第14章 内能的利用-【一本】初中物理基础知识大盘点

第十四章 内能的利用 概念：利用内能做功的机械 构造 汽油机 热机 工作过程 内燃机 构造 柴油机 工作过程 柴油机与汽油机的区别 做功冲程 定义：某种燃料完全燃烧放 出的热量与其质量之比 燃料的热值 单位：J/kg,Jm 公式：年品g8 内能的利用 热机的 效率 定义：做有用功的能量与燃料 完全燃烧放出的能量之比 、一W有用 内能 热机的效率 公式： Q放 减少能量损失 提高热机效率的方法 机械能 光能 电灯 能量的转化：不同形式的能量在一定条件下可以 电能 化学能 相互转化 能量守恒守律：能量既不会凭空消失，也不会凭 能量的转 空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或 化和守恒 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 ◆126◆ 第1节 热机 3年209考 基础知识 知识点1热机10考 (2)一个工作循环包含四个冲程，曲轴和 1.热机的定义：利用内能做功的机械。 飞轮转动两周，对外做功一次。 2.热机的种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷 (3)在一个工作循环中，只有做功冲程对外 气发动机等。 做功，其他三个冲程靠飞轮的惯性来完成。 3.热机工作时的能量的转化 知识点33柴油机0考 燃料的化学能燃烧内能做功机械能 1.构造：如图所示。 4.内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产 生动力的热机。内燃机按燃料不同分成 排气门 汽油机和柴油机。 进气门 喷油嘴 知识点32汽油机89考 活塞 汽缸 1.构造：如图所示。 连杆 进气门 曲轴 火花塞 第 排气门 2.柴油机和汽油机的区别 活塞 内燃机 汽油机 柴油机 章 连杆 曲轴 汽缸顶部有火 构造 汽缸顶部有喷油嘴 内 花塞 2.工作过程 燃料 汽油 柴油 的利 吸气 压缩 做功 排气 汽油机在吸气冲 冲程 冲程 冲程 冲程 冲程 吸气 程中吸入的是汽柴油机在吸气冲程 冲程 油和空气的混 中只吸入空气 示意图 合物 压缩冲程结束时，喷 压缩冲程结束 油嘴向汽缸内喷出 进气门 打开 关闭 关闭 关闭 点火 时，火花塞产生 的雾状柴油遇到温 排气门 关闭 关闭 关闭 打开 方式 电火花点燃燃 度超过柴油燃点的 活塞 向下 向上 向下 向上 料，称为点燃式 空气便立刻燃烧起 能量 无明显能机械能转 内能转化 无明显能 来，称为压燃式 转化 量转化 化为内能 为机械能 量转化 效率低，20%~ 3.对工作过程的理解 效率 效率高，30%~45% 30% (1)在压缩冲程结束时，火花塞产生电火 机体轻便，主要 机体笨重，主要用于 花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气 应用 用于汽车、飞机、 载重汽车、轮船等 体，推动活塞向下运动。 摩托车等 ◆127◆ 典型考法 考法1 热机的工作过程 (选填“压缩”或“做 功”)冲程，这个冲程是通过 解题通法 (选填“做功”或“热传 (1)根据气门的状态、活塞的运动方向，辨 递”)的方式改变汽缸内气体的内 识热机的工作冲程。 能的。该冲程的能量转化过程为 打开 吸气冲程 进气门 关闭 解析 由题图可知，内燃机的进气门和排气 一看气门 关闭 门都关闭，活塞向上运动，可以判断此冲程是 排气门 打开 排气冲程 压缩冲程；此冲程是通过压缩气体做功将机 向上 气门都关闭 压缩冲程 械能转化为内能，使得汽缸内气体的内能变 二看活塞 运动 向下 气门都关闭 大，这是通过做功的方式改变气体的内能的。 运动 做功冲程 答案压缩做功机械能转化为内能 (2)能量转化过程。 考法2热机工作过程中的数量关系 ①压缩冲程：机械能→内能。 第十四章 ②做功冲程：内能→机械能。 解题通法 角度1类比热机的工作冲程 飞轮转动 冲程 做功 工作循环 圈数 个数 次数 个数 例1如图所示，在一个配有活塞的 2 1 的 厚玻璃筒底部放一小团硝化棉，快速 用 压下活塞，可观察到硝化棉 例3 右图是汽油机工作过程 的现象。