2024年中考物理母题解密专题14 内能的利用讲义（附答案）

专题14内能的利用考点解读《内能的利用》是在前面学习《内能》的基础上，进一步讨论内能的转化和实际应用的工具——热机。通过对四冲程内燃机工作原理的学习，使学生了解内燃机的主要结构；大致了解内燃机工作时能量的转化与转移情况；了解内燃机在现代生活,特别是交通方面的应用。通过具体分析,使学生认识到在利用燃料的内能方面，不可避免地会有一部分内能转化和转移到其他方面，因此要建立热机效率的概念，并与机械效率作联系和类比，之后自然引出能量守恒定律。通过本章的学习，使学生了解内燃机的发展对人类进步起到正面作用的同时，要使学生认识到它给环境带来的负面污染问题。0101热机揭秘揭秘母题【母题1】（2023•辽宁）如图是喷气式飞机，它利用燃料燃烧后产生的高温、高压气体提供动力。下列有关该飞机说法正确的是A．发动机属于热机B．在升空的过程中，飞机周围的大气压逐渐变大C．加速升空时，飞机所受的力为平衡力D．飞机水平飞行时，机翼上方的气体流速大，压强大【答案】【分析】（1）喷气式发动机属于热机的一种；（2）大气压随高度的增加而减小；（3）物体受平衡力时，所受合力为零，将保持静止状态或匀速直线运动状态。（4）流体在流速大的地方压强小。【解答】解：喷气式发动机属于热机的一种，故正确；大气压随高度的增加而减小，故错误；物体受平衡力时，所受合力为零，将保持静止状态或匀速直线运动状态，飞机加速说明其受到的合力不为零，所受的力不是平衡力，故错误。流体在流速大的地方压强小，故错误。故选：。【母题2】（2023•邵阳）如图为汽油机工作过程中某冲程的示意图，此冲程是A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程【答案】【分析】由进气门和排气门的关闭和打开情况、活塞的上行和下行情况来判断是哪个冲程。【解答】解：由图可知，汽油机的进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，因此是压缩冲程。故选：。【母题3】（2023•自贡）如图所示，图、、、是四冲程汽油机的工作示意图，图、是演示实验的示意图。图是冲程，与它原理相同的是图所示的演示实验。【答案】压缩；【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。（2）改变物体内能的方式有热传递和做功两种。做功改变物体内能的实质是能量的转化，具体来说是内能和机械能的相互转化。对物体做功，物体的内能增加，温度升高；物体对外做功，物体的内能减少，温度降低。【解答】解：（1）图中，进气门开启，活塞下行，气体流入汽缸，是吸气冲程；图中，两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，此冲程将机械能转化为内能；图中，两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，此冲程将内能转化为机械能；图中，排气门开启，活塞上行，气体流出汽缸，是排气冲程；（2）图是用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧。是通过对物体做功来增大物体内能的，即是将机械能转化为内能的过程；图是水蒸气膨胀对外做功，将塞子冲出，是内能转化为机械能。综上所述，图、是演示实验的原理示意图。图是压缩冲程，与它原理相同的是图所示的演示实验。故答案为：压缩；。方法技巧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.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；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。0202热机的效率揭秘揭秘母题【母题4】（2023•随州）汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图甲、乙分别是某汽油机的某冲程及能量流向图。下列有关说法正确的是A．甲图是压缩冲程，活塞对气缸内的气体做功，气体的温度升高B．由乙图可知该汽油机的效率是C．汽车尾气中的“汽油味”越浓燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值D．为节能冬天汽车都会利用尾气中的余热给车内供暖，该举措大大提高了燃料的热值【答案】【分析】（1）内燃机的压缩冲程将机械能转化为内能；（2）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，结合图中数据分析；（3）热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关。