第十四章 内能的利用（复习讲义）物理人教版2024九年级全一册

第十四章 内能的利用（复习讲义） 1. 了解能量及其存在的不同形式。 2. 通过实验，认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化，知道能量守恒定律。 3. 从能量的转化的角度认识燃料的热值。 4. 了解热机的工作原理。 5. 从能量转化和转移的角度认识效率。 知识点 重点归纳 注意问题 能量的转化与转移 在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的：摩擦生热，机械能转化为内能；水电站里水轮机带动发电机发电，机械能转化为电能；电动机带动水泵把水送到高处，电能转化为机械能；植物吸收太阳光进行光合作用，光能转化为化学能；燃料燃烧时发热，化学能转化为内能，等等。 ①能量的转化和转移都具有方向性； ②能量转化与转移的区别： 能量的转化：能量的种类发生了变化 能量的转移：能量的种类没有变化。 能量守恒定律 ①能量既不会凭空消失，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。 ②永动机不可能制成，因为其违背了能量守恒定律。 虽然能量是守恒的，但能量的转化具有方向性，在自发转化的过程中能量的品质越来越低，所以要节约能源。 热机 ①利用内能做工的机械叫作热机。 ②能量转化：内能转化为机械能。 ③常见的热机：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 ④燃料直接在发动机气缸内燃烧的热机叫作内燃机。 ⑤内燃机氛围汽油机和柴油机。 判断一个机械是否为热机的方法：其能量转化是否为内能转化为机械能。 汽油机 ①结构：进气门、排气门、火花塞、活塞、连杆、曲轴。 ②冲程：活塞从气缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。 ③工作过程（一个循环）： 吸气冲程：近期门打开，排气门关闭，活塞下行，吸入汽油和空气的混合物。 压缩冲程：进气门和排气门关闭，活塞上行，对混合物做功，将机械能转化为混合物的内能，使其温度升高。 做功冲程：进气门和排气门都关闭，燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体推动活塞向下运动做功，将内能转化为机械能。 排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞上行，降废气排出。 ①做功冲程提供动力，其他冲程靠惯性完成。 ②四冲程汽油机1个工作循环4个冲程，活塞往返2次，飞轮转2圈，做1次功。 ③2400r/min的意义是每分钟转2400转，则每秒转=40转。 柴油机 ①结构：气缸顶部为喷油嘴。 ②吸气冲程只吸入空气。 ③压缩冲程将空气体积压缩得非常小，使其温度打到柴油的着火点。 ④输出功率更大。 多缸四冲程发动机每个气缸都进行四冲程循环。 燃料的热值 ①某种燃料完全燃烧放出的热量于其质量之比叫作这种燃料的热值。用符号q表示。 ②定义式。 ③单位：焦耳每千克，符号J/kg。 ④热值是燃料的一种特性，与放出的热量、质量、燃烧情况等无关。 ①比较热值的方法：热值→Q放→Q吸→Δt。即将不同燃料的热值转化为加热相同质量的水时，温度计示数的变化量。 ②气体燃料：，单位为J/m3。 热机的效率 ①用来做有用功的这部分能量，与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫作热机的效率。 ②公式为。 ③提高热机效率的方法：改进发动机技术，减少热量损失，提高废弃的利用率等。 汽油机的效率为20%~40%，柴油机的效率为30%~45%。 ②有用功的计算方法：W有=Fs或W有=Pt。 ③Q放的计算方法：Q放=mq或Q放=Vq。 热效率 ①物质加热时，物质吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫作加热效率。 ②公式： ①Q吸=cmΔt ②Q放=mq或Q放=Vq。 题型一 能量的转化与转移 能量守恒定律 【例1】有关能量的转移、转化和利用，下列说法正确的是（　　） A．电烤炉取暖，是电能转移到人体 B．钻木取火，是内能转化为机械能 C．中医提倡的热水泡脚，是通过热传递的方式增大脚部的内能 D．机械能和电能可以相互转化，所以能量转化没有方向性 【变式1-1】下列关于能量守恒和转化的说法正确的是（　　） A．风力发电，说明能量可以凭空产生 B．汽车刹车，说明能量可以凭空消失 C．木炭燃烧，说明光能可以转化为化学能 D．钻木取火，说明机械能可以转化为内能 题型二 热机 【例2】随着科技的发展，热机已经被应用到了不同的领域。下列设备工作过程中使用了热机的是（     ） A．歼20-战斗机 B．奥运会比赛帆船 C．山地自行车 D．风车 【变式2-1】近年来我国先进装备层出不穷，我们倍感自豪，如图所示装备的动力装置与其他不同的是（   ） A．玉兔号月球车 B．福建号航母 C．歼20战机 D．长征五号火箭 题型三 汽油机和柴油机 【例3】如图是四冲程汽油机的工作原理图，关于汽油机正确的是（    ） A．一个工作循环的顺序是甲乙丙丁 B．丁图是机械能转化为内能 C．获得动力的是乙图冲程 D．丙图吸入的是空气 【变式3-1】如图，汽油机工作的四个冲程中，内能转化为机械能的冲程是（    ） A． B． C． D． 【变式3-2】关于热机，下列说法正确的是（    ） 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将柴油和空气的混合气体吸入汽缸 C．在汽油机工作过程中，进气门和排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程 D．汽油机与柴油机除使用的燃料不同外，在构造上完全相同 【变式3-3】生活处处有物理。小朱发现汽车应用了大量物理知识。其发动机是由吸气、 、做功、 排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。一台单缸四冲程汽油机，当飞轮转速是2400r/min时， 它每秒钟对外做功 次。 【变式3-4】如图所示是单缸四冲程汽油机某一冲程工作示意图，该冲程是 冲程。若该汽油机1s对外做功15次，则汽油机的飞轮速度为 。 题型四 燃料的热值 【例4】某小组设计了一个实验来比较“煤油和菜籽油的热值大小关系”。他们的实验装置如图所示，实验中收集和记录的数据如下表所示。 燃烧前水的温度 燃烧后水的温度 煤油 25 44 菜籽油 25 34 （1）实验中，为了可以比较两种燃料的热值大小，除需要装置相同，甲、乙两杯水的初温和质量相同之外，还应保持相同的物理量是 ； （2）实验前，实验装置要按照 （“自上而下”或“自下而上”）的顺序进行组装。燃料燃烧过程中化学能转化为 。本实验是用 （选填“水温升高的多少”或“加热时间的长短”）来表示煤油和菜籽油放出热量的多少； （3）根据实验中收集的数据，可以看出煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是 。 【变式4-1】小越参加一次长跑，身体消耗的能量为6.6×106J，这些能量相当于完全燃烧0.55kg的干木柴才能得到，则干木柴的热值为 J/kg，如果用掉一半后，干木柴的热值将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 【变式4-2】长征十一号运载火箭是由中国航天科技集团公司研制的新型四级全固体运载火箭，最大推力可达1200千牛，火箭需选用热值 （选填“大”或“小”）的固体燃料，该火箭发射时固体燃料燃烧质量不断减少的过程中，燃料的热值 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 题型五 热机的效率 【例5】汽车是我们经常使用的代步工具，已知一汽车以10m/s的速度在平直公路上匀速行驶23km，此过程消耗了汽油3kg。 （1）计算完全燃烧3kg汽油，放出的热量为多少？（） （2）该车在以10m/s的速度匀速行驶时，牵引力的功率为，那么该汽车在这个过程受到的阻力为多少？ （3）该车的汽油机效率为多少？ 【变式5-1】如图所示是内燃机的能量流向图，则热机效率（）等于（　　） A． B． C． D． 【变式5-2】关于热机效率下列说法中，正确的是（    ） A．通过科技创新，采用先进热机的制造工艺，热机效率可以达到100% B．若汽油机甲的热机效率高于汽油机乙的热机效率，则甲消耗的汽油比乙消耗少 C．柴油机的热机效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大 D．保持汽油机转动部分良好的润滑可以提高汽油机的热机效率 【变式5-3】如图是我国第一款纯电动疫苗接种车，疫苗车空车质量为4t，车轮与水平地面接触的总面积为，发动机的输出功率为60kW不变。（取，汽油的热值为）求： （1）疫苗车空车静止在水平地面时，对地面的压强； （2）疫苗车在水平路面匀速直线行驶时，受到的阻力为3000N，疫苗车的速度； （3）疫苗车以（2）中的速度在平直路面行驶46km，若换用效率为的汽油机提供动力，需要消耗汽油的质量。 题型六 热效率 【例6】用酒精灯给烧杯里的水加热，把0.2kg的水从40℃加热到90℃，燃烧消耗了7g的酒精。已知酒精的热值为3.0×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)。试求： （1）此过程中水吸收的热量是多少？ （2）完全燃烧7g酒精释放的热量是多少？ （3）酒精灯加热这些水的效率是多少？ 【变式6-1】截至目前，我国“西气东输”工程成效显著，已经累计向长三角地区输送天然气超过5000亿立方米。利用热效率为42%的天然气灶，把5kg的水从10℃加热到90℃，需要完全燃烧0.1m³天然气，则天然气的热值为 J/m3，[c水=4.2×103J/（kg · ℃）] 【变式6-2】28．小星家的太阳能热水器，水箱中最多可装质量为200kg的水。小星进行了一次观察活动：某天早上，他用温度计测得自来水的温度为20℃，中午时“温度传感器”显示水箱中的水温为45℃。请你求解下列问题： （1）水吸收的热量[c水=4.2×103J/(kg•℃)]； （2）如果水吸收的这些热量，由燃烧煤气来提供，而煤气灶的效率为40%，求至少需要燃烧多少煤气？（煤气的热值为q=4.2×107J/kg） 基础巩固通关测 1．下列现象中，机械能转化为内能的是（　　） A．水力发电站 B．燃料燃烧 C．擦划火柴，火柴头着火 D．水沸腾时，把壶盖顶起 2．瀑布从高峰倾泻而下，驱动发动机转动发电，在此过程中，能量转化的顺序为（　　） A．动能→重力势能→电能 B．重力势能→动能→电能 C．电能→重力势能→动能 D．重力势能→电能→动能 3．关于能量守恒定律的下列说法中。正确的是（　　） A．能量既可以凭空消失 B．能量也可以凭空产生 C．热机的工作过程不遵循能量守恒定律 D．能量转化和转移过程中，能量的总量保持不变 4．一台四冲程内燃机在一个工作循环中，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 5．如图所示，甲是汽油机某个冲程的工作示意图，乙是柴油机某个冲程的工作示意图。下列说法正确的是（　　） A．甲是汽油机的压缩冲程，此时进气门和排气门均关闭 B．甲是汽油机的做功冲程，汽缸顶部的火花塞产生电火花 C．乙是柴油机的吸气冲程，吸进汽缸的是空气和柴油的混合物 D．乙是柴油机的排气冲程，此时汽缸顶部的喷油嘴正在喷油 6．一台单缸四冲程柴油机转速为1200转/min，则柴油机1s内（　　） A．完成20个冲程，做功20次 B．完成40个冲程，做功40次 C．完成40个冲程，做功10次 D．完成20个冲程，做功10次 7．如图所示是单缸四冲程汽油机的四个冲程的示意图，下列关于这种汽油机一个工作循环中四个冲程的排列顺序，正确的是（    ） A．甲、乙、丙、丁 B．乙、甲、丁、丙 C．乙、丁、甲、丙 D．丙、丁、乙、甲 8．四冲程柴油机工作过程中，以下说法错误的是（　　） A．压缩冲程和做功冲程发生了能量的转化 B．做功冲程使汽车获得动力 C．排气冲程排出了汽车的尾气 D．吸气冲程吸入汽缸的是柴油 9．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量相同，烧杯内的液体质量也相同。下列说法正确的是（　　） A．比较不同液体吸热升温现象，可以选择甲丙两图 B．比较不同液体吸热升温现象，可以选择乙丙两图 C．比较不同燃料燃烧放出热量，可以选择乙丙两图 D．比较不同燃料燃烧放出热量，可以选择甲丙两图 10．关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（　　） A．没有燃烧的燃料，其热值等于零 B．燃料的热值与其质量和燃烧状态无关 C．燃料完全燃烧时，它的热值最大 D．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多 11．关于热机的效率，下列说法中正确的是（　　） A．热机做的有用功越多，效率一定越高 B．热机消耗的燃料越少，效率一定越高 C．热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高 D．热机做功越快，效率一定越高 12．[教材“科学世界”改编]抽水蓄能电站的基本结构如图所示，当电网上的电能不足时，打开大坝使原来抽到高处上水库的水再流回下水库。