四、机械能与内能的相互转化（举一反三讲义）物理苏科版2024九年级上册

四、机械能与内能的相互转化 目录 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1：做功——改变内能的另一种方式 2 知识点2：热机 4 知识点3：燃料的热值 10 【方法技巧】 14 方法技巧1 热值的计算 14 【巩固训练】 15 【学习目标】 1．能区分机械能和内能，知道两者的不同属性。 2．识别两种转化场景：机械能→内能（如摩擦生热）、内能→机械能（如蒸汽机做功）。​ 3．记住做功和热传递是改变内能的两种方式，且做功会伴随机械能与内能的转化。 重点： 1．明确机械能与内能相互转化的具体实例。​ 2．理解“做功改变内能” 的本质：通过做功，机械能与内能发生转移或转化。​ 3．能判断具体过程中，是机械能转化为内能，还是内能转化为机械能。 难点： 1．区分“做功改变内能”和“热传递改变内能”。​ 2．分析复杂过程中的转化。 3．理解 “机械能可以完全转化为内能，但内能不能完全转化为机械能而不引起其他变化”。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：做功——改变内能的另一种方式 1、做功：对物体做功，物体的内能增加；物体对外做功内能减少。 2、做功改变物体的内能 （1）做功可以改变物体的内能，当外界对物体做功时，物体的内能增大，当物体对外界做功时，物体的内 能就会减小。 （2）做功改变物体的内能的实例：钻木取火；搓手取暖；磨刀；折铁丝；用打气筒打气筒壁变热；水蒸气 将壶盖顶起；打开易拉罐盖时，上面出现白雾；电炉丝通电后发热。 做功使物体的内能改变的实质：其他形式的能量（如机械能）与内能之间的相互转化。 3、物体内能的改变方式：做功和热传递。 （1）做功和热传递在改变物体的内能上是等效的。   （2）做功和热传递在本质上是不同的：做功使物体的内能改变，是其他形式的能量和内能之间的转化（不同形式能量间的转化）；热传递使物体的内能改变，是物体间（或物体不同部分）内能的转移（同种形式能量的转移）。 （3）做功与热传递，它们在改变内能能达到相同的效果，但从能的转化观点来看，它们的区别在于做功是其他形式的能与内能的相互转化，能量的形式是变化的，比如摩擦生热，是机械能转化为内能。 【典例1】下列四幅图中改变内能的方法与其他三种不同的是（　　） A．厨房炒菜 B．搓手取暖 C．冰镇饮料 D．沐浴阳光 【答案】B 【详解】炒菜是通过热传递改变菜的内能；搓手取暖是通过做功的方式改变手的内能；冰镇饮料是通过热传递改变饮料的内能；沐浴阳光是通过热传递改变人的内能。故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 【典例2】如图所示，用气筒向装有少量水的瓶里缓慢打气，当瓶塞从瓶口跳出时。看到瓶中出现了白雾。在“瓶塞跳出，出现白雾”这个过程中，发生的物态变化是 ，这个现象说明了 可以改变物体的内能。 【答案】 液化 做功 【详解】[1][2]在瓶塞跳出，瓶口出现的白雾是瓶内水蒸气遇冷液化形成的小水珠；瓶塞跳出时瓶内气体内能转化为塞子的机械能，是通过做功改变物体内能的。 【变式1】下列过程中属于做功使物体内能增加的是（    ） A．对着手掌“哈气”，手掌有点热 B．两手相互摩擦，手掌有点热 C．冬天，人站在太阳下感觉到暖和 D．用电炉烧开水 【答案】B 【详解】A．对着手掌 “哈气”，手掌有点热，是通过热传递的方式使手掌内能增加，因为哈出的热气将热量传递给手掌，故A不符合题意； B．两手相互摩擦，手掌有点热，是通过做功的方式使手掌内能增加，摩擦过程中机械能转化为内能，故B符合题意； C．冬天，人站在太阳下感觉到暖和，是通过热传递的方式使人的内能增加，故C不符合题意； D．用电炉烧开水，是通过热传递的方式使水的内能增加，电炉的热量传递给了水，故D不符合题意。 故选B。 【变式2】寒冷的冬天，女孩用嘴不断对着双手用力的“呵气”，手会感到暖和；男孩将双手反复摩擦，手也会感到暖和。其中女孩是通过 的方式来改变双手的内能，男孩是通过 的方式来改变双手的内能。 【答案】 热传递 做功 【详解】[1]女孩用嘴对着双手“呵气”，嘴里呼出的高温水蒸气将热量传递给手，使手的内能增加、温度升高，这是通过热传递的方式改变双手的内能。 [2]男孩将双手反复摩擦，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，使手的内能增加、温度升高，这是通过做功的方式改变双手的内能。 【变式3】喜欢思考的小明用塑料矿泉水瓶子进行了如下游戏探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（如图甲）；扭转瓶子（如图乙）；轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出（如图丙）。扭转瓶子的过程是通过 的方式使瓶内水蒸气内能增加；将瓶盖冲出的过程与单缸四冲程汽油机的 冲程能量转化相同。 【答案】 做功 做功 【详解】[1]扭转瓶子时，小明施加的外力压缩瓶内的气体，将机械能转化为内能，是通过做功的方式使瓶内水蒸气内能增加。 [2]当瓶盖被瓶内的气体冲出时，瓶内气体对瓶盖做功，将内能转化为机械能，这一过程与四冲程内燃机的做功冲程相似。 知识点2：热机 1、热机：利用内能做功的机械叫热机。 （1）热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。 （2）内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。 （3）热机工作时的能量转化：燃烧的化学能→内能→机械能。 判断机械是否是热机，要从能量转化的角度来判断。例如：电动机是将电能转化为机械能，不属于热机。 2、汽油机 （1）构造：进气门、排气门、气缸、火花塞、曲轴、连杆等。  （2）工作原理：在气缸内燃烧汽油，生成高温高压的燃气〔化学能→内能〕，使燃气推动活塞做功〔内能 →机械能〕。 （3）冲程：活塞在往复运动中从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程。 （4）汽油机的工作流程：内燃机通过吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环来保证连续工作的。 ①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸； ②压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩汽缸内燃料混合物，温度升高； ③做功冲程：在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功； ④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。 （5）工作过程中能量的转化：①压缩冲程：机械能→内能；②做功冲程：先是化学能→内能，再由内能→机械能； （6）一个工作循环中对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转2周，飞轮转2圈。 3、柴油机 （1）构造：与汽油机相似，区别在于柴油机顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。  （2）工作原理：与汽油机相同。 （3）工作过程：与汽油机相似。 （4）柴油机启动时也要靠外力使飞轮和曲轴转动起来。 （5）特点与应用： 特点：柴油比汽油便宜，但柴油机比较笨重。  应用：载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮船以及发电机。 4、汽油机与柴油机的异同 热机种类 柴油机 汽油机 不同点 构造 气缸顶部有喷油嘴 汽缸顶部有火花塞 吸气 吸入的是空气 吸入的是汽油和空气的混合物 压缩 压缩气体的温度升高，超过柴油的燃点，压缩冲程末，喷油嘴喷出雾状柴油 压缩气体的温度比柴油机的低，压缩冲程末，用火花塞点火 点火 压燃式 点燃式 应用 机体笨重，主要用于载重汽车，坦克等 机体轻便，主要用于汽车、小型飞机等 汽油柴油机异同，关键先看气缸顶，汽油机用火花塞，柴油机用喷嘴油，汽油压末塞点火，柴油压末喷油雾。 【例3】下列汽油机工作的四个冲程中，将内能转化为机械能的冲程是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】A．火花塞点火时，汽油机处于做功冲程，此时两个气门关闭，活塞向下运动，燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，故A符合题意； B．吸气门打开时，汽油机处于吸气冲程，该冲程吸入汽油和空气的混合物，没有能量转化，故B不符合题意； C．吸气门与排气门都关闭，活塞向上运动时，汽油机处于压缩冲程，该冲程将机械能转化为内能，故C不符合题意； D．排气门打开时，汽油机处于排气冲程，该冲程将燃烧后的废气排出气缸，没有能量转化，故D不符合题意。 故选A。 【例4】在四冲程汽油机的工作过程中，通过做功增加燃料混合物内能的是 冲程；若该汽油机的飞轮转速是1800r/min，则每秒内汽油机做功 次； 【答案】 压缩 15 【详解】[1]在四冲程汽油机的工作过程中，压缩冲程中，活塞对燃料混合物做功，将机械能转化为内能，从而增加燃料混合物的内能。 [2]四冲程汽油机一个工作循环包括四个冲程，飞轮转2圈，对外做功1次。已知飞轮转速是1800r/min，则每秒飞轮转动的圈数为30圈。因为飞轮转2圈做功1次，所以每秒做功的次数为15次。 【变式1】图1甲为注射器，在室温恒为的环境中，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 ②过程的能量转化与图2中乙相同 ③密封气体在时刻的内能小于时刻的内能 ④活塞静止后，密封气体的温度最终保持在 ⑤图2丙存在化学能转化成内能的过程 A．1个 B．2个 C．3个 D．4个 【答案】C 【详解】①活塞下压时，压缩气体做功，机械能转化为内能，是通过做功改变针筒内气体的内能，故①正确； ②由图1乙可知，t1~t2过程密封气体的温度升高，内能增加，应为活塞下压过程，机械能转化为内能，图2中乙是内燃机的压缩冲程，该冲程中发生的能量转化是机械能转化为内能，故②正确； ③由图可知，密闭气体的质量不变，此实验过程不考虑分子势能的变化，t2时刻温度比t3时刻的高，分子动能更大，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，火花塞打火使燃料燃烧，燃料燃烧将化学能转化为内能，所以图2丙存在化学能转化成内能的过程，故⑤正确； 故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 【变式2】汽油机是热机的一种，如图甲所示是一台单缸四冲程汽油机工作状态示意图，由图可以看出，此时它正处在 冲程，其能量转化情况与 （选填“乙”或“丙”）图相同。如果此汽油机飞轮的转速为，则此汽油机每秒内对外做功的次数为 次。该汽油机工作一段时间后，其使用的燃料汽油的热值 （选填“变大”、“变小”和“不变”） 【答案】 做功 乙 30 不变 【详解】[1][2]此时进气门、排气门关闭，火花塞点燃，活塞向下运动，故是做功冲程，此过程将内能转化为机械能。乙是水蒸气对活塞做功，内能转化为机械能，丙是压缩气体做功，机械能转化为内能，故图甲能量转化情况与乙图相同。 [3]汽油机的飞轮每转动2圈，汽油机对外做功1次，如果此汽油机飞轮的转速为，则此汽油机每秒内对外做功的次数为30次， [4]热值是燃料的一种属性，与燃料的质量无关，该汽油机工作一段时间后，其使用的燃料汽油的热值不变。 【变式3】如下左图甲所示，小明在吹气球时，被吹大了的气球没能用手握住，呼啸着飞了出去，若他及时捡起气球，将会感觉到它喷气的嘴部温度和原来相比 （选填“变高”、“变低”或“没有变化”），此过程发生的能量转化与图乙中的 （选填“A”或“B”）图中的能量转化是一致的。 【答案】 变低 A 【详解】[1]气球内的气体向外喷出，气体对外做功，内能转化成气球的机械能，气体的温度降低，会感觉到它喷气的嘴部温度和原来相比变低。 [2]图乙中A的进气门、排气门均关闭，火花塞点燃，活塞向下运动，是做功冲程，此过程中内能转化为机械能；B的进气门、排气门均关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，此过程中机械能转化为内能；故图甲中发生的能量转化与图乙中的A图中的能量转化是一致的。 知识点3：燃料的热值 1、热值概念：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，符号时q。 （1）对于气体燃料而言，热值的定义是1m3的某种燃料完全燃烧时放出的热量。 （2）热值是燃料的一种属性，同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同。 （3）热值单位：焦/千克（J/kg），读作焦每千克。 （4）热值的物理意义：热值表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少，如木炭的热值为3.40×107J/kg。 燃料热值的理解 （1）燃料的热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。 （2）“某种燃料”说明热值与燃料的种类有关。 （3）“完全燃烧”的含义是烧完、烧尽。 （4）热值反映了所有能燃烧的物质的一种性质，反映了不同燃料在燃烧过程中，化学能转化为内能本领的大小，也就是说，热值是燃料本身的一种性质，它只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧、放出热值多少均没关系。 （5）计算气体燃料完全燃烧时放出的热量用Q放=Vq。 2、热值的计算公式：Q=mq M——燃料的质量——单位千克（kg）； q——燃料的热值——单位焦/千克（J/kg）； Q——燃烧放出的热量——单位焦耳（J）。 3、比较不同燃料的热值大小 （1）准备实验器材：‌需要准备铁架台、‌石棉网、‌烧杯、‌温度计各两只，‌以及适量的水和两种不同的燃料（‌如酒精和汽油）‌。‌ （2）设置实验装置：‌按照实验装置图依次将燃料盒、‌石棉网、‌烧杯、‌温度计自下而上固定好。‌ （3）控制变量：‌确保两种燃料的质量相同，‌燃烧的时间相同，‌加热相同质量的同种液体。‌ 进行实验：‌在两个烧杯中倒入质量相同、‌初温相同的水；‌在燃料盒中倒入质量相等的适量酒精和汽油；‌分（4）别点燃酒精和汽油，‌加热烧杯内的水，‌直到燃料燃尽。‌记录数据：‌燃料燃尽后，‌记录两烧杯内水升高的温度△t。‌ （5）分析结果：‌比较两装置中烧杯内水升高的温度△t，‌升高的温度越高，‌表明水吸收的热量越多，‌进而表明燃料的放热能力越强。