专题14 内能及其利用-2022年中考物理一轮复习考点方法大突破`学案

专题14 内能的利用

本专题中考考点和要求（“▲”表示该标准要求属于评价水平这一层次）

规律总结1：对汽油机和柴油机的认识及其相关问题的处理

1.热机定义：热机是利用内能来做功，把内能转化为机械能的机器。

2.热机的种类：蒸汽机、内燃机（汽油机和柴油机）、汽轮机、喷气发动机等

内燃机活塞在汽缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。

四冲程内燃机包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。

在单缸四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环，每个工作循环曲轴转2周，活塞上下往复2次，做功1次。

在这四个冲程中只有做功冲程是燃气对活塞做功，而其它三个冲程（吸气冲程、压缩冲程和排气冲程）是依靠飞轮的惯性来完成的。

压缩冲程将机械能转化为内能。

做功冲程是由内能转化为机械能。

 ①汽油机工作过程：

②柴油机工作过程：

3.汽油机和柴油机的比较：

①汽油机的气缸顶部是火花塞；柴油机的气缸顶部是喷油嘴。

②汽油机吸气冲程吸入气缸的是汽油和空气组成的燃料混合物；柴油机吸气冲程吸入气缸的是空气。

③汽油机做功冲程的点火方式是点燃式；柴油机做功冲程的点火方式是压燃式。

④柴油机比汽油及效率高，比较经济，但笨重。

⑤汽油机和柴油机在运转之前都要靠外力辅助启动。

规律总结2：解决热值与热效率问题思维方法与技巧

1.燃料完全燃烧放出热量

（1）燃料完全燃烧释放出的热量公式为：Q放=mq。

（2）气体燃料完全燃烧释放出的热量公式也可为：Q放=qV。推导过程如下：

说明：①中的公式对固体、液体、气体、均适用。②只对气体适用。两个公式的得出都是根据热值的定义式得到的。

其中，Q放表示燃料完全燃烧放出的热量，单位是J；q表示燃料的热值，单位是J/kg；m表示质量，单位是kg。V表示体积，单位是ｍ3。

2.热效率公式

（1）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。热机的效率是热机性能的一个重要指标。汽车发动机的效率、飞机发动机的效率、轮船发动机的效率均属于热机的效率，其公式为：η=。

（2）炉具的热效率：天然气燃烧放出的热量是炉具提供的总热量，Q总=Q放，水吸收的热量是有用的热量Q有=Q吸，则η=。

（3）电热水器的效率：电热丝所产生热量为Q总，总=Q放，水需要吸收热量为Q有，有=Q吸，

则η=。

规律总结3：用能量守恒定律解决问题思路

1.要理解能量守恒定律

（1）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。

（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。

（3）“第一类永动机”永远不可能实现，因为它违背了能量守恒定律。

2.试论述能量的转化、转移和守恒问题。

（1）在一定条件下各种形式的能都可以相互转化。能量转化反映了各种现象之间的联系，如摩擦生热说明了机械运动和热现象之间存在的联系；电风扇转动说明了电现象和机械运动之间存在的联系。

（2）不同形式的能量通过做功可以相互转化，同种形式的能量之间通过热传递可以进行转移，能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从物体的一部分转移到另一部分。

（3）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

一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。

（4）根据能量守恒定律，在分析自然现象时，如果发现某种形式的能量减少，一定能找到另一种形式的能量增加;反之，当某种形式的能量增大时，也一定可以找到另一种形式的能量减少。

考点一：热值

1.定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。

2.单位：J/kg，读作“焦耳每千克”。对于气体燃料，在生活中多以体积来计量，所以气体燃料热值的单位是J/m。

3.燃烧效率：燃料燃烧时有效利用的热量与燃料完全燃烧时放出的热量之比，叫做燃料的燃烧效率。多用百分数的形式表示。

4.提高燃料的利用效率：改善燃烧条件使燃料尽可能地充分燃烧；加大受热面积，使放出的热量得到充分利用；尽可能地减少各种热损失等。

【例题1】（2021哈尔滨）哈尔滨市正在进行的老旧小区改造措施惠及万民，其中为房屋外墙安装保温层更换门窗等措施可减少散热，提高室温实现“节能减排”因此某居民楼一冬天可节约燃煤2.8×104kg，这些煤完全燃烧可放出的热量为______J，这些热量可使太阳岛人工湖中1.0×108kg的水温度升高______。[水的比热容为4.2×103J/（kg·），煤的热值为3.0×107J/kg]

【例题2】（2020四川自贡市）用煤气灶把2kg、初温为20℃的水加热到70℃，消耗了20g煤气。已知水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），煤气的热值为4.0×107J/kg，则水吸收的热量为______J，煤气灶烧水的效率为______。

考点二：热机

1.定义：热机是把内能转化为机械能的机器。使燃料在热机气缸内燃烧而获得动力的机器叫内燃机，常见的内燃机油汽油机和柴油机。

2.工作过程：内燃机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。一个工作循环曲轴转两周，活塞往复运动各两次，只有做功冲程对外做功，其余的三个冲程叫辅助冲程，是靠飞轮的惯性来完成的。

3.热机效率

 (1) 概念：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。

(2) 提高热机效率的途径

a.减少各种热量损失；

b.减少摩擦，保持良好的润滑；

c.尽可能使燃料充分燃烧。

【例题3】(2021甘肃威武)如图所示是四冲程汽油机内部剖面图，此为________冲程；汽油机需要用冷却液进行降温，是利用了冷却液的________大的特性。 

【例题4】（2020四川甘孜州）下列关于热值和热机效率说法，正确的是（　　）

A. 使燃料燃烧更充分，可以增大热值

B. 使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率

C. 柴油机的热机效率通常为100%

D. 燃料燃烧释放的热量越大，热值越大

考点三：能量的转化与守恒

能量既不会消灭，也不会产生，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，而在转化和转移的过程中，能量的总量不变，这就是能量守恒定律。

【例题5】（2021黑牡鸡朝鲜族）现在流行一款鞋，穿上它走路时，鞋会发光，站着不动就不会发光．则这款鞋发光的原理，从能量转化的角度分析正确的是（  ）

A. 机械能转化为电能，再转化为光能

B. 电能转化为机械能，再转化为光能

C. 机械能转化为光能，再转化为电能

D. 光能转化为机械能，再转化为电能

【例题6】（2020黑龙江龙东农垦森工）目前长沙城区的老居民小区正在进行水路改造，改造中用到了一种打孔工具﹣﹣冲击钻，冲击钻工作时，钻头在电动机的带动下不断地冲击墙壁，打出圆孔，如图所示，冲击钻在工作过程中，其能量转化关系是（　　）

A．内能转化为机械能 

B．内能转化为电能 

C．只有机械能和内能的转化 

D．有电能、机械能和内能的转化

《内能及其利用》单元综合素养精准达标模拟检测试卷

（答题时间90分钟，试卷满分100分）

一、选择题（本道大题有10小题，每小题3分，共30分）

1. （2021广西贵港）如图所示，在试管里注入少量的水，用软木塞塞紧管口，用酒精灯加热。一会儿试管里的水沸腾了，水蒸气把软木塞向上冲起。下面解释正确的是（   ） 

A. 这个过程与内燃机的做功冲程类似
B. 试管内水的内能增加是通过做功方式改变
C. 酒精燃烧时是内能转化为化学能
D. 管内水蒸气的内能减少，温度降低，在试管口变成白色的热空气

2. （2021广东省）关于四冲程汽油机的工作过程，下列说法正确的是（   ）

A. 吸气冲程：只吸入空气 B. 压缩冲程：缸内温度降低
C. 做功冲程：气体推动活塞做功 D. 排气冲程：内能转化为机械能

3．（2019上海）四冲程柴油机在工作过程中，将内能转化为机械能的冲程是（　　）

A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程

4．（2019苏州）小李家使用的燃气热水器，将30kg的水从20℃加热到45℃，消耗了0.15m3的天然气。已知水的比热容为4.2×103J/（kg℃），天然气的热值为4×107J/m3，则下列与该过程有关的计算结果和分析正确的是（　　）

