12.4 机械能与内能的相互转化（举一反三·讲义）物理新教材苏科版九年级上册

本讲义聚焦“机械能与内能的相互转化”核心知识点，系统梳理做功改变物体内能的原理、热机的工作冲程、燃料热值的比较与计算、热机效率的分析等内容，通过知识框架构建完整学习支架，衔接能量转化的基础概念与实际应用。 资料以实验探究为特色，如压缩气体点火、瓶塞冲出等实验培养科学探究能力，对比表格明晰热传递与做功的区别渗透科学思维，结合滑梯、火箭燃料等实例深化物理观念。例题与变式题助力课堂教学，课后作业分层设计，便于学生查漏补缺，提升知识应用能力。

12.4 机械能与内能的相互转化 目录 模块一 知识框架 1 模块二 知识精讲 1 【知识点1 做功改变物体的内能】 2 【知识点2 热机】 4 【知识点3 比较不同燃料的热值】 7 【知识点4 热值】 10 【知识点5 热机的效率】 12 模块三 课后作业 15 模块一 知识框架 模块二 知识精讲 情景导入 如图所示，小朋友从滑梯滑下，会感到臀部发烫；将试管中的水加热至沸腾后，橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出去。这些现象都说明了什么？ 知识归纳 【知识点1 做功改变物体的内能】 做功改变物体的内能 探究做功改变物体的内能 做功的两种情况 外界对物体做功 物体对外界做功 探究过程与现象 分析与论证 迅速压下活塞，玻璃筒内的气体被压缩，活塞对筒内气体做功，从而使筒内气体的内能增加，温度升高，当温度达到硝化棉的燃点时，硝化棉开始迅速燃烧 向瓶内打气，压缩瓶内的空气，不断对瓶内空气做功，瓶内空气内能增加，温度升高，随着打入空气的增加，气压越来越大，直至冲开瓶塞，此时，瓶内的空气推动瓶塞做功，内能减少，温度降低，其中水蒸气液化成小水滴，形成白雾 得出结论 （1） 做功可以改变物体的内能； （2） 外界对物体做功，物体温度升高，物体内能增加； （3） 物体对外界做功，物体温度降低，物体内能减少 4.热传递和做功改变物体内能的区别与联系 探究做功改变物体的内能 区别 联系 实质 方式 举例 热传递 能量的转移 高温物体放热，低温物体吸热 生活中烧、烤、烙、炒，生产中的淬火等 做功和热传递都可以改变物体的内能，且效果相同。某物体的内能发生改变，可能是通过热传递改变的，也可能是通过做功改变的，或者两者都有。若不知道具体过程，则无法确定内能的改变方式 做功 其他形式能与内能之间的相互转化 压缩体积、摩擦生热、锻打物体、弯折物体等 打气筒打气、钻木取火、来回多次弯折铁丝等 体积膨胀等 装开水的暖水瓶内的气体将瓶塞冲开灯 特别提醒：做功、热传递改变物体内能的实质 （1）做功改变物体的内能的实质是能量的转化，即内能与其他形式的能的相互转化； （2）热传递改变物体内能实质上是能量的转移，即能量从一个物体转移到另一个物体或从物体的一部分转移到另一部分，无不同形式能量的相互转化； 【例1】古代人们常用钻木取火，下列情况改变内能方式与其不同的是（　　）。 A. 甲图：冬天搓手取暖 B. 乙图：小朋友溜滑梯臀部发热 C. 丙图：热鸡蛋放在冷水中冷却 D. 丁图：压缩空气使其内能增大 【变式1-1】关于温度、热传递、做功与内能，下列说法正确的是（　　）。 A．做功的过程一定是机械能转化为内能 B．自然界中物体的温度升高，一定是外界对物体做功 C．物体温度升高，内能一定增大，且一定从外界吸收了热量 D．温度相同的两个物体相互接触．它们之间不会发生热传递 【变式1-2】如图所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团脱脂棉，把活塞迅速压下去，可以观察到的现象是脱脂棉 。这是因为压下活塞时活塞对空气 ，使空气的内能 （选填“增大”或“减小”），温度 （选填“升高”或“降低”），达到脱脂棉的燃点。 【知识点2 热机】 热机 （1）热机：热力发动机的简称，它是将燃料燃烧产生的高温、高压燃气的内能转化为机械能的装置。 （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、柴油机和天然气发动机两类。 （3）汽油机：常见的四冲程汽油机，它的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。 1.吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，燃料和空气的混合气体被吸入气缸； 2.压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合气体被压缩，温度升高，机械能转化为内能； 3.做功冲程：当活塞到达顶端时，火花塞打火，使混合气体猛烈燃烧，产生高温、高压燃气，推动活塞向下运动，内能转化为机械能；如：如电火花发生器点燃塑料盒内的酒精气体能将盒盖喷出很远，酒精内能减少。 4.排气进程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将废气排出气缸。 注：在汽油机的一个工作循环中，4个冲程，曲轴（又叫飞轮）旋转2圈，活塞往复运动2次，对外做功1次。 【例2】如图，下压活塞使硝化棉着火，这个过程与选项四冲程汽油机工作示意图中，哪一个冲程的能量转化过程是相同的（　　） A． B． C． D． 【变式2-1】如图所示，图甲汽油机与图 （填“乙”“丙”或“乙和丙”）中能量转化情况相同，如果该汽油机飞轮的转速是360r/min，则汽油机每秒钟对外做功 次；图乙中，棉花的内能增大主要是通过 方式实现的。 【变式2-2】随着人民生活水平的不断提高，汽车已经走进我们的家庭。小米最近也购买了一辆轿车。当该轿车汽油机的转速为3600r/min时，则在1s内汽油机对外做功的次数是 次，压缩冲程中将 能转化为 能。 【知识点3 比较不同燃料的热值】 比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量 【做一做】取质量相等的酒精和面巾纸碎片各5g，分别放入两个燃烧皿中，点燃后对装有相等质量的水（约30g）的试管加热（图 12-35），使酒精和面巾纸碎片充分燃烧。记录加热前后两支温度计的示数。 提醒： 注意安全，防止烫伤。 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 水温的变化/℃ 酒精       面巾纸碎片     【想一想】质量相等的酒精和面巾纸碎片充分燃烧后，试管中水温的变化一样吗? 这说明了什么? 不一样；说明了它们所放出的热量不相等。 【结论】实验表明，质量相等的不同燃料，充分燃烧所放出的热量一般是不相等的。 【例3】如图所示，甲、乙、丙三图中装置完全相同。燃料的质量都是10g，烧杯内液体的初温和质量相同。 (1)为比较不同物质的比热容，应选择 两图装置进行实验。实验中通过比较 （选填“加热时间”或“升高的温度”）来比较物质吸收热量的多少； (2)比较不同燃料的热值，应选择 两图装置进行实验。实验中，需等待燃料 （选填“燃烧相同的时间”或“燃烧相同的质量”），然后通过比较 （选填“加热时间”或“升高的温度”）来比较热值的大小； (3)通过实验得到的燃料热值与实际相比要偏 （选填“大”或“小”）。 【变式3-1】如图甲所示，小明用该装置粗测花生米的热值，过程如下：用电子秤取30g水放入烧杯中，将温度传感器插入水中，并连接电脑；取0.7g花生米穿在细铁丝上，点燃花生米，立即移到烧杯正下方，给水加热，传感器获得温度一时间的图像如图乙所示。（c水=4.2×103J/(kg·℃)） (1)实验中花生米燃烧放出的热量是通过 来显示； (2)①实验过程中老师提醒小明要适当转动花生米，这样做的目的是 ； ②根据乙图像，粗略测得花生米的热值为 J/kg。在实验中小明看到花生米燃烧冒大量的黑烟，这会导致测得的热值 真实值。 【变式3-2】如图1所示，甲、乙，丙三个实验装置完全相同，燃料的质量都为10g。烧杯内的液体质量和初温也相同。根据记录的数据作出了两种液体的温度随时间变化关系的图像如图2所示。 (1)烧杯内液体的质量应该 （选填“相同”或“不同”）； (2)比较不同燃料的热值应选择 两个装置，比较不同物质的比热容应选择 两个装置； (3)在“比较不同燃料的热值”的实验中，通过观察 比较燃料燃烧放出热量的多少；（选填“温度计示数”或“加热时间”） (4)如果已知b液体的比热容是，则a液体的比热容是 ； (5)通过实验得到的燃料热值与燃料的实际热值相比偏 （选填“大”或“小”）。 【知识点4 热值】 燃料的热值 （1）热值：某种燃料完全燃烧放出的热量，与其质量的比值叫这种燃料的热值；用“q”表示。 （2）热值单位：J/kg。 （3）热值的物理意义：一、1kg某种燃料完全燃烧放出的热量就等于该燃料的热值；二、热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小；也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。 （4）燃料燃烧放出的热量：热量：Q放 ＝qm；（Q放 是燃料放出的热量，单位是J；q是热值，单位是J/kg；m 是质量，单位是kg） 特别提醒：固体燃料、液体燃料的热值以“J/kg”为单位，而气体燃料的热值以“J/m3”为单位。因此Q放 ＝qm一般用于固体燃料和液体燃料放热的计算；Q放 ＝Vq一般用于气体燃料放出热值的计算，其中V为气体燃料的体积。 （5）对燃料热值的透析 热值是燃料的一种固有性质 热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小；也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关 对完全燃烧的理解 对于热值的概念，要注重理解三个关键词：“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是指燃料的质量，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值；某种燃料是指热值与燃料的种类有关；完全燃烧意思是燃料要完全烧尽，否则1kg燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就不是该热值所确定的值 热值的作用 燃料热值的高低是衡量燃料优劣的主要指标 特别提醒： （1）不是任何物质都有热值。热值是燃料的固有性质，如石块、铁块等非燃料物质没有热值； （2）只有燃料放热时，才能用Q放 ＝qm或Q放 ＝Vq进行计算，不要将其与温度降低时的放热公式Q放=cm△t混淆。 【例4】火箭常用液态氢气作燃料，这主要是因为液态氢的（    ） A．热量多 B．比热容大 C．热值大 D．密度小 【变式4-1】甲、乙两种燃料完全燃烧放出的热量与其质量的关系图像如图所示，下列分析正确的是（   ） A．甲燃料的热值小于乙燃料的热值 B．完全燃烧甲、乙两种燃料放出相同的热量，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．由图像可知，燃料燃烧放出的热量越多，其质量一定越大 【变式4-2】如图所示， 2024年4月25日， 搭载着神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。下列说法正确的是（　　） A．火箭的燃料燃烧得越充分， 热值越大 B．火箭“体内”的燃料选用液氢是因为液氢的质量大 C．火箭“体内”的液氢燃料温度低至-253℃时，内能为零 D．火箭“体内”的液氢燃料在燃烧过程中，质量减少，热值不变 【知识点5 热机的效率】 1.燃料的有效利用：用煤气灶、锅炉、煤炉等烧水时，燃料不能完全燃烧利用，具体原因是多样的。例如，燃料不能完全燃烧而损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量、灶体本身也会吸收一部分能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，水吸收的热量只占燃料燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是有效利用的部分。如图所示： 2.锅炉的效率 （1）锅炉是利用燃料或其他热源把水加热成热水或蒸汽的设备。锅炉包括锅和炉两部分，锅是指盛水的容器，炉是燃料燃烧的装置。 （2）提高锅炉燃料利用率的途径：一、让燃料尽可能充分燃烧，如将煤研磨成粉状，加大进风量等；二、减少热量损失，如加大有效受热面积等。 3.内燃机中热量燃烧的能量流向图 4.热机效率 （1）定义：用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。 （2）计算公式： 对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功W有用，故热机的效率公式又可写成：。 （3）物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。 （4）常见热机效率：蒸汽机6%-15%，汽油机20%-30%，柴油机30%-45%。 特别提醒：热机效率总小于1的原因 因为热机中用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的总能量的一部分，由于各种能量的损失和燃烧条件的限制，这部分能量一定小于完全燃烧放出总能量，所以有用功的能量与燃烧放出的总能量的比值必然小于1，即热机的效率一定小于1。 【例5】用燃气灶把质量为3kg、初温为20℃的水加热至沸腾，一共消耗了30g燃气[燃气的热值是4.2×107J/kg，水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)]。在此过程中，求： (1)水增加的内能； (2)燃气完全燃烧放出的热量； (3)燃气灶加热的效率。 【变式5-1】冰雪运动越来越受到人们的喜爱，小明一家寒假期间去滑雪场游玩，看到一辆雪地摩托车，如图所示。其空车质量为100kg，静止时与雪地接触的总面积为0.2m2。试问： （1）该车装有宽大的履带，目的是为了 　。 （2）该车载着质量为50kg的人静止时，对水平雪地的压强为多少？（g取10N/kg） （3）该车以36km/h的速度在水平雪地上匀速直线行驶2h，行驶过程中车所受阻力大小恒为800N，共消耗燃油3.6kg。则该车的效率为多少？（燃油的热值q＝4.0×107J/kg） 【变式5-2】已知煤气的热值为，小王洗澡需要燃烧的煤气，求 (1)这些煤气完全燃烧放出的热量是多少； (2)若这些热量的70%被温度为30℃，质量为100kg的水吸收，则水温升高多少？（已知） 模块三 课后作业 一、单选题 1．“神舟十八号”返回舱返回过程中，进入大气层，与大气摩擦形成高温“火球”。下列实例中改变内能的方式与“火球”的形成原理相同的是（　　） A．棉被晒热 B．用燃气烧水 C．鸡蛋放入冷水变凉 D．空气被压缩，温度升高 2．四冲程汽油机在工作过程中，将燃气的内能转化为机械能的冲程是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 3．内燃机的发明是第二次工业革命中应用技术领域的一项重大成就。如图所示为单缸四冲程汽油机的一个冲程示意图，若该汽油机的效率为30%，飞轮每分钟转动1800圈，则下列说法正确的是（　　）(q汽油=4.6ｘ107J/kg) A．