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初中物理自主招生讲义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（含详解）
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这是一份初中物理自主招生讲义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（含详解），共46页。
初中物理自主招生讲义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
一．热平衡方程的应用（共1小题）
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 kg B．0.1 kg C．1 kg D．10 kg
答案与解析：由题知，S＝110m2，住房高度h一般为3m，ρ空气＝1.3kg/m3，
则住房房间里的空气质量为：m空气＝ρ空气Sh＝1.3kg/m3×110m2×3m＝429kg，
室温升高10℃时空气所吸收的热量：
Q吸＝c空气m空气△t＝1.0×103J/（kg•℃）×429kg×10℃＝4.29×106J
若将住房的门窗关闭好，不计热损失，Q放＝Q吸＝4.29×106J，
由Q放＝mq得需要柴油的质量：m油＝＝≈0.1kg。故选：B。
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
分析：利用燃料燃烧获得的内能来工作的机器叫热机；
热机包括：蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机；
热机的效率指的是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．
解：A、热机就是利用热来工作的机器；
B、蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机都叫热机；
C、热机并不都是4冲程的，也有2冲程的；
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热机的效率．故选C．
分析：此题考查的是我们对热机的了解，是一道基础题．
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 喷油嘴 ，汽油机气缸顶部有 火花塞 ，在吸气冲程中的不同是：汽油机吸入气缸里的是 空气与汽油的混合物 ，柴油机吸入气缸里的是 空气 ．
分析：柴油机和汽油机的主要区别：
（1）汽油机在吸气冲程中吸入了汽油和空气的混合气体，在压缩冲程中，机械能转化为内能，内能增大，温度升高，汽油机气缸顶端有个火花塞，此时火花塞喷出电火花，点燃汽油，产生高温高压的燃气推动活塞做功．
（2）柴油机在吸气冲程中吸入空气，在压缩冲程中，机械能转化为内能，空气的内能增大；柴油机气缸顶端有个喷油嘴，此时喷油嘴喷出雾状的柴油，柴油遇到高温的空气，达到着火点而燃烧，点燃方式是压燃式．燃烧产生高温高压的燃气推动活塞做功．柴油机的压缩比例更大、温度更高、做功更多，效率更高．
解：（1）汽油机和柴油机在构造上的区别是：汽油机顶部有个火花塞，柴油机顶部有个喷油嘴；
（2）在吸气冲程里，汽油机吸入气缸的是汽油和空气的混合物，而柴油机吸入的是空气．
故答案为：喷油嘴；火花塞；空气与汽油的混合物；空气．
点评：总结汽油机和柴油机的异同点：①相同点：四个冲程相同，能的转化相同；②不同点：①吸入的物质不同；②结构不同；③压强不同，效率不同；④点火方式不同．
【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．
分析：要解答本题需掌握：热机的原理是燃料燃烧产生的内能转化为机械能，以及月球上没空气．
解：热机的原理是内能转化为机械能，内能是燃料燃烧产生的，燃料燃烧需要氧气，而月球上没氧气．
故答：因为月球上没有空气、燃料不能在内燃机气缸内燃烧因而内燃机不能工作．
点评：本题主要考查学生对：热机原理以及月球是真空的了解和掌握．
【解题方法点拨】
多了解蒸气机，内燃机，汽轮机，喷气发动机的相关知识，知道其工作原理．
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 静止不动 ；气缸将 向下移动 （两空均选填“向上移动”、“静止不动”或“向下移动”）。
答案与解析：以活塞和气缸的整体为研究对象，弹簧受到的压力等于气缸和活塞的总重力，而气缸和活塞的总重力不变，故弹簧所受的压力不变，则弹簧的压缩量不变，所以活塞将静止不动；由力学知识分析得到，封闭气体的压强不变，外界环境的温度缓慢降低，封闭气体的温度也缓慢降低，根据盖•吕萨克定律分析得知，封闭气体体积减小。此过程，外界对气体做功，由此可知气缸将向下移动。故答案为：静止不动；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
分析：热机的四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程．压缩冲程中机械能转化为内能；做功冲程中内能转化为机械能．
解：热机的四个冲程，吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程．压缩冲程中，活塞上升压缩气缸内的气体，使气体内能增大，即机械能转化为内能；做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞向下运动，内能转化为机械能．故选：C．
点评：此题要结合内燃机的四个冲程特点和冲程中的能量转化关系进行解答．
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．
分析：汽油机的四个冲程是吸气、压缩、做功和排气冲程．吸气冲程进气阀打开，排气阀关闭，活塞向下运动；压缩冲程两个气阀都关闭，活塞向上运动；做功冲程两个气阀都关闭，活塞向下运动；排气冲程排气阀打开，进气阀关闭，活塞向上运动．
解：A、两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以是压缩冲程；
B、一个气阀打开，活塞向上运动，所以是排气冲程；
C、两个气阀都关闭，活塞向下运动，所以是做功冲程；
D、一个气阀打开，活塞向下运动，所以是吸气冲程．故选C．
点评：考查了内燃机的四个冲程的判断，解决此题需要结合内燃机的四个冲程工作特点进行分析解答．
【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
答案与解析：A．温度表示物体冷热程度，都是0℃，温度不变，熔化需要吸热，内能变大，故A正确；
B．热传递的前提是有温度差，热量从温度高的物体传递给温度低的物体，或者从物体的高温部分传递给低温部分，故B错误；
C．压缩过程中，活塞由下向上运动，机械能转化为内能，是通过做功的方法改变物体内能的，故C错误；
D．洒水降温时利用水的蒸发吸热，用水做冷却剂才是利用水的比热容大，故D错误。
故选：A。
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
答案与解析：由题知，海浪发电的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；由图分析可知：
海水下降时，气室的容积增大，其内部气体压强减小，阀门K1关闭，阀门K2开启，将空气吸入气室，类似于汽油机的吸气冲程，故AC错误；
海水上升时，气室的容积减小，其内部气体压强增大，阀门K1开启，阀门K2关闭，压缩后将空气推入工作室，类似于汽油机的压缩冲程，故B错误，D正确。故选：D。
5．如图是四冲程内燃机的示意图，其中，B是 排气 冲程；把内能转化成机械能的冲程是 A （选填字母代号）。
答案与解析：A、气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，内能转化成机械能；
B、排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程；
C、进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程；
D、气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，机械能转化成内能。
故答案为：排气；A。
6．一台单缸四冲程汽油机，如图甲是 做功 冲程，其能量转化情况与 乙 （选填“乙”或“丙”）图相同，是通过 做功 方式飞轮改变了内能，转速是3600r/min，该汽油机每秒钟完成 30 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 30% 。
答案与解析：（1）两个气门都关闭，活塞向下运动，因此是做功冲程，此冲程内能转化为的机械能；
（2）丙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。
乙图对试管中的水加热，加快水的蒸发，使试管中水的内能增大，体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能，因此与做功冲程原理相同的是乙实验。
（3）汽油机转速是3600r/min，每秒转60转，完成30个工作循环，做功30次；
（4）从内燃机的能流图可知，热量损失主要有燃料没有完全燃烧、废气带走的热量、克服摩擦损耗的能量、散失的热量，
所以汽油机的热机效率：100%﹣33%﹣30%﹣7%＝30%。
故答案为：做功；乙；做功；30；30%。
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 降低 （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 效率 。为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是 排气 冲程。
答案与解析：（1）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，水蒸气温度降低；这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的效率；
（2）为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是排气冲程。
故答案为：降低；效率；排气。
8．在四冲程汽油机中，将机械能转化为内能的冲程是 压缩 冲程，如图所示的是汽油机的 做功 冲程。
答案与解析：在四冲程汽油机中，将机械能转化为内能的冲程是压缩冲程；
根据图示可知，进气门和排气门关闭，火花塞点火，活塞向下运动，气缸容积增大，因此是做功冲程。故答案为：压缩；做功。
9．如图所示，是单气缸四冲程内燃机的 做功 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 PV 。
答案与解析：分析该图不难看出，进气门和排气门都关闭，此时火花塞打出电火花，即引燃气缸内的混合物，产生高温高压的燃气推动活塞由上向下运动，故该过程是做功冲程，即高温高压的燃气对活塞做功，故是将内能转化为机械能的过程。
假设活塞的面积是S，则活塞运动的距离是L＝，活塞受到的压力是：F＝PS，故此时燃气对活塞做的功是：W＝FS＝FL＝PS×＝PV；故答案为：做功；PV。
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）
分析：（1）根据Q＝mq求出汽油完全燃烧时放出的热量；
（2）根据题意可知消耗0.2kg汽油获得的能量，根据η＝求出发动机的效率．
解：（1）0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量：Q放＝mq＝0.2kg×4.6×107J/kg＝9.2×106J；
（2）根据题意可知，完全燃烧0.2kg汽油获得的能量为W＝1kW•h＝3.6×106J，
汽车发动机的效率：η＝×100%＝×100%≈39%．
答：（1）0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量为9.2×106J；
（2）该汽车发动机的效率最高可达39%．
点评：此题主要考查的是学生对热值和热机效率计算公式的理解和掌握，难度不大．
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．
分析：热机工作时的压力和燃气的压强和活塞的面积有关，做功的多少和燃气的平均压力和做功的距离有关，计算功率要在对应的时间内计算做功的多少，计算效率也应是在对应的时间内燃料完全燃烧放出的热量和做的功．
解：（1）燃气对活塞的平均压力：F＝PS＝9.0×lO5Pa×30×10﹣4m2＝2700N；
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功：W＝FS＝2700N×0.05m＝135J；
（3）曲轴每转两圈对外做功一次，所以1min转动1800周，要做功900次，所以P＝＝＝2025W
（4）该汽油机1min消耗汽油质量：m＝ρV＝0.8×103kg/m3×0.01×10﹣3m3＝0.008kg，
效率：η＝＝＝＝33%．
答：（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2700N；
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功135J；
（3）汽油机的功率为2025W；
（4）汽油机的效率为33%．
点评：此题考查热机中压力、功、功率、效率的计算．在计算功率和效率时要注意对应关系．
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
答案与解析：飞轮的转速为1800R/min＝30R/s，即每秒钟飞轮转30转，完成15个工作循环，可以完成60个冲程，做功15次。故选：A。
（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
答案与解析：A、由p＝得：燃气对活塞的平均压力：F＝pS，故A正确；
B、t时间内做的总功：W总＝×F×L＝×pS×L＝；
汽油机做功的功率：P＝＝＝，故B错误；
C、汽油燃烧放出的热量：Q＝mq＝ρVq，
汽油机把内能转化为机械能的效率：η＝×100%＝×100%＝×100%．故C错误
D、t时间内曲轴转动N圈，转两圈做一次功，所以做功的次数为n＝，故D正确；
故选：BC。
12．转速为2400r/min的四冲程单缸内燃机在1s内活塞对外做功 20 次，若每次做功735J，该内燃机的功率为 14700 W。
答案与解析：转速为2400r/min的四冲程内燃机，则每秒转40圈，做20次功；
每次做功735J，则每秒做的功：W＝735J×20＝14700J，
功率P＝＝＝14700W。故答案为：20；14700。
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）
答案与解析：
（1）两边重物下落获取的机械能：
E＝m总gh＝2m1gh，
（2）水吸收的热量：
Q吸＝cm2△t
（3）这台机器的效率：η＝×100%＝×100%＝%＝%。故答案为：%。
14．转速为1800r/min的四冲程内燃机，每秒钟有 15 次对外做功，若每次做功750J，则此内燃机的功率为 11250 W。
答案与解析：转速为1800r/min的四冲程内燃机，则每秒转30圈，做15次功；
每次做功750J，则每秒做的功W＝750×15J＝11250J，
所以功率P＝＝＝11250W。
故本题答案为：15；11250。
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？
答案与解析：活塞的横截面积：s＝；根据p＝得，
满负荷工作时做功冲程燃气的平均压力为：F＝pS＝1000pN；
一个做功冲程中燃气对活塞做的功：W＝Fs＝1000ps＝250pπd2sJ；
热机每个工作循环曲轴转两圈，在1min内转动Nr，四缸共做功×4＝2N次，
1min做的有用功为：W有用＝2N×250pπd2sJ＝500Npπd2sJ；
1min吸入汽油和空气的混合气 2N次，
汽油机工作时的最佳空燃比（即空气和燃油的质量比）k：1，
汽油占其中的 ，1min内发动机消耗汽油的质量为：
m＝ρV＝ρkg/m3×V0×10﹣3m3×2N×＝×10﹣3kg，
1min内汽油完全燃烧放出的热量：W总＝×10﹣3kg×qJ/kg＝×10﹣3J，
这台发动机的热机效率：
η＝×100%＝×100%＝2.5×105××100%。
答：一个做功冲程中燃气对活塞做的功250pπd2sJ；
该汽油机的效率为2.5×105××100%。
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。
答案与解析：（1）由这种轿车的输出功率与转速的关系图象可以看出：在发动机转速为1000～5000r/min范围内，它的输出功率与转速大致成正比；
（2）由图可知，当发动机转速为2000r/min时，它的输出功率P＝30kW，
假设轿车行驶了100km，则t＝＝＝1h＝3600s，
有用功：W有用＝Pt＝30×103W×3600s＝1.08×108J，
行驶100km消耗汽油的质量：m＝ρV＝0.7×103kg/m3×10×10﹣3m3＝7kg，
则这些汽油完全燃烧放出的热量：Q放＝mq＝7kg×4.6×107J/kg＝3.22×108J，
发动机的效率：η＝×100%＝×100%＝33.5%。
（3）设做功冲程燃气对活塞的平均压强为p0，发动机的排量为V排，每个活塞的受力面积为S，活塞移动的距离为L；由于该发动机为四缸发动机，则V排＝4SL；
做功冲程中燃气对一个活塞的平均压力：F＝p0S，
每完成一个工作循环，在做功冲程中燃气对一个活塞做的功：W0＝FL＝p0SL＝；
则一个工作循环中，四个气缸的燃气对活塞做的总功W＝4W0＝p0V排，
发动机转速为每秒n转时，由于每个工作循环，飞轮转动两圈，则一个工作循环所用时间t＝×2＝，
故四缸发动机一个工作循环时间内燃气对活塞做功的功率：P＝＝＝。
由图可知，当发动机转速为4000r/min时，它的输出功率P＝60kW，
发动机转速为4000r/min，则每秒的转速n＝；
由P＝得，气缸内的平均压强：
p0＝＝＝9×105Pa。
答：（1）在发动机转速为1000﹣5000r/min 范围内，它的输出功率与转速大致成正比；
（2）这辆车在这种状态下行驶时，发动机的效率为33.5%。
（3）当发动机转速为4000r/min时做功冲程中气缸内的平均压强为9×105Pa。
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
分析：本题主要考查了解热值的定义及其物理意义。
解：燃料的热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关，A、B、C不符合题意，D正确。故选D。
点评：本题的解题关键是知道热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关。
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 热值 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 4.2×l08 J，这些热量可以使 1250 kg的水从20℃加热至100℃[c＝4.2×103J/（kg•℃）•q煤气＝4.2×107J/kg]。
分析：（1）1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫这种燃料的热值；
（2）利用Q放＝mq求出1kg煤气完全燃烧放出的热量，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的10倍，据此求1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量；
（3）由题知，Q吸＝Q放，而Q吸＝cm△t，知道水的比热容、水的初温和末温，可求水的质量。
解：（1）在同等条件下，“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”的热值很大；
（2）1kg煤气完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq＝1kg×4.2×l07J/kg＝4.2×l07J，
1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量：
Q放′＝10Q放＝10×4.2×l07J＝4.2×l08J；
（3）由题知，Q吸＝Q放′＝4.2×l08J，
∵Q吸＝cm△t，
∴水的质量：m＝＝＝1250kg。
故答案为：热值；4.2×l08；1250。
点评：本题考查了学生对燃料的热值、燃料完全燃烧放热公式、吸热公式的掌握和运用，因条件已给出，难度不大。
【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
答案与解析：A、烧杯内的水温度升高，其内能增大；热量是热传递过程中传递的内能多少，不能用“含有”来修饰，故A错误；
B、图中的BC段表示晶体的熔化过程，不断吸收热量，温度不变，但内能增大，所以该物质在B点的内能小于在C点的内能，故B错误；
C、由Q＝cm△t可知：当吸收的热量和质量都相同时，△t越小比热容就越大；
由图象可知，此物质固态时在相同时间内温度升高10℃，而液态时温度升高5℃，故液态时的比热容大于固态时的比热容，故C正确；
D、热值是燃料的一种特性，酒精灯中酒精燃烧的过程中，酒精的热值不变，故D错误；
故选：C。
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．0.8kg B．2kg C．0.32kg D．2.8kg
答案与解析：∵η＝，∴柴油机工作消耗的总能量（柴油完全燃烧放出的热量）
Q放＝＝＝8.6×107J；
∵Q放＝mq，∴消耗柴油的质量：m＝＝＝2kg。故选：B。
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 不变 （选填“变大”“变小”或“不变”）。200g的汽油完全燃烧放出的热量是 9.2×106 J（q汽油＝4.6×107J/kg）。
答案与解析：热值是燃料的特性，与燃烧情况无关，所以汽油加在T型轿车内比加在L型轿车内热值是相同的。
完全燃烧200g汽油放出的热量：Q放＝mq＝0.2kg×4.6×107J/kg＝9.2×106J。
故答案为：不变；9.2×106。
20．碳的热值是3.0×107J/kg，表示 1kg 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 1.5×107 J。
答案与解析：①需要燃烧的碳的质量为m1＝＝＝1kg
②0.5kg的碳放出的热量为Q2＝qm2＝3.0×107J/kg×0.5kg＝1.5×107J。
故答案为：1kg；1.5×107。
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
分析：要解决此题，需要掌握热机的效率的概念．热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比．比值越大，效率越高．
解：热机效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比．所以减少热量的损失可以提高热机的效率．所以使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失，提高效率．
增加热机的工作时间，并不能减少热量的损失，所以不能提高热机的效率．故选B．
点评：此题通过考查影响热机效率的几个因素，考查了学生对热机效率的理解．要知道要想提高热机的效率，就要减少热量的损失．
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
分析：热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比．功率是表示物体做功快慢的物理量．
解：热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比；当热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高；当热机消耗的燃料一定，做的有用功越多，效率就一定越高；故选项A、B错误；
热机做功越快，表示热机的功率越大，与效率无关；故选项D错误；故选C．
点评：本题主要考查了热机的效率以及影响热机效率的因素，并且考查了热机效率与功率的区别．
【解题方法点拨】对于热机效率可与机械效率进行对比理解，热机效率是衡量热机性能好坏的一个重要参数，要提高热机的效率就是要提高热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，并且热机的效率总小于1．
（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/h
B．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30kW
D．汽车发动机的效率是20%
答案与解析：A、汽车行驶的时间t＝5min45s＝345s，汽车的行驶速度v＝＝＝20m/s＝72km/h，故A错误；