【解答】解：、根据图甲可知，两个气门关闭、活塞上行，为压缩冲程，活塞对气缸内的气体做功，机械能转化为内能，气体的温度升高，故正确；、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，由图可知，输出有用功所占比例为：，即该汽油机的效率为，故错误；、热值是燃料本身的一种特性，只与燃料本身决定，和燃料的质量、放出热量的多少、燃烧是否充分、温度高低无关，故错误。故选：。【母题5】（2023•广西）2023年5月30日，搭载神舟十六号载人飞船的长征二号遥十六运载火箭发射成功。火箭升空时，燃料燃烧释放的内能转化为能，散失的能量越少，发动机效率越（选填“高”或“低”。【分析】火箭升空时，将燃料燃烧释放的内能转化为机械能；热机的效率是指，用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，散失的能量越少，用来做有用功的那部分的能量就越多。【解答】解：火箭升空时，燃料燃烧释放的内能转化为机械能；发动机的效率是指，用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，散失的能量越少，用来做有用功的那部分的能量就越多，即效率越高。故答案为：机械；高。【母题6】（2023•沈阳）校车在某段平直路面上以的速度匀速行驶，通过的路程为；若在此过程中消耗柴油，发动机输出有用的机械功为，校车发动机的效率为。（柴油热值为【答案】6；40。【分析】（1）利用速度公式计算校车通过的路程；（2）求出柴油完全燃烧放出的热量，然后利用可求校车发动机的效率。【解答】解：校车的速度，行驶的时间，根据可得，校车通过的路程：；柴油完全燃烧放出的热量：，则校车发动机的效率为：。故答案为：6；40。方法技巧1.内能：物体内部所有分子热运动的分子动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。(1)分子动能：分子在永不停息地做着无规则的热运动。物体内大量分子做无规则热运动所具有的能量称为分子动能。物体的温度越高，分子运动得越快，它们的动能越大。同一个物体（物态不变），温度越高，内能越大。（2）由于分子之间具有一定的距离，也具有一定的作用力，因而分子具有势能，称为分子势能。分子间距发生变化时，物体的体积也会变，其内能会发生变化。所以分子势能与物体的体积有关。（3）物体内能的大小：物体的内能与物体的质量、温度、体积及物态有关。一切物体中的分子都在做永不停息的做无规则运动，分子间都有分子力的作用，无论物体处于何种状态，是何形状与体积、温度是高是低都是如此。因此，一切物体在任何情况下都具有内能。2.内能的改变：改变物体内能的方法有热传递和做功；热传递是能量的转移，做功是能量的转化。这两种方法对改变物体内能是等效的。(1)做功：外界对物体做功，物体的内能会增大（例如：摩擦生热）；物体对外做功，物体内能会减小（例如：通过活塞向盛有水的烧瓶里打气，当活塞从瓶口跳起时，烧瓶中出现“白雾”）。实质：能量从一种形式的能（其它形式的能）转化为另一种形式的能（内能）。(2)热传递：只要物体之间或同一物体的不同部分间存在着温度差，就会发生热传递，直到温度变得相同(即没有温度差)为止。物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减小。3.热量（Q）：在热传递过程中，传递能量的多少叫做热量；在国际单位制中，热量单位是焦耳，符号是J。4.内能与机械能是两种不同形式的能量，它们之间是可以相互转化的。整个物体可以处于静止状态，没有动能；整个物体也可以处于相对高度为零的位置而没有势能，但它一定具有内能。物体可以同时具有内能和机械能。5．热量、温度和内能：“热量不能含、温度不能传、内能不能算”。(1)热量是一个过程量，只有发生了热传递过程，有了内能的转移，才能讨论热量问题。所以物体本身没有热量，不能说某个物体具有多少热量，更不能比较两个物体热量的大小。(2)内能是一个状态量，但是它具有不可测量性，所以不能说物体具有多少的内能。(3)在热传递过程中，热量从高温物体传到低温物体，而不能说将高温物体的温度传递给了低温物体。模拟模拟中考1.（2023•滨海新区模拟）如图为四冲程汽油机工作过程中的某冲程示意图，该冲程为A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程【分析】内燃机的一个工作循环包括吸气、压缩、做功和排气四个冲程；根据气门的关闭情况和活塞的运行方向判断是哪一个冲程。【解答】解：观察图可知，进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸，是吸气冲程。故选：。2.（2023•深圳模拟）下列有关图片的说法正确的是A．甲图——注射器中的液体很难被压缩，说明液体分子之间存在引力B．乙图——新疆棉花质地柔软、形状蓬松，说明其分子间间隙较大C．丙图——长征系列运动火箭采用的燃料为液态氢，是由于其热值较大D．丁图——氢燃料电池的应用将极大改变现在能源缺乏的现状，使能源利用效率达到【答案】【分析】（1）分子之间存在相互作用的引力和斥力；（2）因为分子很小，人肉眼看不到，看到的间隙不是分子之间的间隙；（3）热值是燃料一种特性，热值越大的燃料，在完全燃烧相同质量的燃料时，放出的热量越多，在选择火箭燃料时首先要考虑燃料的热值大小；（4）在使用能源时，总存在能量损耗，能源利用效率不会达到。【解答】解：、分子之间同时存在相互作用的引力和斥力，液体很难被压缩，说明分子间有斥力，故错误；、新疆棉花质地柔软、形状蓬松，是因为棉花内有空隙，不能说明分子间有间隙，故错误；、长征系列运动火箭采用的燃料为液态氢，原因是液态氢具有较大的热值，故正确；、氢燃料电池的应用将极大改变现在能源缺乏的现状，但使用时总存在能量损耗，能源利用效率不会达到，故错误。故选：。3.（2023•泉州一模）如图是汽油机工作循环中的某冲程剖面图，该冲程是A．压缩冲程，将内能转化为机械能B．压缩冲程，将机械能转化为内能C．做功冲程，将内能转化为机械能D．做功冲程，将机械能转化为内能【答案】【分析】内燃机的四个冲程是：吸气冲程（进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动）；压缩冲程（进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动）；做功冲程（进气门关闭，排气门关闭，活塞向下运动）；排气冲程（进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动）；根据各个冲程的特点做出判断。【解答】解：从图中获悉，此时内燃机的工作特点是进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，所以是压缩冲程，压缩冲程，机械能转化为内能。故选：。4．（2023•郓城县三模）景颇族的祖先曾发明一种活塞式点火器，如图所示。以牛角作套筒，木质推杆前端粘附艾绒。取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃，随即将杆拔出，口吹立见火苗。手推杆入筒的过程与内燃机工作的哪个冲程相同A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程【答案】【分析】猛推推杆时间较短，气体来不及吸放热，主要是外界对气体做功，气体内能增加，温度升高；在汽油机的四冲程中，做功冲程是内能转化为机械能的冲程，压缩冲程是机械能转化为内能的冲程。【解答】解：封闭的气体被推杆压缩过程中，活塞对气体做功，气体内能增加，是机械能转化为内能；汽油机的压缩冲程是机械能转化为内能的冲程，与上述能量转化相同。故选：。5．（2023•金坛区一模）如图甲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，如图乙为汽油机的工作冲程。下列判断不正确的是A．舰载机获得的牵引力是因为气缸内的蒸汽体积膨胀，从而推动活塞B．气缸内的蒸汽推动活塞后，内能增加C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图乙中所示的原理相似D．从能量转化角度讲，图乙中冲程是把机械能转化为内能【答案】【分析】（1）四冲程汽油机一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，在做功冲程中的能量转化是内能转化为机械能，在压缩冲程中的能量转化是转化机械能为内能；（2）做功冲程中，气缸内的燃气对外界做功，燃气的内能减小，温度降低。【解答】解：、甲图中，气缸内蒸汽体积膨胀，对外做功，其内能减小，同时推动活塞，使舰载机获得巨大的牵引力，该过程中内能转化为机械能，燃气的内能减小，故正确，错误；、图中汽油机两气门都关闭，火花塞点火和活塞向下移动，是汽油机的做功冲程，也是内能转化为机械能的过程，与蒸汽弹射装置工作时的原理相似，故正确；、图中汽油机两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，此冲程机械能转化为内能，故正确。故选：。6．（2023•吉安模拟）瓦罐汤以瓦罐为器（如图），以硬质木炭火恒温煨制约六七小时，汤汁稠浓，醇香诱人，为赣菜一绝，关于煨制瓦罐汤涉及的物理知识，分析正确的是A．煨制瓦罐汤时，是通过做功的方式增加食材的内能B．汤汁沸腾后，加大炭火火力可提高汤汁温度C．用木炭火煨制瓦罐汤时，木炭燃烧越充分，热值越大D．刚取出的瓦罐汤“热气”腾腾，“热气”是液化现象【答案】【分析】（1）做功和热传递都可以改变物体的内能；（2）液体在沸腾时不断吸热，温度不变；（3）热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧情况无关；（4）物质由气态变成液态是液化，物质由气态直接变成固态是凝华，物质由固态变成液态是熔化，物质由固态直接变成气态是升华。【解答】解：、用瓦罐煨汤是通过热传递的方式增加食材的内能，故错误；、汤汁沸腾后，加大炭火火力加热，汤汁温度不变，故错误；、木炭的热值只与燃料的种类有关，与燃烧程度无关，故错误；、刚取出的瓦罐汤会看到的腾腾热气是水蒸气遇冷液化形成的，故正确。故选：。7．（2023•广水市三模）2023年五一期间，淄博烧烤火出圈，“坐高铁去撸串”等话题不断在社交平台刷屏。如图所示，羊肉串架在微炭火上烤的情景。关于烤羊肉串涉及的物理现象，下列说法中错误的是A．肉烤熟是通过热传递的方式改变其内能B．肉温度越高，所含热量越多C．木炭在燃烧的过程中，热值不变D．很远就能闻到肉香味是说明分子在不停地做无规则运动【答案】【分析】（1）改变物体内能的方式有两种：做功和热传递；（2）热量是过程量，就是说，热量只存在热传递中，只能说吸收或放出热量；热量不是状态量，不能说含有热量；（3）热值是燃料的特性，只与燃料的种类有关；（4）物质都是由分子组成的，分子在永不停息地做无规则运动。【解答】解：、肉在火上烤，火的热量传递给肉，肉烤熟是通过热传递的方式改变其内能，故正确；、热量总是从温度高的物体传递到温度低的物体，热量是过程量，不能说含有或者具有热量，故错误；、热值是燃料的特性，只与燃料的种类有关，所以，燃料在燃烧过程中，质量减小，热值不变，故正确；、一切物质的分子都在不停地做无规则的运动，温度越高，热运动越剧烈，很远就能闻到肉香味是说明分子在不停地做无规则运动，故正确。故选：。8．（2023•鹤山市校级二模）如图用蒸锅在天然气灶上烧水蒸包子的过程中，下列说法正确的是A．天然气燃烧越充分，热值越大B．包子的温度越高所含热量越多C．“蒸包子”是通过做功的方式改变包子内能的D．锅盖被“顶起”，该过程将内能转化为机械能【答案】【分析】（1）的某种燃料完全燃烧所释放出的热量是燃料的燃烧值，热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧情况无关；（2）热量是一个过程量，不是一个状态量，热量描述了物体发生热传递时，传递能量的多少，不能说物体含有多少热量；（3）做功和热传递可以改变物体的内能；（4）锅盖被“顶起”，水蒸气对锅盖做功，将内能转化为机械能。【解答】解：、热值是燃料本身的一种特性，热值由燃料本身决定，与燃料是否充分燃烧无关，故错误；、在质量不变时，包子的温度越高，内能越大，但不能说所含的热量越多，因为热量是一个过程量，不能用“含有”、“具有”来描述，故错误；、“蒸包子”时，包子吸收热量，内能增加，温度升高，是通过热传递的方式改变包子的内能，故错误；、锅盖被“顶起”时，水蒸气对锅盖做功，将内能转化为机械能，故正确。故选：。9．（2023•黄冈三模）糖炒板栗是人们冬季喜爱的美食。如图所示，在炒板栗时常要在锅中放入一些砂石，关于糖炒板栗，下列说法正确的是A．炒板栗时，锅中的沙子升温快是因为沙子的比热容大B．炒板栗的过程主要是通过做功的方式使板栗内能增大的C．板栗炸裂时的能量转化与汽油机做功冲程的能量转化相同D．板栗香气的浓烈程度与板栗的温度无关【答案】【分析】（1）对于比热容小的物质来讲，同样吸收热量，其温度升高很快，这也是我们利用的主要特点之一；（2）改变物体内能的方式有：做功与热传递两种方式；（3）汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，其中压缩冲程机械能转化成内能，做功冲程内能转化成机械能；（4）分子的无规则运动的速度与物体的温度有关。【解答】解：、在炒板栗时，由于锅底的温度较高，很容易把板栗炒煳，所以锅中总要放些沙子，由于沙子的比热容小，沙子很容易被炒热，这样沙子被炒热后可以均匀地把热量传递给板栗，这样炒出的板栗比较好吃，故错误；、在炒板栗时，是通过热传递的方式使板栗内能增大，故错误；、板栗炸裂时是内能转化为机械能，能量转化情况与汽油机的做功冲程相同，故正确；、板栗香气的浓烈程度是分子的无规则运动程度，热运动的激烈程度与温度有关，温度越高，分子运动越剧烈，故错误。故选：。10．（2023•西宁二模）某汽油机工作时的能量损失情况是：汽缸散热损失，废气带走，机械摩擦及其它损耗总和为。已知汽油热值为。下列说法中正确的是A．该汽油机工作的效率是，工作时汽油燃烧释放能量的转化为机械能B．若该汽油机消耗汽油，获得的机械能为C．若该汽油机消耗汽油，损失的能量为D．经过不断改进和创新，汽油机的效率可以提高到【答案】【分析】（1）热值：某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，公式：；热值的物理意义：热值表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少，同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同；（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，叫做热机的效率，其表达式为：，由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1；热机在工作过程中造成能量损失的因素有：①燃料很难全部燃烧；②排出的废气带走能量；③热机部件要散热；④克服运转机件之间的摩擦消耗能量；提高热机