图中所示冲程是压缩冲程 B．若该汽油机完全燃烧5kg汽油，则汽油机做的有用功为2.3ｘ108J C．该汽油机在1s内做功30次 D．汽油机消耗的燃料越少，效率一定越高 4．古代原始人在生活中学会了钻木取火．以下四个事例中能量转化与之相同的是（　　） A．甲、丙 B．甲、丁 C．乙、丙 D．乙、丁 5．如图所示，用相同装置进行下列两个实验：①探究不同物质吸热升温的现象；②比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量。以下判断正确的是（　　） A．利用甲、乙装置可以完成实验① B．实验①中的研究对象是烧杯中的液体，实验②中的研究对象是燃料 C．两个实验中，都需要天平和秒表 D．实验①中通过升高温度比较吸热多少，实验②中通过加热时间比较放热多少 6．某品牌汽车在一段平直公路上匀速行驶，用时5min45s，消耗燃油，已知汽车的牵引力是2000N，燃油的热值为，假设燃油完全燃烧。则 汽车行驶速度是 汽车发动机的效率是 做功冲程机械能转化为内能 消耗的燃油完全燃烧放出的热量是 汽车牵引力做功的功率是30kW A. 只有、、 B. 只有和 C. 只有和 D. 只有和 7．如图所示，用完全相同的装置加热液体。已知燃料的质量、烧杯内的液体质量、加热方式均相同。不计热损失，将燃料点燃直至燃尽，三个烧杯中液体升高的温度随时间变化的图像如丁所示，则下列说法正确的是（　　） A．仅用乙、丙两图可以比较不同燃料的热值 B．甲、丙装置中的液体在0-t内吸收的热量之比为2∶1 C．a、b两种液体的比热容之比为 D．燃料1和燃料2的热值之比为 二、填空题 8．改变内能有不同的方式，如图所示是通过 方式增加试管里的水的内能。水沸腾后，水蒸气推动“试管塞”迅速冲出管口，水蒸气的内能 （选填“增大”或“减小”），在“试管塞”被推出的过程中，能量转化情况与内燃机的 冲程相同。 9．如图所示，是热机工作中提供动力的　 　冲程，其它冲程靠飞轮的　 　完成；热机通常用水来作为冷却剂，是利用了水的　 　大的物理特性，转速为6000r/min的热机1min对外做功　 　次。 10．汽油机是工农业生产中常用的热机，某型号汽油机的飞轮转速是1200r/ min。 (1)此汽油机每秒钟完成 个做功冲程，此冲程将 能转化为 能； (2)当汽油燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时汽油的热值将 （“变大”、“不变”或“变小”）。 11．某台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，在1s内汽油机对外做功 次。若该汽油机的效率为30%，汽油机在某段时间完全燃烧了400g汽油，则汽油完全燃烧放出的热量为 J，汽油机输出的有用机械功为 J。（） 12．为全面推进“乡村振兴”工程，加快农业农村绿色发展，我市部分农村地区已经使用上了天然气烧水煮饭。小明同学用他家的天然气灶将质量为2kg，初温为20℃的水加热到100℃，水吸收的热量是__________J；消耗了0.03m3的天然气，则此天然气灶的热效率为__________。【水的比热容c=4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值q=7.0×107J/m3】 三、实验题 13．小明和小辉学习了燃料的热值后，他们一起设计了一个实验来探究煤油和菜籽油热值的大小关系，他们组装了如图甲和乙所示的装置进行实验，两相同烧杯中水的质量相同，实验记录的结果如表一、表二所示。 表一 水温/℃ 30 100 100 加热时间/min 0 5 刚好沸腾 10 刚好燃尽 表二 水温/℃ 30 50 70 90 加热时间/min 0 5 10 15（刚好燃尽） (1)实验中是用 （填“温度计升高的示数”或“加热时间的长短”）来表示煤油和菜籽油放出热量的多少，实验时要控制煤油和菜籽油的 相等； (2)小明认为燃料完全燃烧完所需要的时间过长，可以在燃烧3min时就读数比较，小辉同学听后立即否定了小明同学的思路，理由是 ； (3)实验中，若燃料完全燃烧且不考虑热量的损失，煤油与菜籽油的热值之比为 ； (4)加热功率是燃料燃烧放出热量的多少与燃烧时间的比值，则在题（3）条件下煤油的加热功率为菜籽油加热功率的 倍。 14．如图所示，小明用甲、乙、丙三套完全相同的装置，完成“比较不同物质的吸热本领”和“不同燃料的热值”两个热学实验： （1）安装实验器材时，小明应按照 （选填“自上而下”或“自下而上”）的顺序进行；为了完成这两个实验，除了用完全相同的烧杯，还分别装入 和初温均相等的水和煤油。 （2）为了比较水和煤油的吸热本领，小明应选择甲、丙两套装置，通过 （选填“加热时间”或“温度计示数变化”）来比较水和煤油吸收热量的多少；为了比较不同燃料的热值，小明选择 两套装置。 （3）小明认为，燃料完全燃烧放出的热量 （选填“大于”“等于”或“小于”）液体吸收的热量，原因是 （写出一种即可）。 （4）总结实验结论后，小明认为，沿海地区海陆风的形成与“地面和海水的吸热本领不同”有关，如图丁、戊所示是海陆风形成的示意图，其中 （选填“丁”或“戊”）图反映白天海风的形成。 四、计算题 15．中国工程师利用焦炉气中的氢气与工业尾气中的二氧化碳，合成液态燃料，作为第19届亚洲运动会主火炬的燃料．工程师在科普馆用如图所示的装置为同学们演示模拟实验，测量该燃料的热值． ①在空酒精灯内加入适量该液态燃料，得到“燃料灯”； ②在空烧杯内加入1kg水，测得水的初温为31℃，点燃“燃料灯”开始加热； ③当水恰好沸腾时，立即熄灭“燃料灯”，测得“燃料灯”消耗燃料30g。 已知实验时气压为1标准大气压，，用该装置加热水的效率为42%．求： （1）此过程中，烧杯内水吸收的热量； （2）该液态燃料的热值。 16．氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点。国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划2021-2035年》。明确氢能是未来国家能源体系的重要组成部分。2024年4月，据中国石化消息，两辆以氢为燃料的汽车，实现了北京到上海1500km长距离运输测试，这是中国氢能车辆首次大范围、长距离、跨区域的实际运输测试。某氢燃料电池大巴车如图所示。 (1)质量为的氢燃料完全燃烧放出的热量为多少？ (2)若这些热量全部被质量为、温度为的水吸收，能使水的温度升高多少？（在1标准大气压下） (3)氢燃料可供该型号氢燃料电池大巴车以的恒定功率匀速行驶，则该氢燃料电池大巴车的效率为多少? 第 9 页 共 16 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 12.4 机械能与内能的相互转化 目录 模块一 知识框架 1 模块二 知识精讲 1 【知识点1 做功改变物体的内能】 2 【知识点2 热机】 4 【知识点3 比较不同燃料的热值】 7 【知识点4 热值】 10 【知识点5 热机的效率】 12 模块三 课后作业 15 模块一 知识框架 模块二 知识精讲 情景导入 如图所示，小朋友从滑梯滑下，会感到臀部发烫；将试管中的水加热至沸腾后，橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出去。这些现象都说明了什么？ 知识归纳 【知识点1 做功改变物体的内能】 做功改变物体的内能 探究做功改变物体的内能 做功的两种情况 外界对物体做功 物体对外界做功 探究过程与现象 分析与论证 迅速压下活塞，玻璃筒内的气体被压缩，活塞对筒内气体做功，从而使筒内气体的内能增加，温度升高，当温度达到硝化棉的燃点时，硝化棉开始迅速燃烧 向瓶内打气，压缩瓶内的空气，不断对瓶内空气做功，瓶内空气内能增加，温度升高，随着打入空气的增加，气压越来越大，直至冲开瓶塞，此时，瓶内的空气推动瓶塞做功，内能减少，温度降低，其中水蒸气液化成小水滴，形成白雾 得出结论 （1） 做功可以改变物体的内能； （2） 外界对物体做功，物体温度升高，物体内能增加； （3） 物体对外界做功，物体温度降低，物体内能减少 4.热传递和做功改变物体内能的区别与联系 探究做功改变物体的内能 区别 联系 实质 方式 举例 热传递 能量的转移 高温物体放热，低温物体吸热 生活中烧、烤、烙、炒，生产中的淬火等 做功和热传递都可以改变物体的内能，且效果相同。某物体的内能发生改变，可能是通过热传递改变的，也可能是通过做功改变的，或者两者都有。若不知道具体过程，则无法确定内能的改变方式 做功 其他形式能与内能之间的相互转化 压缩体积、摩擦生热、锻打物体、弯折物体等 打气筒打气、钻木取火、来回多次弯折铁丝等 体积膨胀等 装开水的暖水瓶内的气体将瓶塞冲开灯 特别提醒：做功、热传递改变物体内能的实质 （1）做功改变物体的内能的实质是能量的转化，即内能与其他形式的能的相互转化； （2）热传递改变物体内能实质上是能量的转移，即能量从一个物体转移到另一个物体或从物体的一部分转移到另一部分，无不同形式能量的相互转化； 【例1】古代人们常用钻木取火，下列情况改变内能方式与其不同的是（　　）。 A. 甲图：冬天搓手取暖 B. 乙图：小朋友溜滑梯臀部发热 C. 丙图：热鸡蛋放在冷水中冷却 D. 丁图：压缩空气使其内能增大 【答案】C 【详解】钻木取火实质是通过做功的方式改变物体的内能。 A．搓手取暖，双手克服摩擦做功，是通过做功的方式改变物体内能，故A不符合题意； B．小朋友溜滑梯时，臀部克服滑梯摩擦做功，是通过做功的方式改变物体内能，故B不符合题意； C．热鸡蛋放在冷水中，鸡蛋和水温度不同，内能从鸡蛋传给水，是通过热传递的方式改变物体内能，故C符合题意； D．压缩空气时，对空气做功，使空气内能增大，故D不符合题意。故选C。 【变式1-1】关于温度、热传递、做功与内能，下列说法正确的是（　　）。 A．做功的过程一定是机械能转化为内能 B．自然界中物体的温度升高，一定是外界对物体做功 C．物体温度升高，内能一定增大，且一定从外界吸收了热量 D．温度相同的两个物体相互接触．它们之间不会发生热传递 【答案】D 【详解】A．对物体做功（克服摩擦做功、压缩气体做功），物体的内能增加、温度升高，即机械能转化为内能；物体对外做功（气体膨胀做功），物体的内能减少、温度降低，即内能转化为机械能，故A错误； B．一个物体温度升高、内能增加，可能是吸收了热量（即发生热传递），也可能是对物体做功（如克服摩擦做功），故B错误； C．物体温度升高，内能一定增大，但可能是吸收了热量，也可能是对物体做功（如克服摩擦做功），故C错误； D．热传递的条件是物体之间有温度差，温度相同的两个物体相互接触，它们之间不会发生热传递，故D正确。 故选D。 【变式1-2】如图所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团脱脂棉，把活塞迅速压下去，可以观察到的现象是脱脂棉 。这是因为压下活塞时活塞对空气 ，使空气的内能 （选填“增大”或“减小”），温度 （选填“升高”或“降低”），达到脱脂棉的燃点。 【答案】燃烧起来 做功 增大 升高 【详解】[1]当把活塞迅速压下去时，筒内空气的内能增加，温度升高，当温度达到脱脂棉的燃点时，脱脂棉就会燃烧起来。 [2]压下活塞的过程中，活塞对筒内的空气施加了力，并且空气在力的方向上移动了一段距离，所以活塞对空气做了功。 [3]活塞对空气做功，将活塞的机械能转化为空气的内能，使得空气的内能增大。 [4]物体的内能增大时，其温度通常会升高，这里空气的内能增大，所以温度随之升高，当升高到脱脂棉的燃点时，脱脂棉便会燃烧。 【知识点2 热机】 热机 （1）热机：热力发动机的简称，它是将燃料燃烧产生的高温、高压燃气的内能转化为机械能的装置。 （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、柴油机和天然气发动机两类。 （3）汽油机：常见的四冲程汽油机，它的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。 1.吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，燃料和空气的混合气体被吸入气缸； 2.压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合气体被压缩，温度升高，机械能转化为内能； 3.做功冲程：当活塞到达顶端时，火花塞打火，使混合气体猛烈燃烧，产生高温、高压燃气，推动活塞向下运动，内能转化为机械能；如：如电火花发生器点燃塑料盒内的酒精气体能将盒盖喷出很远，酒精内能减少。 4.排气进程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将废气排出气缸。 注：在汽油机的一个工作循环中，4个冲程，曲轴（又叫飞轮）旋转2圈，活塞往复运动2次，对外做功1次。 【例2】如图，下压活塞使硝化棉着火，这个过程与选项四冲程汽油机工作示意图中，哪一个冲程的能量转化过程是相同的（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】解：下压活塞使硝化棉着火，此过程中机械能转化为内能，与压缩冲程中的能量转化相同； A、图中，两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，此冲程将机械能转化为内能，故A正确； B、图中，排气门开启，活塞上行，气体流出汽缸，是排气冲程，故B错误； C、图中，两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，此冲程将内能转化为机械能，故C错误； D、图中，进气门开启，活塞下行，气体流入汽缸，是吸气冲程，故D错误。 故选：A。 【变式2-1】如图所示，图甲汽油机与图 （填“乙”“丙”或“乙和丙”）中能量转化情况相同，如果该汽油机飞轮的转速是360r/min，则汽油机每秒钟对外做功 次；图乙中，棉花的内能增大主要是通过 方式实现的。 【答案】丙 3 热传递 【详解】[1]图甲所示冲程中，进气门和排气门关闭，活塞向下运动，火花塞产生电火花，故此冲程为汽油机的做功冲程，在此过程中，燃气的内能转化为活塞的机械能；图乙中，活塞压缩筒内气体，机械能转化为内能，使气体内能增加，温度升高；图丙中，高温气体将塞子冲出时，将内能转化为机械能。对比三图所示情景的能量转化情况可知，图甲所示冲程的能量转化情况与丙图所示情景的能量转化相同。 [2]汽油机的一个工作循环中，经历四个冲程，飞轮转动两周，对外做功一次，因为该汽油机飞轮的转速是360r/min，所以飞轮每秒转动6周，则汽油机每秒钟对外做功3次。 [3]图乙中，活塞压缩筒内气体，机械能转化为内能，通过做功的方式使筒内气体内能增加，温度升高，气体的热量传递给棉花，棉花的内能增大，这是通过热传递方式来实现的。 【变式2-2】随着人民生活水平的不断提高，汽车已经走进我们的家庭。小米最近也购买了一辆轿车。当该轿车汽油机的转速为3600r/min时，则在1s内汽油机对外做功的次数是 次，压缩冲程中将 能转化为 能。 【答案】30 机械 内 【详解】[1]汽油机的转速为3600r/min，即每分钟转3600转，那么1秒内转动转数为 汽油机一个工作循环包括四个冲程，飞轮转动2圈，对外做功1次。所以1秒内飞轮转动60圈时，对外做功的次数是次 [2][3]汽油机的压缩冲程中，活塞向上运动，压缩气缸内的气体，使气体的体积减小，压强增大，温度升高。