(共27张PPT)
第3节 热机的效率
第1课时 燃料的热值
燃料的热值
1.核心素养·物理观念酒精的热值是3.0×107 J/kg,其物理意义是 1 kg酒精完全燃烧时放出的热量是3.0×107 J。
酒精灯里装有100 g酒精,完全燃烧了一半,放出的热量是 1.5×106 J,剩余酒精的热值是 3.0×107 J/kg。
1 kg酒精完全燃烧时放出的热量是3.0×107 J
1.5×106
3.0×107
2.科技强国2024年12月16日18时00分,长征五号B遥六运载火箭在文昌航天发射场点火升空,火箭尾焰的光芒划破漆黑长夜奔向太空,成功将互联网低轨01组卫星送入预定轨道。长征五号B遥六火箭采用了大推力的氢氧发动机,这种发动机采用液氢作燃料主要是因为液氢有(D)
A.较高的凝固点 B.较低的沸点
C.较大的比热容 D.较高的热值
D
3.某校每天向学生提供1 000 kg热水,下表为几种常见燃料的热值。将质量为1 000 kg、初温为20 ℃的水烧开所需燃料的质量最少的是(燃料完全燃烧)(A)
几种常见燃料的热值(单位:J/kg)
A.燃料油 B.酒精 C.无烟煤 D.烟煤
燃料油 酒精 无烟煤 烟煤
4.2×107 3.0×107 约3.4×107 约2.9×107
A
4.核心素养·物理观念关于热值和比热容,下列说法中正确的是(C)
A.油箱里的汽油使用一部分后,汽油的热值减小
B.同一桶水在夏天时的比热容比冬天时大
C.比热容和热值都是物质的特性,都与物质的种类有关
D.比热容大的物质,热值肯定也更大
5.砖的制作工艺流传了数千年,从晒制到烧制,从青砖到红砖,小小的砖块见证了人类迈向文明的历程。下列说法中正确的是(B)
A.晒制泥坯时,泥坯温度越高含有的热量越多
B.高温烧制时,通过热传递的方式改变砖块的内能
C.烧制红砖时,燃料燃烧越充分,其热值越大
D.在质地均匀的砖上雕刻花纹,砖的密度变小
C
B
6.【2020·安徽】某同学家使用燃气热水器,平均每天需将100 kg的水从18 ℃加热到58 ℃。若天然气完全燃烧放出热量的70%被水吸收,则热水器平均每天消耗天然气 0.6 m3。[c水=4.2×103 J/(kg·℃),q天然气=4.0×107 J/m3]
7.农作物的秸秆可以回收加工制成秸秆煤。完全燃烧0.5 kg的秸秆煤可放出 1.05×107 J的热量;若这些热量完全被质量为100 kg、初温为 20 ℃的水吸收,则可使水温升高到 45 ℃。[q秸秆煤=2.1×107 J/kg,c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
0.6
1.05×107
45
8.新能源车的电池组能量密度(能量与质量的比值)比无烟煤和汽油都低。已知某新能源车的电池组电容量为3.6×108 J,电池组的总质量约90 kg。由此可知,能量密度相当于 热值 (填物理量),则该电池组的“能量密度”是 4.0×106 J/kg。
9.关于热量与热值,下列说法中正确的是(A)
A.燃料燃烧放出热量,是化学能转化为内能的过程
B.1 kg汽油燃烧放出的热量比1 kg酒精多,说明汽油含有的热量比酒精多
C.酒精的热值是3.0×107 J/kg,说明1 kg酒精所含的热量是3.0×107 J
D.热值大的燃料完全燃烧,放出的热量一定多
热值
4.0×106
A
10.关于,下列说法中正确的是(C)
A.热值与燃料完全燃烧放出的热量成正比
B.当燃料未燃烧时,其热值为零
C.某种燃料的热值大小与其是否充分燃烧无关
D.若燃料燃烧不充分,部分能源将被浪费掉,热值将减小
C
11.如图所示的是甲、乙两种燃料完全燃烧时释放的热量Q与其质量m的关系,下列说法中正确的是(C)
第11题图
A.甲燃料的热值小于乙燃料的热值
B.乙燃料的热值随质量的增大而增大
C.甲燃料的热值大于乙燃料的热值
D.燃料的热值越大,燃烧的效率越高
C
12.如图所示,甲、乙、丙三个图中的装置完全相同,燃料的质量相同,烧杯内液体的初温、质量均相同。
第12题图
(1)比较不同燃料的热值,应选择 甲、乙 两图进行实验。
甲、乙
(2)在探究不同燃料的热值的实验中,记录数据如表所示:
根据表中数据计算,燃料2的热值是 1.2×106 J/kg。
(3)通过实验得到的燃料的热值与实际相比要偏小,出现这种情况的主要原因是有热量的损失。
燃料 加热前液体的 温度/℃ 燃料燃尽时液 体的温度/℃ 燃料的热值
/(J·kg-1)