此快速压下活塞的过程中 中的 冲程。一单缸四 能量转化情况与汽油机的 冲程是 冲程汽油机的飞轮转速是 3600r/min,则该汽油机每秒 相同的。 对外做功 次。 解析快速压下活塞，对压缩筒内空气做 解析题图中进气门和排气门关闭，活塞向 功，使空气的内能增加，温度升高，当温度达 下运动，火花塞产生电火花，故此冲程为汽 到硝化棉的着火点时，硝化棉燃烧，在快速 油机的做功冲程；汽油机的一个工作循环 压下活塞的过程中，活塞的机械能转化为空 中，飞轮转动2周，对外做功1次，因为该汽 气的内能，其能量转化情况与汽油机的压缩 油机飞轮的转速是3600r/min=60r/s,即 冲程相同。 飞轮每秒转动60周，则汽油机每秒对外做 答案燃烧压缩 功30次。 角度2辨识热机的工作冲程 答案做功30 例2一台四冲程内燃机如图所示，它正处 (点拨火花塞点火时，热机处于做功冲程。 ◆128◆ 第2节 热机的效率 3年175考 基础知识 知识点1燃料的热值3亚考 燃烧燃料的体积，q的单位是J/m3。 1.热值 (警示计算燃料完全燃烧放出的热量时，用 Q效=g或Q滋=Vg,不要与物体温度降 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量 定义 低时的放热公式Q微=cm(t。一t)混淆。 (或体积)之比 符号 知识点32热机的效率44考 9 1.定义：用来做有用功的那部分能量，与燃 (1)J/kg,读作“焦每千克”； 单位 料完全燃烧放出的能量之比，叫作热机的 (2)J/m3,读作“焦每立方米” 效率。 物理 热值在数值上等于1kg(或1m)某种燃 W有用 意义 料完全燃烧放出的热量 2.计算公式：7= Q放 影响 燃料的热值与燃料的种类有关，与燃料的 (警示热机的效率永远不能达到100%。 因素 质量、是否完全燃烧等无关 3.提高燃料利用率的途径 第 2.燃料完全燃烧放热的相关计算 (1)使燃料燃烧充分。 (1)燃料完全燃烧放出的热量Q放=mq。 (2)减小机械摩擦。 四章 m表示燃料的质量，q的单位是J/kg。 (3)减少各种能量损失。 (2)对于气体而言，Q放=Vq。V表示完全 (4)采用先进技术，改进机械结构。 的利 典型考法 ●●● 考法1 理解热值的影响因素 是 A.没有燃烧的燃料，热值等于零 解题通法根据热值的定义，理解热值 B.燃料完全燃烧时，它的热值最大 的影响因素。 C.燃料的热值与质量和燃烧状态无关 热值的定义 热值的影响因素 D.燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多 某种燃料 与燃料的种类有关 解析热值是燃料本身的特性，只与燃料的 完全燃烧 与燃烧程度无关 种类有关，与燃料的质量、燃料是否完全燃 放出的热量与 与放出的热量无关 烧无关，A、B错误，C正确。由Q放=mg可 其质量之比 与燃料的质量无关 知，燃料燃烧放出的热量与燃烧时的温度无 例1关于燃料及其热值，下列说法正确的 关，D错误。选C。 ◆129◆ 考法2热机效率的计算 考法3加热效率的计算 2解题通法 解题通法 燃料完全燃烧 有用功 放出的热量 物体吸收的热 燃料完全燃烧放出的 W有=F=PL Q=mg=Vq 量Q吸=cm△t 热量Qt=mq或Q数=Vg 有用 吸 热机效率门=Q我 加热效率1-Q 例2 创新考法学科内综合一辆汽车以 例3天然气热水器将40kg的水从15℃ 20m/s的速度在平直的公路上匀速行驶了 加热到65℃，此过程中天然气完全燃烧释 3km,汽车受到的阻力为1200N,燃烧了 放热量的84%被水吸收，水吸收的热量为 0.3kg汽油。(9汽油=4.6×10J/kg)求： J,天然气完全燃烧释放的热量为 (1)牵引力做的功； (2)这些汽油完全燃烧放出的热量； J,消耗了天然气 kg,这 (3)发动机的效率。（百分号前保留一位小数） 是通过 的方式改变水的内能的。 