第十四章 内能的利用
本章总结提升
热点一 热机的冲程及能量转化
1．［新素材·安全与健康］救灾汽车正在公路上急驰，突然发现山体滑坡，紧急刹车。此时刹车片和轮胎都变热，汽车的机械能转化为 能，但能量的总量是 的。
2．如图所示为氢气爆炸实验装置，向纸杯中通入适量的氢气与空气混合，用火柴点燃气体，发生爆炸，纸杯被崩起，此过程的能量转化与汽油机的 冲程相同。
第2题图 第3题图
3．小明家买了辆家用轿车，小明很喜欢。一天，当爸爸检查发动机时，发现发动机上有火花塞，据此可以判断这台发动机是 油机，如图所示是 冲程。
4．［新素材·安全与健康］在消防安全教育中，消防员给同学们做了“面粉爆炸实验”，如图所示，在无盖小筒里放入干燥面粉，点燃蜡烛，用筒盖盖上大筒，向小筒内鼓入空气，使面粉弥漫在大筒内，面粉迅速被点燃引发爆炸，把筒盖冲起。筒盖被冲起的过程与汽油机的 冲程能量转化情况相同。
5．［新课标·模型建构］上世纪人类制成了世界上第一盏用海浪发电的航标灯。它的气室示意图如图所示，其工作原理是利用海浪上下起伏将空气吸入气室，推入工作室后再压缩，然后推动涡轮机带动发电机发电。下列说法错误的是( )
A．当海水下降时，类似于汽油机的吸气冲程
B．当海水上升时，类似于汽油机的压缩冲程
C．推动涡轮气流，类似于手摇发电机的外力
D．整个工作原理，和四冲程汽油机完全一样
6．一台四冲程内燃机转速为600 r/min，则( )
A．每分钟内做功150次，共有600个冲程
B．每分钟内做功600次，共有1 200个冲程
C．每秒钟内做功20次，共有10个冲程
D．每秒钟内做功5次，共有20个冲程
热点二 热机的效率
7．某台四冲程汽油机的转速为1 200 r/min，在1 s内汽油机对外做了 次功。如果汽油机在某段时间内消耗了400 g汽油，则汽油完全燃烧可放出热量为 J。(q汽＝4.6×107 J/kg)
8．［跨学科·物理学与日常生活］冬天利用循环流动热水可为房间供暖，一段时间内提供的热水质量为1 000 kg、温度为60 ℃，出水的温度为40 ℃，则这段时间水向外界放出 J的热量。若这些热量全部由天然气完全燃烧提供，需要燃烧 m3天然气。［c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q天然气＝7×107 J/m3］
9．汽车以某速度在一段平直公路上匀速行驶27 km，消耗汽油2 L，汽油完全燃烧放出的热量为 J；若汽油机的效率为30%，汽车的牵引力为 N。(q汽油＝4.5×107 J/kg，ρ汽油＝0.75×103 kg/m3)
10．甲、乙两辆汽车的热机效率η甲＜η乙，在水平高速公路上匀速行驶时动力相同。甲车行驶50 km消耗的汽油为4 L，则乙车行驶100 km消耗的汽油可能为( )
A．7 L B．8 L C．9 L D．10 L
11．双燃料汽车以天然气或汽油作为燃料，以下说法正确的是( )
A．燃料的热值越大，燃烧时放出的热量越多
B．以天然气为燃料，汽车发动机的效率可以达到100%
C．在压缩冲程中，燃料混合物的温度升高，内能增大
D．与天然气相比，汽油燃烧时对环境的污染较小
12．［新素材·现代科技］2024年11月，搭载燃氢发动机的国产大卡车成功下线，标志着我国自主研发的大马力燃氢发动机技术迈向实际应用。某次测试中该卡车行驶1 h，消耗氢气25 kg，发动机输出功率350 kW。已知氢气的热值为1.4×108 J/kg。求：
(1)氢气完全燃烧放出的热量。
(2)燃氢发动机的效率。
热点三 能的转化和守恒
13．［跨学科·物理学与日常生活］“溜溜球”是学生喜爱的一种玩具。如图所示，使用时将线绕好，然后手持绳的上端自由释放。假如手不提拉，由于空气阻力，“溜溜球”上升的高度将越来越小，这一过程中 能转化为 能；为使“溜溜球”上升的高度不变，在其上升的过程中，人必须提拉绳子，提拉的过程实质上是人通过绳对“溜溜球” (选填“做功”或“热传递”)的过程，从而使它的机械能得到不断补充。
第13题图 第15题图
14．［中华优秀传统文化］中华艺术“烙画”相传源于秦朝，即用火烧铁杆(现代发展为电烙铁)在物体上熨出烙痕作画。电烙铁通电升温的过程是能量的 过程，“画布”升温的过程是能量的 (前两空均选填“转化”或“转移”)过程。整个过程中，能量 (选填“是”或“不是”)守恒的。
15．世界上还有许多欠发达地区至今用不上电，美国哈佛大学的学生设计制作了一种发电足球。球在被踢的过程中，其内部装置能够发电，并将产生的电能储存在蓄电池中，用来点亮LED灯，该过程中的能量转化形式是( )
A．动能→电能→化学能→光能
B．电能→动能→化学能→光能
C．动能→电能→光能→化学能
D．电能→动能→光能→化学能
热点四 能量转化和转移的有关计算
16．如图所示为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个气缸的活塞连在一根曲轴上，并使各气缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个气缸在做功，其他三个气缸分别在做吸气、压缩和排气工作。
(1)发动机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将 能转化为 能。
(2)有一台四缸发动机，其主要技术指标如表所示。其中排量等于四个气缸工作容积的总和，气缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离(即冲程长)。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数。
排量 2.0 L
输出功率 120 kW
转速 6 000 r/min
①该发动机在1 s内做功 J，单缸排量 L。
②在每个做功冲程里，发动机做功W＝ J。
(3)在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为W＝pV，式中p表示燃气对活塞的压强，则p＝ Pa。(1 L＝10－3 m3)
17．某家庭用燃气热水器将质量为100 kg，温度为20 ℃的自来水加热到50 ℃，消耗的天然气体积为0.4 m3(假设天然气完全燃烧)。已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值为3.5×107 J/m3。求：
(1)水吸收的热量。
(2)该热水器工作时的热效率。第十四章 内能的利用
本章总结提升
热点一 热机的冲程及能量转化
1．［新素材·安全与健康］救灾汽车正在公路上急驰，突然发现山体滑坡，紧急刹车。此时刹车片和轮胎都变热，汽车的机械能转化为 内 能，但能量的总量是 守恒 的。
2．如图所示为氢气爆炸实验装置，向纸杯中通入适量的氢气与空气混合，用火柴点燃气体，发生爆炸，纸杯被崩起，此过程的能量转化与汽油机的 做功 冲程相同。
第2题图 第3题图
3．小明家买了辆家用轿车，小明很喜欢。一天，当爸爸检查发动机时，发现发动机上有火花塞，据此可以判断这台发动机是 汽 油机，如图所示是 吸气 冲程。
4．［新素材·安全与健康］在消防安全教育中，消防员给同学们做了“面粉爆炸实验”，如图所示，在无盖小筒里放入干燥面粉，点燃蜡烛，用筒盖盖上大筒，向小筒内鼓入空气，使面粉弥漫在大筒内，面粉迅速被点燃引发爆炸，把筒盖冲起。筒盖被冲起的过程与汽油机的 做功 冲程能量转化情况相同。
5．［新课标·模型建构］上世纪人类制成了世界上第一盏用海浪发电的航标灯。它的气室示意图如图所示，其工作原理是利用海浪上下起伏将空气吸入气室，推入工作室后再压缩，然后推动涡轮机带动发电机发电。下列说法错误的是( D )
A．当海水下降时，类似于汽油机的吸气冲程
B．当海水上升时，类似于汽油机的压缩冲程
C．推动涡轮气流，类似于手摇发电机的外力
D．整个工作原理，和四冲程汽油机完全一样
6．一台四冲程内燃机转速为600 r/min，则( D )
A．每分钟内做功150次，共有600个冲程
B．每分钟内做功600次，共有1 200个冲程
C．每秒钟内做功20次，共有10个冲程
D．每秒钟内做功5次，共有20个冲程
热点二 热机的效率
7．某台四冲程汽油机的转速为1 200 r/min，在1 s内汽油机对外做了 10 次功。如果汽油机在某段时间内消耗了400 g汽油，则汽油完全燃烧可放出热量为 1.84×107 J。(q汽＝4.6×107 J/kg)
8．［跨学科·物理学与日常生活］冬天利用循环流动热水可为房间供暖，一段时间内提供的热水质量为1 000 kg、温度为60 ℃，出水的温度为40 ℃，则这段时间水向外界放出 8.4×107 J的热量。若这些热量全部由天然气完全燃烧提供，需要燃烧 1.2 m3天然气。［c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q天然气＝7×107 J/m3］
9．汽车以某速度在一段平直公路上匀速行驶27 km，消耗汽油2 L，汽油完全燃烧放出的热量为 6.75×107 J；若汽油机的效率为30%，汽车的牵引力为 750 N。(q汽油＝4.5×107 J/kg，ρ汽油＝0.75×103 kg/m3)
10．甲、乙两辆汽车的热机效率η甲＜η乙，在水平高速公路上匀速行驶时动力相同。甲车行驶50 km消耗的汽油为4 L，则乙车行驶100 km消耗的汽油可能为( A )
A．7 L B．8 L C．9 L D．10 L
11．双燃料汽车以天然气或汽油作为燃料，以下说法正确的是( C )
A．燃料的热值越大，燃烧时放出的热量越多
B．以天然气为燃料，汽车发动机的效率可以达到100%
C．在压缩冲程中，燃料混合物的温度升高，内能增大
D．与天然气相比，汽油燃烧时对环境的污染较小
12．［新素材·现代科技］2024年11月，搭载燃氢发动机的国产大卡车成功下线，标志着我国自主研发的大马力燃氢发动机技术迈向实际应用。某次测试中该卡车行驶1 h，消耗氢气25 kg，发动机输出功率350 kW。已知氢气的热值为1.4×108 J/kg。求：
(1)氢气完全燃烧放出的热量。
(2)燃氢发动机的效率。
解：(1)消耗的氢气完全燃烧产生的热量Q放＝qm＝1.4×108 J/kg×25 kg＝3.5×109 J。
W有＝P输出t＝350 kW×1 h＝350 000 W×3 600 s＝1.26×109 J，发动机的效率η＝×100%＝36%。
热点三 能的转化和守恒
13．［跨学科·物理学与日常生活］“溜溜球”是学生喜爱的一种玩具。如图所示，使用时将线绕好，然后手持绳的上端自由释放。假如手不提拉，由于空气阻力，“溜溜球”上升的高度将越来越小，这一过程中 机械 能转化为 内 能；为使“溜溜球”上升的高度不变，在其上升的过程中，人必须提拉绳子，提拉的过程实质上是人通过绳对“溜溜球” 做功 (选填“做功”或“热传递”)的过程，从而使它的机械能得到不断补充。
第13题图 第15题图
14．［中华优秀传统文化］中华艺术“烙画”相传源于秦朝，即用火烧铁杆(现代发展为电烙铁)在物体上熨出烙痕作画。电烙铁通电升温的过程是能量的 转化 过程，“画布”升温的过程是能量的 转移 (前两空均选填“转化”或“转移”)过程。整个过程中，能量 是 (选填“是”或“不是”)守恒的。
15．世界上还有许多欠发达地区至今用不上电，美国哈佛大学的学生设计制作了一种发电足球。球在被踢的过程中，其内部装置能够发电，并将产生的电能储存在蓄电池中，用来点亮LED灯，该过程中的能量转化形式是( A )
A．动能→电能→化学能→光能
B．电能→动能→化学能→光能
C．动能→电能→光能→化学能
D．电能→动能→光能→化学能
热点四 能量转化和转移的有关计算
16．如图所示为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个气缸的活塞连在一根曲轴上，并使各气缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个气缸在做功，其他三个气缸分别在做吸气、压缩和排气工作。
(1)发动机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将 内 能转化为 机械 能。
(2)有一台四缸发动机，其主要技术指标如表所示。其中排量等于四个气缸工作容积的总和，气缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离(即冲程长)。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数。
排量 2.0 L
输出功率 120 kW
转速 6 000 r/min
①该发动机在1 s内做功 1.2×105 J，单缸排量 0.5 L。
②在每个做功冲程里，发动机做功W＝ 600 J。
(3)在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为W＝pV，式中p表示燃气对活塞的压强，则p＝ 1.2×106 Pa。(1 L＝10－3 m3)
17．某家庭用燃气热水器将质量为100 kg，温度为20 ℃的自来水加热到50 ℃，消耗的天然气体积为0.4 m3(假设天然气完全燃烧)。已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值为3.5×107 J/m3。求：
(1)水吸收的热量。
(2)该热水器工作时的热效率。
解：(1)温度变化量为50 ℃－20 ℃＝30 ℃，水吸收的热量Q吸＝cmΔt＝4.2×103 J/( kg·℃)×100 kg×30 ℃＝1.26×107 J。
(2)天然气完全燃烧放出的热量Q放＝V天然气q＝0.4 m3×3.5×107 J/m3＝1.4×107 J，该热水器工作时的热效率η＝×100%＝90%。
