暑期讲义09机械能与内能的相互转化（ 知识解读+达标检测）-2026-2027学年苏科版物理九年级上册

09机械能与内能的相互转化 学习目标： 1. 认知目标：知道做功是改变内能的方式，理解机械能与内能可以相互转化。 2. 理解目标：掌握四冲程汽油机的工作过程、冲程特点与能量转化规律。 3. 计算目标：掌握燃料热值的概念、公式，能进行简单放热计算。 4. 辨析目标：能区分做功与热传递、内能与机械能，规避常见概念误区。 学习重难点： 1. 做功改变内能的能量转化； 2. 汽油机四冲程工作原理； 3. 燃料热值的理解与计算。 4. 准确判断汽油机各冲程能量转化； 5. 区分做功、热传递改变内能的本质； 6. 理解热值是燃料固有属性。 知识导图: 考点1：做功-改变内能的另一种方式 考点2：内燃机的四个冲程 考点3：燃料的热值及其计算 考点4：热机的效率 考点1：做功-改变内能的另一种方式 一、改变内能的另一种形式——做功 1．内能的改变：改变物体内能的方法有热传递和做功；热传递是能量的转移，做功是能量的转化。这两种方法对改变物体内能是等效的。 2．做功：外界对物体做功，物体的内能会增大(例如：摩擦生热)；物体对外做功，物体内能会减小(例如：通过活塞向盛有水的烧瓶里打气，当活塞从瓶口跳起时，烧瓶中出现“白雾”)。实质：能量从一种形式的能(其它形式的能)转化为另一种形式的能(内能)。 对物体做功 甲 乙 丙 丁 （1）将铁丝快速弯折多次,用手指触摸一下弯折处,我们会发现弯折处温度较高,这说明我们对铁丝做功铁丝的内能增加,温度升高 （2）将一个铁钉用铁锤反复敲打,一段时间后被敲打的铁钉很烫,这说明我们对铁钉做功,铁钉的内能增加,温度升高 （3）用如图甲所示的空气压缩引火仪进行实验我们通过活塞对筒内的封闭气体做功,气体的内能增加,温度升高,当达到棉花的着火点时,棉花燃烧了 （4）如图乙所示,将刀在磨刀石上来回迅速摩擦,人克服摩擦做功,则刀和磨刀石的温度升高,说明它们的内能增加了。 以上实验说明,我们对物体做功时,消耗的机械能转化为内能,使物体的内能增加，温度升高。 物体对外做功 试管内装一些水，放在火上加热，使水沸腾，水蒸气会把木塞顶起来，水蒸气瞬间变成白气，说明物体的内能转化为了机械能，温度降低。 归根到底：做功是改变物体内能的一种方式 物体对外做功（如爆炸、膨胀）内能→机械能 外力对物体做功（如弯折、压缩、敲打、摩擦）机械能→内能 3．热传递：只要物体之间或同一物体的不同部分间存在着温度差，就会发生热传递，直到温度变得相同(即没有温度差)为止。物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减小。 【例1】勤劳智慧的景颇族的祖先曾发明一种活塞式点火器，如图所示。以牛角作套筒，木质推杆前端粘附艾绒。取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃，随即将杆拔出，口吹立见火苗。手推杆入筒的过程中，筒内密封气体的（　　） A．密度不变 B．内能增大 C．分子数增加 D．分子动能减小 【答案】B 【分析】猛推推杆时间较短，气体来不及吸放热，主要是外界对气体做功，气体内能增加，温度升高，压强增大。 【解答】解：封闭的气体被推杆压缩过程中，活塞对气体做功，所以气体内能增加，则温度升高，分子动能增加，气体体积减小，因为是封闭的气体，质量不变，所以分子数不会增加； 由ρ＝可知，筒内密封气体的密度变大。 故选：B。 【例2】如图所示的火柴是实验室常用的点火工具。我们常将火柴头与擦火皮摩擦点燃火柴，这种点燃火柴的方式是通过 　做功　的方式改变了火柴头的内能；火柴燃烧时我们能闻到一股味道，这与分子在 　不停地做无规则　运动有关。 【答案】做功；不停地做无规则。 【分析】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。 分子在永不停息地做无规则运动。 【解答】解：火柴头在火柴盒上轻轻划过，此过程对火柴做功，火柴的内能增大，温度升高，当达到火柴头的燃点时就会擦燃，这种点燃火柴的方式是通过做功的方式改变了火柴头的内能；火柴燃烧时我们能闻到一股味道，这与分子在不停地做无规则运动有关。 故答案为：做功；不停地做无规则。 【变式1】下列实例中，用做功的方式来改变物体内能的是（　　） A．刚煮熟的鸡蛋放在冷水中，鸡蛋的温度降低 B．用热水袋暖手，手的温度升高 C．热水倒入茶杯，茶杯的温度升高 D．两手相互摩擦，手的温度升高 【答案】D 【分析】改变物体内能的两种方式：做功和热传递，热传递过程是能量的转移过程，而做功过程是能量的转化过程。 【解答】解：A、刚煮熟的鸡蛋放在冷水中，鸡蛋的温度降低，是通过热传递改变了物体的内能，不符合题意； B、用热水袋暖手，手的温度升高，是通过热传递改变了物体的内能，不符合题意； C、热水倒入茶杯，茶杯的温度升高，是通过热传递改变了物体的内能，不符合题意； D、两手相互摩擦，手的温度升高，是手克服摩擦力做功，属于做功改变物体的内能，符合题意。 故选：D。 【变式2】2023年5月10日，搭载天舟六号货运飞船的长征七号遥七运载火箭，在我国文昌航天发射场点火发射升空。在加速升空的过程中，天舟六号相对运载火箭是 　静止　的。如图乙是用可乐瓶自制的水“火箭”，用气筒向瓶内打气过程中是通过 　做功　方式使瓶内空气的内能增大的，增加到一定值时，水便冲开塞子喷射出来，使水“火箭”升空的力的施力物体是 　喷出的水　。 【答案】静止；做功；喷出的水。 【分析】在研究物体运动时，要选择参照的标准，即参照物，物体的位置相对于参照物发生变化，则运动，不发生变化，则静止； 改变内能的方式包括做功和热传递； 当一个物体对另一个物体有力的作用时，另一个物体也同时对这个物体有力的作用，即力的作用是相互的。 【解答】解：在加速升空的过程中，天舟六号相对运载火箭的位置没有改变，是静止的； 用可乐瓶自制的水“火箭”，用气筒向瓶内打气过程中，对空气做功，是通过做功的方式使瓶内空气的内能增大的； 向后喷水对水施加力根据力的作用是相互的，推动火箭向上加速运动的力的施力物体是喷出的水。 故答案为：静止；做功；喷出的水。 考点2：内燃机的四个冲程 热机 （1）一种将内能（燃料产生的高温、高压燃气）转化为机械能的装置。 （2）汽油机工作循环 ①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入汽油和空气的混合气； ②压缩冲程：进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，活塞压缩缸内气体，气体温度升高，活塞的机械能转化为压缩气体的内能，当活塞运动到顶端时，混合气体温度达到最高； ③做功冲程：进气门关闭，排气门关闭，当活塞在顶端时，火花塞点火，汽油燃烧，产生高温高压的燃气，对活塞做功，活塞向下运动，气体的内能转化为活塞的机械能； ④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，排出燃烧后的废气。 冲程名称 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 气门开、关情况 只有一个气门（进气门）打开 两个气门都关闭 两个气门都关闭 只有一个气门（排气门）打开 活塞的运动方向 向下运动 向上运动 向下运动 向上运动 能量的转化情况 机械能转化成内能 内能转化成机械能 示意图 注意：冲程是指活塞从汽缸的一端运动到另一端。 （3）汽油机和柴油机的不同处 项目 构造 吸入气缸的物质 点燃方式 效率 汽油机 气缸顶部有一个火花塞 空气和汽油混合物 点燃式 效率较低 柴油机 气缸顶部有一个喷油嘴 空气 压燃式 效率较高 （4）总结：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。 【例1】下列选项中，称为热机的是（ ） A．冰箱压缩机 B．风扇电动机 C．水力发电机 D．燃油汽车发动机 【答案】D 【详解】 AB．热机是指将蒸汽或燃气的内能转化为机械能的机器，冰箱压缩机、风扇电动机都是利用电能工作的，将电能转化为机械能，所以不是热机，故AB不符合题意； C．水力发电机是将水的机械能转化为电能，不是热机，故C不符合题意； D．燃油汽车发动机是利用燃气的内能转化为机械能的机器，属于热机，故D符合题意。 故选D。 【例2】如图所示是四冲程汽油机的其中一个冲程剖面图，下列描述正确的是（ ） A．吸气冲程中，只有汽油被吸入汽缸 B．