水流从上水库流向下水库的过程中 能主要转化为 能，并利用水流的 能推动蓄能机组转动，带动发电机工作。 13．2024年10 月30日凌晨4时27分，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射升空，火箭起飞时，采用液态氢作为燃料，原因是液态氢的 （选填“比热容”或“热值”）大。燃料燃烧时，把燃料的 能转化为内能，最终转化为火箭升空的机械能。 14．如图所示，在试管里装入一些水，用软木塞塞住试管口，将试管放在酒精灯上加热使水沸腾，水蒸气会把软木塞冲开，在这一过程中，水蒸气膨胀对软木塞 ，水蒸气的一部分 能转化为软木塞的 能，利用这一原理，可以制成热机。 15．小赫爸爸购买了一款户外燃气炉，准备周末和家人一起去户外野炊，该燃气炉烧水时，把1kg初温为20℃的水加热到100℃，燃烧了丁烷，则水吸收的热量为 J，假设丁烷完全燃烧，则燃气炉的效率为 。[水的比热容为，丁烷的热值为] 16．小明同学学习了燃料的热值后，考虑到燃料燃烧放出的热量会被水吸收，而水的比热容已知。（注：燃料完全燃烧放热用Q放=mq计算，某燃料的热值用q表示；其质量用m表示）。自己设计一个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小关系。他组装了如图所示的装置进行实验，记录结果见下表： 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后水温/℃ 煤油 25 44 菜籽油 25 34 （1）为了保证结论可靠，小明同学选择了两套相同装置，在实验中还应控制：煤油和菜籽油的 相同，以及水的初温和 相同； （2）分析得出：煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是 ； （3）小明同学利用这种实验方案计算出了煤油和菜籽油的热值，请思考：利用此实验方法计算出的热值将比真实值 （选填“偏大”或“偏小”）。原因有两点：①燃料不能 ；②燃料燃烧放出的热并不能完全被 吸收； （4）实验装置使用了石棉网，它的作用是 。 46．“五一”假期，小明一家驱车外出旅游．当汽车以108km/h的速度在高速公路上匀速直线行驶时，汽车受到的阻力是整车重的0.08倍，效率为40％．已知汽车整车质量为1375kg，油箱容积为50L．（汽油热值q=3.3×107J/L，g=10N/kg) （1）这时汽车牵引力做功的功率是多少？ （2）该车加一满箱汽油，按照以上速度最多可以匀速直线行驶多远的路程？ 能力提升进阶练 17．全球最大的压缩空气储能项目在我国并网发电，工作原理如图。在用电低谷时段利用电网多余电能驱动压缩机压缩空气，在用电高峰时段高压空气被释放，使膨胀机转动，带动发电机产生电能输送至电网。其工作过程能的转化分析正确的是（　　） A．用电低谷：机械能内能电能 B．用电低谷：电能内能机械能 C．用电高峰：电能内能机械能 D．用电高峰：内能机械能电能 18．已知物体的动能表达式为EK=mv2，其中m 为物体的质量，v 为物体的运动速度。如图所示，质量m1=8kg的平顶小车静止在光滑的水平轨道上，车顶与左侧光滑平台等高，平台上放置质量m2=2kg的小物块，小物块以5m/s 的初速度向右运动，滑上小车。最终小物块静止在小车上，并以1m/s 的速度一起向右运动。若此过程中机械能全 部转化为内能，且全部被小物块吸收，则能使小物块的温度升高多少?[小物块的比热容为2×103J/（kg·℃）] （　　） A．2.5×10-4℃ B．1×10-3℃ C．5×10-3℃ D．6.25×10-3℃ 19．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 20．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 21．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 22．某可回收火箭使用的燃料为液态甲烷，回收时，火箭通过发动机向下喷火控制推力，沿竖直方向先从A点减速运动到B点，再从B点匀速运动到C点，且。不计运动过程中的空气阻力，忽略火箭质量的变化，下列说法正确的是（　　） A．火箭使用液态甲烷为燃料的原因之一是甲烷含有的热量多 B．AC段火箭的重力势能转化为动能 C．AB段重力做功的功率大于BC段 D．BC段火箭的机械能不变 23．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 24．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 25．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）。 26．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? 内能的利用 能量的转化与守恒 热机 热机的效率 热机 能量的转化与转移 能量守恒定律 汽油机 柴油机 燃料的热值 热机的效率 热效率 1 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十四章 内能的利用（复习讲义） 1. 了解能量及其存在的不同形式。 2. 通过实验，认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化，知道能量守恒定律。 3. 从能量的转化的角度认识燃料的热值。 4. 了解热机的工作原理。 5. 从能量转化和转移的角度认识效率。 知识点 重点归纳 注意问题 能量的转化与转移 在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的：摩擦生热，机械能转化为内能；水电站里水轮机带动发电机发电，机械能转化为电能；电动机带动水泵把水送到高处，电能转化为机械能；植物吸收太阳光进行光合作用，光能转化为化学能；燃料燃烧时发热，化学能转化为内能，等等。 ①能量的转化和转移都具有方向性； ②能量转化与转移的区别： 能量的转化：能量的种类发生了变化 能量的转移：能量的种类没有变化。 能量守恒定律 ①能量既不会凭空消失，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。 ②永动机不可能制成，因为其违背了能量守恒定律。 虽然能量是守恒的，但能量的转化具有方向性，在自发转化的过程中能量的品质越来越低，所以要节约能源。 热机 ①利用内能做工的机械叫作热机。 ②能量转化：内能转化为机械能。 ③常见的热机：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 ④燃料直接在发动机气缸内燃烧的热机叫作内燃机。 ⑤内燃机氛围汽油机和柴油机。 