1 15 35 2.4×106
2 15 25
1.2×106
有热量的损失
13.核心素养·科学探究某同学学习了燃料的热值后,自己设计了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小。他实验时组装了如图所示的两套规格完全相同的装置,并每隔1 min记录烧杯中水的温度,记录数据如下表所示:
加热时间/min 0 1 2 3 4 5 6
甲杯水温/℃ 25 27 29 32 34 36 38
乙杯水温/℃ 25 26 27 28 29 30 31
(1)在安装、调整实验器材时,科学合理的顺序是(图甲)先调整固定 B 的位置,再调整固定 A 的位置。(均选填“A”或“B”)
(2)为了保证实验结论的可靠性,实验时应控制的相同的量有加热时间和水的 质量 、 初温 。
(3)通过表中记录的数据,你认为煤油和菜籽油两种燃料中,热值较大的是 煤油 。
(4)该同学实验前用天平测量了烧杯中水的质量及两油灯中燃料的质量,并记录了数据,利用公式Q吸=cm(t-t0)计算出了水吸收的热量。他认为通过这些数据能准确地计算出煤油和菜籽油的热值,你认为他的计算结果可靠吗 不可靠 ,理由是 有热量的损失。
B
A
质量
初温
煤油
不可靠
有热量的损失
第2课时 热机的效率
热机的效率
1.如图所示,通过内燃机工作过程的能流图可知,在各种热损失中, 废气 带走的能量最多,因此,提高热机效率的主要途径是 设法利用废气的能量。
第1题图
废气
设法利用废气的能量
2.一台内燃机运行时各种能量的损耗大致为气缸散热损失占25%,废气带走的能量占30%,摩擦等机械损耗占10%,则它的机械效率为 35%。
3.关于热机的效率,下列说法中正确的是(D)
A.蒸汽机的效率高于汽油机的效率
B.热机所做的有用功越多,它的效率就越高
C.内燃机的效率越高,它消耗的燃料就越少
D.热机效率越高,它将内能转化为机械能的比例越大
35%
D
4.跨学科实践·物理学与社会发展“涡轮增压”是目前在各种汽油机和柴油机中采用的一项节能、提高热机效率的技术。它是利用热机排出的废气带动涡轮旋转,将新鲜空气压缩后再送入内燃机的进气口。这样做的好处是 减小 (选填“增大”或“减小”)排出废气所带走的能量, 提高 (选填“提高”或“降低”)内燃机的效率。
5.【2024·辽宁】汽油机在 做功 冲程中将内能转化为机械能。若某汽车的汽油机在一段时间内做的有用功为2.3×107 J,效率为25%,则该汽油机在这段时间内消耗 2 kg汽油。(q汽油=4.6×107 J/kg)。
减小
提高
做功
2
6.创新考法·数形结合如图所示的是甲、乙两热机某次做功的参数。甲、乙两热机相比, 乙 (选填“甲”或“乙”)热机的效率较低。
第6题图
乙
7.核心素养·科学态度与责任为实现“碳达峰”“碳中和”目标,某汽车集团研发了一款新型汽车。在同样油耗和使用条件下,该汽车的发动机工作时,尾气中的“汽油味”明显降低,动力更强劲。如图所示的是发动机某一冲程示意图,下列说法中错误的是(C)
A.尾气中的“汽油味”降低,是因为汽油在气缸中燃烧比较完全
B.该冲程为做功冲程,内能转化为机械能
C.汽油在气缸内完全燃烧,发动机效率可达100%
D.该发动机减少了碳排放,有利于节约能源和环境保护
C
8.若甲热机的效率比乙热机的效率高,则(D)
A.甲热机的功率比乙热机的功率大
B.在单位时间内,甲热机消耗的燃料比乙热机消耗的燃料少
C.甲热机的转速比乙热机的转速快
D.甲热机将燃气产生的内能转化成机械能的百分比比乙热机大
D
9.创新考法·数形结合某物理兴趣小组的同学在社会实践活动中,通过实际调查和网上查阅,绘制了一辆某种普通型号轿车在额定功率下行驶时单位时间内的能量流向图,请你参与讨论有关问题。
第9题图
(1)根据图中的能量流向,说明该轿车在行驶时有哪几方面的能量损耗。 四 个方面: 摩擦损耗、散热损耗、排放废气损耗、燃料损耗(蒸发) 。
(2)将转化为有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为能量转化效率。由图中提供的数据可得,该轿车的能量转化效率为 12.7% 。(精确到0.1%)
四
摩擦损耗、散热损耗、排放废气损耗、燃料损耗(蒸发)
12.7%
10.某新型节能汽车,它的油箱最多可加45 kg燃油,它行驶时所受阻力的大小与速度的关系如下表所示:
已知汽车发动机将燃油完全燃烧的能量转化为机械能的效率是30%,汽车使用的燃油的热值为 4.5×107 J/kg。求:
(1)汽车油箱中加满燃油,这些燃油完全燃烧获得的能量。
(2)汽车油箱中加满燃油,并且以30 m/s的速度匀速行驶时,汽车的最大行驶里程。
速度 v/(m·s-1) 10 20 30 40
阻力f/N 0.3×102 1.2×102 2.7×102 4.8×102
解:(1)这些燃油完全燃烧获得的能量
Q=mq=45 kg×4.5×107 J/kg=2.025×109 J。
(2)已知发动机将燃油完全燃烧的能量转化为机械能的效率是30%,则有用功
W有=Q×30%=2.025×109 J×30%=6.075×108 J,
根据表格查出30 m/s时的阻力f=2.7×102 N,
则由W=fs=Fs可得,
s===2.25×106 m=2 250 km。
答:(1)汽车油箱中加满燃油,这些燃油完全燃烧获得的能量是2.025×109 J。
(2)汽车油箱中加满燃油,并且以30 m/s的速度匀速行驶时,汽车的最大行驶里程是2 250 km。
11.某家用轿车,重为1.5×104 N,以72 km/h的速度匀速直线行驶了0.5 h,消耗汽油3 kg,期间受到的阻力为车重的(q汽油=4.6×107 J/kg)。求:
(1)轿车通过的路程。
(2)牵引力做功的功率。
(3)轿车发动机的效率。
解:(1)根据可得,轿车通过的路程
s=vt=72 km/h×0.5 h=36 km。
(2)阻力f=G=×1.5×104 N=1 200 N,
轿车匀速直线行驶,则牵引力F=f=1 200 N,
牵引力做的功
W=Fs=1 200 N×3.6×104 m=4.32×107 J,
牵引力做功的功率P===2.4×104 W。
(3)汽油完全燃烧产生的热量
Q=m汽油q汽油=3 kg×4.6×107 J/kg=1.38×108 J,
轿车发动机的效率
η= ×100%=×100%≈31%。
答:(1)轿车通过的路程为36 km。
(2)牵引力做功的功率为2.4×104 W。
(3)轿车发动机的效率约为31%。(共16张PPT)
第2节 热 机
热机
1.热机的基本工作原理: 燃料的化学能 内能 机械能。
燃料的化学能
内能
2.如图所示的是两个演示实验的示意图。在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉,把活塞迅速压下去,硝化棉燃烧起来,如图甲所示;给试管里的水加热一段时间后,橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出去,如图乙所示。其中图 乙 体现了热机的工作原理,其能量转化是 内 能转化为机械能。
第2题图
乙
内
3.核心素养·物理观念【2024·新疆】下列运载工具中不需要利用热机的是(C)
A.喷气式飞机 B.柴油拖拉机
C.纯电动汽车 D.长征系列火箭
C
热机的工作过程
4.如图所示的是汽油机的工作过程示意图。
第4题图
(1)吸气冲程:进气门打开,排气门关闭,活塞向下运动,吸入 汽油和空气的混合物 。
汽油和空气的混合物
(2)压缩冲程:进气门与排气门都关闭,活塞 向上 运动,燃料混合物被压缩。
(3)做功冲程:进气门与排气门都 关闭 ,火花塞产生电火花使燃料猛烈燃烧,推动活塞向下运动,对外 做功 。
(4)排气冲程:进气门关闭,排气门打开,活塞 向上 运动,把废气排出气缸。
向上
关闭
做功
向上
5.如图所示的是四冲程汽油机工作过程的示意图,按其工作过程,正确的排列顺序为(D)
甲 乙 丙 丁
第5题图
A.甲、乙、丙、丁 B.乙、甲、丁、丙
C.乙、丙、甲、丁 D.甲、丁、丙、乙
D
汽油机和柴油机的区别
6.关于汽油机和柴油机的区别,补充完成下表。
表述 “是”“降低”“升高”“降低到”“升高到” “放出”“吸收” “有”
“具有”“改变”
单位 摄氏度(℃) 焦耳(J) 焦耳(J)
关系 热传递可以改变物体的内能,使其内能增加或减少,但温度不一定改变(如晶体熔化、凝固),即当仅有热传递的物体吸热时,内能会增加;当仅有热传递的物体放热时,内能会减少,但物体的温度不一定发生改变;物体只要升高(或降低)温度,就有内能的改变 7.跨学科实验·物理学与社会发展小柯在科技馆看到一种发动机——六冲程发动机。这种发动机的前四个冲程和一般发动机相同,第五冲程是把水注入气缸,使水瞬间变成水蒸气,从而带动活塞运动,为汽车提供动力,第六冲程是让水蒸气进入冷凝器,变成可再次注入气缸的水。第五冲程相当于四冲程汽油机中的 做功 冲程,这个冲程中的能量转化是 内 能转化为 机械 能,这种六冲程发动机一个工作循环对外做功 两 次。
做功
内
机械
两
8.如图所示的是早期的蒸汽汽车模型,燃料燃烧使水温升高,汽车前进。该过程中的能量转化与内燃机的 做功 冲程相同。
第8题图
做功
9.跨学科实践·物理学与工程实践二氧化碳(CO2)爆破是环保的爆破技术。起爆前利用高压泵使CO2通过 压缩体积 的方式发生液化,流入爆破筒内。如图所示,通电后发热管发热,液态CO2迅速汽化,形成的高压气体从泄气孔喷出,发生爆炸,这一过程相当于内燃机的 做功 冲程。
第9题图
压缩体积
做功
10.一台四冲程内燃机的飞轮转速为 1 800 r/min。下列说法中正确的是(C)
A.1 min飞轮转3 600圈,完成1 800个冲程
B.1 min完成900个冲程,做功450次
C.1 s飞轮转30圈,完成60个冲程
D.1 s完成30个冲程,做功15次
C
11.【2024·山东】2024年4月20日,我国研制的全球首款本体热效率达53.09%的柴油机在世界内燃机大会正式亮相,刷新了柴油机热效率的世界纪录。下列内燃机的四个冲程中,气缸内气体的内能最小的是(D)
A B C D
D
12.传统文化如图所示,小普同学跟爷爷学习某种功夫的四个基本动作,由此联想到热机的四个冲程。下列与排气冲程最相似的是(D)
A.鼻孔吸气 B.气沉丹田
C.排山倒海 D.打完收工
D
13.如图所示,四冲程汽油机活塞的面积为5×10-3 m2,汽油燃烧产生的高温、高压气体对活塞的压强为 8×105 Pa,汽油机正常工作10 min所做的功为 1.8×106 J。求:
(1)高温、高压气体对活塞的压力。
(2)该汽油机的功率。
解:(1)由p=得,高温、高压气体对活塞的压力
F=pS=8×105 Pa×5×10-3 m2=4×103 N。
(2)该汽油机的功率
P===3×103 W。
答:(1)高温、高压气体对活塞的压力为4×103 N。
(2)该汽油机的功率为3×103 W。(共17张PPT)
第十四章 内能的利用 滚动训练
一、填空题(每空2分,共30分)
1.在课外活动中,某同学将刚喝完水的空矿泉水瓶的瓶盖拧上,握住上下两部分,用力拧成如图所示的形状,会看到瓶盖被弹出,并发出爆响声,同时瓶口内出现白雾。拧瓶子过程中,瓶盖未弹出前跟汽油机的 压缩 冲程的能量转化类似,瓶盖被弹出时,瓶内气体的内能会 减少 ,导致温度降低,出现白雾。
第1题图
压缩
减少
2.如图所示的是趣味物理社团制作的“噗噗船”。与铜管相连的水槽中充有一定量的水,当水槽内的水被加热时,随着水温升高,产生的水蒸气从管口喷出,发出“噗噗”的声响,船就会在水池中向前移动。此过程中水蒸气的内能转化为船的 机械能 ,水蒸气内能减少主要是通过 做功 的方式改变的。
第2题图
机械能
做功
3.跨学科实践·物理学与工程实践如图所示的筒车是以水流作动力,用来取水的机械。筒车“昼夜不息”, 不能 (选填“能”或“不能”)说明它就是永动机,其能量转化 遵循 (选填“遵循”或“不遵循”)能量守恒定律。
第3题图
4.【2024·聊城】在一个配有活塞的厚玻璃筒内放一小团硝化棉,把活塞迅速压下去,棉花燃烧起来,这一过程与汽油机的 压缩 冲程具有相同的能量转化。
不能
遵循
压缩
5.生命安全与健康某些窨井连接着化粪池,里面的污水、粪便和枯枝败叶等发酵后会产生沼气。沼气的主要成分为甲烷,属于可燃性气体,当遇到明火且浓度值达到爆炸极限时就会发生爆炸,把窨井盖炸“飞”,如图所示。窨井内气体发生爆炸的过程和内燃机工作时的 做功 冲程的能量转化相同。我们要“珍爱生命,注意安全”,不要在窨井附近玩火。
第5题图
做功
6.某单缸四冲程汽油机的飞轮转速是2 400 r/min,则此汽油机每秒对外做功 20 次。
7.长征五号系列运载火箭选用液态氢作为燃料,主要原因是液态氢具有较大的热值,其热值为1.4×108 J/kg,它表示的物理意义是 1 kg的氢完全燃烧放出的热量为1.4×108 J 。
8.如图所示,质量为50 g的金属小球从A处自由下滑,经过B处,到达C处恰好停下。若小球从A到B的过程用了4 s,则重力做功的功率为 0.05 W,整个过程中,小球克服摩擦消耗的机械能为 0.1 J。(空气阻力忽略不计,g取10 N/kg)
20
1 kg的氢完全燃烧放出的热量为1.4×108 J
0.05
0.1
9.完全燃烧0.1 m3的天然气放出的热量是 4.0×106 J。若这些热量的20%被4 kg的液体吸收,其温度升高50 ℃,则该液体的比热容是 4×103 J/(kg·℃)。(q天然气=4.0×107 J/m3)
10.甲、乙两种燃料,甲燃料的热值是乙燃料的2倍,乙燃料的质量是甲燃料的4倍。若它们完全燃烧,则甲、乙燃料放出的热量之比为 1∶2 。
4.0×106
4×103
1∶2
二、选择题(每小题4分,共28分)
11.2025年4月24日17时17分,搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,约10 min后,神舟二十号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,发射取得圆满成功。火箭发射时,燃料燃烧获得的能量使其加速升空,与该过程的能量转化形式相同的是(A)
A.热机做功冲程 B.钻木取火过程
C.水力发电过程 D.物体上抛过程
A
12.跨学科实践·物理学与日常生活自劳动课成为中小学一门独立课程以来,小明已学会了多种菜肴的烹饪方法。关于烹饪,下列说法中正确的是 (A)
A.锅把手上刻有花纹可以增大摩擦
B.燃气的热值大小与是否完全燃烧有关
C.菜被炒熟是做功改变了它的内能
D.油和水很难融合表明分子间没有间隙
13.完全燃烧1 g液态氢能释放出1.4×105 J的热量,是完全燃烧1 g 汽油释放的热量的3倍多,由此可知液态氢比汽油的(C)
A.内能大 B.温度高 C.热值大 D.密度大
A
C
14.如图所示的是汽油机工作时的四个冲程示意图,下列说法中正确的是 (C)
甲 乙 丙 丁
第14题图
A.在一个工作循环中,工作过程依次是丁、丙、甲、乙
B.靠飞轮惯性完成的冲程是甲、乙、丁
C.若飞轮的转速为3 000 r/min,则该汽油机1 s对外做功25次
D.丁冲程的能量转化是内能转化为机械能
C
15.关于单缸四冲程汽油机和柴油机,下列说法中正确的是(D)
A.汽油机上面是喷油嘴,柴油机上面是火花塞
B.汽油机吸气冲程中吸入气缸的物质是汽油
C.汽油机的压缩程度要比柴油机的压缩程度大
D.柴油机做功冲程中的点火方式是压燃式
D
16.甲、乙两种燃料完全燃烧放出的热量与其质量的关系图像如图所示,下列说法中正确的是(C)
第16题图
A.甲燃料的热值小于乙燃料的热值
B.完全燃烧甲、乙两种燃料加热同一锅水至沸腾,所需乙燃料的质量更小
C.完全燃烧相同质量的两种燃料,甲放出的热量更多
D.使用甲燃料的热机效率一定高,但是热机效率肯定小于100%
C
17.关于热机的效率,下列说法中正确的是(A)
A.一般情况下柴油机的效率比汽油机的效率高
B.热机的效率越高,在做功同样多的情况下消耗的能量越多
C.热机的效率越高说明做功越快
D.热机损失的能量中,废气带走的能量较少,机械摩擦损失的能量较多
A
三、实验题(每空3分,共6分)
18.小明采用如图所示的装置探究质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量,实验数据如表所示。
第18题图
燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃
酒精 25 65
纸片 25 44
(1)实验后,可以通过比较 水升高的温度 (选填“加热时间”或“水升高的温度”)来比较酒精和碎纸片放出热量的多少。
(2)从表格中数据可以发现,质量相同的酒精和碎纸片都充分燃烧后, 酒精 放出的热量多。
水升高的温度
酒精
四、计算题(共6分)
19.【2024·山西】山西拥有丰富的历史文化遗产。暑假期间小明一家从平遥古城自驾前往五台山,进行古建筑研学旅行。平遥古城到五台山的全程约360 km,驾车前往大约需要4 h,汽车发动机全程的平均功率为25 kW,消耗汽油25 L。已知q汽油=4.6×107 J/kg,ρ汽油=0.8×103 kg/m3。求:
(1)汽车的平均速度。
(2)汽油完全燃烧放出的热量Q。
(3)汽车发动机的效率。
解:(1)汽车的平均速度v===90 km/h。(1分)
(2)全程消耗汽油的体积V=25 L=0.025 m3,
汽油的质量m=ρV=0.8×103 kg/m3×0.025 m3=20 kg,
汽油完全燃烧放出的热量Q=mq=20 kg×4.6×107 J/kg=9.2×108 J。(2分)
(3)汽车全程做的有用功W=Pt=25×103 W×4×3 600 s=3.6×108 J,
汽车发动机的效率η=×100%=×100%≈39.1%。(3分)
答:(1)汽车的平均速度为90km/h。
(2)汽油完全燃烧放出的热量为9.2×108J。
(3)汽车发动机的效率约为39.1%。(共14张PPT)
第十四章 内能的利用
第1节 能量的转化与守恒
能量的转化
1.指出下列现象中,能量的转化形式。
电动机带动水泵抽水: 电能转化为机械能 。
利用木柴烧水: 化学能转化为内能 。
用凸透镜点燃干草: 太阳能转化为内能 。
2.关于能量的转化,下列说法中正确的是(B)
A.电动汽车充电时,将化学能转化为电能
B.煤炭燃烧时,将化学能转化为内能
C.摩擦起电是把电能转化为机械能
D.电风扇工作时将机械能转化为电能
电能转化为机械能
化学能转化为内能
太阳能转化为内能
B
3.跨学科实践·物理学与社会发展如图1所示的是某型号手电筒风扇,如图2所示的是该手电筒风扇工作时的能量流向示意图,电池充电时,将能量以化学能的形式储存,工作时给电动机和照明灯供电。关于图中方框中能量的形式,下列说法中正确的是(B)
图1 图2
第3题图
A.甲是“内能” B.乙是“电能”
C.丙是“光能” D.丁是“机械能”
B
能量守恒定律
4.大量的研究表明,自然界的能量是守恒的,科学家们将研究的结果概括为能量守恒定律,即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,而能量的总量保持不变。
转化
转移
5.核心素养·物理观念学习了内能及能量的转化和守恒后,同学们在一起梳理知识时交流了以下想法,其中错误的是(B)
A.做功改变物体的内能是不同形式的能的相互转化
B.热传递改变物体的内能是不同形式的能的相互转化
C.各种形式的能在一定条件下都可以相互转化
D.能量在转化和转移的过程中总会有损耗,但能量的总量保持不变
B
6.【2024·济宁】如图所示,在小球摆动的过程中,由于摩擦的存在,一部分机械能会转化为 内能 ,这部分能量不可能自动地再转化为机械能,如果没有能量的补充,小球最终会停止运动。研究表明,自然界的能量是守恒的,能量的转化与转移具有 方向 性。
第6题图
内能
方向
7.小梦在学习完能量转化的知识后,设想了如图所示的方案,先利用水力发电,然后再利用发出的电驱动抽水机把水抽到上蓄水池,这样就可以一直循环下去。这个设计方案 不可行 (选填“可行”或“不可行”),理由是 违背了能量守恒定律。
第7题图
不可行
违背了能量守恒定律
8.2024年6月25日,嫦娥六号返回器准确着陆于内蒙古四子王旗预定区域,实现世界首次月球背面采样返回。返回器在减速着陆过程中,下列说法中正确的是(D)
A.动能不变 B.重力势能不变
C.机械能不变 D.与大气摩擦,内能增加
D
9.如图所示的是小球在地面弹跳的频闪照片,下列说法中正确的是(A)
第9题图
A.小球弹起的高度越来越小,在此过程中能量守恒
B.根据能量守恒定律,在此过程中小球的机械能总量是保持不变的
C.在小球的运动过程中,通过热传递的方式使其内能增加
D.小球和地面之间发生撞击,内能转化为机械能
A
10.如图所示,下列说法中错误的是(B)
第10题图
A.酒精在燃烧的过程中,将化学能转化为内能
B.水的内能是通过做功方式改变的
C.水在沸腾之前,温度升高,内能增加
D.塞子被推出的过程中,试管内气体的内能转化为塞子的机械能
B
11.如图所示,关于能量转化,下列说法中错误的是(C)
A.摩擦生热,机械能转化为内能
B.能量转化是非常普遍的现象,但是各种形式的能量之间不能自由的相互转化
C.随着技术的发展,电灯通电后可以全部转化为光能
D.燃料燃烧时,将化学能转化为光能和内能
C
12.根据能量守恒定律,下列情形中可能发生的是(B)
A.出膛的子弹射穿木板,以更快的速度继续前进
B.两个斜面底部对接,小球从左斜面滚下后,继续冲上右斜面
C.电水壶里的水沸腾了,给该电水壶断电,水的沸腾不会停止
D.孤岛上被人们遗忘的一只机械表,默默地走了几十年
B
13.核心素养·科学思维如图所示,材质均匀的弧形轨道固定在竖直平面内,将小球置于轨道的顶端A点,小球具有的机械能为100 J。让小球从A点由静止开始滚动,到右侧所能达到的最高位置B点时,具有的机械能为 80 J。随即小球向左侧滚动,当滚动到左侧所能达到的最高位置时,此过程中小球克服摩擦做的功可能是(不计空气阻力)(A)
A.10 J B.20 J C.60 J D.70 J
A
14.物理小实验用两块铜片、热电偶、电动机(带风扇)组成一个电路,铜片1插在90 ℃的热水中,铜片2放在空气中,如图所示。半分钟左右风扇发生转动,这就是温差发电现象。关于该实验过程,下列说法中正确的是(A)
A.温差发电的实质是内能转化为电能
B.温差发电不遵守能量守恒定律
C.热水的内能全部转化成风扇的机械能
D.两块铜片有温度差,风扇就会转
A(共25张PPT)
第十四章 内能的利用
汽油机和柴油机的异同
汽油机 柴油机
构造 相同 气缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、飞轮 不同 火花塞 喷油嘴
工作过程 吸气 冲程 不同 吸进汽油和空气的混合物 吸进空气
相同 进气门开启,排气门关闭 压缩 冲程 不同 燃料混合物被压缩,压强增大,温度升高 空气被压缩得更小,压强更大,温度更高
相同 机械能→内能,两气门均关闭 做功 冲程 不同 火花塞产生电火花,使燃料燃烧,点燃式 喷油嘴喷出雾状柴油,遇热空气燃烧,压燃式
相同 内能→机械能,两气门均关闭 排气 冲程 进气门关闭,排气门打开,排出废气 应用 用于汽车、飞机、小型农用机械等 用于载重汽车、坦克、拖拉机、火车、轮船等
混淆能量的转化和转移
1.人类的生产生活离不开对能量的使用。关于能量的转换,下列说法中错误的是(B)
A.蜡烛燃烧是将化学能转化为内能
B.充电宝在给手机充电时,将电能转化为化学能
C.电风扇工作时将电能转化为机械能
D.冬天用电取暖器取暖是将电能转化为内能
B
飞轮转速相关计算
2.某柴油机飞轮的转速为2 400 r/min,则在1 s内,柴油机完成 80 个冲程,对外做功 20 次。
分不清热机冲程
3.下列是汽油机工作时的各个冲程示意图,其中做功冲程是(C)
A B C D
80
20
C
不理解热值的意义
4.由热值公式q=可知,下列说法中正确的是(B)
A.燃料的质量越大,热值就越大
B.该公式是热值的计算式,q与Q、m均无关
C.燃料燃烧时放出的热量越多,热值就越大
D.没有燃烧的燃料,热值等于零
B
不理解热机效率
5.【2024·蜀山区期中】关于热值和热机效率,下列说法中正确的是(D)
A.使燃料燃烧更充分,可以提高热机效率,这是因为提高了燃料的热值
B.使用热值大的燃料,可以提高热机效率
C.汽油机工作时,做功冲程为飞轮提供动力,其他冲程主要依靠飞轮的惯性力
D.甲柴油机的效率比乙柴油机的效率高,燃烧质量相同的同种燃料,甲柴油机对外做的功比乙柴油机多
D
混淆比热容实验和热值实验
6.如图所示,甲、乙、丙三套装置完全相同,燃料的质量相同,烧杯内的液体的质量和初温也相同。
第6题图
(1)为了研究不同物质的吸热能力,可以利用 甲、丙 装置进行实验,不同物质吸热的多少是通过 加热时间 来反映的。
甲、丙
加热时间
(2)为了研究不同燃料的热值,可以利用 甲、乙 装置进行实验,实验中通过 温度计上升的示数 来比较不同燃料完全燃烧放出的热量多少。
甲、乙
温度计上升的示数
来源教材的图片
1.(北师九物全P25图10.4-9改编)2025年3月30日0时05分,我国在文昌航天发射场使用长征七号改运载火箭,成功将通信技术试验卫星十六号发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。如图所示,火箭升空时,燃料燃烧后通过做功,把 内 能转化为 机械 能。
第1题图
内
机械
2.(人教九物全P25图14.2-2改编)如图所示,在试管中装些水,用橡胶塞塞住试管口,加热使水沸腾,水蒸气会把橡胶塞冲出。在这个过程中,燃料燃烧时的能量转化情况是 化学能转化为内能。
第2题图
化学能转化为内能
3.(人教九物全P27图14.2-5丙改编)汽油机是由四个冲程不断循环而工作的,图中表示的是 内能 转化为 机械能 的冲程。
第3题图
内能
机械能
4.(人教九物全P27图14.2-5改编)如图所示的是汽油机工作时的四冲程示意图(已打乱顺序),其中表示做功冲程的是图 丁 ,表示压缩冲程的是图 丙 。
甲 乙 丙 丁
第4题图
丁
丙
5.(北师九物全P22图10.4-4改编)家用轿车常用汽油机驱动,如图所示的是四冲程汽油机的 做功 冲程;汽车行驶过程中,油箱内的汽油越来越少,汽油的热值 不变 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
第5题图
做功
不变
6.(人教九物全P32图14.3-2改编)如图所示的是某内燃机工作时的能量流向图,该内燃机的热机效率是 35% 。热机给人类文明带来了进步,也给生态环境造成了污染,列举出一种热机污染: 噪声污染(合理即可)。
第6题图
35%
噪声污染(合理即可)
来源教材的变式
7.(人教九物全P22图14.1-4改编)如图所示的是一种设想中的永动机,它通过高处的水流冲击叶片,叶片的转动用来对外做功,同时带动抽水器从低处将水抽到高处,从而循环工作。下列说法中正确的是(A)
A.这一设想不符合能量守恒定律
B.这款永动机可以在现实中推广
C.这款永动机利用内能对外做功
D.高处的水下落过程中的机械能守恒
A
8.(沪科九物全P49T2改编)在汽油机的工作循环中,活塞向上运动,并依靠曲轴的惯性来完成的冲程是(D)
A.吸气冲程和做功冲程
B.做功冲程和排气冲程
C.压缩冲程和做功冲程
D.压缩冲程和排气冲程
9.(沪科九物全P53T2改编)在煤炭市场中,少数不法商贩将矸石粉碎后掺在优质煤中销售。客户为了不上当,最恰当的方法是检测下列物理量中的(A)
A.热值 B.比热容 C.温度 D.质量
D
A
10.(北师九物全P36T2改编)关于能量的转化与守恒,下列说法中正确的是(D)
A.一个用细线悬挂的小球在来回摆动许多次后总会停下来,说明这个过程的能量不守恒
B.空调既能制热,又能制冷,说明自发的热传递不存在方向性
C.因为自然界的能量是守恒的,所以能源危机是杞人忧天
D.任何制造永动机的设想,无论它看上去多么巧妙,都是一种徒劳
D
11.(沪科九物全P54T5改编)为了缓解能源紧缺问题,提高热机的效率变得越来越重要。关于热机效率,下列说法中正确的是(A)
A.尽量减少热机内部各部件间的摩擦可提高热机效率
B.使用的燃料的热值越高,热机的效率越高
C.目前有些新型燃料汽车实现了“零排放”,它们的热机效率可达到100%
D.柴油机的效率一般低于汽油机的效率
A
来源教材的计算
12.(沪粤九物上P37T4改编)太阳能热水器是一种绿色环保产品,许多住宅楼统一安装了太阳能热水器。某太阳能热水器的水箱容量为100 L。
(1)假如在一天的时间内太阳能热水器接收到的太阳能能使一箱水的温度从20℃升高到60℃,求水吸收的热量。[ρ水=1.0×103 kg/m3,c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(2)若使用液化石油气给水加热时,液化石油气完全燃烧放热的70%被水吸收,则使同样多的水升高相同的温度,需消耗液化石油气多少千克 (液化石油气的热值为8.0×107J/kg)
解:(1)水的质量
m=ρ水V=1.0×103kg/m3×100×10-3 m3=100kg,
水吸收的热量Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×100kg×(60℃-
20℃)=1.68×107J。
(2)因液化石油气完全燃烧放出热量的70%被水吸收,所以液化石油气完全燃烧放出的热量
Q放===2.4×107J,
由Q放=mq可得,液化石油气的质量
m'===0.3 kg。
答:(1)水吸收的热量是1.68×107J。
(2)需消耗液化石油气0.3kg。
13.(人教九物全P34T4改编)随着人们生活水平的逐步提高,小轿车已成为许多家庭的主要交通工具。今年“十一”期间,高伟一家四口自驾小轿车去黄山游玩。在某段路途中,高伟留意到小轿车在30 min的时间内,在水平路面上匀速行驶了36 km。求:
(1)小轿车在这段时间内的平均速度。
(2)已知小轿车发动机的功率(牵引力的功率)为22 kW,小轿车所受的摩擦力。
(3)如果小轿车在这段时间内消耗的汽油是3 kg,汽油的热值为4.6×107 J/kg,小轿车发动机的效率。
解:(1)小轿车在这段时间内的平均速度
v===20 m/s。
(2)由P===Fv得,小轿车所受的牵引力
F===1100 N。
由于小轿车做匀速直线运动,则小轿车所受的摩擦力f=F=1 100 N。
(3)汽油完全燃烧释放的热量
Q放=mq=3 kg×4.6×107 J/kg=1.38×108 J,
发动机做的有用功
W有=Pt=22×103 W×30×60 s=3.96×107 J,
发动机的效率
η=×100%=×100%≈29%。
答:(1)小轿车在这段时间内的平均速度是 20 m/s。
(2)小轿车所受的摩擦力是 1100 N。
(3)小轿车发动机的效率约是29%。