A．水吸收的热量与水的末温成正比      B．水吸收的热量是3.15×105J

C．热水器的能量转化效率是52.5%      D．热水器的能量转化效率与环境温度无关

5．（2019大庆）如图所示，是汽油机工作时的四个冲程，其中属于做功冲程的是（　　）

A             B              C                  D

6.根据能量守恒定律，下列情形可能发生的是（　　）

A．随着科学技术不断发展和提高，永动机是可以制成的

B．两个斜面相对连接，小球从左斜面滚下后冲上右斜面

C．电水壶里的水沸腾后断电，水的沸腾却一直持续下去

D．出枪膛的子弹射穿木板后，以更快的速度继续运动

7.能量的转化是自然界普遍的现象．下列关于能量转化的观点错误的是（    ）

水果电池          光合作用               钻木取火        电磁感应

A. 水果电池是电能转化为化学能    B. 光合作用是光能转化为化学能

C. 钻木取火是机械能转化为内能    D. 电磁感应现象是电能转化为机械能

8.（2020南京）如图是内燃机某冲程的工作示意图，四个事例中能量转化与之相同的是（　　）

A. 瓶塞冲出        B. 搓手取暖      C. 压缩气体      D. 钻木取火

9．小李家使用的燃气热水器，将30kg的水从20℃加热到45℃，消耗了0.15m3的天然气。已知水的比热容为4.2×103J/（kg℃），天然气的热值为4×107J/m3，则下列与该过程有关的计算结果和分析正确的是（　　）

A．水吸收的热量与水的末温成正比      B．水吸收的热量是3.15×105J

C．热水器的能量转化效率是52.5%      D．热水器的能量转化效率与环境温度无关

10.四冲程柴油机工作过程中，以下说法错误的是（    ）

A.压缩冲程和做功冲程发生了能量的转化  B.做功冲程使汽车获得动力

C.排气冲程排出了汽车的尾气            D.吸气冲程吸入气缸的是柴油

二、填空题（每空1分，共27分）

1.（2021河北）小明用相同的酒精灯给质量相等的甲、乙两种物质加热。根据测量数据描绘温度—时间的图像如图所示，由图可知，甲物质比热容______（选填“>”“<”或“=”）乙物质比热容，用酒精灯给物体加热，物体内能增大，温度升高，这是通过______方式实现的。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”）。

2.（2021齐齐哈尔）如图所示，试管中的水蒸气将塞子推出的过程中，水蒸气的______ 转化为塞子的机械能。四冲程汽油机在工作过程中，______ 冲程与上述能量转化过程相同。
 

3. (2021甘肃威武)2020年7月23日，“天问一号”卫星在文昌航天发射场发射升空，将负责执行中国第一次自主火星探测任务。加速上升过程中，火箭燃料的________能转化为燃气的内能，卫星的机械能________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。   

4．（2021四川绵阳）周末，小明用热水为家人热盒装牛奶，他把3盒牛奶放入装有温度是90℃、质量是2kg热水的盆中，经过一段时间，3盒牛奶的温度都从10℃变成了45℃，这段时间内每盒牛奶从水中吸收了 　　J的热量；若盆中热水对牛奶加热的效率是50%，则此时盆中水的温度是 　　℃。已知：每盒牛奶的质量0.25kg，牛奶的比热容4.0×103J/（kg•℃），水的比热容4.2×103J/（kg•℃）。

5.（2021江苏南京）小明一家驾车旅行，（1）加油时，闻到汽油味，说明分子在______；（2）图示为车发动机的一个冲程，其能量转化情况是______；（3）若车的总质量为1.5t，匀速直线行驶9km，所受阻力为车重的0.1倍，完全燃烧汽油1L，则1L汽油完全燃烧放出的热量是______J，车所受牵引力是______N，车的工作效率是______%。（ρ汽油=0.8×103kg/m3；q汽油=4.5×107J/kg；g取10N/kg）

6.（2021黑牡鸡朝鲜族）一台汽油机飞轮的转速为3600 r/min， 在1s内汽油机对外做了_______ 次功。如果汽油机在一段时间内消耗了 0.5kg汽油，若这些汽油完全燃烧，可放出热量______ J。汽油机用水作冷却液，是利用水的_______大的特点。（q汽油=4.6×107J/kg）

7.（2021贵州黔东南州）如图所示，用力将活塞迅速下压，玻璃筒内硝化棉燃烧起来，该过程能量是由______能转化为______能，这一特点与汽油机______冲程相同。完全燃烧0.5kg的汽油，放出的热量是______J（已知汽油的热值为4.6107J/kg）。

8. （2021青海）某路灯的灯杆顶端有太阳能电池板和风车，风车转动带动发电机发电，它发电的原理是______现象。若太阳光辐射到该电池板的能量为2.7×107J，这与完全燃烧______kg焦炭放出的热量相当（焦炭的热值为3×107J/kg）。

9．（2021内蒙古通辽）用液化气灶把1.5kg、初温为20℃的水加热到100℃，需要吸收的热量为 　　J。若上述过程中完全燃烧0.021kg液化气且只有60%的热量被水吸收，则液化气的热值为 　　J/kg[已知c水＝4.2×103J/（kg•℃）]。

10.（2020四川遂宁）2020年6月23日9时43分，我国在四川西昌卫早发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射了北斗导航系统最后一颗组网卫星，标志着北斗导航卫星全球组网成功，能够为全球用户提供全天候、高精度的定位、导航和授时服务。长征三号乙运载火箭发动机用的是偏二甲肼作为燃料，其热值是4.25×107J/kg，若完全燃烧2吨偏二甲肼，共放出　　J热量；火箭加速上升时，火箭的机械能　　（选填“增大”、“减小”或“不变”）。

三、分析简答题（共10分）

1.（4分）（2020四川自贡市）如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间后，观察

(1)会发生什么现象：  __________________；

(2)解释所发生的现象：___________________。

2.（6分）（2022云南模拟题）在乒乓球比赛中，高抛发球时，不计空气阻力，请你回答下列问题：

（1）在乒乓球上升的过程中，乒乓球的能量是如何转化的？其机械能如何变化？

（2）乒乓球运动到最高点时，是否处于平衡状态？请说明理由．

四、计算题（本题有2个小题，每题各9分，共18分）

1. （2021黑牡鸡朝鲜族）一辆汽车以72 km/h的速度匀速行驶10 min，消耗的汽油为1.2 kg。汽车匀速行驶时受到的牵引力F = 1.2×103N，汽油的热值q = 4.6×107J/kg。

（1）汽车在这段时间做功是多少？

（2）这段时间内汽车的效率是多少？（百分号前保留一位小数）

（3）简要分析汽车效率低的原因（写出两条即可）。

2．（2019太原模拟题）可燃冰是一种新型能源，它是水和天然气在高压低温情况下形成的类冰状结晶物质，主要成分是甲烷，其开采是世界难题，据中央电视台2017年5月18日报道，我国可燃冰已试采成功，技术处于世界领先，用燃气锅炉烧水时，把质量为500kg，初温为20℃的水加热到100℃，共燃烧了12m3天然气，已知水的比热容c水=4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值q=4.2×107J/m3，可燃冰的热值为同体积天然气的160倍，求：

（1）水吸收的热量；

（2）燃气锅炉烧水时的效率；

（3）若换用可燃冰，应使用多少m3可燃冰．

五、综合素养题（共15分）

1.（9分）（2020兰州模拟）开发新能源，共创碧水蓝天。太阳能等新型能源的开发和利用是解决社会发展的能源危机、环境污染的必由之路。如图所示，是世界上最大的太阳能飞机，重达2.3吨，该飞机机身和机翼均采用极轻的碳纤维材料，机翼上安装有高效太阳能电池板，能提供65kW的最大功率，该飞机的最大飞行速度为40km/h。假设飞机停在水平地面时轮与地面的总接触面积为，g取10N/kg，求：

(1)太阳能属于________(选填“可再生”或“不可再生”)能源。

(2)飞机停在水平地面时对地面的压强大小。

(3)当飞机发动机的输出功率保持60kW，并以108km/h的速度水平匀速飞行时，发动机的牵引力大小。

(4)若飞机发动机保持60kW的输出功率匀速飞行1h，发动机输出的能量为多大？这些能量相当于多少升的航空燃油完全燃烧时释放的能量？(航空燃油的热值取，密度取)

2．（6分）（2022内蒙古通辽模拟题）某汽车在平直路面上以75km/h的速度匀速行驶1h的过程中，消耗了5kg汽油，汽油燃烧释放能量的40%随废气通过热电转换装置，如图所示，汽油热值近似取q=5×107J/kg，设汽油在气缸内完全燃烧．

（1）图示时刻，四冲程汽油机处于　　冲程；若该汽油机每分钟完成7200个冲程，则它每秒钟完成　  　个工作循环

（2）若上述过程中汽油燃烧释放能量的30%用来驱动汽车行驶，求汽车所受的阻力f；

（3）研究表明新材料的出现可将热电转换装置的效率大幅提高到15%，据此计算，上述过程中随废气排放的能量通过转换装置后可获得多少电能？这些电能可供车内总功率为1000W的用电器持续工作多长时间？