第十四章 内能的利用 知识清单 2026-2027学年九年级全一册（人教版）

第十四章　内能的利用　知识清单 依据人教版《义务教育教科书·物理》九年级全一册（2024年版新教材）编写，供复习备考使用 一、章知识概览 【学习内容】本章共四节：第1节能量的转化与守恒，第2节热机，第3节热机的效率，第4节跨学科实践：制作简易热机模型。通过本章学习，理解能量转化与能量守恒定律，认识热机的工作原理，理解热值与热机效率。 【考点地位】能量守恒定律、四冲程汽油机的工作过程、燃料的热值、热机的效率是中考必考内容，其中四个冲程的判断与能量转化、热值计算（Q＝mq）、热机效率的计算是高频考点，常以选择题、计算题、综合应用题形式考查。 【学习目标】① 了解各种形式能量的相互转化，理解能量守恒定律；② 认识热机，掌握四冲程汽油机的工作过程及能量转化；③ 理解燃料的热值，会计算燃料完全燃烧放出的热量；④ 理解热机的效率，了解提高热机效率的途径。 二、第1节　能量的转化与守恒 （一）考点知识梳理 【知识定位】能量转化的普遍性、能量守恒定律是本节核心考点，常以能量转化分析题形式考查。 【能量的转化】在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的：摩擦生热——机械能转化为内能；水轮机带动发电机发电——机械能转化为电能；电动机带动水泵抽水——电能转化为机械能；植物光合作用——光能转化为化学能；燃料燃烧——化学能转化为内能。 【能量守恒定律】能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，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，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律。 【能量守恒定律的地位】能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。所有能量转化的过程都遵循能量守恒定律。 【永动机不可能实现】任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为其他形式，而不能无中生有地制造能量，因此根本不可能造出永动机。 （二）重点知识记忆方法 【记忆口诀】能量守恒：能量不会凭空消失或产生，只会转化或转移，总量保持不变。判断能量转化：先看什么能减少、什么能增加，减小的能转化为增大的能。永动机：违反能量守恒定律，不可能制成。 【易错提醒】① 能量守恒中的“守恒”指总量不变，不是某种形式的能量不变；② 能量可以转化和转移，但转化和转移具有方向性（如内能不可能自发地从低温物体传到高温物体）；③ 能量减少不是“消失”，是转化成了其他形式的能量；④ 秋千越摆越低、小球越跳越低，减少的机械能转化成了内能。 三、第2节　热机 （一）考点知识梳理 【知识定位】热机的概念、四冲程汽油机的工作过程与能量转化、汽油机与柴油机的区别是本节核心考点，常以选择题、冲程判断作图题形式考查。 【热机】利用内能做功的机械叫作热机。蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等都是热机。燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫作内燃机。内燃机分为汽油机和柴油机两大类。 【汽油机的四个冲程】活塞在气缸内往复运动，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。四冲程汽油机的工作过程为：吸气、压缩、做功、排气四个冲程的循环。 四冲程汽油机工作示意图 【四个冲程的工作情况】吸气冲程：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气缸；压缩冲程：进、排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩（机械能转化为内能）；做功冲程：压缩冲程结束时火花塞产生电火花，燃料猛烈燃烧产生高温高压气体推动活塞向下运动，对外做功（内能转化为机械能，此冲程使汽车获得动力）；排气冲程：排气门打开、进气门关闭，活塞向上运动，把废气排出气缸。 【柴油机】柴油机的构造与汽油机相似，但气缸顶部没有火花塞，而有喷油嘴，通过压缩空气直接点燃柴油。吸气冲程吸进气缸的只有空气；压缩冲程中空气温度超过柴油燃点，喷油嘴喷出雾状柴油遇热空气燃烧。 【汽油机与柴油机的比较】汽油机：燃料为汽油，点燃方式为火花塞点燃（点燃式），吸气冲程吸入汽油和空气的混合物；柴油机：燃料为柴油，点燃方式为压燃式（压缩空气点燃），吸气冲程只吸入空气，功率较大、较笨重，主要用于载重汽车、拖拉机、轮船等。 （二）重点知识记忆方法 【记忆口诀】四冲程顺序：吸、压、做、排。冲程判断：活塞上行为压缩或排气，活塞下行为吸气或做功；进气门开是吸气，排气门开是排气，两门全关看活塞方向（上行压缩、下行做功）。能量转化：压缩冲程机械能变内能，做功冲程内能变机械能。只有做功冲程对外做功，其他三个冲程靠飞轮惯性完成。 【易错提醒】① 只有做功冲程对外做功，压缩、吸气、排气冲程靠飞轮的惯性完成；② 一个工作循环有四个冲程，曲轴转动两圈，对外做功一次；③ 压缩冲程是机械能转化为内能，做功冲程是内能转化为机械能；④ 汽油机是点燃式（火花塞），柴油机是压燃式（喷油嘴）；⑤ 柴油机吸气冲程只吸入空气。 四、第3节　热机的效率 （一）考点知识梳理 【知识定位】燃料的热值、热机效率的计算及提高途径是本节核心考点，常以计算题、综合应用题形式考查。 【热值】某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值。热值用q表示，单位是焦每千克（J/kg）（气体燃料为J/m³）。热值是燃料的一种属性，与燃料的种类有关，与质量、是否完全燃烧无关。 【燃料燃烧放热的计算】Q放＝mq（固体、液体燃料）；气体燃料Q放＝Vq。如汽油热值4.6×10⁷ J/kg，30 kg汽油完全燃烧放出的热量Q＝4.6×10⁷ J/kg×30 kg＝1.38×10⁹ J。 【热机的效率】用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫作热机的效率，即η＝W有用/Q放。热机的效率总小于1。汽油机效率为20%～40%，柴油机效率为30%～45%。 【提高热机效率的途径】在热机的能量损失中，废气带走的能量最多。减少各种能量损失（使燃料充分燃烧、减少散热损失、利用废气能量——热电站），是提高热机效率的重要措施。 （二）重点知识记忆方法 【记忆口诀】热值：完全燃烧，放热比质量，单位焦每千克。放热计算：Q放＝mq。热机效率：有用功比放出的总热量，η＝W有用/Q放，总小于1。提高效率：燃料充分燃烧、减少散热、利用废气能量。 【易错提醒】① 热值是燃料的属性，与燃料质量、是否完全燃烧无关；② 计算时注意热值单位（J/kg或J/m³）与质量的对应；③ 热机效率是有用功与燃料完全燃烧放出的热量之比，不是有用功与总功之比（总功指机械做的总功时用机械效率公式）；④ 蒸汽机效率很低（6%～15%），柴油机效率比汽油机高；⑤ 燃料很难完全燃烧，实际放出的热量比按热值计算的少。 五、第4节　跨学科实践：制作简易热机模型 （一）考点知识梳理 【知识定位】热机的分类（内燃机与外燃机）及热机模型制作原理是本节核心考点，常以原理分析题形式考查。 【内燃机与外燃机】汽油机属于内燃机，工作物质是气缸内的空气和汽油的混合物；蒸汽机的燃烧室在气缸外，属于外燃机，工作物质是水蒸气。 【简易汽轮机模型】向易拉罐内注入约半罐水，将笔尖朝外插入罐内并密封开口，笔尖对准小风扇扇叶，用酒精灯加热易拉罐，水沸腾产生水蒸气从笔尖喷出，推动扇叶转动。原理：水蒸气的内能转化为扇叶的机械能。制作时注意安全（高温蒸汽、锋利物体）。 （二）重点知识记忆方法 【记忆口诀】热机分类：燃烧室在气缸内是内燃机，在气缸外是外燃机。热机模型：加热产生蒸汽，蒸汽推动扇叶，内能转化为机械能。 【易错提醒】① 蒸汽机是外燃机，汽油机、柴油机是内燃机；② 热机模型利用的是蒸汽（水蒸气）的内能推动做功。 六、本章热词对比记忆表 【四冲程汽油机工作过程对比表】 冲程 进气门 排气门 活塞运动方向 能量转化 作用 吸气冲程 打开 关闭 向下 — 吸入汽油和空气的混合物 压缩冲程 关闭 关闭 向上 机械能转化为内能 压缩燃料混合物 做功冲程 关闭 关闭 向下 内能转化为机械能 对外做功（获得动力） 排气冲程 关闭 打开 向上 — 排出废气 【汽油机与柴油机对比表】 比较项 汽油机 柴油机 燃料 汽油 柴油 气缸顶部 有火花塞 有喷油嘴（无火花塞） 点火方式 点燃式（火花塞产生电火花） 压燃式（压缩空气温度超过燃点） 吸气冲程吸入 汽油和空气的混合物 只有空气 效率 20%～40% 30%～45% 应用 小汽车、摩托车等 载重汽车、拖拉机、轮船等 七、章高频考点速记 ① 能量守恒定律：能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，只会从一种形式转化为其他形式，或从一个物体转移到其他物体，总量保持不变。 ② 热机：利用内能做功的机械；内燃机分汽油机（点燃式）和柴油机（压燃式）。 ③ 四冲程：吸气、压缩、做功、排气；压缩冲程机械能→内能，做功冲程内能→机械能；一个循环曲轴转两圈、做功一次。 ④ 热值：完全燃烧放出的热量与质量之比，Q放＝mq；汽油热值4.6×10⁷ J/kg。 ⑤ 热机效率：η＝W有用/Q放，总小于1；汽油机20%～40%，柴油机30%～45%；废气带走能量最多。 ⑥ 永动机违反能量守恒定律，不可能制成。 八、章考向预测（2026—2027学年） 【考向预测】① 能量转化分析（摩擦生热、水电站、光合作用、燃料燃烧等）；② 四冲程汽油机冲程的判断（根据气门开闭和活塞运动方向）与能量转化；③ 汽油机与柴油机的区别；④ 热值的理解与燃料放热计算（Q＝mq）；⑤ 热机效率的计算（η＝W有用/Q放，结合热值、功率综合计算）；⑥ 提高热机效率的途径（废气利用、热电站）；⑦ 能量守恒定律的应用（永动机不能制成的原因、能量转化方向性）。 九、学情自测 本部分依据本章知识清单编制，用于自查掌握程度，建议限时完成。 （一）选择题（每题2分，共5题） 1. 如图所示，将活塞拔出，向注射器内喷入少量酒精，再塞上活塞，然后将电子点火器的两个电极从针孔插入注射器中，用胶密封接口。按动点火器，雾化的酒精被点燃，活塞被迅速推出。汽油机的四个冲程中能量转化方式与上述过程相同的是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 2. 关于热值，下列说法正确的是（　　）。 A．燃料的热值越大，燃烧时放出的热量越多 B．热值表示某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比 C．热值大小与燃料是否完全燃烧有关 D．热值与燃料的质量有关 3. 如图所示，易拉罐中装有适量的水，用酒精灯加热，当有蒸汽喷出时，风车的扇叶就转动起来。下列说法正确的是（     ） A．易拉罐中水的内能增加是通过做功的方式实现的 B．酒精灯内的酒精减少会导致酒精的热值变小 C．推动扇叶转动的水蒸气的内能减小 D．推动扇叶转动的水蒸气的内能全部转化为扇叶的机械能 4. 用酒精灯给试管加热至管内水沸腾，一段时间后橡皮塞被水蒸气冲出，如图所示。下列说法正确的是（     ） A．酒精燃烧过程，化学能全部转化为水的内能 B．水的内能增加，是通过做功的方式来实现的 C．橡皮塞被冲出过程，水蒸气的温度升高 D．橡皮塞被冲出过程，内能转化为机械能 5. 完全燃烧0.5 kg的汽油（热值4.6×10⁷ J/kg）放出的热量是（　　）。 A．2.3×10⁷ J B．4.6×10⁷ J C．9.2×10⁷ J D．2.3×10⁸ J （二）填空题（每空2分） 1. 四冲程汽油机的一个工作循环由______、______、______、______四个冲程组成。 2. 下图是小明同学在家中制作的热机模型。酒精燃烧时，将化学能转化为内能。喷出的高温水蒸气推动风车的叶片转动，将内能转化为________，此过程的能量转化与四冲程汽油机的_________冲程相同。 3. 某种燃料______燃烧放出的热量与其______之比，叫作这种燃料的热值，单位是________。 4. 热机效率η＝__________；汽油机的效率约为___________，柴油机的效率约为___________。 5. 如图展示的是我国传统的走马灯，点燃底部的蜡烛，上升的热空气驱动扇叶转动，带动纸片转动。在这一过程中空气的内能转化为扇叶的__________能，这一能量转化过程与四冲程汽油机的__________冲程相似。 （三）简答题（每题8分，共2题） 1. 热机是获取动力的主要机械，广泛应用于生产生活中。某科技小组在跨学科实践活动中，制定了以下学习流程。 如图甲所示，试管中的水沸腾后，橡胶塞被冲出，水蒸气的_____能转化为橡胶塞的______能，此过程与汽油机的_____冲程原理相同。在加热过程中，酒精灯内剩余酒精的热值______（选填“增大”“减小”或“不变”）。 项目实施 (2)受上述实验启发，如图乙所示，小华在易拉罐内注入大约半罐水，将去掉笔芯和尾塞的笔管尾端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封。将易拉罐放在金属圈上并固定。笔管的尖端对准小风车的扇叶。点燃酒精灯，易拉罐中水的内能增加是通过_______的方式实现的，此过程______（选填“遵循”或“不遵循”）能量守恒定律。当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来。 项目延伸 (3)展示交流后，小聪又用塑料矿泉水瓶进行了如下探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖。如图丙所示扭转瓶子，轻轻松动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时出现“白雾”。“白雾”是水蒸气_____（填物态变化名称）形成的。 2. 为什么柴油机的效率比汽油机高？ （四）挖空默写（每空1分） 1. 能量守恒定律：能量既不会________，也不会________，只会________________或________________，总量________。 2. 四冲程：______、______、______、______。 3. 热值公式：Q放＝______；热机效率公式：η＝__________。 十、参考答案 【选择题】 1.C。 雾化酒精被点燃后燃气迅速推动活塞弹出，是内能转化为机械能，与汽油机做功冲程的能量转化相同；吸气、排气冲程无能量转化，压缩冲程是机械能转化为内能，故选C。 2.B 热值表示完全燃烧放出的热量与质量之比，是燃料的属性，与质量、是否完全燃烧无关；放热多少还取决于质量。 3.C。 高温水蒸气推动扇叶转动时对扇叶做功，自身内能减小、温度降低，C正确；水吸热升温是热传递改变内能，A错误；热值是燃料本身的特性，与酒精质量多少无关，B错误；内能不可能全部转化为扇叶的机械能，D错误。 4.D。 水蒸气把橡皮塞冲出时对塞子做功，水蒸气的内能转化为橡皮塞的机械能，D正确；酒精燃烧释放的化学能不能全部转化为水的内能，A错误；水吸热升温是通过热传递而非做功，B错误；水蒸气对外做功时温度降低，C错误。 5.A Q＝mq＝0.5 kg×4.6×10⁷ J/kg＝2.3×10⁷ J。 【填空题】 1.吸气；压缩；做功；排气。 四冲程汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，活塞往复两次、曲轴转动两周，其中只有做功冲程对外做功。 2.机械能；做功。 喷出的高温水蒸气推动风车叶片转动，把内能转化为叶片的机械能，这一能量转化与四冲程汽油机的做功冲程相同。 3.完全；质量；J/kg。 热值的定义是：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，单位是焦每千克（J/kg）。 4.W有用/Q放；20%～40%；30%～45%。 热机效率η＝用来做有用功的那部分能量W有用与燃料完全燃烧放出的热量Q放之比；汽油机的效率约为20%～40%，柴油机的效率约为30%～45%。 5.机械；做功。 蜡烛加热空气，热空气上升驱动扇叶转动，空气的内能转化为扇叶的机械能，这一过程与四冲程汽油机的做功冲程相似。 【简答题】 1. (1)内；机械；做功；不变；(2)热传递；遵循；(3)液化 (1)试管内水蒸气推动橡胶塞冲出时，水蒸气对塞子做功，自身的内能转化为橡胶塞的机械能；汽油机的做功冲程也是内能转化为机械能，因此原理相同；热值是燃料本身的特性，只与燃料的种类有关，与质量无关，因此酒精灯内剩余酒精的热值不变。(2)酒精灯加热过程中，热量从酒精灯传递给易拉罐和水，是通过热传递的方式改变水的内能；能量守恒定律是自然界的普遍规律，所有能量转化或转移过程都遵循能量守恒定律。(3)瓶盖被冲出时，瓶内气体对外做功，内能减小、温度降低，瓶内气态水蒸气遇冷变为液态小水滴，也就是“白雾”，这个物态变化是液化。 2. 柴油机的压缩程度比汽油机高，压缩冲程中空气的温度更高，燃料燃烧更充分；柴油机的做功冲程气体压强更大，输出功率更大，因此效率比汽油机高（30%～45% vs 20%～40%）。 【挖空默写】 1.凭空消失；凭空产生；从一种形式转化为其他形式；从一个物体转移到其他物体；保持不变。 能量守恒定律：能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，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，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 2.吸气；压缩；做功；排气。 四冲程依次为吸气、压缩、做功、排气。 3.mq；W有用/Q放。 燃料完全燃烧放热Q放＝mq；热机效率η＝W有用/Q放。 学科网（北京）股份有限公司 $