备考2024年中考物理重难点精讲精练：6-热点4 热机 能量的转化和守恒（精讲）

中考物理热点复习精讲精练热点四热机能量的转化和守恒（精讲）知识梳理热机定义利用内能做功的机械叫热机能量转化内能转化为机械能分类蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等内燃机定义燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机叫内燃机种类汽油机、柴油机汽油机工作示意图工作过程吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程示意图进、排气门及活塞状态进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动进气门、排气门都关闭，活塞向上运动进气门、排气门都关闭，活塞向下运动进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动能量转化无机械能转化为内能内能转化为机械能无热机效率定义热机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公式(其中W有用=Fs=PtQ放=mq=Vq)提高利用率措施1.让燃料燃烧更充分2.减少各种能量损失3.设法利用废气的能量能量的转化和守恒1.在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的2.能量守恒定律：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3.能量的转移、转化具有方向性。典例讲解例1如图所示是某单缸四冲程汽油机的工作示意图。下列说法正确的是（）A．一个工作循环的正确顺序是：丁、丙、甲、乙 B．热机常用水做冷却剂，是因为水的沸点高 C．丙图冲程是做功冲程，汽缸内气体的内能减小，温度降低 D．飞轮的转速为1800r/min，则该汽油机每秒钟做功30次【分析】（1）判断汽油机的四个冲程，先看进气门和排气门的关闭情况，进气门打开的是吸气冲程，排气门打开的是排气冲程，进气门和排气门都关闭的是压缩冲程或者做功冲程；活塞上行为压缩冲程和排气冲程；活塞下行为吸气冲程和做功冲程；在压缩冲程中机械能转化为内能；做功冲程中内能转化为机械能；对外提供内能的冲程只有做功冲程，其它三个冲程都是依靠惯性完成的；（2）因为水的比热容较大，常用来做冷却剂；（3）内燃机的四个冲程中有两个冲程发生了能量转化，在压缩冲程中机械能转化为内能，在做功冲程中内能转化为机械能；（4）四冲程内燃机曲轴转一圈，完成2个冲程，活塞往复1次，1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次。【解答】甲冲程，两气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，将机械能转化为了内能，是第二冲程；乙冲程，排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，是第四冲程；丙冲程，气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，将内能转化为了机械能是第三冲程；丁冲程，进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，是第一冲程；A、四个冲程的正确顺序是丁甲丙乙，故A错误；B、热机常用水做冷却剂，是因为水的比热容大，吸热效果好，故B错误；C、丙图是做功冲程，汽油机的做功冲程将内能转化为机械能，气缸内气体内能减少，温度降低，故C正确；D、四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min，则该飞轮每秒钟转30圈，完成了60个冲程，对外做功15次，故D错误。故选：C。例2如图所示，是汽油机的能量流向图，对照此图，下列说法不正确的是（）A．废气的排放所占的比例最大，减少该部分能量损失可以提高热机效率 B．冷却水能量的二次利用可以提高能量的利用率 C．增加该汽油机的工作时间会提高其机械效率 D．该汽油机的效率为30%【分析】（1）热机的效率是指有利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比，要提高其效率，应尽量减少能量的损失；（2）热机效率与做功多少，工作时间无关。【解答】A、由图示知，废气带走了很大一部分的能量，所以减少该部分的能量损失是提高热机效率的有效手段，故A正确；B、冷却水带走的热量仅次于废气带走的热量，所以冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率，故B正确；C、热机的效率是指有利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比，与做功多少，工作时间无关，故C错误；D、该汽油机的热机效率为η＝100%﹣33%﹣30%﹣7%＝30%，故D正确。故选：C。例3下列关于热机的说法正确的是（）A．甲图的工作原理与乙图相同 B．乙图气缸内气体的温度升高 C．丙图是吸气冲程 D．热机是把机械能转化为内能的机械【分析】四冲程内燃机一个工作循环有四个冲程，分别是吸气、做功、压缩和排气，根据气门的状态、活塞运动的方向确定冲程的种类；其中只有做功冲程对外做功，将内能转化为机械能，压缩冲程将机械能转化为内能。【解答】热机是把内能转化为机械能的机械；甲图中，水蒸气推动风车转动，是内能转化为机械能；乙图中两个气门关闭、活塞上行，为压缩冲程，此过程中机械能转化为内能，缸内气体的温度升高，所以甲图的工作原理与乙图不相同；丙图中两个气门关闭、活塞下行，为做功冲程，此过程中内能转化为机械能；综上所述，B正确。故选：B。例4以下提高热机效率的方法中，错误的是（）A．想办法把燃料燃烧放出的热量全部用来做有用功 B．尽量使燃料充分燃烧 C．保证转动部分良好的润滑 D．尽量减少各种热散失【分析】热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，提高燃料的利用率和减少能量损失可以提高热机效率。【解答】热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，提高燃料的利用率，如使燃料充分燃烧，减少能量的散失，如减少部件的摩擦，保证良好的润滑，减少各种热散失，都可以提高热机效率；但燃料燃烧放出的热量是无法全部转化为有用功的，故B、C、D正确；A错误。故选：A。例5（多选）下列关于能量转化和守恒说法正确的是（）A．热传递改变物体内能是相同形式的能的互相转移 B．做功改变物体的内能是不同形式的能的相互转化 C．在一定条件下各种形式的能量可以相互转化 D．能量在转移和转化的过程中总会有损耗，但能量的总量总保持不变 E．自然界任何制造永动机的设想，无论它多么巧妙，都是徒劳 F．“摩擦生热”是创造热能的过程，说明能量可以从无到有创造出来 G．一个单摆在来回摆动多次后总会停下来，说明能量是不守恒的【分析】改变内能的方法有两种：做功和热传递；自然界中存在不同形式的能量，各种不同的能量可以相互转化，同种能量也可在不同物体间进行转移，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。【解答】A、热传递是不同物体间的内能相互转移，故A正确；B、做功改变物体的内能是不同形式的能的相互转化，如摩擦生热中是将机械能转化为内能，故B正确；C、自然界中存在不同形式的能量，在一定条件下各种不同形式的能量间可以相互转化，故C正确；D、能量在转化和转移的过程中总会有损耗，例如电动机的工作原理就是电能转化为机械能，但是因为机械之间存在摩擦，摩擦生热，所以有一部分电能转化为内能，而这部分的能量转化是我们不需要的，所以可以称这部分能量损耗了，但能量的总量总保持不变，故D正确；E、自然界任何制造永动机的设想，无论它多么巧妙，都是徒劳，因为它违背了能量守恒定律，故E正确；F、“摩擦生热”是将机械能转化为内能，不是创造热能的过程，故F错误；G、一个单摆在来回摆动多次后总会停下来，是因为一部分机械能转化为了内能，并不能说明能量是不守恒的，故G错误。故选：ABCDE。例6为保护环境，我国多个城市采用了氢燃料新能源公交车（如图所示）代替传统燃油公交车。若某氢燃料新能源公交车以140kW的恒定功率在水平道路上匀速直线行驶300s，消耗0.5kg的氢燃料。求：（q氢＝1.4×108J/kg）（1）完全燃烧0.5kg氢燃料放出的热量。（2）新能源公交车行驶300s所做的功。（3）新能源公交车的热机效率。【分析】（1）根据Q＝mq求出这些燃料完全燃烧放出的热量；（2）根据公式W＝Pt求出公交车所做的功；（3）根据η＝求出热机的效率。【解答】解：（1）0.5kg的氢燃料完全燃烧放出的热量：Q＝mq＝0.5kg