第十四章内能的利用(原卷版+解析)

第十四章内能的利用（原卷版）知识导航知识点回顾知识点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。（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。（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、汽油机和柴油机区别：（1）构造区别：汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机汽缸顶部有喷油嘴。（2）燃料区别：汽油机燃料是汽油，而柴油机燃料是柴油。（3）工作区别：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（点燃），柴油机用喷油嘴喷油（压燃）。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）。（3）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、放热多少无关。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。※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。知识点3：能量的转化与守恒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。（1）能量及其存在的不同形式（各种不同形式的能量）（2）能量的转化和转移（不同形式间是能量转化，同种形式之间是能量转移）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。典例分析考点1热机【典例1】（2022•日照）喜欢思考的小明用塑料矿泉水瓶子进行了如下游戏探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（如图甲）；扭转瓶子（如图乙）；轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾（如图丙）。图乙和图丙所示的过程，分别与四冲程内燃机连续的两个冲程相似，这两个冲程是（）A．吸气冲程和压缩冲程 B．压缩冲程和做功冲程 C．做功冲程和排气冲程 D．压缩冲程和排气冲程【典例2】（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3】（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。考点2热机效率【典例4】（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5】（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6】（2022•铜仁市）全球汽车保有量在迅速增长，截止2011年，全球处于使用状态的汽车数量已突破10亿辆。设汽车的燃油为汽油，每辆汽车每年耗油约2.1t，若不计热量损失，这些燃料完全燃烧可供1×106kg的水温度升高℃；汽车内燃机的效率平均值取30%，如果能把内燃机的效率提高1%，全球每年可以节约kg燃油，从而减小全球的碳排放，为环保作出贡献。[已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），汽油的热值为4.6×107J/kg]【典例7】（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8】（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9】（2022•金昌）小华家里用的是天然气灶，他尝试估测该灶的效率。小华在水壶中加入4L水，水的初温是20℃，然后将水烧开，他观察天然气表发现此次烧水用了0.1m3天然气，天然气的热值为3.2×107J/m3，水的比热容c＝4.2×103J/（kg•℃），当地大气压为标准大气压。求：（1）水吸收的热量Q吸（不计水的热量损失）；（2）天然气完全燃烧放出的热量Q放；（3）天然气灶的效率η。考点3能量的转化与守恒【典例10】（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11】（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12】（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13】（2022•绍兴）汽车在给人们的出行带来便利的同时，也带来了能源消耗、尾气污染等问题。