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2022-2023物理新课标九年级全册同步课时减负作业（人教版）
第十四章 内能的利用
专题14.4《内能的利用》单元复习策略
新课标要求
1.从能量转化的角度认识燃料的热值。
2.了解热机的工作原理。知道内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。
3.知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析问题的意识。
4.从能量的转化和转移的角度认识效率。
5.知道能量的转化和转移有一定的方向性。
解题方法规律
规律总结1：对汽油机和柴油机的认识及其相关问题的处理
1.热机定义：热机是利用内能来做功，把内能转化为机械能的机器。
2.热机的种类：蒸汽机、内燃机（汽油机和柴油机）、汽轮机、喷气发动机等
内燃机活塞在汽缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
四冲程内燃机包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
在单缸四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环，每个工作循环曲轴转2周，活塞上下往复2次，做功1次。
在这四个冲程中只有做功冲程是燃气对活塞做功，而其它三个冲程（吸气冲程、压缩冲程和排气冲程）是依靠飞轮的惯性来完成的。
压缩冲程将机械能转化为内能。
做功冲程是由内能转化为机械能。
①汽油机工作过程：
②柴油机工作过程：
3.汽油机和柴油机的比较：
①汽油机的气缸顶部是火花塞；柴油机的气缸顶部是喷油嘴。
②汽油机吸气冲程吸入气缸的是汽油和空气组成的燃料混合物；柴油机吸气冲程吸入气缸的是空气。
③汽油机做功冲程的点火方式是点燃式；柴油机做功冲程的点火方式是压燃式。
④柴油机比汽油及效率高，比较经济，但笨重。
⑤汽油机和柴油机在运转之前都要靠外力辅助启动。
规律总结2：解决热值与热效率问题思维方法与技巧
1.燃料完全燃烧放出热量
（1）燃料完全燃烧释放出的热量公式为：Q放=mq。
（2）气体燃料完全燃烧释放出的热量公式也可为：Q放=qV。推导过程如下：
说明：①中的公式对固体、液体、气体、均适用。②只对气体适用。两个公式的得出都是根据热值的定义式得到的。
其中，Q放表示燃料完全燃烧放出的热量，单位是J；q表示燃料的热值，单位是J/kg；m表示质量，单位是kg。V表示体积，单位是ｍ3。
2.热效率公式
（1）热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比。热机的效率是热机性能的一个重要指标。汽车发动机的效率、飞机发动机的效率、轮船发动机的效率均属于热机的效率，其公式为：η=。
（2）炉具的热效率：天然气燃烧放出的热量是炉具提供的总热量，Q总=Q放，水吸收的热量是有用的热量Q有=Q吸，则η=。
（3）电热水器的效率：电热丝所产生热量为Q总，总=Q放，水需要吸收热量为Q有，有=Q吸，
则η=。
规律总结3：用能量守恒定律解决问题思路
1.要理解能量守恒定律
（1）能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
（2）能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。
（3）“第一类永动机”永远不可能实现，因为它违背了能量守恒定律。
2.试论述能量的转化、转移和守恒问题。
（1）在一定条件下各种形式的能都可以相互转化。能量转化反映了各种现象之间的联系，如摩擦生热说明了机械运动和热现象之间存在的联系；电风扇转动说明了电现象和机械运动之间存在的联系。
（2）不同形式的能量通过做功可以相互转化，同种形式的能量之间通过热传递可以进行转移，能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从物体的一部分转移到另一部分。
（3）能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从
一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
（4）根据能量守恒定律，在分析自然现象时，如果发现某种形式的能量减少，一定能找到另一种形式的能量增加;反之，当某种形式的能量增大时，也一定可以找到另一种形式的能量减少。
考点与例题解析
考点一：热值
1.定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。
2.单位：J/kg，读作“焦耳每千克”。对于气体燃料，在生活中多以体积来计量，所以气体燃料热值的单位是J/m。
3.燃烧效率：燃料燃烧时有效利用的热量与燃料完全燃烧时放出的热量之比，叫做燃料的燃烧效率。多用百分数的形式表示。