判断一个机械是否为热机的方法：其能量转化是否为内能转化为机械能。 汽油机 ①结构：进气门、排气门、火花塞、活塞、连杆、曲轴。 ②冲程：活塞从气缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。 ③工作过程（一个循环）： 吸气冲程：近期门打开，排气门关闭，活塞下行，吸入汽油和空气的混合物。 压缩冲程：进气门和排气门关闭，活塞上行，对混合物做功，将机械能转化为混合物的内能，使其温度升高。 做功冲程：进气门和排气门都关闭，燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体推动活塞向下运动做功，将内能转化为机械能。 排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞上行，降废气排出。 ①做功冲程提供动力，其他冲程靠惯性完成。 ②四冲程汽油机1个工作循环4个冲程，活塞往返2次，飞轮转2圈，做1次功。 ③2400r/min的意义是每分钟转2400转，则每秒转=40转。 柴油机 ①结构：气缸顶部为喷油嘴。 ②吸气冲程只吸入空气。 ③压缩冲程将空气体积压缩得非常小，使其温度打到柴油的着火点。 ④输出功率更大。 多缸四冲程发动机每个气缸都进行四冲程循环。 燃料的热值 ①某种燃料完全燃烧放出的热量于其质量之比叫作这种燃料的热值。用符号q表示。 ②定义式。 ③单位：焦耳每千克，符号J/kg。 ④热值是燃料的一种特性，与放出的热量、质量、燃烧情况等无关。 ①比较热值的方法：热值→Q放→Q吸→Δt。即将不同燃料的热值转化为加热相同质量的水时，温度计示数的变化量。 ②气体燃料：，单位为J/m3。 热机的效率 ①用来做有用功的这部分能量，与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫作热机的效率。 ②公式为。 ③提高热机效率的方法：改进发动机技术，减少热量损失，提高废弃的利用率等。 汽油机的效率为20%~40%，柴油机的效率为30%~45%。 ②有用功的计算方法：W有=Fs或W有=Pt。 ③Q放的计算方法：Q放=mq或Q放=Vq。 热效率 ①物质加热时，物质吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫作加热效率。 ②公式： ①Q吸=cmΔt ②Q放=mq或Q放=Vq。 题型一 能量的转化与转移 能量守恒定律 【例1】有关能量的转移、转化和利用，下列说法正确的是（　　） A．电烤炉取暖，是电能转移到人体 B．钻木取火，是内能转化为机械能 C．中医提倡的热水泡脚，是通过热传递的方式增大脚部的内能 D．机械能和电能可以相互转化，所以能量转化没有方向性 【答案】C 【详解】A．电烤炉取暖，电烤炉消耗电能转化为内能，然后内能转移到人体，故A错误； B．钻木取火，是通过做功的方式，将机械能转化为内能，故B错误； C．中医提倡的热水泡脚，脚从热水中吸收热量，因此是通过热传递的方式增大脚部的内能，故C正确； D．机械能和电能虽然可以相互转化，但能量转化具有方向性。例如：热传递的方向性，热量只能自发地从高温物体传向低温物体，而不能自发地从低温物体传向高温物体，如：冬天用温热的手接触冰冷的物体，手上的内能会转移到物体上，而不会出现物体的内能自动转移到手上使手更热的情况，故D错误。 故选C。 【变式1-1】下列关于能量守恒和转化的说法正确的是（　　） A．风力发电，说明能量可以凭空产生 B．汽车刹车，说明能量可以凭空消失 C．木炭燃烧，说明光能可以转化为化学能 D．钻木取火，说明机械能可以转化为内能 【答案】D 【详解】AB．能量不能凭空产生的，也不会凭空消灭，总是由一种能量转化为另一种能量，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，能的总量保持不变，故AB错误； C．木炭燃烧，温度升高，内能增大，说明化学能可以转化为内能，故C错误； D．钻木取火，温度升高，内能增大，是通过做功的方式将机械能转化为内能，故D正确。 故选D。 题型二 热机 【例2】随着科技的发展，热机已经被应用到了不同的领域。下列设备工作过程中使用了热机的是（     ） A．歼20-战斗机 B．奥运会比赛帆船 C．山地自行车 D．风车 【答案】A 【详解】热机是把内能转化为机械能的装置。 A．战斗机的发动机是热机的一种，将内能转化为机械能，故A符合题意； BC．亚运会比赛帆船、山地自行车是消耗人体的化学能转化为机械能的，故BC不符合题意； D．风车是将风能转化为机械能，故D不符合题意。 故选A。 【变式2-1】近年来我国先进装备层出不穷，我们倍感自豪，如图所示装备的动力装置与其他不同的是（   ） A．玉兔号月球车 B．福建号航母 C．歼20战机 D．长征五号火箭 【答案】A 【详解】A．玉兔号月球车是将电能转化为机械能，不是用热机来驱动的； BCD．福建号航母、歼20战机、长征五号火箭都是将燃料燃烧释放的内能转化为机械能，属于热机。 故所示装备的动力装置与其他不同的是A，A符合题意。 故选A。 题型三 汽油机和柴油机 【例3】如图是四冲程汽油机的工作原理图，关于汽油机正确的是（    ） A．一个工作循环的顺序是甲乙丙丁 B．丁图是机械能转化为内能 C．获得动力的是乙图冲程 D．丙图吸入的是空气 【答案】B 【详解】ABC．甲图：气门都关闭，活塞向下运行，汽缸容积增大，是做功冲程，将内能转化为机械能，获得动力；乙图：排气门打开，活塞向上运动，汽缸容积减小，是排气冲程，无能量转化；丙图：进气门打开，活塞向下运行，汽缸容积增大，是吸气冲程；丁图：气门都关闭，活塞向上运行，汽缸容积减小，是压缩冲程，将机械能转化为内能；热机的四个冲程依次是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，即一个工作循环的正确顺序是丙丁甲乙，故AC错误，B正确； D．丙图是吸气冲程，汽油机吸入的是汽油和空气的混合气体，故D错误。 故选B。 【变式3-1】如图，汽油机工作的四个冲程中，内能转化为机械能的冲程是（    ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．如图，进气门打开，排气门关闭，活塞下行，为吸气冲程，不涉及能量转化，故A不符合题意； B．如图，两气门关闭，活塞上行，为压缩冲程，活塞压缩缸内气体，机械能转化为内能，故B不符合题意； C．如图，两气门关闭，活塞下行，为做功冲程，缸内气体推动活塞做功，内能转化为机械能，故C符合题意； D．如图，进气门关闭，排气门打开，活塞上行，为排气冲程，不涉及能量转化，故D不符合题意。 故选C。 【变式3-2】关于热机，下列说法正确的是（    ） 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将柴油和空气的混合气体吸入汽缸 C．