第十四章 内能的利用 复习学案 2022-2023学年人教版物理九年级上学期（无答案）

第三讲 内能的利用
【知识导航】
一、热机
1、热机：燃料燃烧时，将储存的________能转化为蒸汽或燃气的______能，将蒸汽或燃气的_______能转化为_________能的发动机统称为热机。
2、内燃机：燃料在内燃机的____________直接燃烧，产生高温高压燃气推动_______做功。
3、汽油机的结构：
4、汽油机的工作：
冲程：汽油机工作时，活塞在气缸内做一次单向运动称为一个冲程。
吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
（1）吸气冲程：活塞向_____运动，进气阀门开启，_________________的混合气体进入气缸。
（2）压缩冲程：两个阀门都_______；活塞向____运动，__________转化为__________。
（3）做功冲程：气缸顶端的火花塞点火，混合气体爆发性燃烧，高温高压气体向下推动________做功。在此过程中，燃气的_______转化为_______能。
（4）排气冲程：活塞向_____运动，排气门_______，废气被排出气缸。
5、以上四个冲程除了做功冲程外，其余三个冲程，活塞均靠旋转曲轴________带动连杆而运动。
6、1个工作循环，做功________次，曲轴转动_______周，共_______个冲程；
7、柴油机和汽油机的区别于联系：
汽油机 柴油机
相同点 1．都是燃料在汽缸内燃烧。 2．都是将内能转化为机械能的机器。 3．汽油机的火花塞和柴油机的喷油嘴的工作时刻都是压缩冲程末。 4．都是由吸气、压缩、做功、排气四个总和构成一个工作循环，曲轴和飞轮罢两周，对外做功一次。 5．排气冲程排出废气的过程相同。
不同点 构造 汽缸顶部有火花塞 汽缸顶部有____________
燃料 汽油 柴油
吸气冲程 吸入的是汽油和空气的混合物 只吸入________
压缩冲程 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积（汽缸体积）的1/6---1/9，机械能转化为内能． 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积（汽缸体积）的1/18---1/22。机械能转化为内能．
点火方式 压缩冲程末，火花塞产生电火花，点燃燃料，称为点燃式． 压缩冲程末，喷油嘴向汽缸内喷进雾状柴油，遇到温度超过柴油着火点的空气自动点燃，称为压燃式．
做功冲程 高温高压的气体推动活塞做功，气体内能减少，转化为飞轮的机械能，内能转化为机械能．燃气压强可达30到50个大气压 高温高压的气体推动活塞做功，气体内能减少，转化为飞轮的机械能，内能转化为机械能．燃气压强可达50到100个大气压
效率 效率低20%---30% 效率高30%---45%
应用 机体轻便，主要用于汽车，飞机，摩托车 机体较重，主要用于载重汽车，大型拖拉机，火车，轮船
二、热值
1、定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与质量的比值，叫做这种燃料的热值。
2、公式：___________ 或___________ 单位：J/kg或J/m3
3、理解：
（1）热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小；
（2）它是燃料本身的一种特性，只与燃料的________有关，与燃料的________、_______、体积等均无关。
（3）煤气的热值是3.9×107J/m3，它表示_________________________________________________。
4、燃料燃烧放热的计算：___________或___________
5、燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关：
　　 ① 燃料的种类； ② 燃料的质量； ③ 燃料是否充分燃烧。
三、热机的效率
1、热机效率（η）：热机工作时，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。
公式：η=___________。
2、热机能流图：
3、提高热机效率的途径：使燃料_______燃烧；尽量减小__________损失；减少___________。
4、燃气热水器的效率：
η=___________
5、汽车效率：
η=___________
【同步练习】
下列不属于热机的是（ ）
A.汽油机 B. 火箭 C. 柴油机 D. 电风扇
(19—20长郡月考)如图是汽油一个工作循环四个冲程的简图，则四个冲程的正确排序应为（ ）
A. 甲乙丙丁 B. 乙甲丙丁 C. 乙丁丙甲 D. 丙乙甲丁
（19-20雅礼期中）某校老师自制一个物理教具。他在矿泉水瓶的侧壁钻一个小孔，把电火花发生器紧紧塞进小孔中，实验时从瓶口注入酒精并盖上锥形纸筒，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，纸筒立刻飞出。关于此实验，下列说法不正确的是（ ）
A. 酒精未完全燃烧时热值变小
B. 酒精燃烧时化学能转化为内能
C. 燃气推动纸筒飞出与内燃机做功冲程的能量转化相同
D. 纸筒飞出后，瓶内气体的内能减少，温度降低
下列关于热值和热机效率的描述，正确的是（ ）
A．使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率
B．使燃料燃烧更充分，可以增大热值
C．燃料燃烧释放的热量越大，热值越大
D．以天然气为燃料，汽车发动机的效率可以达到100%
(19—20中雅入学）小明用煤气灶烧水时，进行了如下思考，正确的是（ ）
A．煤气燃烧越充分，其热值越大 B．加热过程中水的比热容变大
C．壶内水温度升高的过程中内能增大 D．水沸腾过程中吸收热量，温度不断升高
（19-20长郡期中）下列关于热值和热机效率的描述，正确的是（ ）
A．使燃料燃烧更充分，可以增大热值 B．使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率
C．燃料燃烧释放的热量越多，热值越大 D．热机的效率能达到100%
(19—20广益期中)2019年春节热映的《流浪地球》被誉为开启了中国科幻电影元年。这部电影讲述了多年以后太阳急速衰老膨胀，无法再给地球提供能量，人类为了拯救地球而点燃木星周围的可燃气体，逃离太阳系的故事。其中“点燃木星”将地球推开相当于内燃机的（ ）
A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程
(19—20雅礼第三次月考)如图是汽油机的某个冲程，下列说法错误的是（ ）
A．电火花塞点火是把电能转化为内能
B．活塞向下加速运动，是因为有气体对活塞做功
C．这个冲程的能量转化与烧水时水蒸气把壶盖顶起来相同
D．柴油机做功冲程不用点火是因为柴油不需要燃烧就可以放出热量
8. 9.
(19—20长郡月考)一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为2400r/min，该汽油机每秒钟做功______次，如图所示的汽油机该冲程中燃气的内能______(选填：“增加”、“减小”或“不变”)。
(19—20青一月考)燃烧秸秆是雾霾天气的原因之一，为保护环境，在某市郊县建起了加工秸秆制成秸秆煤发电的工厂。完全燃烧0.5kg的秸秆煤可放出 的热量；这些热量完全被质量为100kg，初温为20℃的水吸收，可使水温升高到 ℃。（c水=4.2×103J（kg·℃），q秸秆煤=2.1×107Jkg）
(2020长沙4模）压缩空气储能是一项全新的储能技术，它将多余电能利用压缩机把空气压缩到密闭容器中，该过程是通过做功的方式将能量转化为气体的内能并储存。需要时，使压缩空气膨胀推动机器转动，又将内能转化成 能，这一过程类似于四冲程汽油机的 冲程。
(19-20广益期中)天然气是常用的一种能源。天然气热值q=4.2×107J/m3。完全燃烧2dm3的天热气放出的热量为____________J，若天然气在加热水的过程中热效率为90%，则可将300g的水从20℃加热到____________℃。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]
(19—20长郡第一次月考)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，可燃冰的形成有三个条件：首先要求低温，可燃冰在0~10℃时生成，超过20℃便会分解，海底温度一般保持在2~4℃左右；其次是高压，可燃冰在0℃时。只需要海水产生29个标准大气压即可生成，而已海水的深度，此高压容易保证；最后是充足的气源，海底的有机物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化，可产生充足的气源。其开采是世界难题，根据中央电视台2019年5月18日报道，我国可燃冰已开采成功，技术世界领先。1m3可燃冰可以释放出195m 的天然气，已知天然气q=4.2×107J/m3，c水=4.2×103J/(kg ℃).则：
（1）求1m3可燃冰释放出的天然气完全燃烧的热量。
（2）若将上述的天然气通过气灶给水加热，可使1×104kg的水从20℃升高到75℃，求水吸收的热量。
（3）求该燃气灶的热效率。（用百分比表示，小数点，保留后一位）
(19—20博才月考)小明家新购买了利用太阳能的新型汽车，该汽作经过一天的阳光照射，可吸收1.38×108J的太阳能。已知汽油的热值是4.6×107J/kg。该汽车车总重是1200N行驶最大速度是108km/h，以最大速发行驶时所受阻力是车重的0.1倍。求：
（1）该车以最大速度行驶3min经过的路程；
（2）汽车经过一天吸收的太阳能相当于完全燃烧多少千克汽油产生的热量；
（3）如果该汽车一天吸收的太阳能全部转化为有用功，则可以供汽车行驶多远？
（21-22麓山第一次月考）小明学习了燃料的热值后，很想知道家中使用的天然气的热值是多少？但在教材的燃料热值表中没有查阅到。于是，他在家里将装有2kg水的水壶放到天然气灶上去烧；用温度计测量水从20℃加热至80℃的过程中，观察到天然气表的数字变化了0.035m。他通过上网查阅得知天然气灶的效率约为36%，已知水的比热容c水＝4.2×103J/（kg·℃）。求：
（1）在这个过程中水吸收了多少热量？
（2）天然气燃烧放出的热量为多少？
（3）请帮小明计算出天然气的热值。
(19—20中雅月考)一辆小轿车以某一速度在平直路面上匀速行驶100km，消耗汽油7kg。若这些汽油完全燃烧放出的热量有20％用来驱动汽车做有用功，所用汽油的值为4.6×107J/kg。求:
（1）这些汽油完全燃烧放出的热量；
（2）这辆轿车以该速度匀速行驶时受到的阻力；
（3）我校孙老师使用该汽车去距离150km的岳阳楼旅游，此次行程中消耗汽油质量为 m1；（4）现有一新型燃料合成氢，此次行程若使用该燃料驱动汽车，汽车的效率由20％提高 到30％，消耗合成氢质量为m2，求：m1与m2比值。（若汽车无论在平直公路，还是此次行程始终保持同一速度匀速行驶且阻力不变）[合成氢的热值为1.4×107J/kg]。
若某型号单缸四冲程汽油机的活塞直径为60mm（面积近似取S＝3.0×10﹣3m2），活塞冲程长度为L＝0.06m，某种工作状态下做功冲程燃气的平均压强为p＝1.0×106 Pa，活塞以n＝1 380次/min做往复运动。
（1）汽油机1min对外做功　 　次。
（2）汽油机在此工作状态下的功率是多少？
（3）如果此工作状态下每分钟消耗20g汽油，那么汽油机把内能转化为机械能的效率是多少？（q汽油＝4.6×107J/kg，不计摩擦）
汽油发动机每一个工作循环活塞经历四个冲程，带动曲轴转动两圈。一台四缸汽油机，活塞面积是60cm2，活塞行程是30cm，做功冲程燃气产生的平均压强为8×105Pa，若飞轮的转速是2000转/分钟，效率为40%，（汽油的热值为4.6×107J/kg）求：
（1）做功冲程中，燃气对活塞的平均压力是多少？
（2）做功冲程中，平均压力做多少功？功率是是多少？
（3）汽油机在1小时内对外做功要消耗多少汽油？（保留一位小数）
某单缸四冲程汽油的气缸活塞面积为5×10﹣3m2，一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8×105Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦，汽油的热值为4.6×107J/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）若1min内消耗汽油22.5g，该汽油机的效率。
【课后作业】
(19—20附中入学考）对于图中所示的四幅图，下列说法中正确的是（　　）
A．甲图中软木塞飞出时，管内水蒸气的内能增加
B．乙图中两个压紧的铅块能吊起钩码，主要是因为分子间存在引力
C．丙图中活塞向上运动是内燃机的做功冲程
D．丁图中小朋友下滑时，内能转化为机械能
(19—20长郡月考)西昌卫星发射中心用长征三号运载火箭，于2019年4月20日将第四十四颗北斗导航卫星成功送上太空。下列说法中正确的是（ ）
A. 火箭使用液氢燃料，主要是利用了液氢的比热容大
B. 火箭升空过程中，燃料燃烧释放的内能全部转化为火箭的机械能
C. 北斗导航卫星加速升空过程中，其动能和重力势能均增大
D. 发射架周围的“白气”是由于大量水蒸汽汽化而成的
日常生活中，我们使用了干木柴、煤炭、液化石油气、天然气、酒精等多种燃料。关于燃料的热值，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
(19—20长郡月考)关于热机，下列说法正确的是（ ）
A. 因为能量是守恒的，所以热机的效率可以达到100%
B. 柴油机的汽缸顶部有喷油嘴，吸气冲程时吸进柴油和空气的混合气体
C. 提高热机的效率，可采用热值高的燃料
D.活塞从汽缸一端运动到另一端的过程叫做一个冲程
(19—20雅礼月考)如图反映了一个用电器正常工作时能量流向情况，下列说法错误的是（ ）
该图说明了能量可以发生转化
B．该图说明电能可以转化为其它能
C．该图说明用电器遵循能量守恒定律
D．该图说明用电器的效率可能为30%
(19—20青一月考)小翔用煤炉给10kg水加热，绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图像。若在6min内完全燃烧了0.3kg的煤，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），煤的热值约为3×107J/kg。求：
（1）煤完全燃烧产生的热量；
（2）经过6min时间加热，水所吸收的热量；
（3）煤炉烧水时的热效率。
随着人们生活水平的日益提高，小汽车越来越多地走进了百姓人家。一辆使用汽油为燃料的小汽车，以72km/h 的速度在水平路面上匀速行驶时，发动机的实际功率为23kW．若小汽车行驶的距离为100km，汽油的热值q＝4.6×107J/kg，小汽车发动机的效率为25%．求小汽车在这段路程中：
（1）运动的时间；
（2）发动机所做的功；
（3）消耗汽油的质量；
（4）若将小汽车在该次行驶过程中损失的热量用来加热水，可将多少kg20℃的冷水加热到40℃的温水供家庭使用？（结果保留整数）
汽油机的活塞面积是50cm2，活塞一个冲程的路程是25cm，做功冲程燃气产生的平均压强为8×105Pa．飞轮的转速是600r/min。求：
（1）做功冲程活塞受到的平均压力；
（2）在一个工作循环中，燃气对活塞所做的功；
（3）该汽油机的功率。