解析(1)已知汽车匀速行驶时受到的阻力 [c水=4.2X103J/(kg·℃)，9天然气=4× F=1200N 10'J/kg] 第 由二力平衡的条件可知，汽车的牵引力 解析 水吸收的热量Q级=c水m水(t一to)= F=F=1200N 章 4.2×103J/(kg·℃)×40kgX(65℃ 汽车运动的距离s=3km=3000m 内 牵引力做的功 15℃)=84X10J:由)8可得，天然气 的 W=Fs=1200N×3000m=3.6×106J (2)这些汽油完全燃烧放出的热量 完全燃烧释放的热量Q=Q=84X10」 用 84% Q放=mq汽油=0.3kg×4.6X107J/kg= 1×10J;由Qt=mq可得，消耗天然气的质 1.38×10J (3)发动机的效率 量m= 8- =0.25kg;用天 78是80.261=61% 然气烧水的过程中是通过热传递的方式改 答案(1)3.6×10J(2)1.38×10J 变水的内能的。 (3)26.1% 答案8.4×101×1070.25热传递 第3节 能量的转化和守恒 3年161考 盘 基础知识 知识点31 能量的转化143考 式存在，主要有机械能、内能、电能、光能、 1.能量的形式：在自然界中，能量以多种形 化学能等。 ◆1309 2.能量的转化：在一定条件下，各种形式的 2.意义：大到天体，小到原子核，无论是物理 能量是可以相互转化的。 学的问题还是化学、生物学、地理学、天文 3.能量的转移：能量可以从一个物体转移到 学的问题，所有能量转化的过程，都服从 其他物体或者从物体的一部分转移到另 能量守恒定律。 部分。 3.永动机：不可能造出永动机的原因是违背 知识点2能量守恒定律8考 了能量守恒定律，违反了能量的转化和转 1.内容：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产 移的方向性。 生，它只会从一种形式转化为其他形式，或 (归纳能量守恒定律在任何时候都成立，机 者从一个物体转移到其他物体，而在转化 械能守恒只在动能和势能相互转化的时 和转移的过程中，能量的总量保持不变。 候成立。 d 盘 典型考法 考法1 辨别能量转化和转移 (2)能量守恒定律的理解。 解题通法 ①能量守恒定律是自然界最普遍、最重要 发生改变 能量转化 的基本定律之一。所有能量转化的过程， 能量的 都服从能量守恒定律。 形式 未发生改变 能量转移】 ②能量守恒定律的成立是无条件的。机 械能守恒是有条件的，即只有动能和势能 例1下列能量转化或转移的情景中，属于 的相互转化。 能量转移的是 章 A.燃料燃烧时发热 例2小球在地面弹跳的频 B.用热水袋取暖 闪照片如图所示，下列说法 C.钻木取火 正确的是 ( 的利 D.电动机带动水泵把地下水送到地面 A.小球弹起的高度越来越低，说明在此过程 解析燃料燃烧时发热，钻木取火，电动机 中能量不守恒 带动水泵把地下水送到地面，都属于能量转 B.根据能量守恒定律，在此过程中小球的机 化。用热水袋取暖，内能从热水袋转移到人 械能总量是保持不变的 体，属于能量转移。选B。 C.在小球运动的过程中，有一部分机械能转 考法2利用能量守恒定律解题 化成了内能 。关键点拨(1)根据能量守恒定律，推导 D.此过程说明了能量守恒定律是需要建立 出各种表现形式。 在一定的条件之上才能成立的 若一种形式的能量减少 解析由题图可知，小球运动的过程中弹起 则其他形式的能量增加 的高度越来越低，同时速度越来越小，所以小 能量 球的机械能减少，其原因是小球在运动的过 总和 若一个物体的能量减少 不变 则其他物体的能量增加 程中将一部分机械能转化成了内能，但能量 的总量是守恒的，A、B错误，C正确。能量守 总能量保持不变 恒定律在任何条件下都成立，D错误。选C。 ◆131◆ 中考真题演练 考点1热机 当水沸腾时，水温升高了80℃。c水= 1.[辽宁朝阳]如图所示，将水加热至沸腾 4.2×103J/(kg·℃)，9煤=3×10J/kg。求： 后，塞子被冲出，此过程的能量转化方式 (1)从加热至沸腾，水吸收的热量； 与汽油机的 冲程相同。若单缸 (2)此过程若采用煤炉加热，煤炉加热水 四冲程汽油机飞轮转速为1200r/min,则 的效率为10%，需要完全燃烧煤的质量。 