B、消耗的燃油完全燃烧放出的热量Q放＝mq＝1.5kg×4.6×107J/kg＝6.9×107J，故B正确；
C、汽车牵引力做功的功率是P＝Fv＝2000N×20m/s＝40000W＝40kW，故C错误；
D、该汽车牵引力所做的功W＝Fs＝2×103N×6.9×103m＝1.38×107J，汽车发动机的效率η＝×100%＝×100%＝20%，故D正确。
故选：BD。
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 丙乙甲丁 ，其中图 甲 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 30 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 35% ；要提高这台内燃机的效率，可以采取的措施是保证良好的润滑，减小机械摩擦 ．
答案与解析：（1）由图可知，甲是做功冲程，乙是压缩冲程，丙是吸气冲程，丁是排气冲程，因此顺序为丙乙甲丁；做功冲程为汽车提供动力，内燃机转两圈完成一个冲程，3600r/min＝60r/s，即表示每秒转动60转，做功30次。
（2）有用的机械能为：100%﹣25%﹣40%＝35%，则该内燃机的效率为35%；提高热机效率的途径有：使燃料充分燃烧；尽量减少热量损失；保证良好的润滑，减小机械摩擦；在热机的设计和制造上，采用先进的技术（任写一个即可）。
故答案为：（1）丙乙甲丁；甲；30；（2）35%；保证良好的润滑，减小机械摩擦。
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 29.9% 。
答案与解析：由p＝可得，燃气对活塞的平均压力：
F＝pS＝4.5×105Pa×300×10﹣4m2＝1.35×104N，
一个做功冲程中燃气对活塞做的功：
W＝Fs＝1.35×104N×30×10﹣2m＝4050J，
因曲轴每转两圈对外做功一次，
所以，1min转动300周，一个单缸内燃机每分钟做功150次，
则四缸四冲程的汽油内燃机每小时做功：
W＝4050J×150×60×4＝1.458×108J，
该汽油机1小时消耗汽油完全燃烧释放的热量：
Q放＝mq＝10.6kg×4.6×107J/kg＝4.876×108J，
则汽油内燃机效率：
η＝×100%＝×100%≈29.9%。
故答案为：29.9%。
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 15：4 。
答案与解析：设：甲的功率为P甲，乙的功率为P乙，效率为η甲，效率为η乙，汽油的热值为q，做功时间为t，
甲在时间t内做的有用功：W甲＝P甲t。
则由题意知：＝3，＝
甲在时间t内消耗的总能量：Q甲＝＝。
甲在时间t内的耗油量：m甲＝＝。
同理可以得到乙在时间t内的耗油量的表达式：m乙＝。
甲、乙两汽油机在相同时间（包括1h）内的耗油量之比就等于两表达式之比：＝：＝＝＝＝15：4。
故答案为：15：4
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。
答案与解析：（1）该款汽车匀速行驶中牵引力做功的功率：
因为汽车匀速行驶，故F＝f＝800N；
P＝Fv＝800N×25m/s＝2×104W；
（2）该汽车内燃机的效率：
W有＝W汽+W电＝2×104W×1000s+2×108J×10%＝4×107J；
Q放＝qm＝5×107J/kg×2kg＝1×108J；
η＝＝＝40%。
答：（1）该款汽车匀速行驶中牵引力做功的功率为2×104W。
（2）该汽车内燃机的效率为40%。
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。
答案与解析：
（1）根据公式v＝可知，
汽车运动的时间为：t＝＝＝2500s；
（2）小汽车发动机的功率P＝＝＝13800W；
（3）汽油完全燃烧释放的热量Q放＝＝＝1.38×108J，
消耗汽油的质量m汽油＝＝＝3kg。
答：（1）运动的时间为2500s；
（2）小汽车发动机的功率为13800W；
（3）消耗汽油的质量为3kg。
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。
答案与解析：60m3的混凝土的质量：m＝ρ混凝土V＝4.3×103kg/m3×60m3的＝2.58×105kg，
该车所做的有用功：W＝Gh＝mgh＝2.58×105kg×10N/kg×10m＝2.58×107J，
完全燃烧2kg柴油产生的热量：Q放＝m′q柴油＝2kg×4.3×107J/kg＝8.6×107J，
泵车的效率为：η＝×100%＝×100%＝30%。
答：泵车的效率为30%。
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）
答案与解析：
（1）由v＝得：
s＝vt＝50km/h×0.5h＝25km＝2.5×104m，
由图象可知，汽车速度为50km/h时，所受阻力为4000N，
由于汽车匀速行驶，汽车的牵引力：
F＝f＝4000N，
（2）牵引力做功：
W＝Fs＝4000N×2.5×104m＝1×108J；
由η＝得：
W＝ηQ＝ηqm，
则m＝＝＝10kg。
故答案为：（1）汽车所受的牵引力4000N；（2）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10千克的燃料。
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？
答案与解析：①由题意可知，电站年收益：
n＝5.745亿kW•h×（1﹣0.5%）×（1﹣1%）×0.28元/（kW•h）≈1.585亿元。
②总装机容量：P＝15万千瓦＝1.5×108W，
由P＝得，1s内发电机组的发电量：W电＝Pt＝1.5×108W×1s＝1.5×108J，
由η＝×100%得，1s内流下的水具有的机械能（水的重力做的功）：
W水＝＝＝2×108J，
由W水＝Gh得，1s内流下的水的重力：G＝＝＝2.5×106N，
由G＝mg得，1s内流下的水的质量：m＝＝＝2.5×105kg，
1s内流下的水的体积：V＝＝250m3，即水的流量Q＝250m3/s。
③木船下部排开水的体积：V排＝Sh＝12m2×0.4m＝4.8m3，
木船受到的浮力：F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×4.8m3＝4.8×104N，
因为木船漂浮在水面上，所以木船受到的重力：G木＝F浮＝4.8×104N，
则木船行驶时受到的阻力：f木＝0.5G木＝0.5×4.8×104N＝2.4×104N，
机动船的重力：G机＝m机g＝2×103kg×10N/kg＝2×104N，
机动船行驶时受到的阻力：f机＝0.5G机＝0.5×2×104N＝1×104N，
两船受到的总阻力：f总＝f木+f机＝2.4×104N+1×104N＝3.4×104N，
把机动船和木船看作一个整体，它们匀速前进时，根据二力平衡条件可得，
机动船的牵引力：F牵＝f总＝3.4×104N，
则机动船的有用功率：P有＝＝F牵v＝3.4×104N×1.5m/s＝5.1×104W，
已知内燃机功率：P总＝170kW＝1.7×105W，
则机动船的内燃机效率：
η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝30%。
答：①电站年收益1.585亿元；②水的流量Q为250m3/s；③机动船的内燃机效率是30%。
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
答案与解析：A、具有能量越多的物体，对外做功不一定越大，如静止在高处的石块具有重力势能，但还未做功，故A错误；
B、外界对物体做功，也可能表现为物体位置的改变，物体的温度不一定升高，故B错误；
C、机械能和内能是两种不同形式的能量。一个物体可以既具有机械能的同时，又具有大量的内能，故C正确；
D、流动的河水具有动能，与它有没有推动物体做功没有关系，故D错误。故选：C。
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
分析：机械能包括物体的动能和势能。而内能指的是组成物体的分子（或原子）的动能和这些分子（或原子）之间的势能。
解：A、火药气体把子弹从枪膛中射出，是火药的内能转化为子弹的机械能，故A错误；
B、电流通过白炽灯发光，是电能转化为内能和光能，故B错误；
C、用酒精灯加热烧杯里的水，是化学能转化为内能。故C错误；
D、古人用钻木的方法取火，是机械能转化为内。故D正确。故选：D。
点评：此题考查机械能与内能的概念及区别。注重知识的应用，加强与生活的联系。
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 内能 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 机械能转化为内能 。
分析：高速运动的彗星碎屑具有很大的机械能，和大气层摩擦后，彗星碎屑的温度升高，导致了内能的增加。由此可知其能量转化。
解：彗星的碎屑在重力作用下克服与大气的摩擦做功，机械能转化为内能，机械能减小、内能增大；此过程能量转化是机械能转化为内能。
故答案为：内；机械能转化为内能。
点评：彗星的碎屑的运动，不计阻力时，机械能守恒；考虑阻力时，机械能转化为内能，机械能减小、内能增大。
【解题方法点拨】
分析此类问题的关键在于如何理解“能量守恒定律”中的“转化”和“转移”这几个关键词，当能量发生转化时一定表现为：一种形式的能减少而变化成为另一种形式的能，则另一种形式的能增加，而“转移”则指一种形式的能在物体与物体之间或同一物体的不同部分间发生了数量的变化，即增加或减少，而没有形式上的变化。【知识点的认识】
（l）动能与重力势能之间的转化：动能转化为重力势能的标志是速度减小，所处的高度增加；重力势能转化为动能的标志是所处的高度减小，速度增大。如：滚摆在运动过程中，滚摆一上升时，动能转化为重力势能；过山车在运动过程中，它的重力势能在处于最高点时达到了最大值，当过山车开始下降时，它的重力势能就不断减小，减少的重力势能转化成了动能，在过山车再一次沿轨道向高处运动的过程中，动能又转化为重力势能。
（2）动能与弹性势能之间的转化：动熊转化为弹性势能的标志是速度减小，形变增大；弹性势能转化为动能的标志是速度增大，形变减小。动能和弹性势能相互转化可以发生在同一个物体上，也可以发生在不同物体之间，如：拉弯的弓具有弹性势能，当把箭射出时，弓的弹性势能就转化为箭的动能，弓拉得越弯，转化成箭的动能就越大，箭射出的距离就越远。
【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
分析：根据速度、高度、弹性形变程度的变化来分析动能、重力势能和弹性势能的变化情况，从而得出能量的转化情况。
解：小球从A处由静止滚下，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为动能；
撞击弹簧，弹簧发生弹性形变，具有弹性势能，速度减小，动能减小，动能转化为弹性势能；
接着滚上斜面，速度减小，动能减小，高度增大，重力势能增大，动能转化为重力势能。
所以能量的转化情况是：重力势能→动能→弹性势能→动能→重力势能。
故选D。
点评：在做能量的转化这种题时，我们要注意分析哪种能量增加了，哪种能量减少，因为总是减少的这种能量转化为增加的那种能量。
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
分析：能量的转化指能量形式的变化，即在该过程中看是否有新形式的能量产生即可。若有即是能量的转化，若没有即为能量的转移。
解：A、用水来冷却汽车的发动机，即通过温度较低的水从发动机上吸取热量，使发动机的温度降低，故没有能量的转化，故该选项不符合题意；
B、往热水中加冷水，热水和冷水间会发生热传递，即没有能量的转化，故B不符合题意；
C、用热水袋焐手，热水袋的热量会向手转移，即没有能量的转化，故C不符合题意；
D、用电壶烧水，电流做功，将电能转化成内能，故该选项符合题意。故选D。
点评：能量从一种形式变成另一种形式属于能量的转化，能量从一个物体到另一个物体但能量的形式没变属于能量的转移。
【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】
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
【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
分析：弹性势能与形变有关，动能的与速度有关，当形变的物体恢复形变的同时，另一物体获得速度，则弹性势能转化为动能。
解：A、自行车座座人时，弹簧发生形变，人离开时恢复原状，没有弹性势能转化为动能；不符合题意；
B、机械手表内的弹簧片在恢复原状时，使表针获得动能，弹性势能转化为动能，符合题意；
C、弹簧秤在使用时，拉紧的弹簧具有弹性势能，去掉物体，弹簧恢复原状，不符合题意；
D、衣服夹子夹住衣服时，没有弹性势能转化为动能，不符合题意；故选B。
点评：此题考查学生对基础知识的掌握能力，灵活运用物理知识解答问题的思维能力。
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 费力杠杆 。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 变大 。当游客从踏板上跳下时，游客的 重力势 能转化为 动 能。
分析：（1）在杠杆中硬棒绕着转动的点叫做支点；使杠杆转动的力为动力；阻碍杠杆转动的力伟阻力；动力臂大于阻力臂的杠杆为省力杠杆；
（2）影响动能的因素是物体的质量和速度，影响重力势能的因素是质量和高度。
解：由图可知杠杆绕着支点转动，舂自身的重力阻碍杠杆转动，所以为阻力；由于重力的阻力臂大于脚的动力臂，所以为费力杠杆；
舂球上升，高度变大，质量不变，所以舂球的重力势能将变大；
当游客从踏板上跳下时，游客的质量不变，高度减小，速度变大，所以重力势能减小，动能变大。故答案为：费力杠杆；变大；重力势；动。
点评：本题的解题关键是明确动力、阻力的定义和判断杠杆是否省力的方法以及影响动能和势能的因素。
【解题方法点拨】动能、势能在一定条件下可以相互转化。转化过程就是一种形式的能量转变为另一种形式的能量的过程。
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
答案与解析：电动自行车和洗衣机在工作时都是将电能转化为机械能，而电暖气、电水壶将和电饭煲在工作时都是将电能转化为内能；故D正确，ABC错误。故选：D。
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
答案与解析：A、B、第一阶段减速过程中，由于速度变小，所以动能变小，由于继续行驶并带动发电机发电，故将一部分动能转化为电能。
减小的动能有一部分转化为电能，即电能小于减小的动能；故A错误，B正确；
C、D、第二阶段减小的动能有一部分转化为内能，有一部分转化成了电能，所以内能小于减小的动能，故C错误，D错误。故选：B。
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
答案与解析：A、匀速前进的洒水车，在洒水过程中，速度不变，但质量变小，故它的动能逐渐减小，故A错误；
B、直升机匀速升空的过程中，质量不变，速度不变，动能不变；高度增加，重力势能增大，机械能等于动能和势能的和，机械能增大，故B正确；
C、运动员被蹦床弹起时，蹦床弹性势能转化为运动员的动能，故C错误；
D、从滑梯上匀速滑下时，质量不变、速度不变，动能不变；高度降低，重力势能变小，所以机械能变小，克服摩擦做功，减少的机械能转化为内能，故D错误。故选：B。
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
答案与解析：A、热量不可以自发的从低温物体转移到高温物体，在外界的影响下，热量可以从低温物体转移到高温物体，例如电冰箱在压缩机消耗电能的情况下，热量可以从低温物体转移到高温物体，故A正确。
B、能量转移和转化有方向性，故B错误；
C、电取暖器辐射到房间里的热量被人和房间吸收，由于内能的转移具有方向性，所以这部分内能不可以再利用，故C错误；
D、汽车刹车时，由于摩擦，汽车的动能转化为地面、空气的内能，这些能量会散发到周围的环境中，无法再回收利用，因此不能驱动汽车，故D错误。故选：A。
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
答案与解析：A、太阳能电池将太阳能转化为电能，故A正确；
B、核电站利用核裂变发电，将核能转化为电能，故B正确；
C、蓄电池充电是将电能转化为化学能，故C错误；
D、钻木取火是克服摩擦做功，将机械能转化成内能，故D正确。故选：C。
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
答案与解析：A、点火后，酒精燃烧爆炸将盒盖推出，对外做功内能减少，转化为盒盖的机械能，符合题意；
B、弯折铁丝，对铁丝做功，铁丝的内能增加了，是机械能转化为内能，不符合题意；
C、汽油机的压缩冲程，活塞压缩气体对气体做功，使气体内能增加，将活塞的机械能转化为燃气的内能，不符合题意；
D、模型电动机转动，消耗电能，将电能转化为转子的机械能，不符合题意；故选：A。
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 光 能转化为 内 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。
答案与解析：激光照射下，纸张上的黑色碳粉温度升高，内能增大；即将光能转化为了内能。故答案为：光；内。
38．2003年10月16日是中华民族为之骄傲的一天，“神舟 五 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 化学 能，转化为飞船的 机械 能。
答案与解析：“神舟五号”飞船在升空过程中消耗了燃料的化学能，转化为飞船的动能和重力势能，也就是机械能。
故答案为：五；化学能；机械能。
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 电 能转化为 内 能。
答案与解析：用电器工作时就是把电能转化为其他形式能。“发热纸”是靠热来工作的，是将消耗的电能转化为内能。
故答案为：电；内。
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 电能转化为机械能 。
（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 对流 和 辐射 。
答案与解析：（1）电动机工作，并带动抽水机将水送到塔上，该过程中消耗了电能，使得抽水机及水的机械能增加，故是将电能转化为机械能的过程。
（2）据上面的分析可知，“蒸馒头”是通过对流进行热传递的，“烤红薯”是通过辐射进行热传递的。
故答案为：（1）电能转化为机械能；（2）对流；辐射。
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？
答案与解析：（1）电动自行车在电动骑行时，用蓄电池来供电，将蓄电池的化学能转化成电能，再通过电动机将电能转化成机械能的；所以能量的来源是化学能转化成电能的。
（2）由题意可知：地面的压力F＝1000N，受力面积是s＝80cm2＝8×10﹣3m2；则：
车对地面压强：P＝＝＝1.25×105Pa；
（3）W有＝fs＝20N×9000m＝1.8×105J；
（4）W总＝UIt＝32V×4A×30×60s＝2.3×105J，
效率：η＝×100%＝×100%＝78.1%。
答：（1）化学能转化为电能，电能转化为机械能；
（2）车对地面的压强为1.25×105Pa；
（3）这段路程内该车克服阻力所做的功为1.8×105J；
（4）该电动车的效率是78.1%。
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
【解题方法点拨】
在初中段考查的要简单一些，主要记住能量守恒定律。
【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 不可能 存在的（填“可能”或“不可能”），这是因为 违背能量守恒定律 。
分析：自然界中的能量是守恒，它既不会消灭，也不会创生，但由于能量的转化或转移具有方向性（如水只能从高处流向低处；热量只能从高温物体传向低温物体），所以无法制造“永动机”。
解：自然界里无论什么运动都会产生热，热向四周扩散，成为无用的能量。如不补给能量，任何运动着的机器都会停下来。
因此，永动机的制造过程违背了能量守恒定律。
点评：本题的解题关键是知道能量在转化过程中具有方向性，如果不靠外力做功，将不能永远循环。
【解题方法点拨】
需要明确了解永动机是不可能制成的，其违反了能量守恒定律是解题的关键。
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．0.3J B．3J C．30J D．300J
答案与解析：一个鸡蛋的质量约为60g＝0.06kg，由图可知大约能抛的高度为h＝0.5m，则鸡蛋到达最高点时的重力势能：Ep＝mgh＝0.06kg×10N/kg×0.5m＝0.3J；
如果不计空气阻力，鸡蛋的动能与重力势能相互转化，保持守恒，所以鸡蛋刚离开手时的动能最接近于0.3J。故选：A。
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 24：1 。
答案与解析：自行车的客运效率＝＝，
轿车的客运效率＝＝，
所以电动自行车与这辆轿车的客运效率之比＝＝24：1；故答案为：24：1
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 75% 。
答案与解析：G＝mg＝76.5kg×g＝10N/kg＝765N；W有＝Gh＝765N×10m＝7650J；
电动机的输出功率为P出＝P入η＝12000W×85%＝1.02×104W；
电动机每秒输出的总功为W总＝P出t＝1.02×104W×1s＝1.02×104J；
水泵的效率为η泵＝＝＝75%；故答案为：75%。
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 20% ；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 150 N。
答案与解析：太阳能电池的吸收太阳能的总功率：P总＝P0×6＝1kW×6＝6kW，
太阳能转化为电能的有用功率：P有用＝UI＝120V×10A＝1200W＝1.2kW，
太阳能电池将太阳能转化为电能的效率：η＝＝＝20%；
∵这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%，
∴转化为机械能的功率：P′＝P有用×75%＝1.2kW×75%＝0.9kW，
∵P′＝＝＝Fv，∴牵引力：F＝＝＝150N，
∵汽车匀速行驶，∴f＝F＝150N。故答案为：20%；150。
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 30% 。（g＝10N/kg）
答案与解析：水的体积：V＝9.0×106m3，密度：ρ＝103kg/m3，g＝10N/kg，h＝600m，
由此可以求得水的重力：G＝mg＝ρVg＝103kg/m3×9.0×106m3×10N/kg＝9×1010N。
水下落600m重力做的功即消耗的机械能：W＝Gh＝9×1010N×600m＝5.4×1013J。
转化出的电能：W电＝4.5×106kW•h＝4.5×106×3.6×106J＝1.62×1013J。
水电站的机械效率：η＝＝＝30%。故答案为：30%。
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 70% 。
答案与解析：由ρ＝可得水的质量：m＝ρV＝1.0×103kg/m3×60m3＝6×104kg，
水的重力：G＝mg＝6×104kg×10N/kg＝6×105N，
水下落中产生的机械能：W机械＝Gh＝6×105N×50m＝3×107J；
发电电功率：P＝UI＝104V×35A＝3.5×105W，
由P＝可得产生电能：W电＝Pt＝3.5×105W×60s＝2.1×107J；
水的机械能转化为电能的效率：η＝＝×100%＝70%。
故答案为：70%。
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•℃））
答案与解析：使温度升高的热：Q＝60J×80%×50%×20＝480J
由Q＝cm△t得，△t＝＝＝2.4℃
答：铁钉的温度升高2.4℃。
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。
E（J）
2
8
18
32
50
V（m/s）
2
4
6
8
10
（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？
答案与解析：（1）由ρ＝得，V＝＝＝6000m3，
1h空气所产生的能量为：Q＝32J/kg×7200kg/s×3600s＝8.2944×108J，
1h内获得的风能相当完全燃烧煤：m＝＝＝25.92kg。
（2）设风扇的叶片旋转面积为s，风速为v；
单位时间t内，通过风扇的空气流量为：V＝sl＝s•vt；
那么这些空气的质量为：m＝ρV＝ρs•vt；
当空气密度、风扇的叶片旋转面积以及时间相同的情况下，m、v成正比；
即：＝，得：m′＝＝×10m/s＝9000kg，
根据表可知产生能量为：E风＝50J/kg×9000kg＝4.5×105J，
这台风力发电机的风能转化为电能的效率为：
η＝×100%＝×100%＝12%．
（3）因为海拔越高空气的流动速度越大，产生的能量越多，从而提高风力发电机的转化效率，所以理想空气发电厂应建立在海拔4600m到10000m的空中。
初中物理自主招生讲义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
一．热平衡方程的应用（共1小题）
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 kg B．0.1 kg C．1 kg D．10 kg
答案与解析：由题知，S＝110m2，住房高度h一般为3m，ρ空气＝1.3kg/m3，
则住房房间里的空气质量为：m空气＝ρ空气Sh＝1.3kg/m3×110m2×3m＝429kg，
室温升高10℃时空气所吸收的热量：
Q吸＝c空气m空气△t＝1.0×103J/（kg•℃）×429kg×10℃＝4.29×106J
若将住房的门窗关闭好，不计热损失，Q放＝Q吸＝4.29×106J，
由Q放＝mq得需要柴油的质量：m油＝＝≈0.1kg。故选：B。
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
分析：利用燃料燃烧获得的内能来工作的机器叫热机；
热机包括：蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机；
热机的效率指的是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．
解：A、热机就是利用热来工作的机器；
B、蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机都叫热机；
C、热机并不都是4冲程的，也有2冲程的；
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热机的效率．故选C．
分析：此题考查的是我们对热机的了解，是一道基础题．
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 喷油嘴 ，汽油机气缸顶部有 火花塞 ，在吸气冲程中的不同是：汽油机吸入气缸里的是 空气与汽油的混合物 ，柴油机吸入气缸里的是 空气 ．
分析：柴油机和汽油机的主要区别：
（1）汽油机在吸气冲程中吸入了汽油和空气的混合气体，在压缩冲程中，机械能转化为内能，内能增大，温度升高，汽油机气缸顶端有个火花塞，此时火花塞喷出电火花，点燃汽油，产生高温高压的燃气推动活塞做功．
（2）柴油机在吸气冲程中吸入空气，在压缩冲程中，机械能转化为内能，空气的内能增大；柴油机气缸顶端有个喷油嘴，此时喷油嘴喷出雾状的柴油，柴油遇到高温的空气，达到着火点而燃烧，点燃方式是压燃式．燃烧产生高温高压的燃气推动活塞做功．柴油机的压缩比例更大、温度更高、做功更多，效率更高．
解：（1）汽油机和柴油机在构造上的区别是：汽油机顶部有个火花塞，柴油机顶部有个喷油嘴；
（2）在吸气冲程里，汽油机吸入气缸的是汽油和空气的混合物，而柴油机吸入的是空气．
故答案为：喷油嘴；火花塞；空气与汽油的混合物；空气．
点评：总结汽油机和柴油机的异同点：①相同点：四个冲程相同，能的转化相同；②不同点：①吸入的物质不同；②结构不同；③压强不同，效率不同；④点火方式不同．
【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．
分析：要解答本题需掌握：热机的原理是燃料燃烧产生的内能转化为机械能，以及月球上没空气．
解：热机的原理是内能转化为机械能，内能是燃料燃烧产生的，燃料燃烧需要氧气，而月球上没氧气．
故答：因为月球上没有空气、燃料不能在内燃机气缸内燃烧因而内燃机不能工作．
点评：本题主要考查学生对：热机原理以及月球是真空的了解和掌握．
【解题方法点拨】
多了解蒸气机，内燃机，汽轮机，喷气发动机的相关知识，知道其工作原理．
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 静止不动 ；气缸将 向下移动 （两空均选填“向上移动”、“静止不动”或“向下移动”）。
答案与解析：以活塞和气缸的整体为研究对象，弹簧受到的压力等于气缸和活塞的总重力，而气缸和活塞的总重力不变，故弹簧所受的压力不变，则弹簧的压缩量不变，所以活塞将静止不动；由力学知识分析得到，封闭气体的压强不变，外界环境的温度缓慢降低，封闭气体的温度也缓慢降低，根据盖•吕萨克定律分析得知，封闭气体体积减小。此过程，外界对气体做功，由此可知气缸将向下移动。故答案为：静止不动；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
分析：热机的四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程．压缩冲程中机械能转化为内能；做功冲程中内能转化为机械能．
解：热机的四个冲程，吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程．压缩冲程中，活塞上升压缩气缸内的气体，使气体内能增大，即机械能转化为内能；做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞向下运动，内能转化为机械能．故选：C．
点评：此题要结合内燃机的四个冲程特点和冲程中的能量转化关系进行解答．
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．
分析：汽油机的四个冲程是吸气、压缩、做功和排气冲程．吸气冲程进气阀打开，排气阀关闭，活塞向下运动；压缩冲程两个气阀都关闭，活塞向上运动；做功冲程两个气阀都关闭，活塞向下运动；排气冲程排气阀打开，进气阀关闭，活塞向上运动．
解：A、两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以是压缩冲程；
B、一个气阀打开，活塞向上运动，所以是排气冲程；
C、两个气阀都关闭，活塞向下运动，所以是做功冲程；
D、一个气阀打开，活塞向下运动，所以是吸气冲程．故选C．
点评：考查了内燃机的四个冲程的判断，解决此题需要结合内燃机的四个冲程工作特点进行分析解答．
【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
答案与解析：A．温度表示物体冷热程度，都是0℃，温度不变，熔化需要吸热，内能变大，故A正确；
B．热传递的前提是有温度差，热量从温度高的物体传递给温度低的物体，或者从物体的高温部分传递给低温部分，故B错误；
C．压缩过程中，活塞由下向上运动，机械能转化为内能，是通过做功的方法改变物体内能的，故C错误；
D．洒水降温时利用水的蒸发吸热，用水做冷却剂才是利用水的比热容大，故D错误。
故选：A。
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
答案与解析：由题知，海浪发电的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；由图分析可知：
海水下降时，气室的容积增大，其内部气体压强减小，阀门K1关闭，阀门K2开启，将空气吸入气室，类似于汽油机的吸气冲程，故AC错误；
海水上升时，气室的容积减小，其内部气体压强增大，阀门K1开启，阀门K2关闭，压缩后将空气推入工作室，类似于汽油机的压缩冲程，故B错误，D正确。故选：D。
5．如图是四冲程内燃机的示意图，其中，B是 排气 冲程；把内能转化成机械能的冲程是 A （选填字母代号）。
答案与解析：A、气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，内能转化成机械能；
B、排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程；
C、进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程；
D、气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，机械能转化成内能。
故答案为：排气；A。
6．一台单缸四冲程汽油机，如图甲是 做功 冲程，其能量转化情况与 乙 （选填“乙”或“丙”）图相同，是通过 做功 方式飞轮改变了内能，转速是3600r/min，该汽油机每秒钟完成 30 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 30% 。
答案与解析：（1）两个气门都关闭，活塞向下运动，因此是做功冲程，此冲程内能转化为的机械能；
（2）丙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。
乙图对试管中的水加热，加快水的蒸发，使试管中水的内能增大，体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能，因此与做功冲程原理相同的是乙实验。
（3）汽油机转速是3600r/min，每秒转60转，完成30个工作循环，做功30次；
（4）从内燃机的能流图可知，热量损失主要有燃料没有完全燃烧、废气带走的热量、克服摩擦损耗的能量、散失的热量，
所以汽油机的热机效率：100%﹣33%﹣30%﹣7%＝30%。
故答案为：做功；乙；做功；30；30%。
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 降低 （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 效率 。为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是 排气 冲程。
答案与解析：（1）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，水蒸气温度降低；这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的效率；
（2）为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是排气冲程。
故答案为：降低；效率；排气。
8．在四冲程汽油机中，将机械能转化为内能的冲程是 压缩 冲程，如图所示的是汽油机的 做功 冲程。
答案与解析：在四冲程汽油机中，将机械能转化为内能的冲程是压缩冲程；
根据图示可知，进气门和排气门关闭，火花塞点火，活塞向下运动，气缸容积增大，因此是做功冲程。故答案为：压缩；做功。
9．如图所示，是单气缸四冲程内燃机的 做功 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 PV 。
答案与解析：分析该图不难看出，进气门和排气门都关闭，此时火花塞打出电火花，即引燃气缸内的混合物，产生高温高压的燃气推动活塞由上向下运动，故该过程是做功冲程，即高温高压的燃气对活塞做功，故是将内能转化为机械能的过程。
假设活塞的面积是S，则活塞运动的距离是L＝，活塞受到的压力是：F＝PS，故此时燃气对活塞做的功是：W＝FS＝FL＝PS×＝PV；故答案为：做功；PV。
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）
分析：（1）根据Q＝mq求出汽油完全燃烧时放出的热量；
（2）根据题意可知消耗0.2kg汽油获得的能量，根据η＝求出发动机的效率．
解：（1）0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量：Q放＝mq＝0.2kg×4.6×107J/kg＝9.2×106J；
（2）根据题意可知，完全燃烧0.2kg汽油获得的能量为W＝1kW•h＝3.6×106J，
汽车发动机的效率：η＝×100%＝×100%≈39%．
答：（1）0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量为9.2×106J；
（2）该汽车发动机的效率最高可达39%．
点评：此题主要考查的是学生对热值和热机效率计算公式的理解和掌握，难度不大．
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．
分析：热机工作时的压力和燃气的压强和活塞的面积有关，做功的多少和燃气的平均压力和做功的距离有关，计算功率要在对应的时间内计算做功的多少，计算效率也应是在对应的时间内燃料完全燃烧放出的热量和做的功．
解：（1）燃气对活塞的平均压力：F＝PS＝9.0×lO5Pa×30×10﹣4m2＝2700N；
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功：W＝FS＝2700N×0.05m＝135J；
（3）曲轴每转两圈对外做功一次，所以1min转动1800周，要做功900次，所以P＝＝＝2025W
（4）该汽油机1min消耗汽油质量：m＝ρV＝0.8×103kg/m3×0.01×10﹣3m3＝0.008kg，
效率：η＝＝＝＝33%．
答：（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2700N；
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功135J；
（3）汽油机的功率为2025W；
（4）汽油机的效率为33%．
点评：此题考查热机中压力、功、功率、效率的计算．在计算功率和效率时要注意对应关系．
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
答案与解析：飞轮的转速为1800R/min＝30R/s，即每秒钟飞轮转30转，完成15个工作循环，可以完成60个冲程，做功15次。故选：A。
（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
答案与解析：A、由p＝得：燃气对活塞的平均压力：F＝pS，故A正确；
B、t时间内做的总功：W总＝×F×L＝×pS×L＝；
汽油机做功的功率：P＝＝＝，故B错误；
C、汽油燃烧放出的热量：Q＝mq＝ρVq，
汽油机把内能转化为机械能的效率：η＝×100%＝×100%＝×100%．故C错误
D、t时间内曲轴转动N圈，转两圈做一次功，所以做功的次数为n＝，故D正确；
故选：BC。
12．转速为2400r/min的四冲程单缸内燃机在1s内活塞对外做功 20 次，若每次做功735J，该内燃机的功率为 14700 W。
答案与解析：转速为2400r/min的四冲程内燃机，则每秒转40圈，做20次功；
每次做功735J，则每秒做的功：W＝735J×20＝14700J，
功率P＝＝＝14700W。故答案为：20；14700。
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）
答案与解析：
（1）两边重物下落获取的机械能：
E＝m总gh＝2m1gh，
（2）水吸收的热量：
Q吸＝cm2△t
（3）这台机器的效率：η＝×100%＝×100%＝%＝%。故答案为：%。
14．转速为1800r/min的四冲程内燃机，每秒钟有 15 次对外做功，若每次做功750J，则此内燃机的功率为 11250 W。
答案与解析：转速为1800r/min的四冲程内燃机，则每秒转30圈，做15次功；
每次做功750J，则每秒做的功W＝750×15J＝11250J，
所以功率P＝＝＝11250W。
故本题答案为：15；11250。
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？
答案与解析：活塞的横截面积：s＝；根据p＝得，
满负荷工作时做功冲程燃气的平均压力为：F＝pS＝1000pN；
一个做功冲程中燃气对活塞做的功：W＝Fs＝1000ps＝250pπd2sJ；
热机每个工作循环曲轴转两圈，在1min内转动Nr，四缸共做功×4＝2N次，
1min做的有用功为：W有用＝2N×250pπd2sJ＝500Npπd2sJ；
1min吸入汽油和空气的混合气 2N次，
汽油机工作时的最佳空燃比（即空气和燃油的质量比）k：1，
汽油占其中的 ，1min内发动机消耗汽油的质量为：
m＝ρV＝ρkg/m3×V0×10﹣3m3×2N×＝×10﹣3kg，
1min内汽油完全燃烧放出的热量：W总＝×10﹣3kg×qJ/kg＝×10﹣3J，
这台发动机的热机效率：
η＝×100%＝×100%＝2.5×105××100%。
答：一个做功冲程中燃气对活塞做的功250pπd2sJ；
该汽油机的效率为2.5×105××100%。
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。
答案与解析：（1）由这种轿车的输出功率与转速的关系图象可以看出：在发动机转速为1000～5000r/min范围内，它的输出功率与转速大致成正比；
（2）由图可知，当发动机转速为2000r/min时，它的输出功率P＝30kW，
假设轿车行驶了100km，则t＝＝＝1h＝3600s，
有用功：W有用＝Pt＝30×103W×3600s＝1.08×108J，
行驶100km消耗汽油的质量：m＝ρV＝0.7×103kg/m3×10×10﹣3m3＝7kg，
则这些汽油完全燃烧放出的热量：Q放＝mq＝7kg×4.6×107J/kg＝3.22×108J，
发动机的效率：η＝×100%＝×100%＝33.5%。
（3）设做功冲程燃气对活塞的平均压强为p0，发动机的排量为V排，每个活塞的受力面积为S，活塞移动的距离为L；由于该发动机为四缸发动机，则V排＝4SL；
做功冲程中燃气对一个活塞的平均压力：F＝p0S，
每完成一个工作循环，在做功冲程中燃气对一个活塞做的功：W0＝FL＝p0SL＝；
则一个工作循环中，四个气缸的燃气对活塞做的总功W＝4W0＝p0V排，
发动机转速为每秒n转时，由于每个工作循环，飞轮转动两圈，则一个工作循环所用时间t＝×2＝，
故四缸发动机一个工作循环时间内燃气对活塞做功的功率：P＝＝＝。
由图可知，当发动机转速为4000r/min时，它的输出功率P＝60kW，
发动机转速为4000r/min，则每秒的转速n＝；
由P＝得，气缸内的平均压强：
p0＝＝＝9×105Pa。
答：（1）在发动机转速为1000﹣5000r/min 范围内，它的输出功率与转速大致成正比；
（2）这辆车在这种状态下行驶时，发动机的效率为33.5%。
（3）当发动机转速为4000r/min时做功冲程中气缸内的平均压强为9×105Pa。
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
分析：本题主要考查了解热值的定义及其物理意义。
解：燃料的热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关，A、B、C不符合题意，D正确。故选D。
点评：本题的解题关键是知道热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关。
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 热值 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 4.2×l08 J，这些热量可以使 1250 kg的水从20℃加热至100℃[c＝4.2×103J/（kg•℃）•q煤气＝4.2×107J/kg]。
分析：（1）1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫这种燃料的热值；
（2）利用Q放＝mq求出1kg煤气完全燃烧放出的热量，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的10倍，据此求1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量；
（3）由题知，Q吸＝Q放，而Q吸＝cm△t，知道水的比热容、水的初温和末温，可求水的质量。
解：（1）在同等条件下，“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”的热值很大；
（2）1kg煤气完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq＝1kg×4.2×l07J/kg＝4.2×l07J，
1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量：
Q放′＝10Q放＝10×4.2×l07J＝4.2×l08J；
（3）由题知，Q吸＝Q放′＝4.2×l08J，
∵Q吸＝cm△t，
∴水的质量：m＝＝＝1250kg。
故答案为：热值；4.2×l08；1250。
点评：本题考查了学生对燃料的热值、燃料完全燃烧放热公式、吸热公式的掌握和运用，因条件已给出，难度不大。
【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
答案与解析：A、烧杯内的水温度升高，其内能增大；热量是热传递过程中传递的内能多少，不能用“含有”来修饰，故A错误；
B、图中的BC段表示晶体的熔化过程，不断吸收热量，温度不变，但内能增大，所以该物质在B点的内能小于在C点的内能，故B错误；
C、由Q＝cm△t可知：当吸收的热量和质量都相同时，△t越小比热容就越大；
由图象可知，此物质固态时在相同时间内温度升高10℃，而液态时温度升高5℃，故液态时的比热容大于固态时的比热容，故C正确；
D、热值是燃料的一种特性，酒精灯中酒精燃烧的过程中，酒精的热值不变，故D错误；
故选：C。
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．0.8kg B．2kg C．0.32kg D．2.8kg
答案与解析：∵η＝，∴柴油机工作消耗的总能量（柴油完全燃烧放出的热量）
Q放＝＝＝8.6×107J；
∵Q放＝mq，∴消耗柴油的质量：m＝＝＝2kg。故选：B。
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 不变 （选填“变大”“变小”或“不变”）。200g的汽油完全燃烧放出的热量是 9.2×106 J（q汽油＝4.6×107J/kg）。
答案与解析：热值是燃料的特性，与燃烧情况无关，所以汽油加在T型轿车内比加在L型轿车内热值是相同的。
完全燃烧200g汽油放出的热量：Q放＝mq＝0.2kg×4.6×107J/kg＝9.2×106J。
故答案为：不变；9.2×106。
20．碳的热值是3.0×107J/kg，表示 1kg 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 1.5×107 J。
答案与解析：①需要燃烧的碳的质量为m1＝＝＝1kg
②0.5kg的碳放出的热量为Q2＝qm2＝3.0×107J/kg×0.5kg＝1.5×107J。
故答案为：1kg；1.5×107。
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
分析：要解决此题，需要掌握热机的效率的概念．热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比．比值越大，效率越高．
解：热机效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比．所以减少热量的损失可以提高热机的效率．所以使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失，提高效率．
增加热机的工作时间，并不能减少热量的损失，所以不能提高热机的效率．故选B．
点评：此题通过考查影响热机效率的几个因素，考查了学生对热机效率的理解．要知道要想提高热机的效率，就要减少热量的损失．
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
分析：热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比．功率是表示物体做功快慢的物理量．
解：热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比；当热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高；当热机消耗的燃料一定，做的有用功越多，效率就一定越高；故选项A、B错误；
热机做功越快，表示热机的功率越大，与效率无关；故选项D错误；故选C．
点评：本题主要考查了热机的效率以及影响热机效率的因素，并且考查了热机效率与功率的区别．
【解题方法点拨】对于热机效率可与机械效率进行对比理解，热机效率是衡量热机性能好坏的一个重要参数，要提高热机的效率就是要提高热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，并且热机的效率总小于1．
（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/h
B．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30kW
D．汽车发动机的效率是20%
答案与解析：A、汽车行驶的时间t＝5min45s＝345s，汽车的行驶速度v＝＝＝20m/s＝72km/h，故A错误；
B、消耗的燃油完全燃烧放出的热量Q放＝mq＝1.5kg×4.6×107J/kg＝6.9×107J，故B正确；
C、汽车牵引力做功的功率是P＝Fv＝2000N×20m/s＝40000W＝40kW，故C错误；
D、该汽车牵引力所做的功W＝Fs＝2×103N×6.9×103m＝1.38×107J，汽车发动机的效率η＝×100%＝×100%＝20%，故D正确。
故选：BD。
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 丙乙甲丁 ，其中图 甲 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 30 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 35% ；要提高这台内燃机的效率，可以采取的措施是保证良好的润滑，减小机械摩擦 ．
答案与解析：（1）由图可知，甲是做功冲程，乙是压缩冲程，丙是吸气冲程，丁是排气冲程，因此顺序为丙乙甲丁；做功冲程为汽车提供动力，内燃机转两圈完成一个冲程，3600r/min＝60r/s，即表示每秒转动60转，做功30次。
（2）有用的机械能为：100%﹣25%﹣40%＝35%，则该内燃机的效率为35%；提高热机效率的途径有：使燃料充分燃烧；尽量减少热量损失；保证良好的润滑，减小机械摩擦；在热机的设计和制造上，采用先进的技术（任写一个即可）。
故答案为：（1）丙乙甲丁；甲；30；（2）35%；保证良好的润滑，减小机械摩擦。
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 29.9% 。
答案与解析：由p＝可得，燃气对活塞的平均压力：
F＝pS＝4.5×105Pa×300×10﹣4m2＝1.35×104N，
一个做功冲程中燃气对活塞做的功：
W＝Fs＝1.35×104N×30×10﹣2m＝4050J，
因曲轴每转两圈对外做功一次，
所以，1min转动300周，一个单缸内燃机每分钟做功150次，
则四缸四冲程的汽油内燃机每小时做功：
W＝4050J×150×60×4＝1.458×108J，
该汽油机1小时消耗汽油完全燃烧释放的热量：
Q放＝mq＝10.6kg×4.6×107J/kg＝4.876×108J，
则汽油内燃机效率：
η＝×100%＝×100%≈29.9%。
故答案为：29.9%。
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 15：4 。
答案与解析：设：甲的功率为P甲，乙的功率为P乙，效率为η甲，效率为η乙，汽油的热值为q，做功时间为t，
甲在时间t内做的有用功：W甲＝P甲t。
则由题意知：＝3，＝
甲在时间t内消耗的总能量：Q甲＝＝。
甲在时间t内的耗油量：m甲＝＝。
同理可以得到乙在时间t内的耗油量的表达式：m乙＝。
甲、乙两汽油机在相同时间（包括1h）内的耗油量之比就等于两表达式之比：＝：＝＝＝＝15：4。
故答案为：15：4
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。
答案与解析：（1）该款汽车匀速行驶中牵引力做功的功率：
因为汽车匀速行驶，故F＝f＝800N；
P＝Fv＝800N×25m/s＝2×104W；
（2）该汽车内燃机的效率：
W有＝W汽+W电＝2×104W×1000s+2×108J×10%＝4×107J；
Q放＝qm＝5×107J/kg×2kg＝1×108J；
η＝＝＝40%。
答：（1）该款汽车匀速行驶中牵引力做功的功率为2×104W。
（2）该汽车内燃机的效率为40%。
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。
答案与解析：
（1）根据公式v＝可知，
汽车运动的时间为：t＝＝＝2500s；
（2）小汽车发动机的功率P＝＝＝13800W；
（3）汽油完全燃烧释放的热量Q放＝＝＝1.38×108J，
消耗汽油的质量m汽油＝＝＝3kg。
答：（1）运动的时间为2500s；
（2）小汽车发动机的功率为13800W；
（3）消耗汽油的质量为3kg。
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。
答案与解析：60m3的混凝土的质量：m＝ρ混凝土V＝4.3×103kg/m3×60m3的＝2.58×105kg，
该车所做的有用功：W＝Gh＝mgh＝2.58×105kg×10N/kg×10m＝2.58×107J，
完全燃烧2kg柴油产生的热量：Q放＝m′q柴油＝2kg×4.3×107J/kg＝8.6×107J，
泵车的效率为：η＝×100%＝×100%＝30%。
答：泵车的效率为30%。
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）
答案与解析：
（1）由v＝得：
s＝vt＝50km/h×0.5h＝25km＝2.5×104m，
由图象可知，汽车速度为50km/h时，所受阻力为4000N，
由于汽车匀速行驶，汽车的牵引力：
F＝f＝4000N，
（2）牵引力做功：
W＝Fs＝4000N×2.5×104m＝1×108J；
由η＝得：
W＝ηQ＝ηqm，
则m＝＝＝10kg。
故答案为：（1）汽车所受的牵引力4000N；（2）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10千克的燃料。
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？
答案与解析：①由题意可知，电站年收益：
n＝5.745亿kW•h×（1﹣0.5%）×（1﹣1%）×0.28元/（kW•h）≈1.585亿元。
②总装机容量：P＝15万千瓦＝1.5×108W，
由P＝得，1s内发电机组的发电量：W电＝Pt＝1.5×108W×1s＝1.5×108J，
由η＝×100%得，1s内流下的水具有的机械能（水的重力做的功）：
W水＝＝＝2×108J，
由W水＝Gh得，1s内流下的水的重力：G＝＝＝2.5×106N，
由G＝mg得，1s内流下的水的质量：m＝＝＝2.5×105kg，
1s内流下的水的体积：V＝＝250m3，即水的流量Q＝250m3/s。
③木船下部排开水的体积：V排＝Sh＝12m2×0.4m＝4.8m3，
木船受到的浮力：F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×4.8m3＝4.8×104N，
因为木船漂浮在水面上，所以木船受到的重力：G木＝F浮＝4.8×104N，
则木船行驶时受到的阻力：f木＝0.5G木＝0.5×4.8×104N＝2.4×104N，
机动船的重力：G机＝m机g＝2×103kg×10N/kg＝2×104N，
机动船行驶时受到的阻力：f机＝0.5G机＝0.5×2×104N＝1×104N，
两船受到的总阻力：f总＝f木+f机＝2.4×104N+1×104N＝3.4×104N，
把机动船和木船看作一个整体，它们匀速前进时，根据二力平衡条件可得，
机动船的牵引力：F牵＝f总＝3.4×104N，
则机动船的有用功率：P有＝＝F牵v＝3.4×104N×1.5m/s＝5.1×104W，
已知内燃机功率：P总＝170kW＝1.7×105W，
则机动船的内燃机效率：
η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝30%。
答：①电站年收益1.585亿元；②水的流量Q为250m3/s；③机动船的内燃机效率是30%。
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
答案与解析：A、具有能量越多的物体，对外做功不一定越大，如静止在高处的石块具有重力势能，但还未做功，故A错误；
B、外界对物体做功，也可能表现为物体位置的改变，物体的温度不一定升高，故B错误；
C、机械能和内能是两种不同形式的能量。一个物体可以既具有机械能的同时，又具有大量的内能，故C正确；
D、流动的河水具有动能，与它有没有推动物体做功没有关系，故D错误。故选：C。
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
分析：机械能包括物体的动能和势能。而内能指的是组成物体的分子（或原子）的动能和这些分子（或原子）之间的势能。
解：A、火药气体把子弹从枪膛中射出，是火药的内能转化为子弹的机械能，故A错误；
B、电流通过白炽灯发光，是电能转化为内能和光能，故B错误；
C、用酒精灯加热烧杯里的水，是化学能转化为内能。故C错误；
D、古人用钻木的方法取火，是机械能转化为内。故D正确。故选：D。
点评：此题考查机械能与内能的概念及区别。注重知识的应用，加强与生活的联系。
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 内能 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 机械能转化为内能 。
分析：高速运动的彗星碎屑具有很大的机械能，和大气层摩擦后，彗星碎屑的温度升高，导致了内能的增加。由此可知其能量转化。
解：彗星的碎屑在重力作用下克服与大气的摩擦做功，机械能转化为内能，机械能减小、内能增大；此过程能量转化是机械能转化为内能。
故答案为：内；机械能转化为内能。
点评：彗星的碎屑的运动，不计阻力时，机械能守恒；考虑阻力时，机械能转化为内能，机械能减小、内能增大。
【解题方法点拨】
分析此类问题的关键在于如何理解“能量守恒定律”中的“转化”和“转移”这几个关键词，当能量发生转化时一定表现为：一种形式的能减少而变化成为另一种形式的能，则另一种形式的能增加，而“转移”则指一种形式的能在物体与物体之间或同一物体的不同部分间发生了数量的变化，即增加或减少，而没有形式上的变化。【知识点的认识】
（l）动能与重力势能之间的转化：动能转化为重力势能的标志是速度减小，所处的高度增加；重力势能转化为动能的标志是所处的高度减小，速度增大。如：滚摆在运动过程中，滚摆一上升时，动能转化为重力势能；过山车在运动过程中，它的重力势能在处于最高点时达到了最大值，当过山车开始下降时，它的重力势能就不断减小，减少的重力势能转化成了动能，在过山车再一次沿轨道向高处运动的过程中，动能又转化为重力势能。
（2）动能与弹性势能之间的转化：动熊转化为弹性势能的标志是速度减小，形变增大；弹性势能转化为动能的标志是速度增大，形变减小。动能和弹性势能相互转化可以发生在同一个物体上，也可以发生在不同物体之间，如：拉弯的弓具有弹性势能，当把箭射出时，弓的弹性势能就转化为箭的动能，弓拉得越弯，转化成箭的动能就越大，箭射出的距离就越远。
【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
分析：根据速度、高度、弹性形变程度的变化来分析动能、重力势能和弹性势能的变化情况，从而得出能量的转化情况。
解：小球从A处由静止滚下，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为动能；
撞击弹簧，弹簧发生弹性形变，具有弹性势能，速度减小，动能减小，动能转化为弹性势能；
接着滚上斜面，速度减小，动能减小，高度增大，重力势能增大，动能转化为重力势能。
所以能量的转化情况是：重力势能→动能→弹性势能→动能→重力势能。
故选D。
点评：在做能量的转化这种题时，我们要注意分析哪种能量增加了，哪种能量减少，因为总是减少的这种能量转化为增加的那种能量。
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
分析：能量的转化指能量形式的变化，即在该过程中看是否有新形式的能量产生即可。若有即是能量的转化，若没有即为能量的转移。
解：A、用水来冷却汽车的发动机，即通过温度较低的水从发动机上吸取热量，使发动机的温度降低，故没有能量的转化，故该选项不符合题意；
B、往热水中加冷水，热水和冷水间会发生热传递，即没有能量的转化，故B不符合题意；
C、用热水袋焐手，热水袋的热量会向手转移，即没有能量的转化，故C不符合题意；
D、用电壶烧水，电流做功，将电能转化成内能，故该选项符合题意。故选D。
点评：能量从一种形式变成另一种形式属于能量的转化，能量从一个物体到另一个物体但能量的形式没变属于能量的转移。
【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】
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
【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
分析：弹性势能与形变有关，动能的与速度有关，当形变的物体恢复形变的同时，另一物体获得速度，则弹性势能转化为动能。
解：A、自行车座座人时，弹簧发生形变，人离开时恢复原状，没有弹性势能转化为动能；不符合题意；
B、机械手表内的弹簧片在恢复原状时，使表针获得动能，弹性势能转化为动能，符合题意；
C、弹簧秤在使用时，拉紧的弹簧具有弹性势能，去掉物体，弹簧恢复原状，不符合题意；
D、衣服夹子夹住衣服时，没有弹性势能转化为动能，不符合题意；故选B。
点评：此题考查学生对基础知识的掌握能力，灵活运用物理知识解答问题的思维能力。
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 费力杠杆 。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 变大 。当游客从踏板上跳下时，游客的 重力势 能转化为 动 能。
分析：（1）在杠杆中硬棒绕着转动的点叫做支点；使杠杆转动的力为动力；阻碍杠杆转动的力伟阻力；动力臂大于阻力臂的杠杆为省力杠杆；
（2）影响动能的因素是物体的质量和速度，影响重力势能的因素是质量和高度。
解：由图可知杠杆绕着支点转动，舂自身的重力阻碍杠杆转动，所以为阻力；由于重力的阻力臂大于脚的动力臂，所以为费力杠杆；
舂球上升，高度变大，质量不变，所以舂球的重力势能将变大；
当游客从踏板上跳下时，游客的质量不变，高度减小，速度变大，所以重力势能减小，动能变大。故答案为：费力杠杆；变大；重力势；动。
点评：本题的解题关键是明确动力、阻力的定义和判断杠杆是否省力的方法以及影响动能和势能的因素。
【解题方法点拨】动能、势能在一定条件下可以相互转化。转化过程就是一种形式的能量转变为另一种形式的能量的过程。
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
答案与解析：电动自行车和洗衣机在工作时都是将电能转化为机械能，而电暖气、电水壶将和电饭煲在工作时都是将电能转化为内能；故D正确，ABC错误。故选：D。
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
答案与解析：A、B、第一阶段减速过程中，由于速度变小，所以动能变小，由于继续行驶并带动发电机发电，故将一部分动能转化为电能。
减小的动能有一部分转化为电能，即电能小于减小的动能；故A错误，B正确；
C、D、第二阶段减小的动能有一部分转化为内能，有一部分转化成了电能，所以内能小于减小的动能，故C错误，D错误。故选：B。
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
答案与解析：A、匀速前进的洒水车，在洒水过程中，速度不变，但质量变小，故它的动能逐渐减小，故A错误；
B、直升机匀速升空的过程中，质量不变，速度不变，动能不变；高度增加，重力势能增大，机械能等于动能和势能的和，机械能增大，故B正确；
C、运动员被蹦床弹起时，蹦床弹性势能转化为运动员的动能，故C错误；
D、从滑梯上匀速滑下时，质量不变、速度不变，动能不变；高度降低，重力势能变小，所以机械能变小，克服摩擦做功，减少的机械能转化为内能，故D错误。故选：B。
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
答案与解析：A、热量不可以自发的从低温物体转移到高温物体，在外界的影响下，热量可以从低温物体转移到高温物体，例如电冰箱在压缩机消耗电能的情况下，热量可以从低温物体转移到高温物体，故A正确。
B、能量转移和转化有方向性，故B错误；
C、电取暖器辐射到房间里的热量被人和房间吸收，由于内能的转移具有方向性，所以这部分内能不可以再利用，故C错误；
D、汽车刹车时，由于摩擦，汽车的动能转化为地面、空气的内能，这些能量会散发到周围的环境中，无法再回收利用，因此不能驱动汽车，故D错误。故选：A。
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
答案与解析：A、太阳能电池将太阳能转化为电能，故A正确；
B、核电站利用核裂变发电，将核能转化为电能，故B正确；
C、蓄电池充电是将电能转化为化学能，故C错误；
D、钻木取火是克服摩擦做功，将机械能转化成内能，故D正确。故选：C。
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
答案与解析：A、点火后，酒精燃烧爆炸将盒盖推出，对外做功内能减少，转化为盒盖的机械能，符合题意；
B、弯折铁丝，对铁丝做功，铁丝的内能增加了，是机械能转化为内能，不符合题意；
C、汽油机的压缩冲程，活塞压缩气体对气体做功，使气体内能增加，将活塞的机械能转化为燃气的内能，不符合题意；
D、模型电动机转动，消耗电能，将电能转化为转子的机械能，不符合题意；故选：A。
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 光 能转化为 内 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。
答案与解析：激光照射下，纸张上的黑色碳粉温度升高，内能增大；即将光能转化为了内能。故答案为：光；内。
38．2003年10月16日是中华民族为之骄傲的一天，“神舟 五 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 化学 能，转化为飞船的 机械 能。
答案与解析：“神舟五号”飞船在升空过程中消耗了燃料的化学能，转化为飞船的动能和重力势能，也就是机械能。
故答案为：五；化学能；机械能。
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 电 能转化为 内 能。
答案与解析：用电器工作时就是把电能转化为其他形式能。“发热纸”是靠热来工作的，是将消耗的电能转化为内能。
故答案为：电；内。
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 电能转化为机械能 。
（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 对流 和 辐射 。
答案与解析：（1）电动机工作，并带动抽水机将水送到塔上，该过程中消耗了电能，使得抽水机及水的机械能增加，故是将电能转化为机械能的过程。
（2）据上面的分析可知，“蒸馒头”是通过对流进行热传递的，“烤红薯”是通过辐射进行热传递的。
故答案为：（1）电能转化为机械能；（2）对流；辐射。
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？
答案与解析：（1）电动自行车在电动骑行时，用蓄电池来供电，将蓄电池的化学能转化成电能，再通过电动机将电能转化成机械能的；所以能量的来源是化学能转化成电能的。
（2）由题意可知：地面的压力F＝1000N，受力面积是s＝80cm2＝8×10﹣3m2；则：
车对地面压强：P＝＝＝1.25×105Pa；
（3）W有＝fs＝20N×9000m＝1.8×105J；
（4）W总＝UIt＝32V×4A×30×60s＝2.3×105J，
效率：η＝×100%＝×100%＝78.1%。
答：（1）化学能转化为电能，电能转化为机械能；
（2）车对地面的压强为1.25×105Pa；
（3）这段路程内该车克服阻力所做的功为1.8×105J；
（4）该电动车的效率是78.1%。
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
【解题方法点拨】
在初中段考查的要简单一些，主要记住能量守恒定律。
【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 不可能 存在的（填“可能”或“不可能”），这是因为 违背能量守恒定律 。
分析：自然界中的能量是守恒，它既不会消灭，也不会创生，但由于能量的转化或转移具有方向性（如水只能从高处流向低处；热量只能从高温物体传向低温物体），所以无法制造“永动机”。
解：自然界里无论什么运动都会产生热，热向四周扩散，成为无用的能量。如不补给能量，任何运动着的机器都会停下来。
因此，永动机的制造过程违背了能量守恒定律。
点评：本题的解题关键是知道能量在转化过程中具有方向性，如果不靠外力做功，将不能永远循环。
【解题方法点拨】
需要明确了解永动机是不可能制成的，其违反了能量守恒定律是解题的关键。
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．0.3J B．3J C．30J D．300J
答案与解析：一个鸡蛋的质量约为60g＝0.06kg，由图可知大约能抛的高度为h＝0.5m，则鸡蛋到达最高点时的重力势能：Ep＝mgh＝0.06kg×10N/kg×0.5m＝0.3J；
如果不计空气阻力，鸡蛋的动能与重力势能相互转化，保持守恒，所以鸡蛋刚离开手时的动能最接近于0.3J。故选：A。
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 24：1 。
答案与解析：自行车的客运效率＝＝，
轿车的客运效率＝＝，
所以电动自行车与这辆轿车的客运效率之比＝＝24：1；故答案为：24：1
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 75% 。
答案与解析：G＝mg＝76.5kg×g＝10N/kg＝765N；W有＝Gh＝765N×10m＝7650J；
电动机的输出功率为P出＝P入η＝12000W×85%＝1.02×104W；
电动机每秒输出的总功为W总＝P出t＝1.02×104W×1s＝1.02×104J；
水泵的效率为η泵＝＝＝75%；故答案为：75%。
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 20% ；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 150 N。
答案与解析：太阳能电池的吸收太阳能的总功率：P总＝P0×6＝1kW×6＝6kW，
太阳能转化为电能的有用功率：P有用＝UI＝120V×10A＝1200W＝1.2kW，
太阳能电池将太阳能转化为电能的效率：η＝＝＝20%；
∵这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%，
∴转化为机械能的功率：P′＝P有用×75%＝1.2kW×75%＝0.9kW，
∵P′＝＝＝Fv，∴牵引力：F＝＝＝150N，
∵汽车匀速行驶，∴f＝F＝150N。故答案为：20%；150。
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 30% 。（g＝10N/kg）
答案与解析：水的体积：V＝9.0×106m3，密度：ρ＝103kg/m3，g＝10N/kg，h＝600m，
由此可以求得水的重力：G＝mg＝ρVg＝103kg/m3×9.0×106m3×10N/kg＝9×1010N。
水下落600m重力做的功即消耗的机械能：W＝Gh＝9×1010N×600m＝5.4×1013J。
转化出的电能：W电＝4.5×106kW•h＝4.5×106×3.6×106J＝1.62×1013J。
水电站的机械效率：η＝＝＝30%。故答案为：30%。
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 70% 。
答案与解析：由ρ＝可得水的质量：m＝ρV＝1.0×103kg/m3×60m3＝6×104kg，
水的重力：G＝mg＝6×104kg×10N/kg＝6×105N，
水下落中产生的机械能：W机械＝Gh＝6×105N×50m＝3×107J；
发电电功率：P＝UI＝104V×35A＝3.5×105W，
由P＝可得产生电能：W电＝Pt＝3.5×105W×60s＝2.1×107J；
水的机械能转化为电能的效率：η＝＝×100%＝70%。
故答案为：70%。
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•℃））
答案与解析：使温度升高的热：Q＝60J×80%×50%×20＝480J
由Q＝cm△t得，△t＝＝＝2.4℃
答：铁钉的温度升高2.4℃。
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。
E（J）
2
8
18
32
50
V（m/s）
2
4
6
8
10
（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？
答案与解析：（1）由ρ＝得，V＝＝＝6000m3，
1h空气所产生的能量为：Q＝32J/kg×7200kg/s×3600s＝8.2944×108J，
1h内获得的风能相当完全燃烧煤：m＝＝＝25.92kg。
（2）设风扇的叶片旋转面积为s，风速为v；
单位时间t内，通过风扇的空气流量为：V＝sl＝s•vt；
那么这些空气的质量为：m＝ρV＝ρs•vt；
当空气密度、风扇的叶片旋转面积以及时间相同的情况下，m、v成正比；
即：＝，得：m′＝＝×10m/s＝9000kg，
根据表可知产生能量为：E风＝50J/kg×9000kg＝4.5×105J，
这台风力发电机的风能转化为电能的效率为：
η＝×100%＝×100%＝12%．
（3）因为海拔越高空气的流动速度越大，产生的能量越多，从而提高风力发电机的转化效率，所以理想空气发电厂应建立在海拔4600m到10000m的空中。
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