专题14 内能的利用-2023中考物理一轮复习讲义

第十四章内能的利用——划重点之精细讲义系列知识点1：热机1.热机：利用内能做功的机械叫热机。（1）热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。（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和柴油机两类。2.内燃机的工作原理：（1）内燃机的每一个工作循环分为四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。①汽油机的工作过程
多数汽油机的一个工作循环由四个冲程组成，这四个冲程分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。四个冲程不断循环来保证连续工作，如图所示。
②柴油机的工作过程柴油机的一个工作循环有四个冲程，包括吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程进气门打开，排气门关闭。活塞由上向下运动，将空气吸进汽缸进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，汽缸容积变小，空气被压缩，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，汽缸内空气的温度已达到柴油的着火点。此过程将机械能转化为内能在压缩冲程结束时，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到高温高压的空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。此过程将内能转化为机械能进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸一个工作循环，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，完成四个冲程，对外做功一次，除做功冲程外，其他冲程靠飞轮的惯性来完成柴油机工作过程中的能量转化压缩冲程∶机械能转化为内能做功冲程∶内能转化为机械能（2）四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程对做功冲程起辅助作用，靠飞轮的惯性完成。（3）做功冲程把内能转化为机械能；压缩冲程把机械能转化为内能。（4）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。3.柴油机与汽油机的对比
热机对比汽油机柴油机不同结构火花塞喷油嘴点火方式点燃式压燃式吸气冲程吸入汽油和空气的混合物吸入空气压缩冲程压缩程度小，汽缸内温度没有达到汽油燃点压缩程度大，汽缸内温度达到柴油燃点做功冲程火花塞产生电火花，点燃汽油喷油嘴喷入柴油，柴油燃烧燃烧程度燃料燃烧不充分燃料燃烧比较充分排气冲程排出尾气特点与应用轻巧但输出功率小，热效率低，主要应用于摩托车、轿车等笨重但输出功率大，热效率高，主要应用于载重汽车、拖拉机、轮船等【典例1】（2022•湛江模拟）如图a为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，如图b为四冲程汽油机的工作示意图。下列判断不正确的是（）A．图a中气缸内的蒸气体积膨胀，从而推动活塞使舰载机获得牵引力 B．气缸内的蒸汽推动活塞时，内能减小 C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图甲所示的原理相似 D．汽油机一个工作循环的正确顺序是甲、乙、丙、丁【典例2】（2022•锦州）2022年6月5日10时44分，搭载着神舟十四号载人飞船的长征二号F火箭成功发射。火箭起飞过程中，以发射塔为参照物，火箭是（选填“运动”或“静止”）的；火箭喷气发动机将燃料燃烧后燃气的内能转化为能，此能量转化过程与四冲程汽油机的冲程相同。知识点2：热机效率1.热值：1kg（或1m3）某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。（1）热值单位：J/kg或J/m3（2）公式：Q＝qm或Q＝qV（q为热值）。热值是燃料本身的一种特性，它的大小只取决于燃料的种类，而与燃料的质量、放热多少等无关。不同燃料的热值一般不同。热值在数值上等于1kg的某种燃料完全燃烧放出的热量。热值反映了燃料在燃烧过程中，将化学能转化为内能的本领的大小。2.热机效率：热机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做热机的效率。（1）公式：；（2）提高热机效率的途径：①使燃料充分燃烧；②尽量减小各种热量损失；③机器零件间保持良好的润滑、减小摩擦。①热机的能量流向图燃料很难完全燃烧，释放的热量也没有全部用来做有用功，损失了大部分，在各种能量损失中，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。②热机效率和炉具效率的求解方法
求热机的效率∶发动机的牵引力做功消耗的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比η=W有Q总
其中W有=Fs或W求炉具烧水的效率∶水吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比η=Q其中Q吸=cm水△t，Q总=m燃q。③提高热机效率的途径使燃料充分燃烧;利用废气的能量;保证良好润滑，减少摩擦;改进热机，减少各种能量的损失。实验探究不同燃料的热值的大小实验目的比较煤油和菜籽油的热值大小实验装置实验操作在两个相同规格的灯壶中分别加入相同质量的煤油和菜籽油;
在两个相同规格的烧杯中加入质量相同、初温相同的水;点燃煤油灯和菜籽油灯;
（4）当烧杯内水的温度升高10℃时，停止加热，然后用天平分别称量两灯的质量实验记录煤油灯的质量大于菜籽油的质量实验分析因为两烧杯内水的质量相同，升高温度相同，所以两杯水吸收的热量相同，即两种燃料放出的热量相同;开始时两灯壶的总质量相等，后来煤油灯的质量大，说明剩余的煤油质量多，燃烧消耗的煤油质量少;根据热值公式q实验结论煤油的热值比菜籽油大1.转换法∶实验中，用水吸收的热量来表示燃料燃烧放出的热量。控制变量法：实验中，燃料燃烧释放的热量相同，通过比较消耗燃料质量的多少来比较热值的大小。★2.实验的控制的相同量：液体的种类，质量，初温，燃料的种类，实验装置★3.实验的控制的不同量：燃料的质量★4.实验方法：将相等质量的然后全部耗尽，再比较液体升高的温度5.为了使物质受热均匀，可用玻璃棒或搅拌器对物质进行搅拌。注意不能用温度计代替搅拌器。6.测量的热值偏小，原因：①燃料无法完全燃烧②不同物体吸收的热量不等于热源放出的热量，存在热损失。热值偏小的解析：若利用Q吸=cm△t计算出水吸收的热量，并测出煤油灯或者菜籽油灯减少的质量（即消耗燃料的质量），还可根据公式q=Q【典例1】（2022•长春）内燃机的能量流向图如图所示。内燃机的效率为（）A．7% B．28% C．31% D．34%【典例2】（2022•镇江）如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的水进行加热，两图装置均相同。燃料的质量用m表示，燃料充分燃尽时水升高的温度用Δt表示（水未沸腾）（）A．若m相同，Δt越小，燃料的热值越大 B．若Δt相同，m越大，燃料的热值越大 C．若的值越大，燃料的热值越大 D．若的值越大，燃料的热值越大【典例3】（2022•泰安二模）如图，是我国自主研制的实用型地效飞机，地效飞机可以低空飞行，能停在水面或地面上，在客运、货运、旅游救护、海洋监测等方面具有广阔的应用前景。地效飞机某次执行任务，以180km/h的速度匀速飞行了90km，消耗燃油的质量为36kg，发动机的效率为40%，已知燃油热值为4.5×107J/kg，假设燃油完全燃烧，地效飞机这次执行任务的过程中，下列计算正确的是（）①地效飞机飞行的时间为0.5h；②消耗的燃油完全燃烧放出的热量为1.62×109J；③飞机做的有用功为6.48×108J；④地效飞机飞行过程中受到的阻力为7200N。A．①② B．②③④ C．①③④ D．①②③④【典例4】（2022•泰州）在“比较酒精和碎纸片燃烧时放出的热量”实验中。（1）由于燃料充分燃烧放出热量的多少不仅与燃料种类这一个因素有关，因此实验时必须控制酒精和碎纸片的相等；实验中还需控制被加热的水的质量和初温均相同，以便于。（2）如图是小明安装好的实验装置，其中存在的错误是。（3）小华纠正了小明的错误，又组装了一套相同的实验装置，备好秒表。在两燃烧皿中分别加入准备好的酒精和碎纸片，读出水的初温后，进行如下操作：①先点燃酒精，再点燃碎纸片。②保证酒精和碎纸片燃烧时间相同，读取温度计的示数。③待酒精和碎纸片充分燃烧结束，分别读取温度计的示数。小红认为上述操作中，操作是错误的。小明根据正确操作获得的数据，算出了燃料的热值，发现结果小于该燃料的实际热值，原因是。【典例5】（2022•常德）某台四冲程汽油机的转速为1200r/min，在1s内汽油机对外做了次功。如果汽油机在某段时间内消耗了400g汽油，则汽油完全燃烧可放出热量为J。（q汽＝4.6×107J/kg）【典例6】（2022•锦州）如图所示是我国自行设计研制的AG600全状态新构型灭火飞机。若该飞机以270km/h的速度匀速直线航行20min，消耗航空燃油1.35t，飞机发动机的功率为2.25×107W。（航空燃油的热值为4×107J/kg）求：（1）消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量是多少？（2）飞机在航行过程中的阻力是多少？（3）发动机的效率是多少？【典例7】（2022•福清市校级二模）2022年北京冬奥会举行期间，有600辆左右氢燃料新能源公交车投放使用。氢燃料是具有清洁无污染、效率高等优点的理想能源。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）q氢＝1.4×103J/kg]求：（1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量。（2）若这些热量全部被质量为400kg、温度为20℃的水吸收，求水升高的温度。（3）如果氢燃料公交车以150kW恒定功率匀速直线行驶，其效率为50%，则燃烧0.3kg的氢燃料可使公交车行驶多少时间？知识点3：能量的转化与守恒1.能量的转移∶能量可以从一个物体转移到另一个物体（如下左图），或者从物体的一部分转移到另一部分（如下右图），在转移过程中能量的形式不变。
2.能量的转化∶能量从一种形式转化为其他形式，在转化过程中能量的形式发生改变。①能量转移和转化的区别
（1）能量的转移：能量的形式没有改变。比如内能从高温物体转移到低温物体，能量的形式仍然是内能。
（2）能量的转化：能量的形式发生改变。比如电能通过灯泡后转化为光能。能量的转化一般在一定条件下进行，比如太阳的光能通过绿色植物的光合作用转化成化学能储存在植物体内，燃料的化学能通过燃烧转化为内能。②能量转化的普遍性：常见的能量形式有机械能、内能、光能、化学能、电能等，在一定条件下，各种形式的能量之间是可以相互转化的，如图所示。例如;燃料通过燃烧把化学能转化为内能;在热机中，内能可以转化为机械能;通过火力发电机，内能转化为电能;通过电灯，电能转化为光能;使用干电池时，电池内的化学能转化为电能等。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。对能量守恒定律的理解
能量守恒定律包括能量的"转化"和"转移"两个方面。能量转化时，—种形式的能量减少多少，其他形式的能量就会增加多少;能量转移时，—个物体的能量减少多少，另一个或几个物体的能量就会增加多少。很多过程同时包含能量的转化和转移，在能量的转化和转移过程中，总的能量保持不变。比如小球在地面弹跳的过程，因为受到空气和地面的摩擦阻力等，一部分机械能转化为内能，另外，与地相撞与会消耗一部分能量，所以其跳起的高度逐渐降低，但总能量不变，即小球在弹跳过程中的机械能和转化的内能之和始终等于小球开始落下瞬间的机械能。能量守恒定律的普遍性：能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，自然界的一切能量的转化和转移过程，都严格遵循能量守恒定律。
【典例1】（2022•上海）瀑布从高峰倾泻而下，驱动发动机转动发电，在此过程中能量转化的顺序为（）A．动能→重力势能→电能 B．重力势能→动能→电能 C．电能→重力势能→动能 D．重力势能→电能→动能【典例2】（2022•无锡一模）据2021年9月29日澎湃新闻，广西南宁隆生达发电力科技有限公司声称研发出一款“突破能量守恒定律”的电机组。该公司官网称，这一技术名为“一种电容补偿式自循环发电系统”，下列有关该装置的分析正确的是（）A．根据能量守恒定律，该装置会一直转动下去 B．如果没有能量补充，该装置最终会停下来 C．发电技术突破了能量守恒定律，证明能量可以不守恒 D．不靠任何能量补充，该装置可实现1度电变为10度电【典例3】（2022•菏泽）水从高处流向低处后，无法自发回到同样的高度，说明能量的转化具有，所以尽管能量是守恒的，我们仍然要节约能源。请列举一例可再生能源：。【典例4】（2022•泸州模拟）各种形式的能量都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向的，下面几幅图按能量转化的顺序，排列正确的是（）①燃煤电厂②空调③树林④太阳A．①②③④ B．②③④① C．④③①② D．②①③④一、单选题1．如图是四冲程内燃机其中一个冲程的示意图，该冲程的能量转化情况是（）A．化学能转化成内能 B．机械能转化成内能C．机械能转化成化学能 D．内能转化成机械能2．柴油机上装有又重又大的飞轮，其作用是（

）A．增加柴油机的输出功率B．增加柴油机的稳定性C．改变柴油机的转速D．增加柴油机转动的惯性3．关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（）A．没有燃烧的燃料，其热值等于零B．燃料的热值与其质量和燃烧状态无关C．燃料完全燃烧时，它的热值最大D．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多4．某品牌汽车以72km/h的速度匀速行驶时，仪表盘显示发动机转速是1800r/min，若做功冲程每次做功6000J，则下列有关该汽车发动机的说法错误的是（）A．每秒完成60个冲程 B．每秒对外做功15次C．发动机提供的牵引力为4500N D．发动机的输出功率是80kW5．如图甲所示是2022年2月27日11时06分“长征八号”遥二运载火箭在文昌航天发射场点火加速升空时的情景，此次任务成功将22颗卫星送入预定轨道。如图乙所示是人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行的情景。下列说法正确的是（）A．如图甲火箭加速上升的过程中，机械能转化为内能B．如图乙人造地球卫星运行时，只有动能和势能的转化C．如图乙人造地球卫星运行时，在近地点的动能最小D．图甲、图乙中卫星的机械能都不变二、多选题6．从能量转化的角度来看，下列说法错误的是（）A．电风扇工作时主要将电能转化为机械能B．铅蓄电池充电时化学能转化为电能C．火箭发射升空时内能转化为机械能D．钻木取火时是将内能转化为机械能7．关于分子和物体内能，下列说法正确的是（）A．杯子里的水可以任意倒出，说明水分子间没有引力B．汽油机的压缩冲程中，汽缸内气体分子热运动加快C．温度为0℃的冰块也有内能D．温度高的物体含有的热量多8．下列有关说法正确的是（）A．做功冲程中柴油机气缸里的气体内能减小B．物体吸收热量后，内能增大，温度一定升高C．搓手时感到暖和是因为产生了热量D．给手机充电时是将电能转化为化学能9．如图所示为生活中常用的热水瓶，注入一定量的热水后，立即盖上软木塞，软木塞常会跳起来。以下说法正确的是（）A．这过程相当于压缩冲程 B．过程中把内能转化为机械能C．这过程相当于做功冲程 D．过程中把机械能转化为内能三、填空题10．汽车发动机一般是柴油机或汽油机，它把燃料燃烧放出的_______能转化为机械能。完全燃烧0.5kg的汽油（=4.6×107J/kg）能够获得______J能量。小明同学阅读了汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图所示的图表，则该内燃机的效率为______。11．汽油机是热机的一种，如图甲所示是一台单缸四冲程汽油机工作状态示意图，由图可以看出，此冲程是_________冲程，能量转化情况与_________（选填“乙”或“丙”）图相同；若该汽油机飞轮的转速是2400r/min，则汽油机每秒钟对外做功_________次。12．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，如图所示，此过程中能量转化方式与汽油机的________冲程相类似，实验时在盒内滴入2×10-4kg酒精，这些酒精完全燃烧放出的热量是_______J（q酒精=3×107J/kg）13．小明用相同的酒精灯给质量相等的甲、乙两种物质加热，升高相同的温度，给乙物质加热的时间是甲物质的2倍，由此可知，两种物质中比热容较大的是______；实验完成后，酒精灯中剩余酒精的热值______（选填“变大”“变小”或“不变”）。14．10g煤气完全燃烧放出的热量为________J，若烧水时煤气放出总热量的50%被水吸收，则能够把1kg初温为15℃的水加热到_______℃。[，煤气的热值]。15．小明用燃气灶加热质量为2kg的水，水温从20℃升高到40℃时完全燃烧了0.01m3天然气，若天然气的热值为4.0107J/m3，则天然气完全燃烧放出的热量是_______J，此次燃气灶烧水的效率为____________。[水的比热容c水=4.2×103J/(kg℃)]16．一单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3000r/min，则1s对外做功______次；若某型号汽车行驶一段路程消耗了汽油0.5kg，这些汽油完全燃烧放出的热量为______J；在这段路程中，已知汽车牵引力做的功为，汽油机的效率为______。（汽油的热值为）四、实验题17．小明同学学习了燃料的热值后，考虑到燃料燃烧放出的热量可以被水吸收，就设计一个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小关系，他和同学组装了如图所示的装置进行实验，记录结果如表。燃料加热前的水温/℃燃料燃尽后的水温/℃煤油2544菜籽油2534（1）小明认为煤油和菜籽油的质量可取相等也可取不相等，小华认为应该取相等质量的煤油和菜籽油，根据他们的实验记录表格，你认为_____（选填“小明”或“小华”）的想法是正确的；（2）安装实验器材时，应按照_____（选填“自下而上”或“自上而下”）的顺序安装。为了保证实验结论的可靠，小明同学应该选择两套完全相同的装置，在实验中还应控制两杯水的初温和_____相等；（3）分析得出：煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是_____；（4）同学们测出烧杯中水的质量及燃烧掉燃料的质量，利用实验中测得的数据，算出了煤油和菜籽油的热值，和燃料热值表中的数值相比较发现偏小了很多，不可能的原因是_____；A．煤油和菜籽油没有完全燃烧B．烧杯吸收了部分热量C．测出的煤油和菜籽油的质量偏小D．煤油和菜籽油燃烧放出的热散失到空气中一部分（5）另一组同学分别燃烧A、B两种燃料，将初温和质量相同的水加热至刚好沸腾，发现A燃料消耗的质量小，说明A燃料的热值更_____。18．在“比较不同燃料的热值”的实验中，如图所示，甲、乙、丙三个实验装置完全相同，燃料的质量均为10g，烧杯内液体的质量都相同。（1）若比较不同燃料的热值应选择______两个装置（选填：甲、乙、丙）；（2）实验中，通过观察______比较燃料燃烧放出热量的多少（选填“温度计升高的示数”或“加热时间”）；（3）实验中需要的测量工具有温度计和______；（4）在甲装置中，若燃料为酒精（q酒精＝3×107J/kg），烧杯内的液体为水，其质量为200g，点燃燃料直至燃料烧完，温度计的示数由20℃上升