在汽油机工作过程中，进气门和排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程 D．汽油机与柴油机除使用的燃料不同外，在构造上完全相同 【答案】C 【详解】AD．汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，在构造上不完全相同，故AD错误； B．柴油机在吸气冲程中，只将空气吸入汽缸，故B错误； C．汽油机在做功冲程和压缩冲程中，进气门和排气门都是关闭的，故C正确。 故选C。 【变式3-3】生活处处有物理。小朱发现汽车应用了大量物理知识。其发动机是由吸气、 、做功、 排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。一台单缸四冲程汽油机，当飞轮转速是2400r/min时， 它每秒钟对外做功 次。 【答案】 压缩 20 【详解】[1]热机是由吸气冲程、压缩冲程、做工冲程、排气冲程不断循环来保证连续工作的。 [2]一台单缸四冲程汽油机，当飞轮转速是2400r/min时，则每秒钟飞轮的转速为40r/s，已知飞轮每转2转，对外做功1次，则该单缸四冲程汽油机，每秒钟对外做功20次。 【变式3-4】如图所示是单缸四冲程汽油机某一冲程工作示意图，该冲程是 冲程。若该汽油机1s对外做功15次，则汽油机的飞轮速度为 。 【答案】 压缩 1800 【详解】[1]图中的进气门和排气门关闭，活塞向上运动，所以是压缩冲程。 [2]四冲程汽油机在1s内对外做功15次，则汽油机1min做功900次，由于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，所以汽油机的飞轮1min内飞轮转1800次，即该汽油机工作时飞轮的转速为1800r/min。 题型四 燃料的热值 【例4】某小组设计了一个实验来比较“煤油和菜籽油的热值大小关系”。他们的实验装置如图所示，实验中收集和记录的数据如下表所示。 燃烧前水的温度 燃烧后水的温度 煤油 25 44 菜籽油 25 34 （1）实验中，为了可以比较两种燃料的热值大小，除需要装置相同，甲、乙两杯水的初温和质量相同之外，还应保持相同的物理量是 ； （2）实验前，实验装置要按照 （“自上而下”或“自下而上”）的顺序进行组装。燃料燃烧过程中化学能转化为 。本实验是用 （选填“水温升高的多少”或“加热时间的长短”）来表示煤油和菜籽油放出热量的多少； （3）根据实验中收集的数据，可以看出煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是 。 【答案】 燃料的质量 自下而上 内能 水温升高的多少 煤油 【详解】（1）[1]比较“煤油和菜籽油的热值大小关系”时，采用的是控制变量法，实验中需要控制燃料的质量相同。 （2）[2]因为需要用酒精灯的外焰的加热，所以需要自下而上的顺序组装实验器材。 [3]燃料燃烧过程中，消耗燃料的化学能，获得内能，所以燃烧的过程是化学能转化为内能。 [4]质量相同的煤油和菜籽油完全燃烧后，水升高的温度越多，水吸收的热量越多，表明燃料放出的热量越多，所以用水温升高的多少来表示煤油和菜籽油放出热量的多少。 （3）[5]质量相同的煤油和菜籽油完全燃烧后，水升高的温度越高，水吸收的热量越多，表明燃料放出的热量越多，根据可知，燃料的热值越大，根据表格中的数据可知，煤油烧水时水的温度高，则煤油的热值大。 【变式4-1】小越参加一次长跑，身体消耗的能量为6.6×106J，这些能量相当于完全燃烧0.55kg的干木柴才能得到，则干木柴的热值为 J/kg，如果用掉一半后，干木柴的热值将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】 1.2×107 不变 【详解】[1][2]干木柴的热值为 热值是燃料的特性，其大小只与燃料的种类有关，而与燃料的质量无关，用掉一半后，干木柴的热值仍为1.2×107J/kg。 【变式4-2】长征十一号运载火箭是由中国航天科技集团公司研制的新型四级全固体运载火箭，最大推力可达1200千牛，火箭需选用热值 （选填“大”或“小”）的固体燃料，该火箭发射时固体燃料燃烧质量不断减少的过程中，燃料的热值 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答案】 大 不变 【分析】(1)热值是燃料的一种特性，热值越大的燃料在完全燃烧相同质量的燃料时，放出的热量越多； (2)热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与其质量、是否燃烧和燃烧是否充分无关。 【详解】[1]火箭发射时要选用热值大的固体燃料，原因是完全燃烧相同质量的燃料，热值大，可以放出更多的热量。 [2]热值是燃料的特性，只与燃料的种类有关，与其质量、是否燃烧和燃烧是否充分无关，所以在燃料的质量减少时热值不变。 题型五 热机的效率 【例5】汽车是我们经常使用的代步工具，已知一汽车以10m/s的速度在平直公路上匀速行驶23km，此过程消耗了汽油3kg。 （1）计算完全燃烧3kg汽油，放出的热量为多少？（） （2）该车在以10m/s的速度匀速行驶时，牵引力的功率为，那么该汽车在这个过程受到的阻力为多少？ （3）该车的汽油机效率为多少？ 【答案】（1）；（2）；（3）20% 【详解】解：（1）汽油完全燃烧释放的热量 （2）由 可求得汽车的牵引力 汽车匀速运动，牵引力与阻力平衡，由平衡条件可知汽车所受阻力 （3）汽车行驶23km做的功 汽油机的效率 【变式5-1】如图所示是内燃机的能量流向图，则热机效率（）等于（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】热机效率是指用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比。由图示知，燃料完全燃烧放出的能量为E，用来做有用功的能量为E2，且 E2=E-E1-E3-E4 所以热机效率 故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 【变式5-2】关于热机效率下列说法中，正确的是（    ） A．通过科技创新，采用先进热机的制造工艺，热机效率可以达到100% B．若汽油机甲的热机效率高于汽油机乙的热机效率，则甲消耗的汽油比乙消耗少 C．柴油机的热机效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大 D．保持汽油机转动部分良好的润滑可以提高汽油机的热机效率 【答案】D 【详解】热机效率是指热机有效利用的能量（有用功）与燃料完全燃烧放出的能量的比值。 A．热机在工作的过程中，始终会有能量的散失，故热机的效率不可能达到100%，故A错误； B．甲汽油机比乙汽油机的效率高，在做相同有用功的情况下，甲消耗的燃料才少，故B错误； C．柴油机的效率比汽油机的效率高，是因为柴油机在吸气冲程中吸入的是空气，在压缩冲程中压缩程度大，做有用功的能量和燃料完全燃烧放出的热量的比值大，与热值大小无关，故C错误； D．保证转动部分良好的润滑，减小机械摩擦，可以减小额外功，从而提高热机的效率，故D正确。 故选D。 【变式5-3】如图是我国第一款纯电动疫苗接种车，疫苗车空车质量为4t，车轮与水平地面接触的总面积为，发动机的输出功率为60kW不变。（取，汽油的热值为）求： （1）疫苗车空车静止在水平地面时，对地面的压强； （2）疫苗车在水平路面匀速直线行驶时，受到的阻力为3000N，疫苗车的速度； （3）疫苗车以（2）中的速度在平直路面行驶46km，若换用效率为的汽油机提供动力，需要消耗汽油的质量。 【答案】（1）；（2）20m/s；（3）10kg 【详解】解：（1）疫苗车空车的重力 疫苗车空车静止在水平地面时，对地面的压力 对水平地面的压强 （2）因为疫苗车在水平路面匀速直线行驶，所以疫苗车受到的牵引力、阻力是一对平衡力，大小相等，疫苗车受到的牵引力 由可得疫苗车行驶速度 （3）疫苗车匀速行驶做的有用功 若换用效率为的汽油机提供动力，由可得汽油完全燃烧释放的热量 由可得，需要完全燃烧汽油的质量 题型六 热效率 【例6】用酒精灯给烧杯里的水加热，把0.2kg的水从40℃加热到90℃，燃烧消耗了7g的酒精。已知酒精的热值为3.0×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)。试求： （1）此过程中水吸收的热量是多少？ （2）完全燃烧7g酒精释放的热量是多少？ （3）酒精灯加热这些水的效率是多少？ 【答案】（1）4.2×104J；（2）2.1×105J；（3）20% 【详解】解：（1）此过程中水吸收的热量是 Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×0.2kg×(90℃-40℃)=4.2×104J （2）完全燃烧7g酒精释放的热量是 Q放=mq=7×10-3kg×3×107J/kg=2.1×105J （3）酒精灯加热这些水的效率是 答：（1）此过程中水吸收的热量是4.2×104J； （2）完全燃烧7g酒精释放的热量是2.1×105J； （3）酒精灯加热这些水的效率是20%。 【变式6-1】截至目前，我国“西气东输”工程成效显著，已经累计向长三角地区输送天然气超过5000亿立方米。利用热效率为42%的天然气灶，把5kg的水从10℃加热到90℃，需要完全燃烧0.1m³天然气，则天然气的热值为 J/m3，[c水=4.2×103J/（kg · ℃）] 【答案】 4×107 【详解】水吸收的热量Q吸=c水mΔt=4.2×103J/(kg ⋅ ℃) ×5kg×(90−10)℃=1.68×106J 天然气燃烧放出的热量 天然气的热值 【变式6-2】28．小星家的太阳能热水器，水箱中最多可装质量为200kg的水。小星进行了一次观察活动：某天早上，他用温度计测得自来水的温度为20℃，中午时“温度传感器”显示水箱中的水温为45℃。请你求解下列问题： （1）水吸收的热量[c水=4.2×103J/(kg•℃)]； （2）如果水吸收的这些热量，由燃烧煤气来提供，而煤气灶的效率为40%，求至少需要燃烧多少煤气？（煤气的热值为q=4.2×107J/kg） 【答案】（1）2.1×107J；（2）1.25kg 【详解】解：（1）水箱中的水吸收的热量 煤气完全燃烧释放的热量 需要燃烧煤气的质量 答：（1）水箱中的水吸收的热量是2.1×103J； （2）需要燃烧的煤气为1.25kg。 基础巩固通关测 1．下列现象中，机械能转化为内能的是（　　） A．水力发电站 B．燃料燃烧 C．擦划火柴，火柴头着火 D．水沸腾时，把壶盖顶起 【答案】C 【详解】A．水力发电是将机械能转化为电能，故A不符合题意； B．燃料燃烧是将化学能转化为内能，故B不符合题意； C．擦划火柴是将机械能转化为内能，故C符合题意； D．水沸腾时，把壶盖顶起将内能转化为机械能，故D不符合题意。 故选C。 2．瀑布从高峰倾泻而下，驱动发动机转动发电，在此过程中，能量转化的顺序为（　　） A．动能→重力势能→电能 B．重力势能→动能→电能 C．电能→重力势能→动能 D．重力势能→电能→动能 【答案】B 【详解】瀑布中的水在高处时具有重力势能，当水从高处倾泻而下时，将水的重力势能转化为动能，冲动发电机的叶轮旋转，从而将动能转化为电能。故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 3．关于能量守恒定律的下列说法中。正确的是（　　） A．能量既可以凭空消失 B．能量也可以凭空产生 C．热机的工作过程不遵循能量守恒定律 D．能量转化和转移过程中，能量的总量保持不变 【答案】D 【分析】能量即不会消灭，也不会产生，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体上，在能量转化和转移过程中，能量的总量保持不变。 【详解】AB．能量既不能凭空产生，也不会凭空消失，故AB错误； C．能量守恒定律适用于自然界中任何形式能的相互转化，热机的工作过程也遵循能量守恒定律，故C错误； D．一个物体能量增加，必然伴随着别的物体能量减少，在能量转移和转化的过程中能量的总量是保持不变的，故D正确。 故选D。 【点睛】本题考查了对能量守恒定律的理解，是一道基础题。 4．一台四冲程内燃机在一个工作循环中，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 【详解】A．吸气冲程中，进气门打开，活塞下行吸入空气或混合气，此时没有能量转化过程，故A不符合题意； B．压缩冲程中，活塞上行，压缩气缸内的气体，机械能转化为内能，使气体温度升高，故B不符合题意； C．做功冲程中，高温高压气体推动活塞下行，将内能转化为机械能，为内燃机提供动力，故C符合题意； D．排气冲程中，排气门打开，活塞上行排出废气，此时没有能量转化过程，故D不符合题意。 故选C。 5．如图所示，甲是汽油机某个冲程的工作示意图，乙是柴油机某个冲程的工作示意图。下列说法正确的是（　　） A．甲是汽油机的压缩冲程，此时进气门和排气门均关闭 B．甲是汽油机的做功冲程，汽缸顶部的火花塞产生电火花 C．乙是柴油机的吸气冲程，吸进汽缸的是空气和柴油的混合物 D．乙是柴油机的排气冲程，此时汽缸顶部的喷油嘴正在喷油 【答案】B 【详解】AB．根据图示可知，两个气门关闭，活塞下行，汽缸顶部的火花塞产生电火花，为做功冲程，故A错误、B正确； CD．根据图示可知，进气门打开、排气门关闭，活塞下行，为吸气冲程；气缸的顶部有个喷油嘴，是柴油机的吸气冲程，吸入的只是空气，故CD错误。 故选B。 6．一台单缸四冲程柴油机转速为1200转/min，则柴油机1s内（　　） A．完成20个冲程，做功20次 B．完成40个冲程，做功40次 C．完成40个冲程，做功10次 D．完成20个冲程，做功10次 【答案】C 【详解】柴油机的一个工作循环包含四个冲程，只有做功冲程对外做功，飞轮转两周。一台单缸四冲程柴油机转速为 1200r/min=20r/s 则柴油机1s内完成40个冲程，做功10次，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 7．如图所示是单缸四冲程汽油机的四个冲程的示意图，下列关于这种汽油机一个工作循环中四个冲程的排列顺序，正确的是（    ） A．甲、乙、丙、丁 B．乙、甲、丁、丙 C．乙、丁、甲、丙 D．丙、丁、乙、甲 【答案】C 【详解】甲图中，两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，属于做功冲程； 乙图中，进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，属于吸气冲程； 丙图中，排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动，属于排气冲程； 丁图中，两个气门都关闭，活塞向上运动，属于压缩冲程。 按照四个冲程的先后顺序应该是乙、丁、甲、丙，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 8．四冲程柴油机工作过程中，以下说法错误的是（　　） A．压缩冲程和做功冲程发生了能量的转化 B．做功冲程使汽车获得动力 C．排气冲程排出了汽车的尾气 D．吸气冲程吸入汽缸的是柴油 【答案】D 【详解】 A．压缩冲程：活塞的机械能转化为燃料混合物的内能；做功冲程：燃料燃烧，化学能转化为内能，产生高温高压气体，推动活塞做功，内能在转化为机械能。故A正确，不符合题意； B．做功冲程中，燃气推动活塞，内燃机对外做功，使汽车获得动力。故B正确，不符合题意； C．排气冲程中，做功完毕的燃气被排出内燃机，汽车排出尾气。故C正确，不符合题意； D．柴油机吸气冲程吸入汽缸的只有空气，在压缩冲程末喷油嘴向汽缸内喷入柴油。故D错误，符合题意。 故选D。 9．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量相同，烧杯内的液体质量也相同。下列说法正确的是（　　） A．比较不同液体吸热升温现象，可以选择甲丙两图 B．比较不同液体吸热升温现象，可以选择乙丙两图 C．比较不同燃料燃烧放出热量，可以选择乙丙两图 D．比较不同燃料燃烧放出热量，可以选择甲丙两图 【答案】A 【详解】AB．比较两种液体的比热容，必须控制燃料的种类相同，改变液体的种类，控制液体的质量相同，根据温度计的示数高低得出吸热多少，从而判断两种比热容的大小关系，应选择甲、丙两图进行实验，故A正确，B错误； CD．比较不同燃料热值大小要控制加热的液体种类、液体质量，改变燃料的种类，根据温度计的示数高低得出吸热多少，从而判断热值大小，因此选择甲、乙两图进行实验；故CD错误。 故选A。 10．关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（　　） A．没有燃烧的燃料，其热值等于零 B．燃料的热值与其质量和燃烧状态无关 C．燃料完全燃烧时，它的热值最大 D．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多 【答案】B 【详解】ABC.1kg某种燃料完全燃烧放出的能量，叫做这种燃料的热值，热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关，故AC错误，B正确； D.由Q=mq可知，燃料燃烧放出的热量与热值和质量有关，与温度无关，故D错误。 故选B。 11．关于热机的效率，下列说法中正确的是（　　） A．热机做的有用功越多，效率一定越高 B．热机消耗的燃料越少，效率一定越高 C．热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高 D．热机做功越快，效率一定越高 【答案】C 【详解】热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比；当热机做一定的有用功时，消耗的燃料越少，效率一定越高；当热机消耗的燃料一定，做的有用功越多，效率就一定越高；热机做功越快，表示热机的功率越大，与效率无关，故C正确，ABD错误。 故选C。 12．[教材“科学世界”改编]抽水蓄能电站的基本结构如图所示，当电网上的电能不足时，打开大坝使原来抽到高处上水库的水再流回下水库。水流从上水库流向下水库的过程中 能主要转化为 能，并利用水流的 能推动蓄能机组转动，带动发电机工作。 【答案】 重力势 动 动 【详解】[1][2]水流从上水库流向下水库的过程，水的质量不变，高度减小，重力势能减少，速度增大，动能增加，是重力势能转化为动能。 [3]水流推动水轮机转动，使发电机工作，这是利用水流动能推动蓄能机组转动，带动发电机工作。 13．2024年10 月30日凌晨4时27分，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射升空，火箭起飞时，采用液态氢作为燃料，原因是液态氢的 （选填“比热容”或“热值”）大。燃料燃烧时，把燃料的 能转化为内能，最终转化为火箭升空的机械能。 【答案】 热值 化学 【详解】[1]火箭一般使用液态氢作为燃料，原因是液态氢具有较大的热值，与其它燃料相比，完全燃烧相同质量的液态氢和其他燃料时，液态氢可以释放出更多的热量。 [2]燃料燃烧时，放出热量，把燃料的化学能转化为内能，产生大量高温高压的燃气，燃气对火箭做功，将内能转化为火箭的机械能，使得火箭的机械能增大。 14．如图所示，在试管里装入一些水，用软木塞塞住试管口，将试管放在酒精灯上加热使水沸腾，水蒸气会把软木塞冲开，在这一过程中，水蒸气膨胀对软木塞 ，水蒸气的一部分 能转化为软木塞的 能，利用这一原理，可以制成热机。 【答案】 做功 内 机械能 【详解】[1]用酒精灯给试管中的水加热产生大量的水蒸气，这些高温的水蒸气对塞子做功，将塞子冲出。 [2][3]水蒸气膨胀对软木塞做功时，水蒸气的内能减小，温度降低，塞子由静止变为运动，其机械能增大，故是水蒸气的一部分内能转化为软木塞的机械能，热机的做功冲程原理与其一致。 15．小赫爸爸购买了一款户外燃气炉，准备周末和家人一起去户外野炊，该燃气炉烧水时，把1kg初温为20℃的水加热到100℃，燃烧了丁烷，则水吸收的热量为 J，假设丁烷完全燃烧，则燃气炉的效率为 。[水的比热容为，丁烷的热值为] 【答案】 22.4% 【详解】[1]水吸收的热量 [2]丁烷完全燃烧放出的热量 燃气炉的效率 16．