50热机及其效率、燃料的热值及其计算、能量及其守恒、能量的利用效率-初中物理自主招生精品讲义练习

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1．我国北方地区冬季用燃煤取暖所造成的大气污染，已越来越引起人们的关注。现在有些家庭已经改用燃油取暖，以降低对大气的污染。小明家的住房面积约110m2，若将住房的门窗关闭好，用燃烧柴油来取暖，并使室温升高10℃，已知柴油的热值为4.3×107J/kg，空气的密度约为l.3kg/m3，空气的比热容为1.0×103J/（kg•℃），所需的柴油约为（ ）
A．0.01 kgB．0.1 kgC．1 kgD．10 kg
二．热机（共1小题）
【知识点的认识】煤炭、汽油和柴油等燃料燃烧时，将储存的化学能转化为蒸汽或燃气的内能，各种将蒸汽或燃气的内能转化为机械能的发动机称为热机．热机的种类分为：①蒸汽机；②内燃机；③汽轮机；④喷气发动机．
其中内燃机是热机的一种，是燃料在汽缸内燃烧的热机．内燃机分为汽油机和柴油机．

一、汽油机：
（1）构造：进气门、排气门、气缸、火花塞、曲轴、连杆等．
（2）工作原理：在气缸内燃烧汽油，生成高温高压的燃气〔化学能→内能〕，使燃气推动活塞做功〔内能→机械能〕．
（3）冲程：活塞在往复运动中从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程．
（4）工作过程：多数汽油机是由吸气、压缩、做功〔燃烧﹣膨胀做功〕和排气冲程的不断循环来保证连续工作的．
（5）工作过程中能量的转化：①压缩冲程：机械能→内能；②做功冲程：先是化学能→内能，再由内能→机械能．
（6）汽油机工作的四个冲程中，只有做功冲程是燃气对活塞做功，其它三个冲程要靠飞轮的惯性来完成．在开始运转时，要靠外力先使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，以后，汽油机才能自己工作．
二、柴油机：
（1）构造：与汽油机相似，区别在于柴油机顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴．
（2）工作原理：与汽油机相同．
（3）工作过程：与汽油机相似．
（4）柴油机启动时也要靠外力使飞轮和曲轴转动起来．
（5）特点与应用：
特点：柴油比汽油便宜，但柴油机比较笨重．
应用：载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮船以及发电机．
【命题方向】
第一类常考题：
关于热机错误的说法是（ ）
A．利用内能来做功的机器叫热机
B．蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机都叫热机
C．一切热机的工作过程都包括四个冲程
D．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
第二类常考题：
柴油机和汽油机在构造上的主要区别是：柴油机气缸顶部有 ，汽油机气缸顶部有 ，在吸气冲程中的不同是：汽油机吸入气缸里的是 ，柴油机吸入气缸里的是 ．
【解题方法点拨】
（1）汽油机的柴油机的区别在于：
构造不同，汽油机为火花塞，柴油机为喷油嘴；
吸入物质不同，汽油机吸入汽油和空气的混合物，柴油机吸入的是空气；
汽油机为点燃式，柴油机为压燃式；
效率高低不同，汽油机效率低，比较轻巧，柴油机效率高，比较笨重．
（2）内燃机各冲程之间的联系：内燃机的吸气、压缩、做功、排气四个冲程合在一起叫内燃机的一个工作循环，从以上可以看出，内燃机的四个冲程中只有做功冲程燃气对外做功，其它三个冲程不做功，靠飞轮的惯性来完成，而且还要消耗做功冲程提供的机械能，但这三个冲程也必不可少，它们辅助做功冲程完成做功，即内燃机的一个工作循环，活塞往复两次，曲轴转动2周，在各冲程的相互协助下，对外做功一次．
【知识点的认识】
1、蒸汽机：相对内燃机讲属于“外燃机”．由锅炉与汽缸、活塞+连杆机构、配汽机构等构成，燃料加热锅炉（燃料在汽缸外燃烧，叫“外燃机”），将水烧开，产生蒸汽，蒸汽通过配汽机构进入汽缸，推动活塞做往复运动，活塞再通过连杆机构把往复运动转换为圆周运动输出做功．老式的机车冒着黑烟、喷着蒸汽，电影里经常看到．
2、内燃机：燃料在气缸内燃烧．主要由气缸、活塞、连杆机构、配气机构构成．燃料在气缸内燃烧，体积膨胀，推动活塞做往复运动，活塞再通过连杆机构把往复运动转换为圆周运动输出做功．配气机构主要是吸进空气、排出废气．现在用的最多的柴油机、汽油机等都是内燃机．
3、气轮机：严格上分为“气轮机”和“汽轮机”．主要由燃烧室（或锅炉）、喷嘴、气轮（或汽轮）组成．高温高压的燃气或蒸汽通过喷嘴作用在气轮（或汽轮）的叶片上，使叶片旋转输出能量做功．现在火力发电厂大都是汽轮机，一些大型油轮上也用汽轮机做主推进装置．一般以天然气为燃料的发电厂使用的是燃气轮机．
4、喷气式发动机：利用发动机本身高速喷射的燃气流所产生的反作用力做功的，燃料燃烧产生的高温燃气通过喷管时，在其中绝热膨胀而高速喷出，常见的超音速飞机和火箭发动机都是喷气式发动机．
【命题方向】
例：如图所示，人类登上月球已经成为现实，这是宇航员操纵着用蓄电池的电力驱动的车在月球上行走．为什么第一个登上月球的车是用电来驱动的，而不是用内燃机来驱动的．
2．如图所示，弹簧一端固定于水平面上，另一端与质量为m的活塞拴接在一起，一开口向下、质量为M的气缸与活塞一起封闭了一定质量的气体，气缸和活塞均是热的良导体。若外界环境的温度缓慢降低，则活塞将 ；气缸将 （两空均选填“向上移动”、“静止不动”或“向下移动”）。
三．四冲程内燃机的工作过程（共7小题）
【知识点的认识】
内燃机是热机的一种，是燃料在汽缸内燃烧的热机．内燃机分为汽油机和柴油机．
（1）汽油机的工作原理：燃料在汽缸中燃烧时，将存储的化学能转变为高温高压的燃气（蒸汽）的内能，又通过燃气（蒸汽）推动活塞做功，由内能转变为机械能．
（2）汽油机的工作流程：内燃机通过吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环来保证连续工作的，如图．
①吸气冲程：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．
②压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩汽缸内燃料混合物，温度升高．
③做功冲程：在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功．
④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸．
（3）工作过程中能量的转化：①压缩冲程：机械能→内能；②做功冲程：先是化学能→内能，再由内能→机械能．
（4）柴油机是以柴油为燃料的内燃机，在工作时与汽油机工作原理相同．
区别：①在吸气冲程里吸进气缸的只有空气，而汽油机吸进的是汽油和空气的混合物； ②在压缩冲程里，活塞把空气的体积压缩得很小，空气的压强更大，温度更高； ③点火方式：柴油机﹣压燃式；汽油机﹣点燃式．
【命题方向】
第一类常考题：
下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况．关于对图中①②③④的补充正确的是（ ）
A．①做功冲程 ②内能转化为机械能 ③压缩冲程 ④机械能转化为内能
B．①压缩冲程 ②内能转化为机械能 ③做功冲程 ④机械能转化为内能
C．①压缩冲程 ②机械能转化为内能 ③做功冲程 ④内能转化为机械能
D．①做功冲程 ②机械能转化为内能 ③压缩冲程 ④内能转化为机械能
第二类常考题：
如图所示是四冲程汽油机的一个工作循环示意图，其中属于做功冲程的是（ ）
A． B． C． D．
【解题方法点拨】
根据各冲程的特点确定是哪一个冲程，一般从2个方面突破：①看进气门和排气门的开、闭．进气门开的为吸气冲程，排气门开的为排气冲程，进气门和排气门都闭合为压缩或做功冲程②看活塞的运动方向．活塞向下运动为吸气或做功冲程，活塞向上运动为压缩或排气冲程．
3．下列有关热和能的说法中，正确的是（ ）
A．一块0℃的冰熔化成0℃的水后，温度不变，内能变大
B．发生热传递时，热量总是从内能大的物体传递给内能小的物体
C．内燃机的压缩冲程，主要通过热传递增加了汽缸内物质的内能
D．夏天在室内洒水降温，利用了水的比热容较大的性质
4．上世纪人类制成了世界上第一盏用海浪发电的航标灯。它的气室示意图如图所示，其工作原理是利用海浪上下起伏的力量将空气吸入气室，压缩后再推入工作室，然后推动涡轮机带动发电机发电。那么（ ）
A．当海水下降时，阀门K1开启，阀门K2关闭
B．当海水上升时，阀门K1关闭，阀门K2开启
C．当海水下降时，类似于汽油机的做功冲程
D．当海水上升时，类似于汽油机的压缩冲程
5．如图是四冲程内燃机的示意图，其中，B是 冲程；把内能转化成机械能的冲程是 （选填字母代号）。
6．一台单缸四冲程汽油机，如图甲是 冲程，其能量转化情况与 （选填“乙”或“丙”）图相同，是通过 方式飞轮改变了内能，转速是3600r/min，该汽油机每秒钟完成 个工作循环。该汽油机的能量流向如图丁所示，则该汽油机的热机效率为 。
7．科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同，在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度 （填“升高”“降低”或“不变”），这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的 。为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是 冲程。
8．在四冲程汽油机中，将机械能转化为内能的冲程是 冲程，如图所示的是汽油机的
冲程。
9．如图所示，是单气缸四冲程内燃机的 冲程。假设在活塞的运动过程中，气缸内的气压始终为P，气缸的容积为V，则活塞从上端运动到下端的过程中，气体对活塞所做的功是 。
四．有关热机的计算（共7小题）
【知识点的认识】题型1：莲莲家的汽车尾部上标有“2.0T”的字样，其中“T”就是“涡轮增压”，是利用高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，来带动同轴的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使汽油燃烧更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高发动机效率和减少废气污染的目的．这辆汽车的最低油耗可达0.2kg/（kW•h），已知汽油的热值为4.6×107J/kg．（温馨提示：最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量；0.2kg/（kW•h）表示获得1kW•h能量消耗0.2kg汽油）．
求：（1）0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量为多少？
（2）该汽车发动机的效率最高可达多少？（结果保留整数）
题型2：某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×lO5Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），若1min消耗汽油0.01L．汽油的密度ρ＝0.8×103kg/m3；汽油的热值为4.6×l07J/kg．求：
（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力；
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功；
（3）汽油机的功率．
（4）该汽油机的效率．
10．一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为1800r/min，则此汽油机每秒内（ ）
A．完成60个冲程，做功15次
B．完成60个冲程，做功60次
C．完成30个冲程，做功30次
D．完成120个冲程，做功30次
（多选）11．某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为S，一个冲程中活塞在气缸中移动的距离是L．满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为p，t时间内曲轴转动N圈、消耗汽油的体积为V．已知汽油的密度为ρ，汽油的热值为q，不考虑大气压对计算的影响，不计摩擦损失。求满负荷工作时下列说法错误的是（ ）
A．这种汽油机做功冲程中燃气对活塞的平均压力是F＝pS
B．这种汽油机做功的功率是
C．这种汽油机把内能转化为机械能的效率
D．该汽油机t时间内燃气对活塞做功次
12．转速为2400r/min的四冲程单缸内燃机在1s内活塞对外做功 次，若每次做功735J，该内燃机的功率为 W。
13．利用图示装置可以将机械能转化为内能。当挂在滑轮上的两个重物落下时，装满水的容器中的叶片便转动起来，使水的温度升高。假设两边滑轮所挂重物的质量均为m1，重物下落的高度为h，容器内水的质量为m2，水升高的温度为△t，水的比热容为c，这台机器的效率为 。（用物理量符号表示）
14．转速为1800r/min的四冲程内燃机，每秒钟有 次对外做功，若每次做功750J，则此内燃机的功率为 W。
15．某排气量为V0L的家庭轿车，其发动机为四缸四冲程汽油机，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为pkpa，曲轴转速为Nr/min。汽油机工作时的最佳空燃比（即空气和燃油的质量比）为k：1，若发动机汽油和空气的混合密度为ρkg/m3，汽油的热值为qJ/kg，汽缸活塞面的直径为d米，做功冲程中活塞的行程为s米。当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），则一个做功冲程中燃气对活塞做的功为？该汽油机的效率为？
16．在讲到车的性能时，人们经常会提到“排量”。为此小华特地从网上查到了排量的定义：活塞从上止点移到下止点所通过的“工作容积”称为气缸排量。如果发动机有若干个气缸，所有气缸“工作容积”之和称为发动机排量。小华从说明书上查到家中的轿车采用LFX直列四缸发动机，排量为2.0L，从网上查找到了这种轿车的输出功率与转速的关系如图所示。
（1）根据图分析，在发动机转速为1000﹣5000r/min 范围内，它的输出功率与转速大致有怎样的定性关系？
（2）小华又了解到当轿车行驶路况好时，这辆轿车平均车速为100km/h，发动机转速为2000r/min，平均油耗为10L/100km．参考图中的数据，分析这辆车在这种状态下行驶时，发动机的效率为多少？（已知汽油的热值为4.6×107J/kg，密度为0.7×103kg/m3）
（3）小华通过理论推导发现发动机的输出功率与其排量有一定的关系，并可据此计算出气缸在做功冲程中的平均压强。 请你计算当发动机转速为4000r/min时做功冲程中气缸内的平均压强。
五．燃料的热值及其计算（共4小题）
【知识点的认识】
（1）概念：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，用q来表示，于气体燃料而言，热值的定义是1m3的某种燃料完全燃烧时放出的热量。热值是燃料的一种属性。
（2）单位：焦/千克（J/kg），读作焦每千克。
（3）公式：Q＝mq（m为燃料的质量，q为燃料的热值，Q为燃烧放出的热量）。
（4）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，如木炭的热值为3.40×107J/kg。
同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同。
【命题方向】
第一类常考题：
对于燃料的热值，下列说法中，属于正确理解的是（ ）
A．燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比
B．燃料的热值跟燃料的质量成正比
C．容易燃烧的燃料热值一定大
D．就某种确定的燃料而言，它的热值是一个确定的值，跟燃料的质量及燃料燃烧放出的热量无关
第二类常考题：
“可燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力。同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的 很大。以10倍的关系粗略计算，1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为 J，这些热量可以使 kg的水从20℃加热至100℃[c＝4.2×103J/（kg•℃）•q煤气＝4.2×107J/kg]。
【解题方法点拨】（1）燃料的热值指的是1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，是燃料本身的一种特性，它与燃料的质量以及燃烧条件无关。（2）燃料燃烧越充分，只能说越“接近完全燃烧”，燃烧效果越好，而不能说热值越大。
（3）只有在完全燃烧时放出的热量才是这种燃料的热值，如果没有完全燃烧，放出的热量要比热值小。
17．如图甲所示是小聪同学“探究固体的熔化过程”的实验装置图，图乙是他描绘出的温度随时间变化的图象，则下列说法正确的是（ ）
A．烧杯内的水温度升高，含有的热量也随之增多
B．B、C两点的温度相同，具有的内能也相同
C．该物质液态的比热容大于固态时的比热容
D．随着酒精灯中酒精量的减少，酒精的热值也在减小
18．一台效率为40%的柴油机，当输出3.44×107J有用功时，消耗的柴油质量是多少？（ ）（柴油的热值是4.3×107J/kg）
A．0.8kgB．2kgC．0.32kgD．2.8kg
19．小汽车的发动机的排气量有的标有“1.8T”，有的标有“1.8L”。“T”表示“涡轮增压”，通过给发动机足量的空气来使汽油更充分地燃烧，因而比标“L”汽车发动机更节能，同样的汽油加在标”T”汽车发动机内和加在标”L“汽车发动机内，其热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）。200g的汽油完全燃烧放出的热量是 J（q汽油＝4.6×107J/kg）。
20．碳的热值是3.0×107J/kg，表示 碳在完全燃烧的情况下放出的热量是3.0×107J，完全燃烧0.5kg的碳放出的热量为 J。
六．热机的效率（共9小题）
【知识点的认识】（1）定义：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：η＝×100%．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．
（2）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．
（3）提高热机效率的方法：
①尽量让燃料充分燃烧；②设法利用废气的能量；
③减少能量损失；④保证良好的润滑．
【命题方向】
第一类常考题：为了节约能源，需提高热机的效率，下列措施中不能提高热机效率的是（ ）
A．尽量使燃料充分燃烧B．尽量增加热机的工作时间
C．尽量减少废气带走的热量D．尽量减少热机部件间的摩擦
第二类常考题：
关于热机的效率，下列说法中正确的是（ ）
A．热机做的有用功越多，效率一定越高
B．热机消耗的燃料越少，效率一定越高
C．热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高
D．热机做功越快，效率一定越高
（多选）21．某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9km，用时5min45s，消耗燃油1.5kg，已知汽车的牵引力是2000N，燃油的热值为4.6×107J/kg，假设燃油完全燃烧。通过计算可知，下列结果正确的是（ ）
A．汽车行驶速度是20km/hB．消耗的燃油完全燃烧放出的热量是6.9×107J
C．汽车牵引力做功的功率是30kWD．汽车发动机的效率是20%
22．（1）如图1是汽车内燃机一个工作循环的四个冲程，一个工作循环的正确顺序是 ，其中图 所示冲程内燃机给汽车提供动力，若该内燃机转速为3600r/min，则每秒对外做功 次．
（2）图2为某汽车内燃机的能量流向图，该内燃机的效率为 ；要提高这台内燃机的效率，可以采取的措施是 ．
23．一台四缸四冲程的汽油内燃机的活塞面积是300cm2，活塞行程为30.0cm，在做功冲程中，活塞所受燃气的平均压强是4.5×105Pa．机轴的转速是300r/min，汽油的热值4.6×107J/kg，如果这台汽油内燃机工作一小时需要用掉10.6kg的汽油，则它的效率是 。
24．两台汽油机，甲的功率为乙的3倍，甲的效率为20%，乙的效率为25%，那么甲、乙每小时耗油量之比为 。
25．作为新能源汽车领军企业比亚迪，在2021年推出一新款唐新能源油电混合动力汽车，这种汽车在内燃机启动时给车提供动力，同时也给动力蓄电池组充电。已知该型号混合动力汽车所用的蓄电池组能够储存的最大电能E电＝2×108J，若该车以90km/h的速度在水平路面上匀速直线行驶了16min40s，此过程所受阻力f为800N，蓄电池组的电能也增加了最大储存电能的10%，内燃机共消耗燃油2kg（q油＝5×107J/kg），求：
（1）该款汽车匀速行驶中牵引力做功的功率P；
（2）该汽车内燃机的效率η。
26．以汽油为燃料的汽车，在水平路面上以20m/s的速度匀速行驶，通过50km路程中，汽车发动机做功为3.45×107J，已知汽车发动机做功效率为25%，汽油的热值q汽油＝4.6×107J/kg。求汽车在这段路程中：
（1）运动的时间；
（2）小汽车发动机的功率；
（3）消耗汽油的质量。
27．如图是建造楼房时常用的混凝土泵车，它使用柴油提供动力，能将搅拌好的混凝土抽到高处进行浇灌，该车正常工作时每小时将60m3的混凝土输送到10m高的楼上，消耗柴油2kg，已知g取10N/kg，混凝土密度ρ混凝土＝4.3×103kg/m3，柴油热值q柴油＝4.3×107J/kg，求泵车的效率。
28．某燃料动力汽车（内燃机提供能量）经多次测试后，发现所受阻力与车速的关系如图所示。在某次测试中，汽车在平直公路上以50km/h的速度匀速行驶了0.5h，求该过程中：
（1）汽车所受的牵引力。
（2）若内燃机完全燃烧燃料时所释放的能量中有20%转化为汽车牵引力所做的功，则该过程需要消耗多少千克的燃料？（已知燃料的热值是5.0×107J/kg）
29．武都引水工程被誉为“第二个都江堰”，具有防洪、灌溉、生态环保、国土资源保护、工业生活供水、旅游以及发电等综合利用功能的大型骨干水利工程。作为武引一期工程的骨干屯水库﹣﹣沉抗水库位于绵阳市的游仙区沉抗镇境内，距离绵阳市区15公里，现已成为绵阳的著名旅游景点“仙海风景区”。作为二期工程内容的武都水库位于我市江油武都镇的涪江干流上。总库容5.72亿立方米，碾压混凝土大坝高120米，设计控灌面积228万亩。武都电站是依托武都水库兴建的坝后式电站，装有三台机组，总装机容量15万千瓦（g＝10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3）。
①若电站实际年平均发电量为6.1亿kW•h，电力系统吸收的有效电量为5.745亿kW•h，其中电厂用电0.5%，出厂后专用输变电损失1%，按平均上网电价0.28元/kW•h计算，电站年收益多少亿元？（保留三位数）
②若电站水面落差（水面与发电机之间的高度差）为80m，按装机容量满负荷发电，发电机机械能转化为电能的效率为75%，水的流量Q为多少？（流量Q：单位时间内流过截面积的体积）
③仙海中学兴趣小组在仙海湖面上做实验，用一机动船拖拉一无动力的木船以1.5m/s匀速前进，机动船的质量为2×103kg，内燃机功率为170kW，木船下部都可以视为长方体，底面面积为12m2，吃水深度0.4m，两船受到的阻力都是船重的0.5倍，机动船的内燃机效率是多少？
七．不同形式的能量（共1小题）
【知识点的认识】能量是物质运动的量化转换，简称“能”． 在物理学中，能量（古希腊语中意指“活动、操作”[1]）是一个间接观察到的物理量．它往往被视为某一个物理系统对其他的物理系统做功的能力．由于功被定义为力作用一段距离，因此能量总是等同于沿着一定的长度阻挡大自然基本力量的能力．
能量也有不同的形式，如机械运动的动能和势能，热运动的内能，电磁运动的电磁能，化学运动的化学能等，他们分别以各种运动形式特定的状态参量来表示．当运动形式发生变化或运动量发生转移时，能量也从一种形式转化为另一种形式，从一个系统传递给另一个系统；在转化和传递中总能量始终不变．天然气，核能，风能，海洋温差能，水能，汽油，太阳能，电能，煤炭，氢能，煤气，蒸汽，柴油，石油，地热能，潮汐能，生物质能．
【命题方向】能源的分类，能的利用方式，能源的转化与守恒，能量的转化效率等．是命题的方向，常以选择题、填空题的形式出现．
【解题方法点拨】了解能量的含义，知道自然界中能量的存在形式．
30．下列关于能量的说法中，正确的是（ ）
A．具有能量越多的物体，对外做功也一定越大
B．外界对物体做功，物体的温度一定升高
C．一个物体可以既具有机械能的同时，又具有大量的内能
D．流动的河水在没有推动任何物体做功时，不具有能量
八．能量转化和转移（共11小题）
【知识点的认识】
（1）能量的形式：在自然界和生活中，能量以多种形式存在，主要有机械能、内能、电磁能、化学能、核能等。
①机械能：分动能和势能两类，机械能是物体所具有的动能和势能的和。
②内能：物体内所有分子的动能和势能的和叫内能，与物体的温度、质量等因素有系。
③电磁能：指的是储存在特定物体或空间中的能量，比如说，两个带电体相互靠近时会相互影响，同级相斥异极相吸；通电导体在磁场中会受到力的作用；两块磁铁相互靠近，也会相互影响，这些都是电磁能
④化学能：是指南于化学反应，物质的分子结卡句发生变化而产生的能量。燃料燃烧产生的光和热，以及蓄电池、干电池产生的电都是来源于燃料和蓄电池里储存的化学能。食物也具有化学能。
⑤核能：是指由于核反应，物质的原子核结构发生变化而产生的能量。原子弹爆炸产生的能量，以及核电站发出的电都是来源于原子核的核能。
（2）能量的转移：能量不经过变化直接由一个物体转移到另一个物体；
实例：碰撞时：动能从一个物体转移到另一物体；围着火炉烤火：内能从火炉转移到人体
（3）补充常见的能量转化形式有：
①电灯发光时，电能转化为光能和内能；
②植物通过光合作用将太阳能转化为化学能储存在体内；
③人对机械做功，将人体的化学能转化为机械能；
④摩擦生热，机械能转化为内能；
⑤水电站里水轮机带动发电机发电，机械能转化为电能；
⑥电动机带动水泵把水送到高处，电能转化为机械能；
⑦燃料燃烧时发热，化学能转化为内能
【命题方向】
自然界中能量的形式很多：内能、机械能、化学能、热能、电能、声能、核能、风能等在初中段这些能量之间的转化是中考命题的热点：例如：
（1）胶片感光成像 光能→化学能
（2）特技跳伞 势能→动能
（3）激光切割金属 光能→热能
（4）森林火灾 化学能→热能和光能
（5）植物生长需要阳光 太阳能→化学能
（6）小型水电站（工作时） 势能→动能→电能
【解题方法点拨】
（1）能量的转化和转移的本质是不同的，“转化”是指能量由一种形式变为另一种形式；“转移”只是能量由一个物体传递到另一个物体，能量的形式不变。
（2）有能量转化时，必定会有一种形式的能量减少，另一种形式的能量增加。
（3）要明白消耗能量、利用能量或获得能量的过程就是能量的相互转化和转移的过程，能在具体情景中分析能量形式的转化。
【知识点的认识】正确理解能量守恒定律中的“转化”和“转移”
①能的转化：a．在一定条件下，一种形式的能量可以转化成另一种形式的能量，这种现象即为能量的转化。如内燃机工作时，燃料在汽缸内燃烧，燃料内部储存的化学能通过燃烧转化成高温燃气的内能，高温燃气膨胀推动活塞运动做功，燃气的内能又转化为机械能，驱动机器转动。如果使用内燃机带动发电机发电，机械能又可以转化成电能，电能输送到各种用电器（电灯、电动机•电热器等），电能又转化为其他形的能量（光能机械能内能等）。
b．能量的转化有方向性：我们利用的各种形式的能最终会自然地转化成内能，散失到周围空气中，但内能不会自然地转化成其他形式的能量。如电灯在工作时，将电能转化为内能和光能，被周围的空气吸收，最终都变成了空气的内能，这是自然发生的，而空气的内能不能自动变成其他形式的能量。
②能的转移：a．指同一种形式的能从一个物体转移到另一个物体，能的形式并没有发生变化。能量的形式没有发生变化，但存在的位置发生了变化。内能够发生转移，其他形式的能也能够发生转移，如风吹帆船运动，流动空气的部分动能
b．能量的转移也有方向性：在热传递过程中，热量总是自然地由高温物体传向低温物体，故内能也总是自然地从高温物体转移到低温物体，而不会自然地从低温物体转移到高温物体。所以能量的转移是有方向的。
【命题方向】运用能量守恒定律分析、判断生活实例中能与其他形式能的相互转化，题型以填空题、选择题为主。
例1：下列事例中，属于机械能转化成内能的是（ ）
A．火药气体把子弹从枪膛中射出
B．电流通过白炽灯发光
C．用酒精灯加热烧杯里的水
D．古人用钻木的方法取火
例2：狮子座流星雨来自于33年回归一次的坦普尔﹣塔特尔彗星，彗星的碎屑高速运行并与地球相遇，部分落入地球大气层，这些碎屑在重力作用下克服与大气的摩擦，使其 能激剧增加而燃烧，形成划过天空的流星雨，此过程能量转化是 。
【命题方向】
第一类常考题：
如图所示，轨道ABC光滑，弹簧固定在水平轨道末端，小球从A处由静止滚下，撞击弹簧后又将沿水平轨道返回，接着滚上斜面。在这整个过程中，机械能转化的情况是（ ）
A．重力势能→动能→重力势能
B．动能→弹性势能→动能
C．动能→势能→动能→势能→动能
D．重力势能→动能→弹性势能→动能→重力势能
第二类常考题：
下列现象中，发生能量转化的是（ ）
A．用水来冷却汽车的发动机
B．往热水里加入冷水
C．用热水袋焐手
D．用电壶烧水
【解题方法点拨】
机械能是动能和势能的总和，判断机械能是否发生变化的常见方法，一是分别根据动能势能的觉得因素判断动能、势能的变化情况，从而判断机械能是否发生变化以及如何变化。二是分析能量转化的过程。若物体只受重力，则只有动能和势能之间的相互转化，而机械能总量不变，即机械能守恒；若物体受到了摩擦等阻力的作用，机械能减小。
【知识点的认识】
【命题方向】
第一类常考题：
下列哪种器材在工作中利用了由弹簧形变的势能转化成的动能？（ ）
A．自动车座 B．机械手表 C．弹簧秤 D．衣服夹
第二类常考题：如图所示是农家乐摆放的古代“舂米”的装置，该装置实质是 。当游客用力将此装置的右端踩下后，舂球上升，舂球的重力势能将 。当游客从踏板上跳下时，游客的 能转化为 能。
31．随着我国人民生活水平的不断提高，家庭中使用的电器越来越多，从能量转化的角度分析，下列电器与电动自行车属于同一类型的是（ ）
A．电暖器B．电水壶C．电饭煲D．洗衣机
32．动车组列车进站前的减速过程分为两个阶段进行：第一阶段采用“再生刹车”技术，速度从250km/h减至90km/h，这期间停止动力供给，列车依靠惯性继续前行，并带动发电机发电；第二阶段采用机械刹车，速度从90km/h开始不断减小直至停止。关于列车进站过程中的能量转化，下列说法中正确的是（ ）
A．第一阶段减小的动能全部转化为电能，即电能等于减小的动能
B．第一阶段减小的动能有一部分转化为电能，即电能小于减小的动能
C．第二阶段减小的动能主要转化为内能，且内能等于减小的动能
D．第二阶段减小的动能主要转化为内能，且内能大于减小的动能
33．以下关于能量转化的说法中正确的是（ ）
A．在平直马路边上匀速前进的洒水车动能不变
B．直升机匀速升空的过程中，动能不变，机械能增大
C．运动员被蹦床弹起时，动能转化为弹性势能
D．从滑梯上匀速滑下时，重力势能转化为动能
34．关于能量的转移和转化，下列判断正确的是（ ）
A．热量可以从低温物体转移到高温物体
B．能量转移和转化没有方向性
C．电取暖器辐射到房间里的热量可以再利用
D．汽车由于刹车散失的热量可以再自动地用来驱动汽车
35．下列有关能量转化的叙述，错误的是（ ）
A．太阳能电池是将光能转化成电能
B．核电站发电是将核能转化成电能
C．蓄电池充电是将化学能转化成电能
D．钻木取火是将机械能转化成内能
36．下列四个现象中，属于内能转化为机械能的是（ ）
A．点火后，滴有酒精盒子的盒盖飞出
B．快速地弯折十余次，弯折处发热
C．汽油机的压缩冲程
D．接通电源后，模型电动机转动
37．2012年3月，英国的科学家研发出一种“激光橡皮”，专门用来去除白纸上的黑色碳粉字迹。激光照射下，纸张上的黑色碳粉直接升华为高温碳蒸气，同时字迹消失，这是 能转化为 能的过程。为防止高温对纸张的破坏，激光照射时间需严格控制。
38．2003年10月16日是中华民族为之骄傲的一天，“神舟 号”载着我们的宇航英雄杨利伟在遨游了太空14圈以后顺利着陆在内蒙古大草原，这标志着中国已成为世界的宇航强国。飞船在升空过程中消耗了燃料的 能，转化为飞船的 能。
39．随着科技的不断进步，出现了利用纤维材料制成的、接上电池就可以发热的“发热纸”，通电后，用这种纸包装的食品便可香热可口。这种“发热纸”在工作时将 能转化为 能。
40．（1）工人把电源接上，使电动机工作，并带动抽水机将水送到塔上。在这个过程中对应的能量转化情况是 。
（2）“蒸馒头”和“烤红薯”在日常生活中很常见，对应的热传递的主要方式分别是 和 。
41．2010年5月1日，举世瞩目的上海世博会将隆重召开。借着上海世博会大力推进环保、节能、减排的东风，杭州很多市民已经骑上电动自行车，作为自己日常出行的交通工具，摩托车排放的尾气造成的空气污染越来越严重。许多大中城市严禁摩托车在市内行驶，在这种情况下，电动自行车具有更好的发展前景。因为电动自行车可以电动骑行，亦可以脚踏骑行。使用前，应先对车上的蓄电池充电。电动骑行时，蓄电池对车上电动机供电，电动机为车提供动力。现有一辆电动自行车，沿着水平笔直的道路匀速行驶，在0.5h内，电动行驶了9km．此时车上电动机的工作电压为32V，工作电流为4A。
（1）电动自行车在电动骑行启动时，能量是如何转化的？
（2）若该车和人共重1000N，行驶时轮胎与地面的接触面积共为8×10﹣3m2，那么车对地面的压强多大？
（3）若车和人在行驶过程中所受阻力为20N，则这段路程内该车克服阻力所做的功为多少？
（4）该车电能转化为机械能的效率是多少？
九．能量守恒定律（共1小题）
【知识点的认识】
（1）能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能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，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。这就是能量守恒定律，如今被人们普遍认同。
（2）能量守恒的普遍性：能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的基本定律之一。大到天体，小到原子核，无论是物理学的问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵循能量守恒定律。能量守恒定律是人类认识自然、利用自然、保护自然的有力武器。能量守恒定律告诉我们，有一种形式的能量减少或消失，一定有另一种形式的能量增加或产生，能量的总量是不变的。
（3）应用：能量守恒定律对于科学研究、工程技术工作有着重要的指导意义。
【命题方向】重要从意义上命题：能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物，大到宇宙天体。小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒的规律。从日常生活到科学研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。人类对各种能量，如煤、石油等燃料以及水能、风能、核能等的利用，都是通过能量转化来实现的。能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。
例如：关于热传递的方向，下列说法中正确的是
A．热传递总是热量多的物体自发地把热量传递给热量少的物体
B．热传递总是温度高的物体自发地把热量传递给温度低的物体
C．热传递总是内能多的物体自发地把热量传递给内能少的物体
D．热传递总是比热大的物体自发地把热量传递给比热小的物体
【知识点的认识】
能量转化和守恒是自然界普遍适用的基本规律之一．各种形式的能都可以相互转化，并且在转化过程中守恒．定律内容：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，而能的总量保持不变．
【命题方向】
中考时一般以选择题、填空题的形式出现，但有时也可能以简答题的形式，例如在寒冷的冬天为使自己的身体暖和一些，请你用不同的物理知识（概念、原理），写出两种能够使身体暖和的方法并简要说明理由．答案：（2）方法和理由：
①用电热取暖器取暖．利用热传递使人的内能增大，温度升高，变得暖和
②做运动，如：跑步、打球等．利用做功，将机械能转化为内能，使人的内能增大，温度升高，变得暖和．
【解题方法点拨】
1．知道各种形式的能是可以相互转化的 2．知道能的转化和守恒定律，能列举出能的转化和守恒定律的实例 3．有用能量守恒的观点分析物理现象的意识．
【知识点的认识】
永动机是不消耗能量而能永远对外做功的机器，根据能量守恒定律表明：永动机是不可能制成的。
历史上不少人希望设计一种机器，这种机器在不消耗任何能量的前提下，却可以源源不断的对外做功，提供能量。这种机器被称为永动机。虽然很多人进行了很多尝试和努力，但无一例外地以失败告终。失败的原因是设计者完全违背了能量守恒定律。任何一种机器在运行时其能量只能从一种形式转化为另一种形式，如果它对外做功提供能量，必然要消耗能量，不消耗能量就无法对外做功，因而永动机是永远不可能制造成功的。
【命题方向】
此考点主要以永动机的概念，及其违反的定律为命题方向，属于识记性题目。
例：最近，在全国各地传播着一个关于“永动机”的录像资料。这份录像前面有一段前言，是这样说的：我国青年科学家王某，一个名不见经传，没有受过系统高等教育的小人物在前人无数次失败的基础上，经过无数次地探索，不断地追求，以惊人的毅力，大无畏的精神敢于向科学上的传统观念挑战，敢于向著名的科学权威挑战，攻克了“永动机”﹣﹣这一世界尖端科学的新技术。看过这则新闻报道，我相信人类梦想的永动机是 存在的（填“可能”或“不可能”），这是因为 。
42．如图所示，演员正在进行杂技表演。由图可估算出鸡蛋刚离开手时的动能最接近于（质量为m、速度为v的物体所具有的动能的计算公式：Ek＝；质量为m的物体在高度h处的重力势能的计算公式：Ep＝mgh）（ ）
A．0.3JB．3JC．30JD．300J
一十．能量的利用效率（共7小题）
【知识点的认识】有用能量和总能量的比例为能量效率．举例，手机电池要充电，用时放电，比如充电充入10焦耳能量，在手机上用完电放出了8焦耳能量，能量效率是80%，损失2焦耳（电阻发热等消耗）．
【命题方向】中考时一般以计算题中的某一问来出现：求电动机的效率、热量的利用等．
【解题方法点拨】解题是找到有用的能力、总的能力、消耗的能力是关键，利用有用能量和总能量的比例为能量效率解题．
43．交通运输中用“客运效率”来反映交通工具的某项效能，即客运效率＝（人数×路程）/消耗能量。一个人骑电动自行车，消耗100万焦的能量可行驶30千米，一辆载有4人的普通轿车，消耗32000万焦的能量可行驶100千米，则电动自行车与这辆轿车的客运效率之比是 。
44．一台水泵每秒钟内可把76.5kg水扬高10m，带动水泵的电动机的输入功率为12kW，电动机的效率是85%，g＝10N/kg，则水泵的效率是 。
45．太阳能是21世纪重点开发的能源之一，太阳能汽车是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动的一种新型汽车。如图所示是一辆太阳能实验车，车上太阳能电池接收太阳能的面板的有效面积为S＝6m2，当太阳光照射到电池板每平方米面积上的辐射功率为P0＝1kW时，太阳能电池产生的电压为U＝120V，并对车上的电动机提供I＝10A的电流。则这辆汽车上的太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是 ；如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%，当汽车在水平路面上以6m/s的速度匀速行驶时，受到的阻力是 N。
46．抽水蓄能电站是为合理用电，提高电力的经济效益而设计的。它的工作原理是深夜把过剩的电能通过水泵把下水库的水抽到高处的上水库内，白天则通过闸门放水发电，以补充电能不足。若某抽水蓄能电站其上游水库可蓄水9.0×106m3．发电厂房发电机组与上游水库中心位置平均高度差约600m，假设晚上上游水库全部蓄水，白天降水全部放完用于发电，每天可发电4.5×106kW•h，则此水电站的发电效率为 。（g＝10N/kg）
47．有一瀑布，每分钟有60m3的水从50m高处落下，想利用它建设小水电站，送电电压为104V，导线上的电流是35A，求水的机械能转化为电能的效率为 。
48．用铁锤打击铁钉，设打击时有80%的动能转化为热，其中50%用来使铁钉的温度升高，求打击20次后，铁钉的温度升高多少？（已知铁锤每打一次时的动能是60J，铁钉的质量是40g，铁的比热容是5.0×103J/（kg•℃））
49．空气流动形成风，风能够发电。风力发电机是将风能（气流的动能）转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等（如图所示）。风力发电时，风轮机叶片受到风力的推动后转动，从而带动发电机发电。某地的一台风力发电机，其风轮正面迎风，当风速为8m/s时，每秒钟流向叶片旋转面积的空气质量是7200kg，该地的空气密度是1.2kg/m3． 已知空气动能与空气质量成正比，且1kg空气在不同的速度（V）时的动能（E）如下表所示。
（1）当风速为8m/s时，每秒钟通过叶片旋转面积的空气体积是多少立方米？若煤的热值3.2×107J/kg，那么这样的一台风力发电机在1h内获得的风能与完全燃烧多少千克的煤所产生的内能相当？
（2）当风速为10m/s时，1s钟流向叶片旋转面积的空气质量是多少千克？若在这种情况下，风力发电机能对外提供5.4×104J的电能，那么这台风力发电机的风能转化为电能的效率是多少？
（3）科学家认为，理想空气发电厂应建立在海拔4600m到10000m的空中，其原因是什么？
从斜坡上滚下的小球
小球从斜坡上滚下的过程中，速度越来越大，高度越来越小，故重力势能减小，动能增大
重力势能转化为动能
自行车上坡前加紧蹬几下
自行车上坡前加紧蹬几下，其目的是为了增大自行车的动能，这样上坡时由动能转化成的重力势能就多，上坡更容易
动能转化为重力势能
拉弯的弓将剪射出去
拉弯的弓具有弹性势能，射箭过程中弹性势能减小，而剪的动能增大
弹性势能转化为动能
一些钟表和玩具发条拧得越紧，走得时间越长
发条拧得越紧，弹性势能越大，那么钟表走动过程中由弹性势能转化来的动能就越多，走得时间越长
弹性势能转化为动能
皮球自由落地后弹起
皮球在下落过程中，高度减小，速度增大，故重力势能减小，动能增大；在接触地面发生弹性形变的过程中，动能减小，弹性势能增大；在恢复形变
的过程中，弹性势能减小，动能增大；在离开地面上升的过程中，动能减小，重力势能增大
下落时，重力势能转化为动能；发生弹性形变时，动能转化为弹性势能；恢复形变时，弹性势能转化为动能；上升时，动能转化为重力势能
E（J）
2
8
18
32
50
V（m/s）
2
4
6
8
10