压缩冲程中，通过做功的方式使汽缸内气体的内能减小 C．做功冲程中，燃料释放的能量少部分转化为机械能 D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的极少部分 【答案】C 【详解】 A．汽油机在吸气冲程中，进气门打开、排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入汽缸，故A错误； B．在压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，气体的内能变大，此过程是机械能转化为内能的过程，故B错误； C．在做功冲程中，燃料燃烧释放的内能大部分需要克服摩擦、发生热传递而散失，只有一少部分转化为机械能，故C正确； D．在排气冲程中，废气带走了燃料释放的大部分能量，故D错误。 故选C。 【变式1】关于汽油机和柴油机的区别，下列说法中你认为不妥的是（ ） A．柴油机比汽油机费用低廉，但比较笨重 B．柴油机吸入汽缸的是空气，汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物 C．汽油机的汽缸顶部有喷油嘴，柴油机的顶部有火花塞 D．在做功冲程中，柴油机的点火方式是压燃式，汽油机的点火方式是点燃式 【答案】C 【详解】 A．柴油机是压燃式，压缩比较充分，故比较笨重，柴油比汽油费用低廉，故柴油机比汽油机费用低廉，故A正确，不符合题意； B．在吸气冲程，柴油机吸入汽缸的只是空气，喷油嘴喷出汽油，汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物，故B正确，不符合题意； C．柴油机和汽油机的结构不同：柴油机的汽缸顶部是喷油嘴，汽油机的顶部有火花塞，故C错误，符合题意； D．汽油机的点火方式是点燃式，柴油机的点火方式是压燃式，柴油机压缩更加充分，热机效率更高，故D正确，不符合题意。 故选C。 【变式2】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；做功冲程是将___________转化为机械能。 【答案】 20 内能 【详解】 [1]汽油机的飞轮每转2转，会对外做功1次，已知该飞轮转速为 故每秒钟飞轮转动40转，对外做功20次。 [2]做功冲程中，燃料燃烧产生的高温高压气体推动活塞运动，将内能转化为了机械能。 【变式3】光发动机可用于卫星的能源补充，原理如图，密闭气室中N2O4在光照下会分解，使气室气压增大，推动活塞右移，无光条件下发生逆反应，控制光照即可实现活塞往复运动。活塞右移过程相当于汽油机的（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】C 【分析】分析光发动机的能量转化，然后与汽油机的能量转化进行比较即可。 【解答】解：当太阳光照射时，反应室内发生化学反应，导致室内气压增大，这时将化学能转化为机械能，从而推动活塞移动，相当于汽油机的做功冲程。 故选：C。 【变式4】随着人民生活水平的不断提高，小汽车已进入千家万户，小汽车的发动机一般都是四冲程汽油机。如图所示是四冲程汽油机的工作示意图，其中表示压缩冲程的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【分析】在内燃机的四个冲程中，进气阀和排气阀均关闭的只有压缩冲程和做功冲程，而在压缩冲程中活塞向上运动，做功冲程中活塞向下运动；一个气阀打开，另一个气阀关闭的是吸气冲程和排气冲程，而在吸气冲程中活塞向下运动，排气冲程中活塞向上运动。 【解答】解：A．两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，故A不符合题意； B．进气门开启，气体流入汽缸，是吸气冲程，故B不符合题意； C．两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，故C符合题意； D．排气门开启，气体流出汽缸，是排气冲程，故D不符合题意。 故选：C。 考点3：燃料的热值及其计算 （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。 （2）热值单位：焦/千克（J/kg），读作焦每千克。 （3）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）。 （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。 （5）同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同。 【例1】小王和小明利用如图两套装置探究①“不同物质吸热升温的现象”以及②“不同燃料充分燃烧放热的现象”，液体和燃料的质量以及种类根据实验的需要和方便进行正确选取。 （1）在组装器材时应先调节 ___________（选填“A”或“B”）的高度；两个实验中都要控制 ___________（选填“燃料”或“杯中液体”）质量相等； （2）在探究“不同物质吸热升温”的特点时，物质吸热的多少是通过 ___________反映的；在探究“燃料燃烧放出的热量”燃料放热多少是通过 ___________来反映的（填写序号）； A．温度计上升的示数 B．加热时间 （3）两个实验都需要的器材是温度计、___________。 【答案】 ①. A ②. 杯中液体 ③. B ④. A ⑤. 天平 【详解】（1）[1]因实验中需要用酒精灯的外焰加热，故在组装器材时应先调节A的高度。 [2]两个实验中都要用控制变量法，需要控制杯中液体质量相等。 （2）[3]在探究“不同物质吸热升温”的特点时，由转换法，物质吸热的多少是通过加热时间反映的，故B符合题意，A不符合题意。 故选B。 [4]在探究“燃料燃烧放出的热量“实验中，要用不同的燃料，加热质量相同的同种液体，根据Q吸=cmΔt，液体升温越高，则燃料放出的热量越多，故在探究“燃料燃烧放出的热量”燃料放热多少是通过温度计上升的示数来反映的，故A符合题意，B不符合题意。 故选A。 （3）[5]探究不同物质吸热升温的现象时应控制质量和初温相同，比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量时需要控制燃料的质量相同，根据液体升高的温度来比较燃料热值的大小，两个实验都需要的实验器材是天平。 【例2】（多选）小华把质量相同的液体A和液体B分别装入两个相同的容器内，用相同的热源给它们加热，液体的温度随时间变化的图象如图所示，cA＝4.2×103J/（kg•℃），若不计热量损失，下列说法正确的是（　　） A．燃料燃烧一半时，剩余燃料的热值变小 B．液体A的吸热能力比液体B的弱 C．液体A和液体B升高相同的温度，液体A吸收的热量多 D．液体B的比热容为2.1×103J/（kg•℃） 【答案】CD 【分析】（1）热值是燃料的一种特性，其大小与燃料的种类有关，而与质量大小、燃烧程度无关； （2）（3）比较物质吸热能力的2种方法： ①使相同质量的不同物质升高相同的温度，比较吸收的热量（即比较加热时间），吸收热量多的吸热能力强； ②使相同质量的不同物质吸收相同的热量（即加热相同的时间），比较温度的变化，温度变化小的吸热能力强。 （4）从图中可知当放热15min时（放出热量相同），a和b的温度变化量，再根据Q＝cmΔt可知a和b的比热容的关系，已知a的比热容，进而可得出b的比热容。 【解答】解：A、热值是燃料的一种特性，与质量大小、燃烧程度无关，燃料燃烧一半时，剩余燃料的热值不变，故A错误； B、观察图像可知，A和B质量相同，吸收相同的热量，A温度改变量小，比热容大，吸热能力强，所以A比B吸热能力强，故B错误； C、液体A和液体B升高相同的温度，液体A吸热能量强，吸收的热量多，故C正确； D、加热5min，AB吸收的热量相等，为Q，由Q＝cmΔt可知：cA＝；cB＝； 则cA：cB＝ΔtB：ΔtA＝40℃：20℃＝2：1， 则B的比热容为：cB＝cA＝×4.2×103J/（kg•℃）＝2.1×103J/（kg•℃），故D正确。 故选：CD。 【变式1】小刚同学常听大人们牢骚说天然气质量不好，他就想测一下家中使用的天然气的热值。于是，他在家里将装有5kg水的水壶放到天然气灶上去烧，用温度计测量水从20℃加热至80℃的过程中，观察到天然气表的数字变化了0.07m3。他通过上网查阅得知他家使用的天然气灶的效率约为36%，则在这个过程中水吸收的热量是 　1.26×106J　。由此小明算出天然气的热值是 　5×107J/m3　。 【答案】（1）在这个过程中水吸收的热量是1.26×106J； （2）天然气的热值是5×107J/m3。 【分析】（1）已知水的质量、初温、末温，根据Q吸＝cm（t﹣t0）可求出水吸收的热量； （2）根据η＝×100%可求出天然气放出的热量，根据q＝可求出天然气的热值。 【解答】解：（1）水吸收的热量：Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×5kg×（80℃﹣20℃）＝1.26×106J； （2）天然气放出的热量Q放＝＝＝3.5×106J， 天然气的热值q＝＝＝5×107J/m3。 答：（1）在这个过程中水吸收的热量是1.26×106J； （2）天然气的热值是5×107J/m3。 考点4：热机的效率 1．加热效率 （1）有效利用的热量与燃料完全燃烧释放的总能量的比值,就是热效率。 （2）公式：或。 2．热机效率 （1）热机效率：热机工作时,用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,叫作热机效率 （2）公式： ①热机所做的有用功W有用往往是热机对外的牵引力F使得热机在水平方向上通过一定的距离s，当匀速运动时，牵引力F与阻力f相等，于是有； ②是燃料燃烧放出的热量或，所以热机效率公式可变形为：或。 （3）能量损失的原因 如图所示是内燃机的能量流向图,燃料燃烧产生的内能,相当大一部分被废气带走,只有很少一部分转化为有用的机械能,所以热机效率一般都很低 （4）提高热机效率的途径 ①使燃料充分燃烧;②尽量减少各种热损失;③在热机的设计和制造上,采用先进技术;④注意保养,保持机械部件良好的润滑,减少因克服摩擦阻力而消耗的能量 【例1】某家庭用的燃气热水器，将20kg的水从10℃加热到60℃，完全燃烧了0.21m3的煤气。已知水的比热容为4.2×103J/(kg•℃)，煤气的热值为4×107J/m3。试求： （1）煤气完全燃烧放出的热量是多少？ （2）水吸收的热量是多少？ （3）该热水器烧水的效率是多少？ 【答案】（1）8.4×106J；（2）4.2×106J；（3）50% 【详解】解：（1）煤气完全燃烧放出的热量 Q放=Vq=0.21m3×4×107J/kg=8.4×106J （2）水吸收的热量 Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg•℃)×20kg×(60-10)℃=4.2×106J （3）该热水器的烧水效率 答：（1）煤气完全燃烧放出的热量是8.4×106J； （2）水吸收的热量是4.2×106J； （3）该热水器烧水的效率是50%。 【变式1】人类发展史也是利用燃料的历史，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的_____________(选填“热值”“热量”或“温度”)不同，完全燃烧0.28m2的天然气可放出_______________J的热量，这些热量若全部被水吸收，可让____________kg的水温度升高20°C[已知天然气热值q=3.0×107J/m3，水的比热容c = 4.2× 103 J/(kg．°C)]。 【答案】热值；；100。 【解析】[1] 单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，它表示燃料的放热本领强弱，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的热值不同。 [2]完全燃烧0.28m2的天然气可放出的热量； [3]水的质量。 【例2】2020年初，新冠肺炎肆虐，武汉封城，全国各地纷纷伸出援助之手。如图所示，常熟某热心菜农用自重M=15000kg的货车将m=5000kg的蔬菜运往千里之外的湖北武汉。该货车在平直公路上匀速行驶时受到的阻力是总重力的0.02倍，每行驶100km需消耗燃油30kg、已知燃油的热值q=5×107J/kg，g=10N/kg。求： (1)货车受到的阻力大小； (2)货车匀速行驶100km发动机牵引力所做的功； (3)货车发动机的效率。（结果保留1位小数） 【答案】(1)4000N；(2)；(3)26.7% 【详解】(1)货车的总重力 因为货车受到的阻力是总重力的0.02倍，则货车受到的阻力 (2)货车在平直公路上匀速行驶，受到的牵引力与摩擦力是一对平衡力，则有 则货车匀速行驶100km发动机牵引力所做的功 (3)每行驶100km需消耗燃油30kg，则 燃油完全燃烧提供的热量为 货车发动机的效率 【变式1】小明家新买了一辆以汽油为燃料的小汽车。细心的小明发现行驶的速度不同时，耗油量不同。当小汽车以90km/h的速度匀速行驶时最省油，此时发动机的功率为25kW，发动机的效率为30%。若小汽车以最省油的速度行驶270km，求在此过程中： （1） 汽车受到的阻力。 （2） 汽车牵引力做的功。 （3） 消耗汽油的质量（汽油的热值q汽=4.5×107J/kg）。 【答案】（1）1000N；（2）2.7×108J；（3）20kg 【详解】解：（1）汽车匀速行驶，汽车受到的阻力与牵引力平衡，二者大小相等，阻力为 （2）汽车通过270km需要时间为 牵引力做的功为 （3）汽油完全燃烧放出的热量为 消耗的汽油质量为 答：（1）汽车受到的阻力为1000N； （2）汽车牵引力做的功为； （3）需消耗汽油20kg。 一、单选题 1．小明一家在呼伦贝尔大草原游玩，傍晚天气变冷，他们采取下列方法取暖，属于做功改变内能的是（　　） A．喝杯热水 B．抱热水袋 C．搓手搓脸 D．向手心哈气 2．冬天人们常用火炉取暖，下列四个事例中改变物体内能的方式与之相同的是（    ） A．反复弯折铁丝 B．汽油机压缩冲程 C．用冰箱保鲜 D．压缩气体 3．如图所示，传承百年的昌平阳坊涮肉，采用传统的铜锅炭火清汤涮食，味道鲜美，是北京著名美食。下列说法正确的是（     ） A．木炭燃烧过程中，其热值逐渐减小 B．闻到浓郁的香气，说明分子在不停地运动 C．汤的温度越高，其所含有的热量越多 D．汤逐渐变凉的过程，其内能逐渐消失 4．近年来我国重大装备层出不穷，国人倍感自豪。下列装备的动力装置不是热机的是（     ） A．电动汽车 B．航母福建舰 C．国产大飞机C919 D．长征五号运载火箭 5．在四冲程汽油机的工作过程中，做功冲程是（　　） A． B． C． D． 6．如图，加热试管中的水至沸腾。分析橡胶塞被冲出的过程，其能量转化与汽油机的哪个冲程类似（     ） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 7．如图是火箭发动机工作示意图。输送装置将燃料和氧化剂输送到燃烧室燃烧，产生气体喷出推动火箭前进。下列说法正确的是（      ） A．燃料燃烧时化学能转化为内能 B．燃料箱燃料减少，燃料热值减小 C．燃烧放出热量越多，燃料热值越大 D．火箭前进时，燃料的化学能全部转化为火箭的机械能 8．如图所示、古人利用牛角筒和燃烧的艾草制作简易装置，艾草燃烧产生的高温高压气体推动筒内部件向外运动。“筒内部件被燃气推动”的能量转化方式，与汽油机的哪个冲程相同（     ） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 9．2026年5月24日，搭载神舟二十三号载人飞船的长征二号F遥二十三运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。火箭的主燃料是偏二甲肼，这种燃料具有较大的（     ） A．比热容 B．内能 C．热值 D．热量 10．使用酒精灯过程中，灯内酒精逐渐减少，对灯内酒精，下列说法正确的是（　　） A．酒精的密度减小 B．酒精的比热容减小 C．酒精的热值减小 D．酒精的内能减小 11．2024年4月，我国研制的全球首款本体热机效率达53.09%的柴油机正式亮相世界内燃机大会，刷新了柴油机热效率的世界纪录。下列关于四冲程柴油机的说法正确的是（     ） A．压缩冲程通过内能转化为机械能，为外界提供动力 B．若该柴油机飞轮的转速为1800 r/min，则柴油机在1 s内对外做功15次 C．柴油机的热机效率可能达到100% D．做功冲程中通过做功的方式增加了汽缸内气体的内能 12．“旺火”是中国北方春节、元宵节期间垒燃煤炭祈福的民俗，寓意人丁兴旺。