小明同学学习了燃料的热值后，考虑到燃料燃烧放出的热量会被水吸收，而水的比热容已知。（注：燃料完全燃烧放热用Q放=mq计算，某燃料的热值用q表示；其质量用m表示）。自己设计一个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小关系。他组装了如图所示的装置进行实验，记录结果见下表： 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后水温/℃ 煤油 25 44 菜籽油 25 34 （1）为了保证结论可靠，小明同学选择了两套相同装置，在实验中还应控制：煤油和菜籽油的 相同，以及水的初温和 相同； （2）分析得出：煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是 ； （3）小明同学利用这种实验方案计算出了煤油和菜籽油的热值，请思考：利用此实验方法计算出的热值将比真实值 （选填“偏大”或“偏小”）。原因有两点：①燃料不能 ；②燃料燃烧放出的热并不能完全被 吸收； （4）实验装置使用了石棉网，它的作用是 。 【答案】 质量 水的质量 煤油 偏小 完全燃烧 水 使受热均匀 【详解】（1）[1][2]因燃料放出的热量与质量有关，必须控制燃料的质量相等，由于水吸收热量后升高的温度受水的质量的影响，所以在实验中应控制水的质量相等。 （2）[3]由图表数据可知甲杯中的水温度升高的多，即水吸收的热量较多，说明煤油放出的热量较多，所以煤油的热值较大。 （3）[4][5][6]由于燃料不可能完全燃烧且燃烧放出的热会散失到空气中，又被烧杯等实验装置吸了热，使得燃料燃烧放出的热并不能完全被水吸收，因此计算出热值比实际要偏小些。 （4）[7]使用石棉网可以让烧杯被加热时可以受热均匀。 46．“五一”假期，小明一家驱车外出旅游．当汽车以108km/h的速度在高速公路上匀速直线行驶时，汽车受到的阻力是整车重的0.08倍，效率为40％．已知汽车整车质量为1375kg，油箱容积为50L．（汽油热值q=3.3×107J/L，g=10N/kg) （1）这时汽车牵引力做功的功率是多少？ （2）该车加一满箱汽油，按照以上速度最多可以匀速直线行驶多远的路程？ 【答案】（1） （2）600km 【详解】（1）汽车牵引力做功的功率是：P=FV=0.08GV=1100N×30m/s=33000W； （2）一满箱汽油完全燃烧放出的热量为：Q放=qm=3.3×107×50=1.65×109J，因为η=W/Q，所以对汽车做的功为： W=ηQ=1.65×109×40%=6.6×108J，而W=FS ，所以汽车可以行驶的路程为：S=W/F=6.6×108/1100=6×105m=600km． 能力提升进阶练 17．全球最大的压缩空气储能项目在我国并网发电，工作原理如图。在用电低谷时段利用电网多余电能驱动压缩机压缩空气，在用电高峰时段高压空气被释放，使膨胀机转动，带动发电机产生电能输送至电网。其工作过程能的转化分析正确的是（　　） A．用电低谷：机械能内能电能 B．用电低谷：电能内能机械能 C．用电高峰：电能内能机械能 D．用电高峰：内能机械能电能 【答案】D 【详解】AB．用电低谷时段，电网多余电能驱动压缩机工作，将电能转化为机械能压缩空气，使空气内能增大，能量转化顺序应为电能→机械能→内能，故AB错误； CD．用电高峰时段，储存的高压空气具有较大内能，释放时先转化为膨胀机的机械能，再通过发电机转化为电能，完整呈现了"内能→机械能→电能"的转化链条，故C错误，D正确。 故选D。 18．已知物体的动能表达式为EK=mv2，其中m 为物体的质量，v 为物体的运动速度。如图所示，质量m1=8kg的平顶小车静止在光滑的水平轨道上，车顶与左侧光滑平台等高，平台上放置质量m2=2kg的小物块，小物块以5m/s 的初速度向右运动，滑上小车。最终小物块静止在小车上，并以1m/s 的速度一起向右运动。若此过程中机械能全 部转化为内能，且全部被小物块吸收，则能使小物块的温度升高多少?[小物块的比热容为2×103J/（kg·℃）] （　　） A．2.5×10-4℃ B．1×10-3℃ C．5×10-3℃ D．6.25×10-3℃ 【答案】C 【详解】小物块原来的动能 小物块后来的动能 因为原来小车速度为零，所以原来小车的动能也为零，小车动能的增加量 小物块增加的内能 由知道，小物块升高的温度 故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 19．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。 20．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。 21．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。 22．某可回收火箭使用的燃料为液态甲烷，回收时，火箭通过发动机向下喷火控制推力，沿竖直方向先从A点减速运动到B点，再从B点匀速运动到C点，且。不计运动过程中的空气阻力，忽略火箭质量的变化，下列说法正确的是（　　） A．火箭使用液态甲烷为燃料的原因之一是甲烷含有的热量多 B．AC段火箭的重力势能转化为动能 C．AB段重力做功的功率大于BC段 D．BC段火箭的机械能不变 【答案】C 【详解】A．热量是过程量，不能说物体含有热量多或少，火箭使用液态甲烷为燃料的原因之一是甲烷的热热值大，燃烧相同质量的甲烷和其它液体相比，甲烷产生的热量更多，故A错误； B． AC段火箭的高度降低，重力势能减小，速度减小，动能减小，重力势能没有转化成动能，而是转化内能，故B错误； C．从A点减速运动到B点，再从B点匀速运动到C点，且，因此火箭在AB段运动的时间小于在BC段运动的时间，由可知，AB、BC两端重力做的功相同，由可知，AB段重力做功的功率大于BC段，故C正确； D．BC段火箭的速度不变，质量不变，动能不变，火箭的高度降低，重力势能减少，机械能等于动能和重力势能之和，因此机械能变小，故D错误。 故选C。 23．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。 24．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。 25．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。 26．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 内能的利用 能量的转化与守恒 热机 热机的效率 热机 能量的转化与转移 能量守恒定律 汽油机 柴油机 燃料的热值 热机的效率 热效率 1 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $$