第十四章 内能的利用（解析版）
知识点1：热机
1、热机：利用内能做功的机械叫热机
（1）热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。
（2）内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。
2、内燃机的工作原理：
（1）内燃机的每一个工作循环分为四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
（2）四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程对做功冲程起辅助作用，靠飞轮的惯性完成。
（3）做功冲程把内能转化为机械能；压缩冲程把机械能转化为内能。
（4）一个工作循环中对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转2周，飞轮转2圈。
3、汽油机和柴油机区别：
（1）构造区别：汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机汽缸顶部有喷油嘴。
（2）燃料区别：汽油机燃料是汽油，而柴油机燃料是柴油。
（3）工作区别：
①吸气冲程：汽油机吸进的是汽油和空气的混合物，柴油机吸进的仅仅是空气；
②压缩冲程：汽油机压缩的是汽油和空气的混合物，汽油机压缩的仅仅是空气；
③做功冲程：汽油机用火花塞点火（点燃），柴油机用喷油嘴喷油（压燃）。
知识点2：热机效率
1、热值：1kg（或1m3）某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。
（1）热值单位：J/kg 或J/ m3
（2）公式：Q＝qm 或Q＝qv（q为热值）。
（3）热值是燃料本身的一种特性，它的大小只取决于燃料的种类，而与燃料的质量、放热多少无关。
2、热机效率：热机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。
（1）公式：；
（2）提高热机效率的途径：①使燃料充分燃烧；②尽量减小各种热量损失；③机器零件
间保持良好的润滑、减小摩擦。
※在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
知识点3：能量的转化与守恒
1、能量守恒定律：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，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。
（1）能量及其存在的不同形式（各种不同形式的能量）
（2）能量的转化和转移（不同形式间是能量转化，同种形式之间是能量转移）
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。
考点1 热机
【典例1】（2021 海沧区二模）如图所示，礼花筒利用筒内的高压空气膨胀，将彩带喷向空中，产生喜庆效果。下列冲程与这一过程能量转化相同的是（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
【答案】C。
【分析】内燃机的做功冲程，内能转化为机械能；压缩冲程，机械能转为内能。
【解答】解：内燃机的做功冲程，高温高压燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能；礼花筒内的高压空气膨胀对外做功，将内能转化为机械能，相当于内燃机的做功冲程。故ABD错误，C正确。
故选：C。
【典例2】（2021 咸宁二模）下列关于汽车的说法中不正确的是（ ）
A．给汽车加油时能闻到汽油的味道，说明分子在不停地做无规则运动
B．常用水作汽车发动机的冷却液，是因为水的比热容较大
C．汽油机在做功冲程中把机械能转化为内能
D．汽车在刹车过程中，刹车片温度升高，是做功改变了它的内能
【答案】C。
【分析】（1）物质是由分子构成的，分子在永不停息地做无规则的运动；
（2）水的比热容较大，相同质量的水和其它物质比较，升高或降低相同的温度时，水吸收或放出的热量多；
（3）在汽油机在冲程中，将内能转化为机械能；
（4）改变物体内能的方式有两种：做功和热传递；当对物体做功时，机械能转化为内能，使物体的内能增加，温度升高。
【解答】解：A、给汽车加油时能闻到汽油的味道，是汽油分子运动到空气中，说明分子在不停地做无规则运动，故A正确；
B、水的比热容较大，与其它物质相比，在质量和升高的温度相同时，水吸收的热量多，所以常用水作汽车发动机的冷却液，故B正确；
C、在汽油机在做功冲程中，将内能转化为机械能，故C错误；
D、汽车在刹车过程中，要克服摩擦力做功，使刹车片的温度升高、内能增加，是做功改变了它的内能，故D正确。
故选：C。
【典例3】（2021 武侯区校级模拟）如图是内燃机的某一冲程，以下关于此冲程说法正确的是（ ）
A．此冲程是排气冲程
B．此冲程是做功冲程
C．此冲程中依靠飞轮惯性完成
D．此冲程将内能转化为机械能
【答案】C。
【分析】由进气门和排气门的关闭和打开情况、活塞的上行和下行情况来判断是哪个冲程；
内燃机有四个冲程，只有做功冲程是机械获得动力的冲程，其它三个冲程依靠飞轮惯性迅速完成；
四个冲程中压缩冲程是机械能转化为内能，做功冲程是内能转化为机械能，排气和吸气冲程没有能的转化。
【解答】解：由图可知，内燃机的进气门打开，排气门关闭，活塞下行，气体进入气缸，可以判断是吸气冲程，此冲程中依靠飞轮惯性完成的，吸气冲程没有能量的转化，故ABD错误，C正确。
故选：C。
【典例4】（2021 洪山区模拟）如图所示是四冲程汽油机的剖面图，关于其四个冲程的描述错误的是（ ）
A．吸气冲程中，汽油和空气的混合物进入汽缸
B．压缩冲程中，活塞的机械能转化为燃料混合物的内能
C．做功冲程中，具有很明显的机械能转化为内能的过程
D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量中很大部分
【答案】C。
【分析】四冲程汽油机一个工作循环有四个冲程，分别是吸气、压缩、做功和排气，其中只有做功冲程对外做功，将内能转化为机械能；另外还有压缩冲程有能量转化，将机械能转化为内能；根据气门的状态、活塞运动的方向确定冲程的种类。
【解答】解：
A、在汽油机在吸气冲程中，进气门打开、排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入汽缸，故A正确；
B、在压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，则燃料混合物的内能变大，此过程是机械能转化为内能的过程，故B正确；
C、在做功冲程中，燃气对活塞做功，内能转化为机械能，故C错误；
D、在排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的大部分，故D正确。
故选：C。
【典例5】（2021 福州三模）四冲程内燃机在压缩冲程中，将机械能转化为内能，这是通过 做功 方式改变气缸内气体的内能；在吸气冲程中，旋转飞轮带动曲轴连杆使活塞运动，增加飞轮的质量，可以 增大 （选填“增大”或“减小”）飞轮的惯性。
【答案】做功；增大。
【分析】（1）改变内能的方式有两种，做功和热传递，其中做功改变内能的本质是机械能与内能的转化，热传递改变内能的本质是内能的转移。
（2）物体保持原来运动状态不变的性质叫做惯性，惯性大小只与物体的质量有关。
【解答】解：（1）在四冲程汽油机的一个工作循环中，机械能转化为内能的是压缩冲程，在压缩冲程中，活塞压缩气缸内的气体，对气体做功，使气体的内能增加，温度升高，这是通过做功的方式改变了气缸内气体的内能；
（2）物体的质量越大，惯性越大，增加飞轮的质量，可以增大飞轮的惯性。
故答案为：做功；增大。
【典例6】（2020 惠民县模拟）如图所示，在试管内装适量的水，用橡皮塞塞住，加热使水沸腾，根据图中提供的信息回答下列问题。
（1）塞子冲出试管后，因为 惯性 继续向前运动；
（2）塞子被推出的过程中， 内 能转化成 机械 能，这个过程中能量转化与热机中的 做功 冲程相同。
【答案】（1）惯性；（2）内；机械；做功。
【分析】（1）物体保持运动状态不变的性质叫做惯性；
（2）做功可以改变物体的内能：当对物体做功时，机械能转化为内能；当物体对外做功时，内能转化为机械能；
四冲程汽油机一个工作循环有四个冲程，分别是吸气、做功、压缩和排气冲程，做功冲程对外做功，将内能转化为机械能；压缩冲程有能量转化，将机械能转化为内能。
【解答】解：
（1）塞子冲出试管后继续向前运动，是因为塞子具有惯性，仍然要保持原来的运动状态；
（2）对水持续加热，试管中产生大量水蒸气，水蒸气膨胀做功，将软木塞顶起，塞子被推出的过程中，水蒸气的内能转化为塞子的机械能；
内燃机的做功冲程将内能转化为机械能，因此这一现象相当于内燃机的做功冲程。
故答案为：（1）惯性；（2）内；机械；做功。
【典例7】（2020 汉阳区模拟）“一方有难，八方支援”，武汉新冠疫情期间，全国各地紧急驰援。如图甲，汽车装载防疫物资前往武汉。
（1）新型冠状病毒可通过飞沫传播，飞沫的运动 不是 （是、不是）分子运动；
（2）该汽车以50kW的功率在水平的路面上匀速直线运动时，速度表的示数如图乙所示，汽车所受阻力为 2000 N；
（3）汽油机在如图丙所示的冲程中，能量转化是： 机械能转化为内能 ；
（4）为防止发动机温度过高，可用水进行冷却，如果散热器中装有10kg的20℃水，在水温升高50℃时，水吸收的热量是 2.1×106 J．[c水＝4.2×103J/（kg ℃）]
【答案】（1）不是；（2）2000；（3）机械能转化为内能；（4）2.1×106。
【分析】（1）飞沫不是分子；
（2）由P＝＝＝Fv求出汽车受到的牵引力，因汽车在水平的路面上匀速直线运动，则由二力平衡条件可得汽车受到的阻力；
（3）两个气门是关闭的可以判断是压缩冲程或做功冲程，两个气门中有一个气门关闭一个气门打开可以判断是排气冲程或吸气冲程，然后再通过活塞上行还是下行判断是什么冲程；然后判断能量是如何转化的；
（4）根据吸收热量的公式Q＝cm△t，求水吸收的热量。
【解答】解：
（1）新型冠状病毒可通过飞沫传播，飞沫不是分子，故飞沫的运动不是分子运动；
（2）由速度表知，车行驶的速度v＝90km/h＝m/s＝25m/s，
汽车的功率P＝50kW＝50000W，
由P＝＝＝Fv得，汽车受到的牵引力：
F＝＝＝2000N，
因汽车在水平的路面上匀速直线运动，
所以由二力平衡条件可得汽车受到的阻力f＝F＝2000N；
（3）如图，两个气门都关闭，活塞上行，则可以判断是压缩冲程，在压缩冲程中机械能转化为内能；
（4）水吸收的热量：
Q吸＝cm△t＝4.2×103J/（kg ℃）×10kg×50℃＝2.1×106J。
故答案为：（1）不是；（2）2000；（3）机械能转化为内能；（4）2.1×106。
考点2 热机效率
【典例8】（2021 滨海县二模）2021年4月29日，长征5号B运载火箭搭载着中国空间站天和核心舱一飞冲天。长征5号B运载火箭使用液态氢作为燃料，主要是因为液态氢的（ ）
A．热值大 B．沸点低 C．密度小 D．凝固点低
【答案】A。
【分析】某种燃料完全燃烧放出的热量和质量的比值叫热值，质量相同时，热值越大的燃料在完全燃烧时，释放出的热量越多。
【解答】解：卫星的火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢的热值大，与其它燃料相比，质量相同时，液态氢完全燃烧时，可以释放出更多的热量，故A正确。
故选：A。
【典例9】（2021 温江区模拟）关于热机，下列说法正确的是（ ）
A．热机的效率越高说明热机做功越快
B．在做功同样多的情况下，消耗的燃料越多，热机的效率越高
C．新能源汽车的发动机的效率可达100%
D．做功冲程既存在化学能转化为内能也存在内能转化为机械能
【答案】D。
【分析】（1）功率是描述热机做功快慢的物理量，效率是表示机器有效利用能量占总能量的百分数；
（2）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。
（3）任何机器都不可避免的做额外功，效率不可能达到100%；
（4）在做功冲程中，燃料燃烧时将化学能转化为燃气的内能，高温高压燃气的内能又转化为机械能，据此分析。
【解答】解：A、功率是描述热机做功快慢的物理量，即功率越大，热机做功越快，故A错误；
B．热机的效率越高，做有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值越大，即在做功相同的情况下，消耗的燃料较少，或消耗相同的燃料，做功较多，故B错误；
C、新能源汽车在工作时不可避免的要克服机械部件间的摩擦做额外功，机械效率一定小于100%．故C错误；
D、在做功冲程中，燃料燃烧时将化学能转化为燃气的内能，高温高压燃气的内能又转化为机械能，故D正确。
故选：D。
【典例10】（2021 新华区校级一模）单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1800r/min，此汽油机在每秒钟内（ ）
A．完成120个冲程，对外做功30次
B．完成60个冲程，对外做功15次
C．完成30个冲程，对外做功15次
D．完成60个冲程，对外做功30次
【答案】B。
【分析】内燃机完成1个工作循环，四个冲程，飞轮转2转，对外做功1次。
【解答】解：飞轮转速为1800r/min＝30r/s，
因一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，做功1次，完成4个冲程，
所以，该汽油机1s内完成60个冲程，对外做功15次。
故选：B。
【典例11】（2021 丹江口市模拟）汽油机工作时的热损失情况是：汽缸散热损失30%，废气带走35%。机械摩擦损耗10%，则完全燃烧2g汽油（热值为4.6×107J/kg）获得的机械能是（ ）
A．2.76×104J B．3.22×104J C．2.3×104J D．0.92×104J
【答案】C。
【分析】（1）燃料产生的总能量是100%，减去所有消耗的（废气带走的能量占总能量的35%、气缸向周围散热损失的能量占总能量的30%、克服机械运行的摩擦损失的能量占总能量的10%），就是做有用功的了，也就是所求的机械效率；
（2）知道汽油的质量和热值，利用燃料完全放热公式Q放＝qm求汽油完全燃烧产生的热量（总能量）；
（3）知道汽油机的效率，利用效率公式求有用机械能。
【解答】解：汽油机的效率为：η＝100%﹣30%﹣35%﹣10%＝25%，
2g汽油完全燃烧产生的热量为：
Q放＝mq＝2×10﹣3kg×4.6×107J/kg＝9.2×104J，
（3）根据η＝×100%可知，获得的机械能为：
W有用＝ηQ放＝25%×9.2×104J＝2.3×104J。
故选：C。
【典例12】（2021 扬州三模）如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量、烧杯内液体质量及液体初温均相同。利用 甲、乙 两图进行实验可以比较燃料2和燃料1的热值大小，不考虑热量损失，燃料点燃直至燃尽，三装置烧杯中液体升高的温度随时间变化的图像如图丁所示。由图丁可知：液体a的比热容是液体b的 0.5 倍， 乙 （选填“甲”、“乙”或“丙”）图中液体吸收的热量最少。
【答案】甲、乙；0.5；乙。
【分析】探究燃料热值大小的实验时，需要控制燃料的质量相同，种类不同，去加热相同的液体；
根据甲、丙图像，利用c＝分析比热容的大小；
根据四个图像分析液体吸收热量的多少。
【解答】解：探究燃料热值大小的实验时，采用的是控制变量法，实验中需要控制燃料的质量相同，种类不同，去加热相同的液体，所以需要对比甲、乙两图来比较燃料2和燃料1的热值大小；
根据甲、丙图像可知，用相同的燃料加热，在相同时间内吸收的热量相同，a和b的质量相同，吸收相同的热量，根据图丁可知，a升高的温度是b升高温度的2倍，根据c用c＝可知，液体a的比热容是液体b的0.5倍；
由图可知，甲、丙中燃料的质量相同，放出的热量相同，液体吸收的热量相同；甲、乙中液体的质量相同，乙中液体温度升的低，根据Q＝cmΔt可知，乙中液体吸收的热量少。
故答案为：甲、乙；0.5；乙。
【典例13】（2021 肥西县一模）如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是m1＝30g，烧杯内的液体质量相同，均为m2＝100g。
（1）若比较不同燃料的热值：
①应选择 甲乙 两图进行实验；
②燃料完全燃烧放出热量的多少，是通过相同质量的同种液体温度升高的多少来反映；
③若甲图烧杯中为水，燃料完全燃烧可使温度计示数升高30℃，本实验根据公式qm1＝cm2△t，计算出燃料的热值比其标准值 偏小 （选填“偏大”“偏小”或“相等”）。
（2）若比较不同物质吸热升温的特点：
①应选择甲、丙两图进行实验；
②不同物质吸热的多少是通过 加热时间 来反映的。
【答案】（1）①甲、乙；③偏小；（2）②加热时间。
【分析】（1）燃料的热值大小不能直接测量，需要通过液体吸收热量的多少来体现燃料燃烧放出热量的多少，而液体吸收热量的多少跟液体的质量和升高的温度有关，因此为了比较热值大小要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小；在此实验中，酒精燃烧放出的热量大部分未被水吸收；
（2）为了比较两种液体的比热容，需要燃烧相同的燃料，加热不同的液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断两种比热容的大小关系。
【解答】解：
（1）①为了比较热值大小要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小，应选择甲、乙两图进行实验；
③由于燃料燃烧释放的热量不能全部被液体吸收，使得实验得到的燃料热值偏小；
（2）为了比较两种液体的比热容，需要燃烧相同的燃料，加热不同的液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断两种比热容的大小关系，应选择甲、丙两图进行实验；
根据转换法，不同物质吸热的多少是通过加热时间来反映的。
故答案为：（1）①甲、乙；③偏小；（2）②加热时间。
【典例14】（2021 冠县二模）学习热学知识后，两位同学设计了一个测定液化气热值的实验，取500g水放入锅中，用温度计测得水的初始温度为20℃，读出液化气表的示数为12.560m3，然后用液化气给水加热。当温度计的示数为80℃时，液化气表的示数为12.563m3[c＝4.2×103J/（kg ℃）]
（1）实验过程中水吸收的热量Q吸；
（2）理想状况下可求得液化气的热值为多少？
（3）但实际上利用该方法测得的液化气的热值是偏小的，为什么？
【分析】（1）知道水的质量、比热容和升高的温度，利用Q＝cm△t求水吸收的热量；
（2）结合消耗的液化气的体积，利用q＝可计算液化气的热值；
（3）加热过程中，有热量的散失。
【解答】解：
（1）已知水的质量m＝500g＝0.5kg，△t＝80℃﹣20℃＝60℃，
水吸收的热量：Q吸＝cm△t＝4.2×103J/（kg ℃）×0.5kg×60℃＝1.26×105J；
（2）消耗液化气的体积：V＝12.563m3﹣12.560m3＝0.003m3。
理想状况下，液化气完全燃烧放出的热量：Q放＝Q吸＝1.26×105J，
热值：q＝＝＝4.2×107J/m3；
（3）在加热的过程中，燃料放出的热量不可能全部被水吸收，有热量的散失，且液化气不可能完全燃烧，所以使得测量的热值偏小。
答：（1）在此过程中水吸收的热量为1.26×105J；
（2）此次实验测得液化气的热值为4.2×107J/m3；
（3）燃料放出的热量不可能全部被水吸收，有热量的散失。
【典例15】（2021 珠海校级模拟）已知天然气的热值为4×107J/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg ℃）。求：
（1）完全燃烧1.4×10﹣2m3天然气放出多少热量？
（2）若某天然气灶的效率为60%，则这些天然气可将质量为4kg、初温为25℃的水升高到多少摄氏度？（当地的大气压为1标准大气压）
【分析】（1）已知天然气的热值和体积，利用Q放＝Vq求这些天然气完全燃烧放出的热量；
（2）已知天然气放出的热量和热效率，可求水吸收的热量；又知道水的比热容、质量，利用Q吸＝cm△t求水升高的温度；知道水的初温度，可求末温。
【解答】解：
（1）完全燃烧1.4×10﹣2m3天然气放出的热量：
Q放＝Vq＝1.4×10﹣2m3×4×107J/m3＝5.6×105J；
（2）由η＝可得水吸收的热量：
Q吸＝ηQ放＝60%×5.6×105J＝3.36×105J；
由Q吸＝cmΔt可得，水升高的温度：
Δt＝＝＝20℃，
则水的末温度为：t2＝t1+Δt＝25℃+20℃＝45℃。
答：（1）完全燃烧1.4×10﹣2m3天然气放出的热量为5.6×105J；
（2）若某天然气灶的效率为60%，则这些天然气可将质量为4kg、初温为25℃的水加热到45℃。
考点3 能量的转化与守恒
【典例16】（2021 港南区三模）下列有关能量转化的说法，错误的是（ ）
A．过山车向下运动时是重力势能转化为动能
B．给电动车充电时，是将电能转化为化学能
C．汽车在刹车过程中，刹车片会发热，是将内能转化为动能
D．自行车运动员奋力蹬车时，人体内的一部分化学能转化为动能
【答案】C。
【分析】判断能量的转化，我们主要看它要消耗什么能量，得到什么能量，总是消耗的能量转化为得到的能量。
【解答】解：
A、过山车向下运动时质量不变，高度减小，速度增大，则重力势能减少，动能增多，是重力势能转化为动能，故A正确；
B、给电动车充电时，蓄电池相当于用电器，这一过程是将电能转化为化学能，故B正确；
C、汽车在刹车过程中，刹车片会发热，将动能转化为内能，故C错误；
D、自行车运动员奋力蹬车时，消耗了人体的化学能，获得了动能，所以人体内的一部分化学能转化为动能，故D正确。
故选：C。
【典例17】（2021 成都模拟）关于能量守恒定律，下列说法正确的是（ ）
A．能量守恒定律只适用于机械能与内能的相互转化
B．能量守恒定律只适用于能量转化的过程
C．摩擦生热是创造了热，并不符合能量守恒定律
D．按照能量守恒定律，宇宙中能量的总量永远不会增减
【答案】D。
【分析】能量即不会消灭，也不会创生，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体上，在转移和转化的过程中能的总量是保持不变的。
【解答】解：A、能量守恒定律适用于自然界中任何形式能的相互转化，故错误；
B、能量守恒定律既适用能量转化过程，又适用于能量的转移过程，故错误；
C、“摩擦生热”是将机械转化为内能的过程，所以它也是符合能量守恒定律的，故错误；
D、据能量守恒定律，宇宙中的能量总和不变，故正确；
故选：D。
【典例18】（2021 武进区二模）如图一根细绳上端固定，下端系一金属小球，制成一个单摆。现将小球拉到离地面50cm高的位置A后静止释放，小球摆到右侧最高点C，C点离地面高度为40cm，随后小球由C点再次摆到左侧最高点D（D点未标出），则D点离地面的高度可能是（ ）
A．40cm B．35cm C．30cm D．25cm
【答案】B。
【分析】物体的动能由质量和速度决定，重力势能由质量和高度决定，分析摆动过程中质量、速度、高度的变化，判断出动能和重力势能的转化；机械能守恒的条件：只有动能和势能的相互转化或者只有重力做功，机械能才守恒。
【解答】解：
小球从A 点开始向C点摆动过程中，由于要克服空气的摩擦而做功，机械能转化为内能，机械能会减小，所以小球摆到右侧最高点C要小于A点距离地面的高度，在此过程中小球的高度减小了10cm；随后小球由C点再次摆到左侧最高点D过程中小球依然要克服空气的摩擦而做功，机械能转化为内能，机械能会继续减小；但是在此过程中，小球摆动的幅度比小球从A 点开始向C点的幅度小，即消耗的机械能小，所以小球的高度的减小量小于10cm，即D点离地面的高度在40cm和30cm之间，故B正确。
故选：B。
【典例19】（2021 淮安区校级模拟）如图展示了一个极具想象力的设计：它通过高处的水流冲击叶轮，叶轮带动打磨轮打磨工件，同时带动抽水器将水从低处抽到高处，实现循环工作，请判断，该设计是否符合能量守恒定律？ 不能 ，说明理由： 因为高处水池中水的重力势能，只有部分转化为叶轮的动能；而叶轮的动能部分用来打磨物体及转动部分摩擦做功，不会全部提供给水泵用来提升水，该设计违背了能量守恒定律 。
【答案】不能；因为高处水池中水的重力势能，只有部分转化为叶轮的动能；而叶轮的动能部分用来打磨物体及转动部分摩擦做功，不会全部提供给水泵用来提升水，该设计违背了能量守恒定律。
【分析】水从高处落下冲击叶轮，有一部分重力势能转化为叶轮的动能，还有一部分重力势能转化为掉入水池中的水的动能。转化为叶轮的动能的那部分能量也没有全部提供给水泵用来提升水，还有一部分用来打磨物体及转动部分摩擦做功。
【解答】答：不能；因为高处水池中水的重力势能，只有部分转化为叶轮的动能；而叶轮的动能部分用来打磨物体及转动部分摩擦做功，不会全部提供给水泵用来提升水，该设计违背了能量守恒定律。
【典例20】（2021 游仙区模拟）释放化学能的过程不断地发生在你的体内。食物也是一种“燃料”，营养成分在人体细胞里与氧结合，提供细胞组织所需能量。这种过程没有火焰但化学能同样可以转变为内能，因此人的体温保持在37℃左右。从能量守恒的角度说说，食物提供的化学能还转变为哪些能量？
【分析】食物为人类提供的化学能可以转化为内能、机械能和电能。
【解答】答：食物也是一种“燃料”，食物在体内“燃烧”时，一部分可用来维持体温，即食物提供的化学能可以转化为内能；食物提供的化学能还可以转化为人的机械能（为人跑步、行走提供动力）；因为人体内还会产生微弱的生物电流，所以食物提供的化学能还可以转化为电能。
一、选择题。
1．（2021 本溪二模）下列说法中错误的是（ ）
A．变瘪了的乒乓球放在热水中鼓起，是由于分子的体积变大
B．四冲程热机的飞轮转一周经过2个冲程
C．墙内开花墙外香，是由于分子在不停地做无规则运动
D．将两个干净平整的铅柱紧压在一起会结合起来，说明分子间存在引力
【答案】A。
【分析】（1）物质是由分子组成的，一切物质的分子都在不停地做无规则运动，分子间存在相互作用的引力和斥力，分子之间存在间隙；
（3）四冲程内燃机曲轴转一圈，完成2个冲程，1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次。
【解答】解：A、变瘪了的乒乓球放在热水中鼓起，是因为温度升高，分子间的间隔变大，球内气体的体积变大，故A错误；
B、四冲程热机的飞轮转动一圈完成两个冲程，故B正确；
C、墙内开花墙外香属于扩散现象，是花香分子在不停地做无规则运动的结果，故C正确；
D、将两个干净平整的铅柱紧压在一起会结合起来，说明分子间存在引力，故D正确。
故选：A。
2．（2021 天津一模）某汽油机的四个冲程如图所示，在该汽油机的一个工作循环中，将内能转化为机械能的是（ ）
A． B． C． D．
【答案】C。
【分析】汽油机四个冲程中压缩冲程是机械能转化为内能，做功冲程是内能转化为机械能，排气和吸气冲程没有能的转化。
【解答】解：
A、图中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，将汽油和空气的混合物吸入气缸，故A错误；
B、图中两个气门都关闭，此时活塞向上运动，是压缩冲程，气缸内气体的内能增加，故B错误；
C、图中两个气门都关闭，火花塞点火，此时活塞向下运动，是做功冲程，将内能转化为机械能，故C正确；
D、图中排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动，是排气冲程，靠飞轮的惯性来完成，故D错误。
故选：C。
3．（2021 五华区校级三模）下列说法中正确的是（ ）
A．内燃机压缩冲程是内能转化为机械能
B．内燃机做功冲程是机械能转化为内能
C．内燃机的飞轮的作用是完成其他三个辅助冲程
D．内燃机的一个工作循环包括两个冲程
【答案】C。
【分析】内燃机的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。只有做功冲程，做功冲程把内能转化为机械能，对外提供动力，其它三个冲程靠飞轮的惯性完成，一个工作循环中曲轴转两圈，做功一次。
【解答】解：A、四冲程内燃机工作中，压缩冲程将机械能转化为内能，故A错误；
B、四冲程内燃机在工作中做功冲程把内能转化为机械能，故B错误；
C、四冲程内燃机的吸气冲程，压缩冲程，排气冲程都是靠飞轮惯性来完成的，故C正确；
D、内燃机的一个工作循环由四个冲程组成，故D错误。
故选：C。
4．（2021 包头模拟）下列说法正确的是（ ）
A．物体放出热量，温度一定降低
B．燃料的热值与燃料的质量有关
C．清晨，山间飘渺的雾是水汽化形成的
D．夏天，在食品运输车里放些干冰降温，是利用干冰升华吸热
【答案】D。
【分析】（1）物体放出热量，温度不一定降低，如水凝固过程中放出热量，内能减少，温度不变；
（2）燃料的热值是燃料本身的一种特性，与燃料的种类有关，与燃料的质量、与是否完全燃烧没有关系；
（3）物质由气态变为液态的过程叫液化；
（4）物质由固态直接变为气态的过程叫升华，升华过程吸收热量。
【解答】解：A、物体放出热量，温度可能降低，可能不变，如水凝固过程中放出热量，内能减少，温度不变，故A错误；
B、燃料的热值是燃料本身的一种特性，与燃料的种类有关，与燃料的质量、是否完全燃烧没有关系，故B错误；
C、雾是液态的小水滴，是空气中的水蒸气遇冷由气态变化形成的，属于液化现象，故C错误；
D、夏天，在食品运输车里放些干冰降温，干冰可从固态直接变为气态升华，此过程吸收热量，故D正确。
故选：D。
5．（2021 海南一模）下列说法正确的是（ ）
A．热机消耗的燃料越多效率就越低
B．热传递中温度总是从热物体传给冷物体
C．疫情期用酒精消毒感到凉是液化现象
D．沿海地区昼夜温差小是因为水的比热容大
【答案】D。
【分析】（1）热机的效率等于热机所做的有用功与燃料完全燃烧放出热量的比值。
（2）热传递过程中，内能（热量）从高温物体传递到低温物体。
（3）物质由液态变为气态的过程叫汽化，汽化吸热。
（4）水的比热容大，导致沿海地区的昼夜温差小。
【解答】解：A、热机消耗的燃料越多，效率不一定越低，效率还与热机所做有用功有关，故A错误；
B、热传递中内能（热量）总是从热物体传给冷物体，故B错误；
C、疫情期用酒精消毒感到凉，是因为酒精汽化吸热，故C错误；
D、沿海地区昼夜温差小是因为水的比热容大，故D正确。
故选：D。
6．（2021 秦淮区二模）为了比较两种燃料的热值，小明采用如图所示两套完全相同装置进行实验，下列说法正确的是（ ）
A．通过调节铁圈A的位置，使温度计处于适当的高度
B．实验中需要保证两种燃料燃烧时间相同
C．将两套装置中两个烧杯中的水换成比热容小的液体可以使实验现象更明显
D．如要进一步研究不同物质的吸热能力，只需将其中一个烧杯中的水换成等质量煤油
【答案】C。
【分析】（1）该实验中采用了控制变量法和转换法，由于燃料的热值不能直接测量，所以通过水温升高的多少来反映燃料的热值大小，又由于燃料燃烧释放的热量既与燃料的质量多少有关，又与燃料的热值大小有关，所以需要控制两种燃料的质量相同，且全部燃烧；
（2）研究不同物质的吸热能力时，实验中需要用相同的热源加热，即用相同的燃料进行加热，且两个烧杯中不同液体的质量相等。
【解答】解：A、实验中通过调节铁圈B的位置，使温度计处于适当的高度，故A错误；
B、实验中采用的是控制变量法，需要控制两种燃料的质量相同，并且全部燃烧，不需要控制燃烧时间相同，故B错误；
C、将两烧杯中的水换成比热容小的液体，在吸收相同热量时，比热容越小，温度变化越大，可以使实验现象更明显，故C正确；
D、如要进一步研究不同物质的吸热能力，实验中需要用相同的热源加热，即用相同的燃料进行加热，还需要将其中一个烧杯中的水换成等质量的煤油，故D错误。
故选：C。
7．（2020 福建模拟）下列有关热的说法正确的是（ ）
A．晶体在熔化过程中温度不变，内能也不变
B．热机所用燃料的化学能转化成的内能越多，该热机的效率越高
C．某台四冲程汽油机的飞轮转速为 2400 r/min，则1s内该汽油机对外做功80次
D．在沿海，由于陆地和大海升、降温快慢不同，所以白天的风通常从大海吹向陆地
【答案】D。
【分析】（1）物体吸收热量内能增加，温度可能升高可能不变；
（2）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产生的能量之比，比值越大，则效率越高；
（3）汽油机的一个工作循环由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程四个冲程组成。在一个工作循环中，经历4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴和飞轮转2周，做功1次；
（4）根据水的比热容比泥土、沙石的比热容大的特点以及风是从密度大的地区吹向密度小的地区来分析海风的形成过程。
【解答】解：A、晶体在熔化过程中吸收热量，内能增加，温度不变，故A错误；
B、热机效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出能量的比值，所用燃料的化学能转化成热机的机械能越多，效率越高，故B错误；
C、四冲程汽油机的飞轮转速为2400r/min＝40r/s，即该飞轮每秒钟转40圈，因为飞轮转2圈，对外做功1次，所以飞轮转40圈，对外做功20次，故C错误；
D、由于地面和海水的比热不同，海水的比热容大于陆地的比热容，在同样太阳光的照射下，地面和大海升温和降温的快慢不同，从而使空气形成对流。
白天，地面比大海升温快，地面热空气密度较小，热空气上升，海面较冷的空气就会来补充，于是冷空气沿海面吹向陆地，形成海风，故D正确。
故选：D。
8．（2021 福建模拟）中国力争在2030年前实现“碳达峰”。为了践行绿色低碳发展，我市推行纯电动汽车（如图）。汽车蓄电池充电过程中将（ ）
A．机械能转化为电能 B．电能转化为机械能
C．电能转化为化学能 D．化学能转化为电能
【答案】C。
【分析】电路中消耗电能的装置为用电器，提供电能的装置为电源。
【解答】解：给汽车蓄电池充电时，蓄电池相当于用电器，将电能转化为化学能。
故选：C。
9．（2021 长沙模拟）2020年12月3日23时10分，嫦娥五号上升器点火起飞，携带月壤进入预定环月轨道，实现我国首次地外天体起飞。下列说法正确的是（ ）
A．燃料燃烧时将化学能转化为内能
B．燃料燃烧时将机械能转化为内能
C．起飞过程加速上升时，将动能转化为重力势能
D．起飞过程加速上升时，上升器机械能守恒
【答案】A。
【分析】（1）分析能量的转化时，主要看它要消耗什么能量，得到什么能量，因为总是消耗的能量转化为得到的能量；（2）影响动能大小的因素是物体的质量和速度，影响重力势能大小的因素是物体的质量和高度，动能和势能统称为机械能；在分析各个能量的变化时，根据各自的影响因素进行分析判断。
【解答】解：
AB、燃料具有化学能，燃料燃烧时将化学能转化为内能，故A正确，B错误；
CD、嫦娥五号上升器加速上升时，其质量不变，速度和高度都变大，则动能和重力势能都增大，所以机械能也增大（即机械能不守恒），此过程中没有将动能转化为重力势能，故CD错误。
故选：A。
10．（2021 洪泽区二模）一杯水的内能自发集中到这杯水的上层，使上面的水剧烈地沸腾，而下面的水却结成了冰。这样的情景是不会出现的原因是（ ）
A．违反能量守恒定律 B．水的比热容大
C．能量的转移有方向性 D．冰的密度较小
【答案】C。
【分析】能量的转化和转移具有方向性，据此结合题意解答。
【解答】解：因能量的转移具有方向性，内能会自发地从高温处向低温处转移，不会逆向转移，所以不会出现题中所说的情景。故C正确，ABD错误。
故选：C。
二、填空题。
11．（2021 珠海校级模拟）如图所示，图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图，机械能转化为内能的冲程是 C 图（选填字母）。D图是 做功 冲程，图E、F是演示实验的示意图，与D图原理相同的是 F 图所示的演示实验（选填字母）。
【答案】C；做功；F。
【分析】（1）判断汽油机的四个冲程，先看进气门和排气门的关闭情况，进气门打开的是吸气冲程，排气门打开的是排气冲程，进气门和排气门都关闭的是压缩冲程或者做功冲程；活塞上行为压缩冲程和排气冲程；活塞下行为吸气冲程和做功冲程；
（2）改变物体内能的方式有热传递和做功两种，做功改变物体内能的实质是能量的转化，对物体做功，物体的内能增加，温度升高；物体对外做功，物体的内能减少，温度降低。
【解答】解：（1）A图中，排气门开启，活塞上行，气体流出汽缸，是排气冲程；
B图中，进气门开启，活塞下行，气体流入汽缸，是吸气冲程；
C图中，两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，此冲程将机械能转化为内能；
D图中，两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，此冲程将内能转化为机械能；
（2）E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；
F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；
汽油机的做功冲程中将内能转化为机械能，因此与做功冲程原理相同的是F实验。
故答案为：C；做功；F。
12．（2021 海曙区模拟）家庭汽车作为一种普通交通工具已走进千家万户。
（1）汽车发动机一般是汽油机，汽油机是向汽车提供动力的装置。在 做功 冲程把燃料燃烧产生的内能转化为机械能。
（2）为确保发动机正常工作，需对其冷却。一般使用水来充当冷却剂，这是因为： 水的比热大，升高相同温度吸收的热量多，冷却效果最好 。
【答案】做功;水的比热大，升高相同温度吸收的热量多，冷却效果最好。
【分析】（1）内燃机的一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，其中压缩冲程将机械能转化成内能，做功冲程将内能转化成机械能；
（2）与其它液体相比，水的比热最大，在质量和升高的温度相同时，水吸收的热量最多。
【解答】解：（1）内燃机的四个冲程中，实现将内能转化成机械能的是做功冲程；
（2）汽车发动机工作过程时，不可避免地产生很多热量，这些热量如不及时带走会影响机器的正常工作，由公式Q＝cm△t知，在质量和升高的温度相同时，与其它液体比较，因为水的比热大，升高相同温度吸收的热量多，冷却效果最好。
故答案为：（1）做功；（2）水的比热大，升高相同温度吸收的热量多，冷却效果最好。
13．（2021 高新区一模）一台四冲程汽油机飞轮转速是2400r/min，此汽油机每秒钟对外做功 20 次。对外做功时，汽油机将汽油的 内 能转化为 机械 能。
【答案】20；内；机械。
【分析】（1）单缸四冲程汽油机完成一个工作循环，燃气对外做功一次，活塞往复两次，飞轮转动两周，完成4个冲程。
（2）对外做功时，汽油机将汽油的内能转化为机械能。
【解答】解：（1）四冲程汽油机一个工作循环，飞轮转动2周，所以飞轮1min转2400转，就相当于有1200个工作循环；
一个工作循环有4个冲程，但只有做功冲程对外做了功，所以1min对外做功1200次，那么1s对外做功的次数：n＝＝20（次）；
（2）对外做功时，汽油机将汽油的内能转化为机械能。
故答案为：20；内；机械。
14．（2021 南宁三模）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧可放出 4.2×107 J的热量；若这些热量全部被质量为200kg，温度为15℃的水吸收，则吸热后水的温度为 65 ℃。[c水＝4.2×103J/（kg ℃）；q氢＝1.4×108J/kg]
【答案】4.2×107；65。
【分析】根据Q＝mq求出这些燃料完全燃烧放出的热量；根据Q吸＝Q放＝cm△t求水升高的温度。
【解答】解：0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq＝0.3kg×1.4×108J/kg＝4.2×107J；
水吸收的热量：Q吸＝Q放＝4.2×107J，
由Q吸＝cm△t得水升高温度：
△t＝＝＝50℃，
则吸热后水的温度为t＝15℃+50℃＝65℃。
故答案为：4.2×107；65。
15．（2021 淮安二模）白炽灯有电流通过，发光的同时产生的 内能 散失在空气中，这些能量无法自动再转化为电能：汽车制动过程中 机械 转化为地面、轮胎空气的内能，这些内能同样无法自动再用来开动汽车。
【答案】内能；机械。
【分析】能量转化和转移是有方向性的，并且能量在转化或转移的过程中总量保持不变。
【解答】解：白炽灯有电流通过，白炽灯发光，同时白炽灯产生的内能散失在空气中，无法自动转化为电能或机械能；
汽车制动过程中，克服摩擦做功，机械能转化为地面、轮胎、空气的内能，这些内能同样无法自动再用来开动汽车；
这些现象均说明能量的转移和转化是具有方向性的。
故答案为：内能；机械。
16．（2020 徐汇区二模）用力能拉长橡皮筋，表明力能使物体发生 形变 ；拉长的橡皮筋能将纸做的子弹射出，说明被拉长的橡皮筋具有 势能 （选填“势能”或“动能”）；反复拉伸橡皮筋，它的温度会升高，这是通过 做功 的方式改变其内能
【答案】形变；势能；做功。
【分析】力可以改变物体的运动状态或形状；物体发生弹性形变后会具有弹性势能；对物体做功，物体的内能会变大。
【解答】解：用力能拉长橡皮筋，橡皮筋的形状发生了变化，表明力能使物体发生形变；
拉长的橡皮筋发生了弹性形变，具有弹性势能，能将纸做的子弹射出；
反复拉伸橡皮筋，对橡皮筋做功，橡皮筋的内能变大，温度会升高。
故答案为：形变；势能；做功。
三、实验探究题。
17．（2021 珠海校级模拟）在“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”实验中，小林选用碎纸片和酒精为燃料进行了实验。
（1）小林将天平放在水平桌面上并将游码归零后，若指针静止时位置如图甲所示，则他应将平衡螺母向 左 端调节；图乙是正确测量所用碎纸片质量时的场景，此时游码所处位置如图丙所示，则他还应称量 7.5 g的酒精；
（2）小林组装的实验装置如图丁所示，他在器材安装中的一处错误 温度计的玻璃泡接触到了容器底 。
（3）本实验中，燃料完全燃烧放出热量的多少是通过 温度计的示数变化 来反映的；
（4）为保证实验结论的可靠，以及方便比较，小林同学在实验中应让下列 ①② （填序号）保持相同。
①酒精和碎纸片的质量；②两烧杯中水的质量；③加热的时间； ④水升高的温度；
（5）完成实验数据记录如表。根据表中数据，酒精和碎纸片热值较大的是 酒精 。通过实验得到的燃料热值与实际相比会偏 小 （选填“大”或“小”）。
燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽时的水温/℃ 水温的变化/℃
酒精 20 80 60
碎纸片 20 65 45
【答案】（1）左；7.5；（2）温度计的玻璃泡接触到了容器底；（3）温度计的示数变化；（4）①②；（5）酒精；小。
【分析】（1）把天平放在水平桌面上，首先将游码调到标尺左端的零刻线处，从指针的偏转判断天平横梁哪端上翘，平衡螺母向上翘的一端移动。碎纸片的质量等于砝码质量与游码对应的刻度值的和；
根据题意可知，为了比较热值大小，要用相同质量的不同的燃料；
（2）根据温度计的使用规则分析解答；
（3）（4）（5）燃料的热值大小不能直接测量，需要通过液体吸收热量的多少来体现燃料燃烧放出热量的多少，而液体吸收热量的多少跟液体的质量和升高的温度有关，因此为了比较热值大小要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小；测得热值偏小有两个原因，一是“烧杯、空气也吸收热量”，二是“燃料不可能完全燃烧”。
【解答】解：
（1）把天平放在水平桌面上，将游码调到标尺左端的零刻线处；此时指针偏向右侧，说明天平的左侧上翘，平衡螺母应向左移动；
如图乙和丙所示，碎纸片的质量m＝5g+2.5g＝7.5g；
为了比较热值大小，要用相同质量的不同的燃料，所以则他还应称量7.5g的酒精；
（2）由图丁知，实验中温度计的玻璃泡碰到了容器底；
（3）为了比较热值大小，要用相同质量的不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数变化得出吸热多少，进而判断热值大小；
（4）实验中要用相同质量的不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，故选①②；
（5）由表格数据可知，相同质量的酒精和碎纸片燃尽时，酒精燃烧放出的热量可以将水的温度升高60℃，碎纸片燃烧放出的热量可以将水的温度升高45℃，可见酒精的热值比碎纸片的大；
因为烧杯、空气也吸收热量（即存在热损失），并且燃料不可能完全燃烧，所以测得的热值会偏小。
故答案为：（1）左；7.5；（2）温度计的玻璃泡接触到了容器底；（3）温度计的示数变化；（4）①②；（5）酒精；小。
四、计算题。
18．（2021 福州模拟）据新华社报道，2020年4月8日，中国新疆塔里木盆地传来振奋人心的消息：中国油气勘探队新发现了储量达到2.28亿吨的石油，如图所示。这一发现进一步证实了塔里木盆地下方富含石油！[c水＝4.2×103J/（kg ℃），q石油＝4.4×107J/kg]求：
（1）100g石油完全燃烧放出的热量；
（2）若这些热量的42%被水吸收，可以使20kg温度是20℃的水温度升高多少？（在一标准大气压下）
【分析】（1）根据Q放＝mq求出100g的石油完全燃烧放出的热量。
（2）由题知，Q吸＝ηQ放计算出水吸收的热量，根据Q吸＝cm△t的变形式求出水温度升高多少。
【解答】解：（1）石油的质量：m＝100g＝0.1kg，
石油完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq石油＝0.1kg×4.4×107J/kg＝4.4×106J；
（2）若这些热量的42%被水吸收，则有：
Q吸＝42%Q放＝42%×4.4×106J＝1.848×106J；
由Q吸＝cm△t可得：
△t＝＝＝22℃。
答：（1）100g石油完全燃烧放出的热量4.4×106J
（2）若这些热量的42%被水吸收，可以使20kg的水的温度升高22℃。
19．（2021 平原县二模）某品牌小汽车的“经济耗油量（90km/h）8L/100km”是指，这辆汽车以90km/h的速度行驶100km，消耗汽油8L，【已知ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg ℃）q汽油＝3.2×107J/L】如下表为此小汽车的相关数据。
（1）汽车上的散热器用水作为冷却剂，当水箱装满水，水温升高25℃时，需要吸收的热量为多少？
（2）该汽车在经济耗油量下沿直线匀速行驶50km，汽车的效率为31.25%，求汽车消耗多少升汽油以及此时汽车的实际功率。
总质量：1500kg 经济耗油量 （90km/h）8L/100km
车轮与地面的总接触面积：8.0×10﹣2m2 水箱容量：4L
额定功率：90kW
【分析】（1）先根据密度公式求出水的质量，然后利用公式Q吸＝cmΔt计算水吸收的热量；
（2）该汽车在经济耗油量下沿直线匀速行驶50km，即汽车以90km/h的速度行驶50km，求出实际消耗汽油的体积；利用Q放＝Vq求完全燃烧汽油放出的热量，利用效率公式求出汽车做的功，利用速度公式求所用时间，再利用P＝求出汽车的功率。
【解答】解：（1）当水箱装满水，水的体积V＝4L＝4×10﹣3m3，
由ρ＝可得，水的质量：
m＝ρ水V＝1.0×103kg/m3×4×10﹣3m3＝4kg，
水吸收的热量：
Q吸＝c水mΔt＝4.2×103J/（kg ℃）×4kg×25℃＝4.2×105J；
（2）在经济耗油量下沿直线匀速行驶50km实际用油：
V汽油＝（8L/100km）×50km＝4 L；
4L汽油完全燃烧放出热量：
Q放＝V汽油q汽油＝4L×3.2×107J/L＝1.28×108J，
汽车所做的功：
W＝ηQ放＝31.25%×1.28×108J＝4×107J，
由v＝可得，汽车行驶的时间：
t＝＝＝h＝2000s，
则汽车的实际功率：
P＝＝＝2×104W。
答：（1）水需要吸收的热量为4.2×105J；
（2）汽车消耗4L汽油；此时汽车的功率为2×104W。
五、解答题。
20．（2020 章贡区模拟）打篮球时，在不同的地点投篮往往需要不同的投掷力度和角度，若以相同的力度将同一篮球从同一地点的同一高度竖直向上抛和斜向上抛，篮球两次能达到的最高高度相同吗？若不相同，哪一次更高？请从能量转化的角度解释你的观点（不计空气阻力）。
【分析】影响动能大小的因素是速度、质量，影响重力势能大小的因素是质量、高度；不计空气阻力，机械能是守恒的，根据动能和势能的转化分析。
【解答】答：不相同；竖直向上抛得更高；
用相同力度抛出同一篮球时，篮球获得的初动能相等；竖直向上抛达到最高点时，球的速度为零，动能为零，篮球的初动能全部转化成了重力势能；斜向上抛达到最高点时，篮球还有向前飞行的速度，仍具有动能，重力势能更小，上升的高度也更小。第十四章 内能的利用（原卷版）
知识点1：热机
1、热机：利用内能做功的机械叫热机
（1）热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。
（2）内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。
2、内燃机的工作原理：
（1）内燃机的每一个工作循环分为四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
（2）四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程对做功冲程起辅助作用，靠飞轮的惯性完成。
（3）做功冲程把内能转化为机械能；压缩冲程把机械能转化为内能。
（4）一个工作循环中对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转2周，飞轮转2圈。
3、汽油机和柴油机区别：
（1）构造区别：汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机汽缸顶部有喷油嘴。
（2）燃料区别：汽油机燃料是汽油，而柴油机燃料是柴油。
（3）工作区别：
①吸气冲程：汽油机吸进的是汽油和空气的混合物，柴油机吸进的仅仅是空气；
②压缩冲程：汽油机压缩的是汽油和空气的混合物，汽油机压缩的仅仅是空气；
③做功冲程：汽油机用火花塞点火（点燃），柴油机用喷油嘴喷油（压燃）。
知识点2：热机效率
1、热值：1kg（或1m3）某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。
（1）热值单位：J/kg 或J/ m3
（2）公式：Q＝qm 或Q＝qv（q为热值）。
（3）热值是燃料本身的一种特性，它的大小只取决于燃料的种类，而与燃料的质量、放热多少无关。
2、热机效率：热机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。
（1）公式：；
（2）提高热机效率的途径：①使燃料充分燃烧；②尽量减小各种热量损失；③机器零件
间保持良好的润滑、减小摩擦。
※在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
知识点3：能量的转化与守恒
1、能量守恒定律：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，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。
（1）能量及其存在的不同形式（各种不同形式的能量）
（2）能量的转化和转移（不同形式间是能量转化，同种形式之间是能量转移）
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。
考点1 热机
【典例1】（2021 海沧区二模）如图所示，礼花筒利用筒内的高压空气膨胀，将彩带喷向空中，产生喜庆效果。下列冲程与这一过程能量转化相同的是（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
【典例2】（2021 咸宁二模）下列关于汽车的说法中不正确的是（ ）
A．给汽车加油时能闻到汽油的味道，说明分子在不停地做无规则运动
B．常用水作汽车发动机的冷却液，是因为水的比热容较大
C．汽油机在做功冲程中把机械能转化为内能
D．汽车在刹车过程中，刹车片温度升高，是做功改变了它的内能
【典例3】（2021 武侯区校级模拟）如图是内燃机的某一冲程，以下关于此冲程说法正确的是（ ）
A．此冲程是排气冲程 B．此冲程是做功冲程
C．此冲程中依靠飞轮惯性完成 D．此冲程将内能转化为机械能
【典例4】（2021 洪山区模拟）如图所示是四冲程汽油机的剖面图，关于其四个冲程的描述错误的是（ ）
A．吸气冲程中，汽油和空气的混合物进入汽缸
B．压缩冲程中，活塞的机械能转化为燃料混合物的内能
C．做功冲程中，具有很明显的机械能转化为内能的过程
D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量中很大部分
【典例5】（2021 福州三模）四冲程内燃机在压缩冲程中，将机械能转化为内能，这是通过
方式改变气缸内气体的内能；在吸气冲程中，旋转飞轮带动曲轴连杆使活塞运动，增加飞轮的质量，可以 （选填“增大”或“减小”）飞轮的惯性。
【典例6】（2020 惠民县模拟）如图所示，在试管内装适量的水，用橡皮塞塞住，加热使水沸腾，根据图中提供的信息回答下列问题。
（1）塞子冲出试管后，因为 继续向前运动；
（2）塞子被推出的过程中， 能转化成 能，这个过程中能量转化与热机中的 冲程相同。
【典例7】（2020 汉阳区模拟）“一方有难，八方支援”，武汉新冠疫情期间，全国各地紧急驰援。如图甲，汽车装载防疫物资前往武汉。
（1）新型冠状病毒可通过飞沫传播，飞沫的运动 （是、不是）分子运动；
（2）该汽车以50kW的功率在水平的路面上匀速直线运动时，速度表的示数如图乙所示，汽车所受阻力为 N；
（3）汽油机在如图丙所示的冲程中，能量转化是： ；
（4）为防止发动机温度过高，可用水进行冷却，如果散热器中装有10kg的20℃水，在水温升高50℃时，水吸收的热量是 J．[c水＝4.2×103J/（kg ℃）]
考点2 热机效率
【典例8】（2021 滨海二模）2021年4月29日，长征5号B运载火箭搭载着中国空间站天和核心舱一飞冲天。长征5号B运载火箭使用液态氢作为燃料，主要是因为液态氢的（ ）
A．热值大 B．沸点低 C．密度小 D．凝固点低
【典例9】（2021 温江区模拟）关于热机，下列说法正确的是（ ）
A．热机的效率越高说明热机做功越快
B．在做功同样多的情况下，消耗的燃料越多，热机的效率越高
C．新能源汽车的发动机的效率可达100%
D．做功冲程既存在化学能转化为内能也存在内能转化为机械能
【典例10】（2021 新华区校级一模）单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1800r/min，此汽油机在每秒钟内（ ）
A．完成120个冲程，对外做功30次 B．完成60个冲程，对外做功15次
C．完成30个冲程，对外做功15次 D．完成60个冲程，对外做功30次
【典例11】（2021 丹江口市模拟）汽油机工作时的热损失情况是：汽缸散热损失30%，废气带走35%。机械摩擦损耗10%，则完全燃烧2g汽油（热值为4.6×107J/kg）获得的机械能是（ ）
A．2.76×104J B．3.22×104J C．2.3×104J D．0.92×104J
【典例12】（2021 扬州三模）如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量、烧杯内液体质量及液体初温均相同。利用 两图进行实验可以比较燃料2和燃料1的热值大小，不考虑热量损失，燃料点燃直至燃尽，三装置烧杯中液体升高的温度随时间变化的图像如图丁所示。由图丁可知：液体a的比热容是液体b的 倍， （选填“甲”、“乙”或“丙”）图中液体吸收的热量最少。
【典例13】（2021 肥西县一模）如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是m1＝30g，烧杯内的液体质量相同，均为m2＝100g。
（1）若比较不同燃料的热值：
①应选择 两图进行实验；
②燃料完全燃烧放出热量的多少，是通过相同质量的同种液体温度升高的多少来反映；
③若甲图烧杯中为水，燃料完全燃烧可使温度计示数升高30℃，本实验根据公式qm1＝cm2△t，计算出燃料的热值比其标准值 （选填“偏大”“偏小”或“相等”）。
（2）若比较不同物质吸热升温的特点：
①应选择甲、丙两图进行实验；
②不同物质吸热的多少是通过 来反映的。
【典例14】（2021 冠县二模）学习热学知识后，两位同学设计了一个测定液化气热值的实验，取500g水放入锅中，用温度计测得水的初始温度为20℃，读出液化气表的示数为12.560m3，然后用液化气给水加热。当温度计的示数为80℃时，液化气表的示数为12.563m3[c＝4.2×103J/（kg ℃）]
（1）实验过程中水吸收的热量Q吸；
（2）理想状况下可求得液化气的热值为多少？
（3）但实际上利用该方法测得的液化气的热值是偏小的，为什么？
【典例15】（2021 珠海校级模拟）已知天然气的热值为4×107J/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg ℃）。求：
（1）完全燃烧1.4×10﹣2m3天然气放出多少热量？
（2）若某天然气灶的效率为60%，则这些天然气可将质量为4kg、初温为25℃的水升高到多少摄氏度？（当地的大气压为1标准大气压）
考点3 能量的转化与守恒
【典例16】（2021 港南区三模）下列有关能量转化的说法，错误的是（ ）
A．过山车向下运动时是重力势能转化为动能
B．给电动车充电时，是将电能转化为化学能
C．汽车在刹车过程中，刹车片会发热，是将内能转化为动能
D．自行车运动员奋力蹬车时，人体内的一部分化学能转化为动能
【典例17】（2021 成都模拟）关于能量守恒定律，下列说法正确的是（ ）
A．能量守恒定律只适用于机械能与内能的相互转化
B．能量守恒定律只适用于能量转化的过程
C．摩擦生热是创造了热，并不符合能量守恒定律
D．按照能量守恒定律，宇宙中能量的总量永远不会增减
【典例18】（2021 武进区二模）如图一根细绳上端固定，下端系一金属小球，制成一个单摆。现将小球拉到离地面50cm高的位置A后静止释放，小球摆到右侧最高点C，C点离地面高度为40cm，随后小球由C点再次摆到左侧最高点D（D点未标出），则D点离地面的高度可能是（ ）
A．40cm B．35cm C．30cm D．25cm
【典例19】（2021 淮安区校级模拟）如图展示了一个极具想象力的设计：它通过高处的水流冲击叶轮，叶轮带动打磨轮打磨工件，同时带动抽水器将水从低处抽到高处，实现循环工作，请判断，该设计是否符合能量守恒定律？ ，说明理由：
。
【典例20】（2021 游仙区模拟）释放化学能的过程不断地发生在你的体内。食物也是一种“燃料”，营养成分在人体细胞里与氧结合，提供细胞组织所需能量。这种过程没有火焰但化学能同样可以转变为内能，因此人的体温保持在37℃左右。从能量守恒的角度说说，食物提供的化学能还转变为哪些能量？
一、选择题。
1．（2021 本溪二模）下列说法中错误的是（ ）
A．变瘪了的乒乓球放在热水中鼓起，是由于分子的体积变大
B．四冲程热机的飞轮转一周经过2个冲程
C．墙内开花墙外香，是由于分子在不停地做无规则运动
D．将两个干净平整的铅柱紧压在一起会结合起来，说明分子间存在引力
2．（2021 天津一模）某汽油机的四个冲程如图所示，在该汽油机的一个工作循环中，将内能转化为机械能的是（ ）
A． B． C． D．
3．（2021 五华区校级三模）下列说法中正确的是（ ）
A．内燃机压缩冲程是内能转化为机械能
B．内燃机做功冲程是机械能转化为内能
C．内燃机的飞轮的作用是完成其他三个辅助冲程
D．内燃机的一个工作循环包括两个冲程
4．（2021 包头模拟）下列说法正确的是（ ）
A．物体放出热量，温度一定降低
B．燃料的热值与燃料的质量有关
C．清晨，山间飘渺的雾是水汽化形成的
D．夏天，在食品运输车里放些干冰降温，是利用干冰升华吸热
5．（2021 海南一模）下列说法正确的是（ ）
A．热机消耗的燃料越多效率就越低 B．热传递中温度总是从热物体传给冷物体
C．疫情期用酒精消毒感到凉是液化现象 D．沿海地区昼夜温差小是因为水的比热容大
6．（2021 秦淮区二模）为了比较两种燃料的热值，小明采用如图所示两套完全相同装置进行实验，下列说法正确的是（ ）
A．通过调节铁圈A的位置，使温度计处于适当的高度
B．实验中需要保证两种燃料燃烧时间相同
C．将两套装置中两个烧杯中的水换成比热容小的液体可以使实验现象更明显
D．如要进一步研究不同物质的吸热能力，只需将其中一个烧杯中的水换成等质量煤油
7．（2020 福建模拟）下列有关热的说法正确的是（ ）
A．晶体在熔化过程中温度不变，内能也不变
B．热机所用燃料的化学能转化成的内能越多，该热机的效率越高
C．某台四冲程汽油机的飞轮转速为 2400 r/min，则1s内该汽油机对外做功80次
D．在沿海，由于陆地和大海升、降温快慢不同，所以白天的风通常从大海吹向陆地
8．（2021 福建模拟）中国力争在2030年前实现“碳达峰”。为了践行绿色低碳发展，我市推行纯电动汽车（如图）。汽车蓄电池充电过程中将（ ）
A．机械能转化为电能 B．电能转化为机械能
C．电能转化为化学能 D．化学能转化为电能
9．（2021 长沙模拟）2020年12月3日23时10分，嫦娥五号上升器点火起飞，携带月壤进入预定环月轨道，实现我国首次地外天体起飞。下列说法正确的是（ ）
A．燃料燃烧时将化学能转化为内能
B．燃料燃烧时将机械能转化为内能
C．起飞过程加速上升时，将动能转化为重力势能
D．起飞过程加速上升时，上升器机械能守恒
10．（2021 洪泽区二模）一杯水的内能自发集中到这杯水的上层，使上面的水剧烈地沸腾，而下面的水却结成了冰。这样的情景是不会出现的原因是（ ）
A．违反能量守恒定律 B．水的比热容大 C．能量的转移有方向性 D．冰的密度较小
二、填空题。
11．（2021 珠海校级模拟）如图所示，图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图，机械能转化为内能的冲程是 图（选填字母）。D图是 冲程，图E、F是演示实验的示意图，与D图原理相同的是 图所示的演示实验（选填字母）。
12．（2021 海曙区模拟）家庭汽车作为一种普通交通工具已走进千家万户。
（1）汽车发动机一般是汽油机，汽油机是向汽车提供动力的装置。在 冲程把燃料燃烧产生的内能转化为机械能。
（2）为确保发动机正常工作，需对其冷却。一般使用水来充当冷却剂，这是因为：
。
13．（2021 高新区一模）一台四冲程汽油机飞轮转速是2400r/min，此汽油机每秒钟对外做功 次。对外做功时，汽油机将汽油的 能转化为 能。
14．（2021 南宁三模）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧可放出 J的热量；若这些热量全部被质量为200kg，温度为15℃的水吸收，则吸热后水的温度为 ℃。[c水＝4.2×103J/（kg ℃）；q氢＝1.4×108J/kg]
15．（2021 淮安二模）白炽灯有电流通过，发光的同时产生的 散失在空气中，这些能量无法自动再转化为电能：汽车制动过程中 转化为地面、轮胎空气的内能，这些内能同样无法自动再用来开动汽车。
16．（2020 徐汇区二模）用力能拉长橡皮筋，表明力能使物体发生 ；拉长的橡皮筋能将纸做的子弹射出，说明被拉长的橡皮筋具有 （选填“势能”或“动能”）；反复拉伸橡皮筋，它的温度会升高，这是通过 的方式改变其内能
三、实验探究题。
17．（2021 珠海校级模拟）在“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”实验中，小林选用碎纸片和酒精为燃料进行了实验。
（1）小林将天平放在水平桌面上并将游码归零后，若指针静止时位置如图甲所示，则他应将平衡螺母向 端调节；图乙是正确测量所用碎纸片质量时的场景，此时游码所处位置如图丙所示，则他还应称量 g的酒精；
（2）小林组装的实验装置如图丁所示，他在器材安装中的一处错误
。
（3）本实验中，燃料完全燃烧放出热量的多少是通过 来反映的；
（4）为保证实验结论的可靠，以及方便比较，小林同学在实验中应让下列 （填序号）保持相同。
①酒精和碎纸片的质量；②两烧杯中水的质量；③加热的时间； ④水升高的温度；
（5）完成实验数据记录如表。根据表中数据，酒精和碎纸片热值较大的是 。通过实验得到的燃料热值与实际相比会偏 （选填“大”或“小”）。
燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽时的水温/℃ 水温的变化/℃
酒精 20 80 60
碎纸片 20 65 45
四、计算题。
18．（2021 福州模拟）据新华社报道，2020年4月8日，中国新疆塔里木盆地传来振奋人心的消息：中国油气勘探队新发现了储量达到2.28亿吨的石油，如图所示。这一发现进一步证实了塔里木盆地下方富含石油！[c水＝4.2×103J/（kg ℃），q石油＝4.4×107J/kg]求：
（1）100g石油完全燃烧放出的热量；
（2）若这些热量的42%被水吸收，可以使20kg温度是20℃的水温度升高多少？（在一标准大气压下）
19．（2021 平原县二模）某品牌小汽车的“经济耗油量（90km/h）8L/100km”是指，这辆汽车以90km/h的速度行驶100km，消耗汽油8L，【已知ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg ℃）q汽油＝3.2×107J/L】如下表为此小汽车的相关数据。
（1）汽车上的散热器用水作为冷却剂，当水箱装满水，水温升高25℃时，需要吸收的热量为多少？
（2）该汽车在经济耗油量下沿直线匀速行驶50km，汽车的效率为31.25%，求汽车消耗多少升汽油以及此时汽车的实际功率。
总质量：1500kg 经济耗油量（90km/h）8L/100km
车轮与地面的总接触面积：8.0×10﹣2m2 水箱容量：4L
额定功率：90kW
五、解答题。
20．（2020 章贡区模拟）打篮球时，在不同的地点投篮往往需要不同的投掷力度和角度，若以相同的力度将同一篮球从同一地点的同一高度竖直向上抛和斜向上抛，篮球两次能达到的最高高度相同吗？若不相同，哪一次更高？请从能量转化的角度解释你的观点（不计空气阻力）。
