第13章内能与热机导学案 （含答案）2023-2024学年沪科版物理九年级上学期

13章内能与热机导学案
知识点
第一节：内能的利用
内能的利用方式
利用内能来加热：实质是热传递。
利用内能来做功：实质是内能转化为机械能。
第二节：热机
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。
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：
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：
吸气冲程：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气缸。
压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩。
做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体。高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。
排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排除气缸。
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。
4、热值
燃料燃烧，使燃料的化学能转化为内能。
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。用符号q表示。
单位：固体燃料的热值的单位是焦耳每千克（J/kg）、气体燃料的热值的单位是焦耳每立方米（J/m3）。
热值是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、是否完全燃烧等无关。
公式：、
①Q＝qm m= q=
Q——放出的热量——焦耳（J）；q——热值——焦耳每千克（J/kg）；m——燃料质量——千克（kg）。
②Q＝qV V= q=
Q——放出的热量——焦耳（J）；q——热值——焦耳每立方米（J/m3）；V——燃料体积——立方米（m3）。
物理意义：酒精的热值是3.0×107J/kg，它表示：1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J。
煤气的热值是3.9×107J/m3，它表示：1m3煤气完全燃烧放出的热量是3.9×107J。
第三节：热机效率
影响燃料有效利用的因素：一是燃料很难完全燃烧，二是燃料燃烧放出的热量散失很多，只有一小部分被有效利用。
有效利用燃料的一些方法：把煤磨成粉末状、用空气吹进炉膛（提高燃烧的完全程度）；以较强的气流，将煤粉在炉膛里吹起来燃烧（减少烟气带走的热量）。
热机的效率：热机用来做有用功的那部分能量和完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。
热机的效率是热机性能的一个重要标志，与热机的功率无关。
公式： Q总= Q有用= Q总η
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。
热机能量损失的主要途径：废气内内、散热损失、机器损失。
提高热机效率的途径：① 使燃料充分燃烧，尽量减小各种热量损失；② 机件间保持良好的润滑，减小摩擦。③在热机的各种能量损失中，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。
常见热机的效率：蒸汽机6%～15%、汽油机20%～30%、柴油机30%～45%
内燃机的效率比蒸汽机高，柴油机的效率比汽油机高。
练习题
、选择题
1. 云南省各中小学校积极响应“双减”政策，开展劳动实践活动。同学们生火做饭，切菜下锅，大秀厨艺，下列说法正确的是（　　）
A. 刀刃锋利可以减小压强
B. 烧水是通过做功的方式改变水的内能
C. 炒菜时菜香扑鼻说明分子在不停地做无规则运动
D. 锅铲手柄上凹凸不平花纹可以减小摩擦
2. 2023年3月30日，长征二号丁运载火箭将宏图一号01组卫星发射升空，该组卫星是国际上首个四星编队飞行的对地成像系统。下列说法正确的是（多选）（ ）
A. 火箭用液态氢作燃料，因为氢的热值较大
B. 火箭升空过程中，以火箭为参照物，发射台是运动的
C. 卫星在绕地球运行过程中运动状态不变
D. 卫星升空过程中，动能增大，重力势能不变
3. 人类最早发明的热机是（　　）
A. 蒸汽机 B. 内燃机 C. 喷气发动机 D. 火箭发动机
4. 关于内能及其利用，下列说法正确的是（多选）（　 　）
A. 一切物体都具有内能
B. 足球运动越慢，它的内能越小
C. 冬天搓手取暖，是通过做功的方式改变内能
D. 热机的功率大，效率就一定高
5. 如图所示的四个情景，下列说法正确的是（　　）
A. 图甲中，闻到花香说明了分子在永不停息地做无规则运动
B. 图乙中，让笔杆热起来，只能采用做功的方式
C. 图丙中，两个铅块紧压在一起后能吊住重物，说明分子间存在斥力
D. 图丁中，汽油机的做功冲程把机械能转化为内能
6. 下列的俗语、诗词等反映了人类对自然界的一定认识，其中从物理学的角度分析说法正确的是（　　）
A. “月落乌啼霜满天”：霜的形成是凝固现象
B. “缸穿裙，大雨淋”：是空气液化成小水珠附着在水缸表面形成的
C. “人面桃花相映红”中桃花看起来是红色的原因是吸收了红光
D. “春江水暖鸭先知”是由于水温升高，鸭子在水中由热传递的方式先感觉到
7. 下列关于吃火锅时发生的物理现象，说法正确的是（　　）
A. 火锅汤汁中的水沸腾后，持续加热，汤汁中水的温度会继续升高
B. 远处就能闻到浓浓的火锅香味，这是分子运动表现出来的扩散现象
C. 火锅汤汁上方不断冒出的“白气”是水蒸气汽化形成的
D. 增大火锅汤汁内能的方式与内燃机压缩冲程中增大燃气内能的方式相同
8. 热现象与我们的生活息息相关，下面是某同学学习了热学知识后归纳总结的四个结论，其中正确的是（　　）
A. 物体发生物态变化时，内能一定变化，温度也一定变化
B. 做功和热传递都可以使同一物体升高相同的温度
C. 烧开水时，壶嘴冒出的“白气”是汽化现象
D. 1千克某种燃料燃烧放出的热量越少，其热值一定越小
9．我国的火箭发射技术位于世界前列。为获得强大的推动力，发射火箭选择了氢燃料，这主要是考虑到氢燃料的( )
A．密度小 B．热值大 C．质量小 D．比热容大
10．新疆“那拉提草原”是闻名全国的旅游景区。夏天，当你赤脚在烈日当空的小河边游玩时，你会发现：岸上的小石头热得烫脚，而河水却是冰凉的，这是因为( )
A．水比小石头的温度变化大 B．水比小石头的比热容大
C．水比小石头吸收的热量小 D．水比小石头的比热容小
11．下列生活实例中，通过做功改变物体内能的是( )
A．寒冷的冬天，人们搓手后感到暖和
B．晚上睡觉用热水袋取暖
C．在鲜榨的果汁里放些冰块，喝果汁时感觉凉爽
D．利用太阳能热水器“烧水”
12．下列关于热值的说法正确的是( )
A．燃料燃烧得越充分，热值越大
B．2 kg煤的热值等于1 kg煤的热值
C．1 kg煤燃烧放出4×105 J的热量，则煤的热值为4×105 J/kg
D．燃料燃烧时，用的燃料越多，获得的热值越大
13．如图是汽油机工作的四个冲程，其中表示排气冲程的是( )
A．甲 B．乙 C．丙 D．丁
14．铜的比热容是铅的比热容的3倍。质量相同的铜块和铅块，若它们升高的温度之比为1∶2，则它们吸收的热量之比为( )
A．2∶3 B．3∶2 C．6∶1 D．1∶6
15．下列关于热机、热值的说法正确的是( )
A．汽油机、柴油机都有火花塞和喷油嘴这两个关键部件
B．某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫这种燃料的热值，单位是kg/J
C．柴油机工作的效率是35%，说明它工作时柴油燃烧释放能量的65%转化为有用功
D．四冲程内燃机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的
16．在热现象中，下列说法正确的是( )
A．冰在熔化过程中，要不断吸收热量，温度同时升高
B．一个物体内能增加了，一定是吸收了热量
C．新型燃料汽车实现了“零排放”，其效率已达到了100%
D．初春培育水稻秧苗时，为了使秧苗不受冻，应该早晨多排水，傍晚多灌水
17．“母亲节”到了，小云怀着一颗感恩的心为妈妈精心准备了一桌美食，也感受到了劳动的辛苦和快乐。关于烹饪食物过程中所包含的物理知识以下认识正确的是( )
A．锅一般都是用铁制造的，主要是利用了铁的比热容较大的性质
B．炒菜时，主要是通过做功的方式增加菜的内能
C．拌菜时，要通过搅拌才能更好入味，说明分子没有做无规则运动
D．炖菜时，主要是通过热传递的方式使菜的内能增加
18．关于温度、热量和内能，下列说法中正确的是( )
A．热量可以从内能少的物体传递到内能多的物体
B．0℃的冰水混合物内能为零
C．水的温度越高，所含热量越多
D．冰在熔化过程中吸收热量，温度和内能均不变
、填空题
1. 新能源太阳灶是一种烧水做饭的器具，太阳灶烧水时将太阳能转化为水的______能；将2kg的水从20℃加热到70℃，水吸收的热量为______J。[c水=4.2×103J/（kg﹒℃）]
2. 质量为的水温度升高10°C吸收的热量为___________J。如图所示的是汽油机的___________冲程。
3.水下1500m深的海底输送油气的管道承受的海水压强约为________（填“15”“150”或“1500”）个标准大气压。若“深海一号”一期工程年产天然气，天然气的热值为，也可以表示为 ，则这些天然气完全燃烧可以放出的热量__________J，天然气的密度为__________。
4. 如图所示，图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图，图E、F是演示实验的示意图，B图是______冲程，与它原理相同的是______图所示的演示实验。
5. 质量相同的铜和铅吸收的相同的热量时，铜比铅的温度升高得________（选填“多”或“少”）；质量相同的铜和铅升高相同的温度，吸收热量多的是________（选填“铜”或“铅”）。已知，。
6. 小明乘电梯回家，如果以电梯为参照物他是 _______的；到家后，他用热水加热盒装牛奶。5min后牛奶的温度升高了40℃，这是通过 ________方式改变了内能；已知牛奶的体积为250mL，则牛奶吸收的热量为 _____________J。[ρ牛奶=1.02×103kg/m3，c牛奶=2.5×103J/(kg ℃)]
7. 某单缸四冲程汽油机，飞轮每分钟转3000转，则每秒对外做功_______次，每次对外做功115J，该汽油机的效率为25%，连续工作1小时需消耗汽油________kg（q汽油=4.6×107J/kg）。
8. 日常生活中，用水作为汽车发动机的冷却液，是因为它的_______大。在标准大气压下，质量为水温度从升高，吸收热量__________J。【】
9. 塑料瓶是一种常见的生活物品，空塑料瓶可以做许多物理小实验。在安全情况下，小明用高压打气筒往封闭空塑料瓶内打入空气，如图所示。随着瓶内气压增加，气体内能增大，这是通过 _______方式改变瓶内气体内能。当气压达到一定程度时，瓶盖飞出，这一过程与内燃机 _______冲程的能量转化情况相同；瓶盖飞出的同时，瓶口冒“白雾”，其物态变化是 _______。
10. 小明学习了比热容知识后，想比较A、B两种未知液体的比热容大小，进行如下实验：
（1）找来两个带保温层的相同电热杯，不计与外界发生的热传递，如图甲所示；
（2）将 _______相等的A、B两种液体分别倒入两个电热杯中，然后将两种液体均加热到60℃；
（3）将长时间处于室温的两个完全相同的铜块，分别浸没在两种液体中，盖好盖子；
（4）经过一段时间，温度计示数稳定后，A液体中温度计示数如图乙所示，则A液体温度降为 _________℃，B液体温度降为53.0℃；
（5）分析可知，_____液体放出的热量多，_____液体的比热容较大。
11. 小华在探究“不同物质的吸热能力”时，用相同的电加热器对质量均为1kg的水和另一种液体同时进行加热（不考虑热损失）。已知液体的比热容小于水的比热容，通过实验画出温度随时间变化的图像如图所示，分析图像可知：水在5min内吸收的热量为___________J，液体的比热容为___________。
12. 某研学活动小组在实践活动期间，粗略测量了一农家柴火灶的热效率。同学们在柴火灶的铁锅里倒入5kg水。盖上锅盖，完全燃烧了1kg干木柴使水温从升高到，水吸收的热量为___________J，该柴火灶的热效率为___________。[水的比热容是），这种千木柴的热值是]
13. 汽车已成为现代生活中不可缺少的一部分，燃油汽车多采用四冲程汽油机，它主要通过______冲程获得动力。随着科技的发展，太阳能汽车进入了人们的视野，其主要通过将太阳能转化为电能来获得动力，太阳能是______（选填“可再生”或“不可再生”）能源。
14. 如图所示是热管的工作原理图，当热管的热端受热时，吸液芯里的液体吸收热量变成蒸气，这一过程叫__________（填物态变化的名称），蒸气在管子里跑到冷端__________（选填“吸收”或“放出”）热量变成液态，液体通过吸液芯又回到热端。这一过程循环进行，不断地将热量从热端带到冷端。若50g的该液体吸收2400J的热量后，温度升高了40℃，则该液体的比热容为__________J/（kg·°C）。
、计算题
1. 小红一家到某基地露营时，用火炉将质量为2kg、初温为20℃的水加热到60℃，燃烧了100g木炭。已知：水的比热容，木炭的热值。求：
（1）水吸收的热量；
（2）该火炉烧水的热效率。
答案
、选择题
1.【答案】C
【解析】
【详解】A．刀刃磨得锋利，是在压力一定时，通过减小受力面积来增大压强，故A错误；
B．烧水的过程是通过热传递的方式改变水的内能，故B错误；
C．菜香四溢是扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动，故C正确；
D．锅铲手柄上常常刻有花纹，目的是在压力一定时，通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力，故D错误。
故选C。
2.【答案】AB
【解析】
【详解】A．用液态氢作火箭的燃料，是因为液态氢的热值较大，完全燃烧相同质量的氢与其它燃料相比，放出的热量更多，故A正确；
B．以火箭为参照物，火箭升空过程中，与发射台的位置不断发生变化，所以发射台是运动的，故B正确；
C．该卫星在绕行过程中速度和高度不断变化，所以运动状态是变化的，故C错误；
D．卫星在升空的过程中，由于质量不变，速度和高度都增大，所以动能和重力势能都增大，故D错误。
故选AB。
3.【答案】A
【解析】
【详解】热机是指各种利用内能做功的机械，17世纪人类发明了热机，最早的热机是蒸汽机；内燃机、喷气发动机、火箭发动机都是19实际后期发明出来的，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
4.【答案】AC
【解析】
【详解】A．自然界中一切物体都是由分子和原子构成的，内能为分子动能和分子势能之和，所以一切物体都具有内能，故A正确；
B．足球运动快慢，是机械能的大小变化，与内能大小无关，故B错误；
C．冬天搓手取暖，将机械能转化为内能，所以是通过做功的方式改变内能，故C正确；
D．热机的功率大，则做功快，与效率的高低无关，故D错误。
故选AC。
5.【答案】A
【解析】
【详解】A．闻到花香，是鲜花的芳香油分子运动到空气中的结果，这种现象叫做扩散现象，说明了组成物质的分子在永不停息地做无规则运动。故A正确；
B．改变物体内能的方式有做功和热传递，因此让笔杆热起来，除了做功的方式，还有热传递的方式，故B错误；
C．图丙中，底面削平的铅块紧压后，能吊住重物，是因为两铅块分子距离足够小，分子间的作用力表现为引力，而不是斥力，故C错误；
D．图丁中，两个气门都关闭，活塞向下运动，是做功冲程，该冲程内能转化为机械能，故D错误。
故选A
6.【答案】D
【解析】
【详解】A．霜是固态的小冰晶，是水蒸气凝华形成的，故A错误；
B．“缸穿裙，大雨淋”：是由于空气中的水蒸气遇冷，液化成小水珠，故B错误；
C．光照射不透明物体时，物体会吸收与自身颜色不同的光，反射与自身颜色相同的光，则桃花看起来是红色的原因是反射了红光，故C错误；
D．春天温度升高，水温也会随之升高，热量会从高温物体传递给低温的物体，所以“春江水暖鸭先知”是由于水温升高，鸭子在水中由热传递的方式先感觉到，故D正确。
故选D。
7.【答案】B
【解析】
【详解】A．火锅汤汁中的水沸腾后，持续加热，汤汁中水的温度会保持不变，故A错误；
B．远处就能闻到浓浓的火锅香味，属于扩散现象，表明分子不停地进行无规则运动，故B正确；
C．火锅汤汁上方不断冒出的“白气”是水蒸气液化形成的，故C错误；
D．改变物体内能的方式有两种：做功和热传递，增大火锅汤汁内能的方式是热传递；在内燃机的压缩冲程中，通过做功的方式将机械能转化为内能，使气缸内气体的内能增大，故D错误。
故选B。
8.【答案】B
【解析】
【详解】A. 物体发生物态变化时，内能一定变化，但如果物体是晶体，温度不一定变化，比如晶体的熔化过程中吸收热量，内能增大，温度却保持不变，故A错误；
B. 根据改变内能的两种方式可知，做功和热传递都可以改变物体的内能，都可以使同一物体升高相同的温度，故B正确；
C. 烧开水时，壶嘴冒出的“白气”是热的水蒸气遇到冷的空气液化形成小水珠，故C错误；
D. 根据热值的定义可知：1千克某种燃料完全燃烧放出的热量越少，其热值一定越小，故D错误。
故选B。
9.B 10.B 11.A 12.B 13.C 14.
、填空题
1.【答案】 ①. 内 ②. 4.2×105
【解析】
【详解】[1]太阳灶利用太阳能把水加热，太阳能转化为水的内能。
[2]水吸收的热量为
Q吸=c水m（t-t0）= 4.2×103J/（kg﹒℃）×2kg×（70℃-20℃）=4.2×105J
2.【答案】 ①. ②. 做功
3.【答案】 ①. 150 ②. ③. 0.72
4.【答案】 ①. 压缩 ②. E
5.【答案】 ①. 少 ②. 铜
6.【答案】 ①. 静止 ②. 热传递 ③. 2.55×104
7.【答案】 ①. 25 ②. 0.9
8.【答案】 ①. 比热容 ②. 4.2×105
9.【答案】 ①. 做功 ②. 做功 ③. 液化
10.【答案】 ①. 质量 ②. 56 ③. A ④. A
11.【答案】 ①. ②.
12.【答案】 ①. ②.
13.【答案】 ①. 做功 ②. 可再生
14.【答案】 ①. 汽化 ②. 放出 ③.
（三）、计算题
1.【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】解：（1）水吸收的热量为
（2）燃烧100g木炭放出的热量为
该火炉烧水的热效率
答：（1）水吸收的热量为；
（2）该火炉烧水的热效率为。