专题02 内能的利用（期中知识清单）九年级物理上学期新教材人教版

专题02 内能的利用 目 录 识记类 思维导图 知识清单 考点清单 辨析清单 题型类 高频题型清单 易错题型清单 重难题型清单 答题类 解题模型清单 答题技巧清单 知识点01 热机 1、热机 定义：利用内能来做功的机器。 能量转化：内能 → 机械能。 常见热机：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 2、内燃机 定义：燃料在汽缸内燃烧的热机。 分类：汽油机、柴油机。 工作循环：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转两周，对外做功一次。 3、汽油机与柴油机的比较 项目 汽油机 柴油机 吸气冲程 吸入汽油和空气的混合物 只吸入空气 压缩冲程 压缩程度较小 压缩程度较大 点火方式 火花塞点火 喷油嘴喷油，压燃 效率 较低 较高 应用 轿车、摩托车等 载重汽车、拖拉机等 知识点02 燃料的热值 1、热值 · 定义：1 kg 某种燃料完全燃烧放出的热量。 · 符号：。 · 单位：（气体燃料常用 ）。 · 公式：（固体、液体）；（气体）。 · 热值是燃料的一种属性，只与燃料种类有关，与燃料的质量、燃烧是否充分无关。 2、常见燃料的热值 干木柴：约 ；烟煤：约 ；汽油：约 柴油：约 ；氢：约 知识点03 热机的效率 1、热机效率 · 定义：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。 · 公式：。 · 热机效率总小于 1。 2、提高热机效率的途径 · 使燃料充分燃烧。 · 尽量减少各种热损失。 · 利用废气的能量。 · 改进热机结构，减少摩擦。 3、热机对环境的影响 · 废气污染。 · 噪声污染。 · 热污染。 知识点04 能量的转化和守恒 1、能量转化 · 能量从一种形式转化为另一种形式。 · 例如：摩擦生热，机械能 → 内能；热机做功，内能 → 机械能。 2、能量转移 · 能量从一物体转移到另一物体。 · 例如：热传递，内能从高温物体转移到低温物体。 3、能量守恒定律 · 内容：能量既不会消灭，也不会创生，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，而能量的总量保持不变。 · 永动机不可能实现，因为它违背了能量守恒定律。 考点01 热机 考点内容：热机的定义和能量转化；内燃机的四个冲程及其能量转化；汽油机和柴油机的区别；一个工作循环中活塞往复次数、曲轴转数、做功次数。 常见考法： （1）判断热机冲程名称。 （2）判断冲程中的能量转化。 （3）比较汽油机和柴油机。 （4）根据冲程图判断进气门、排气门状态和活塞运动方向。 （5）计算一个工作循环中做功次数、曲轴转数等。 考点02 燃料的热值 考点内容：热值的定义、单位、公式；热值是燃料的属性；热值相关计算： 或 。 常见考法： （1）热值概念辨析。 （2）利用热值公式计算燃料完全燃烧放出的热量。 （3）比较不同燃料的热值。 （4）结合热机效率计算。 考点03 热机的效率 考点内容：热机效率的定义和公式；提高热机效率的途径；热机效率计算：；热机效率总小于 1。 常见考法： （1）热机效率概念辨析。 （2）计算热机效率。 （3）计算有用功或燃料质量。 （4）分析提高效率的方法。 （5）结合热值、热量计算综合考查。 考点04 能量的转化和守恒 考点内容：能量转化和转移的实例分析；能量守恒定律的内容；永动机不可能实现。 常见考法： （1）判断能量转化形式。 （2）判断能量转移方向。 （3）用能量守恒解释现象。 （4）辨析永动机。 辨析01 热机冲程与能量转化类易错 · 分不清四个冲程中气门开闭、活塞运动方向与能量转化，常把压缩冲程的“机械能转化为内能”与做功冲程的“内能转化为机械能”记反； · 看到火花塞点火就误判为压缩冲程，忽略做功冲程活塞向下、两气门关闭；把排气冲程与吸气冲程混淆，忘记排气冲程排气门打开、活塞向上； · 一个工作循环中活塞往复两次、曲轴转两周、对外做功一次，容易错记为活塞往复一次或做功两次。 辨析02 燃料热值与热量、比热容混淆类易错 · 误认为燃料的热值与燃料的质量、燃烧是否充分有关，错误地认为燃料质量越大热值越大、燃烧越充分热值越大； · 忽略热值是燃料的一种属性，只与燃料种类有关； · 把热值与热量混为一谈，认为热值越大放出的热量一定越多； · 把燃料的热值与物质的比热容混淆，热值描述燃料完全燃烧放热本领，公式为 ，比热容描述物质吸放热本领，公式为 ，在热机效率计算中把 与 乱用。 辨析03 热机效率概念及计算类易错 · 误认为热机效率可以等于或大于 ，忽略热机工作时总有能量损失；把热机效率与功率、机械效率混为一谈，认为功率越大效率越高； · 计算时把有用功与燃料完全燃烧放出的总热量颠倒，错误使用 ； · 忘记热机效率公式中 是热机对外做的有用功， 是燃料完全燃烧放出的热量；遇到求牵引力、速度的综合题时，不能把 与热机效率公式结合。 辨析04 能量转化与能量守恒类易错 · 分不清能量转化和能量转移，能量转化是能量形式发生改变，如内能转化为机械能、机械能转化为内能； · 能量转移是能量形式不变，只从一个物体转移到另一个物体，如热传递； · 误把热传递说成能量转化，或把热机做功说成能量转移； · 误认为能量可以凭空产生或凭空消失，忽略能量守恒定律，甚至认为可以制造出永动机； · 在解释现象时不能自觉运用能量守恒分析。 【题型一】热机冲程判断 【例1】 （多选）我国研制的全球首款本体热效率达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。关于柴油机，下列说法正确的是（　　） A．该柴油机的四个冲程正确的工作顺序应是丁、丙、乙、甲 B．该柴油机的乙冲程靠飞轮的惯性完成 C．图乙是压缩冲程，它将机械能转化为内能 D．通过改善柴油机结构，可将其效率从53.09%提升到100% 【变式1-1】如图是四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，下列关于该冲程判断正确的是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【变式1-2】 如图所示是四冲程汽油机工作过程的原理图，其中做功冲程的图是（　　） A． B． C． D． 【题型二】热值及热量计算 【例2】 使用清洁能源天然气有助于国家提出的2060年前实现碳中和的目标。小明同学用他家的天然气灶将质量为2kg、初温为15℃的水加热到95℃，水吸收的热量是_________J；若此过程的热效率为40%，则此过程消耗天然气_________。[水的比热容为，天然气热值为] 【变式2-1】如图所示，在热机的原理实验中，完全燃烧的酒精可放出________的热量；加热过程中观察到风车慢慢转动，其能量转化方式与内燃机的________冲程类似。（） 【变式2-2】“可燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力，同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的______很大。若以10倍的关系粗略计算，0.2kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为______J，可以使______kg的水从20℃加热至60℃。（，） 【题型三】热机效率计算 【例3】 如图所示是某品牌汽车汽油机的能量流程图，某次该汽车行驶过程中消耗了0.1kg汽油。已 知汽油的热值为4.2×107J/kg，水的比热容为，求： (1)该汽油机的效率； (2)若释放的热量有 25%被冷却水吸收，质量为5kg的冷却水升高的温度。 【变式3-1】 氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，如图为一辆我国设计制造的氢能源公交车。该公交车以的恒定功率做匀速行驶，氢燃料完全燃烧获得热量的60％可用来做机械功。已知，。求： (1)质量为的氢燃料完全燃烧放出的热量。 (2)若这些热量全部被水吸收，可以使质量为、初温为20℃的水升高多少温度？ (3)这些热量能让该公交车匀速行驶的时间。 【变式3-2】 小明和爸爸质量共120kg，骑着一辆质量为300kg（含装备）的三轮摩托车，沿318国道从成都前往拉萨旅行。水平骑行时每只轮胎与地面接触的面积为0.02m2（g取10N/ kg） (1)水平骑行时，摩托车对地面的压力、压强分别是多少？ (2)在海拔约5000m的米拉山垭口烧水，用燃气炉将质量2.5kg、初温为3℃的水加热至沸腾（水的沸点为83℃）。若燃气完全燃烧释放热量的30%被水吸收。则水吸收了多少热量？共用掉多少燃气？[，] 【题型四】能量转化与守恒 【例4】下列关于能量守恒和转化的说法正确的是（　　） A．风力发电，是将电能转化为机械能 B．摩擦双手变热，说明内能可以转化为机械能 C．燃料燃烧时发热，化学能转化为内能 D．小球弹跳高度越来越低，说明能量总量减少 【变式4-1】（多选）如图所示是不同形式的能量的相互转化图，下列说法正确的是（　　） A．序号⑩的实例可以是摩擦生热 B．序号④的实例可以是给充电宝充电 C．圆圈内B的能量形式是电能 D．各种形式的能量都可以无条件的相互转化，且转化过程都要遵守能量守恒定律 【变式4-2】 （多选）关于能量的转化与守恒，下列说法中不正确的是（　　） A．甲图，小球弹跳的高度逐渐降低，说明能量会凭空消失 B．乙图，火箭升空时的能量转化类似于汽油机的做功冲程 C．丙图，风力发电将机械能转化为电能 D．丁图，只要坚持不懈，科学家们终有一天会发明出永动机 【题型一】冲程能量转化易错 【例1】如图是四冲程内燃机某个冲程的示意图。根据图中活塞和曲轴的位置、进气门和排气门的开闭情况，下列分析正确的是（  ） A．该冲程是吸气冲程 B．该冲程机械能转化为内能 C．该冲程获得动力 D．该冲程不是由飞轮惯性完成的 【变式1-1】 光发动机可用于卫星的能源补充，其工作原理如图所示，密闭气室中在光照下会分解，使气室气压增大，推动活塞右移，无光条件下发生逆反应，连杆推动活塞左移，控制光照即可实现活塞往复运动。如图中，四冲程汽油机的冲程的能量转化情况与活塞左移过程中的能量转化情况相同的是（　　） A． B． C． D． 【变式1-2】如图所示，试管内的水沸腾后，塞子受到水蒸气的压力而冲出去，这个过程中能量转化的情况与汽油机 冲程能量转化的情况相同；课前准备时，给酒精灯添加酒精，闻到了酒精味，这是 现象。 【题型二】热值概念易错 【例2】把一瓶酒精倒去一半，则剩下的酒精（  ） A．比热容和热值均变为原来的一半 B．比热容和热值均不变 C．热值变为原来的一半，比热容不变 D．比热容变为原来的一半，热值不变 【变式2-1】如图是液体燃料火箭喷气发动机示意图。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．燃料燃烧时内能转化为化学能 B．燃料箱燃料减少，燃料热值不变 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 【变式2-2】零食棉花糖现在正成为一种网红小吃，机器将白砂糖加热为糖浆，再利用离心机甩出成为白色的糖丝，在师傅精心缠绕下，制成各种形状。关于棉花糖下列说法正确的是（　　） A．制成蓬松的棉花糖是凝华现象 B．砂糖经机器制成棉花糖，先吸热再放热 C．糖的温度升高是通过做功的方式完成的 D．加热火焰被高压喷出，提高了热效率，因此提高了热值 【题型三】热机效率计算易错 【例3】小范同学用相同的酒精灯分别对质量均为的水和甲液体进行加热，内各消耗酒精，用得到的部分实验数据绘制出了如图所示图像。若单位时间内两液体吸收的热量相等，酒精的热值为，水的比热容为，则下列说法正确的是（　　 ） A．甲液体在内吸收的热量为 B．升高相同的温度，甲吸收的热量更多 C．甲的比热容为 D．酒精灯对甲的加热效率为 【变式3-1】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 【变式3-2】氢内燃汽车（HICEV）是燃烧氢提供动力的汽车。为测试某氢内燃汽车的性能，驾驶该车以90km/h的速度在平直公路上匀速行驶20min，消耗氢的质量为0.6kg，此过程中发动机的牵引力恒为1.12×103N，氢的热值q氢＝1.4×108J/kg。求该汽车在测试时间内： (1)行驶的路程； (2)牵引力做的功； (3)利用氢燃料的效率。 【题型四】能量守恒易错 【例4】下列关于能量转移和转化的方向性的说法中，不正确的是（　　） A．在自然界中不是所有能量都能利用 B．能量的利用是有条件的，也是有代价的 C．不同温度的物体发生热传递时，热量可以自发地从高温物体传到低温物体 D．汽车刹车时，车的动能转化为内能，这些内能可以收集起来，再作为车行驶的动力 【变式4-1】如图是古人锻造铁器的过程，下列说法正确的是（　　） A．加热铁的阶段，铁熔化需要放热 B．锻打过程中，铁块含有的热量增加 C．淬火时铁的内能减少，温度降低 D．加热和淬火时都是将内能转化为机械能 【变式4-2】下列有关能量的说法中， 正确的是（　 　） A．只有运动的物体才有能量，静止的物体没有能量 B．给手机电池充电时，将化学能转化为电能 C．发电机工作时， 将机械能转化为电能 D．能量只能发生转化， 不能发生转移 【题型一】热机效率综合计算 【例1】 某物理兴趣小组的同学用天然气灶给10kg的水加热，同时他们绘制了加热过程中水温随时间变化的图像，如图所示。若6min内完全燃烧了0.1m3的天然气，求：［水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值为4.2×107J/m3］ (1)0.1m3的天然气完全燃烧放出的热量； (2)6min内水吸收的热量； (3)天然气灶烧水的加热效率。 【变式1-1】 某一款国产氢能源汽车，一标准大气压下，该汽车一次可携带6×104L的氢气燃料，并使用质子交换膜燃料电池进行能量转换，可获得相比于传统热机更大的能量转化效率。在一次性能测试中，该汽车牵引力为1050N，装满氢气后匀速行驶了600km，恰好用完所有氢气。已知氢气热值为1.4×108J/kg，氢气密度约为0.1kg/m3，汽油热值为4.5×107J/kg。求： (1)汽车牵引力做的功； (2)该过程中汽车消耗的氢气完全燃烧产生的热量； (3)如果该汽车使用汽油作为燃料，需要消耗40kg的汽油，请分别计算使用氢气和汽油作为燃料时的效率并说明汽车使用哪种燃料更好（简要写出判断的理由）？ 【变式1-2】 伴随着国家对汽车以旧换新补贴政策的持续出台，汽车销量日益提升，据不完全统计郑州市在2024年汽车的保有量就达到了500万辆，其中燃油车占比约为80%。每辆燃油车每年平均消耗汽油为1.86t，汽油机的效率平均为30%，汽油的热值为。 (1)汽油机燃料燃烧释放的能量除了转化为有用机械能外，最主要的流失形式是 ；（选填“机械损失”、“散热损失”、“燃料的不完全燃烧”或“废气带走能量”） (2)如果能把汽油机的效率提高1%，郑州市每年可以节约燃油多少t？ 【题型二】能量转化综合 【例2】下列四幅图中，关于能量转化的说法错误的是（　　） A．图甲，过山车向下运动时将重力势能转化为动能 B．图乙，水电站将水的机械能转化为电能 C．图丙，自行车运动员奋力蹬车时，人体内的一部分化学能转化为机械能 D．图丁，汽车在刹车过程中，刹车片会发热，将内能转化为机械能 【变式2-1】多米诺骨牌起源于我国北宋时期。如图所示，将大小不一的木板按一定间距排列，轻轻碰倒第一张木板，其余木板将会依次倒下。推倒第一张最小的木板，我们提供的动能是很小的，但最后倒下的大木板却拥有很大的动能。关于能量为什么增加，下列说法正确的是（　　） A．木板碰撞时内能转化为机械能 B．能量是可以凭空产生的 C．倒下木板的重力势能转化转移而来的 D．木板的惯性转化而来的 【变式2-2】 如图所示是一种设想中的永动机，它通过高处的水流冲击叶片，叶片的转动带动抽水器从低处将水抽到高处，从而循环工作。问： (1)水在实际下落的过程中，机械能会减少吗？ (2)这种永动机能不能一直工作下去？ (3)什么定律可以支持你的观点？ 【题型三】热机循环图像 【例3】 如图所示是一个四冲程柴油机的剖面图，下列关于柴油机和汽油机工作的相关说法正确的是（　　） A．柴油机和汽油机吸气冲程吸进的都是空气 B．除了做功冲程外，其余冲程都需要依靠曲轴的惯性完成 C．柴油机顶部的喷油嘴可以替换成火花塞 D．柴油机和汽油机气缸内的燃料都是点燃的 【变式3-1】礼宾花结构如图所示，旋转纸筒时，气阀打开，气罐中的压缩空气喷射而出，将纸筒内的彩纸屑和彩条高高喷出，形成缤纷绚丽的景象。从能量转化角度看，礼花彩条被喷出的过程与图中内燃机的哪个冲程相同（  ） A B C D 【变式3-2】 如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，以下说法正确的是（　　） A．汽油机一个工作循环四个冲程的正确顺序是：乙、甲、丁、丙 B．汽油机吸气冲程汽缸吸进的物质是汽油 C．若汽油机每秒做功10次，则飞轮的转速为 D．图丁是做功冲程，内能转化为机械能 【题型一】热机冲程判断模型 【模型解读】进气门开，排气门关，活塞向下 → 吸气冲程；两气门关，活塞向上 → 压缩冲程（机械能 → 内能）；两气门关，火花塞点火或喷油，活塞向下 → 做功冲程（内能 → 机械能）；排气门开，进气门关，活塞向上 → 排气冲程。 【例1】 对于图中所描述的物理过程，下列分析中正确的是（　 　） A．甲图中，箭头表示白天的海陆风的风向 B．乙图中，玻璃筒内的空气被压缩后内能增大，这是因为棉花燃烧放热改变的 C．丙图中，橡胶塞飞出时，瓶内气体内能减小，这是通过做功的方式改变的 D．丁图中，该冲程为内燃机的压缩冲程，曲轴每转一圈发生一次该冲程 【变式1-1】 热机是把内能转化为 能的装置，图是汽油机工作时的 冲程，汽油机的每一个工作循环活塞对外做功 次，曲轴转动 周。 【变式1-2】 小白对家中的小汽车进行了一些研究：供汽车动力的是发动机的做功冲程，汽油在汽缸内燃烧时将化学能转化为内能；若飞轮的转速为2400r/min，则在1s内汽油机对外做功 次；在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放入一小团干燥的硝化棉，用力把活塞迅速压下，硝化棉燃烧，该过程中是通过的 方式来改变筒内空气的内能，其能量转化情况与图 （选填“A”“B”“C”“D”）所示汽油机冲程中的能量转化情况是一致的。 【题型二】热值计算模型 【模型解读】固体、液体：；气体：；单位统一： 用 kg， 用 m³， 用 J/kg 或 J/m³。 【例2】 长征二号丁运载火箭在我国西昌卫星发射中心点火起飞，如图所示，随后将遥感三十九号卫星送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。某些火箭助推器 采用液氢作为燃料，主要是因为它的 大；完全燃烧10t液氢放出的热量是 J，在液氢燃烧过程中，能量的总量 （填“变大”“变小”或“不变”）。 【变式2-1】 用天然气灶给水加热，在标准大气压下，把体积为10L、温度为15℃的水加热到沸腾。[，，]求： (1)水吸收的热量； (2)若不计热量损失，需要燃烧天然气的体积（结果保留两位小数）。 【变式2-2】如图是某型号的燃油汽车，其整车质量为1600kg，当该汽车静止在水平地面上时，车轮与地面的总接触面积为80cm2，最高车速为200km/h，平均每百公里油耗为8L，已知汽油的热值为q汽油=4.6×107J/kg，汽油的密度为ρ汽油=0.7×103kg/m3，水的比热容为c水=4.2×103J/（kg·℃），g取10N/kg。对汽车感兴趣的小焦进行了以下专题研究。 (1)某次测试过程中，该汽车以最高速度行驶40公里，所用的时间是多少小时？ (2)该车静止在水平地面上时对地面的压强是多少？ (3)该汽车每百公里消耗的汽油完全燃烧放出的热量，能使质量为多少千克的水的温度升高23℃？（不计热量损失） 【题型三】热机效率计算模型 【模型解读】先求 ；再求 ；；变形：，。 【例3】 用煤气炉将的水从加热到，消耗煤气。已知煤气的热值为，水的比热容为。求： (1)水吸收的热量； (2)煤气完全燃烧放出的热量； (3)煤气炉加热的效率。 【变式3-1】 第六代战斗机，是未来分布式空中作战体系中具有远程、穿透、强感知、强火力和快速决策能力的强有力的骨干节点平台，是世界各国研制的新一代高性能战斗机，代表了未来空战技术和战术的发展方向。某六代机最大飞行距离8000km，发动机每小时能以恒定的牵引力飞行4000km，输出功率达4×105W，消耗了80kg的航空燃油，已知燃油的热值q燃油＝4.5×107J/kg。求： (1)该飞机每小时消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量； (2)该飞机发动机的效率。 【变式3-2】 太阳能是21世纪重点开发利用的能源之一，如今太阳能热水器已走进千家万户。如图所示，某家庭太阳能热水器阳光照射时每小接收到6×106J的太阳能，若热水器吸收5h的太阳能，可以使质量为100kg的水温度升高40℃。已知天然气的热值q＝3.5×107J/m3。求： (1)水吸收的热量； (2)该太阳能热水器的效率； (3)若这些水吸收的热量由天然气来提供，假设天然气完全燃烧放出的热量有80%被水吸收，则需要多少m3的天然气。 【题型四】 ‌能量转化与守恒模型 【模型解读】判断能量形式变化：机械能、内能、电能、化学能、光能等；能量转化：形式改变；能量转移：形式不变，物体间转移；能量守恒：总量不变。 【例4】 乌东德水电站是我国在金沙江上建设的一座巨型水电站，是我国实施“西电东送”战略的核心工程之一，如图所示。乌东德水电站的拦河拱坝高270m。水电站满负荷发电时，一天的发电量就可以满足30万人一年的生活用电。下列说法正确的是（　　） A．水电站将电能转化为水的机械能 B．随着蓄水量的增加，水的动能增大 C．水电站放水发电的过程中，水的机械能增大 D．水电站放水发电的过程中，水的重力势能转化为动能 【变式4-1】 “力箭二号”液体运载火箭在东风商业航天发射场点火升空，成功将卫星送入预定轨道。火箭加速上升过程中，能量的主要转化顺序是（　　） A．化学能内能机械能 B．内能化学能机械能 C．机械能内能化学能 D．化学能机械能内能 【变式4-2】如图所示，某滑雪场中，游客由一只科技感十足的“机器狗”牵引驰骋雪道，上演现实版“冰雪奇缘”。“机器狗”拉雪橇向前滑动，说明力可以改变物体的_________________；“机器狗”的关节由电动机驱动，电动机工作时___________________（选填“遵循”或“不遵循”）能量守恒定律。 题目类型 技巧 热机冲程判断 看气门开闭和活塞运动方向；火花塞点火或喷油是做功冲程。 热值概念 热值是燃料属性，只与种类有关，与质量、燃烧情况无关。 热值计算 固体液体 ，气体 ；注意单位。 热机效率 ；总小于 1。 热机效率计算 先求 ，再求 ，最后求效率。 能量转化 形式改变是转化，形式不变是转移。 能量守恒 能量总量不变，永动机不可能。 综合计算 分清 和 ；注意单位统一。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题02 内能的利用 目 录 识记类 思维导图 知识清单 考点清单 辨析清单 题型类 高频题型清单 易错题型清单 重难题型清单 答题类 解题模型清单 答题技巧清单 知识点01 热机 1、热机 定义：利用内能来做功的机器。 能量转化：内能 → 机械能。 常见热机：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 2、内燃机 定义：燃料在汽缸内燃烧的热机。 分类：汽油机、柴油机。 工作循环：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转两周，对外做功一次。 3、汽油机与柴油机的比较 项目 汽油机 柴油机 吸气冲程 吸入汽油和空气的混合物 只吸入空气 压缩冲程 压缩程度较小 压缩程度较大 点火方式 火花塞点火 喷油嘴喷油，压燃 效率 较低 较高 应用 轿车、摩托车等 载重汽车、拖拉机等 知识点02 燃料的热值 1、热值 · 定义：1 kg 某种燃料完全燃烧放出的热量。 · 符号：。 · 单位：（气体燃料常用 ）。 · 公式：（固体、液体）；（气体）。 · 热值是燃料的一种属性，只与燃料种类有关，与燃料的质量、燃烧是否充分无关。 2、常见燃料的热值 干木柴：约 ；烟煤：约 ；汽油：约 柴油：约 ；氢：约 知识点03 热机的效率 1、热机效率 · 定义：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。 · 公式：。 · 热机效率总小于 1。 2、提高热机效率的途径 · 使燃料充分燃烧。 · 尽量减少各种热损失。 · 利用废气的能量。 · 改进热机结构，减少摩擦。 3、热机对环境的影响 · 废气污染。 · 噪声污染。 · 热污染。 知识点04 能量的转化和守恒 1、能量转化 · 能量从一种形式转化为另一种形式。 · 例如：摩擦生热，机械能 → 内能；热机做功，内能 → 机械能。 2、能量转移 · 能量从一物体转移到另一物体。 · 例如：热传递，内能从高温物体转移到低温物体。 3、能量守恒定律 · 内容：能量既不会消灭，也不会创生，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，而能量的总量保持不变。 · 永动机不可能实现，因为它违背了能量守恒定律。 考点01 热机 考点内容：热机的定义和能量转化；内燃机的四个冲程及其能量转化；汽油机和柴油机的区别；一个工作循环中活塞往复次数、曲轴转数、做功次数。 常见考法： （1）判断热机冲程名称。 （2）判断冲程中的能量转化。 （3）比较汽油机和柴油机。 （4）根据冲程图判断进气门、排气门状态和活塞运动方向。 （5）计算一个工作循环中做功次数、曲轴转数等。 考点02 燃料的热值 考点内容：热值的定义、单位、公式；热值是燃料的属性；热值相关计算： 或 。 常见考法： （1）热值概念辨析。 （2）利用热值公式计算燃料完全燃烧放出的热量。 （3）比较不同燃料的热值。 （4）结合热机效率计算。 考点03 热机的效率 考点内容：热机效率的定义和公式；提高热机效率的途径；热机效率计算：；热机效率总小于 1。 常见考法： （1）热机效率概念辨析。 （2）计算热机效率。 （3）计算有用功或燃料质量。 （4）分析提高效率的方法。 （5）结合热值、热量计算综合考查。 考点04 能量的转化和守恒 考点内容：能量转化和转移的实例分析；能量守恒定律的内容；永动机不可能实现。 常见考法： （1）判断能量转化形式。 （2）判断能量转移方向。 （3）用能量守恒解释现象。 （4）辨析永动机。 辨析01 热机冲程与能量转化类易错 · 分不清四个冲程中气门开闭、活塞运动方向与能量转化，常把压缩冲程的“机械能转化为内能”与做功冲程的“内能转化为机械能”记反； · 看到火花塞点火就误判为压缩冲程，忽略做功冲程活塞向下、两气门关闭；把排气冲程与吸气冲程混淆，忘记排气冲程排气门打开、活塞向上； · 一个工作循环中活塞往复两次、曲轴转两周、对外做功一次，容易错记为活塞往复一次或做功两次。 辨析02 燃料热值与热量、比热容混淆类易错 · 误认为燃料的热值与燃料的质量、燃烧是否充分有关，错误地认为燃料质量越大热值越大、燃烧越充分热值越大； · 忽略热值是燃料的一种属性，只与燃料种类有关； · 把热值与热量混为一谈，认为热值越大放出的热量一定越多； · 把燃料的热值与物质的比热容混淆，热值描述燃料完全燃烧放热本领，公式为 ，比热容描述物质吸放热本领，公式为 ，在热机效率计算中把 与 乱用。 辨析03 热机效率概念及计算类易错 · 误认为热机效率可以等于或大于 ，忽略热机工作时总有能量损失；把热机效率与功率、机械效率混为一谈，认为功率越大效率越高； · 计算时把有用功与燃料完全燃烧放出的总热量颠倒，错误使用 ； · 忘记热机效率公式中 是热机对外做的有用功， 是燃料完全燃烧放出的热量；遇到求牵引力、速度的综合题时，不能把 与热机效率公式结合。 辨析04 能量转化与能量守恒类易错 · 分不清能量转化和能量转移，能量转化是能量形式发生改变，如内能转化为机械能、机械能转化为内能； · 能量转移是能量形式不变，只从一个物体转移到另一个物体，如热传递； · 误把热传递说成能量转化，或把热机做功说成能量转移； · 误认为能量可以凭空产生或凭空消失，忽略能量守恒定律，甚至认为可以制造出永动机； · 在解释现象时不能自觉运用能量守恒分析。 【题型一】热机冲程判断 【例1】 （多选）我国研制的全球首款本体热效率达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。关于柴油机，下列说法正确的是（　　） A．该柴油机的四个冲程正确的工作顺序应是丁、丙、乙、甲 B．该柴油机的乙冲程靠飞轮的惯性完成 C．图乙是压缩冲程，它将机械能转化为内能 D．通过改善柴油机结构，可将其效率从53.09%提升到100% 【答案】BC 【详解】 ABC．据图可知：图甲的进气门关闭、排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程；图乙中的进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，机械能转化为内能；图丙中的进气门和排气门均关闭，活塞向下运动，是做功冲程，内能转化为机械能；图丁中的进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程。该柴油机的四个冲程正确的工作顺序应是丁、乙、丙、甲。除做功冲程外，其余三个冲程均靠飞轮的惯性完成，故该柴油机的乙冲程靠飞轮的惯性完成。故A错误，BC正确； D．柴油机在工作过程中，不可避免地会有能量损失，如摩擦损失、散热损失等，所以柴油机的热机效率不可能达到100%，故D错误。 故选：BC。 【变式1-1】如图是四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，下列关于该冲程判断正确的是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】B 【详解】 如图所示，四冲程汽油机的进气门、排气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，故B正确，ACD错误。 故选：B。 【变式1-2】 如图所示是四冲程汽油机工作过程的原理图，其中做功冲程的图是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】 A．图中气门一开一闭，活塞向上运动，是排气冲程，故A不符合题意； B．图中气门一开一闭，活塞向下运动，是吸气冲程，故B不符合题意； C．图中进气门和排气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，故C符合题意； D．图中进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，故D不符合题意。 故选C。 【题型二】热值及热量计算 【例2】 使用清洁能源天然气有助于国家提出的2060年前实现碳中和的目标。小明同学用他家的天然气灶将质量为2kg、初温为15℃的水加热到95℃，水吸收的热量是_________J；若此过程的热效率为40%，则此过程消耗天然气_________。[水的比热容为，天然气热值为] 【答案】 0.04 【详解】 水吸收的热量 天然气完全燃烧放出的热量 消耗天然气的体积 【变式2-1】如图所示，在热机的原理实验中，完全燃烧的酒精可放出________的热量；加热过程中观察到风车慢慢转动，其能量转化方式与内燃机的________冲程类似。（） 【答案】 做功 【详解】 完全燃烧酒精放出的热量为 实验中，水受热汽化为水蒸气，高温蒸汽推动风车转动，能量转化为内能转化为机械能，内燃机的做功冲程为燃气的内能转化为活塞机械能，因此和做功冲程能量转化一致。 【变式2-2】“可燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力，同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的______很大。若以10倍的关系粗略计算，0.2kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为______J，可以使______kg的水从20℃加热至60℃。（，） 【答案】 热值 500 【详解】 热值表示单位质量的燃料完全燃烧时放出的热量，同等条件下“可燃冰”完全燃烧放出的热量远多于煤气，说明其热值很大；根据题意，0.2kg可燃冰完全燃烧放出的热量是同等条件下煤气完全燃烧放出热量的10倍，则 水吸收的热量等于可燃冰燃烧放出的热量，水的温度变化 根据，可得水的质量 【题型三】热机效率计算 【例3】 如图所示是某品牌汽车汽油机的能量流程图，某次该汽车行驶过程中消耗了0.1kg汽油。已 知汽油的热值为4.2×107J/kg，水的比热容为，求： (1)该汽油机的效率； (2)若释放的热量有 25%被冷却水吸收，质量为5kg的冷却水升高的温度。 【答案】 35% 50℃ 【详解】 （1）由能量流程图可知，输出有用机械能所占比例为 所以该汽油机的效率为35%。 （2）0.1kg汽油完全燃烧释放的热量为 由题意可知，水吸收的热量为 根据可知，质量为5kg的冷却水升高的温度为 【变式3-1】 氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，如图为一辆我国设计制造的氢能源公交车。该公交车以的恒定功率做匀速行驶，氢燃料完全燃烧获得热量的60％可用来做机械功。已知，。求： (1)质量为的氢燃料完全燃烧放出的热量。 (2)若这些热量全部被水吸收，可以使质量为、初温为20℃的水升高多少温度？ (3)这些热量能让该公交车匀速行驶的时间。 【答案】 10℃ 180S 【详解】 （1）氢燃料完全燃烧放出的热量 （2）热量全部被水吸收，因此水吸收的热量 水的质量 水升高的温度 （3）由得，公交车获得的机械功 公交车恒定功率 公交车匀速行驶的时间 【变式3-2】 小明和爸爸质量共120kg，骑着一辆质量为300kg（含装备）的三轮摩托车，沿318国道从成都前往拉萨旅行。水平骑行时每只轮胎与地面接触的面积为0.02m2（g取10N/ kg） (1)水平骑行时，摩托车对地面的压力、压强分别是多少？ (2)在海拔约5000m的米拉山垭口烧水，用燃气炉将质量2.5kg、初温为3℃的水加热至沸腾（水的沸点为83℃）。若燃气完全燃烧释放热量的30%被水吸收。则水吸收了多少热量？共用掉多少燃气？[，] 【答案】 Pa 8.4×105J 0.056Kg 【详解】 （1）摩托车对地面的压力F=G=m总g=420kg×10N/kg=4200N 摩托车对地面的压强 （2）水吸收热量 Q吸=c水m水Δt=4.2×103J/(kg·℃)×2.5kg×(83℃-3℃)=8.4×105J 燃气释放热量 燃气质量 【题型四】能量转化与守恒 【例4】下列关于能量守恒和转化的说法正确的是（　　） A．风力发电，是将电能转化为机械能 B．摩擦双手变热，说明内能可以转化为机械能 C．燃料燃烧时发热，化学能转化为内能 D．小球弹跳高度越来越低，说明能量总量减少 【答案】C 【详解】 A．风力发电，是将机械能转化为电能，故A错误； B．摩擦双手变热，说明机械能可以转化为内能，故B错误； C．燃料燃烧时发热，是将燃料的化学能转化为内能，故C正确； D．小球在地面弹跳时高度逐渐减小，是因为小球在运动过程中，机械能通过与空气的摩擦以及与地面的碰撞等，逐渐转化为内能，但整个过程中能量的总量是守恒的，故D错误。 故选：C。 【变式4-1】（多选）如图所示是不同形式的能量的相互转化图，下列说法正确的是（　　） A．序号⑩的实例可以是摩擦生热 B．序号④的实例可以是给充电宝充电 C．圆圈内B的能量形式是电能 D．各种形式的能量都可以无条件的相互转化，且转化过程都要遵守能量守恒定律 【答案】ABC 【详解】 AC．由图知道，加热器工作时将电能转化为内能，因此，圆圈内A的能量形式应该是内能，B是电能；序号⑩是机械能转化为内能的过程，摩擦生热的过程中将机械能转化为内能，所以序号⑩的实例可以是摩擦生热，故AC正确； B．序号④是电能转化为化学能，给充电宝充电是电能转化为化学能，能量的转化相同，故B正确； D．根据能量转化和守恒定律知道，各种形式的能量都可以在一定条件下相互转化，且转化过程都要遵守能量守恒定律，故D错误。 故选：ABC。 【变式4-2】 （多选）关于能量的转化与守恒，下列说法中不正确的是（　　） A．甲图，小球弹跳的高度逐渐降低，说明能量会凭空消失 B．乙图，火箭升空时的能量转化类似于汽油机的做功冲程 C．丙图，风力发电将机械能转化为电能 D．丁图，只要坚持不懈，科学家们终有一天会发明出永动机 【答案】AD 【详解】 A．小球弹跳高度逐渐降低，是因为部分机械能转化为内能（如克服空气阻力做功），能量并没有凭空消失，只是发生了转化，故A 错误，符合题意； B．火箭升空时，内能转化为机械能；汽油机的做功冲程也是内能转化为机械能，二者能量转化类似，故B正确，不符合题意； C．风力发电机是利用风力带动叶片转动，将机械能转化为电能，故C正确，不符合题意； D．永动机违背了能量守恒定律，是不可能被发明出来的，故D错误，符合题意。 故选：AD。 【题型一】冲程能量转化易错 【例1】如图是四冲程内燃机某个冲程的示意图。根据图中活塞和曲轴的位置、进气门和排气门的开闭情况，下列分析正确的是（  ） A．该冲程是吸气冲程 B．该冲程机械能转化为内能 C．该冲程获得动力 D．该冲程不是由飞轮惯性完成的 【答案】B 【详解】 如图，两气门关闭，活塞上行，是压缩冲程，在这个冲程中，活塞压缩缸内气体，对气体做功，将机械能转化为内能，缸内气体温度升高，内能增大；内燃机一个工作循环的四个冲程中，只有做功冲程对外做功，获得动力，其它三个冲程都是靠飞轮的惯性完成的，故B正确，ACD错误。 故选：B。 【变式1-1】 光发动机可用于卫星的能源补充，其工作原理如图所示，密闭气室中在光照下会分解，使气室气压增大，推动活塞右移，无光条件下发生逆反应，连杆推动活塞左移，控制光照即可实现活塞往复运动。如图中，四冲程汽油机的冲程的能量转化情况与活塞左移过程中的能量转化情况相同的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】 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；而在无光条件下发生逆反应，连杆推动活塞左移，该过程中将机械能转化为内能，相当于汽油机的压缩冲程； A．图中进气门、排气门都关闭，活塞向上运动是压缩冲程，该过程中将机械能转化为内能，故A符合题意； B．图中进气门关闭，排气门打开，是排气冲程，故B不符合题意； C．图中进气门、排气门都关闭，火花塞点燃，活塞向下运动是做功冲程，该过程中将内能转化为机械能，故C不符合题意； D．图中进气门打开，排气门关闭，是吸气冲程，故D不符合题意。 故选：A。 【变式1-2】如图所示，试管内的水沸腾后，塞子受到水蒸气的压力而冲出去，这个过程中能量转化的情况与汽油机 冲程能量转化的情况相同；课前准备时，给酒精灯添加酒精，闻到了酒精味，这是 现象。 【答案】 做功 扩散 【详解】[1]试管内的水沸腾后，水蒸气内能增加，塞子受到水蒸气的压力冲出去，所以水蒸气的内能转换为塞子的机械能，而汽油机的做功冲程的内能转化是内能转化为机械能，能量转化情况与汽油机的做功冲程的能量转化情况相同。 [2]向酒精灯内添加酒精时，闻到了酒精味，这是酒精的扩散现象，表示分子在永不停息地做无规则运动。 【题型二】热值概念易错 【例2】把一瓶酒精倒去一半，则剩下的酒精（  ） A．比热容和热值均变为原来的一半 B．比热容和热值均不变 C．热值变为原来的一半，比热容不变 D．比热容变为原来的一半，热值不变 【答案】B 【详解】 酒精倒去一半，质量减半，但种类不变，所以比热容及热值均不变，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选：B。 【变式2-1】如图是液体燃料火箭喷气发动机示意图。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．燃料燃烧时内能转化为化学能 B．燃料箱燃料减少，燃料热值不变 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 【答案】B 【详解】 A．燃料燃烧时，燃料的化学能先转化为内能，再将内能转化为机械能，故A错误； B．热值是燃料的基本属性，与燃料的质量大小无关，所以燃料箱燃料减少，热值不变，故B正确； C．热值是燃料的基本属性，与燃料燃烧放出热量多少无关，故C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：B。 【变式2-2】零食棉花糖现在正成为一种网红小吃，机器将白砂糖加热为糖浆，再利用离心机甩出成为白色的糖丝，在师傅精心缠绕下，制成各种形状。关于棉花糖下列说法正确的是（　　） A．制成蓬松的棉花糖是凝华现象 B．砂糖经机器制成棉花糖，先吸热再放热 C．糖的温度升高是通过做功的方式完成的 D．加热火焰被高压喷出，提高了热效率，因此提高了热值 【答案】B 【详解】 AB．机器将白砂糖加热为糖浆，白砂糖由固态变为液态，属于熔化，熔化吸热，再利用离心机甩出成为白色的糖丝，液态的糖浆变为固态的糖丝，属于凝固，凝固放热，因此制成蓬松的棉花糖经历的物态变化是先熔化后凝固，该过程先吸热再放热。故A错误，B正确； C．机器将白砂糖加热为糖浆，糖温度的升高是通过热传递的方式完成的，故C错误； D．热值是燃料的一种特性，它代表燃料性能的优劣，热值的大小只与燃料的种类有关，加热火焰被高压喷出，热值不变，故D错误。 故选：B。 【题型三】热机效率计算易错 【例3】小范同学用相同的酒精灯分别对质量均为的水和甲液体进行加热，内各消耗酒精，用得到的部分实验数据绘制出了如图所示图像。若单位时间内两液体吸收的热量相等，酒精的热值为，水的比热容为，则下列说法正确的是（　　 ） A．甲液体在内吸收的热量为 B．升高相同的温度，甲吸收的热量更多 C．甲的比热容为 D．酒精灯对甲的加热效率为 【答案】C 【详解】 ACD．由图像可知，在4min内甲液体升高的温度为 由图像可知，在4min内水升高的温度为 因为单位时间内两液体吸收的热量相等，并且水和甲液体质量相等，所以 甲的比热容为 4min内酒精完全燃烧放出的热量 4min内甲液体在4min内吸收的热量为 酒精灯对甲的加热效率 故AD错误，C正确； B．因为水和甲液体质量相等，水的比热容大于甲的比热容，升高相同温度时，根据可知，水吸收的热量更多，故B错误。 故选：C。 【变式3-1】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。 【变式3-2】氢内燃汽车（HICEV）是燃烧氢提供动力的汽车。为测试某氢内燃汽车的性能，驾驶该车以90km/h的速度在平直公路上匀速行驶20min，消耗氢的质量为0.6kg，此过程中发动机的牵引力恒为1.12×103N，氢的热值q氢＝1.4×108J/kg。求该汽车在测试时间内： (1)行驶的路程； (2)牵引力做的功； (3)利用氢燃料的效率。 【答案】(1)30km (2)3.36×107J (3)40% 【详解】 （1）根据可得，行驶的路程 （2）根据可得，牵引力做的功 （3）氢完全燃烧放出的热量为 利用氢燃料的效率 【题型四】能量守恒易错 【例4】下列关于能量转移和转化的方向性的说法中，不正确的是（　　） A．在自然界中不是所有能量都能利用 B．能量的利用是有条件的，也是有代价的 C．不同温度的物体发生热传递时，热量可以自发地从高温物体传到低温物体 D．汽车刹车时，车的动能转化为内能，这些内能可以收集起来，再作为车行驶的动力 【答案】D 【详解】 A．在自然界中不是所有能量都能利用，例如雷电带来的能量，还不能被人类所利用，故A正确，不符合题意； B．能量的利用是有条件的，也是有代价的，例如利用核能来发电，一旦核泄漏造程度的后果将不堪想象，故B正确，不符合题意； C．热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，但却不能自发地从低温物体传递到高温物体，说明能量转移具有方向性，故C正确，不符合题意； D．汽车刹车时，车的动能转化为内能，内能不可以自动地、不引起其它变化地完全转化为机械能，说能量转化具有方向性，故D错误，符合题意。 故选：D。 【变式4-1】如图是古人锻造铁器的过程，下列说法正确的是（　　） A．加热铁的阶段，铁熔化需要放热 B．锻打过程中，铁块含有的热量增加 C．淬火时铁的内能减少，温度降低 D．加热和淬火时都是将内能转化为机械能 【答案】C 【详解】 A．加热铁的阶段，铁熔化需要吸热，故A错误； B．热量是过程量，不能说铁块含有的热量增加，故B错误； C．淬火时铁放出热量，内能减少，温度降低，故C正确； D．加热和淬火时都是通过热传递，改变物体的内能，是热量发生转移，故D错误。 故选：C。 【变式4-2】下列有关能量的说法中， 正确的是（　 　） A．只有运动的物体才有能量，静止的物体没有能量 B．给手机电池充电时，将化学能转化为电能 C．发电机工作时， 将机械能转化为电能 D．能量只能发生转化， 不能发生转移 【答案】C 【详解】 A． 能量的形式有很多，比如：机械能、内能、电能、化学能等等，其中内能是物体在任何时候都具有的，所以不能说“只有运动的物体才有能量，静止的物体没有能量”，故A错误； B．给手机充电过程中，消耗电能，得到化学能，所以是电能转化为化学能的过程，故B错误； C． 发电机工作过程中，消耗机械能，得到电能，所以的机械能转化为电能的过程，故C正确； D．当能量从一种形式变成另一种形式时，发生了转化；而当能量形式没有变化，只是从一个位置转移到另一个位置，属于能量转移，比如：给物体一端加热，物体另一端温度也逐渐升高，就是内能从一端转移到另一端了。故D错误。 故选：C。 【题型一】热机效率综合计算 【例1】 某物理兴趣小组的同学用天然气灶给10kg的水加热，同时他们绘制了加热过程中水温随时间变化的图像，如图所示。若6min内完全燃烧了0.1m3的天然气，求：［水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值为4.2×107J/m3］ (1)0.1m3的天然气完全燃烧放出的热量； (2)6min内水吸收的热量； (3)天然气灶烧水的加热效率。 【答案】(1)4.2×106J (2)2.52×106J (3)60% 【详解】 （1）天然气完全燃烧放出的热量 Q放=qV=4.2×107J/m3×0.1m3=4.2×106J （2）水吸收的热量 Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×10kg×(80℃-20℃)=2.52×106J （3）天然气灶的加热效率 【变式1-1】 某一款国产氢能源汽车，一标准大气压下，该汽车一次可携带6×104L的氢气燃料，并使用质子交换膜燃料电池进行能量转换，可获得相比于传统热机更大的能量转化效率。在一次性能测试中，该汽车牵引力为1050N，装满氢气后匀速行驶了600km，恰好用完所有氢气。已知氢气热值为1.4×108J/kg，氢气密度约为0.1kg/m3，汽油热值为4.5×107J/kg。求： (1)汽车牵引力做的功； (2)该过程中汽车消耗的氢气完全燃烧产生的热量； (3)如果该汽车使用汽油作为燃料，需要消耗40kg的汽油，请分别计算使用氢气和汽油作为燃料时的效率并说明汽车使用哪种燃料更好（简要写出判断的理由）？ 【答案】(1) (2) (3)分别为75%和35%，由于，且氢气的热值大，燃烧后的生成物为水，非常环保，所以汽车使用氢燃料更好。 【详解】 （1）汽车牵引力做功为 （2）6×104L的氢气燃料的质量为 该过程中汽车消耗的氢气完全燃烧产生的热量为 （3）使用氢气燃料的效率为 汽车消耗的汽油完全燃烧产生的热量为 由于，且氢气的热值大，燃烧后的生成物为水，非常环保，所以汽车使用氢燃料更好。 【变式1-2】 伴随着国家对汽车以旧换新补贴政策的持续出台，汽车销量日益提升，据不完全统计郑州市在2024年汽车的保有量就达到了500万辆，其中燃油车占比约为80%。每辆燃油车每年平均消耗汽油为1.86t，汽油机的效率平均为30%，汽油的热值为。 (1)汽油机燃料燃烧释放的能量除了转化为有用机械能外，最主要的流失形式是 ；（选填“机械损失”、“散热损失”、“燃料的不完全燃烧”或“废气带走能量”） (2)如果能把汽油机的效率提高1%，郑州市每年可以节约燃油多少t？ 【答案】(1)废气带走能量 (2)6×104 【详解】 （1）内燃机燃料燃烧释放的能量除了转化为有用机械能外，最主要的流失形式是废气带走热量。 （2）把内燃机的效率提高1%后，有用功是相同的，根据内燃机的效率公式知道，提高前后每辆汽车满足关系 即 解得 m2 = 1.8t 每辆汽车每年可节约燃油 100万量汽车每年可节约燃油 【题型二】能量转化综合 【例2】下列四幅图中，关于能量转化的说法错误的是（　　） A．图甲，过山车向下运动时将重力势能转化为动能 B．图乙，水电站将水的机械能转化为电能 C．图丙，自行车运动员奋力蹬车时，人体内的一部分化学能转化为机械能 D．图丁，汽车在刹车过程中，刹车片会发热，将内能转化为机械能 【答案】D 【详解】 A．图甲，过山车向下运动时，质量不变，高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，故重力势能转化为动能，故A正确，不符合题意； B．图乙，水力发电，消耗水的机械能，获得了电能，将机械能转化为电能，故B正确，不符合题意； C．图丙，自行车运动员奋力蹬车时，消耗了人的化学能，获得了自行车和人的机械能，人体内的一部分化学能转化为动能，故C正确，不符合题意； D．图丁，汽车在刹车过程中，刹车片会发热，此过程中克服摩擦做功，将机械能转化为内能，故D错误，符合题意。 故选：D。 【变式2-1】多米诺骨牌起源于我国北宋时期。如图所示，将大小不一的木板按一定间距排列，轻轻碰倒第一张木板，其余木板将会依次倒下。推倒第一张最小的木板，我们提供的动能是很小的，但最后倒下的大木板却拥有很大的动能。关于能量为什么增加，下列说法正确的是（　　） A．木板碰撞时内能转化为机械能 B．能量是可以凭空产生的 C．倒下木板的重力势能转化转移而来的 D．木板的惯性转化而来的 【答案】C 【详解】 A．木板碰撞时主要是机械能的传递，并非内能转化为机械能，故A错误； B．根据能量守恒定律，能量不能凭空产生，故B错误； C．每张木板在倒下时，自身的重力势能会转化为动能，并传递给下一张木板，最终大木板累积了大量动能，故C正确； D．惯性是物体的固有属性，不能转化为能量，故D错误。 故选C。 【变式2-2】 如图所示是一种设想中的永动机，它通过高处的水流冲击叶片，叶片的转动带动抽水器从低处将水抽到高处，从而循环工作。问： (1)水在实际下落的过程中，机械能会减少吗？ (2)这种永动机能不能一直工作下去？ (3)什么定律可以支持你的观点？ 【答案】(1)机械能会减少 (2)该永动机不能一直工作下去 (3)能量守恒定律可以支持这一观点 【详解】 （1）机械能包括动能和势能（重力势能、弹性势能），在只有动能和势能相互转化的理想情况下，机械能的总量保持不变。但在实际情况中，水下落时会受到空气阻力的作用，同时水流冲击叶片的过程中，部分机械能会转化为叶片和水的内能（比如摩擦生热），还有少量机械能会以声音的形式散失（比如水流冲击的声音）。这些转化出去的能量无法再全部恢复为水的机械能，所以水在实际下落过程中，机械能会减少。 （2）这种永动机的设计思路是让水流冲击叶片带动抽水器，将低处的水抽回高处，从而实现循环工作。但结合小问 1 的分析，水在下落过程中机械能会不断减少，导致水流冲击叶片的能量越来越小。叶片获得的能量减少后，带动抽水器抽水时，能抽到高处的水的量会逐渐减少，或者抽水的高度会逐渐降低，无法维持最初将水抽到足够高度的状态。随着时间推移，机械能的损失会不断累积，最终整个装置会因为能量不足而停止运转，所以这种永动机不能一直工作下去。 （3）能量守恒定律指出：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。这种永动机的设想试图让系统在没有外部能量补充的情况下，持续循环工作并对外输出能量（或维持自身运转），但实际上在运转过程中，机械能不断转化为内能、声能等其他形式的能量，这些能量无法再全部转化为推动装置循环的机械能，导致系统内可利用的机械能逐渐减少，违背了能量守恒定律。因此，能量守恒定律可以支持“这种永动机不能一直工作下去”的观点。 【题型三】热机循环图像 【例3】 如图所示是一个四冲程柴油机的剖面图，下列关于柴油机和汽油机工作的相关说法正确的是（　　） A．柴油机和汽油机吸气冲程吸进的都是空气 B．除了做功冲程外，其余冲程都需要依靠曲轴的惯性完成 C．柴油机顶部的喷油嘴可以替换成火花塞 D．柴油机和汽油机气缸内的燃料都是点燃的 【答案】B 【详解】 A．柴油机在吸气冲程吸进的是空气，汽油机在吸气冲程吸进的是汽油和空气的混合物，故A错误； B．四冲程内燃机包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程。做功冲程是将内能转化为机械能，使机器获得动力；而吸气、压缩、排气冲程靠曲轴的惯性来完成，故除了做功冲程外，其余冲程都需要依靠惯性完成，故B正确； C．柴油机顶部是喷油嘴，在压缩冲程结束时，喷油嘴向气缸内喷入雾状柴油，遇到高温高压的空气而燃烧；汽油机顶部是火花塞，在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使汽油和空气的混合物剧烈燃烧。二者结构和点火方式不同，柴油机顶部的喷油嘴不能替换成火花塞，故C错误； D．汽油机气缸内的燃料是通过火花塞产生电火花点燃的，属于点燃式；而柴油机气缸内的燃料是在压缩冲程末，由喷油嘴喷入雾状柴油，遇到高温高压空气自行燃烧的，属于压燃式，故D错误。 故选：B。 【变式3-1】礼宾花结构如图所示，旋转纸筒时，气阀打开，气罐中的压缩空气喷射而出，将纸筒内的彩纸屑和彩条高高喷出，形成缤纷绚丽的景象。从能量转化角度看，礼花彩条被喷出的过程与图中内燃机的哪个冲程相同（  ） A B C D 【答案】B 【详解】 礼宾花喷出彩条的过程是压缩空气的内能转化为彩条的机械能，这与内燃机的做功冲程能量转化一致，图中B选项中火花塞点火，属于做功冲程。故B符合题意；ACD不符合题意。 故选：B。 【变式3-2】 如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，以下说法正确的是（　　） A．汽油机一个工作循环四个冲程的正确顺序是：乙、甲、丁、丙 B．汽油机吸气冲程汽缸吸进的物质是汽油 C．若汽油机每秒做功10次，则飞轮的转速为 D．图丁是做功冲程，内能转化为机械能 【答案】ACD 【详解】 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。 图甲中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，压缩汽缸内的燃料混合物，温度升高；图乙中，进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下端运动，是吸气冲程，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸；图丙中，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，把废气排出气缸；图丁中，进气门和排气门都关闭，火花塞产生电火花，活塞向下运动，是做功冲程，高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。 A．汽油机一个工作循环四个冲程的正确顺序是：乙、甲、丁、丙，故A正确； B．汽油机吸气冲程吸进汽缸的物质是汽油和空气组成的燃料混合物，故B错误； C．由于汽油机飞轮转2r，对外做一次功，若汽油机每秒做功10次，则飞轮每秒转20r，则飞轮的转速一分钟转 ， 即，故C正确； D．图丁是做功冲程，内能转化为机械能，故D正确。 故选：ACD。 【题型一】热机冲程判断模型 【模型解读】进气门开，排气门关，活塞向下 → 吸气冲程；两气门关，活塞向上 → 压缩冲程（机械能 → 内能）；两气门关，火花塞点火或喷油，活塞向下 → 做功冲程（内能 → 机械能）；排气门开，进气门关，活塞向上 → 排气冲程。 【例1】 对于图中所描述的物理过程，下列分析中正确的是（　 　） A．甲图中，箭头表示白天的海陆风的风向 B．乙图中，玻璃筒内的空气被压缩后内能增大，这是因为棉花燃烧放热改变的 C．丙图中，橡胶塞飞出时，瓶内气体内能减小，这是通过做功的方式改变的 D．丁图中，该冲程为内燃机的压缩冲程，曲轴每转一圈发生一次该冲程 【答案】C 【详解】 A．如图甲所示，由于砂石比热容比水小，所以白天时陆地升温更快，空气膨胀上升，海洋升温慢，空气下沉，风从海洋吹向陆地，故A错误； B．如图乙所示，玻璃筒内的空气被压缩时，活塞对空气做功，空气内能增大、温度升高，达到棉花燃点使其燃烧，故玻璃筒内的空气被压缩后内能增大，是由于活塞做功改变的，故B错误； C．如图丙所示，试管内水蒸气推动橡胶塞冲出过程中，水蒸气对塞子做功，内能转化为机械能，水蒸气内能减小，故瓶内气体内能减小，是通过做功的方式改变的，故C正确； D．如图丁所示，进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，是压缩冲程；此内燃机一个工作循环包含4个冲程，曲轴转2圈，故曲轴每转2圈发生1次该冲程，故D错误。 故选：C。 【变式1-1】 热机是把内能转化为 能的装置，图是汽油机工作时的 冲程，汽油机的每一个工作循环活塞对外做功 次，曲轴转动 周。 【答案】机械能 压缩 1 2 【详解】 热机是把内能转化为机械能的装置;汽油机的四个冲程为吸气、压缩、做功和排气;一个工作循环中,只有做功冲程对外做功,曲轴转动两周。 【变式1-2】 小白对家中的小汽车进行了一些研究：供汽车动力的是发动机的做功冲程，汽油在汽缸内燃烧时将化学能转化为内能；若飞轮的转速为2400r/min，则在1s内汽油机对外做功 次；在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放入一小团干燥的硝化棉，用力把活塞迅速压下，硝化棉燃烧，该过程中是通过的 方式来改变筒内空气的内能，其能量转化情况与图 （选填“A”“B”“C”“D”）所示汽油机冲程中的能量转化情况是一致的。 【答案】20 做功 B 【详解】 [1]依据题目所给数据，时间单位为分钟，现将其化为秒，则 因为一个工作循环中飞轮转2次，对外做功1次，现在1s内飞轮转40次，则做功20次。 [2]用力把活塞压下，硝化棉燃烧，活塞对空气施加力的作用，使空气在力的方向上移动距离，该过程是通过做功的方式来改变内能的。 [3]甲图是机械能转化为内能，与之相同的是压缩冲程，压缩冲程中进气门和排气门都关闭，火花塞不点火，为图B。 【题型二】热值计算模型 【模型解读】固体、液体：；气体：；单位统一： 用 kg， 用 m³， 用 J/kg 或 J/m³。 【例2】 长征二号丁运载火箭在我国西昌卫星发射中心点火起飞，如图所示，随后将遥感三十九号卫星送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。某些火箭助推器 采用液氢作为燃料，主要是因为它的 大；完全燃烧10t液氢放出的热量是 J，在液氢燃烧过程中，能量的总量 （填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】热值 1.4×1012 不变 【详解】 [1]对于燃料，主要是利用它燃烧时放出的热量，所以用氢作为燃料，主要是因为它具有热值大的优点。 [2]完全燃烧10t的液态氢放出的热量 [3]能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其它形式，或从一个物体转移到另一个物体，而能量的总量保持不变，根据能量守恒定律可知，在液氢燃烧过程中，能量的总量保持不变。 【变式2-1】 用天然气灶给水加热，在标准大气压下，把体积为10L、温度为15℃的水加热到沸腾。[，，]求： (1)水吸收的热量； (2)若不计热量损失，需要燃烧天然气的体积（结果保留两位小数）。 【答案】（1）水的质量为 在标准大气压下水的沸点为100℃，水吸收的热量为 （2）若不计热量损失，天然气完全燃烧放出的热量为 则需要燃烧天然气的体积 【变式2-2】如图是某型号的燃油汽车，其整车质量为1600kg，当该汽车静止在水平地面上时，车轮与地面的总接触面积为80cm2，最高车速为200km/h，平均每百公里油耗为8L，已知汽油的热值为q汽油=4.6×107J/kg，汽油的密度为ρ汽油=0.7×103kg/m3，水的比热容为c水=4.2×103J/（kg·℃），g取10N/kg。对汽车感兴趣的小焦进行了以下专题研究。 (1)某次测试过程中，该汽车以最高速度行驶40公里，所用的时间是多少小时？ (2)该车静止在水平地面上时对地面的压强是多少？ (3)该汽车每百公里消耗的汽油完全燃烧放出的热量，能使质量为多少千克的水的温度升高23℃？（不计热量损失） 【答案】 （1）汽车以最高速度行驶40km所用的时间为 （2）静止时汽车对地面的压力等于其重力，则汽车对地面的压力为 该车静止在水平地面上时对地面的压强为 （3）百公里耗油8L，其质量为 所放出的热量为 依题意有 则水的质量为 【题型三】热机效率计算模型 【模型解读】先求 ；再求 ；；变形：，。 【例3】 用煤气炉将的水从加热到，消耗煤气。已知煤气的热值为，水的比热容为。求： (1)水吸收的热量； (2)煤气完全燃烧放出的热量； (3)煤气炉加热的效率。 【答案】(1)； (2)； (3)40% 【详解】 （1）水吸收的热量 （2）煤气完全燃烧放出的热量 （3）煤气炉加热的效率 【变式3-1】 第六代战斗机，是未来分布式空中作战体系中具有远程、穿透、强感知、强火力和快速决策能力的强有力的骨干节点平台，是世界各国研制的新一代高性能战斗机，代表了未来空战技术和战术的发展方向。某六代机最大飞行距离8000km，发动机每小时能以恒定的牵引力飞行4000km，输出功率达4×105W，消耗了80kg的航空燃油，已知燃油的热值q燃油＝4.5×107J/kg。求： (1)该飞机每小时消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量； (2)该飞机发动机的效率。 【答案】(1)3.6×109J (2)40% 【详解】 （1）航空燃油完全燃烧放出的热量 （2）飞行时间 T ＝ 1h＝3600s 发动机做的有用功为 燃油完全燃烧放出的总热量为 根据效率公式，可得该飞机发动机的效率为 【变式3-2】 太阳能是21世纪重点开发利用的能源之一，如今太阳能热水器已走进千家万户。如图所示，某家庭太阳能热水器阳光照射时每小接收到6×106J的太阳能，若热水器吸收5h的太阳能，可以使质量为100kg的水温度升高40℃。已知天然气的热值q＝3.5×107J/m3。求： (1)水吸收的热量； (2)该太阳能热水器的效率； (3)若这些水吸收的热量由天然气来提供，假设天然气完全燃烧放出的热量有80%被水吸收，则需要多少m3的天然气。 【答案】(1)1.68×107J (2)56% (3)0.6 【详解】 （1）水吸收的热量 Q ＝ mcΔt ＝ 100kg×4.2×103J/（kg·℃）×40℃ ＝ 1.68×107J （2）5h获得太阳能总量为 则热水器效率 （3）若由天然气提供同样热量，则完全燃烧天然气放出的热量为 设需要的天然气体积为 【题型四】 ‌能量转化与守恒模型 【模型解读】判断能量形式变化：机械能、内能、电能、化学能、光能等；能量转化：形式改变；能量转移：形式不变，物体间转移；能量守恒：总量不变。 【例4】 乌东德水电站是我国在金沙江上建设的一座巨型水电站，是我国实施“西电东送”战略的核心工程之一，如图所示。乌东德水电站的拦河拱坝高270m。水电站满负荷发电时，一天的发电量就可以满足30万人一年的生活用电。下列说法正确的是（　　） A．水电站将电能转化为水的机械能 B．随着蓄水量的增加，水的动能增大 C．水电站放水发电的过程中，水的机械能增大 D．水电站放水发电的过程中，水的重力势能转化为动能 【答案】D 【详解】 A．水电站是利用水的机械能发电，能量转化过程是水的机械能转化为电能，故A错误； B．蓄水量增加时，水库里的水近似静止，速度几乎不变，动能几乎不变；水位升高，增加的是水的重力势能，故B错误； C．放水发电时，水的机械能不断转化为电能，水自身的机械能是减小的，故C错误； D．放水发电时，高处的水下落，高度降低、重力势能减小，流速变快、动能增大，水的重力势能转化为动能，故D正确。 故选：D。 【变式4-1】 “力箭二号”液体运载火箭在东风商业航天发射场点火升空，成功将卫星送入预定轨道。火箭加速上升过程中，能量的主要转化顺序是（　　） A．化学能内能机械能 B．内能化学能机械能 C．机械能内能化学能 D．化学能机械能内能 【答案】A 【详解】 火箭燃料储存的能量是化学能，燃料燃烧时，将化学能转化为燃气的内能；高温高压的燃气膨胀做功，推动火箭上升，将内能转化为火箭的 机械能，因此能量转化顺序为，化学能转化为内能再转化为机械能。 故选：A。 【变式4-2】如图所示，某滑雪场中，游客由一只科技感十足的“机器狗”牵引驰骋雪道，上演现实版“冰雪奇缘”。“机器狗”拉雪橇向前滑动，说明力可以改变物体的_________________；“机器狗”的关节由电动机驱动，电动机工作时___________________（选填“遵循”或“不遵循”）能量守恒定律。 【答案】 运动状态 遵循 【详解】 力的作用效果有两种：改变物体的形状、改变物体的运动状态。原本静止的雪橇被机器狗拉动向前滑动，速度发生变化，运动状态改变，说明力可以改变物体的运动状态。 能量守恒定律是自然界的普遍规律，所有能量转化、转移过程都遵循该定律。电动机工作时将电能转化为机械能和内能，能量总和保持不变，依然遵循能量守恒定律。 题目类型 技巧 热机冲程判断 看气门开闭和活塞运动方向；火花塞点火或喷油是做功冲程。 热值概念 热值是燃料属性，只与种类有关，与质量、燃烧情况无关。 热值计算 固体液体 ，气体 ；注意单位。 热机效率 ；总小于 1。 热机效率计算 先求 ，再求 ，最后求效率。 能量转化 形式改变是转化，形式不变是转移。 能量守恒 能量总量不变，永动机不可能。 综合计算 分清 和 ；注意单位统一。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $