第二十四讲 内能的利用
考点一 能量的转化和守恒
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 ⑧ 开 关 关 ⑨ 关
排气门 关 ⑩ 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 热值
考点四 热机的效率
教材包装练
命题点一 能量守恒定律
1.(人教九全P22图14.1-4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。
命题点二 热机
2.(人教九全P27图14.2-5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P37T4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)
考点一 热机
【典例1】(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)
【中考挑战】(2025·天津中考)我国在柴油机的研制上已将本体热效率突破53%。在柴油机的四个冲程中,内能转化为机械能的是(C)
A.吸气冲程 B.压缩冲程
C.做功冲程 D.排气冲程
考点二 热值、热量的计算
【典例2】(2025·黑龙江中考)用烟煤烧水时,将10 kg的水从20 ℃加热到100 ℃,燃烧了1.4 kg的烟煤,烟煤的热值为3.0×107 J/kg,则水吸收的热量是 3.36×106 J,烧水的热效率是 8% 。
【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】(2025·威海中考)在海拔约5 000 m 的米拉山垭口烧水,用燃气炉将质量2.5 kg、初温为3 ℃的水加热至沸腾(水的沸点为83 ℃)。若燃气完全燃烧释放热量的30%被水吸收。则水吸收了多少热量 共用掉多少燃气 [q燃气=
5×107 J/kg,c水=4.2×103 J/(kg·°C)]
解:水吸收热量
Q吸=c水m水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×2.5 kg×(83 ℃-3 ℃)=8.4×105 J
燃气燃烧释放热量
Q放===2.8×106 J
燃气质量m===0.056 kg。
广西中考真题
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%。
全国一年中考
5.(2025·山东中考)汽油在发动机气缸中燃烧不充分会产生积碳,影响发动机性能。在发动机维护保养后,汽油燃烧会更加充分,其热值(C)
A.变大 B.变小
C.不变 D.无法确定
6.(2025·黑龙江中考)一台单缸四冲程汽油机的飞轮的转速是2 400 r/min,则此汽油机每秒完成的冲程个数和对外做功次数分别是(A)
A.完成80个冲程,对外做功20次
B.完成80个冲程,对外做功40次
C.完成40个冲程,对外做功10次
D.完成40个冲程,对外做功40次
7.(2025·湖北中考)如图是液体燃料火箭喷气发动机示意图。输送装置将燃料和氧化剂输送到燃烧室燃烧,产生气体喷出推动火箭前进。下列说法正确的是(B)
A.燃料燃烧时内能转化为化学能
B.燃料箱燃料减少,燃料热值不变
C.燃烧放出热量越多,燃料热值越大
D.火箭前进时,燃料的化学能全部转化为火箭的机械能
8.(2025·烟台中考)汽油机是燃油汽车的动力来源之一。如图所示是某台汽油机工作时的能量数据,图中横线处应填写的内容是:① 1.61×105 ;② 机械 。若汽油的热值为4.6×107 J/kg,则该工作过程中消耗的汽油质量为 0.003 5 kg。
9.(2025·广元中考)如图所示是我国自行研制的大型客机C919,若它在高空水平定速巡航飞行10 km消耗的汽油为100 kg,受到的阻力为1.15×105 N,则飞机发动机的热机效率为 25% ;为节能减排,现设法回收未利用的能量,若回收的能量占汽油完全燃烧放出能量的21%,可使 4 600 kg水的温度升高50 ℃。[汽油热值为4.6×107 J/kg,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
10.(2025·山西中考)跨学科实践
制作简易汽轮机模型
热机对人类文明发展起着重要的推动作用。同学们成立了制作简易汽轮机模型的项目团队,制订了“项目提出——项目分析——项目实施——展示交流”的学习流程,研究了热机原理,收集材料组装了如图所示的汽轮机模型。
实验时向易拉罐内部注入大约半罐水,将去掉笔芯和尾塞的中性笔的尾端插入易拉罐内,用胶将罐的开口处密封。将易拉罐放置在支架上,笔的尖端对准小风扇的扇叶。点燃易拉罐下面的酒精灯,当有蒸汽喷出时,扇叶就转动起来。
(1)汽轮机模型工作过程的能量转化情况为:化学能→ 内能 → 机械能 。
(2)某团队的同学们在测试过程中,发现扇叶不转动,出现这种现象的原因可能是 注入的水过少,产生的蒸汽量不足(合理即可) 。(答出一条即可)
(3)热机发展史也是一部热机效率提高史,在展示交流环节,对如何提高简易汽轮机效率,同学们进行了激烈讨论。请你依照“结构决定功能”的观念,从结构的角度思考,帮助他们提出一个可行性措施: 增加易拉罐上半部分的保温性能(或优化蒸汽喷出通道、改进扇叶结构,设计成飞机机翼的形状等,合理即可) 。 第二十四讲 内能的利用
考点一 能量的转化和守恒
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 ⑧ 关 关 ⑨
排气门 关 ⑩ 关 开
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 飞轮 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 热值
考点四 热机的效率
教材包装练
命题点一 能量守恒定律
1.(人教九全P22图14.1-4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。
命题点二 热机
2.(人教九全P27图14.2-5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P37T4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)
考点一 热机
【典例1】(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( )
【中考挑战】(2025·天津中考)我国在柴油机的研制上已将本体热效率突破53%。在柴油机的四个冲程中,内能转化为机械能的是( )
A.吸气冲程 B.压缩冲程
C.做功冲程 D.排气冲程
考点二 热值、热量的计算
【典例2】(2025·黑龙江中考)用烟煤烧水时,将10 kg的水从20 ℃加热到100 ℃,燃烧了1.4 kg的烟煤,烟煤的热值为3.0×107 J/kg,则水吸收的热量是 J,烧水的热效率是 。
【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】(2025·威海中考)在海拔约5 000 m 的米拉山垭口烧水,用燃气炉将质量2.5 kg、初温为3 ℃的水加热至沸腾(水的沸点为83 ℃)。若燃气完全燃烧释放热量的30%被水吸收。则水吸收了多少热量 共用掉多少燃气 [q燃气=
5×107 J/kg,c水=4.2×103 J/(kg·°C)]
广西中考真题
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
全国一年中考
5.(2025·山东中考)汽油在发动机气缸中燃烧不充分会产生积碳,影响发动机性能。在发动机维护保养后,汽油燃烧会更加充分,其热值( )
A.变大 B.变小
C.不变 D.无法确定
6.(2025·黑龙江中考)一台单缸四冲程汽油机的飞轮的转速是2 400 r/min,则此汽油机每秒完成的冲程个数和对外做功次数分别是( )
A.完成80个冲程,对外做功20次
B.完成80个冲程,对外做功40次
C.完成40个冲程,对外做功10次
D.完成40个冲程,对外做功40次
7.(2025·湖北中考)如图是液体燃料火箭喷气发动机示意图。输送装置将燃料和氧化剂输送到燃烧室燃烧,产生气体喷出推动火箭前进。下列说法正确的是( )
A.燃料燃烧时内能转化为化学能
B.燃料箱燃料减少,燃料热值不变
C.燃烧放出热量越多,燃料热值越大
D.火箭前进时,燃料的化学能全部转化为火箭的机械能
8.(2025·烟台中考)汽油机是燃油汽车的动力来源之一。如图所示是某台汽油机工作时的能量数据,图中横线处应填写的内容是:① ;② 。若汽油的热值为4.6×107 J/kg,则该工作过程中消耗的汽油质量为 kg。
9.(2025·广元中考)如图所示是我国自行研制的大型客机C919,若它在高空水平定速巡航飞行10 km消耗的汽油为100 kg,受到的阻力为1.15×105 N,则飞机发动机的热机效率为 ;为节能减排,现设法回收未利用的能量,若回收的能量占汽油完全燃烧放出能量的21%,可使 kg水的温度升高50 ℃。[汽油热值为4.6×107 J/kg,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
10.(2025·山西中考)跨学科实践
制作简易汽轮机模型
热机对人类文明发展起着重要的推动作用。同学们成立了制作简易汽轮机模型的项目团队,制订了“项目提出——项目分析——项目实施——展示交流”的学习流程,研究了热机原理,收集材料组装了如图所示的汽轮机模型。
实验时向易拉罐内部注入大约半罐水,将去掉笔芯和尾塞的中性笔的尾端插入易拉罐内,用胶将罐的开口处密封。将易拉罐放置在支架上,笔的尖端对准小风扇的扇叶。点燃易拉罐下面的酒精灯,当有蒸汽喷出时,扇叶就转动起来。
(1)汽轮机模型工作过程的能量转化情况为:化学能→ → 。
(2)某团队的同学们在测试过程中,发现扇叶不转动,出现这种现象的原因可能是 。(答出一条即可)
(3)热机发展史也是一部热机效率提高史,在展示交流环节,对如何提高简易汽轮机效率,同学们进行了激烈讨论。请你依照“结构决定功能”的观念,从结构的角度思考,帮助他们提出一个可行性措施: 。