以下关于“旺火”的说法正确的是（       ） A．烤“旺火”时，手感到温暖是通过热传递改变了手的内能 B．烤“旺火”时，手感到温暖是由于火含有的热量较多 C．火柴点燃“旺火”时，摩擦使火柴燃烧是内能转化为机械能 D．垒“旺火”的煤炭在燃烧过程中热值变小 13．下列关于热和能的说法中正确的是（     ） A．物体的温度升高，内能可能减小 B．热量可以从内能小的物体传递给内能大的物体 C．燃料的热值越大，燃烧时放出的热量越多 D．汽油机吸气冲程只吸入空气，在压缩冲程中通过做功使空气的内能增大 14．2026年3月，张雪机车820RR在世界超级摩托车锦标赛（WSBK）葡萄牙站夺冠。该摩托车搭载自研的直列三缸水冷发动机，其最大功率99kW，最高转速每分钟12000转，下列说法正确的是（     ） A．发动机的压缩冲程将内能转化为机械能 B．发动机用水作冷却液是因为水的比热容较大 C．发动机以最大功率工作时，每秒做功99J D．发动机在最高转速下，每秒对外做功200次 15．甲、乙两种燃料完全燃烧放出的热量与质量的关系图像如图所示，下列说法正确的是（     ） A．甲燃料的热值小于乙燃料的热值 B．完全燃烧甲、乙两种燃料加热同一锅水至沸腾，所需乙燃料的质量更小 C．完全燃烧相同质量的两种燃料，甲放出的热量更多 D．使用甲燃料的热机效率一定高，但是热机效率肯定小于100% 二、填空题 16．如图所示是热机工作冲程中的__________冲程；为了不让热机在工作时温度太高，在设计时，气缸外有一个水套，里面充满水，是利用了水的__________比较大的物理属性，通过__________的方式减少气缸的内能。 17．如图所示，爆米花是一种深受大家喜爱的食品。制作时，将玉米粒放入锅中用火加热，加热到一定程度时，玉米粒迅速爆开，变成了爆米花，玉米粒爆开的瞬间，内部水蒸气对玉米粒外壳________，水蒸气的内能转化为玉米粒的机械能；远远我们就能闻到爆米花的香味，这是________现象。 18．潮汕砂锅粥香气四溢，这是______现象；煮粥选用砂锅，这是因为砂锅比热容比铁锅______，利于保温；为了节约能源，当砂锅粥沸腾时改用小火，此时燃气的热值_______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。 19．在学习了热机之后，小明利用身边物品制作了一个动力小船，如图所示。当易拉罐中的水吸热汽化所产生的大量水蒸气从小孔中冲出时，小船就能向前运动。小明使用的易拉罐是铝制成的，这是因为铝_____（选填“容易”或“不容易”）导热；加热后，易拉罐中的水温度升高，这种改变水内能的方式叫_____；图示的动力小船中能量转化情况与内燃机的_____冲程相同。 20．把质量为2kg、温度为20℃的水加热到80℃，水吸收的热量为_____________ J，若用天然气来提供这些热量（不计热量损失），则需要完全燃烧__________ m3的天然气[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值为3.6×107J/m3]。 21．某物理兴趣小组的同学，用煤炉给10kg的水加热，同时绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线，假设煤炭在相同时间内燃烧的质量相同，且完全燃烧。已知在6min内完全燃烧了0.3kg的煤，则煤完全燃烧放出的热量为________J。在“0~2min”、“2~4min”和“4~6min”三个时间段，________时间段煤炉热效率最高？这个最高时间段煤炉的热效率是________。水的比热容为，煤的热值为。 22．“煮酒论英雄”是《三国演义》中的著名典故。将米酒加热后饮用，这是通过_______的方式来改变“酒”的内能。将米酒从加热至，至少需要吸收_______J热量。酒的主要成分是乙醇，将一定比例的乙醇和汽油混合，可以制成车用乙醇汽油。一台单缸四冲程汽油机飞轮转速为50 r/s，使用乙醇汽油时单次做功冲程喷油，该汽油机的热效率为40%，则该汽油机的每秒输出机械能_______J。（已知：，） 23．近年我国氢能源汽车实现从北京到上海1500km长距离运输测试，这是中国氢能源车辆首次大范围、长距离、跨区域的实际运输测试。如图所示是某款氢能源汽车，该款氢能源汽车在公路上行驶30km，用时35min，受到的牵引力为，消耗氢气0.8kg，则此过程中汽车行驶时牵引力做功的功率为__________W，氢气燃烧放出的热量为__________J，利用氢能的效率为__________。（） 三、实验题 24．(1)探究水在沸腾时温度随吸收热量变化特点的实验时，通过加热时间来反映水吸收的热量多少。水沸腾开始计时并测量温度，实验数据如下表所示。 加热时间/min 0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 温度/℃ 99 99 99 99 99 99 99 99 ①在此实验中，应通过观察___________来判断水是否沸腾。 ②根据表中数据归纳出实验结论：水沸腾时，___________。 (2)试管内装适量水用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间橡胶塞被推出，管口出现大量“白气”，如图所示，橡胶塞被推出的过程中，水蒸气的___________能转化为橡胶塞的机械能。 25．在“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”实验中，小林选用碎纸片和酒精为燃料进行了实验。 (1)小林将天平放在水平桌面上并将游码归零后，正确测量所用碎纸片质量时的场景，此时游码所处位置如图所示，则他还应称量___________g的酒精； (2)小林组装的实验装置如图所示，他在器材安装中的一处错误___________。 (3)本实验中，燃料完全燃烧放出热量的多少是通过___________来反映的； (4)为保证实验结论的可靠，以及方便比较，小林同学在实验中应让下列___________（填序号）保持相同。 ①酒精和碎纸片的质量；②两烧杯中水的质量；③加热的时间；④水升高的温度； (5)完成实验数据记录如表。根据表中数据，酒精和碎纸片热值较大的是___________。通过实验得到的燃料热值与实际相比会偏___________。（选填“大”或“小”） 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽时水温/℃ 水温的变化/℃ 酒精 20 80 60 碎纸片 20 65 45 四、计算题 26．一辆重型油罐车，满载时总质量为kg，车轮与地面总接触面积为。油罐车在平直公路上匀速行驶12000m，耗时10min，牵引力大小为。油罐内装有深度为1.5m的柴油，柴油密度，热值，g取10N/kg。求： (1)油罐车在平直公路上行驶的速度； (2)油罐底部受到柴油的液体压强； (3)若油罐车内柴油完全燃烧放出的热量为，则车内柴油的质量。 27．如图所示是我国建造的全球聚光面积最大的敦煌熔盐塔式光热电站，在满足光照条件下，每天可使该电站的6000t熔盐温度上升400℃。高温的熔盐通过蒸汽发生器产生蒸汽推动汽轮机发电，日发电量W=6.48×1011J。已知c熔盐=1.5×103J/（kg·℃），求： (1)6000t熔盐每天吸收的热量； (2)该光热电站的热电转换效率。 28．环保部门为了保持城市的清洁，定期使用洒水车对主干道洒水保洁。已知洒水车自身的质量为5t，满载时可以装水8t。某日清晨，洒水车满载时在马路上匀速行驶，8min内行驶了4800m，消耗燃油6kg（假设燃油完全燃烧），已知洒水车满载行驶时的牵引力大约是其总重的0.1倍，g=10N/kg，燃油的热值是3×107J/kg。求上述过程中： (1)洒水车运动的速度； (2)牵引力对洒水车做的功； (3)牵引力对洒水车做功的功率； (4)汽车发动机的效率。（精确到1%） 试卷第1页，共3页 第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C C B A C C A C C D 题号 11 12 13 14 15 答案 B A B B C 1．C 【详解】ABD．喝热水、抱热水袋、向手心哈气，都是热量从高温物体转移到人体，属于热传递改变内能，故ABD不符合题意； C．搓手搓脸时克服摩擦做功，将机械能转化为内能，属于做功改变内能，故C符合题意。 故选C。 2．C 【详解】冬天火炉取暖是通过热传递改变人体内能。 A．反复弯折铁丝，人对铁丝做功，机械能转化为内能，属于做功改变内能，故A不符合题意； B．汽油机压缩冲程，活塞对气缸内气体做功，机械能转化为内能，属于做功改变内能，故B不符合题意； C．用冰箱保鲜，食物将热量传递给冰箱，内能减小、温度降低，属于热传递改变内能，和题干方式相同，故C符合题意； D．压缩气体，外力对气体做功，机械能转化为内能，属于做功改变内能，故D不符合题意。 故选C。 3．B 【详解】A．热值是燃料的固有特性，只和燃料种类有关，与燃烧过程、质量无关，木炭燃烧时热值保持不变，故A错误； B．闻到涮肉香气是扩散现象，扩散现象说明分子在不停地做无规则运动，故B正确； C．热量是过程量，不能说物体“含有热量”，故C错误； D．汤变凉时，温度降低，内能减小，内能只是转移到周围环境中，不会凭空消失，故D错误。 故选B。 4．A 【详解】A．电动汽车的动力装置是电动机，主要把电能转化为机械能，不是热机，符合题意； B．航母的动力装置工作时通过燃料释放内能并对外做功，属于热机，不符合题意； C．国产大飞机C919的航空发动机工作时通过燃料燃烧释放内能并对外做功，属于热机，不符合题意； D．长征五号运载火箭的发动机工作时通过燃料释放内能产生高温高压气体喷出获得推力，属于热机，不符合题意。 故选A。 5．C 【详解】A．进气门开启，活塞下行，气体流入汽缸，是吸气冲程，故A不符合题意； B．两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，故B不符合题意； C．两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，故C符合题意； D．排气门开启，活塞上行，气体流出汽缸，是排气冲程，故D不符合题意。 故选 C。 6．C 【详解】加热试管使水沸腾后，高温高压的水蒸气推动橡胶塞冲出，是水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能，而在汽油机四个冲程中，做功冲程是高温高压燃气膨胀对外做功，将内能转化为机械能，和本实验的能量转化一致。 故选C。 7．A 【详解】A．燃料燃烧是化学反应，将化学能转化为内能，故A正确； BC．热值是燃料的特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关，所以燃料箱燃料减少，热值不变。热值与放出热量的多少无关，故BC错误； D．火箭前进时，是将燃气的内能转化为机械能，由于有热量损失，燃料不可能全部燃烧等因素影响，燃料的化学能不可能全部转化为火箭的机械能，故D错误。 故选A。 8．C 【详解】高温高压燃气推动筒内部件向外运动，是将燃气的内能转化为部件的机械能。 汽油机的四个冲程中：吸气、排气冲程无能量转化；压缩冲程将机械能转化为内能；做功冲程是高温高压燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，与题干的能量转化方式相同，故选C。 9．C 【详解】火箭使用偏二甲肼作为燃料，是因为偏二甲肼具有较大的热值，在燃烧相同质量的燃料时，偏二甲肼释放出的热量更多，故选C。 10．D 【详解】密度、比热容、热值都是物质本身的特性，和质量多少无关，酒精变少这三个量都不变。 内能是物体内所有分子动能和势能的总和，与物体的质量、温度等因素有关。使用酒精灯过程中，灯内酒精的质量不断减少，所以其内能减小。故选D。 11．B 【详解】A．压缩冲程中活塞向上运动压缩气体做功，将机械能转化为内能，没有对外做功，无法提供动力，故A错误； B．四冲程柴油机，一个工作循环包含4个冲程，飞轮转2圈。对外做功1次，转速 故每秒对外做功次数 15 次，故B正确； C．热机工作时会有大量热量损失，热机效率不可能达到100%，故C错误； D．做功冲程是燃气膨胀对外做功，将内能转化为机械能，气体的内能减少，故D错误。 故选B。 12．A 【详解】A．烤“旺火”时，手从火吸收热量，温度升高，这是通过热传递的方式改变了手的内能，故A正确； B．热量是一个过程量，只能说吸收或放出热量，不能说物体含有热量，故B错误； C．摩擦生热是克服摩擦力做功，将机械能转化为内能，使火柴温度升高达到着火点而燃烧，故C错误； D．热值与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧情况等无关，所以煤炭在燃烧过程中热值不变，故D错误。 故选A。 13．B 【详解】A．物体的温度升高，分子热运动加剧，内能一定增大，故A错误； B．热传递的条件是物体间存在温度差，和内能大小无关。内能小的物体可能温度更高，因此热量可以从内能小的物体传递给内能大的物体，故B正确； C．燃料燃烧放出热量的多少与热值、燃料质量等有关，仅热值越大，无法确定放出热量越多，故C错误； D．汽油机吸气冲程吸入的是汽油和空气的混合物，只有柴油机吸气冲程才只吸入空气，故D错误。 故选B。 14．B 【详解】A．四冲程内燃机的压缩冲程，是活塞压缩气体做功，将机械能转化为内能，故A错误； B．水的比热容较大，相同质量的水和其他物质相比，升高相同温度时能吸收更多热量，冷却效果更好，因此发动机常用水作冷却液，故B正确； C．根据可知，每秒做功，故C错误； D．最高转速为每分钟12000转，即每秒转数为；四冲程发动机每2转，单个气缸对外做功1次，该发动机是三缸，因此每秒对外做功次数为，故D错误。 故选B。 15．C 【详解】AC．由图像可知，当燃料质量 相同时，甲放出的热量大于乙放出的热量。根据热值公式 可知，甲燃料的热值大于乙燃料的热值，故A错误，C正确； B．加热同一锅水至沸腾，水吸收的热量相同，即需要的总热量一定。因为甲的热值大，根据 可知，完全燃烧所需甲燃料的质量更小，故B错误； D．热机效率取决于有用功与燃料完全燃烧放出热量的比值，虽然甲的热值大，但热机做的有用功不一定多，所以效率不一定高，由于存在能量损失，热机效率一定小于 ，故D错误。 故选C。 16． 压缩 比热容 热传递 【详解】由图可知，热机两个气门都关闭，活塞向上运动，因此该冲程是压缩冲程；水的比热容较大，相同质量的水和其他物质相比，升高相同温度时可以吸收更多热量，冷却效果更好，因此用水降温利用了水比热容较大的特性；气缸温度高于水，热量从气缸传递到水，是通过热传递的方式减少气缸的内能。 17． 做功 扩散 【详解】玉米粒爆开瞬间，内部高温高压的水蒸气膨胀，对玉米粒外壳做功，将水蒸气的内能转化为玉米粒的机械能。 远远就能闻到爆米花的香味，是因为香味分子在永不停息地做无规则运动，扩散到空气中，这种现象属于扩散现象。 18． 扩散 大 不变 【详解】香气四溢是因为分子在永不停息地做无规则运动，物质分子彼此进入对方的这种现象叫做扩散现象。 比热容是物质的特性之一，比热容越大，相同质量的物质吸收或放出相同热量时温度变化越慢。砂锅比热容比铁锅大，能更持久地保持温度，利于保温。 热值是燃料的固有特性，只与燃料的种类有关，与燃烧时的火力大小等燃烧情况无关，所以改用小火时燃气的热值不变。 19． 容易 热传递 做功 【详解】铝是热的良导体，容易导热； 蜡烛加热水，是通过热传递的方式改变水的内能； 水蒸气冲出推动小船前进，是内能转化为机械能，和内燃机的做功冲程能量转化一致。 20． 0.014 【详解】温度变化 水吸收的热量 不计热损失，天然气完全燃烧放出的热量 天然气的体积 21． 0~2min 42% 【详解】根据热值公式煤完全燃烧放出的热量 由图可知0∼2min时间段水温升高最多，水吸热最多，由热效率可知这个时间段煤炉热效率最高。 0∼2min 水吸收的热量 6min燃烧煤0.3kg，因此2min燃烧煤放出的热量 热效率 22． 热传递 【详解】改变物体内能的方式有热传递和做功，将米酒加热是通过热传递的方式，使米酒吸收热量，内能增大； 根据吸热公式，其中温度变化量，吸收的热量； 单缸四冲程汽油机飞轮每转动2圈完成一个工作循环，对外做功1次，因此每秒对外做功次数次。计算每秒的总喷油量 每秒燃料完全燃烧放出的热量 该汽油机的每秒输出机械能 23． 37.5% 【详解】行驶路程 用时 牵引力做的功 功率 氢气燃烧放出的热量 氢能的利用效率 24．(1) 是否有大量气泡不断上升、变大，到水面破裂 持续吸热，温度不变 (2)内 【详解】（1）水沸腾的典型特征是产生大量气泡，且气泡上升过程中体积逐渐变大，最终在水面破裂，因此实验中通过观察气泡的变化判断水是否沸腾。 由表格数据可知，水沸腾后，持续加热（不断吸热），温度始终保持99℃不变，因此可得结论：水沸腾时持续吸热，温度不变。 （2）试管实验中，水蒸气推动橡胶塞做功，内能减小，温度降低，水蒸气液化形成“白气”，这一过程是内能转化为机械能。 25．(1)7.5 (2)温度计的玻璃泡碰到了烧杯底部 (3)水升高的温度 (4)①② (5) 酒精 小 【详解】（1）实验要求比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量，酒精质量需要和碎纸片相等。标尺分度值为0.5g，天平读数为7.5g，因此需要称量7.5g酒精。 （2）温度计使用时玻璃泡需完全浸没在水中，不能接触容器底或侧壁，图中错误为温度计玻璃泡接触了烧杯底部。 （3）本实验用转换法，相同质量的水，吸热越多温度升高越明显，因此用水升高的温度来反映燃料完全燃烧放出热量的多少。 （4）根据控制变量法，比较不同燃料热值时，需要控制燃料质量、烧杯内水的质量相同，因此选①②。 （5）相同质量的燃料，酒精使水升高的温度更大，说明酒精放热更多，热值更大；实验中燃料放出的热量会有部分散失到空气中、被装置吸收，水吸收的热量小于燃料实际放出的热量，因此计算得到的热值比实际偏小。 26．(1)20m/s (2) (3) 【详解】（1）由题可知，油罐车行驶的时间 根据速度公式，油罐车的速度 （2）油罐底部受到柴油的液体压强为 （3）已知柴油完全燃烧放出的热量，根据热值公式，柴油的质量为 27．(1) (2) 【详解】（1）由题意可得，6000t熔盐每天吸收的热量 （2）该光热电站的热电转换效率 28．(1)10m/s (2) (3) (4)35% 【详解】（1）根据可得，洒水车8min行驶4800m运动的速度 （2）根据题意可得，牵引力 牵引力对洒水车做的功 （3）牵引力对洒水车做功的功率 （4）燃油完全燃烧产生的热量 则汽车发动机的效率 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 09机械能与内能的相互转化 学习目标： 1. 认知目标：知道做功是改变内能的方式，理解机械能与内能可以相互转化。 2. 理解目标：掌握四冲程汽油机的工作过程、冲程特点与能量转化规律。 3. 计算目标：掌握燃料热值的概念、公式，能进行简单放热计算。 4. 辨析目标：能区分做功与热传递、内能与机械能，规避常见概念误区。 学习重难点： 1. 做功改变内能的能量转化； 2. 汽油机四冲程工作原理； 3. 燃料热值的理解与计算。 4. 准确判断汽油机各冲程能量转化； 5. 区分做功、热传递改变内能的本质； 6. 理解热值是燃料固有属性。 知识导图: 考点1：做功-改变内能的另一种方式 考点2：内燃机的四个冲程 考点3：燃料的热值及其计算 考点4：热机的效率 考点1：做功-改变内能的另一种方式 一、改变内能的另一种形式——做功 1．内能的改变：改变物体内能的方法有热传递和做功；热传递是能量的转移，做功是能量的转化。这两种方法对改变物体内能是等效的。 2．做功：外界对物体做功，物体的内能会增大(例如：摩擦生热)；物体对外做功，物体内能会减小(例如：通过活塞向盛有水的烧瓶里打气，当活塞从瓶口跳起时，烧瓶中出现“白雾”)。实质：能量从一种形式的能(其它形式的能)转化为另一种形式的能(内能)。 对物体做功 甲 乙 丙 丁 （1）将铁丝快速弯折多次,用手指触摸一下弯折处,我们会发现弯折处温度较高,这说明我们对铁丝做功铁丝的内能增加,温度升高 （2）将一个铁钉用铁锤反复敲打,一段时间后被敲打的铁钉很烫,这说明我们对铁钉做功,铁钉的内能增加,温度升高 （3）用如图甲所示的空气压缩引火仪进行实验我们通过活塞对筒内的封闭气体做功,气体的内能增加,温度升高,当达到棉花的着火点时,棉花燃烧了 （4）如图乙所示,将刀在磨刀石上来回迅速摩擦,人克服摩擦做功,则刀和磨刀石的温度升高,说明它们的内能增加了。 以上实验说明,我们对物体做功时,消耗的机械能转化为内能,使物体的内能增加，温度升高。 物体对外做功 试管内装一些水，放在火上加热，使水沸腾，水蒸气会把木塞顶起来，水蒸气瞬间变成白气，说明物体的内能转化为了机械能，温度降低。 归根到底：做功是改变物体内能的一种方式 物体对外做功（如爆炸、膨胀）内能→机械能 外力对物体做功（如弯折、压缩、敲打、摩擦）机械能→内能 3．热传递：只要物体之间或同一物体的不同部分间存在着温度差，就会发生热传递，直到温度变得相同(即没有温度差)为止。物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减小。 【例1】勤劳智慧的景颇族的祖先曾发明一种活塞式点火器，如图所示。以牛角作套筒，木质推杆前端粘附艾绒。取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃，随即将杆拔出，口吹立见火苗。手推杆入筒的过程中，筒内密封气体的（　　） A．密度不变 B．内能增大 C．分子数增加 D．分子动能减小 【例2】如图所示的火柴是实验室常用的点火工具。我们常将火柴头与擦火皮摩擦点燃火柴，这种点燃火柴的方式是通过 　做功　的方式改变了火柴头的内能；火柴燃烧时我们能闻到一股味道，这与分子在 　不停地做无规则　运动有关。 【变式1】下列实例中，用做功的方式来改变物体内能的是（　　） A．刚煮熟的鸡蛋放在冷水中，鸡蛋的温度降低 B．用热水袋暖手，手的温度升高 C．热水倒入茶杯，茶杯的温度升高 D．两手相互摩擦，手的温度升高 【变式2】2023年5月10日，搭载天舟六号货运飞船的长征七号遥七运载火箭，在我国文昌航天发射场点火发射升空。在加速升空的过程中，天舟六号相对运载火箭是 　静止　的。如图乙是用可乐瓶自制的水“火箭”，用气筒向瓶内打气过程中是通过 　做功　方式使瓶内空气的内能增大的，增加到一定值时，水便冲开塞子喷射出来，使水“火箭”升空的力的施力物体是 　喷出的水　。 考点2：内燃机的四个冲程 热机 （1）一种将内能（燃料产生的高温、高压燃气）转化为机械能的装置。 （2）汽油机工作循环 ①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入汽油和空气的混合气； ②压缩冲程：进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，活塞压缩缸内气体，气体温度升高，活塞的机械能转化为压缩气体的内能，当活塞运动到顶端时，混合气体温度达到最高； ③做功冲程：进气门关闭，排气门关闭，当活塞在顶端时，火花塞点火，汽油燃烧，产生高温高压的燃气，对活塞做功，活塞向下运动，气体的内能转化为活塞的机械能； ④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，排出燃烧后的废气。 冲程名称 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 气门开、关情况 只有一个气门（进气门）打开 两个气门都关闭 两个气门都关闭 只有一个气门（排气门）打开 活塞的运动方向 向下运动 向上运动 向下运动 向上运动 能量的转化情况 机械能转化成内能 内能转化成机械能 示意图 注意：冲程是指活塞从汽缸的一端运动到另一端。 （3）汽油机和柴油机的不同处 项目 构造 吸入气缸的物质 点燃方式 效率 汽油机 气缸顶部有一个火花塞 空气和汽油混合物 点燃式 效率较低 柴油机 气缸顶部有一个喷油嘴 空气 压燃式 效率较高 （4）总结：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。 【例1】下列选项中，称为热机的是（ ） A．冰箱压缩机 B．风扇电动机 C．水力发电机 D．燃油汽车发动机 【例2】如图所示是四冲程汽油机的其中一个冲程剖面图，下列描述正确的是（ ） A．吸气冲程中，只有汽油被吸入汽缸 B．压缩冲程中，通过做功的方式使汽缸内气体的内能减小 C．做功冲程中，燃料释放的能量少部分转化为机械能 D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的极少部分 【变式1】关于汽油机和柴油机的区别，下列说法中你认为不妥的是（ ） A．柴油机比汽油机费用低廉，但比较笨重 B．柴油机吸入汽缸的是空气，汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物 C．汽油机的汽缸顶部有喷油嘴，柴油机的顶部有火花塞 D．