的废气排出气缸。 ②柴油机：工作循环同样有吸气、压缩、做功、排气四个冲程。吸气冲程中，只有空气进入气缸；压缩冲程时，由于压缩程度比汽油机更高，空气的温度升得更高；做功冲程中，喷油嘴向气缸内喷入柴油，柴油遇到高温空气迅速燃烧，内能转化为机械能；排气冲程排出废气。 三、热机的效率 1.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，叫做这种燃料的热值。用符号“q”表示，单位是焦耳每千克（J/kg），对于气体燃料，单位也常用焦耳每立方米（J/m³）。 （2）计算公式：对于固体、液体燃料，（其中表示燃料完全燃烧放出的热量，表示燃料的质量）；对于气体燃料，（其中表示气体燃料的体积）。 2.热机效率 （1）定义：热机用来做有用功的那部分内能与燃料完全燃烧放出的内能之比，叫做热机的效率。用符号“”表示。 （2）计算公式：（其中表示热机做的有用功，表示燃料完全燃烧放出的热量）。 （3）提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧；尽量减少各种热损失；保证良好的润滑，减少因摩擦而损失的能量等。 巩固练习 一、选择题 1．下列属于主要把电能转化为机械能的是（　　） A．电灯照明 B．用电取暖 C．电镀物品 D．电梯运行 2．2024年10月30日，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。火箭升空过程中与空气摩擦，外壳温度会升高，下列汽油机的四个冲程中，能量转化与其相同的是（　　） A． B． C． D． 3．2024年9月25日，中国试射的一枚东风31AG洲际导弹，让美国和西方集体哑口无言。东风31AG洲际导弹使用固体燃料代替液体燃料作为推进剂。使用固体燃料主要原因是其具有较大的（　　） A．热值 B．质量 C．比热容 D．密度 4．用酒精灯给试管内的水加热至一定程度，发现塞在试管口的木塞被冲出，如图所示。下列描述正确的是（　　） A．试管中的水是靠做功的方式增加内能的 B．水蒸气对木塞做功，把机械能转化为内能 C．水蒸气对木塞做功，与汽油机做功冲程的原理相同 D．水蒸气对木塞做功，水蒸气内能增加 5．如图所示，是小滨在学校科技节中制作的一个“冲天炮”，他将一个空易拉罐的底部钻一个小孔，往易拉罐里喷少量酒精，用手拿着这个“冲天炮”对着前方点燃的打火机靠近易拉罐底部的小孔，纸杯就会“冲天”飞出去。下列说法正确的是（　　） A．酒精燃烧时，将化学能全部转化为内能 B．纸杯飞出去的过程的能量转化，与内燃机的吸气冲程相同 C．纸杯飞出去时，易拉罐内气体的内能减小 D．纸杯飞出去时，易拉罐对纸杯做了功 6．关于汽油机和柴油机描述正确的是（　　） A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞 B．柴油机在吸气冲程中，柴油和空气的混合物进入汽缸 C．一般情况下，汽油机的效率高于柴油机 D．若该汽油机飞轮的转速为3600r/min，则在1s内汽油机对外做功30次 7．一支向高空瞄准的步枪，扣动扳机后弹壳内火药燃烧射出一颗子弹，如图所示。子弹没有击中目标，最后下落陷在土地中。下列关于以上过程发生的能量转化说法错误的是（　　） A．火药燃烧是化学能转化为内能 B．射出子弹是内能转化为机械能 C．子弹在空中飞行时内能转化为机械能 D．子弹陷入土地中时机械能转化为内能 8．如图所示为单缸四冲程汽油机工作示意图，下列说法正确的是（　　） A．图甲：吸入汽缸的是空气 B．图乙：气体对活塞做功，是压缩冲程 C．图丙：汽油的内能转化为机械能，为汽油机提供动力 D．图丁：废气带走的能量占比大，是汽油机效率低的一个原因 9．在两个相同的烧杯中分别加入100g水和干泥土，先后用同一酒精灯加热，用温度计测量它们的温度变化，记录水和干泥土升高一定温度所需时间如下表。测得共消耗酒精3g，若水和干泥土单位时间内吸收的热量相等，，。下列说法正确的是（　　） 升高温度（℃） 加热水的时间（min） 加热干泥土的时间（min） 5 2 0.4 10 4 0.8 15 6 1.2 20 8 1.6 25 10 2.0 A．加热10min，水吸收的热量为 B．干泥土的 C．加热2min，干泥土吸收的热量为 D．酒精灯的加热效率为15% 10．内燃机的发明，使人类的许多梦想得以实现，飞机、潜艇、坦克等，都是在内燃机发明之后才研制成功的。如图是某内燃机的能量流向图，关于内燃机，下列说法正确的是（　　） A．该内燃机的热机效率为30% B．内燃机是一种环保型的机器 C．减小机械摩擦可提高内燃机的效率 D．内燃机的四个冲程都把内能转化为机械能 二、填空题 11．小乐用塑料瓶自制了如图所示的“水火箭”。发射时，“水火箭”内的压缩空气推动水向下喷出，从而获得动力升空，此过程的能量转化情况与四冲程内燃机的　 　冲程相同。 12．如图的汽油机冲程是将　 　能转化为　 　能。一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min，则它每秒钟燃气对外做功　 　次。 13．如图所示，瓶内水上方存在着无色透明、无法看到的水蒸气，不断向瓶内打气。当塞子跳起来时，在瓶口处出现白雾，在这个过程中，瓶内气体膨胀将瓶塞推出，气体的　 　能转化为瓶塞的机械能，这一过程与内燃机工作的　 　冲程原理相同。 14．为减少环境污染，我市部分地区家庭改用天然气作为清洁能源。小明家3月使用10m3的天然气，若完全燃烧这些天然气放出的热量是　 　J。（天然气的热值为4×107J/m3） 15．十九大报告指出：绿水青山就是金山银山。近几年达州市也响应号召，积极行动，极大改善了环境。在丰富多彩的赏花节中，游客徜徉在花海中闻到阵阵花香，这是因为分子在　 　。汗流满面的游客打开电动小风扇的开关按钮，小风扇便转动起来，这个过程是通过将　 　能转化为　 　能。 16．“氢”风徐来，北京冬奥会大规模示范应用氢能源汽车。氢具有很多优点，在燃料的属性中，其　 　 较高，另外，氢能源汽车还比燃油汽车更环保，因为燃油汽车热机在工作过程中，通过　 　 冲程不断排放尾气，给城市带来严重空气污染。若完全燃烧的氢燃料，可放出热量　 　 J（已知氢燃料热值q氢=1.4×108 J/kg）。 17．如图所示的卡式炉（燃料为丁烷）经常出现在餐桌上。若在标准大气压下，将一锅2kg的水从55℃加热至沸腾，消耗丁烷20g，该卡式炉的加热效率为　 　%（假设丁烷完全燃烧），剩余丁烷的热值　 　（选填“变大”“变小”或“不变”）。[，] 三、科普阅读题 18．阅读下列短文，并回答问题。 走向深空的“最后一把钥匙” 2022年7月1日，长征五号遥七火箭芯二级氢氧发动机成功开展了地面环境校准试验，发动机按预定程序起动，主机工作平稳并按程序正常关机，试验取得圆满成功。 长征五号运载火箭被国人亲昵地称为“胖五”。长征五号B运载火箭是专门为中国载人航天工程空间站建设而研制的一型新型运载火箭，它是以长征五号火箭为基础进行改进研制的运载火箭，是中国近地轨道运载能力最强的新一代运载火箭，全箭总长53.7米，起飞重量837.5吨，近地轨道运载能力大于22吨。 “胖五”被誉为走向深空的“最后一把钥匙”。它试验成功，拉开了我国载人航天工程“第三步”任务的序幕。在将来的宇宙深空探索中，“胖五”将带着新型飞船以及空间站，开启一段全新的旅程。 （1）根据文中描述，“胖五”指的是　 　运载火箭，它所搭载的新型飞船在加速上升过程中的机械能　 　（选填“增大”、“减小”或“不变”）； （2）火箭发动机属于　 　（选填“热”或“电”）机，生活中使用这类机械的工具较多，请你举出一例：　 　； （3）“胖五”是采用液态氢作为燃料的，这是因为液态氢具有的优点是　 　。液态氢燃烧过程中热值将　 　（选填“增大”、“减小”或“不变”）。 四、简答题 19．如图所示，钻木取火是人类在能量转化方面最早的一次技术革命，它涉及了哪些能量转化？ 20．热机的效率是衡量汽车发动机性能的关键指标。年月，我国发布全球首款热机的效率突破的商业化柴油机，这一成果的意义犹如人类历史上首次百米赛跑突破。立志成为汽车设计师的小雷，也想设计改造内燃机，使内燃机的热机的效率达到。考虑影响热机效率的因素，你认为小雷可以在哪些方面改进创新？