材料一：如图是一辆小汽车行驶时的能耗分配图。汽油在汽缸内完全燃烧时放出的能量，大约只有13%用于驱动汽车前进，而其余87%的能量则被损耗掉了。材料二：排出的尾气除了CO2、H2O外，还有CO、NO、NO2及未燃烧的碳氢化合物等有害气体。结合材料：（1）对汽车行驶时能量形式的转化与损耗途径作出分析。（2）请从节能、减排等方面对燃油汽车提出技术改进建议。巩固训练一、选择题。1．（2022•镇江）水烧开时产生的水蒸气将壶盖顶起，汽油机的四个冲程中，能量转化与之相同的是（）A．B．C．D．2．（2022•莲湖区二模）如图是生活中常用的高压锅。当高压锅内的气压达到一定值时，限气阀会被高压蒸汽顶起。这一过程高压锅内气体内能会发生变化，下列说法正确的是（）A．限气阀被顶起的过程与汽油机的做功冲程发生的能量转化相同 B．高压锅喷嘴处的“白气”是水蒸气汽化形成的 C．用明火加热高压锅，是通过做功改变内能 D．高压锅是利用大气压来工作的3．（2022•滨州）关于内能和内能的利用。下列说法中正确的是（）A．5月的街头，杨花飞絮随风舞，好似雪花满天飞，说明分子在不停地做热运动 B．新能源汽车实现了“零排放”，其效率达到了100% C．我国“长征五号B”大型运载火箭使用氢作燃料，是因为氢的密度小 D．内燃机的压缩冲程，主要通过做功的方式增大汽缸内物质的内能4．（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%5．（2022•遂宁）今年，我国发射的“天舟四号”货运飞船与“天和号”核心舱在太空成功对接。对接后，它们一起绕地球转动。对这一过程所涉及的物理知识说法错误的是（）A．火箭加速升空过程与汽油机做功冲程的能量转化形式相同 B．运载火箭用液态氢做燃料，是因其热值较大 C．对接后以“天舟四号”为参照物，“天和号”是运动的 D．地面工作人员利用电磁波传递信息来控制对接过程6．（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．②①③④二、填空题。7．（2022•上海）四冲程热机工作过程中，将内能转化为机械能的是冲程，李白在《望庐山瀑布》中写道：“日照香炉生紫烟”，这是通过（选填“做功”或“热传递”）的方式来改变香炉的内能，加热1千克水，使其温度上升2℃，则加热过程中水吸收的热量为焦。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]8．（2022•前进区校级三模）（1）2021年10月16日，搭载神舟十三号载人飞船的长征二号火箭在酒泉发射，火箭加速升空的动力由航天发动机提供，此发动机（是或不是）热机。（2）2022年3月23日，神舟十三号航天员在空间站现场直播授课，王亚平老师在演示“液桥实验”时，将两块透明板上的水球互相靠近、接触，合成一个大水球；再慢慢将两块透明板分开，水形成一个长约10cm的液桥（如图），说明了分子间存在。9．（2022•赤峰）（1）2022年6月5日，搭载神舟十四号载人飞船的长征运载火箭点火升空，中国空间站建造阶段首次载人飞行任务发射告捷。神舟十四号飞船与火箭共同加速升空的过程中，燃料燃烧提供火箭升空所需的能量，本身质量不断减小，热值（选填“变大”、“不变”或“变小”）；若以神舟十四号飞船为参照物，大地是的。（2）一位质量为48kg的同学背着2kg的书包站立在水平地面上，地面对这位同学的支持力大小是N，方向是竖直的。（g＝10N/kg）10．（2021•沈阳）利用天然气烧水，把质量为30kg的水，从20℃加热到100℃，需要燃烧0.42m3的天然气，则烧水的效率是%；在这个过程中能量的总量（选填“变大”、“变小”或“不变”）。[天然气的热值为3.2×107J/m³，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）]11．（2022•张家界）常用打火机的打火方式有两种，一种是用一个粗糙的小轮摩擦“火石”打火；另一种是利用高压电装置打火。从能量转化角度看，前者是把能转化为内能；后者是把能转化为内能。12．（2022•安徽）小明利用家中的燃气表和温度计测量燃气灶烧水的效率。将1kg的水从20℃加热到60℃，消耗了0.01m3的天然气（假设天然气完全燃烧），已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值为4.0×107J/m3，则此次燃气灶烧水的效率为。13．（2022•清江浦区模拟）为了质证“能量守恒定律”的正确性，历史上曾经提出了如图所示的永动机模型，其设计原理是：在B处放一小铁球，它会在强磁铁A的作用下向上滚动，到达C时从轨道M上的小孔下落，又沿轨道N回到B处，开始往复运动。这种永动机方案（选填“可行”或“不可行”），请从具体的过程分析，写出你判断的理由。三、计算题。14．（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？15．（2022•甘肃）绿色环保已成为人们生活中重要的理念。电动汽车是一种节能环保的交通工具，某电动汽车部分参数如下。若某次车满载时，车和人的总质量为1.8吨，四个车轮与水平地面接触面积分别为50cm2（g＝10N/kg）。求：（1）满载时汽车对水平地面的压强；（2）若汽车以108km/h的速度在平直高速公路匀速行驶20分钟，行驶的距离是多少；（3）若汽车在额定功率下沿平直公路以10m/s的速度匀速行驶，发动机效率为80%，则汽车在行驶过程中受到的阻力大小。额定乘客人数5电动机额定电压500V电动机额定功率100kW电池容量500Ah16．（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？第十四章内能的利用（解析版）知识导航知识点回顾知识点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。（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。（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、汽油机和柴油机区别：（1）构造区别：汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机汽缸顶部有喷油嘴。（2）燃料区别：汽油机燃料是汽油，而柴油机燃料是柴油。（3）工作区别：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（点燃），柴油机用喷油嘴喷油（压燃）。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）。（3）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、放热多少无关。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。※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。知识点3：能量的转化与守恒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。（1）能量及其存在的不同形式（各种不同形式的能量）（2）能量的转化和转移（不同形式间是能量转化，同种形式之间是能量转移）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。典例分析考点1热机【典例1】（2022•日照）喜欢思考的小明用塑料矿泉水瓶子进行了如下游戏探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（如图甲）；扭转瓶子（如图乙）；轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾（如图丙）。图乙和图丙所示的过程，分别与四冲程内燃机连续的两个冲程相似，这两个冲程是（）A．吸气冲程和压缩冲程 B．压缩冲程和做功冲程 C．做功冲程和排气冲程 D．压缩冲程和排气冲程【答案】B。【解答】解：如图乙，扭转瓶子时，小明施加的外力压缩瓶内的气体，是机械能转化为内能，这一过程与四冲程内燃机的压缩冲程相似；当瓶盖被瓶内的气体冲出时，是瓶内气体对瓶盖做功，内能转化为机械能，这一过程与四冲程内燃机的做功冲程相似。所以A、C、D都错，B正确。故选：B。【典例2】（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【答案】C。【解答】解：A、图a中气缸内的蒸气体积膨胀，从而推动活塞，拉动牵引绳，使舰载机获得牵引力，故A正确；B、气缸内的蒸汽推动活塞时，气体对外做功，内能减小，故B正确；C、蒸汽弹射装置是内能转化为机械能，与丙图做功冲程相似，故C错误；D、甲是吸气冲程、乙是压缩冲程、丙是做功冲程、丁是排气冲程，故D正确。故选：C。【典例3】（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，火箭是运动（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机械能，此能量转化过程与四冲程汽油机的做功冲程相同。【答案】运动；机械；做功。【解答】解：（1）火箭发射过程中，火箭与发射塔之间的相对位置发生变化，因此火箭是运动的；（2）火箭起飞过程中，将内能转化为火箭的机械能，四冲程汽油机做功冲程将燃料燃烧释放的内能转化为机械能，火箭发射过程的能量转化与内燃机的做功冲程的原理是相同的。故答案为：运动；机械；做功。考点2热机效率【典例4】（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【答案】D。【解答】解：燃料的热值大小不能直接测量，需要通过水吸收热量的多少来体现燃料燃烧放出热量的多少，而水吸收热量的多少跟水的质量和升高的温度有关，因此为了比较热值大小可以利用Q吸＝Q放，而Q吸＝c水m水Δt，Q放＝mq，即c水m水Δt＝mq，解得：q＝；A、若m相同，Δt越小，由q＝可知，燃料的热值越小，故A错误；B、若Δt相同，m越大，由q＝可知，燃料的热值越小，故B错误；C、若的值越大，即的值越小，由q＝可知，燃料的热值越小，故C错误；D、若的值越大，由q＝可知，燃料的热值越大，故D正确。故选：D。【典例5】（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【答案】D。【解答】解：①由v＝可得地效飞机飞行的时间：t＝＝＝0.5h，故①正确；②消耗的燃油完全燃烧放出的热量为：Q放＝qm＝4.5×107J/kg×36kg＝1.62×109J，故②正确；③发动机的效率为η＝40%，由η＝可得飞机做的有用功为：W＝Q放η＝1.62×109J×40%＝6.48×108J，故③正确；④由W＝Fs可得地效飞机飞行过程的牵引力为：F＝＝＝7200N，因为地效飞机匀速飞行，所以飞机受到的阻力、牵引力是一对平衡力，大小相等，受到的阻力：f＝F＝7200N，故④正确。故选：D。【典例6】（2022•铜仁市）全球汽车保有量在迅速增长，截止2011年，全球处于使用状态的汽车数量已突破10亿辆。设汽车的燃油为汽油，每辆汽车每年耗油约2.1t，若不计热量损失，这些燃料完全燃烧可供1×106kg的水温度升高23℃；汽车内燃机的效率平均值取30%，如果能把内燃机的效率提高1%，全球每年可以节约1×1011kg燃油，从而减小全球的碳排放，为环保作出贡献。[已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），汽油的热值为4.6×107J/kg]【答案】23；1×1011。【解答】解：（1）由题知，这些汽油完全燃烧放出的热量：Q放＝mq＝2.1×103kg×4.6×107J/kg＝9.66×1010J；由题知，不计热量损失，水吸收的热量为Q吸＝Q放＝9.66×1010J，由Q吸＝cm△t可得水升高的温度：△t＝＝＝23℃；（2）每辆汽车做有用功所需燃油：2.1t×30%＝0.063t，内燃机效率提高后为：30%+1%＝31%，效率提高后每辆汽车每年所需燃油量：＝2t每辆车每年节约燃油：2.1t﹣2t＝0.1t全球每年节约燃油：1.0×109×0.1t＝1×108t＝1×1011kg。故答案为：23；1×1011。【典例7】（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10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1.84×107J。（q汽＝4.6×107J/kg）【答案】10；1.84×107。【解答】解：汽油机飞轮1min转1200转，那么飞轮1s内的转数为20转；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：n＝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：n＝10次；汽油完全燃烧放出的热量：Q放＝mq汽＝0.4kg×4.6×107J/kg＝1.84×107J。故答案为：10；1.84×107。【典例8】（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质量相等；实验中还需控制被加热的水的质量和初温均相同，以便于通过水升高的温度来反映燃料完全燃烧放出的热量。（2）如图是小明安装好的实验装置，其中存在的错误是温度计的玻璃泡没有充分浸入到烧杯的水中。（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②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，原因是燃料不完全燃烧且燃料燃烧放出的热量有一部分会散失到空气中。【答案】（1）质量；通过水升高的温度来反映燃料完全燃烧放出的热量；（2）温度计的玻璃泡没有充分浸入到烧杯的水中；（3）②；燃料不完全燃烧且燃料燃烧放出的热量有一部分会散失到空气中。【解答】解：（1）由Q放＝mq可知，燃料充分燃烧放出热量的多少与燃料的种类和燃料的质量有关，因此实验是必须控制酒精和碎纸片的质量相同；控制被加热的水的质量和初温均相同，便于通过水升高的温度来反映燃料完全燃烧放出的热量；（2）用温度计测量液体的温度时，应该让温度计的玻璃泡与被测液体充分接触，不能碰到容器的底部和侧壁，由图可知，温度计的玻璃泡没有充分浸入到烧杯的水中；（3）实验过程中要控制完全燃烧燃料的质量相同，燃烧时间相同并不能保证燃烧燃料的质量相同，所以保证酒精和碎纸片燃烧时间相同，读取温度计的示数的操作是错误；由于燃料不完全燃烧且燃料燃烧放出的热量有一部分会散失到空气中，又或被烧杯等实验装置吸收的部分热量，使Q放大于Q吸，依此计算出燃料的热值比实际要偏小些。故答案为：（1）质量；通过水升高的温度来反映燃料完全燃烧放出的热量；（2）温度计的玻璃泡没有充分浸入到烧杯的水中；（3）②；燃料不完全燃烧且燃料燃烧放出的热量有一部分会散失到空气中。【典例9】（2022•金昌）小华家里用的是天然气灶，他尝试估测该灶的效率。小华在水壶中加入4L水，水的初温是20℃，然后将水烧开，他观察天然气表发现此次烧水用了0.1m3天然气，天然气的热值为3.2×107J/m3，水的比热容c＝4.2×103J/（kg•℃），当地大气压为标准大气压。求：（1）水吸收的热量Q吸（不计水的热量损失）；（2）天然气完全燃烧放出的热量Q放；（3）天然气灶的效率η。【解答】解：（1）水的体积V水＝4L＝0.004m3；水的质量为：m＝ρV水＝1.0×103kg/m3×0.004m3＝4kg；在1标准大气压下，水的沸点为100℃，即水的末温为100℃；水吸收的热量为：Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×4kg×（100℃﹣20℃）＝1.344×106J。（2）天然气燃烧放出的热量为：Q放＝qV＝3.2×107J/m3×0.1m3＝3.2×106J。（3）天然气灶的效率为：η＝＝＝42%。答：（1）水吸收的热量为1.344×106J。（2）天然气完全燃烧放出的热量为3.2×106J。（3）天然气灶的效率为42%。考点3能量的转化与守恒【典例10】（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【答案】B。【解答】解：瀑布从高峰倾泻而下，将重力势能转化为动能，驱动发动机转动发电，又将动能转化为电能，所以能量转化是重力势能→动能→电能。故选：B。【典例11】（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【答案】B。【解答】解：AC、发电的过程中，其他形式的能量转化为电能，在转化过程中，会有一部分能量转化为内能，因此，装置不能一直转动下去，但总的能量是守恒的，故AC错误；B、如果没有能量补充，转化的电能会越来越少，装置最终会停下来，故B正确；D、根据能量守恒定律可知，不靠任何能量补充，1度电可变为10度电的装置是不能实现的，故D错误。故选：B。【典例12】（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方向性，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：水能。【答案】方向性；水能。【解答】解：水从高处流向低处的过程中，水的重力势能转化为动能；水从高处流向低处后，无法自发回到同样的高度，即无法自发地将水的动能转化为重力势能，所以这一现象说明能量的转化具有方向性；水能、风能、太阳能等都属于可再生能源。故答案为：方向性；水能。【典例13】（2022•绍兴）汽车在给人们的出行带来便利的同时，也带来了能源消耗、尾气污染等问题。材料一：如图是一辆小汽车行驶时的能耗分配图。汽油在汽缸内完全燃烧时放出的能量，大约只有13%用于驱动汽车前进，而其余87%的能量则被损耗掉了。材料二：排出的尾气除了CO2、H2O外，还有CO、NO、NO2及未燃烧的碳氢化合物等有害气体。结合材料：（1）对汽车行驶时能量形式的转化与损耗途径作出分析。（2）请从节能、减排等方面对燃油汽车提出技术改进建议。【解答】答：（1）汽车行驶时的能量转化分析：汽油的化学能转化为气体内能，然后再转化为活塞机械能，最后为汽车机械能，转化率很低；损耗途径分析：绝大部分是以热能形式损失的，部分是未完全燃烧的碳氢化合物损失，还有少量是汽油蒸发损失。（2）技术改进建议：减少散热器、排气管和发动机的热损失；减少汽油的蒸发；使汽油充分燃烧；研制和使用混合动力或者纯电动的新能源汽车。巩固训练一、选择题。1．（2022•镇江）水烧开时产生的水蒸气将壶盖顶起，汽油机的四个冲程中，能量转化与之相同的是（）A．B．C．D．【答案】C。【解答】解：水烧开时产生的水蒸气将壶盖顶起，水蒸气的内能会转化为壶盖的机械能；A、汽油机进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，此冲程机械能转化为内能，故A不符合题意；B、汽油机进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，此冲程没有能量转化，故B不符合题意；C、汽油机进气门和排气门均关闭，活塞向下运动，是做功冲程，此冲程内能转化为机械能，故C符合题意；D、汽油机进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，此冲程没有能量转化，故D不符合题意。故选：C。2．（2022•莲湖区二模）如图是生活中常用的高压锅。当高压锅内的气压达到一定值时，限气阀会被高压蒸汽顶起。这一过程高压锅内气体内能会发生变化，下列说法正确的是（）A．限气阀被顶起的过程与汽油机的做功冲程发生的能量转化相同 B．高压锅喷嘴处的“白气”是水蒸气汽化形成的 C．用明火加热高压锅，是通过做功改变内能 D．高压锅是利用大气压来工作的【答案】A。【解答】解：A、限气阀会被高压蒸汽顶起，锅内气体膨胀对外做功，气体的内能转化为瓶塞的机械能，这一过程与汽油机的做功冲程发生的能量转化相同，故A正确；B、高压锅喷嘴处的“白气”是高温水蒸气遇到外部较冷的空气液化而成的小水滴，故B错误；C、用明火加热高压锅，锅内食物吸收热量、温度升高，是通过热传递的方式改变物体的内能，故C错误；D、高压锅可以增大锅内液面上方气体的压强，使锅内液体的沸点升高，但高压锅不是利用大气压工作的，故D错误。故选：A。3．（2022•滨州）关于内能和内能的利用。下列说法中正确的是（）A．5月的街头，杨花飞絮随风舞，好似雪花满天飞，说明分子在不停地做热运动 B．新能源汽车实现了“零排放”，其效率达到了100% C．我国“长征五号B”大型运载火箭使用氢作燃料，是因为氢的密度小 D．内燃机的压缩冲程，主要通过做功的方式增大汽缸内物质的内能【答案】D。【解答】解：A、5月的街头，杨花飞絮随风舞，好似雪花满天飞，描述的是宏观物体的机械运动，不属于分子热运动，故A错误；B、新能源汽车实现了“零排放”，但是不能排除机械间的摩擦，不能排除热量的散失，所以机械效率不会达到100%，故B错误；C、运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较大的热值，完全燃烧相同质量的液态氢和其它燃料相比，液态氢可以释放出更多的热量，故C错误；D、内燃机的压缩冲程，活塞压缩气缸内物质做功，机械能转化为内能，是通过做功改变物体的内能，故D正确。故选：D。4．（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%【答案】D。【解答】解：由内燃机的能量流向图知，用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出能量的34%，即内燃机的效率为34%。故选：D。5．（2022•遂宁）今年，我国发射的“天舟四号”货运飞船与“天和号”核心舱在太空成功对接。对接后，它们一起绕地球转动。对这一过程所涉及的物理知识说法错误的是（）A．火箭加速升空过程与汽油机做功冲程的能量转化形式相同 B．运载火箭用液态氢做燃料，是因其热值较大 C．对接后以“天舟四号”为参照物，“天和号”是运动的 D．地面工作人员利用电磁波传递信息来控制对接过程【答案】C。【解答】解：A、火箭加速升空过程与汽油机做功冲程的能量转化都是内能转化为机械能，故A正确；B、运载火箭用液态氢做燃料，是因其热值较大，故B正确；C、天舟四号”货运飞船与“天和号”对接后一起绕地球转动，以“天舟四号”为参照物，“天和号”是静止的，故C错误；D、电磁波能在真空中传播，地面工作人员利用电磁波传递信息来控制对接过程，故D正确。故选：C。6．（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【答案】C。【解答】解：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，地球上大多数能量都直接或间接来自于太阳能，植物通过光合作用，将太阳能转化为自身的生物质能，再经过地壳变动在地质作用下，最终形成煤炭，发电厂将煤炭的化学能转化为电能，家用电器再将电能转化为其它形式的能，故四幅图中能量的转化顺序为：太阳→树林→燃煤电厂→空调；即序号为④③①②，故C正确。故选：C。二、填空题。7．（2022•上海）四冲程热机工作过程中，将内能转化为机械能的是做功冲程，李白在《望庐山瀑布》中写道：“日照香炉生紫烟”，这是通过热传递（选填“做功”或“热传递”）的方式来改变香炉的内能，加热1千克水，使其温度上升2℃，则加热过程中水吸收的热量为8.4×103焦。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]【答案】做功；热传递；8.4×103。【解答】解：（1）四冲程热机在做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能；（2）香炉在阳光照射下，从阳光中吸收热量、内能增加，是通过热传递的方式来改变的内能；（3）1千克水温度上升2℃吸收的热量为：Q吸＝c水mΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×2℃＝8.4×103J。故答案为：做功；热传递；8.4×103。8．（2022•前进区校级三模）（1）2021年10月16日，搭载神舟十三号载人飞船的长征二号火箭在酒泉发射，火箭加速升空的动力由航天发动机提供，此发动机是（是或不是）热机。（2）2022年3月23日，神舟十三号航天员在空间站现场直播授课，王亚平老师在演示“液桥实验”时，将两块透明板上的水球互相靠近、接触，合成一个大水球；再慢慢将两块透明板分开，水形成一个长约10cm的液桥（如图），说明了分子间存在引力。【答案】（1）是；（2）引力。【解答】解：（1）火箭升空过程中，相当于热机的做功冲程，内能转化为机械能，所以航天发动机属于热机；（2）在天宫课堂“液桥”实验中，两块透明板上的水球接触后合成一个液桥，说明分子间存在引力。故答案为：（1）是；（2）引力。9．（2022•赤峰）（1）2022年6月5日，搭载神舟十四号载人飞船的长征运载火箭点火升空，中国空间站建造阶段首次载人飞行任务发射告捷。神舟十四号飞船与火箭共同加速升空的过程中，燃料燃烧提供火箭升空所需的能量，本身质量不断减小，热值不变（选填“变大”、“不变”或“变小”）；若以神舟十四号飞船为参照物，大地是运动的。（2）一位质量为48kg的同学背着2kg的书包站立在水平地面上，地面对这位同学的支持力大小是500N，方向是竖直向上的。（g＝10N/kg）【答案】（1）不变；运动；（2）500；向上。【解答】解：（1）热值是燃料的特性，与燃料的质量无关；所以燃料燃烧提供火箭升空所需的能量，本身质量不断减小，热值不变；以神舟十四号飞船为参照物，大地在远离飞船，所以是运动的；（2）质量为48kg的同学背着2kg的书包，总重力为：G＝mg＝（48kg+2kg）×10N/kg＝500N；人对地面的压力方向竖直向下，大小等于人和书包的总重力，即：F压＝G＝500N；地面给人的支持力与人对地面的压力是一对相互作用力，大小相等，方向相反，即：地面对这位同学的支持力大小是500N，方向是竖直向上的。故答案为：（1）不变；运动；（2）500；向上。10．（2021•沈阳）利用天然气烧水，把质量为30kg的水，从20℃加热到100℃，需要燃烧0.42m3的天然气，则烧水的效率是75%；在这个过程中能量的总量不变（选填“变大”、“变小”或“不变”）。[天然气的热值为3.2×107J/m³，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）]【答案】75；不变。【解答】解：（1）水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×30kg×（100℃﹣20℃）＝1.008×107J；天然气完全燃烧放出的热量：Q放＝Vq＝0.42m3×3.2×107J/m3＝1.344×107J；烧水的效率：η＝＝＝75%；（2）根据能量守恒定律可知，在能量的转化和转移的过程中，能的总量保持不变。故答案为：75；不变。11．（2022•张家界）常用打火机的打火方式有两种，一种是用一个粗糙的小轮摩擦“火石”打火；另一种是利用高压电装置打火。从能量转化角度看，前者是把机械能转化为内能；后者是把电能转化为内能。【答案】机械；电。【解答】解：从能量转化的角度看，摩擦点火，是将机械能转化为内能；高电压火花点火，是电能转化为内能。故答案为：机械；电。12．（2022•安徽）小明利用家中的燃气表和温度计测量燃气灶烧水的效率。将1kg的水从20℃加热到60℃，消耗了0.01m3的天然气（假设天然气完全燃烧），已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值为4.0×107J/m3，则此次燃气灶烧水的效率为42%。【答案】42%。【解答】解：水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（60℃﹣20℃）＝1.68×105J；天然气完全燃烧放出的热量：Q放＝Vq＝0.01m3×4.0×107J/m3＝4×105J；此次燃气灶烧水的效率：η＝＝＝42%。故答案为：42%。13．（2022•清江浦区模拟）为了质证“能量守恒定律”的正确性，历史上曾经提出了如图所示的永动机模型，其设计原理是：在B处放一小铁球，它会在强磁铁A的作用下向上滚动，到达C时从轨道M上的小孔下落，又沿轨道N回到B处，开始往复运动。这种永动机方案不可行（选填“可行”或“不可行”），请从具体的过程分析，写出你判断的理由小铁球在C处受到磁铁的吸引力大于在B处受到的吸引力，所以小铁球运动到C处时不会从小孔下落，而会被磁铁吸引，在转化和转移过程中能量的总量保持不变，所以都服从能量守恒定律，小铁球在轨道受摩擦力的作用，有部分动能转化为内能，所以永动机模型不可行。。【答案】不可行；小铁球在C处受到磁铁的吸引力大于在B处受到的吸引力，所以小铁球运动到C处时不会从小孔下落，而会被磁铁吸引，在