专题6 内能的利用 （解析版）

专题6内能的利用【考点预览】考点1热机考点2热值考点3热机的效率考点4能量的守恒和转化考点1热机【经典真题】（2022·青海省）如图所示，在四冲程汽油机工作过程中，获得动力的冲程是（）。A.吸气冲程B.压缩冲程C.做功冲程D.排气冲程【答案】C。【解析】四冲程汽油机工作时，只有在做功冲程中将燃料燃烧产生燃气的内能转化为机械能，为内燃机工作提供动力，其它三个冲程都是依靠飞轮的惯性来完成的，故C符合题意；故ABD不符合题意。故选C。【常用结论】一个工作循环--对外做功一次--曲轴转两圈--四个冲程；只有压缩和做功冲程有能量转化，其他两个冲程靠惯性一定。【易错点】发动机转速为3000r/min，则每秒做功25次。【经典变式练】（2022·广东广州）下列选项可能符合汽车等热机能量流向的是（）。A. B.C. D.【答案】D。【解析】热机燃烧燃料放出的能量，有部分转化为提供热机动力的机械能，还有相当部分能量散失了。而汽油机的效率一般为20%~30%，则机械能约为W机械能=ηW=30%×1000J=300J散失的内能W内能=W-W机械能=1000J-300J=700J故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。如图是汽油机的某个冲程，下列说法错误的是（）A．火花塞点火是把电能转化为内能B．活塞向下加速运动，是因为有气体对活塞做功C．这个冲程的能量转化与烧水时水蒸气把壶盖顶起来相同D．柴油机做功冲程不用点火是因为柴油不需要燃烧就可以放出热量【答案】D（2022·湖北十堰）为实现国家关于“碳达峰”“碳中和”目标，东风汽车集团研发了一款新型汽车。与某款汽车同样油耗和使用条件下，发动机工作时，尾气中“汽油味”明显降低，动力更强劲。如图为其发动机某一冲程示意图，下列有关说法错误的是（）。A.尾气中“汽油味”降低，是因为汽油在汽缸中燃烧比较完全；B.该冲程为做功冲程，内能转化为机械能；C.汽油在汽缸内完全燃烧，发动机效率可达100%；D.该发动机减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护【答案】C。【解析】A．尾气中“汽油味”明显降低，这说明汽油的燃烧率较高，燃烧较完全，故A正确，不符合题意；B．如图所示，两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，为做功冲程，此冲程燃气的内能转化为活塞的机械能，故B正确，不符合题意；C．汽车在工作时不可避免的要克服机械部件间的摩擦做额外功，机械效率一定小于100%，故C错误，符合题意；D．尾气中“汽油味”明显降低，这说明汽油的燃烧率较高，在做相同有用功时，消耗的燃料少，减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护，故D正确，不符合题意。故选C。一台内燃机的转速是2880转/分，那么在每秒（ ）A．曲轴转动2880转，燃气对活塞做功1440次，活塞完成5760个冲程B．曲轴转动2880转，燃气对活塞做功2880次，活塞完成2880个冲程C．曲轴转动48转，燃气对活塞做功48次，活塞完成48个冲程D．曲轴转动48转，燃气对活塞做功24次，活塞完成96个冲程【答案】D如图所示，描述的过程，下列分析正确的是（）A.图甲，厚玻璃内的空气被压缩时，空气的内能减少B.图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气的内能増大C.图丙，试管内的水蒸气推动了塞子冲出时，水蒸气的内能减少D.图丁，汽缸内的气体推动活塞向下运动时，气体的内能増大【答案】C（2022·江苏扬州）利用气球可以完成下列实验：（1）在气球上粘上小塑料颗粒，代表宇宙中的天体，气球膨胀时，任意一个塑料颗粒周围的其他的塑料颗粒都与它___________，可模拟宇宙膨胀现象。（2）如图1所示，充满气体的气球向左喷气而向右飞出，说明___________，此过程发生的能量转化与图___________（选填“2”或“3”）中的能量转化是一致的。【答案】①远离；②力的作用是相互的；③3。【解析】（1）[1]为了形象的说明宇宙大爆炸，课本上将一个粘有小塑料颗粒的气球看成宇宙，小塑料颗粒代表宇宙中的天体，气球膨胀时，任意一个塑料颗粒周围的其他的塑料颗粒都与它远离，表示宇宙中的天体在相互远离，这里运用的是类比法。（2）[2]充满气体的气球向左喷气而向右飞出，说明力的作用是相互的。[3]充满气体的气球向左喷气而向右飞出，气球内的气体向外喷出，气体对外做功，内能转化为球的机械能，由图2可知，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，属于压缩冲程，压缩冲程的能量转化是机械能转化为内能；由图3可知，进气门和排气门都关闭，活塞向下运动，属于做功冲程，做功冲程的能量转化是内能转化为机械能，所以充满气体的气球向左喷气而向右飞出过程发生的能量转化与图3中的能量转化是一致的。（2022·四川南充）小华发现家中正在煮饭的高压锅限压阀被气流项起，这一现象与热机的工作循环中的___________冲程原理相同，这一过程内能转化为___________能。【答案】①做功；②机械。【解析】[1][2]正在煮饭的高压锅限压阀被气流项起，是由于锅内气体对限压阀做功的结果，在这一过程中，内能转化为机械能。热机的工作循环中，做功冲程也是燃气对活塞做功，将内能转化为机械能，所以这一现象与热机的工作循环中的做功冲程原理相同。（2022·四川自贡）如图所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒底部放一小团硝化棉，快速压下活塞。可观察到硝化棉___________的现象。此快速压下活塞过程能量转化情况与汽油机的___________冲程是相同的。【答案】①燃烧；②压缩。【解析】[1]在一个配有活塞的厚玻璃筒底部放一小团硝化棉，快速压下活塞，压缩筒内空气做功，使空气的内能增加，温度升高，达到硝化棉的着火点，于是硝化棉燃烧起来。[2]快速压下活塞，对空气做功，活塞的机械能转化为空气的内能，与内燃机的压缩冲程是相同的。（2022·四川内江）如图所示，在试管里盛适量的水，用带玻璃管的胶塞塞住试管口，加热试管使水沸腾，玻璃管口冒出的“白气”推动管口处的小叶轮转动。下列说法正确的是（）。A.水在沸腾过程中，不断吸收热量，温度升高；B.实验过程中通过热传递使试管内水的内能增大；C.玻璃管口冒出的“白气”是水汽化形成的水蒸气；D.“白气”使小叶轮转动的过程相当于汽油机的压缩冲程【答案】B。【解析】A．水在沸腾过程中，不断吸收热量，温度保持不变，故A错误；B．实验过程中加热试管使水沸腾，试管内的水吸收热量，这是通过热传递使试管内水的内能增大，故B正确；C．玻璃管口冒出的“白气”是水蒸气液化形成的小水珠，故C错误；D．“白气”使小叶轮转动的过程是内能转化为机械能，相当于汽油机的做功冲程，故D错误。故选B。考点2热值【经典真题】（2022·湖北宜昌）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，热值等于零；B.燃料完全燃烧时，它的热值最大；C.燃料的热值与质量和燃烧状态无关；D.燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多【答案】C。【解析】ABC．热值是燃料自身的一种属性，大小与燃料的质量、温度、燃烧情况无关，故AB错误，C正确；D．根据公式Q=mq可知，燃料燃烧放出的热量多少与燃料的热值、燃料的质量有关，与燃烧时的温度无关，故D错误。故选C。【常用结论】热值是燃料的固有属性，与是否完全燃烧无关；Q放=mq【易错点】热值只代表燃料完全燃烧时的放热能力，不是热值大的就一定放热多【经典变式练】关于燃料的热值，以下说法中正确的是（）A．燃料的热值与燃料的种类有关系，与燃料的质量和燃烧状况无关B．燃烧1千克某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值C．燃料燃烧时，质量越大，热值越大D．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小（2022·湖南常德）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）【答案】①10；②1.84×107。【解析】[1]汽油机飞轮1min转1200转，那么飞轮1s内的转数为汽油机飞轮转2转就是一个工作循环，所以1s内的工作循环数为10次；汽油机一个工作循环有4个冲程，但只有1次对外做功，所以1s内对外做功数为10次。[2]汽油完全燃烧放出的热量Q放=mq汽=400×10-3kg×4.6×107J/kg=1.84×107J。（2022·四川南充）用某型号天然气热水器烧水，完全燃烧热值为3.2×107J/m3的天然气0.125m3，放出热量________J；若该热水器的加热效率为84%，则能将40kg初始温度为20℃的水加热至________℃，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)。【答案】①4.0×106；②40。【解析】[1]燃烧0.125m3的天然气放出的热量Q放=qV=3.2×107J/m3×0.125m3=4.0×106J[2]水吸收的热量Q吸=Q放η=4.0×106J×84%=3.36×106J水升高的温度水的末温t=t0+Δt=20℃+20℃=40℃。（2022·陕西省）今年“五一”假期，广大市民按照疫情防控要求，积极响应“非必要不离市”号召，在郊区、公园指定区域进行户外活动。小刚同学家购买了一款如图-1所示户外分体式燃气炉，准备去户外野炊。该燃气炉的铭牌如图-2所示，其中功率4500W是指气体燃料完全燃烧时燃气炉每秒放出4500J的热量。（1）气体燃料在常温下是通过______的方式液化存储在储气罐内，使用过程中，罐体温度变低是因为燃料发生汽化时要___________（选填“吸收”或“放出”）热量；（2）在标准大气压下，用该燃气炉将1L水从25℃加热到沸腾用时140s，燃气炉烧水时的效率是多少？已知水的密度为1.0×103kg/m3，水的比热容为4.2×103J/(kg⋅℃)；___________；（3）小刚注意到炉头上标有参数：15字样，他查阅说明书得知，该参数表示的是：燃气炉功率[单位：瓦（W）]与耗气量[单位：克/时（g/h）]之比的数值为15，计算该燃气炉所使用燃料的热值是多少？___________；（4）小刚同学打算展示在劳动课上学习的烹饪技能，为家人做顿可口饭菜，下表是他出发前做的规划，则小刚至少应携带几个如图-3所示的新储气罐？___________。内容每次耗时/min次数/次炒菜83煮汤101烧水32【答案】①压缩体积；②吸收；③50%；④5.4×107J/kg；⑤2。【解析】（1）[1]液化的方式有两种，分别是压缩体积和降低温度，气体燃料在常温下是通过压缩体积的方式液化的。[2]汽化是物质由液态变为气态，需要吸收热量。（2）[3]1L水的质量1L水从25℃升高到100℃吸收的热量140s内燃气炉放出的热量燃气炉烧水时的效率（3）[4]1h内燃气炉放出的热量燃气炉功率与耗气量之比的数值为15，则1h内燃气炉消耗燃气的质量燃气的热值（4）[5]由题意知，物料总加热时间2400s内燃气炉放出的热量2400s内消耗燃气的质量由图可知，一个储气罐的质量是120g，所以需要的储气罐个数小刚至少应携带2个新储气罐。小明和小辉学习了燃料的热值后,他们一起设计了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小关系.他们组装了如图1和2所示的装置进行实验,记录结果见下表:燃料加热前的水温/℃燃料燃尽后水温/℃煤油2544菜籽油2534为了保证实验结论的可靠性,小明和小辉选择了两套完全相同的装置，并且控制油的质量以及水的质量。但对于两杯水的初温他们的看法却不同.请将下列他们的想法补充完整。①小辉认为实验中是直接用来表示煤油和菜籽油放出热量的多少。所以，实验中两杯水的初温可以不同。

②小明认为因为探究过程中他们采用了法，所以只有燃料的不同，其他因素都必须控制相同。如果两杯水的初温不同，那么水的蒸发快慢以及水与周围环境的温差都不相同，于是两杯水的就不相同，就有可能会出现燃料燃烧放出的热量多，而水吸收的热量少、水温变化低的情况.所以，实验时必须控制水的初温相同。

③你认为(选填“小明”或“小辉”)的想法更合理。

(2)根据他们的实验记录，你认为煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大是。

(3)小明和小辉在实验前用天平分别测出了烧杯中水的质量以及燃油的质量。并由记录的数据，利用公式计算出了水吸收的热量。小辉他想通过这些数据计算出煤油和菜籽油的热值。你认为他的计算结果是的。(选填“可靠”或“不可靠”)理由是。【答案】（1）相等水升高的温度控制变量法种类散热小明煤油不可靠煤油不可能完全燃烧，燃烧放出的热量也不可能完全被水吸收。（2022·山东临沂）为保障今年夏粮丰收增产，我市部分县区利用植保无人机对小麦开展“一喷三防”喷洒作业。如图所示。某品牌植保无人机，加满农药和汽油后总质量为20kg，底部支架与水平地面的接触面积为50cm2。在某次喷洒作业中，该无人机以5m/s的水平速度匀速喷洒3min，消耗汽油100mL。已知汽油的密度为0.71×103kg/m3，其热值为4.6×107J/kg，g取10N/kg，求无人机：（1）起飞前对水平地面的压强；（2）3min内飞行的水平路程；（3）3min内消耗的汽油完全燃烧放出的热量。【答案】（1）；（2）900m；（3）。【解析】（1）起飞前对水平地面的压力起飞前对水平地面的压强（2）3min内飞行的水平路程（3）3min内消耗的汽油完全燃烧放出的热量答：（1）起飞前对水平地面的压强为；（2）3min内飞行的水平路程为900m；（3）3min内消耗的汽油完全燃烧放出的热量为。考点3热机的效率【经典真题】（2022·安徽省）小明利用家中燃气表和温度计测量燃气灶烧水的效率。将的水从加热到，消耗了天然气（假设天然气完全燃烧），已知水的比热容为，天然气的热值为，则此次燃气灶烧水的效率为______。【答案】。【解析】水吸收的热量为天然气放出的热量为燃气灶烧水的效率为。【常用结论】热机能流图热机效率一定小于100%【易错点】【经典变式练】（2022·湖南衡阳）汽车的发动机大多数是内燃机，内燃机是热机的一种，下列关于热机和环境保护的说法，正确的是（）。A.热机排出的尾气没有内能 B.热机的效率能达到100%C.热机的大量使用会造成环境污染 D.汽油机的做功冲程是将机械能转化成内能【答案】C。【解析】A．一切物体在任何温度下都有内能，所以热机排放的尾气也有内能，故A错误；B．热机在工作时不可避免地要损失一部分能量（如散热、克服机械部件间的摩擦），所以热机的效率不可能达到100%，故B错误；C．热机在使用时会排放出一些有害的气体，会造成环境污染，故C正确；D．汽油机的做功冲程对外做功，将内能转化为机械能，故D错误。故选C。关于热机效率，下列说法正确的是（）A．蒸汽机的效率通常高于汽油机的效率B．有些新型燃料汽车实现了零排放，其效率达到100%C．热机效率不一定小于100%D．即使无摩擦的道路，汽车发动机的效率也无法达到100%【答案】D（2022·湖南郴州）热水器将质量为20kg、温度为15℃的水加热到65℃，消耗天然气0.15m3，在此过程中水吸收的热量是______J，热水器的热效率是______。[c水=4.2×103J/（kg·℃）；q天然气=3.2×107J/m3]【答案】①；②87.5%。【解析】[1]水吸收的热量Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/（kg·℃）×20kg×（65℃-15℃）=4.2×106J[2]消耗的天然气完全燃烧放出的热量为Q放=Vq=0.15m3×3.2×107J/m3=4.8×106J热水器的热效率为。（2022·云南省）顺口溜“五月五、过端午、蒸粽子、吃包子、挂菖蒲、佩香囊、赛龙舟”，生动的呈现了某地端午文化习俗。蒸粽子是利用水沸腾产生的蒸气进行加热。若将2.5kg的水加热到沸腾，水温升高了80℃，[c水=4.2×103J/（kg·℃），q煤=3×107J/kg]，在此过程中，求：（1）水吸收的热量；（2）采用煤炉加热，煤炉加热水的效率为10%，煤燃烧放出的热量；（3）需要完全燃烧煤的质量。【答案】（1）8.4×105J；（2）8.4×106J；（3）0.28kg。【解析】（1）根据可知，水吸收的热量（2）采用煤炉加热，煤炉加热水的效率为10%，根据可知，煤燃烧放出的热量为（3）根据Q放=mq可知，需要完全燃烧煤的质量为。答：（1）水吸收的热量为8.4×105J；（2）采用煤炉加热，煤炉加热水的效率为10%，煤燃烧放出的热量为8.4×106J；（3）需要完全燃烧煤的质量为0.28kg。（2022·江西省）如图所示，某同学用燃气灶烧水给餐具消毒。已知密闭锅内水的质量为5kg，水的初温为22℃，当水刚好烧开时，共消耗了0.06m3的天然气，该燃气灶烧水的热效率为70%。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值为4.0×107J/m3]求：（1）0.06m3的天然气完全燃烧所放出的热量；（2）以上过程中，水吸收的热量；（3）密闭的锅内水烧开时的温度。【答案】（1）2.4×106J；（2）1.68×106J；（3）102℃。【解析】（1）天然气的热值为4.0×107J/m3，根据Q=Vq可得，0.06m3的天然气完全燃烧所放出的热量为Q放=Vq=0.06m3×4.0×107J/m3=2.4×106J（2）燃气灶烧水的热效率为70%，水吸收的热量为（3）烧开水时，水的温度变化为所以密闭的锅内水烧开时的温度答：（1）0.06m3的天然气完全燃烧所放出的热量为2.4×106J；（2）以上过程中，水吸收的热量1.68×106J；（3）密闭的锅内水烧开时的温度为102℃。一辆质量为4t的汽车，车上装有6t的货物，在平直的公路上以10m/s的速度匀速行驶了60km，所受阻力为整车重的0.1倍．（已知汽油的热值大约为5×107J/kg）．求：（1）汽车发动机的功率．（2）若发动机的转化效率为40%，则需要燃烧多少千克的汽油？（3）若汽车保持发动机功率不变，在4mIn内将货物从坡底运送到100m高的坡顶货场，汽车运送货物的机械效率是多少？【答案】（1）100kw（2）30kg（3）25%小明家新购买了利用太阳能的新型汽车，该汽车经过一天的阳光照射，可吸收1.38×108J的太阳能。已知汽油的热值是4.6×107J／kg.该汽车车重是1200kg，行驶最大速度是108km/h，以最大速度行驶时所受阻力是车重的0.1倍。求：汽车经过一天吸收的太阳能相当于完全燃烧多少千克汽油产生的热量。如果该汽车的效率为30%，则依靠一天吸收的太阳能可以行驶多远？【答案】（1）3kg（2）3.45×104m考点4能量的守恒和转化【经典真题】（2022·四川自贡）关于能量守恒定律，下列说法正确的是（）。A.能量可以凭空消失；B.能量可以凭空