假如小雷的设想实现了，会给我们的生活带来哪些影响？写出一条即可 五、实验探究题 21．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都相等，烧杯内的液体质量和初温均相同。 （1）要比较不同燃料的热值，应选择　 　两图进行实验； （2）在比较不同物质吸热升温的特点时，应选择　 　两图进行实验，同时还需要控制火力相同，是为了使两种液体在相同的时间内吸收　 　的热量，所以该实验主要用　 　来反映两种液体吸热的多少； （3）实验中， a 、b 两种液体吸热后温度随时间变化的图像如图丁所示， 分析图像可知，　 　液体的比热容较大。 22．在“比较酒精和碎纸片燃烧时放出的热量”实验中，小华和小明做了如下操作： （1）如图所示是小明安装好的实验装置，其中存在的错误是　 　。 （2）小华纠正了小明的错误，又组装了一套相同的实验装置。向两个烧杯中倒入质量和初温均相同的水，向燃烧皿内分别加入质量　 　（选填“相同”或“不相同”）的酒精和碎纸片。备好秒表，然后点火进行实验。 （3）燃烧皿中的燃料全部燃尽后，小华读出温度计的示数，发现酒精所加热的水的温度升高得多，发现用碎纸片加热水的时间长。分析可知酒精的热值　 　（选填“更大”或“更小”）。 （4）小明和小华根据实验中测得的数据，及水的比热容，算出了酒精的热值，发现结果小于酒精的实际热值，原因是　 　（写出一条）。 六、综合题 23．如图所示，现在的小火锅常用一种被称为“固体酒精”的物质作为燃料，已知这种燃料的热值是2.0×107 J/kg，若燃烧0.1 kg固体酒精，能将小火锅中质量为2 kg的热汤的温度从50 ℃升高到100 ℃。[汤的比热容近似为水的比热容c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]求： （1）小火锅中汤吸收的热量； （2）完全燃烧0.1 kg的“固态酒精”所释放出的热量； （3）这个小火锅烧汤的效率。 24．如图是一款无人驾驶汽车在一段平直的公路上匀速行驶8000m时，消耗汽油1.5L，假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为30%（已知油的密度为，汽油的热值为，）。求： （1）发动机消耗汽油的质量； （2）燃油完全燃烧放出的热量； （3）发动机做的有用功是多少，牵引力为多少。 参考答案 1．D 2．B 3．A 4．C 5．C 6．D 7．C 8．D 9．C 10．C 11．做功 12．内；机械；15 13．内；做功 14．4×108 15．不停地做无规则运动；电；机械 16．热值；排气； 17．42；不变 18．长征五号；增大；热；汽车；热值大；不变 19．答：钻木取火是两个过程，钻木是一个过程，摩擦木头发热，将机械能转化为内能，取火是木材燃烧过程，化学能转化为内能。 20．内燃机的重力、内燃机各部件之间的摩擦、废气带走的能量都会影响热机效率的大小；所以改良热机结构、减小摩擦、利用废气的热量都可以提高热机效率； 热机效率提高后，可以节省燃料、减少有害气体的排放等。 21．（1）甲乙 （2）甲丙；相同；加热时间长短 （3）b 22．（1）温度计玻璃泡没有全部浸入水中 （2）相同 （3）更大 （4）燃料燃烧放出的热量不可能全部被水吸收 23．解：（1）小火锅中汤吸收的热量Q吸＝c水mΔt＝4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(100℃-50℃)＝4.2×105J （2）完全燃烧0.1kg的“固态酒精”所释放出的热量 Q放=mq=0.1 kg×2.0×107J/kg=2.0×106 J （3）这个小火锅烧汤的效率 η＝×100%=21% 答：（1）小火锅中汤吸收的热量是4.2×105J； （2）完全燃烧0.1kg的固态酒精所释放出的热量是2.0×106J； （3）这个小火锅烧汤的效率是21%。 24．（1）解：汽油的体积由可得，发动机消耗汽油的质量。 （2）解：燃油完全燃烧放出的热量。 （3）解：由可得，发动机做的有用功，由可得，牵引力 学科网（北京）股份有限公司 $$