‌ 注意误差不是错误，是不可避免的，只可通过有效手段来减少误差。 【典例5】我国西部某光伏发电站年均发电量约为，已知煤炭的热值，相当于完全燃烧 kg煤炭释放的热量；这些煤炭在燃烧的过程中，其热值的大小将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】 不变 【详解】[1]根据公式变形可计算出煤炭的质量 [2]热值是燃料的一种特性，只跟燃料的种类有关，与其质量、是否充分燃烧无关。虽然煤炭在燃烧，但其热值保持不变。 【典例6】下表列出了几种燃料的热值，单位是J/kg。 燃料种类 无烟煤 酒精 煤油 干木柴 氢气 热值 (1)为了探究燃料燃烧时放出热量的多少是否与燃料的种类有关，小明同学设计了一个探究方案如下： ①你认为小明同学在实验所选用的燃料的种类是 的，质量应是 的（填选“相同”或“不同”）； ②若燃烧放出的热量用水吸收，则实验中除了水的质量要相等外，你认为还应该注意的问题是： ；（只要回答一种） ③通过比较 可以得出燃料燃烧放出的热量与燃料的种类有关。 (2)若放出相同的热量，则完全燃烧干木柴与完全燃烧酒精的质量比是 。 【答案】(1) 不同 相同 使烧杯相同 水温升高的多少 (2)5:2 【详解】（1）[1]要探究燃料燃烧时放出热量的多少是否与燃料的种类有关，据控制变量法，所用的燃料的种类是不同的。 [2]探究燃料燃烧时放出热量的多少是否与燃料的种类有关，据控制变量法，燃料的质量相同。 [3]若燃烧放出的热量用水吸收，则实验中，除了水的质量要相等外，还应使烧杯相同，初温相同。 [4]通过比较水温升高的多少，据可知水吸收热量的多少，从而得出燃料燃烧放热的多少，可以得出燃料燃烧放出的热量与燃料的种类有关。 （2）放出相同热量，据Q放=mq得 即 解得 【典例7】汽车发动机属于热机，通过汽油在汽缸内燃烧，推动活塞做功，为汽车行驶提供牵引力。某汽车在平直公路上行驶时，获得的水平牵引力，沿水平方向匀速行驶2h所走的路程为50km，期间需要完全燃烧热值为的汽油10kg。求2h内： (1)发动机所做的功； (2)汽油完全燃烧放出的热量； (3)发动机的热机效率。（结果保留两位小数） 【详解】（1）发动机所做的功 （2）汽油完全燃烧放出的热量 （3）发动机的热机效率 【变式1】某同学家自来水的温度为15℃，他洗澡时把燃气热水器的温度设定为40℃，通过查看水表得知自己洗澡用了0.02m3的水，则水吸收的 J热量；如果燃气热水器的效率是95％，他这次洗澡消耗了 m3天然气，如果用无烟煤来加热，需要 kg。（c水=4.2×103J/（kg·℃），q天然气=4.0×107J/m3，q煤=3.4×107J/kg） 【答案】 2.1×106 J 0.055 0.065 【详解】[1]由得，0.02m3的水的质量为 某同学家自来水的温度为15℃，他洗澡时把燃气热水器的温度设定为40℃，通过查看水表得知自己洗澡用了0.02m3的水，则水吸收的热量 [2]如果燃气热水器的效率是95％，由得，他这次洗澡天然气释放的热量为 得，他这次洗澡消耗的天然气的体积为 [3]由得，如果用无烟煤来加热，需要完全燃烧的质量为 【变式2】如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。（燃料1是酒精，燃料2是碎纸片） (1)在组装实验装置时，你认为图中横杆、温度计、铁圈、燃具四个器件的安装顺序应是 （选填“由下而上”或“由上而下”）； (2)要比较不同燃料的热值，应选择 两图进行实验：下表是比较燃料热值的实验数据： 燃料 加热前的水温/℃ ①______ 燃料的热值J/kg 10g酒精 10g碎纸片 完善表格，表中①应填写的内容是： ，本实验通过比较 来比较燃料完全燃烧放出的热量； (3)某同学用如图甲装置测碎纸片的热值，加热前碎纸片的质量为m1，加热一段时间后变为m2；试管中水的质量为M，水的初温t1，末温t2，水的比热容用c表示。用以上符号表达该同学测碎纸片热值的计算式是 。该同学测算发现，测量值比课本中的“标准值” 。 【答案】(1)由下而上 (2) 甲、丙 加热后的水温/℃ 水升高的温度 (3) 偏小 【详解】（1）为了利用燃具的外焰给烧杯充分加热，并且温度计不要碰到烧杯壁和烧杯底，应按照由下往上的顺序组装器材。 （2）[1]比较燃料的热值，应控制燃料不同而加热的液体相同，故选甲、丙两图进行实验。 [2][3]实验中通过水升高的温度来反映燃料放出热量的多少，故①中的内容是：加热后的水温/℃。 （3）[1]实验中水吸收的热量等于燃料完全燃烧放出的热量，即 可得碎纸片热值为 [2]由于燃料燃烧放出的热量不能完全被水吸收，因此利用水计算出的热量偏小，根据计算得出的热值偏小。 【变式3】小明家用天然气做饭时，对一壶初温为20℃、质量为1.5kg的水加热，使水温度升高了80℃，消耗了天然气，已知水的比热容为，天然气的热值为，求： (1)壶中水吸收的热量； (2)天然气完全燃烧放出的热量； (3)用天然气烧水时的效率。 【详解】（1）水吸收的热量 （2）天然气完全燃烧放出的热量 （3）烧水效率 【方法技巧】 方法技巧1 热值的计算 关键提醒 1、必须是 “完全燃烧”，若燃料未烧尽，实际放热小于计算值。​ 2、单位要统一：固体/液体用q（J/kg）和 m（kg），气体用q（J/m³）和V（m³）。​ 3、热值是 “燃料特性”，与质量、燃烧情况无关，只与燃料种类有关（如煤和汽油的q不同）。​ 【巩固训练】 1．2025年8月9日，我国太原卫星发射中心在山东日照附近海域，使用捷龙三号运载火箭成功将吉利星座04组卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。关于火箭发动机，下列说法正确的是（　　） A．火箭发动机使用热值大的燃料 B．火箭燃料燃烧越充分，热值越大 C．火箭发动机主要通过热传递获得机械能 D．火箭发动机不属于热机 【答案】A 【详解】A．火箭选作燃料的物质主要是利用该燃料的热值大的特点，相同情况下燃烧燃料放出的热量多，故A正确； B．热值是燃料的属性，与燃料是否充分燃烧无关，即使燃料不完全燃烧，热值也不变，故B错误； CD．火箭发射时的能量转化过程是内能转化为机械能，且热机是将内能转化为机械能的装置，故火箭发动机属于热机，故CD错误。 故选A。 2．下列对汽油机和柴油机不同点的描述中正确的是（　　） A．在吸气冲程中汽油机吸入汽缸的是汽油，柴油机吸入汽缸的是柴油 B．在压缩冲程末汽油机用点燃式点火，而柴油机采用的是压燃式点火 C．一个工作循环中，汽油机的活塞往复运动2次，柴油机的活塞往复运动1次 D．在构造上汽油机汽缸顶部有喷油嘴，而柴油机的汽缸顶部有火花塞 【答案】B 【详解】A．在吸气冲程中，汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物，而不是单纯的汽油；柴油机吸入汽缸的是空气，不是柴油，故A错误； B．在压缩冲程末，汽油机是通过火花塞产生电火花点燃汽油和空气的混合物，即采用点燃式点火；柴油机是利用压缩冲程末汽缸内空气温度升高到柴油的燃点，使柴油自行燃烧，也就是采用压燃式点火，故B正确； C．一个工作循环包括四个冲程，吸气、压缩、做功、排气冲程，无论是汽油机还是柴油机，活塞都要在汽缸内往复运动2次，曲轴转动2周，对外做功1次，故C错误； D．在构造上，汽油机汽缸顶部有火花塞，是用来点燃混合气的；而柴油机汽缸顶部有喷油嘴，是用来向汽缸内喷射柴油的，故D错误。 故选B。 3．如图所示的是汽油机工作循环中的某个冲程。关于此冲程的说法正确的是（　　） A．进气门打开，排气门打开 B．气缸内气体温度降低 C．靠飞轮的惯性完成 D．内能转化为机械能 【答案】C 【详解】ABD．如图，进气门和排气门都是关闭的，活塞上行，可以判断是压缩冲程；活塞压缩空气做功，将机械能转化为内能，气缸内气体温度升高，故ABD错误； C．在汽油机的四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程是靠飞轮的惯性完成的，故C正确。 故选C。 4．柴油机的热效率世界纪录已突破53%。下列关于四冲程汽油机、柴油机工作过程的几种说法，正确的是（　　） A．汽油机的压缩程度比柴油机更高，输出功率更大 B．汽油机比较笨重，主要应用于坦克、拖拉机 C．柴油机在吸气冲程中吸入气缸的只有柴油 D．汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴 【答案】D 【详解】A．柴油机的压缩程度比汽油机更高，这样才能使柴油在压缩冲程末更好地燃烧，输出功率更大，故A错误； B．柴油机比较笨重，主要应用于坦克、拖拉机等，汽油机比较轻巧，常用于汽车等，故B错误； C．柴油机在吸气冲程中吸入气缸的只有空气，柴油是在压缩冲程末由喷油嘴喷入气缸的，故C错误； D．汽油机顶部有火花塞，用于点燃汽油和空气的混合物；柴油机顶部有喷油嘴，用于喷入柴油，故D正确。 故选 D。 5．在一个标准大气压下，用酒精灯给质量为2kg，温度为12℃的水加热，则完全燃烧25.2g酒精可以使水温度（不计热量损失，酒精的热值为）（　　） A．升高90℃ B．升高到100℃ C．升高102℃ D．升高到88℃ 【答案】B 【详解】完全燃烧25.2g酒精放出的热量为 不计热量损失，则水吸收的热量等于酒精放出的热量，则水升高的温度为 水升高了90℃，初温是12℃，若水不在标准大气压下沸腾，则末温是102℃，而标准大气压下水的沸点是100℃，所以水温升高到100℃后不再上升，故水温升高到100℃，升高了88℃，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 6．所示如图为小艳家新买的一辆小汽车，周末，爸爸开车带着小艳出去游玩途中这两汽车在1h的时间内，在水平面上匀速行驶了72km，消耗汽油6kg。若已知该汽车发动机的功率（即牵引的功率）为23kW，汽车（包括车上的人和物品）质量1.5t，汽油的热值为，。则关于上述1h的行驶过程，下列分析正确的是（　　） A．该汽车对路面的压力大于 B．该汽车克服了阻力做的功是 C．该汽车的牵引力是 D．该汽车发动机的效率是 【答案】D 【详解】A．汽车的总重G=mg=1.5×103kg×10N/kg=1.5×104N 汽车呈流线型，当汽车行驶时，车上方空气流速大，压强小，下方空气流速小，压强大，产生一个向上的压强差，因此，会有一个向上的升力产生，使汽车对地面的压力小于车自身的重力，故A错误； B．汽车在水平面上匀速行驶，牵引力和阻力是平衡力，大小相等，该汽车克服阻力做的功等于牵引力做的功为W=Pt=23×103W×1×3600s=8.28×107J，故B错误； C．该汽车的牵引力为 故C错误； D．汽油完全燃烧放出的热量为Q=m′q=6kg×4.6×107J/kg=2.76×108J 该汽车发动机的效率，故D正确。 故选D。 7．下列有关热机的说法中不正确的是（　　） A．为了防止热机过热，通常用水来降温，是利用水的比热容大的特性 B．在四冲程内燃机中减少废气带走的大量热量可以大大提高热机效率 C．内燃机在做功冲程把内能转化为机械能 D．使用热值大的燃料可以提高热机效率 【答案】D 【详解】A．水的比热容较大，与等质量的其他物质相比，升高相同温度时，水可以吸收更多的热量，所以常用水做冷却剂。故A正确，不符合题意； B．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，叫做热机的效率，在四冲程内燃机中减少废气带走的大量热量可以提高有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值，所以可以提高热机效率。故B正确，不符合题意； C．内燃机在做功冲程中高温高压的气体推动活塞向下运动，把内能转化为机械能，故C正确，不符合题意；                                                              D．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，叫做热机的效率，使用热值大的燃料不能提高这个比值，所以不能提高热机效率。故D错误，符合题意。 故选D。 8．为探究不同燃料燃烧放热能力的差异，小明设计了如图甲、乙所示的两组对比实验，实验装置完全相同。烧杯内水的初温、质量也都相同，实验中忽略热量的散失，两种燃料质量相同，燃烧完后，画出水的温度随时间变化的关系图像如图丙所示。下列说法正确的是（　　） A．实验中应控制两种燃料燃烧的时间相同 B．燃料燃烧放出热量的多少是通过加热的时间来反映的 C．甲烧杯水吸收热量与乙烧杯水吸收热量之比是4∶3 D．燃料1的热值与燃料2的热值之比是3∶2 【答案】D 【详解】A．本实验的目的是探究不同燃料燃烧放热能力的差异，需要让两种燃料完全燃烧，比较它们完全燃烧放出热量的多少，而不是控制燃烧时间相同。因为不同燃料的燃烧速度可能不同，控制燃烧时间相同不能保证燃料完全燃烧，也就无法准确比较它们的放热能力，故A错误； B．在本实验中，燃料燃烧放出的热量被水吸收，根据Q吸=cmΔt，在水的质量m和比热容c相同的情况下，水吸收热量的多少是通过水升高的温度Δt来反映的，而不是加热时间，故B错误； C．已知水的质量m和比热容c都相同，根据Q吸=cmΔt，由图丙可知，甲杯水升高的温度 乙杯水升高的温度 则甲烧杯水吸收热量Q甲=cmΔt甲，乙烧杯水吸收热量Q乙=cmΔt乙，那么 故C错误； D．实验中忽略热量的散失，燃料完全燃烧放出的热量等于水吸收的热量，即Q放=Q吸。 根据Q放=mq，两种燃料质量m相同，设燃料1的热值为q1，燃料2的热值为q2，则Q放1=mq1，Q放2=mq2。 因为Q放1=Q甲， Q放2=Q乙，且，所以 即燃料1的热值与燃料2的热值之比是3∶2，故D正确。 故选D。 9．如图所示是古代的省油灯，使用时往上方容器中注油，往下方夹层里注水，点燃浸在油中的棉芯，油灯就发光了。南宋诗人陆游在《老学庵笔记》说：“书灯勿用铜盏，惟瓷盏最省油。蜀中有夹瓷盏，注水于盏唇窍中，可省油之半。”c陶瓷>c铜，下列说法不正确的是（　　） A．冷水吸收热量，进一步降低了油的温度 B．在燃烧过程中，油的热值和比热容都变小 C．从相同大小的火焰吸收相同的热量，陶瓷升温比铜慢 D．瓷质省油灯中油的温度比铜质普通油灯中油的温度低，油蒸发慢，因此省油 【答案】B 【详解】A．冷水温度较低，油的温度较高，存在温度差，又因为水的比热容较大，则冷水会吸收油的热量，从而进一步降低油的温度，故A正确，不符合题意； B．热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关；比热容是物质的一种特性，它只与物质的种类和状态有关。在燃烧过程中，油的种类不变，所以油的热值和比热容都不会变小，故B错误，符合题意； C．从相同大小的火焰吸收相同的热量，根据可知，当Q和m相同时，比热容c越大，温度变化量越小，陶瓷升温比铜慢，故C正确，不符合题意； D．液体的蒸发与液体的温度有关，温度越低，蒸发越慢，瓷质省油灯中油的温度比铜质普通油灯中油的温度低，油蒸发慢，因此省油，故D正确，不符合题意。 故选B。 10．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，烧杯中水的质量为，初温为，点燃酒精，当水温升高到时，立即熄灭火焰。该过程水吸收的热量 。他想利用计算酒精的热值，还需进行的实验操作是 ，他所测算出的热值与真实值相比偏 。 【答案】 测出剩余酒精的质量 小 【详解】[1]该过程水吸收的热量为 [2]他想利用计算酒精的热值，根据可知，还需进行的实验操作是：测出剩余酒精的质量。 [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，所以他所测算出的热值与真实值相比偏小。 11．非遗传统工艺——红薯粉手工制作流程为：打糊头、揉粉团、打粉丝、捞粉、梳剪、晒粉丝、包装。其中打粉丝时需要将水烧开，已知灶台的热效率为，则用木柴可以将大铁锅里的水从加热至 。 【答案】65 【详解】木材完全燃烧放出的热量为 水吸收的热量为 水升高的温度为 则用木柴可以将大铁锅里的水从加热至 12．如图所示，是距今700多年南宋时期的走马灯，半透明宣纸和竹篾做灯罩。扇叶转动时相当于内燃机的 冲程，《武林旧事》一书对走马灯有明确的记载“若沙戏灯影，马骑人物，旋转如飞”，旋转的身影投射的不止是图案，更是流转千年的中华文化与智慧，请你再指出一条走马灯还涉及的物理知识 （合理即可） 【答案】 做功 光在同种均匀介质中沿直线传播 【详解】[1]由题意可知：上升的热空气驱动扇叶转动，从而带动纸片小人转动，此过程是由内能转化为机械能，从能量转化角度可判断，此过程相当于内燃机的做功冲程。 [2]走马灯中影子的形成利用的是光在同种均匀介质中沿直线传播。 13．2025年9月3日阅兵中，坦克、装甲车这些地面装备绝大多数使用的是 （选填“柴油机”或“汽油机”），军用车辆和飞机都使用了高性能的燃料，这些燃料具有较高的 ，在相同重量下提供更多的能量。 【答案】 柴油机 热值 【详解】[1]坦克、装甲车等地面装备绝大多数使用的是柴油机。因为柴油机相比汽油机，具有更高的效率和更大的扭矩，能为重型装备提供强大的动力，适应复杂的地形和重载需求。 [2]军用车辆和飞机使用的高性能燃料具有较高的热值。热值是指单位质量（或体积）的燃料完全燃烧时所放出的热量，热值高的燃料，在相同重量下完全燃烧能提供更多的能量，满足军用装备对动力的高需求。 14．有甲、乙两个物体，它们的质量之比是3:1，吸收的热量之比是2:1，升高的温度之比是5:3，则甲、乙两物质的比热容之比是 。质量和初温都相同的铁块和铜块（c铁>c铜），分别 （选填“吸收”或“放出”）相同的热量后立即接触，热量由铁传给铜。两台汽油机，相同时间内甲做的有用功是乙的1.5倍，甲的效率是25%，乙的效率是30%，那么甲与乙消耗的汽油的质量之比是 。 【答案】 2:5 放出 9:5 【详解】[1]有甲、乙两个物体，它们的质量之比是3:1，吸收的热量之比是2:1，升高的温度之比是5:3，由得，甲、乙两物质的比热容之比是 [2]质量和初温都相同的铁块和铜块，由于c铁>c铜，由得，铁块和铜块吸收或放出的热量相同时，铁块升高或降低的温度较小；铁块和铜块吸收或放出的热量相同后立即接触，热量由铁传给铜，说明铁的末温高于铜的末温；若铁块和铜块吸收热量，温度升高，由于铁块升高的温度较小，则铁块的末温较低，不符合题意；若铁块和铜块放出热量，温度降低，由于铁块降低的温度较小，则铁块的末温较高，符合题意。 [3]两台汽油机，相同时间内甲做的有用功是乙的1.5倍，甲的效率是25%，乙的效率是30%，由得，甲与乙消耗的汽油完全燃烧释放的热量比为 15．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是10g，烧杯内的液体质量和初温也相同。 (1)比较不同燃料的热值，应选择 两图进行实验；比较不同物质的比热容，通过比较 （A加热时间长短        B．液体升高的温度）来体现液体吸收热量的多少； (2)为了研究两种液体的吸热能力，利用其中两幅图进行实验，根据记录数据作出了两种液体的温度随时间变化的图像，如图丁所示： ①由图可以看出，在开始时 液体的温度升高得快， 液体的比热容较大； ②如果已知b液体的比热容是1.8×103J/（kg•℃），则a液体的比热容是 J/（kg•℃）； (3)水的比热容较大，人们往往利用它的这一特性为生活、生产服务或解释一些自然现象，下列事例中与它的这一特性无关的是 。 A．让流动的热水流过散热器取暖 B．汽车发动机用水作为冷却剂 C．沿海地区昼夜温差比内陆地区小 D．夏天在房间内洒水降温 【答案】(1) 甲、乙 A (2) a b (3)D 【详解】（1）[1]比较不同燃料的热值，需要用不同的燃料，加热同一种液体（质量和初温相同），看液体温度升高的多少，即应选甲、乙两图进行实验。 [2]比较不同物质的比热容，利用转换法，通过加热时间来反映液体吸收热量的多少，加热时间越长表示吸收的热量越多。 （2）[1][2][3]由图丁中可以看出，0-10min的时间内，a液体温度上升快，b液体温度上升慢。由可知，比热容大的液体，升高相同温度需要吸收更多热量，所以升温慢。因此b液体比热容大。 [3]由图丁可知，液体温度从20℃升高到80℃，a液体所用时间为10min，b液体则加热了20min，由于是用的相同的加热仪器加热，说明升高相同温度，b液体吸收的热量是a液体的两倍，则由可得，a液体的比热容为 （3）A．让流动的热水流过散热器取暖，利用水的比热容大，相同质量的水可携带更多热量，故A不符合题意； B．汽车发动机用水冷却，利用水的比热容大，相同情况下，吸热多而升温少，故B不符合题意； C．沿海地区昼夜温差小，利用水的比热容大调节气温，故C不符合题意； D．夏天在房间洒水降温，是利用水蒸发吸热，与比热容无关，故D符合题意。 故选D。 16．小宇进行了如下几个小实验： (1)如图甲所示，小宇在装着红棕色二氧化氮(密度大于空气)气体的瓶子上面，倒扣一个空瓶子，使两个瓶口相对之间用一块玻璃板隔开。抽掉玻璃板后，会看到两个瓶子内的气体会混合在一起，最后颜色变得均匀。这一现象是 现象，主要说明了分子在不停地做 ； (2)如图乙所示，小宇在烧瓶内盛少量水，给瓶内打气，当瓶塞跳起时，可以看到瓶内出现白雾，说明水蒸气 成了可以看到的小水滴。在这个过程中，气体膨胀对外做功，温度 ，内能 ； (3)如图丙所示，小宇在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间，观察到塞子受到水蒸气的压力而冲出去。在这个实验中，燃料燃烧时产生的热量利用 的方式传递给水和水蒸气，水蒸气的 能转化为塞子的 能。 【答案】(1) 扩散 无规则运动 (2) 液化 降低 减少 (3) 热传递 内 机械 【详解】（1）[1][2]抽掉玻璃板后，两个瓶子内的气体会混合在一起，最后颜色变得均匀。这种不同的物质在互相接触时彼此进入对方的现象叫做扩散，扩散现象说明分子在不停地做无规则运动。 （2）[1]白雾是液态的小水珠，是由水蒸气遇冷液化形成的。 [2][3]气体膨胀对外做功，将内能转化为机械能，导致自身内能减小，温度降低。 （3）[1]燃料燃烧时放出热量，水和水蒸气吸收热量，内能增加，是通过热传递的方式改变水和水蒸气的内能的。 [2][3]水温度升高会产生大量的水蒸气，过多的水蒸气会将塞子弹出，该过程中水蒸气对塞子做功，将水蒸气的内能转化为塞子的机械能。 17．“运20”是我国自主研发的大型运输机，它的发动机是一种热机，通过航空煤油在气室中燃烧，从喷口向后高速喷出气体，使发动机获得向前的推力，若“运20”在高空中飞行时，在恒定的水平推力作用下，沿水平方向匀速航行10min，需要燃烧航空煤油700kg，已知飞机发动机提供的机械功率是，航空煤油的热值为。求在这10min内： (1)航空煤油完全燃烧放出的热量是多少？ (2)该发动机的热机效率是多大？（若除不尽，保留三位有效数字） 【详解】（1）航空煤油完全燃烧放出的热量是 （2）发动机提供的机械功 该发动机的热机效率是 18．某型号汽车重为，在平直的公路上以90km/h的速度匀速行驶，汽车受到的阻力为2760N，已知汽油的热值为，g取10N/kg。求： (1)汽车匀速行驶100km所用的时间是多少秒？ (2)汽车以90km/h的速度匀速行驶时，牵引力的功率是多少？ (3)若汽车发动机的效率为30%，它匀速行驶10km消耗多少千克汽油？ 【详解】（1）汽车匀速行驶100km所用的时间 （2）汽车匀速行驶时的速度 汽车匀速行驶时，所受的牵引力与阻力是一对平衡力，所以所受牵引力F=f=2760N 牵引力的功率 （3）汽车匀速行驶10km用时 所用有用功 燃烧汽油放出的热量 消耗的汽油的质量 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 四、机械能与内能的相互转化 目录 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1：做功——改变内能的另一种方式 2 知识点2：热机 4 知识点3：燃料的热值 7 【方法技巧】 10 方法技巧1 热值的计算 10 【巩固训练】 10 【学习目标】 1．能区分机械能和内能，知道两者的不同属性。 2．识别两种转化场景：机械能→内能（如摩擦生热）、内能→机械能（如蒸汽机做功）。​ 3．记住做功和热传递是改变内能的两种方式，且做功会伴随机械能与内能的转化。 重点： 1．明确机械能与内能相互转化的具体实例。​ 2．理解“做功改变内能” 的本质：通过做功，机械能与内能发生转移或转化。​ 3．能判断具体过程中，是机械能转化为内能，还是内能转化为机械能。 难点： 1．区分“做功改变内能”和“热传递改变内能”。​ 2．分析复杂过程中的转化。 3．理解 “机械能可以完全转化为内能，但内能不能完全转化为机械能而不引起其他变化”。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：做功——改变内能的另一种方式 1、做功：对物体做功，物体的内能增加；物体对外做功内能减少。 2、做功改变物体的内能 （1）做功可以改变物体的内能，当外界对物体做功时，物体的内能增大，当物体对外界做功时，物体的内 能就会减小。 （2）做功改变物体的内能的实例：钻木取火；搓手取暖；磨刀；折铁丝；用打气筒打气筒壁变热；水蒸气 将壶盖顶起；打开易拉罐盖时，上面出现白雾；电炉丝通电后发热。 做功使物体的内能改变的实质：其他形式的能量（如机械能）与内能之间的相互转化。 3、物体内能的改变方式：做功和热传递。 （1）做功和热传递在改变物体的内能上是等效的。   （2）做功和热传递在本质上是不同的：做功使物体的内能改变，是其他形式的能量和内能之间的转化（不同形式能量间的转化）；热传递使物体的内能改变，是物体间（或物体不同部分）内能的转移（同种形式能量的转移）。 （3）做功与热传递，它们在改变内能能达到相同的效果，但从能的转化观点来看，它们的区别在于做功是其他形式的能与内能的相互转化，能量的形式是变化的，比如摩擦生热，是机械能转化为内能。 【典例1】下列四幅图中改变内能的方法与其他三种不同的是（　　） A．厨房炒菜 B．搓手取暖 C．冰镇饮料 D．沐浴阳光 【典例2】如图所示，用气筒向装有少量水的瓶里缓慢打气，当瓶塞从瓶口跳出时。看到瓶中出现了白雾。在“瓶塞跳出，出现白雾”这个过程中，发生的物态变化是 ，这个现象说明了 可以改变物体的内能。 【变式1】下列过程中属于做功使物体内能增加的是（    ） A．对着手掌“哈气”，手掌有点热 B．两手相互摩擦，手掌有点热 C．冬天，人站在太阳下感觉到暖和 D．用电炉烧开水 【变式2】寒冷的冬天，女孩用嘴不断对着双手用力的“呵气”，手会感到暖和；男孩将双手反复摩擦，手也会感到暖和。其中女孩是通过 的方式来改变双手的内能，男孩是通过 的方式来改变双手的内能。 【变式3】喜欢思考的小明用塑料矿泉水瓶子进行了如下游戏探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（如图甲）；扭转瓶子（如图乙）；轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出（如图丙）。扭转瓶子的过程是通过 的方式使瓶内水蒸气内能增加；将瓶盖冲出的过程与单缸四冲程汽油机的 冲程能量转化相同。 知识点2：热机 1、热机：利用内能做功的机械叫热机。 （1）热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。 （2）内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。 （3）热机工作时的能量转化：燃烧的化学能→内能→机械能。 判断机械是否是热机，要从能量转化的角度来判断。例如：电动机是将电能转化为机械能，不属于热机。 2、汽油机 （1）构造：进气门、排气门、气缸、火花塞、曲轴、连杆等。  （2）工作原理：在气缸内燃烧汽油，生成高温高压的燃气〔化学能→内能〕，使燃气推动活塞做功〔内能 →机械能〕。 （3）冲程：活塞在往复运动中从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程。 （4）汽油机的工作流程：内燃机通过吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环来保证连续工作的。 ①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸； ②压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩汽缸内燃料混合物，温度升高； ③做功冲程：在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功； ④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。 （5）工作过程中能量的转化：①压缩冲程：机械能→内能；②做功冲程：先是化学能→内能，再由内能→机械能； （6）一个工作循环中对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转2周，飞轮转2圈。 3、柴油机 （1）构造：与汽油机相似，区别在于柴油机顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。  （2）工作原理：与汽油机相同。 （3）工作过程：与汽油机相似。 （4）柴油机启动时也要靠外力使飞轮和曲轴转动起来。 （5）特点与应用： 特点：柴油比汽油便宜，但柴油机比较笨重。  应用：载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮船以及发电机。 4、汽油机与柴油机的异同 热机种类 柴油机 汽油机 不同点 构造 气缸顶部有喷油嘴 汽缸顶部有火花塞 吸气 吸入的是空气 吸入的是汽油和空气的混合物 压缩 压缩气体的温度升高，超过柴油的燃点，压缩冲程末，喷油嘴喷出雾状柴油 压缩气体的温度比柴油机的低，压缩冲程末，用火花塞点火 点火 压燃式 点燃式 应用 机体笨重，主要用于载重汽车，坦克等 机体轻便，主要用于汽车、小型飞机等 汽油柴油机异同，关键先看气缸顶，汽油机用火花塞，柴油机用喷嘴油，汽油压末塞点火，柴油压末喷油雾。 【例3】下列汽油机工作的四个冲程中，将内能转化为机械能的冲程是（　　） A． B． C． D． 【例4】在四冲程汽油机的工作过程中，通过做功增加燃料混合物内能的是 冲程；若该汽油机的飞轮转速是1800r/min，则每秒内汽油机做功 次； 【变式1】图1甲为注射器，在室温恒为的环境中，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 ②过程的能量转化与图2中乙相同 ③密封气体在时刻的内能小于时刻的内能 ④活塞静止后，密封气体的温度最终保持在 ⑤图2丙存在化学能转化成内能的过程 A．1个 B．2个 C．3个 D．4个 【变式2】汽油机是热机的一种，如图甲所示是一台单缸四冲程汽油机工作状态示意图，由图可以看出，此时它正处在 冲程，其能量转化情况与 （选填“乙”或“丙”）图相同。如果此汽油机飞轮的转速为，则此汽油机每秒内对外做功的次数为 次。该汽油机工作一段时间后，其使用的燃料汽油的热值 （选填“变大”、“变小”和“不变”） 【变式3】如下左图甲所示，小明在吹气球时，被吹大了的气球没能用手握住，呼啸着飞了出去，若他及时捡起气球，将会感觉到它喷气的嘴部温度和原来相比 （选填“变高”、“变低”或“没有变化”），此过程发生的能量转化与图乙中的 （选填“A”或“B”）图中的能量转化是一致的。 知识点3：燃料的热值 1、热值概念：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，符号时q。 （1）对于气体燃料而言，热值的定义是1m3的某种燃料完全燃烧时放出的热量。 （2）热值是燃料的一种属性，同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同。 （3）热值单位：焦/千克（J/kg），读作焦每千克。 （4）热值的物理意义：热值表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少，如木炭的热值为3.40×107J/kg。 燃料热值的理解 （1）燃料的热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。 （2）“某种燃料”说明热值与燃料的种类有关。 （3）“完全燃烧”的含义是烧完、烧尽。 （4）热值反映了所有能燃烧的物质的一种性质，反映了不同燃料在燃烧过程中，化学能转化为内能本领的大小，也就是说，热值是燃料本身的一种性质，它只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧、放出热值多少均没关系。 （5）计算气体燃料完全燃烧时放出的热量用Q放=Vq。 2、热值的计算公式：Q=mq M——燃料的质量——单位千克（kg）； q——燃料的热值——单位焦/千克（J/kg）； Q——燃烧放出的热量——单位焦耳（J）。 3、比较不同燃料的热值大小 （1）准备实验器材：‌需要准备铁架台、‌石棉网、‌烧杯、‌温度计各两只，‌以及适量的水和两种不同的燃料（‌如酒精和汽油）‌。‌ （2）设置实验装置：‌按照实验装置图依次将燃料盒、‌石棉网、‌烧杯、‌温度计自下而上固定好。‌ （3）控制变量：‌确保两种燃料的质量相同，‌燃烧的时间相同，‌加热相同质量的同种液体。‌ 进行实验：‌在两个烧杯中倒入质量相同、‌初温相同的水；‌在燃料盒中倒入质量相等的适量酒精和汽油；‌分（4）别点燃酒精和汽油，‌加热烧杯内的水，‌直到燃料燃尽。‌记录数据：‌燃料燃尽后，‌记录两烧杯内水升高的温度△t。‌ （5）分析结果：‌比较两装置中烧杯内水升高的温度△t，‌升高的温度越高，‌表明水吸收的热量越多，‌进而表明燃料的放热能力越强。‌ 注意误差不是错误，是不可避免的，只可通过有效手段来减少误差。 【典例5】我国西部某光伏发电站年均发电量约为，已知煤炭的热值，相当于完全燃烧 kg煤炭释放的热量；这些煤炭在燃烧的过程中，其热值的大小将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 【典例6】下表列出了几种燃料的热值，单位是J/kg。 燃料种类 无烟煤 酒精 煤油 干木柴 氢气 热值 (1)为了探究燃料燃烧时放出热量的多少是否与燃料的种类有关，小明同学设计了一个探究方案如下： ①你认为小明同学在实验所选用的燃料的种类是 的，质量应是 的（填选“相同”或“不同”）； ②若燃烧放出的热量用水吸收，则实验中除了水的质量要相等外，你认为还应该注意的问题是： ；（只要回答一种） ③通过比较 可以得出燃料燃烧放出的热量与燃料的种类有关。 (2)若放出相同的热量，则完全燃烧干木柴与完全燃烧酒精的质量比是 。 【典例7】汽车发动机属于热机，通过汽油在汽缸内燃烧，推动活塞做功，为汽车行驶提供牵引力。某汽车在平直公路上行驶时，获得的水平牵引力，沿水平方向匀速行驶2h所走的路程为50km，期间需要完全燃烧热值为的汽油10kg。求2h内： (1)发动机所做的功； (2)汽油完全燃烧放出的热量； (3)发动机的热机效率。（结果保留两位小数） 【变式1】某同学家自来水的温度为15℃，他洗澡时把燃气热水器的温度设定为40℃，通过查看水表得知自己洗澡用了0.02m3的水，则水吸收的 J热量；如果燃气热水器的效率是95％，他这次洗澡消耗了 m3天然气，如果用无烟煤来加热，需要 kg。（c水=4.2×103J/（kg·℃），q天然气=4.0×107J/m3，q煤=3.4×107J/kg） 【变式2】如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。（燃料1是酒精，燃料2是碎纸片） (1)在组装实验装置时，你认为图中横杆、温度计、铁圈、燃具四个器件的安装顺序应是 （选填“由下而上”或“由上而下”）； (2)要比较不同燃料的热值，应选择 两图进行实验：下表是比较燃料热值的实验数据： 燃料 加热前的水温/℃ ①______ 燃料的热值J/kg 10g酒精 10g碎纸片 完善表格，表中①应填写的内容是： ，本实验通过比较 来比较燃料完全燃烧放出的热量； (3)某同学用如图甲装置测碎纸片的热值，加热前碎纸片的质量为m1，加热一段时间后变为m2；试管中水的质量为M，水的初温t1，末温t2，水的比热容用c表示。用以上符号表达该同学测碎纸片热值的计算式是 。该同学测算发现，测量值比课本中的“标准值” 。 【变式3】小明家用天然气做饭时，对一壶初温为20℃、质量为1.5kg的水加热，使水温度升高了80℃，消耗了天然气，已知水的比热容为，天然气的热值为，求： (1)壶中水吸收的热量； (2)天然气完全燃烧放出的热量； (3)用天然气烧水时的效率。 【方法技巧】 方法技巧1 热值的计算 关键提醒 1、必须是 “完全燃烧”，若燃料未烧尽，实际放热小于计算值。​ 2、单位要统一：固体/液体用q（J/kg）和 m（kg），气体用q（J/m³）和V（m³）。​ 3、热值是 “燃料特性”，与质量、燃烧情况无关，只与燃料种类有关（如煤和汽油的q不同）。​ 【巩固训练】 1．2025年8月9日，我国太原卫星发射中心在山东日照附近海域，使用捷龙三号运载火箭成功将吉利星座04组卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。关于火箭发动机，下列说法正确的是（　　） A．火箭发动机使用热值大的燃料 B．火箭燃料燃烧越充分，热值越大 C．火箭发动机主要通过热传递获得机械能 D．火箭发动机不属于热机 2．下列对汽油机和柴油机不同点的描述中正确的是（　　） A．在吸气冲程中汽油机吸入汽缸的是汽油，柴油机吸入汽缸的是柴油 B．在压缩冲程末汽油机用点燃式点火，而柴油机采用的是压燃式点火 C．一个工作循环中，汽油机的活塞往复运动2次，柴油机的活塞往复运动1次 D．在构造上汽油机汽缸顶部有喷油嘴，而柴油机的汽缸顶部有火花塞 3．如图所示的是汽油机工作循环中的某个冲程。关于此冲程的说法正确的是（　　） A．进气门打开，排气门打开 B．气缸内气体温度降低 C．靠飞轮的惯性完成 D．内能转化为机械能 4．柴油机的热效率世界纪录已突破53%。下列关于四冲程汽油机、柴油机工作过程的几种说法，正确的是（　　） A．汽油机的压缩程度比柴油机更高，输出功率更大 B．汽油机比较笨重，主要应用于坦克、拖拉机 C．柴油机在吸气冲程中吸入气缸的只有柴油 D．汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴 5．在一个标准大气压下，用酒精灯给质量为2kg，温度为12℃的水加热，则完全燃烧25.2g酒精可以使水温度（不计热量损失，酒精的热值为）（　　） A．升高90℃ B．升高到100℃ C．升高102℃ D．升高到88℃ 6．所示如图为小艳家新买的一辆小汽车，周末，爸爸开车带着小艳出去游玩途中这两汽车在1h的时间内，在水平面上匀速行驶了72km，消耗汽油6kg。若已知该汽车发动机的功率（即牵引的功率）为23kW，汽车（包括车上的人和物品）质量1.5t，汽油的热值为，。则关于上述1h的行驶过程，下列分析正确的是（　　） A．该汽车对路面的压力大于 B．该汽车克服了阻力做的功是 C．该汽车的牵引力是 D．该汽车发动机的效率是 7．下列有关热机的说法中不正确的是（　　） A．为了防止热机过热，通常用水来降温，是利用水的比热容大的特性 B．在四冲程内燃机中减少废气带走的大量热量可以大大提高热机效率 C．内燃机在做功冲程把内能转化为机械能 D．使用热值大的燃料可以提高热机效率 8．为探究不同燃料燃烧放热能力的差异，小明设计了如图甲、乙所示的两组对比实验，实验装置完全相同。烧杯内水的初温、质量也都相同，实验中忽略热量的散失，两种燃料质量相同，燃烧完后，画出水的温度随时间变化的关系图像如图丙所示。下列说法正确的是（　　） A．实验中应控制两种燃料燃烧的时间相同 B．燃料燃烧放出热量的多少是通过加热的时间来反映的 C．甲烧杯水吸收热量与乙烧杯水吸收热量之比是4∶3 D．燃料1的热值与燃料2的热值之比是3∶2 9．如图所示是古代的省油灯，使用时往上方容器中注油，往下方夹层里注水，点燃浸在油中的棉芯，油灯就发光了。南宋诗人陆游在《老学庵笔记》说：“书灯勿用铜盏，惟瓷盏最省油。蜀中有夹瓷盏，注水于盏唇窍中，可省油之半。”c陶瓷>c铜，下列说法不正确的是（　　） A．冷水吸收热量，进一步降低了油的温度 B．在燃烧过程中，油的热值和比热容都变小 C．从相同大小的火焰吸收相同的热量，陶瓷升温比铜慢 D．瓷质省油灯中油的温度比铜质普通油灯中油的温度低，油蒸发慢，因此省油 10．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，烧杯中水的质量为，初温为，点燃酒精，当水温升高到时，立即熄灭火焰。该过程水吸收的热量 。他想利用计算酒精的热值，还需进行的实验操作是 ，他所测算出的热值与真实值相比偏 。 11．非遗传统工艺——红薯粉手工制作流程为：打糊头、揉粉团、打粉丝、捞粉、梳剪、晒粉丝、包装。其中打粉丝时需要将水烧开，已知灶台的热效率为，则用木柴可以将大铁锅里的水从加热至 。 12．如图所示，是距今700多年南宋时期的走马灯，半透明宣纸和竹篾做灯罩。扇叶转动时相当于内燃机的 冲程，《武林旧事》一书对走马灯有明确的记载“若沙戏灯影，马骑人物，旋转如飞”，旋转的身影投射的不止是图案，更是流转千年的中华文化与智慧，请你再指出一条走马灯还涉及的物理知识 （合理即可） 13．2025年9月3日阅兵中，坦克、装甲车这些地面装备绝大多数使用的是 （选填“柴油机”或“汽油机”），军用车辆和飞机都使用了高性能的燃料，这些燃料具有较高的 ，在相同重量下提供更多的能量。 14．有甲、乙两个物体，它们的质量之比是3:1，吸收的热量之比是2:1，升高的温度之比是5:3，则甲、乙两物质的比热容之比是 。质量和初温都相同的铁块和铜块（c铁>c铜），分别 （选填“吸收”或“放出”）相同的热量后立即接触，热量由铁传给铜。两台汽油机，相同时间内甲做的有用功是乙的1.5倍，甲的效率是25%，乙的效率是30%，那么甲与乙消耗的汽油的质量之比是 。 15．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是10g，烧杯内的液体质量和初温也相同。 (1)比较不同燃料的热值，应选择 两图进行实验；比较不同物质的比热容，通过比较 （A加热时间长短        B．液体升高的温度）来体现液体吸收热量的多少； (2)为了研究两种液体的吸热能力，利用其中两幅图进行实验，根据记录数据作出了两种液体的温度随时间变化的图像，如图丁所示： ①由图可以看出，在开始时 液体的温度升高得快， 液体的比热容较大； ②如果已知b液体的比热容是1.8×103J/（kg•℃），则a液体的比热容是 J/（kg•℃）； (3)水的比热容较大，人们往往利用它的这一特性为生活、生产服务或解释一些自然现象，下列事例中与它的这一特性无关的是 。 A．让流动的热水流过散热器取暖 B．汽车发动机用水作为冷却剂 C．沿海地区昼夜温差比内陆地区小 D．夏天在房间内洒水降温 16．小宇进行了如下几个小实验： (1)如图甲所示，小宇在装着红棕色二氧化氮(密度大于空气)气体的瓶子上面，倒扣一个空瓶子，使两个瓶口相对之间用一块玻璃板隔开。抽掉玻璃板后，会看到两个瓶子内的气体会混合在一起，最后颜色变得均匀。这一现象是 现象，主要说明了分子在不停地做 ； (2)如图乙所示，小宇在烧瓶内盛少量水，给瓶内打气，当瓶塞跳起时，可以看到瓶内出现白雾，说明水蒸气 成了可以看到的小水滴。在这个过程中，气体膨胀对外做功，温度 ，内能 ； (3)如图丙所示，小宇在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间，观察到塞子受到水蒸气的压力而冲出去。在这个实验中，燃料燃烧时产生的热量利用 的方式传递给水和水蒸气，水蒸气的 能转化为塞子的 能。 17．“运20”是我国自主研发的大型运输机，它的发动机是一种热机，通过航空煤油在气室中燃烧，从喷口向后高速喷出气体，使发动机获得向前的推力，若“运20”在高空中飞行时，在恒定的水平推力作用下，沿水平方向匀速航行10min，需要燃烧航空煤油700kg，已知飞机发动机提供的机械功率是，航空煤油的热值为。求在这10min内： (1)航空煤油完全燃烧放出的热量是多少？ (2)该发动机的热机效率是多大？（若除不尽，保留三位有效数字） 18．某型号汽车重为，在平直的公路上以90km/h的速度匀速行驶，汽车受到的阻力为2760N，已知汽油的热值为，g取10N/kg。求： (1)汽车匀速行驶100km所用的时间是多少秒？ (2)汽车以90km/h的速度匀速行驶时，牵引力的功率是多少？ (3)若汽车发动机的效率为30%，它匀速行驶10km消耗多少千克汽油？ / 学科网（北京）股份有限公司 $