2023年中招物理复习专题04 内能的利用课件

2023年中考物理一轮复习讲练测专题04内能的利用1复习目标了解：热机工作原理；热值概念。会：热值的简单计算。理解：四冲程热机内能与做功特点；热机效率；能量的转化与守恒定律。掌握：热机能量转化方式与物体内能的变化。2一、思维导图2二、知识梳理知识点一：热机1.热机：利用内能做功的机械叫热机。热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。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。2二、知识梳理知识点一：热机2.内燃机的工作原理（1）汽油机：四冲程汽油机的结构—汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。冲程—活塞在气缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。汽油机的工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。吸气冲程—靠惯性运动，吸进汽油与空气的混合物；压缩冲程—外界对气体做功，机械能转化为内能，气体温度升高；2二、知识梳理知识点一：热机做功冲程—化学能转化为内能，气体温度升高，气体对外做功，内能转化为机械能；排气冲程—靠惯性运动，排出废气。（2）柴油机：四冲程柴油机的结构—汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、喷油嘴。柴油机的工作过程与汽油机几乎一样，但有三个区别：1）吸气冲程：汽油机吸进的是汽油和空气的混合物，柴油机吸进的仅仅是空气；2）压缩冲程：汽油机压缩的是汽油和空气的混合物，汽油机压缩的仅仅是空气；3）做功冲程：汽油机用火花塞点火，柴油机用喷油嘴喷油。2二、知识梳理知识点一：热机要点诠释：汽油机和柴油机的异同点：不同点相同点项目汽油机柴油机（1）构造基本相同都是燃料在气缸内燃烧，都是内燃机。（2）都将内能转化为机械能。（3）每一个工作循环都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。构造汽缸顶部有火花塞汽缸顶部有喷油嘴点火方式压缩冲程末由火花塞放出电火花点燃，称点燃式压缩冲程末由喷油嘴向汽缸内喷雾状柴油遇到高温高压的空气自动燃烧，称压燃式燃料汽油、吸气冲程吸进汽油和空气混合物柴油、吸气冲程吸进汽缸的只是空气压缩比压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1／9至1／6压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1／22至1／16做功做功冲程初燃气压强为30至50个大气压，温度2000℃至2500℃，高温高压的气体推动活塞做功做功冲程初燃气压强为50至100个大气压，温度1700℃至2000℃，高温高压的气体推动活塞做功效率效率较低20％至30％效率较高30％至45％用途轻便，多用于汽车、飞机、小型农机具笨重，多用于拖拉机、载重汽车、轮船等重型机械2二、知识梳理知识点二：热机效率1．热值（q）：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫热值；热值单位是：J/kg。（1）燃料燃烧放出热量：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。）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。2二、知识梳理知识点二：热机效率（2）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。2.热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫热机的效率。热机的效率是热机性能的一个重要指标。公式：2二、知识梳理知识点二：热机效率3.在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。注意：热机能量的损失：①燃料未完全燃烧（完全燃烧条件：充足空气，研磨成细颗粒）；②废气排出带走能量（废气的利用）；③克服磨擦，消耗能量（使用润滑剂，减小摩擦）。2二、知识梳理知识点二：热机效率要点诠释：燃料在热机中燃烧时，总有一小部分燃料不能完全燃烧而损失掉，燃料释放出的内能只有一部分用来推动热机的运动，即转化为热机的机械能，其余的能量在废气、散热、机械摩擦中损失掉了，其中废气带走的能量最多，所以设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。热机的效率是热机性能的一个重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。2二、知识梳理知识点三：能量转换与守恒1.能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，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，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。2．能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。2二、知识梳理知识点三：能量转换与守恒要点诠释：定律中能的转化，是指通过做功，能的形式发生了变化，一种形式的能转化为另一种形式的能。如钻木取火，就是通过克服摩擦做功，使机械能转化为内能。能的转移，是指同一种能从一个物体转移到另一个物体上，能的形式没有变化，如热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体。3考点一：热机及其工作过程【备考方略】1.内燃机活塞在汽缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。四冲程内燃机包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。2.在单缸四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环，每个工作循环曲轴转2周，活塞上下往复2次，做功1次。3考点一：热机及其工作过程【备课方略】3.汽油机和柴油机的比较：①汽油机的气缸顶部是火花塞；柴油机的气缸顶部是喷油嘴。②汽油机吸气冲程吸入气缸的是汽油和空气组成的燃料混合物；柴油机吸气冲程吸入气缸的是空气。③汽油机做功冲程的点火方式是点燃式；柴油机做功冲程的点火方式是压燃式。④柴油机比汽油及效率高，比较经济，但笨重。⑤汽油机和柴油机在运转之前都要靠外力辅助启动。3考点一：热机及其工作过程【经典例题】（2021·海南中考真题）双手相互摩擦时感觉发热，这一过程的能量转化与四冲程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【解析】双手相互摩擦时感觉发热，是克服摩擦做功，机械能转化为内能；汽油机的工作过程中，将机械能转化为内能的是压缩冲程。故选B。3考点一：热机及其工作过程【举一反三】1．（2021·湖南怀化市中考真题）如图所示是某四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，它是（）。A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程【解析】由图可知，进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，即为压缩冲程，故ACD不符合题意，B符合题意。故选B。3考点一：热机及其工作过程【举一反三】2．（2021·浙江宁波市中考真题）在如图所示的“汽油机模型”实验中，将少量的汽油喷入筒内，用软木塞塞住筒口，摇动起电机，观察到放电针放电，汽油燃烧，软木塞被高温高压的气体冲出。该实验可模拟四冲程汽油机工作时的（）。A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程3考点一：热机及其工作过程【举一反三】【解析】将少量的汽油喷入筒内，用软木塞塞住筒口，摇动起电机使放电针放电，电火花将汽油点燃，汽油燃烧产生高温高压燃气对软木塞做功，将燃气的内能转化为软木塞的机械能，所以软木塞被冲出。四冲程汽油机的做功冲程也是将燃气的内能转化为活塞的机械能，故这一过程是模拟四冲程汽油机的做功冲程。故选C。3考点一：热机及其工作过程【举一反三】3．（2021·甘肃武威市中考真题）如图所示是四冲程汽油机内部剖面图，此为______冲程；汽油机需要用冷却液进行降温，是利用了冷却液的______大的特性。3考点一：热机及其工作过程【举一反三】【解析】[1]四冲程汽油机的四个冲程分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。分析图，此时汽油机进气门、排气门都关闭，活塞向下运动，火花塞正在点火，由此判断是四冲程汽油机的做功冲程。[2]通常选用比热容大的物质做冷却液，相同质量的该种物质，吸收相同的热量，温度升高得少。【答案】做功；比热容。3考点二：热机工作中能量转化关系【备考方略】在这四个冲程中只有做功冲程是燃气对活塞做功，而其它三个冲程（吸气冲程、压缩冲程和排气冲程）是依靠飞轮的惯性来完成的。压缩冲程将机械能转化为内能。做功冲程是由内能转化为机械能。3考点二：热机工作中能量转化关系【典型例题】（2021·黑龙江齐齐哈尔市中考真题）如图所示试管内水蒸气将塞子推出的过程，水蒸气的________能转化为塞子的机械能.四冲程汽油机工作过程中的________冲程与上述能量转化过程相同。3考点二：热机工作中能量转化关系【典型例题】【解析】试管内水蒸气将塞子推出的过程中对塞子做功，水蒸气的内能减少转化为塞子的机械能，四冲程汽油机的四个冲成为：吸气冲程，压缩冲程，做功冲程，排气冲程；做功冲程中高温高压气体推动活塞运动，对活塞做功，内能转化为机械能，与上述能量转化过程相同。【答案】内；做功。3考点二：热机工作中能量转化关系【举一反三】1．（2021·江苏扬州市·中考真题）利用易拉罐做以下儿个小实验，（1）如图1，向空易拉罐中插入透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱，把罐体放在热水中，可以看到油柱______，这是利用气体的______制作简易温度计；（2）如图2，在易拉罐中放入盐和敲碎的冰，用筷子轻轻搅拌半分钟，可以看到罐底出现“白霜”这是空气中的水蒸气发生了______现象；（3）如图3，将易拉罐底部开一圆孔倒出饮料，放入滴有酒精的小块脱脂棉花，轻轻晃动易拉罐，把电火花发生器紧紧塞进孔中，按动按钮，观察到罐子飞出去了，这个过程与汽油机的______冲程能量转化方式一致。3考点二：热机工作中能量转化关系【举一反三】【解析】（1）[1][2]空易拉罐中插入透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱，把罐体放在热水中，由于热胀冷缩，罐内气体受热体积会膨胀，使管内油柱上升。（2）[3]冰中加盐会降低冰的熔点，在易拉罐中放入盐和敲碎的冰，用筷子轻轻搅拌半分钟，罐内的冰会在0℃以下开始熔化，因熔化过程要吸收热量，所以使罐壁的温度降低且低于0℃，空气中的水蒸气遇到0℃以下的罐底发生凝华现象，由水蒸气直接变为小冰晶附着在罐壁上，所以出现“白霜”。（3）[4]按动电火花发生器按钮，会点燃罐内酒精，酒精燃烧产生高温高压的燃气而向外喷气做功，所以罐子飞出去。这一过程是酒精的化学能转化为内能，再由内能转化为罐子的机械能，与汽油机的做功冲程能量转化方式一致。【答案】上升；热胀冷缩；凝华；做功。3考点二：热机工作中能量转化关系【举一反三】2．（2021·山东枣庄市中考真题）如图是四冲程汽油机的某个冲程，由图可看出它正处于______冲程，该冲程将机械能转化为______能，若该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功______次。3考点二：热机工作中能量转化关系【举一反三】【解析】[1]如图，进气门、排气门都关闭，活塞向上运动，它正处于压缩冲程。[2]此过程中活塞压缩气缸内的气体，对气体做功，使气体内能增加，将机械能转化为内能。[3]若该汽油机飞轮的转速是60r/s，飞轮转2圈做一次功，则汽油机每秒钟对外做功30次。【答案】压缩；内；30。3考点二：热机工作中能量转化关系【举一反三】3．（2021·广东中考真题）如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的______大，火箭发射升空时，燃料的化学能转化为______能，再转化为火箭的机械能，这个过程中火箭的机械能______（选填“守恒”或“不守恒”）。3考点二：热机工作中能量转化关系【举一反三】【解析】[1]利用液态氢作为燃料，主要是因为液态氢的热值大，相同质量的液态氢完全燃烧产生的热量多。[2]燃料燃烧时将化学能转化为内能。[3]火箭发射升空时，高度和速度都增大，所以重力势能和动能增大，机械能增大，机械能不守恒。【答案】热值；内；不守恒。3考点三：热机效率及相关计算【备考方略】1.热机工作时，不能把燃料释放的能量全部利用。主要原因是机械散发热量造成能量损失、废气排放也损失部分能量、发动机各部分零件相互摩擦消耗部分能量等。所以，热机利用的做有用功的热量只占燃料燃烧放出热量小部分。 2.热机效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的热量之比。由于热损失的原因多，热机效率一般较低。热机是人类使用的主要动力机，尽管它的效率不高，我们仍然离不开它。3.为了合理利用能量人类一直在努力提高热机效率。提高热机效率的途径：让燃料充分燃烧；减少发动机各部分之间的摩擦。3考点三：热机效率及相关计算【典型例题】（2021·四川南充市中考真题）汽油机在工作过程中将机械能转化为内能的冲程是______；汽油的热值是4.6×107J/kg，完全燃烧40g的汽油所释放的热量为______J。3考点三：热机效率及相关计算【典型例题】【解析】[1]汽油机的压缩冲程中活塞的机械能转化为内能。[2]汽油的质量m汽油=40g=0.04kg汽油完全燃烧所放出的热量Q放=m汽油q=0.04kg×4.6×107J/kg=1.84×106J。【答案】压缩冲程；1.84×106。3考点三：热机效率及相关计算【举一反三】1．（2021·云南中考真题）中国首次火星探索任务“天问一号”探测器的成功发射，是我国综合国力和创新能力提升的重要标志。如图所示是某火箭发射时的场景，目前运载火箭一般使用液态氢作为燃料、液态氧作为助燃剂。火箭燃料的发展如表1所示，表2是一些燃料的热值。表1

第1代第2代第3代第4代燃料氧气和汽油混合偏二甲胼煤油液态氢氧化剂四氧化二氮液态氧液态氧3考点三：热机效率及相关计算【举一反三】表2燃料热值燃料热值汽油

煤油柴油

氢

3考点三：热机效率及相关计算【举一反三】（1）使用氢作为燃料的主要优点是：______和______；（2）某火箭发射时携带了3×104kg液态氢燃料，这些燃料完全燃烧最多能将多少千克初温为的水加热至沸腾______？[c水=4.2×103J/kg·°C，当地大气压为1标准大气压]（3）氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在气缸中燃烧。某次测试中，一辆氢能源车以70kW的功率匀速行驶0.5h，消耗了2kg燃料，求该发动机的效率______。3考点三：热机效率及相关计算【举一反三】【解析】（1）[1][2]氢作为燃料的主要优点热值大、无污染。质量相同的燃料，热值大的燃烧后释放出更多的热量。氢燃烧后的产物是水，对环境无污染。（2）[3]氢燃烧后释放的热量水吸收的热量由可知，水的质量3考点三：热机效率及相关计算【举一反三】（3）[4]2kg氢完全燃烧释放的热量汽车发动机做的功发动机的效率3考点三：热机效率及相关计算【举一反三】2．（2021·四川泸州市中考真题）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]/（kg．°C）]。3考点三：热机效率及相关计算【举一反三】【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3考点三：热机效率及相关计算【举一反三】3．（2021·山东济宁市·中考真题）完全燃烧140g焦炭所放出的热量有60%被初始温度是10、质量为10kg的水吸收，则水吸收的热量为______J，水温将升高到______℃。（[q焦=3×107J/kg，c水=4.2×103]/（kg．°C）]。3考点三：热机效率及相关计算【举一反三】【解析】[1]水吸收的热量[2]水升高的温度水温将升高到3考点四：能量的转化与守恒【备考方略】能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物，大到宇宙天体。小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒的规律。从日常生活到科学研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。人类对各种能量，如煤、石油等燃料以及水能、风能、核能等的利用，都是通过能量转化来实现的。能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。3考点四：能量的转化与守恒【典型例题】（2021·湖南邵阳市中考真题）小汽车已成为大多数家庭出行代步的工具，其发动机大多数为汽油机，下列有关汽油机的说法正确的是（）。A．汽油机的吸气冲程吸入的是空气 B．汽油机的效率一般比柴油机的效率高C．汽油机的点火方式是压燃式 D．汽油机的压缩冲程是把机械能转化为内能3考点四：能量的转化与守恒【典型例题】【解析】A．汽油机的吸气冲程吸入的是空气和汽油的混合物，故A错误；B．柴油机是压燃式，一般是柴油机的效率高，故B错误；C．汽油机的点火方式是用火花塞点火，故C错误；D．汽油机的压缩冲程中，活塞向上运动，压缩空气和汽油的混合物，混合物内能增大，温度升高，是把机械能转化为内能，故D正确。故选D。3考点四：能量的转化与守恒【举一反三】1．（2021·陕西中考真题）2021年1月，使用中国自主研发核电技术的“华龙一号”5号机组正式投入运行。核反应堆内发生核反应后产生大量的热，使第一回路中的水成为高温高压水后进入蒸汽发生器，在其中将第二回路中的水加热成为高温高压水蒸气，驱动汽轮机运转，汽轮机带动发电机发电。下列说法不正确的是（）。A．核反应堆是利用核裂变产生核能的 B．蒸汽发生器内通