1s内完成 个冲程。 考点2 热值与热机效率 2.创新考法科学态度与责任[湖北十 堰]为实现国家关于“碳达峰”“碳 第十 考点3能量的转化与守恒 中和”目标，东风汽车集团研发了 4.[四川自贡]关于能量守恒定律，下列说法 款新型汽车。与某款汽车同样油耗和 正确的是 ( 内 使用条件下，新型汽车的发动机工作时， A.能量可以凭空消失 的 尾气中“汽油味”明显降低，动力更强劲。 B.能量可以凭空产生 用 其发动机某一冲程的示意图如图所示，下 C.能量在转化和转移的过程中，总量保持 列说法错误的是 不变 A.尾气中“汽油味”降低，是因为汽油在 D.热机在工作的过程中不遵循能量守恒 汽缸中燃烧比较完全 定律 B.该冲程为做功冲程，内能转化为机械能 5.[湖北宜昌]现代电动汽车为了节能，都安 C.汽油在汽缸内完全燃烧，发动机的效率 装了能量回收装置，在电动汽车刹车时带 可达100% 动发电机，将电动汽车的 能转化 D.该发动机减少了碳排放，有利于节约 为电能，为电动汽车提供后续运动的能 能源和保护环境 量。有人认为，只要不断改进，这种电动 3.创新考法传统文化[内蒙古兴安盟]民谚 汽车就可以一边行驶，一边发电，永远运 “五月五、过端午、蒸粽子”，呈现了端午节 动下去，这种观念违背了 文化习俗。蒸粽子是利用水沸腾产生的 水蒸气进行加热。用2.5kg的水蒸粽子， >答案见P214 ◆132◆F FX2率2F=2X1000N=80%,故汽车受到的 间的距离在引力作用的范围内，故水分子和玻璃分 子之间存在相互作用的引力，向上拉玻璃板时，弹 摩擦力F=1600N。 簧测力计的示数将变大。 【答案】改变力的方向1600 【答案】变大分子间存在引力 7.【解析】要使滑轮组最省力，需要承担物重的绳子 3.B 段数最多，所以要从动滑轮绕起，依次绕过上面的 4.C 定滑轮、下面的动滑轮，再绕过上面的另一个定 5.【解析】封闭的空气被推杆压缩的过程中，推杆对 滑轮。 空气做功，所以空气的内能增大，温度升高，达到艾 【答案】 如图所示。 绒的着火点。 【答案】做功增大 6.A 7.D比热容是物质的一种特性，与物质的质量无 关，一杯水倒出一半，杯内剩余水的比热容不变， A错误。由△=Q整可知，放出相同的热量时，物 cm 8.【解析】快递员用力将货物沿斜面匀速推上车厢 时，摩擦力与物体运动方向相反，所以摩擦力的方 体降低的温度还与物体的质量有关，质量未知，不 向是沿斜面向下；由于斜面与水平地面夹角为30°， 能比较物体降低的温度，B错误。水的比热容为 W有思一 4.2×103J/(kg·℃)，表示质量为1kg的水温度 由几何关系可知，=2h,斜面的机械效率刀W号 升高1℃吸收的热量是4.2×103J,C错误。由 -80%。斜面的机械戴率与斜面的领斜程度和 Q吸=cm△t可知，水和煤油的质量、吸收的热量相 等时，因为煤油的比热容小，所以煤油的温度升高 粗糙程度有关，在不改变斜面与地面夹角和货物质 得较多，D正确。 量时，采用减小斜面粗糙程度的方法可以提高斜面 8.【解析】质量相同的铜和铅吸收相同的热量，由 的机械效率。 【答案】下80%减小斜面粗糙程度 Q=cm△可知，△t=9,因为铜的比热容大于铅的 cm 9.【解析】(1)物体在10s内上升的高度 比热容，所以铜的温度比铅的温度升高得少；质量 h=ut=0.2 m/sX10 s=2 m 相同的铜和铅升高相同的温度，因为铜的比热容 (2)工人使用的是动滑轮，承担物重的绳子段数 大于铅的比热容，由Q=cm△t可知，铜吸收的热 W有甩_Gh=G =2,由？厂w号-一示可得，工人对绳端的拉 量多。 力F=G=800N 【答案】少铜 nn 2X809 =500N 9.【解析】 相同体积的沙石和水，由=晋可得，质 (3)不计绳重和摩擦，由F=上(G+G)可得，动滑 量之比运=四光-=3 m水 P水V 之，由Qa=cm△t可 轮重G动=nF-G=2×500N-800N=200N 得，沙石和水吸收相同的热量时，升高的温度之比 当被提升的物重增大为1000N时，工人对绳端的 拉力 Q △t沙五_C沙石m分五 8 参 F-0cG+Ga)=号×10N+2000- 1 △t水 Q C沙石m纱石 3 C水m水 答案 600N 【答案】8：3 【答案】 (1)2m(2)500N(3)600N P132 P124 1.