在做功冲程中，柴油机的点火方式是压燃式，汽油机的点火方式是点燃式 【变式2】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；做功冲程是将___________转化为机械能。 【变式3】光发动机可用于卫星的能源补充，原理如图，密闭气室中N2O4在光照下会分解，使气室气压增大，推动活塞右移，无光条件下发生逆反应，控制光照即可实现活塞往复运动。活塞右移过程相当于汽油机的（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【变式4】随着人民生活水平的不断提高，小汽车已进入千家万户，小汽车的发动机一般都是四冲程汽油机。如图所示是四冲程汽油机的工作示意图，其中表示压缩冲程的是（　　） A． B． C． D． 考点3：燃料的热值及其计算 （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。 （2）热值单位：焦/千克（J/kg），读作焦每千克。 （3）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）。 （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。 （5）同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同。 【例1】小王和小明利用如图两套装置探究①“不同物质吸热升温的现象”以及②“不同燃料充分燃烧放热的现象”，液体和燃料的质量以及种类根据实验的需要和方便进行正确选取。 （1）在组装器材时应先调节 ___________（选填“A”或“B”）的高度；两个实验中都要控制 ___________（选填“燃料”或“杯中液体”）质量相等； （2）在探究“不同物质吸热升温”的特点时，物质吸热的多少是通过 ___________反映的；在探究“燃料燃烧放出的热量”燃料放热多少是通过 ___________来反映的（填写序号）； A．温度计上升的示数 B．加热时间 （3）两个实验都需要的器材是温度计、___________。 【例2】（多选）小华把质量相同的液体A和液体B分别装入两个相同的容器内，用相同的热源给它们加热，液体的温度随时间变化的图象如图所示，cA＝4.2×103J/（kg•℃），若不计热量损失，下列说法正确的是（　　） A．燃料燃烧一半时，剩余燃料的热值变小 B．液体A的吸热能力比液体B的弱 C．液体A和液体B升高相同的温度，液体A吸收的热量多 D．液体B的比热容为2.1×103J/（kg•℃） 【变式1】小刚同学常听大人们牢骚说天然气质量不好，他就想测一下家中使用的天然气的热值。于是，他在家里将装有5kg水的水壶放到天然气灶上去烧，用温度计测量水从20℃加热至80℃的过程中，观察到天然气表的数字变化了0.07m3。他通过上网查阅得知他家使用的天然气灶的效率约为36%，则在这个过程中水吸收的热量是 　1.26×106J　。由此小明算出天然气的热值是 　5×107J/m3　。 考点4：热机的效率 1．加热效率 （1）有效利用的热量与燃料完全燃烧释放的总能量的比值,就是热效率。 （2）公式：或。 2．热机效率 （1）热机效率：热机工作时,用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,叫作热机效率 （2）公式： ①热机所做的有用功W有用往往是热机对外的牵引力F使得热机在水平方向上通过一定的距离s，当匀速运动时，牵引力F与阻力f相等，于是有； ②是燃料燃烧放出的热量或，所以热机效率公式可变形为：或。 （3）能量损失的原因 如图所示是内燃机的能量流向图,燃料燃烧产生的内能,相当大一部分被废气带走,只有很少一部分转化为有用的机械能,所以热机效率一般都很低 （4）提高热机效率的途径 ①使燃料充分燃烧;②尽量减少各种热损失;③在热机的设计和制造上,采用先进技术;④注意保养,保持机械部件良好的润滑,减少因克服摩擦阻力而消耗的能量 【例1】某家庭用的燃气热水器，将20kg的水从10℃加热到60℃，完全燃烧了0.21m3的煤气。已知水的比热容为4.2×103J/(kg•℃)，煤气的热值为4×107J/m3。试求： （1）煤气完全燃烧放出的热量是多少？ （2）水吸收的热量是多少？ （3）该热水器烧水的效率是多少？ 【变式1】人类发展史也是利用燃料的历史，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的_____________(选填“热值”“热量”或“温度”)不同，完全燃烧0.28m2的天然气可放出_______________J的热量，这些热量若全部被水吸收，可让____________kg的水温度升高20°C[已知天然气热值q=3.0×107J/m3，水的比热容c = 4.2× 103 J/(kg．°C)]。 【例2】2020年初，新冠肺炎肆虐，武汉封城，全国各地纷纷伸出援助之手。如图所示，常熟某热心菜农用自重M=15000kg的货车将m=5000kg的蔬菜运往千里之外的湖北武汉。该货车在平直公路上匀速行驶时受到的阻力是总重力的0.02倍，每行驶100km需消耗燃油30kg、已知燃油的热值q=5×107J/kg，g=10N/kg。求： (1)货车受到的阻力大小； (2)货车匀速行驶100km发动机牵引力所做的功； (3)货车发动机的效率。（结果保留1位小数） 【变式1】小明家新买了一辆以汽油为燃料的小汽车。细心的小明发现行驶的速度不同时，耗油量不同。当小汽车以90km/h的速度匀速行驶时最省油，此时发动机的功率为25kW，发动机的效率为30%。若小汽车以最省油的速度行驶270km，求在此过程中： （1） 汽车受到的阻力。 （2） 汽车牵引力做的功。 （3） 消耗汽油的质量（汽油的热值q汽=4.5×107J/kg）。 一、单选题 1．小明一家在呼伦贝尔大草原游玩，傍晚天气变冷，他们采取下列方法取暖，属于做功改变内能的是（　　） A．喝杯热水 B．抱热水袋 C．搓手搓脸 D．向手心哈气 2．冬天人们常用火炉取暖，下列四个事例中改变物体内能的方式与之相同的是（    ） A．反复弯折铁丝 B．汽油机压缩冲程 C．用冰箱保鲜 D．压缩气体 3．如图所示，传承百年的昌平阳坊涮肉，采用传统的铜锅炭火清汤涮食，味道鲜美，是北京著名美食。下列说法正确的是（     ） A．木炭燃烧过程中，其热值逐渐减小 B．闻到浓郁的香气，说明分子在不停地运动 C．汤的温度越高，其所含有的热量越多 D．汤逐渐变凉的过程，其内能逐渐消失 4．近年来我国重大装备层出不穷，国人倍感自豪。下列装备的动力装置不是热机的是（     ） A．电动汽车 B．航母福建舰 C．国产大飞机C919 D．长征五号运载火箭 5．在四冲程汽油机的工作过程中，做功冲程是（　　） A． B． C． D． 6．如图，加热试管中的水至沸腾。分析橡胶塞被冲出的过程，其能量转化与汽油机的哪个冲程类似（     ） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 7．如图是火箭发动机工作示意图。输送装置将燃料和氧化剂输送到燃烧室燃烧，产生气体喷出推动火箭前进。下列说法正确的是（      ） A．燃料燃烧时化学能转化为内能 B．燃料箱燃料减少，燃料热值减小 C．燃烧放出热量越多，燃料热值越大 D．火箭前进时，燃料的化学能全部转化为火箭的机械能 8．如图所示、古人利用牛角筒和燃烧的艾草制作简易装置，艾草燃烧产生的高温高压气体推动筒内部件向外运动。“筒内部件被燃气推动”的能量转化方式，与汽油机的哪个冲程相同（     ） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 9．2026年5月24日，搭载神舟二十三号载人飞船的长征二号F遥二十三运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。火箭的主燃料是偏二甲肼，这种燃料具有较大的（     ） A．比热容 B．内能 C．热值 D．热量 10．使用酒精灯过程中，灯内酒精逐渐减少，对灯内酒精，下列说法正确的是（　　） A．酒精的密度减小 B．酒精的比热容减小 C．酒精的热值减小 D．酒精的内能减小 11．2024年4月，我国研制的全球首款本体热机效率达53.09%的柴油机正式亮相世界内燃机大会，刷新了柴油机热效率的世界纪录。下列关于四冲程柴油机的说法正确的是（     ） A．压缩冲程通过内能转化为机械能，为外界提供动力 B．若该柴油机飞轮的转速为1800 r/min，则柴油机在1 s内对外做功15次 C．柴油机的热机效率可能达到100% D．做功冲程中通过做功的方式增加了汽缸内气体的内能 12．“旺火”是中国北方春节、元宵节期间垒燃煤炭祈福的民俗，寓意人丁兴旺。以下关于“旺火”的说法正确的是（       ） A．烤“旺火”时，手感到温暖是通过热传递改变了手的内能 B．烤“旺火”时，手感到温暖是由于火含有的热量较多 C．火柴点燃“旺火”时，摩擦使火柴燃烧是内能转化为机械能 D．垒“旺火”的煤炭在燃烧过程中热值变小 13．下列关于热和能的说法中正确的是（     ） A．物体的温度升高，内能可能减小 B．热量可以从内能小的物体传递给内能大的物体 C．燃料的热值越大，燃烧时放出的热量越多 D．汽油机吸气冲程只吸入空气，在压缩冲程中通过做功使空气的内能增大 14．2026年3月，张雪机车820RR在世界超级摩托车锦标赛（WSBK）葡萄牙站夺冠。该摩托车搭载自研的直列三缸水冷发动机，其最大功率99kW，最高转速每分钟12000转，下列说法正确的是（     ） A．发动机的压缩冲程将内能转化为机械能 B．发动机用水作冷却液是因为水的比热容较大 C．发动机以最大功率工作时，每秒做功99J D．发动机在最高转速下，每秒对外做功200次 15．甲、乙两种燃料完全燃烧放出的热量与质量的关系图像如图所示，下列说法正确的是（     ） A．甲燃料的热值小于乙燃料的热值 B．完全燃烧甲、乙两种燃料加热同一锅水至沸腾，所需乙燃料的质量更小 C．完全燃烧相同质量的两种燃料，甲放出的热量更多 D．使用甲燃料的热机效率一定高，但是热机效率肯定小于100% 二、填空题 16．如图所示是热机工作冲程中的__________冲程；为了不让热机在工作时温度太高，在设计时，气缸外有一个水套，里面充满水，是利用了水的__________比较大的物理属性，通过__________的方式减少气缸的内能。 17．如图所示，爆米花是一种深受大家喜爱的食品。制作时，将玉米粒放入锅中用火加热，加热到一定程度时，玉米粒迅速爆开，变成了爆米花，玉米粒爆开的瞬间，内部水蒸气对玉米粒外壳________，水蒸气的内能转化为玉米粒的机械能；远远我们就能闻到爆米花的香味，这是________现象。 18．潮汕砂锅粥香气四溢，这是______现象；煮粥选用砂锅，这是因为砂锅比热容比铁锅______，利于保温；为了节约能源，当砂锅粥沸腾时改用小火，此时燃气的热值_______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。 19．在学习了热机之后，小明利用身边物品制作了一个动力小船，如图所示。当易拉罐中的水吸热汽化所产生的大量水蒸气从小孔中冲出时，小船就能向前运动。小明使用的易拉罐是铝制成的，这是因为铝_____（选填“容易”或“不容易”）导热；加热后，易拉罐中的水温度升高，这种改变水内能的方式叫_____；图示的动力小船中能量转化情况与内燃机的_____冲程相同。 20．把质量为2kg、温度为20℃的水加热到80℃，水吸收的热量为_____________ J，若用天然气来提供这些热量（不计热量损失），则需要完全燃烧__________ m3的天然气[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值为3.6×107J/m3]。 21．某物理兴趣小组的同学，用煤炉给10kg的水加热，同时绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线，假设煤炭在相同时间内燃烧的质量相同，且完全燃烧。已知在6min内完全燃烧了0.3kg的煤，则煤完全燃烧放出的热量为________J。在“0~2min”、“2~4min”和“4~6min”三个时间段，________时间段煤炉热效率最高？这个最高时间段煤炉的热效率是________。水的比热容为，煤的热值为。 22．“煮酒论英雄”是《三国演义》中的著名典故。将米酒加热后饮用，这是通过_______的方式来改变“酒”的内能。将米酒从加热至，至少需要吸收_______J热量。酒的主要成分是乙醇，将一定比例的乙醇和汽油混合，可以制成车用乙醇汽油。一台单缸四冲程汽油机飞轮转速为50 r/s，使用乙醇汽油时单次做功冲程喷油，该汽油机的热效率为40%，则该汽油机的每秒输出机械能_______J。（已知：，） 23．近年我国氢能源汽车实现从北京到上海1500km长距离运输测试，这是中国氢能源车辆首次大范围、长距离、跨区域的实际运输测试。如图所示是某款氢能源汽车，该款氢能源汽车在公路上行驶30km，用时35min，受到的牵引力为，消耗氢气0.8kg，则此过程中汽车行驶时牵引力做功的功率为__________W，氢气燃烧放出的热量为__________J，利用氢能的效率为__________。（） 三、实验题 24．(1)探究水在沸腾时温度随吸收热量变化特点的实验时，通过加热时间来反映水吸收的热量多少。水沸腾开始计时并测量温度，实验数据如下表所示。 加热时间/min 0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 温度/℃ 99 99 99 99 99 99 99 99 ①在此实验中，应通过观察___________来判断水是否沸腾。 ②根据表中数据归纳出实验结论：水沸腾时，___________。 (2)试管内装适量水用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间橡胶塞被推出，管口出现大量“白气”，如图所示，橡胶塞被推出的过程中，水蒸气的___________能转化为橡胶塞的机械能。 25．在“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”实验中，小林选用碎纸片和酒精为燃料进行了实验。 (1)小林将天平放在水平桌面上并将游码归零后，正确测量所用碎纸片质量时的场景，此时游码所处位置如图所示，则他还应称量___________g的酒精； (2)小林组装的实验装置如图所示，他在器材安装中的一处错误___________。 (3)本实验中，燃料完全燃烧放出热量的多少是通过___________来反映的； (4)为保证实验结论的可靠，以及方便比较，小林同学在实验中应让下列___________（填序号）保持相同。 ①酒精和碎纸片的质量；②两烧杯中水的质量；③加热的时间；④水升高的温度； (5)完成实验数据记录如表。根据表中数据，酒精和碎纸片热值较大的是___________。通过实验得到的燃料热值与实际相比会偏___________。（选填“大”或“小”） 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽时水温/℃ 水温的变化/℃ 酒精 20 80 60 碎纸片 20 65 45 四、计算题 26．一辆重型油罐车，满载时总质量为kg，车轮与地面总接触面积为。油罐车在平直公路上匀速行驶12000m，耗时10min，牵引力大小为。油罐内装有深度为1.5m的柴油，柴油密度，热值，g取10N/kg。求： (1)油罐车在平直公路上行驶的速度； (2)油罐底部受到柴油的液体压强； (3)若油罐车内柴油完全燃烧放出的热量为，则车内柴油的质量。 27．如图所示是我国建造的全球聚光面积最大的敦煌熔盐塔式光热电站，在满足光照条件下，每天可使该电站的6000t熔盐温度上升400℃。高温的熔盐通过蒸汽发生器产生蒸汽推动汽轮机发电，日发电量W=6.48×1011J。已知c熔盐=1.5×103J/（kg·℃），求： (1)6000t熔盐每天吸收的热量； (2) 该光热电站的热电转换效率。 28．环保部门为了保持城市的清洁，定期使用洒水车对主干道洒水保洁。已知洒水车自身的质量为5t，满载时可以装水8t。某日清晨，洒水车满载时在马路上匀速行驶，8min内行驶了4800m，消耗燃油6kg（假设燃油完全燃烧），已知洒水车满载行驶时的牵引力大约是其总重的0.1倍，g=10N/kg，燃油的热值是3×107J/kg。求上述过程中： (1)洒水车运动的速度； (2)牵引力对洒水车做的功； (3)牵引力对洒水车做功的功率； (4)汽车发动机的效率。（精确到1%） 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $