中考物理一轮复习单元复习讲练考专题40 内能及其利用 单元知识点讲解与典型题解析(解析版)
展开新课标对单元考点要求
1.从能量转化的角度认识燃料的热值。
2.了解热机的工作原理。知道内能的利用在人类社会发展史中的重要意义。
3.知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析问题的意识。
4.从能量转化和转移的角度认识效率。
5.列举能量转化和转移具有方向性的常见实例。
单元知识思维导图
单元考点知识讲解
考点1: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。
考点2:热值与热机的效率
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 SKIPIF 1 < 0 。
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。
5.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= SKIPIF 1 < 0 。
考点3: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。
单元考点解题规律总结
一、对汽油机和柴油机的认识
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。
二、解决热值与热效率计算问题思维方法
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= SKIPIF 1 < 0 。
(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= SKIPIF 1 < 0 。
(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= SKIPIF 1 < 0 。
三、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。
单元对点例题解析
考点1:热机
【例题1】(2022湖南邵阳)图是四冲程汽油机其中一个冲程的工作示意图,它表示的是( )
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】如图所示,进气门排气门都关闭,活塞向下运动,火花塞处有火花,是做功冲程,故C符合题意,ABD不符合题意。故选C。
【例题2】(2022湖南长沙)如图所示,在配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉,把活塞迅速压下去,看到的现象是___________。这是因为活塞压缩空气,使空气的内能___________,温度升高,这一过程与内燃机工作的___________冲程原理相同。
【答案】 硝化棉燃烧 增加 压缩
【解析】当把活塞迅速压下去后,活塞压缩气体做功,气体的内能增加,温度也会随之上升,当温度达到硝化棉的着火点时,会看到硝化棉燃烧。
活塞压缩空气使空气内能增加,这是机械能转化为内能,在内燃机四个冲程中,只有压缩冲程是机械能转化为内能,所以这一过程与内燃机工作的压缩冲程原理相同。
【例题3】(2022甘肃金昌)如图所示,用酒精灯加热试管中水,当水沸腾一段时间以后,塞子被试管内水蒸气推出。这是通过 ___________的方式将水蒸气的内能转化为塞子的机械能(选填“做功”或“热传递”)。图 ___________(选填“甲”或“乙”)中汽油机的工作过程与这一实验过程中原理是一致的。
【答案】 做功 乙
【解析】塞子被试管内水蒸气推出,气体膨胀对外做功,将气体的内能转化为机械能,涉及能量的转换,故是做功。
如图甲所示,进气门关、排气门关,活塞向上,压缩气体做功,将机械能转化为内能,而乙图是进气门关、排气门关,活塞向下,高温高压气体对活塞做功,将内能转化为机械能,故图乙中能量转化与气体对活塞做功实验的原理相同。
【例题4】(2022甘肃兰州)一台单缸四冲程汽油机,只有第三个冲程中燃气对外做功,其他冲程是靠飞轮的 ___________来完成的;若飞轮的转速为1200r/min,则该汽油机每秒钟做功 ___________次。
【答案】 惯性 10
【解析】汽油机的四个冲程,分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。只有做功冲程对外做功,提供动力,其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性来完成的。
单缸四冲程汽油机,一个工作循环,飞轮转2圈,完成4个冲程,对外做功一次。由题可知飞轮的转速
1200r/min=20r/s
即飞轮每秒钟转动20圈,则该汽油机每秒钟做功10次。
考点2:热值与热机效率
【例题5】(2022齐齐哈尔)某燃气热水器使用天然气作为燃料,若使用中消耗掉0.02m3的天然气,则这些天然气完全燃烧放出的热量为___________J (q天然气=3.2×107J/m3);如果这些热量完全被水吸收,则水的内能___________ (选填 “增大”、“不变” 或“减小”)。
【答案】 SKIPIF 1 < 0 增大
【解析】这些天然气完全燃烧放出的热量为
SKIPIF 1 < 0
不断吸收热量,则水的内能增大,通过热传递的方式增大内能。
【例题6】(2022江苏常州)天然气热水器将40kg的水从15°C加热到65°C,此过程中天然气完全燃烧释放热量的84%被水吸收,水吸收热量_________ J,天然气完全燃烧释放热量_________ J,需要消耗天然气_________kg,这是通过_________方式改变水的内能。[c水=4.2×103J/(kg⋅°C),q天然气=4×107J/kg]
【答案】 8.4×106J 1×107J 0.25 热传递
【解析】将40kg的水从15°C加热到65°C,水吸收热量
Q=cm(t0-t1)=4.2×103J/(kg⋅°C)×40kg×(65°C-15°C)=8.4×106J
此过程中天然气完全燃烧释放热量的84%被水吸收,则天然气完全燃烧释放热量
SKIPIF 1 < 0
需要消耗的天然气质量
SKIPIF 1 < 0
改变内能方式有两种,分别是热传递和做功,用天然气烧水是通过热传递改变水的内能。
【例题7】(2022湖北天门)同学们到研学基地开展实践活动。小明垒好柴火灶为大家煮饭,为了测试柴火灶的效率,他用1kg的干木柴给5kg的水加热,烧完木柴时,水温从20°C升高到60°C。(干木柴的热值 SKIPIF 1 < 0
(1)1kg 的干木柴完全燃烧放出的热量是___________J:干木柴是___________能源(选填“一次”或“二次”)。
(2)水吸收的热量为多少J?
(3) 该柴火灶的效率为多少?
【答案】(1) SKIPIF 1 < 0 J 一次 (2) SKIPIF 1 < 0 (3) SKIPIF 1 < 0
【解析】(1)1kg的干木柴完全燃烧放出的热量
SKIPIF 1 < 0
1kg的干木柴完全燃烧放出的热量为 SKIPIF 1 < 0 。
木柴从自然界取得后可以直接利用,是一次能源。
(2)由 SKIPIF 1 < 0 可知,水吸收的热量
SKIPIF 1 < 0
(3)该柴火灶的效率
SKIPIF 1 < 0
考点3:能量的转化与守恒
【例题8】(2022湖南益阳)下列能量转化或转移的情景中,属于能量转移的是( )
A. 燃料燃烧时发热
B. 用热水袋取暖
C. 钻木取火
D. 电动机带动水泵把地下水送到地面
【答案】B
【解析】A.燃料燃烧时,将化学能转化为内能,属于能量的转化,故A不符合题意;
B.用热水袋取暖,是热传递过程,内能从热水袋转移到其它物体向上,属于能量的转移,故B符合题意;
C.钻木取火,是克服摩擦做功,将机械能转化为内能,属于能量转化,故C不符合题意;
D.电动机带动水泵把地下水送到地面,电动机工作时将电能转化为机械能,属于能量的转化,故D不符合题意。故选B。
【例题9】(2022广东)图表示四冲程汽油机处于___________冲程。汽车尾气带走的能量___________(选填“能”或“不能”)自动汇集回来转化成燃料的化学能,这反映了能量的转化具有___________。
【答案】 排气 不能 方向性
【解析】由图示知,汽缸的进气门关闭,排气门打开,活塞向上运动,是排气冲程。
燃料燃烧放出的能量中有部分热散失,被尾气带走,而尾气带走的能量不会再自动变成燃料的化学能,这是因为能量的转化具有方向性。
【例题10】(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
【答案】A
【解析】穿上鞋走路时,具有机械能,鞋会发光,具有光能;根据题意可知,该鞋(发电鞋)的工作原理是电磁感应现象,先是机械能转化为电能,电能又转化为光能,故A正确,BCD错误.
【例题11】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
【答案】D
【解析】(1)当电流通过电动机时,电流做功,消耗电能转化为机械能和内能;
(2)钻头冲击墙壁,克服摩擦做功,将机械能转化为内能;
由此分析可知,在该过程中存在电能、机械能和内能的转化。
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