4.提高燃料的利用效率：改善燃烧条件使燃料尽可能地充分燃烧；加大受热面积，使放出的热量得到充分利用；尽可能地减少各种热损失等。
【例题1】如图是四冲程汽油工作状态示意图，由图可以看出，此时它正处在 冲程，当燃料混合在气缸内燃烧时将 能转化为内能。
【例题2】小明一家驾车旅行，（1）加油时，闻到汽油味，说明分子在______；（2）图示为车发动机的一个冲程，其能量转化情况是______；（3）若车的总质量为1.5t，匀速直线行驶9km，所受阻力为车重的0.1倍，完全燃烧汽油1L，则1L汽油完全燃烧放出的热量是______J，车所受牵引力是______N，车的工作效率是______%。（ρ汽油=0.8×103kg/m3；q汽油=4.5×107J/kg；g取10N/kg）
【例题3】可燃冰是一种新型能源，它是水和天然气在高压低温情况下形成的类冰状结晶物质，主要成分是甲烷，其开采是世界难题，据中央电视台2017年5月18日报道，我国可燃冰已试采成功，技术处于世界领先，用燃气锅炉烧水时，把质量为500kg，初温为20℃的水加热到100℃，共燃烧了12m3天然气，已知水的比热容c水=4.2×103J/（kg ℃），天然气的热值q=4.2×107J/m3，可燃冰的热值为同体积天然气的160倍，求：
（1）水吸收的热量；
（2）燃气锅炉烧水时的效率；
（3）若换用可燃冰，应使用多少m3可燃冰．
考点二：热机
1.定义：热机是把内能转化为机械能的机器。使燃料在热机气缸内燃烧而获得动力的机器叫内燃机，常见的内燃机油汽油机和柴油机。
2.工作过程：内燃机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。一个工作循环曲轴转两周，活塞往复运动各两次，只有做功冲程对外做功，其余的三个冲程叫辅助冲程，是靠飞轮的惯性来完成的。
3.热机效率
(1) 概念：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的热量之比。
(2) 提高热机效率的途径
a.减少各种热量损失；
b.减少摩擦，保持良好的润滑；
c.尽可能使燃料充分燃烧。
【例题4】如图所示，在试管里注入少量的水，用软木塞塞紧管口，用酒精灯加热。一会儿试管里的水沸腾了，水蒸气把软木塞向上冲起。下面解释正确的是（ ）
A. 这个过程与内燃机的做功冲程类似
B. 试管内水的内能增加是通过做功方式改变
C. 酒精燃烧时是内能转化为化学能
D. 管内水蒸气的内能减少，温度降低，在试管口变成白色的热空气
【例题5】四冲程柴油机在工作过程中，将内能转化为机械能的冲程是（ ）A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
考点三：能量的转化与守恒
能量既不会消灭，也不会产生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量不变，这就是能量守恒定律。
【例题6】 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”）。
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第十四章 内能的利用
专题14.4《内能的利用》单元复习策略
新课标要求
1.从能量转化的角度认识燃料的热值。
2.了解热机的工作原理。知道内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。
3.知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析问题的意识。
4.从能量的转化和转移的角度认识效率。
5.知道能量的转化和转移有一定的方向性。
解题方法规律
规律总结1：对汽油机和柴油机的认识及其相关问题的处理
1.热机定义：热机是利用内能来做功，把内能转化为机械能的机器。
2.热机的种类：蒸汽机、内燃机（汽油机和柴油机）、汽轮机、喷气发动机等
内燃机活塞在汽缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
四冲程内燃机包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
在单缸四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环，每个工作循环曲轴转2周，活塞上下往复2次，做功1次。
在这四个冲程中只有做功冲程是燃气对活塞做功，而其它三个冲程（吸气冲程、压缩冲程和排气冲程）是依靠飞轮的惯性来完成的。
压缩冲程将机械能转化为内能。
做功冲程是由内能转化为机械能。
①汽油机工作过程：
②柴油机工作过程：
3.汽油机和柴油机的比较：
①汽油机的气缸顶部是火花塞；柴油机的气缸顶部是喷油嘴。
②汽油机吸气冲程吸入气缸的是汽油和空气组成的燃料混合物；柴油机吸气冲程吸入气缸的是空气。
③汽油机做功冲程的点火方式是点燃式；柴油机做功冲程的点火方式是压燃式。
④柴油机比汽油及效率高，比较经济，但笨重。
⑤汽油机和柴油机在运转之前都要靠外力辅助启动。
规律总结2：解决热值与热效率问题思维方法与技巧
1.燃料完全燃烧放出热量
（1）燃料完全燃烧释放出的热量公式为：Q放=mq。
（2）气体燃料完全燃烧释放出的热量公式也可为：Q放=qV。推导过程如下：
说明：①中的公式对固体、液体、气体、均适用。②只对气体适用。两个公式的得出都是根据热值的定义式得到的。
其中，Q放表示燃料完全燃烧放出的热量，单位是J；q表示燃料的热值，单位是J/kg；m表示质量，单位是kg。V表示体积，单位是ｍ3。
2.热效率公式
（1）热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比。热机的效率是热机性能的一个重要指标。汽车发动机的效率、飞机发动机的效率、轮船发动机的效率均属于热机的效率，其公式为：η=。
（2）炉具的热效率：天然气燃烧放出的热量是炉具提供的总热量，Q总=Q放，水吸收的热量是有用的热量Q有=Q吸，则η=。
（3）电热水器的效率：电热丝所产生热量为Q总，总=Q放，水需要吸收热量为Q有，有=Q吸，
则η=。
规律总结3：用能量守恒定律解决问题思路
1.要理解能量守恒定律
（1）能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
（2）能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。
（3）“第一类永动机”永远不可能实现，因为它违背了能量守恒定律。
2.试论述能量的转化、转移和守恒问题。
（1）在一定条件下各种形式的能都可以相互转化。能量转化反映了各种现象之间的联系，如摩擦生热说明了机械运动和热现象之间存在的联系；电风扇转动说明了电现象和机械运动之间存在的联系。
（2）不同形式的能量通过做功可以相互转化，同种形式的能量之间通过热传递可以进行转移，能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从物体的一部分转移到另一部分。
（3）能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从
一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
（4）根据能量守恒定律，在分析自然现象时，如果发现某种形式的能量减少，一定能找到另一种形式的能量增加;反之，当某种形式的能量增大时，也一定可以找到另一种形式的能量减少。
考点与例题解析
考点一：热值
1.定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。
2.单位：J/kg，读作“焦耳每千克”。对于气体燃料，在生活中多以体积来计量，所以气体燃料热值的单位是J/m。
3.燃烧效率：燃料燃烧时有效利用的热量与燃料完全燃烧时放出的热量之比，叫做燃料的燃烧效率。多用百分数的形式表示。
4.提高燃料的利用效率：改善燃烧条件使燃料尽可能地充分燃烧；加大受热面积，使放出的热量得到充分利用；尽可能地减少各种热损失等。
【例题1】如图是四冲程汽油工作状态示意图，由图可以看出，此时它正处在 冲程，当燃料混合在气缸内燃烧时将 能转化为内能。
【答案】压缩；化学。
【解析】（1）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，其中只有做功冲程对外做功，在做功冲程中，燃料的化学能转化为内能，而内能又转化为机械能；汽油机的做功冲程特点是火花塞点火，在做功冲程对外输出功。从图中可以看出，两气门都关闭和活塞向上运动的特点，可以判断这个冲程是压缩冲程。
(2)燃料燃烧的过程，是将燃料的化学能转化为内能的过程。汽油机工作时，汽油在气缸内燃烧时将化学能转化为内能。
【例题2】小明一家驾车旅行，（1）加油时，闻到汽油味，说明分子在______；（2）图示为车发动机的一个冲程，其能量转化情况是______；（3）若车的总质量为1.5t，匀速直线行驶9km，所受阻力为车重的0.1倍，完全燃烧汽油1L，则1L汽油完全燃烧放出的热量是______J，车所受牵引力是______N，车的工作效率是______%。（ρ汽油=0.8×103kg/m3；q汽油=4.5×107J/kg；g取10N/kg）
【答案】 ①永不停息地做无规则运动 ②机械能转化为内能 ③ ④ 1.5×103N ⑤. 37.5%
【解析】（1）[1]给汽车加油时，会闻到汽油味，从物理学角度来看，属于扩散现象，这个现象表明这汽油分子在做无则规运动。
（2）[2]进气门、排气门关闭，活塞上移，是压缩冲程，机械能转化为内能。
（3）[3][4][5]1L汽油质量为
1L汽油完全燃烧放出的热量是
车重力
G=m1g=1500kg×10N/kg=1.5×104N
因为匀速，牵引力等于阻力为
F=f=0.1G=0.1×1.5×104N=1.5×103N
机械功为
W=Fs=1.5×103N×9000m=1.35×107J
效率为
【例题3】可燃冰是一种新型能源，它是水和天然气在高压低温情况下形成的类冰状结晶物质，主要成分是甲烷，其开采是世界难题，据中央电视台2017年5月18日报道，我国可燃冰已试采成功，技术处于世界领先，用燃气锅炉烧水时，把质量为500kg，初温为20℃的水加热到100℃，共燃烧了12m3天然气，已知水的比热容c水=4.2×103J/（kg ℃），天然气的热值q=4.2×107J/m3，可燃冰的热值为同体积天然气的160倍，求：
（1）水吸收的热量；
（2）燃气锅炉烧水时的效率；
（3）若换用可燃冰，应使用多少m3可燃冰．
【答案】（1）水吸收的热量为1.68×108J；
（2）燃气锅炉烧水时的效率为33.3%；
（3）若换用可燃冰，应使用0.075m3可燃冰．
【解析】（1）水吸收的热量：
Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg ℃）×500kg×=1.68×108J；
（2）天然气完全燃烧放出的热量：
Q放=Vq天然气=12m3×4.2×107J/m3=5.04×108J；
燃气锅炉烧水时的效率：
η=×100%=×100%≈33.3%；
（3）可燃冰的热值为同体积天然气的160倍，
则可燃冰的热值：q可燃冰=160q天然气=160×4.2×107J/m3=6.72×109J/m3，
若换用可燃冰燃烧放出相同的热量，应使用可燃冰的体积：
V可燃冰===0.075m3．
考点二：热机
1.定义：热机是把内能转化为机械能的机器。使燃料在热机气缸内燃烧而获得动力的机器叫内燃机，常见的内燃机油汽油机和柴油机。
2.工作过程：内燃机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。一个工作循环曲轴转两周，活塞往复运动各两次，只有做功冲程对外做功，其余的三个冲程叫辅助冲程，是靠飞轮的惯性来完成的。
3.热机效率
(1) 概念：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的热量之比。
(2) 提高热机效率的途径
a.减少各种热量损失；
b.减少摩擦，保持良好的润滑；
c.尽可能使燃料充分燃烧。
【例题4】如图所示，在试管里注入少量的水，用软木塞塞紧管口，用酒精灯加热。一会儿试管里的水沸腾了，水蒸气把软木塞向上冲起。下面解释正确的是（ ）
A. 这个过程与内燃机的做功冲程类似
B. 试管内水的内能增加是通过做功方式改变
C. 酒精燃烧时是内能转化为化学能
D. 管内水蒸气的内能减少，温度降低，在试管口变成白色的热空气
【答案】 A
【解析】内燃机的压缩冲程是把机械能转化成气体的内能，内燃机的做功冲程是把气体的内能转化成机械能。
A ．在汽油机的做功冲程中，燃气膨胀做功，将内能转化为机械能，所以汽油机的做功冲程是此原理的应用，A符合题意。
B．用酒精灯加热，是通过热传递的方式使得水的内能增加，产生大量水蒸气，B不符合题意；
C．酒精灯燃烧时，把化学能转化为内能，C不符合题意；
D．水蒸气对木塞做功，水蒸气的内能转化为木塞的机械能木塞冲出；此时水蒸气的内能减少，温度降低，液化为小水滴，即我们看到的白雾，D不符合题意.
【例题5】四冲程柴油机在工作过程中，将内能转化为机械能的冲程是（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
【答案】C
【解析】在内燃机的做功冲程中能量转化是内能转化为机械能，压缩冲程中能量转化是机械能转化为内能。
四冲程柴油机在做功冲程中，高温高压燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，故C正确。
考点三：能量的转化与守恒
能量既不会消灭，也不会产生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量不变，这就是能量守恒定律。
【例题6】 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】考点是能量的转化或转移 。燃烧为化学变化，消耗化学能转化为内能;做的功除以做功需要的时间即为功率;运动的物体具有动能，物体的质量越大、速度越大，物体的动能就越大；处在高处物体具有重力势能，物体的质量越大、高度越高，物体的重力势能就越大；物体的机械能等于动能与势能之和，结合动能和势能的变化分析机械能。
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。
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。
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