第十四章内能的利用—（人教版）（解析版）.docx

更多资料添加微信号：DEM2008 淘宝搜索店铺：优尖升教育 网址： 第十四章 内能的利用 考点精讲 考点1：热机 1．内燃机 （1）认识内燃机 汽油机 柴油机 （2）定义：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。 （3）分类：汽油机和柴油机两大类。 （4）内燃机一个工作循环由四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。其中，每完成一个工作循环，活塞往复两次，飞轮转动两周，只有做功冲程实现内能向机械能的转化。 2．柴油机工作原理（与汽油机对比） 汽油机 柴油机 构造 火花塞 喷油嘴 不 同 点 吸气冲程 吸入空气和燃气的混合物 吸入空气 压缩冲程 压缩程度较小 压缩程度较大 点火方式 点火式 圧燃式 效率 20%-30% 30%-45% 应用 小轿车 载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮船。 相同点 都是一个工作循环，“四冲二转一做功” 【例1】（2021·海南中考真题）双手相互摩擦时感觉发热，这一过程的能量转化与四冲程汽油机的哪个冲程相同（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】B 【解析】双手相互摩擦时感觉发热，是克服摩擦做功，机械能转化为内能；汽油机的工作过程中，将机械能转化为内能的是压缩冲程。 故选B。 【例2】下面是汽油机工作时的各个冲程示意图，其中将内能转化为机械能的是 A. B. C. D. 【答案】C 【解析】A、进气门开启，活塞下移，空气和汽油混合物流入汽缸，是吸气冲程； B、两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，将机械能转化为内能； C、两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，将内能转化为机械能； D、排气门开启，活塞上行，排出废气，是排气冲程． 故选C． 热机是利用燃料燃烧获得的内能转化为机械能的机器，汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，在压缩冲程中机械能转化成内能，在做功冲程中内能转化为机械能。 1．（2021·浙江宁波市·中考真题）在如图所示的“汽油机模型”实验中，将少量的汽油喷入筒内，用软木塞塞住筒口，摇动起电机，观察到放电针放电，汽油燃烧，软木塞被高温高压的气体冲出。该实验可模拟四冲程汽油机工作时的（　　） 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】将少量的汽油喷入筒内，用软木塞塞住筒口，摇动起电机使放电针放电，电火花将汽油点燃，汽油燃烧产生高温高压燃气对软木塞做功，将燃气的内能转化为软木塞的机械能，所以软木塞被冲出。四冲程汽油机的做功冲程也是将燃气的内能转化为活塞的机械能，故这一过程是模拟四冲程汽油机的做功冲程。 故选C。 3．（2021·湖南怀化市·中考真题）如图所示是某四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，它是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】B 【解析】由图可知，进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，即为压缩冲程，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 4．一台四冲程内燃机转速为600转/分，则（ ） A. 每分钟内做功150次，共有600个冲程 B. 每分钟内做功600次，共有1 200个冲程 C. 每秒内做功20次，共有10个冲程 D. 每秒内做功5次，共有20个冲程 【答案】D 【解析】内燃机转速为600r/min，是指1min飞轮转动600r，根据燃气对外做功一次，飞轮转动两周，经历四个冲程，所以燃气每分钟做功300次，共经历1200个冲程，或燃气每秒做功5次，共经历20个冲程．故选D. 5．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 【答案】C 【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，所以①压缩冲程，把机械能转化为内能，也就是压缩对气体做功使其内能增大温度升高 ③是做功冲程，把内能转化为机械能．对照答案C对． 6．汽油机四个冲程：吸气冲程、________冲程、________冲程和排气冲程．压缩冲程中_____转化为_____，机械能减少，内能增加，温度升高；在做功冲程中，________转化为________，内能减小，温度降低． 【答案】 (1). 压缩 (2). 做功 (3). 机械能 (4). 内能 (5). 内能 (6). 机械能 【解析】内燃机的一个工作循环包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程；在每个冲程中都伴随着能量的转换和损耗．压缩冲程：将机械能转化为内能；做功冲程，将内能转化为机械能，内能减小温度降低． 7．在一台单缸四冲程内燃机正常工作时的飞轮转速为1200r/min，则每秒钟燃气对外做功_____次，如图所示的是汽油机的_____冲程． 【答案】 (1). 10 (2). 做功 【解析】若飞轮转速是1200r/min＝20r/s，表示每秒飞轮转动20圈，要经过40个冲程，对外做功10次；图中进气门和排气门都是关闭的，活塞下行，可以判断是做功冲程． 8．（2021·江苏扬州市·中考真题）利用易拉罐做以下儿个小实验， （1）如图1，向空易拉罐中插入透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱，把罐体放在热水中，可以看到油柱______，这是利用气体的______制作简易温度计； （2）如图2，在易拉罐中放入盐和敲碎的冰，用筷子轻轻搅拌半分钟，可以看到罐底出现“白霜”这是空气中的水蒸气发生了______现象； （3）如图3，将易拉罐底部开一圆孔倒出饮料，放入滴有酒精的小块脱脂棉花，轻轻晃动易拉罐，把电火花发生器紧紧塞进孔中，按动按钮，观察到罐子飞出去了，这个过程与汽油机的______冲程能量转化方式一致。 【答案】上升 热胀冷缩 凝华 做功 【解析】 （1）[1][2]空易拉罐中插入透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱，把罐体放在热水中，由于热胀冷缩，罐内气体受热体积会膨胀，使管内油柱上升。 （2）[3]冰中加盐会降低冰的熔点，在易拉罐中放入盐和敲碎的冰，用筷子轻轻搅拌半分钟，罐内的冰会在0℃以下开始熔化，因熔化过程要吸收热量，所以使罐壁的温度降低且低于0℃，空气中的水蒸气遇到0℃以下的罐底发生凝华现象，由水蒸气直接变为小冰晶附着在罐壁上，所以出现“白霜”。 （3）[4]按动电火花发生器按钮，会点燃罐内酒精，酒精燃烧产生高温高压的燃气而向外喷气做功，所以罐子飞出去。这一过程是酒精的化学能转化为内能，再由内能转化为罐子的机械能，与汽油机的做功冲程能量转化方式一致。 考点2：热值计算、热机效率 1．燃料的热值： （1）定义：我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值，用q表示。热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。 （2）公式：，变形：，。 （3）热值的单位：J/kg（固体和液体）；J/m3（气体） （4）热值反映了燃料本身的一种特性,只与燃料的种类有关,与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧均无关系。 2．热机的效率： （1）热机中燃料能量的去向（以汽车为例）：如图 （2）定义：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率，用η表示。 （3）公式：η＝×100%. （4）热机效率是指热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧所择放的能量的比值,它反映了能量的利用率,热机性能的一个重要标志. （5） 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。 3．提高热机效率的途径 （1）使燃料充分燃烧 （2）尽量减少各种热量损失； （3）在热机的设计和制造上采用先进的技术； （4）注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。 【例1】（2021·山东泰安市·中考真题）利用一燃气热水器对、20℃的水进行加热时，完全燃烧了的煤气。已知水的比热容为4.2，煤气的热值为，该热水器烧水的效率是50%。下列说法中（　　） ①煤气完全燃烧放出的热量是；②水吸收的热量是 ③水温升高了50℃；④加热过程中水的内能保持不变 A．只有①④正确 B．只有②③正确 C．只有①②正确 D．只有②③④正确 【答案】B 【解析】 ①由知道，煤气完全燃烧放出的热量是 故①错误； ②由于该热水器烧水的效率是50%，所以，水吸收的热量是 故②错误； ③由知道，水温升高了 故③正确； ④加热过程中水的温度升高内能增大，故④错误。 故选B。 【例2】小芳家买了一辆以汽油为燃料的小汽车，经查阅资料，小芳了解到以下信息：“该车如以 80km/h的速度匀速行驶时，发动机的牵引力为780N，百公里油耗 8L/100km．”（温馨提示：百公里油耗 8L/100km是指汽车行驶100km，需要消耗8L汽油；‚1L＝1×10﹣3 m3）已知：汽油密度ρ＝0.7×103kg/m3，汽油的热值 q＝4.6×107J/kg． 求：（1）8L汽油完全燃烧放出的热量（计算结果保留一位小数）； （2）该车以80km/h的速度匀速行驶100km时：牵引力做的功；发动机的效率． 【答案】2.58×108J 7.8×107J 30.2% 【解析】（1）已知汽油的体积，利用密度公式变形可求得其质量；根据汽油的质量，利用Q＝mq可求得完全燃烧8L汽油所放出的热量；（2）根据W＝Fs可求得牵引力做功；然后利用η＝可求得它的发动机效率． 【详解】(1)V＝8L＝8×10−3m3，由ρ＝mV可得,8L汽油质量：m＝ρV＝0.7×103kg/m3×8×10−3m3＝5.6kg，完全燃烧8L汽油所放出的热量：Q＝mq＝5.6kg×4.6×107J/kg≈2.58×108J； (2)汽车匀速行驶100km,牵引力做功：W＝Fs＝780N×105m＝7.8×107J， 发动机效率：η＝＝×100%≈30.2%. （1）热值 ① 有关热值的计算,解题时要认真审题,利用公式Q=mq进行解答； ② 热值大小与燃料种类有关,与燃料的质量和状态、是否完全燃烧等因素无关。 （2）热机的效率: ① 计算:η＝×100%,W有指用来做有用功的能量;Q总指燃料完全燃烧释放的能量. ②提高热机效率的途径:a.燃料尽可能充分燃烧;b.尽量减少各类热量损失;c.在热机的设计和制造上,采用先进技术;d.使用时,注意保养,保证良好的润滑,减少因克服摩擦阻力而额外消耗的功. （3）炉子的热效率:η＝×100%，Q有指有效利用的热；Q总指燃料完全燃烧释放的能量.(若是太阳能热水器,则Q总指太阳照射到热水器上的总能量;若是电热水器,则Q总指电流做功放出的总能量) 1．甲柴油机的效率比乙柴油机的效率高，这表明（ ） A. 甲的功率比乙的大 B. 甲做的功比乙的多 C. 甲消耗的柴油比乙的少 D. 甲柴油机内能转化为机械能的百分比大 【答案】D 【解析】热机的效率是指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．比值越大，热机的效率越高． A. 功率是表示物体做功快慢的物理量，与热机的效率是两个完全不同的概念，故A错误； B. 做功多少与效率也没有关系，故B错误； C. 消耗柴油少，与热机效率也没有关系，故C错误； D. 甲柴油机的效率比乙柴油机的效率高，说明甲柴油机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比大，故D正确； 故选D． 2．一箱汽油用掉一半后，下列说法错误的是（ ） A. 质量变为原来一半 B. 比热容变为原来的一半 C. 热值变为原来的一半 D. 密度不变 【答案】BC 【解析】汽车油箱中的汽油用掉一半后，汽油的质量减少一半，但密度、热值和比热容是不变的．故AD正确、BC错．故选BC． 3．（2021·四川成都市·中考真题）小帆在老师指导下，用如图所示的同一个实验装置分别加热100g的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化图像如图，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精（）。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，，则下列说法中正确的是（　　） A． B．乙的吸热能力大于甲的吸热能力 C．0~8min乙吸收的热量为 D．该酒精灯的加热效率为28% 【答案】C 【解析】 ABC．由图乙知，甲从20℃加热至沸腾用时8min，乙从20℃加热至沸腾用时10min。 升高相同温度，甲所需时间长，需要吸收的热量多，那么甲的吸热能力更强，则甲是水，甲从20℃升温至100℃，需要吸收的热量 Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg⋅℃)×0.1kg×(100℃-20℃)=3.36×104J 即酒精灯在8min内放出的热量为3.36×104J，那么乙在8min内吸收的热量为3.36×104J。乙从20℃升温至100℃，所需时间为4min，吸收的热量 那么乙的比热容 故AB错误，C正确； D．乙从20℃加热至沸腾，所需时间为10min，吸收的热量 消耗的酒精放出的热量 Q放=m酒精q酒精=0.004g×3×107J/kg=1.2×105J 那么酒精灯的加热效率 故D错误。 故选C。 4．（2021·云南中考真题）中国首次火星探索任务“天问一号”探测器的成功发射，是我国综合国力和创新能力提升的重要标志。如图所示是某火箭发射时的场景，目前运载火箭一般使用液态氢作为燃料、液态氧作为助燃剂。火箭燃料的发展如表1所示，表2是一些燃料的热值。 表1 第1代 第2代 第3代 第4代 燃 料 氧气和汽油混合 偏二甲胼 煤 油 液态氢 氧化剂 四氧化二氮 液态氧 液态氧 表2 燃料 热值 燃料 热值 汽油 煤油 柴油 氢 （1）使用氢作为燃料的主要优点是：______和______； （2）某火箭发射时携带了液态氢燃料，这些燃料完全燃烧最多能将多少千克初温为的水加热至沸腾______？[，当地大气压为1标准大气压] （3）氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在气缸中燃烧。某次测试中，一辆氢能源车以70kW的功率匀速行驶0.5h，消耗了2kg燃料，求该发动机的效率______。 【答案】热值大 无污染 45％ 【解析】 （1）[1][2] 氢作为燃料的主要优点热值大、无污染。质量相同的燃料，热值大的燃烧后释放出更多的热量。氢燃烧后的产物是水，对环境无污染。 （2）[3]氢燃烧后释放的热量 水吸收的热量 由可知，水的质量 （3）[4]2kg氢完全燃烧释放的热量 汽车发动机做的功 发动机的效率 5．（2021·四川泸州市·中考真题）人类发展史也是利用燃料的历史，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的_______（选填“热值”“热量”或“温度”）不同，完全燃烧0.28m2的天然气可放出_______J的热量，这些热量若全部被水吸收，可让_______kg的水温度升高20°C[已知天然气热值q=3.0×107J/m3，水的比热容c=4.2×103]/（kg．°C）]。 【答案】热值 100 【解析】 [1] 单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，它表示燃料的放热本领强弱，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的热值不同。 [2]完全燃烧0.28m2的天然气可放出的热量 [3]水的质量 6．小王学习燃料的热值之后，自己设计一个实验来探究酒精和碎纸片的热值大小． （1）实验装置如图甲、乙所示，你认为图中横杆、温度计、铁圈、燃具四个器件的安装顺序是_____（由下而上/由上而下）． （2）为保证实验结论的可靠，在实验中应控制的因素有：_____，_____等． （3）实验数据记录如表： 根据表中数据，计算出碎纸片的热值是_____J/kg． （4）通过实验得到的燃料热值与实际相比是偏_____（选填“大”或“小”），你认为出现这样情况的主要原因是：_____． （5）另一组同学用同样的装置进行实验，在实验中两种燃料完全燃烧完之前都使得水沸腾了，你能否比较出两种燃料的热值？_____（能/不能）理由：_____，为避免这种情况的出现，你可以对他们组提什么改进建议？_____． 【答案】 (1). 由下而上 (2). 酒精和碎纸片的质量 (3). 两杯水的质量 (4). 1.2×106 (5). 小 (6). 存在热损失或者燃料没有完全燃烧 (7). 不能 (8). 水沸腾后吸热温度保持不变，因此无法比较燃料放出热量的多少 (9). 增加水的质量或减少燃料的质量 【解析】（1）为了利用酒精灯的外焰给烧杯充分加热，并且温度计不要碰到烧杯壁和烧杯底，应按照由下往上的顺序组装器材； （2）为了比较相同质量的酒精和碎纸片燃烧放出热量的多少，必须控制二者的质量相等、烧杯内水的质量相等、两个烧杯相同； （3）相同质量的酒精和碎纸片燃烧放热，酒精燃烧放出的热量可以将水的温度升高20℃，碎纸片燃烧放出的热量可以将水的温度升高10℃，可见酒精的热值是碎纸片的2倍，所以碎纸片的热值为1.2×106J/kg； （4）因为烧杯、空气也吸收热量，并且燃料不可能完全燃烧，所以测得的热值会偏小． （5）因为水沸腾后吸热温度保持不变，因此无法比较燃料放出热量的多少，所以在实验中两种燃料完全燃烧完之前都使得水沸腾了，将不能比较两种燃料的热值；为避免出现在实验中水沸腾的现象，应增加水的质量或减少燃料的质量． 7．某型号汽车在车型测试中，在一段平直的公路上以90km/h的速度匀速行驶了9km，消耗汽油2kg．已知汽油的热值q汽油＝4.5×107 J/kg．假设汽油完全燃烧，汽油机的效率为40%，则： （1）汽油完全燃烧放出的热量是多少？ （2）该型号汽车在以此速度行驶的过程中，受到的阻力是多大？ （3）结合汽车内燃机的能量流向图，你认为目前汽车生产厂家及用户们是如何提高该车汽油机的效率？（答出两点即可） 【答案】9×107J 4×103N 减少废气带走的热量、减小摩擦 【解析】（1）知道消耗汽油的质量和汽油的热值，利用Q放＝mq求汽油完全燃烧放出的热量；（2）再利用效率公式η＝的变形公式W＝ηQ放可求出牵引力做的功，知道前进的距离，利用公式W＝Fs求出汽车的牵引力，知道汽车做匀速直线运动，受到的牵引力等于阻力，可求阻力；（3）提高热机效率的方法可以通过减少散热损失、机械损失等方法，主要途径还是要减少废气带走的能量． 【详解】(1)汽油完全燃烧放出热量：Q放＝mq汽油＝2kg×4.5×107J/kg＝9×107J；(2)由效率公式η＝可得，牵引力做的功：W＝ηQ放＝40%×9×107J＝3.6×107J；由功的公式W＝Fs可得，汽车的牵引力：F＝＝4×103N；因为汽车做匀速直线运动，所以受到的阻力f＝F＝4×103N；(3)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，因此提高热机效率的主要途径有：使燃料尽可能完全燃烧、减少废气带走的热量、减小摩擦、减小热散失等． 8．某家庭用的燃气热水器，将20 kg的水从20℃加热到70℃，完全燃烧了0.2 kg的燃气．已知水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃），燃气的热值为5×107 J/kg．求： （1）燃气完全燃烧放出的热量Q1； （2）水吸收的热量Q2； （3）该热水器烧水的效率． 【答案】1×107J 4.2×106J 42% 【解析】（1）知道燃气的体积和热值，根据Q放＝qm求出燃气完全燃烧放出的热量； （2）知道水的质量、水的比热容以及初温、末温，根据Q吸＝cm（t-t0）求水吸收的热量； （3）根据η＝求出该热水器烧水的效率． 【详解】(1)燃气完全燃烧放出的热量：Q1＝qm＝5×107J/kg×0.2kg＝1×107J； (2)水吸收的热量：Q2＝cm(t−t0)＝4.2×103J/(kg⋅℃)×20kg×(70℃−20℃)＝4.2×106J， (3)该热水器烧水的效率：η＝×100%＝42%． 9．每到夏收季节，大量农作物秸秆在田间被随意焚烧，这不仅造成资源浪费、环境污染，而且极易引发火灾等．为解决这一问题，现已研制出利用秸秆生产的节能环保型燃料——秆浆煤．若燃烧秆浆煤（热值为2.4×107J/kg），使50kg、20℃的水温度升高到80℃．求： （1）水的内能增加了多少（水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）） （2）如果秆浆煤燃烧释放的热量有30%被水吸收，需要完全燃烧多少千克秆浆煤． 【答案】 (1). 1.26×107J (2). 1.75 【解析】(1)Q＝cm△t＝4.2×103J/(kg⋅℃)×50kg×(80℃−20℃)＝1.26×107J，(2)由η＝得：秆浆煤放出的热量：Q放＝＝4.2×107J，由Q放＝mq得需要秆浆煤的质量：m′＝＝1.75kg .答：(1)水的内能增加了1.26×107J；(2)需要完全燃烧1.75千克秆浆煤． 考点3：能量的转化和守恒 1．在一定条件下，各种形式的能量都可以相互转化。能量还可以从一个物体转移到另一个物体。 2．内容：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。 【例1】（2021·甘肃武威市·中考真题）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”）。 【答案】化学 增大 【解析】 [1]火箭在加速上升过程中，燃料燃烧将化学能转化为燃气的内能，再转化为火箭的机械能。 [2]卫星的速度和高度都增大，质量不变，动能和重力势能都增大，机械能增大。 【例2】下列有关能量转化的说法错误的是（ ） A. 核电站发电——核能转化为电能 B. 电饭锅烧饭——电能转化为内能 C. 热机工作——机械能转化为内能 D. 太阳能电池一一太阳能转化为电能 【答案】C 【解析】A、核电站利用核裂变发电，将核能转化为电能，故A不符合题意； B、电饭锅消耗电能，将电能转化内能加热食物，故B不符合题意； C、热机工作时，将燃料燃烧产生的内能转化为机械能对外做功，故C错误，符合题意为答案； D、太阳能电池将太阳能转化为电能，故D不符合题意． 答案为C． 本考点考查的重点是动能和势能的转化、机械能与内能的转化或其他形式的能之间的转化,考查难度不大,解答的关键是要掌握和理解好能量守恒定律. 1．下列关于能量转化的说法正确的是（ ） A. 跳伞运动员在空中