第二十四讲 内能的利用
考点一 热值
考点二 热机
内燃机的工作过程
工作冲程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
示意图
进气门 ⑦ 开 ⑧ 关 ⑨ 关 ⑩ 关
排气门 关 关 关 开
活塞运动方向 向下 向上 向下 向上
能量转化 — 机械 能转化为 内 能 内 能转 化为 机械 能 —
联系 (1)每个工作循环飞轮转 2 圈,完成 1 个做功冲程; (2)在一个工作循环中,只有 做功 冲程燃气对外做功,其他三个辅助冲程依靠 飞轮惯性 完成
【微点拨】(1)区别吸气冲程和排气冲程的关键是看进气门和排气门的开、闭及活塞的运动方向。
(2)“1∶4∶1∶2∶2”比例:完成1个工作循环,经历4个冲程,对外做功1次,曲轴和飞轮转2周,活塞往复运动2次。
考点三 热机的效率
考点四 能量的转化和守恒
【教材包装练】
命题点一 热机
1. (人教九全P17图14.1-1原创)如图所示的实验装置是通过 热传递 的方式将试管内的水进行加热的;水沸腾后,当塞子从试管口喷出时,水蒸气的内能转化成塞子的 机械 能,此过程的能量转化与四冲程汽油机 做功 冲程的能量转化情况相同。
2. (九全P19图14.1-4原创)甲图是汽油机的 吸气 冲程;乙图是汽油机的 做功 冲程,该冲程中气体推动活塞向下运动,缸内气体的体积增大,温度 降低 ,内能 减小 ;丙图是汽油机的 压缩 冲程, 该冲程中活塞向上运动,缸内气体的体积减小,温度 升高 ,内能 增大 。
3.(沪粤九上P35T6变式)一台太阳能热水器装满水后,水的质量是100 kg,这些水的温度从15 ℃升高到70 ℃需要吸收 2.31×107 J的热量。若这些热量由燃烧天然气来提供,则至少应完全燃烧 0.275 m3的天然气。(天然气的热值为8.4×107 J/m3)
命题点二 能量守恒定律
4. (人教九全P29图14.3-3原创)如图所示为一种人们设想中的永动机,它通过高处的水流冲击叶片,叶片的转动又带动抽水机从低处将水抽到高处,从而循环工作,这种永动机 不能够 (选填“能够”或“不能够”)永远工作下去。
考点一 热机
【典例1】(2024·无锡中考)四冲程汽油机的工作循环中,主要将机械能转化为内能的冲程是(B)
A.吸气冲程 B.压缩冲程
C.做功冲程 D.排气冲程
【中考挑战】(2024·临沂中考改编)汽油机是传统内燃机的一种,广泛应用于汽车、小型发电机、园林机械等领域。随着全球节能减排政策的推进,汽油机正面临前所未有的挑战与变革。如图所示为内燃机的四个冲程,气缸内气体的内能最小的是(D)
考点二 热值、热量的计算
【典例2】(2024·广元中考)随着科技发展,人们已经开始将氢能作为一种新能源加以利用。已知氢燃料的热值为1.4×108 J/kg,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料30 kg,这些氢燃料完全燃烧释放的热量为 4.2×109 J,若这些热量完全被水吸收,可使 1.25×104 kg水的温度从20 ℃升高到100 ℃。
【提分必备】热量的计算
(1)利用比热容计算物体吸收或放出的热量。
①吸热公式:Q吸=cm(t-t0)。
②放热公式:Q放=cm(t0-t)。
其中t0表示物体的初温,t表示物体的末温。
(2)利用热值计算燃料完全燃烧放出的热量。
①固体、液体燃料:Q放=mq(m表示燃料的质量)。
②气体燃料:Q放=Vq(V表示燃料的体积)。
(3)热机效率:η=或η=。
【中考挑战】(2024·连云港中考)下列关于燃料的热值说法正确的是(D)
A.燃料燃烧越充分,其热值越大
B.燃料的热值越小,完全燃烧放出的热量越少
C.一瓶酒精用去三分之一,剩余酒精的热值将减小
D.焦炭的热值是3.0×107 J/kg,完全燃烧1 kg焦炭能放出3.0×107 J的热量
广西三年中考
题组一 热机、热值
1.(2022·柳州中考)下列关于热机的说法正确的是(D)
A.热机的效率为100%
B.热机只有汽油机和柴油机两种
C.好的热机工作时不排放废气
D.热机工作时都要利用燃料的化学能
2.(2022·北部湾经济区中考)2022年6月5日,长征二号F遥十四运载火箭搭载神舟十四号载人飞船成功发射升空。关于运载火箭发射升空时涉及的物理知识,下列说法正确的是(D)
A.使用的燃料热值较小
B.大量“白气”涌向四周是扩散现象
C.燃料燃烧时将内能转化为化学能
D.燃气主要通过热传递使周围的空气内能增大
3. (2022·玉林中考)如图所示是一台四冲程内燃机的 压缩 (选填“压缩”或“做功”)冲程,这个冲程是通过 做功 (选填“做功”或“热传递”)的方式改变缸内气体的内能。
题组二 热值、热量的相关计算
4.(2022·桂林中考)用天然气灶烧水时,把质量为2 kg、初温为20 ℃的水,加热到70 ℃,此过程中天然气完全燃烧放出的热量为2.1×106 J。已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。求:
(1)水吸收的热量是多少J
(2)天然气灶烧水时的热效率是多少
解:(1)水吸收的热量:
Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(70 ℃-20 ℃)=4.2×105 J;
(2)天然气灶烧水时的热效率:
η===20%。
5.(2022·梧州中考)氢燃料具有清洁、效率高等优点,被认为是理想的能源之一,目前我国部分城市已有多批氢能源公交车投放使用。已知c水=4.2×103 J/(kg·℃),q氢=1.4×108 J/kg。问:
(1)质量为0.6 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少
(2)若这些热量全部被质量为500 kg、温度为15 ℃的水吸收,水升高的温度是多少
(3)若这些热量恰好能供某氢能源公交车以140 kW的恒定功率匀速行驶5 min,则该氢能源公交车的效率是多少
解:(1)0.6 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量:
Q放=m氢q氢=0.6 kg×1.4×108 J/kg=8.4×107 J;
(2)由题意可知水吸收的热量:
Q吸=Q放=8.4×107 J,
由Q吸=cmΔt得水升高的温度:
Δt===40 ℃;
(3)公交车行驶5 min做的有用功:
W=Pt=140×103 W×5×60 s=4.2×107 J;
该氢能源公交车的效率:η===50%。
全国一年中考
6.热学知识与人类生活息息相关。下列说法正确的是(A)
A.酒精燃烧过程中,质量减少,热值不变
B.铁块很难被压缩,说明固体分子之间不存在间隙
C.内燃机在做功冲程中,气缸内气体温度升高,内能增大
D.内陆地区比沿海地区昼夜温差大,是由于砂石的比热容比水的比热容大
7.(2024·广安中考)内燃机的发明是第二次工业革命中应用技术领域的一项重大成就。如图所示为单缸四冲程汽油机的一个冲程示意图,若该汽油机的效率为30%,飞轮每分钟转动1 800圈(q汽油=4.6×107 J/kg),则下列说法正确的是(B)
A.图中所示冲程是做功冲程
B.若该汽油机完全燃烧5 kg汽油,则汽油机做的有用功为6.9×107 J
C.该汽油机在1 s内做功30次
D.汽油机消耗的燃料越少,效率一定越高
8.(多选)(2024·齐齐哈尔中考)关于单缸四冲程汽油机,下列说法正确的是( A、C )
A.加润滑油可以减小汽油机零部件间的摩擦
B.通过改进可以使汽油机的效率达到100%
C.除做功冲程外,其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的
D.若飞轮的转动速度为1 200 r/min,则该汽油机每秒钟对外做功40次
9.(2024·陕西中考A卷)涡轴9“玉龙”是我国完全自主研发的航空涡轴发动机,其大致工作过程是:空气通过进气道进入压气机,被压气机压缩后进入燃烧室与燃料混合,燃料在燃烧室燃烧后,产生的高温高压气体推动涡轮转动,从而输出动力。关于该发动机工作过程中的相关说法正确的是(A)
A.燃烧室中燃料燃烧越充分,发动机效率越高
B.燃料和压缩空气混合后,燃料的热值增大
C.压气机压缩空气,空气的内能减小
D.高温高压气体推动涡轮转动时,将机械能转化为内能
10.(2024·云南中考)2024年5月,我国首款百公斤级车载液氢系统“赛道1000”研制成功,可助力氢能重卡突破1000公里续驶里程,这是我国将液氢应用于交通运输领域的重大技术突破(q氢=1.4×108J/kg)。下列说法正确的是(C)
A.氢能不属于清洁能源
B.用液氢作燃料是因为液氢含有的热量多
C.完全燃烧100 kg的液氢能释放1.4×1010 J的热量
D.氢能重卡的热机效率可高达100%第二十四讲 内能的利用
考点一 热值
考点二 热机
内燃机的工作过程
工作冲程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
示意图
进气门 ⑦ ⑧ ⑨ ⑩
排气门
活塞运动方向
能量转化 — 能转化为 能 能转 化为 能 —
联系 (1)每个工作循环飞轮转 圈,完成 个做功冲程; (2)在一个工作循环中,只有 冲程燃气对外做功,其他三个辅助冲程依靠 完成
【微点拨】(1)区别吸气冲程和排气冲程的关键是看进气门和排气门的开、闭及活塞的运动方向。
(2)“1∶4∶1∶2∶2”比例:完成1个工作循环,经历4个冲程,对外做功1次,曲轴和飞轮转2周,活塞往复运动2次。
考点三 热机的效率
考点四 能量的转化和守恒
【教材包装练】
命题点一 热机
1. (人教九全P17图14.1-1原创)如图所示的实验装置是通过 的方式将试管内的水进行加热的;水沸腾后,当塞子从试管口喷出时,水蒸气的内能转化成塞子的 能,此过程的能量转化与四冲程汽油机 冲程的能量转化情况相同。
2. (九全P19图14.1-4原创)甲图是汽油机的 冲程;乙图是汽油机的 冲程,该冲程中气体推动活塞向下运动,缸内气体的体积增大,温度 ,内能 ;丙图是汽油机的 冲程, 该冲程中活塞向上运动,缸内气体的体积减小,温度 ,内能 。
3.(沪粤九上P35T6变式)一台太阳能热水器装满水后,水的质量是100 kg,这些水的温度从15 ℃升高到70 ℃需要吸收 J的热量。若这些热量由燃烧天然气来提供,则至少应完全燃烧 m3的天然气。(天然气的热值为8.4×107 J/m3)
命题点二 能量守恒定律
4. (人教九全P29图14.3-3原创)如图所示为一种人们设想中的永动机,它通过高处的水流冲击叶片,叶片的转动又带动抽水机从低处将水抽到高处,从而循环工作,这种永动机 (选填“能够”或“不能够”)永远工作下去。
考点一 热机
【典例1】(2024·无锡中考)四冲程汽油机的工作循环中,主要将机械能转化为内能的冲程是( )
A.吸气冲程 B.压缩冲程
C.做功冲程 D.排气冲程
【中考挑战】(2024·临沂中考改编)汽油机是传统内燃机的一种,广泛应用于汽车、小型发电机、园林机械等领域。随着全球节能减排政策的推进,汽油机正面临前所未有的挑战与变革。如图所示为内燃机的四个冲程,气缸内气体的内能最小的是( )
考点二 热值、热量的计算
【典例2】(2024·广元中考)随着科技发展,人们已经开始将氢能作为一种新能源加以利用。已知氢燃料的热值为1.4×108 J/kg,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料30 kg,这些氢燃料完全燃烧释放的热量为 J,若这些热量完全被水吸收,可使 kg水的温度从20 ℃升高到100 ℃。
【提分必备】热量的计算
(1)利用比热容计算物体吸收或放出的热量。
①吸热公式:Q吸=cm(t-t0)。
②放热公式:Q放=cm(t0-t)。
其中t0表示物体的初温,t表示物体的末温。
(2)利用热值计算燃料完全燃烧放出的热量。
①固体、液体燃料:Q放=mq(m表示燃料的质量)。
②气体燃料:Q放=Vq(V表示燃料的体积)。
(3)热机效率:η=或η=。
【中考挑战】(2024·连云港中考)下列关于燃料的热值说法正确的是( )
A.燃料燃烧越充分,其热值越大
B.燃料的热值越小,完全燃烧放出的热量越少
C.一瓶酒精用去三分之一,剩余酒精的热值将减小
D.焦炭的热值是3.0×107 J/kg,完全燃烧1 kg焦炭能放出3.0×107 J的热量
广西三年中考
题组一 热机、热值
1.(2022·柳州中考)下列关于热机的说法正确的是( )
A.热机的效率为100%
B.热机只有汽油机和柴油机两种
C.好的热机工作时不排放废气
D.热机工作时都要利用燃料的化学能
2.(2022·北部湾经济区中考)2022年6月5日,长征二号F遥十四运载火箭搭载神舟十四号载人飞船成功发射升空。关于运载火箭发射升空时涉及的物理知识,下列说法正确的是( )
A.使用的燃料热值较小
B.大量“白气”涌向四周是扩散现象
C.燃料燃烧时将内能转化为化学能
D.燃气主要通过热传递使周围的空气内能增大
3. (2022·玉林中考)如图所示是一台四冲程内燃机的 (选填“压缩”或“做功”)冲程,这个冲程是通过 (选填“做功”或“热传递”)的方式改变缸内气体的内能。
题组二 热值、热量的相关计算
4.(2022·桂林中考)用天然气灶烧水时,把质量为2 kg、初温为20 ℃的水,加热到70 ℃,此过程中天然气完全燃烧放出的热量为2.1×106 J。已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。求:
(1)水吸收的热量是多少J
(2)天然气灶烧水时的热效率是多少
5.(2022·梧州中考)氢燃料具有清洁、效率高等优点,被认为是理想的能源之一,目前我国部分城市已有多批氢能源公交车投放使用。已知c水=4.2×103 J/(kg·℃),q氢=1.4×108 J/kg。问:
(1)质量为0.6 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少
(2)若这些热量全部被质量为500 kg、温度为15 ℃的水吸收,水升高的温度是多少
(3)若这些热量恰好能供某氢能源公交车以140 kW的恒定功率匀速行驶5 min,则该氢能源公交车的效率是多少
全国一年中考
6.热学知识与人类生活息息相关。下列说法正确的是( )
A.酒精燃烧过程中,质量减少,热值不变
B.铁块很难被压缩,说明固体分子之间不存在间隙
C.内燃机在做功冲程中,气缸内气体温度升高,内能增大
D.内陆地区比沿海地区昼夜温差大,是由于砂石的比热容比水的比热容大
7.(2024·广安中考)内燃机的发明是第二次工业革命中应用技术领域的一项重大成就。如图所示为单缸四冲程汽油机的一个冲程示意图,若该汽油机的效率为30%,飞轮每分钟转动1 800圈(q汽油=4.6×107 J/kg),则下列说法正确的是( )
A.图中所示冲程是做功冲程
B.若该汽油机完全燃烧5 kg汽油,则汽油机做的有用功为6.9×107 J
C.该汽油机在1 s内做功30次
D.汽油机消耗的燃料越少,效率一定越高
8.(多选)(2024·齐齐哈尔中考)关于单缸四冲程汽油机,下列说法正确的是( A、C )
A.加润滑油可以减小汽油机零部件间的摩擦
B.通过改进可以使汽油机的效率达到100%
C.除做功冲程外,其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的
D.若飞轮的转动速度为1 200 r/min,则该汽油机每秒钟对外做功40次
9.(2024·陕西中考A卷)涡轴9“玉龙”是我国完全自主研发的航空涡轴发动机,其大致工作过程是:空气通过进气道进入压气机,被压气机压缩后进入燃烧室与燃料混合,燃料在燃烧室燃烧后,产生的高温高压气体推动涡轮转动,从而输出动力。关于该发动机工作过程中的相关说法正确的是( )
A.燃烧室中燃料燃烧越充分,发动机效率越高
B.燃料和压缩空气混合后,燃料的热值增大
C.压气机压缩空气,空气的内能减小
D.高温高压气体推动涡轮转动时,将机械能转化为内能
10.(2024·云南中考)2024年5月,我国首款百公斤级车载液氢系统“赛道1000”研制成功,可助力氢能重卡突破1000公里续驶里程,这是我国将液氢应用于交通运输领域的重大技术突破(q氢=1.4×108J/kg)。下列说法正确的是( )
A.氢能不属于清洁能源
B.用液氢作燃料是因为液氢含有的热量多
C.完全燃烧100 kg的液氢能释放1.4×1010 J的热量
D.氢能重卡的热机效率可高达100%