【解析】将水加热至沸腾后，塞子被冲出，在此过 1.c 程中内能转化为机械能，汽油机的做功冲程也是把 P125 内能转化为机械能，飞轮转速为1200r/min 2.【解析】 玻璃板和水接触，并且玻璃分子和水分子 20r/s,表示飞轮每秒转动20圈，完成10个工作循 ◆214◆ 环，要经过40个冲程。 片张开是由于同种电荷互相排斥，B错误。橡胶棒 【答案】做功40 是绝缘体，不容易导电，用橡胶棒连接两金属球，甲 2.C 验电器的负电荷不会轻易转移到乙验电器，甲验电 3.【解析】(1)由题意可知，水吸收的热量 器金属箔片的张角几乎不变，乙验电器的金属箔片 Q=c*m△t=4.2×103J/(kg·℃)×2.5kgX 不会张开，C错误。金属棒是导体，容易导电，甲验 80℃=8.4×105J 电器带负电，乙验电器不带电，用金属棒连接两金 得，煤炉放出的热量 (2)由1Q 属球的瞬间，负电荷从甲流向乙，规定正电荷定向 移动的方向为电流方向，所以棒中电流方向由乙到 Q4=2a_8.4X10J=8.4X10°J 甲，D正确。 10% 7.【解析】只闭合开关S时，灯泡L接入电路，电 由Q做=mq株得，需要完全燃烧煤的质量 流表测通过灯泡L的电流。同时闭合开关S和 m-9=84X102-0.28kg 9珠3X10J/kg S2时，灯泡L、L2并联，电流表测千路电流。并联 【答案】(1)8.4×105J(2)0.28kg 电路中各部分电路互不影响，通过灯泡L的电流 4.C 大小保持不变，由并联电路的电流特点可知，干路 5.机械 能量守恒定律 电流大于支路电流，因此通过灯泡L的电流 P143 为0.2A。 1.c 【答案】0.2 2.电子 吸引轻小物体 P154 P144 1.D由题图可知，两灯串联，电压表V1测电源电 3.B 压，U-6V,电压表V2测灯L2两端的电压，U2 4.A由题意可知，当房客闭合开关S,“请勿打扰” 2V;因为串联电路中总电压等于各分电压之和， 灯泡L发光，来访者即便闭合门铃开关S2,门铃R 所以灯L两端的电压U1=U一U2=6V一2V= 也不发声，此时门铃R可能被短路；只有在开关S 4V,A、B错误。断开开关S,只将电压表V2换成 断开，开关S闭合时，门铃R才发出“叮咚”声。门 电流表，电路为只含有灯L的简单电路，则灯L 铃R的电阻远大于灯泡L的电阻，说明灯泡L与 亮，L2不亮，C错误。断开开关S,将两个电压表都 门铃R串联，开关S,与门铃R并联，开关S2在门铃 换成电流表，由于电流表相当于导线，则电流分别 R的支路上，A正确。 流入两灯，所以灯L与L2并联，D正确。 5.【解析】当船左倾到一定程度时，绿灯亮、电铃响， 2.【解析】(1)实验要探究并联电路的电压规律，应 分别测出小灯泡L、L2两端的电压及电源电压的 开关接α，绿灯与电铃串联接入电路；当船右倾到 大小，比较三者的数值大小关系，得出并联电路的 一定程度时，红灯亮、电铃响，开关接b,红灯与电 电压规律。(2)根据题图乙中电压表指针出现反偏 铃串联接入电路；由题意可知，红灯与绿灯互不影 情况，说明电压表正、负接线柱接反了。(3)因为两 响，能独立工作，它们是并联的，无论开关接α还是 接b,电铃都接入电路，电铃串联在干路中。 小灯泡并联接在电路中，故电压表测出小灯泡L 【答案】如图所示。 两端的电压同时也是小灯泡L2两端的电压，即小 允 灯泡L2两端的电压也是2.5V。 参 【答案】(1)电源(2)正、负接线柱接反了(3)2.5 绿灯 3.D 4.不相同串联 案 红灯 5.D根据控制变量法的思想，探究导体电阻与长度 6.D电子是带负电荷的，甲验电器带负电是因为它 的关系时，要控制导体材料和横截面积一定，找长 得到了电子，不是得到了原子，A错误。同种电荷 度不同的导体，已选好代号为的导体，结合表格 互相排斥，异种电荷互相吸引，甲验电器的金属箔 数据可知，他还应选用代号为b的导体；探究导体 ◆215◆