这个过程中，活塞的机械能转化为气体的内能。 【知识点3 比较不同燃料的热值】 比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量 【做一做】取质量相等的酒精和面巾纸碎片各5g，分别放入两个燃烧皿中，点燃后对装有相等质量的水（约30g）的试管加热（图 12-35），使酒精和面巾纸碎片充分燃烧。记录加热前后两支温度计的示数。 提醒： 注意安全，防止烫伤。 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 水温的变化/℃ 酒精       面巾纸碎片     【想一想】质量相等的酒精和面巾纸碎片充分燃烧后，试管中水温的变化一样吗? 这说明了什么? 不一样；说明了它们所放出的热量不相等。 【结论】实验表明，质量相等的不同燃料，充分燃烧所放出的热量一般是不相等的。 【例3】如图所示，甲、乙、丙三图中装置完全相同。燃料的质量都是10g，烧杯内液体的初温和质量相同。 (1)为比较不同物质的比热容，应选择 两图装置进行实验。实验中通过比较 （选填“加热时间”或“升高的温度”）来比较物质吸收热量的多少； (2)比较不同燃料的热值，应选择 两图装置进行实验。实验中，需等待燃料 （选填“燃烧相同的时间”或“燃烧相同的质量”），然后通过比较 （选填“加热时间”或“升高的温度”）来比较热值的大小； (3)通过实验得到的燃料热值与实际相比要偏 （选填“大”或“小”）。 【答案】(1)甲、丙 加热时间 (2)甲、乙 燃烧相同的质量 升高的温度 (3)小 【详解】（1）[1]比较不同物质的比热容，应使用相同的热源，被加热物质的种类不同，通过温度的变化来判断不同液体的吸热能力，所以应选择甲、丙两图进行实验。 [2]根据转换法可知，实验通过加热时间的长短来反映液体吸收热量的多少，加热时间越长表示液体吸收的热量越多。 （2）[1]比较不同燃料的热值，应控制被加热液体的种类相同而燃料不同，故应选择甲、乙两图进行实验。 [2]实验过程中应该控制燃料燃烧的质量相同，所以应该在燃料燃尽之后或燃烧相同的质量去比较液体升高的温度。 [3]通过比较液体升高的温度来比较热值的大小，即升高的温度越高，说明燃料放出的热量越多，热值越大。 （3）燃料燃烧产生的热量不能完全被水吸收，存在热损失，即水吸收的热量会小于燃料完全燃烧放出的热量，由可知，计算得出的热值将比燃料的真实热值偏小。 【变式3-1】如图甲所示，小明用该装置粗测花生米的热值，过程如下：用电子秤取30g水放入烧杯中，将温度传感器插入水中，并连接电脑；取0.7g花生米穿在细铁丝上，点燃花生米，立即移到烧杯正下方，给水加热，传感器获得温度一时间的图像如图乙所示。（c水=4.2×103J/(kg·℃)） (1)实验中花生米燃烧放出的热量是通过 来显示； (2)①实验过程中老师提醒小明要适当转动花生米，这样做的目的是 ； ②根据乙图像，粗略测得花生米的热值为 J/kg。在实验中小明看到花生米燃烧冒大量的黑烟，这会导致测得的热值 真实值。 【答案】(1)水升高的温度 (2) 使花生米燃烧充分 5.4×106 小于 【详解】（1）本实验采用转换法，通过水升高的温度来间接表示花生米燃烧放出热量的多少。 （2）[1]实验过程中适当转动花生米，可以使花生米燃烧充分。 [2]根据乙图像，根据Q=cmΔt可以求得，水吸收的热量Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×0.03kg×(44.6℃-14.6℃)=3.78×103J 不计热量损失，则有Q吸=Q放，粗略测得花生米的热值为 [3]由于花生燃烧放出的热量没有全部被水吸收，因此这种计算方法不准确，计算结果与真实值相比偏小。 【变式3-2】如图1所示，甲、乙，丙三个实验装置完全相同，燃料的质量都为10g。烧杯内的液体质量和初温也相同。根据记录的数据作出了两种液体的温度随时间变化关系的图像如图2所示。 (1)烧杯内液体的质量应该 （选填“相同”或“不同”）； (2)比较不同燃料的热值应选择 两个装置，比较不同物质的比热容应选择 两个装置； (3)在“比较不同燃料的热值”的实验中，通过观察 比较燃料燃烧放出热量的多少；（选填“温度计示数”或“加热时间”） (4)如果已知b液体的比热容是，则a液体的比热容是 ； (5)通过实验得到的燃料热值与燃料的实际热值相比偏 （选填“大”或“小”）。 【答案】(1)相同 (2)甲乙 甲丙 (3)温度计示数 (4)2×103 (5)小 【详解】（1）由可知，比较不同液体的吸热能力时，要控制液体的质量相同。若用同种液体的温度变化量来反映不同燃料的热值，也应该控制液体的质量相同。 （2）[1]在比较不同燃料的热值时，应控制烧杯中的液体种类相同而燃料的种类不同，所以应选择甲、乙两个装置进行实验探究。 [2]在比较不同物质的比热容时，应控制液体吸收的热量相同，即燃料的种类相同而液体的种类不同，故应选择甲丙两个装置进行实验探究。 （3）燃料燃烧放出热量的多少不易观察，实验时通过比较温度计示数来反映燃料燃烧放出热量的多少，采用了转换法，温度计示数变化量越大，说明燃料燃烧放出的热量越多。 （4）由图像可知，同样从20升高至80，a需要加热10min，b需要加热20min，b吸收的热量是a的2倍，由可知，b的比热容是a的2倍，故a的比热容为 （5）燃料放出的热量没有被液体完全吸收，由液体温度变化量计算所得的热量小于燃料放出的热量，所以实验测得的热值与实际热值相比偏小。 【知识点4 热值】 燃料的热值 （1）热值：某种燃料完全燃烧放出的热量，与其质量的比值叫这种燃料的热值；用“q”表示。 （2）热值单位：J/kg。 （3）热值的物理意义：一、1kg某种燃料完全燃烧放出的热量就等于该燃料的热值；二、热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小；也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。 （4）燃料燃烧放出的热量：热量：Q放 ＝qm；（Q放 是燃料放出的热量，单位是J；q是热值，单位是J/kg；m 是质量，单位是kg） 特别提醒：固体燃料、液体燃料的热值以“J/kg”为单位，而气体燃料的热值以“J/m3”为单位。因此Q放 ＝qm一般用于固体燃料和液体燃料放热的计算；Q放 ＝Vq一般用于气体燃料放出热值的计算，其中V为气体燃料的体积。 （5）对燃料热值的透析 热值是燃料的一种固有性质 热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小；也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关 对完全燃烧的理解 对于热值的概念，要注重理解三个关键词：“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是指燃料的质量，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值；某种燃料是指热值与燃料的种类有关；完全燃烧意思是燃料要完全烧尽，否则1kg燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就不是该热值所确定的值 热值的作用 燃料热值的高低是衡量燃料优劣的主要指标 特别提醒： （1）不是任何物质都有热值。热值是燃料的固有性质，如石块、铁块等非燃料物质没有热值； （2）只有燃料放热时，才能用Q放 ＝qm或Q放 ＝Vq进行计算，不要将其与温度降低时的放热公式Q放=cm△t混淆。 【例4】火箭常用液态氢气作燃料，这主要是因为液态氢的（    ） A．热量多 B．比热容大 C．热值大 D．密度小 【答案】C 【详解】火箭常用液态氢为燃料是因为液态氢的热值大，完全燃烧相同质量的燃料时，液态氢能够放出更多的热量，与其他因素无关。 故选C。 【变式4-1】甲、乙两种燃料完全燃烧放出的热量与其质量的关系图像如图所示，下列分析正确的是（   ） A．甲燃料的热值小于乙燃料的热值 B．完全燃烧甲、乙两种燃料放出相同的热量，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．由图像可知，燃料燃烧放出的热量越多，其质量一定越大 【答案】C 【详解】A．由图像可知，质量相同时，甲完全燃烧放出的热量大于乙完全燃烧放出的热量，由可知，甲燃料的热值大于乙燃料的热值，故A错误； B．在图像中取甲、乙完全燃烧放出相同的热量的两点，比较横坐标，可以看出所需乙燃料的质量更大，故B错误； C．在图像中取完全燃烧甲、乙质量相同的两点，比较纵坐标，可以看出甲放出的热量更多，故C正确； D．由图像可知，同种燃料完全燃烧放出的热量与质量成正比，则燃料完全燃烧放出的热量越多，其质量一定越大，不同燃料燃烧放出的热量越多，其质量不一定越大。故D错误。 故选C。 【变式4-2】如图所示， 2024年4月25日， 搭载着神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。下列说法正确的是（　　） A．火箭的燃料燃烧得越充分， 热值越大 B．火箭“体内”的燃料选用液氢是因为液氢的质量大 C．火箭“体内”的液氢燃料温度低至-253℃时，内能为零 D．火箭“体内”的液氢燃料在燃烧过程中，质量减少，热值不变 【答案】D 【详解】A．热值是燃料的特性，与燃烧情况无关，所以火箭的燃料燃烧得越充分，热值不变，故A错误； B．火箭“体内”的燃料选用液氢是因为液氢的热值较大，燃烧时释放的能量多，故B错误； C．一切物体在任何情况下都具有内能，所以火箭“体内”的液氢燃料温度低至-253℃，内能不为零，故C错误； D．火箭“体内”的液氢燃料在燃烧过程中，燃料的质量在变小，即质量变小，而热值是燃料的属性，因此热值不变，故D正确。 故选D。 【知识点5 热机的效率】 1.燃料的有效利用：用煤气灶、锅炉、煤炉等烧水时，燃料不能完全燃烧利用，具体原因是多样的。例如，燃料不能完全燃烧而损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量、灶体本身也会吸收一部分能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，水吸收的热量只占燃料燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是有效利用的部分。如图所示： 2.锅炉的效率 （1）锅炉是利用燃料或其他热源把水加热成热水或蒸汽的设备。锅炉包括锅和炉两部分，锅是指盛水的容器，炉是燃料燃烧的装置。 （2）提高锅炉燃料利用率的途径：一、让燃料尽可能充分燃烧，如将煤研磨成粉状，加大进风量等；二、减少热量损失，如加大有效受热面积等。 3.内燃机中热量燃烧的能量流向图 4.热机效率 （1）定义：用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。 （2）计算公式： 对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功W有用，故热机的效率公式又可写成：。 （3）物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。 （4）常见热机效率：蒸汽机6%-15%，汽油机20%-30%，柴油机30%-45%。 特别提醒：热机效率总小于1的原因 因为热机中用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的总能量的一部分，由于各种能量的损失和燃烧条件的限制，这部分能量一定小于完全燃烧放出总能量，所以有用功的能量与燃烧放出的总能量的比值必然小于1，即热机的效率一定小于1。 【例5】用燃气灶把质量为3kg、初温为20℃的水加热至沸腾，一共消耗了30g燃气[燃气的热值是4.2×107J/kg，水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)]。在此过程中，求： (1)水增加的内能； (2)燃气完全燃烧放出的热量； (3)燃气灶加热的效率。 【答案】(1)； (2)； (3)80% 【详解】（1）在一个标准大气压下，水的沸点是100℃，水吸收的热量为 则水增加的内能为1.008 × 106J。 （2）燃气完全燃烧放出的热量为 （3）燃气灶加热的效率为 【变式5-1】冰雪运动越来越受到人们的喜爱，小明一家寒假期间去滑雪场游玩，看到一辆雪地摩托车，如图所示。其空车质量为100kg，静止时与雪地接触的总面积为0.2m2。试问： （1）该车装有宽大的履带，目的是为了 　。 （2）该车载着质量为50kg的人静止时，对水平雪地的压强为多少？（g取10N/kg） （3）该车以36km/h的速度在水平雪地上匀速直线行驶2h，行驶过程中车所受阻力大小恒为800N，共消耗燃油3.6kg。则该车的效率为多少？（燃油的热值q＝4.0×107J/kg） 【答案】（1）减小压强； （2）该车载着质量为50kg的人静止时，对水平雪地的压强7500Pa； （3）该车的效率为40%。 【详解】解：（1）该车装有宽大的履带，是在压力一定时，通过增大受力面积的方法来减小对地面的压强； （2）车和人的总重力：G总＝m总g＝（m人+m车）g＝（50kg+100kg）×10N/kg＝1500N， 车对雪地的压力：F＝G总＝1500N， 该车载着质量为50kg的人静止时，对水平雪地的压强：p＝＝＝7500Pa； （3）由v＝可知，车行驶的路程：s＝vt＝36km/h×2h＝72km＝7.2×104m， 车匀速行驶时，车的牵引力与受到的阻力是一对平衡力， 根据二力平衡条件可知，车的牵引力：F牵＝f＝800N， 牵引力所做的功：W＝F牵s＝800N×7.2×104m＝5.76×107J， 燃油完全燃烧放出的热量：Q放＝mq＝3.6kg×4.0×107J/kg＝1.44×108J， 该车的效率：η＝＝＝40%。 答：（1）减小压强； （2）该车载着质量为50kg的人静止时，对水平雪地的压强7500Pa； （3）该车的效率为40%。 【变式5-2】已知煤气的热值为，小王洗澡需要燃烧的煤气，求 (1)这些煤气完全燃烧放出的热量是多少； (2)若这些热量的70%被温度为30℃，质量为100kg的水吸收，则水温升高多少？（已知） 【答案】(1) (2)18℃ 【详解】（1）这些煤气完全燃烧放出的热量是 （2）若这些热量的70%被水吸收，水吸收的热量为 水温升高的温度为 模块三 课后作业 一、单选题 1．“神舟十八号”返回舱返回过程中，进入大气层，与大气摩擦形成高温“火球”。下列实例中改变内能的方式与“火球”的形成原理相同的是（　　） A．棉被晒热 B．用燃气烧水 C．鸡蛋放入冷水变凉 D．空气被压缩，温度升高 【答案】D 【详解】返回舱进入大气层后，与大气层摩擦产生高温形成火球，内能增加，这是通过做功的方式改变物体内能。 A．棉被晒热，通过热传递的方式改变物体的内能，故A不符合题意； B．烧水时，水吸收热量，内能增大，通过热传递的方式改变物体的内能，故B不符合题意； C．鸡蛋放入冷水变凉，内能减小，通过热传递的方式改变物体的内能，故C不符合题意； D．空气被压缩，温度升高，机械能转化内能，内能增大，通过做功的方式改变物体的内能，故D符合题意。 故选D。 2．四冲程汽油机在工作过程中，将燃气的内能转化为机械能的冲程是（　　） 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】解： 四冲程汽油机在做功冲程中，高温高压燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，故C正确。 故选：C。 3．内燃机的发明是第二次工业革命中应用技术领域的一项重大成就。如图所示为单缸四冲程汽油机的一个冲程示意图，若该汽油机的效率为30%，飞轮每分钟转动1800圈，则下列说法正确的是（　　）(q汽油=4.6ｘ107J/kg) A．图中所示冲程是压缩冲程 B．若该汽油机完全燃烧5kg汽油，则汽油机做的有用功为2.3ｘ108J C．该汽油机在1s内做功30次 D．汽油机消耗的燃料越少，效率一定越高 【答案】A 【详解】A．由图可知，两气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，故A正确； B．汽油机做的有用功为 故B错误； C．该汽油机飞轮每分钟转动1800圈，则每秒转动30圈，该汽油机飞轮转动2圈对外做功一次，则在1s内做功15次，故C错误； D．根据可知，汽油机消耗的燃料越少，燃料完全燃烧释放的热量越少，做的有用功未知，故效率不一定越高，故D错误。 故选A。 4．古代原始人在生活中学会了钻木取火．以下四个事例中能量转化与之相同的是（　　） A．甲、丙 B．甲、丁 C．乙、丙 D．乙、丁 【答案】D 【详解】钻木取火是克服摩擦做功，将机械能转化为内能。 甲、按动电火花发生器按钮，盒盖飞出，是内能转化为机械能，故甲不合题意； 乙、活塞迅速下压，棉花燃烧，是压缩气体做功，将机械能转化为内能，故乙符合题意； 丙、汽油机的做功冲程中，燃气对外做功，将内能转化为机械能，故丙不合题意； 丁、汽油机的压缩冲程中，压缩气缸内物质做功，将机械能转化为内能，故丁符合题意。 综上所述，四个事例中能量转化与钻木取火相同的是乙、丁。 故选D。 5．如图所示，用相同装置进行下列两个实验：①探究不同物质吸热升温的现象；②比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量。以下判断正确的是（　　） A．利用甲、乙装置可以完成实验① B．实验①中的研究对象是烧杯中的液体，实验②中的研究对象是燃料 C．两个实验中，都需要天平和秒表 D．实验①中通过升高温度比较吸热多少，实验②中通过加热时间比较放热多少 【答案】B 【详解】解：A．甲、乙装置的燃料不同，可以比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量，完成实验②，故A错误； B．实验①是探究不同物质吸热升温的现象，研究对象是烧杯中的液体，实验②是比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量，研究对象是燃料，故B正确； C．实验①不需要秒表，实验②需要秒表，两个实验都需要天平，故C错误； D．实验①中通过加热时间比较吸热多少，实验②中通过升高的温度比较放热多少，故D错误。 故选：B。 6．某品牌汽车在一段平直公路上匀速行驶，用时5min45s，消耗燃油，已知汽车的牵引力是2000N，燃油的热值为，假设燃油完全燃烧。则 汽车行驶速度是 汽车发动机的效率是 做功冲程机械能转化为内能 消耗的燃油完全燃烧放出的热量是 汽车牵引力做功的功率是30kW A. 只有、、 B. 只有和 C. 只有和 D. 只有和 【答案】D 【解答】 ，， 汽车的速度为，故错误； 汽车消耗的燃油完全燃烧产生的热量： ， 汽车牵引力所做的功： ， 所以该汽车的效率： ，故正确； 在做功冲程，燃油燃烧产生的内能转化为活塞的机械能，所以是内能转化为机械能的过程，故错误； 该汽车牵引力所做功的功率： ，故错误。 故选D。   7．如图所示，用完全相同的装置加热液体。已知燃料的质量、烧杯内的液体质量、加热方式均相同。不计热损失，将燃料点燃直至燃尽，三个烧杯中液体升高的温度随时间变化的图像如丁所示，则下列说法正确的是（　　） A．仅用乙、丙两图可以比较不同燃料的热值 B．甲、丙装置中的液体在0-t内吸收的热量之比为2∶1 C．a、b两种液体的比热容之比为 D．燃料1和燃料2的热值之比为 【答案】C 【详解】A．比较不同燃料的热值，需要控制被加热的液体种类相同，燃料种类不同。乙、丙两图中燃料种类不相同，液体种类也不同，所以不能比较不同燃料的热值，故A错误； B．因为加热装置相同，相同时间内放出的热量相同，甲、丙装置中的液体在 内加热时间相同，所以吸收的热量相同，吸收的热量之比为 1∶1，故B错误； C．根据，在质量和吸收热量相同的情况下，比热容与温度变化量成反比。甲、丙中液体质量相同，加热相同时间吸收热量相同，甲中液体升高的温度是丙中液体升高温度的 2 倍，所以a、b两种液体的比热容之比为 1∶2，故C正确； D．由图丁可知，燃料燃烧完时，燃料1燃烧了tmin，燃料2燃烧了2tmin，且甲图中液体温度变化量为，乙图中液体温度变化量为，实验中忽略热量的散失，且两杯液体的质量、比热容均相同，则由公式可得，二者放出的热量之比 燃料的质量相同，由公式可得，燃料1与燃料2的热值之比 则 故D错误。 故选C。 二、填空题 8．改变内能有不同的方式，如图所示是通过 方式增加试管里的水的内能。水沸腾后，水蒸气推动“试管塞”迅速冲出管口，水蒸气的内能 （选填“增大”或“减小”），在“试管塞”被推出的过程中，能量转化情况与内燃机的 冲程相同。 【答案】热传递 减小 做功 【详解】[1]如图，用酒精灯对水进行加热，水从外界吸收热量，是通过热传递的方式来增加试管里的水的内能。 [2]沸腾后，水蒸气推动“试管塞”迅速冲出管口，水蒸气推动试管塞对外做功，将内能转化为机械能，水蒸气的内能减小。 [3]在“试管塞”被推出的过程中，将内能转化为机械能；内燃机的做功冲程中，缸内气体推动活塞做功，将内能转化为机械能，所以，在“试管塞”被推出的过程中，能量转化情况与内燃机的做功冲程相同。 9．如图所示，是热机工作中提供动力的　 　冲程，其它冲程靠飞轮的　 　完成；热机通常用水来作为冷却剂，是利用了水的　 　大的物理特性，转速为6000r/min的热机1min对外做功　 　次。 【答案】做功；惯性；比热容；3000。 【详解】解： （1）由图可知，进气门关闭，排气门关闭，活塞下行，可以判断此冲程为做功冲程；做功冲程对外提供动力，其它冲程靠飞轮的惯性完成； （2）水的比热容比较大，质量相同的水和其它物质相比，升高相同的温度，水吸收的热量多，所以热机通常用水来作为冷却剂； （3）若飞轮转速是6000r/min，表示1min飞轮转动6000圈，则1min完成3000个工作循环，对外做功3000次。 故答案为：做功；惯性；比热容；3000。 10．汽油机是工农业生产中常用的热机，某型号汽油机的飞轮转速是1200r/ min。 (1)此汽油机每秒钟完成 个做功冲程，此冲程将 能转化为 能； (2)当汽油燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时汽油的热值将 （“变大”、“不变”或“变小”）。 【答案】(1) 10 内 机械 (2)不变 【详解】（1）[1][2][3]汽油机工作一个循环四个冲程，飞轮转2r，完成一个做功冲程。飞轮转速是1200r/ min，则每秒转20r，共10个工作循环，完成10个做功冲程，该冲程将内能转化为机械能，对外做功。 （2）燃料的热值是燃料本身的一种性质，与燃料是否充分燃烧无关，故当汽油燃烧不充分时，汽油的热值不变。 11．某台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，在1s内汽油机对外做功 次。若该汽油机的效率为30%，汽油机在某段时间完全燃烧了400g汽油，则汽油完全燃烧放出的热量为 J，汽油机输出的有用机械功为 J。（） 【答案】 10 【详解】[1]单缸四冲程汽油机一个工作循环内，飞轮转2圈，对外做功1次，某台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，即飞轮1min转1200圈，则飞轮1s转20圈，对外做功10次。 [2]汽油完全燃烧放出的热量为 [3]汽油机输出的有用机械功为 12．为全面推进“乡村振兴”工程，加快农业农村绿色发展，我市部分农村地区已经使用上了天然气烧水煮饭。小明同学用他家的天然气灶将质量为2kg，初温为20℃的水加热到100℃，水吸收的热量是__________J；消耗了0.03m3的天然气，则此天然气灶的热效率为__________。【水的比热容c=4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值q=7.0×107J/m3】 【答案】①. 6.72×105；②. 32%。 【详解】[1]由题意及比热容公式可得，水吸收的热量为 [2]由题意可得，0.03m3的天然气完全燃烧所产生的热量为 Q总=qV=7×107J/m3×0.03m3=2.1×106J 则热效率为。 三、实验题 13．小明和小辉学习了燃料的热值后，他们一起设计了一个实验来探究煤油和菜籽油热值的大小关系，他们组装了如图甲和乙所示的装置进行实验，两相同烧杯中水的质量相同，实验记录的结果如表一、表二所示。 表一 水温/℃ 30 100 100 加热时间/min 0 5 刚好沸腾 10 刚好燃尽 表二 水温/℃ 30 50 70 90 加热时间/min 0 5 10 15（刚好燃尽） (1)实验中是用 （填“温度计升高的示数”或“加热时间的长短”）来表示煤油和菜籽油放出热量的多少，实验时要控制煤油和菜籽油的 相等； (2)小明认为燃料完全燃烧完所需要的时间过长，可以在燃烧3min时就读数比较，小辉同学听后立即否定了小明同学的思路，理由是 ； (3)实验中，若燃料完全燃烧且不考虑热量的损失，煤油与菜籽油的热值之比为 ； (4)加热功率是燃料燃烧放出热量的多少与燃烧时间的比值，则在题（3）条件下煤油的加热功率为菜籽油加热功率的 倍。 【答案】(1) 温度计升高的示数 质量 (2)在相同的时间内燃烧的燃料质量不一定相等，没有控制燃烧的燃料的质量相等 (3)7:3 (4)3.5 【详解】（1）[1]质量相同的水，温度变化越大，说明吸收热量越多，则燃料燃烧放出的热量越多，所以实验中通过温度计升高的示数来表示煤油和菜籽油放出热量的多少。 [2]实验采用控制变量法，所以实验时须控制煤油和菜籽油的质量相同。 （2）在相同的时间内燃烧的燃料质量不一定相等，没有控制燃烧的燃料的质量相等，所以实验思路是错误 的。 （3）使用煤油加热水时，水吸收的热量 根据题意和表格数据可知，所有的煤油完全燃烧放出的热量 煤油的热值 使用菜籽油加热水时，水吸收的热量 根据题意和表格数据可知，所有的菜籽油完全燃烧 放出的热量 菜籽油的热值 则煤油和与菜籽油的热值之比 （4）根据题意可知，煤油的加热功率 菜籽油的加热功率 则 14．如图所示，小明用甲、乙、丙三套完全相同的装置，完成“比较不同物质的吸热本领”和“不同燃料的热值”两个热学实验： （1）安装实验器材时，小明应按照 （选填“自上而下”或“自下而上”）的顺序进行；为了完成这两个实验，除了用完全相同的烧杯，还分别装入 和初温均相等的水和煤油。 （2）为了比较水和煤油的吸热本领，小明应选择甲、丙两套装置，通过 （选填“加热时间”或“温度计示数变化”）来比较水和煤油吸收热量的多少；为了比较不同燃料的热值，小明选择 两套装置。 （3）小明认为，燃料完全燃烧放出的热量 （选填“大于”“等于”或“小于”）液体吸收的热量，原因是 （写出一种即可）。 （4）总结实验结论后，小明认为，沿海地区海陆风的形成与“地面和海水的吸热本领不同”有关，如图丁、戊所示是海陆风形成的示意图，其中 （选填“丁”或“戊”）图反映白天海风的形成。 【答案】自下而上；质量；加热时间；乙、丙；大于；存在热量损失；戊。 【详解】（1）[1]为了方便实验操作，保证用酒精灯的外焰加热，安装实验器材应该自下而上。 [2]为了比较物质的吸热能力，应该控制不同液体的质量和初温相同，加热相同的时间，比较升高的温度，温度升高越多的则吸热能力越弱；为了比较燃料的热值，控制同种液体的质量和初温相同，当质量相同的燃料完全燃烧后，比较液体升高的温度，升高的温度越高，吸收的热量越多，燃料的热值越大。 （2）[3]为了比较水和煤油的吸热本领，小明应选择甲、丙两套装置，相同加热时间吸收的热量相同，通过加热时间来比较吸收热量的多少。 [4]为了比较不同燃料的热值，应该选择燃料不同、相同液体的装置，比较相同液体升高的温度，要选择乙、丙两套装置。 （3）[5][6]由于热量损失和燃料不能完全燃烧，液体吸收的热量会少于燃料完全燃烧放出的热量。 （4）[7]沙子的吸热能力比水的吸热能力差，白天时，陆地的温度高于海水的温度，所以陆地上的热空气上升，海上的空气来补充，从而形成了海风。故应选戊图。 四、计算题 15．中国工程师利用焦炉气中的氢气与工业尾气中的二氧化碳，合成液态燃料，作为第19届亚洲运动会主火炬的燃料．工程师在科普馆用如图所示的装置为同学们演示模拟实验，测量该燃料的热值． ①在空酒精灯内加入适量该液态燃料，得到“燃料灯”； ②在空烧杯内加入1kg水，测得水的初温为31℃，点燃“燃料灯”开始加热； ③当水恰好沸腾时，立即熄灭“燃料灯”，测得“燃料灯”消耗燃料30g。 已知实验时气压为1标准大气压，，用该装置加热水的效率为42%．求： （1）此过程中，烧杯内水吸收的热量； （2）该液态燃料的热值。 【答案】（1）2.898×105J（2）2.3×107J/kg 【详解】解：（1）烧杯内水吸收的热量为 （2）该液态燃料完全燃烧放出的热量为 该液态燃料的热值为 答：（1）此过程中，烧杯内水吸收的热量为2.898×105J； （2）该液态燃料的热值为2.3×107J/kg。 16．氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点。国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划2021-2035年》。明确氢能是未来国家能源体系的重要组成部分。2024年4月，据中国石化消息，两辆以氢为燃料的汽车，实现了北京到上海1500km长距离运输测试，这是中国氢能车辆首次大范围、长距离、跨区域的实际运输测试。某氢燃料电池大巴车如图所示。 (1)质量为的氢燃料完全燃烧放出的热量为多少？ (2)若这些热量全部被质量为、温度为的水吸收，能使水的温度升高多少？（在1标准大气压下） (3)氢燃料可供该型号氢燃料电池大巴车以的恒定功率匀速行驶，则该氢燃料电池大巴车的效率为多少? 【答案】(1)8.4×107J (2)35℃ (3)50% 【详解】（1）质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量为Q放=m氢q氢=0.6kg×1.4×108J/kg=8.4×107J （2）水吸收的热量为Q吸=Q放=8.4×107J 水升高的温度为 根据上述计算结果得到水的末温为t=t0＋Δt=65℃+50℃=115℃>100℃ 而标准大气压下水的沸点为100℃，所以水的末温为100℃，水升高的温度为Δt'=100℃-65℃=35℃ （3）该氢燃料电池大巴车消耗0.6kg氢燃料输出的有用功为W=Pt=140×103W×300s=4.2×107J 该氢燃料电池大巴车的效率为 第 12 页 共 27 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $