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中考初中物理单元综合提升与单元检测
第14章 内能的利用
【知识提升】
知识点一、内能的利用和热机
1. 内能的利用主要有两个方面：一是利用内能加热；二是利用内能做功。各种热机（蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等）都是利用内能做功。
2. 利用燃料燃烧释放的能量做功的机械，叫做热机。
3. 内燃机中的汽油机和柴油机是常用热机。
四冲程汽油机和柴油机通过吸气、压缩、做功、排气四个冲程的循环进行工作。
知识点二、热值
1. 某种燃料完全燃烧放出的热量与质量的比值，叫做这种燃料的热值，用q表示。
2. 热值是燃料的一种特性，它跟燃料是否燃烧，燃烧是否完全。燃料的质量和体积无关，只跟燃料的种类有关。
3. 燃料完全燃烧放出的热量=热值×质量，即Q=qm。
知识点三、热机效率
1. 热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，叫做热机的效率。
2. 提高热机效率的途径：让燃料充分燃烧，减少能量损失，充分利用废气带走的热量。
知识点四、能量守恒定律
能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
【单元检测】
一、选择题
1. （2025青海中考题）以下四种场景与蒸汽机工作原理相符的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】蒸汽机工作原理是利用内能对外做功，内能转化为机械能，B正确。
2.（2025山西大同）某校的科技活动周举办了一场水火箭发射比赛。图甲是小明用可乐瓶制作的水火箭，图乙是水火箭的示意图。小明先在瓶里装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭随即飞向空中。下列分析正确的是（ ）
A．使用打气筒打气时的能量转化过程与汽油机的做功冲程相同
B．水从水火箭中喷出相当于内燃机的排气冲程
C．水火箭升空过程中高压气体的内能转化为水火箭的机械能
D．在水火箭发射的整个过程中，能量总量越来越少
【答案】C
【解析】使用打气筒打气时的能量转化过程人体的能量转化为气体内能，与汽油机的做功冲程不相同，A错误；水从水火箭中喷出相当于内燃机的做功冲程，B错误；水火箭升空过程中高压气体的内能转化为水火箭的机械能，C正确；在水火箭发射的整个过程中，能量守恒，D错误。
3.（2025合肥）如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的两种液体进行加热，两图装置均相同。燃料的质量用m表示，燃料充分燃尽时液体升高的温度用表示（液体未沸腾）（ ）
A．若甲乙燃料种类相同，两个烧杯中液体的种类不相同，两个装置用来探究燃料的热值大小
B．若甲乙燃料种类相同，两个烧杯中液体的种类不相同，的值越大，液体的吸热能力越强
C．若甲乙两种燃料种类不同，两个烧杯中液体种类相同，的值越大，燃料的热值越大
D．若甲乙两种燃料种类不同，两个烧杯中液体种类相同的值越大，燃料的热值越大
【答案】D
【解析】探究燃料的热值大小时，应该控制燃料的种类不同，两个烧杯中液体的种类相同，A错误；
若甲乙燃料种类相同，燃料的质量用m表示，燃料充分燃烧时，两个烧杯中液体吸收的热量相同，燃料放出热量Q=mq，液体的比热容c=Q/m液△t=，的值越大，c越小，液体的吸热能力越弱，B错误；
若两个烧杯中液体种类相同，质量相同，燃料充分燃烧时，液体吸收的热量Q吸=cm液△t。若甲乙两种燃料种类不同，则燃料的热值q===，的值越大，燃料的热值越大，D正确；的值越大，燃料的热值越小，C错误。
4. 如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的水和油进行加热，图1、图2、图3装置均相同。下列说法正确的是（ ）
A．为完成“探究不同物质吸热升温的现象”实验，应选取图2、图3
B．为完成“比较不同燃料燃烧时放出的热量”实验，应控制甲、乙燃料燃烧时间相同
C．在“探究不同物质吸热升温的现象”实验中，加热相同时间升温快的物质吸热能力弱
D．在“比较不同燃料燃烧时放出的热量”实验中，完全燃烧后使水温变化大的燃料热值小
【答案】C
【解析】为完成“探究不同物质吸热升温的现象”实验，采用控制变量法，应选取图1、图3，A错误；
为完成“比较不同燃料燃烧时放出的热量”实验，应控制甲、乙燃料质量相同，并都完全燃烧，B错误；
在“探究不同物质吸热升温的现象”实验中，加热相同时间升温快的物质，比热容小，吸热能力弱，C正确；
在“比较不同燃料燃烧时放出的热量”实验中，完全燃烧后使水温变化大的燃料放出热量多，燃料热值大，D错误。
5. （2025重庆）小明用可乐瓶制作出水火箭，如图所示，先在瓶里装适量水，旋紧瓶塞，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，用打气筒往瓶里打气。打开阀门后，水从金属管向下喷出，水火箭竖直向上飞向空中。下列分析正确的是（ ）
A．用打气筒往瓶里打气，瓶体膨胀起来，说明力可以改变物体的运动状态
B．用打气筒往瓶里打气，水火箭瓶内气体的内能保持不变
C．水向下喷出时，通过热传递的方式减小了瓶内空气的内能
D．水火箭向下喷水上升过程中，水火箭的惯性减小
【答案】D
【解析】用打气筒往瓶里打气，气体压强增大，导致瓶体膨胀起来，不能说明力可以改变物体的运动状态，A错误；用打气筒往瓶里打气，水火箭瓶内气体的内能保持增大，B错误；水向下喷出时，通过做功的方式减小了瓶内空气的内能，C错误；水火箭向下喷水上升过程中，水火箭的质量减小，惯性减小，D正确。
6. 实验小组的同学们用可乐瓶制作水火箭（如图），先在瓶里装适量水，旋紧瓶塞，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，用打气筒往瓶里打足气，打开阀门后，水从金属管向下喷出，水火箭竖直向上飞向空中。下列分析不正确的是（ ）
A．使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的压缩冲程相同
B．水从水火箭中喷出后，水的比热容变小
C．水火箭上升过程中，水火箭瓶内气体的内能减少
D．水火箭上升过程的能量转化效率无法达到100%
【答案】B
【解析】使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的压缩冲程相同，A正确；水从水火箭中喷出后，水的比热容不变，B错误；水火箭上升过程中，气体对外做功，水火箭瓶内气体的内能减少，C正确；水从金属管向下喷出，水火箭竖直向上飞向空中，喷出的水具有能量，所以水火箭上升过程的能量转化效率无法达到100%，D正确。
7.（2025陕西西安）如图甲、乙分别是某单缸四冲程汽油机的某冲程示意图及能量流向图，已知该汽油机的飞轮转速为2400r/min，汽油的热值为4.6×107J/kg。下列说法正确的是（ ）
A．图甲是做功冲程，该冲程是依靠飞轮的惯性完成的
B．该汽油机每秒对外做功10次
C．该汽油机完全燃烧2kg汽油可输出有用机械能2.576×107J
D．增加废气带走的热量可以提高热机的效率
【答案】C
【解析】图甲是吸气冲程，该冲程是依靠飞轮的惯性完成的，A错误；该汽油机的飞轮转速为2400r/min，每秒转动40r，该汽油机每秒对外做功20次，B错误；该汽油机完全燃烧2kg，热量Q=qm=4.6×107J/kg×2kg=9.2×107J,，汽油机效率η=（1-6%-30%-36%）=28%，汽油可输出有用机械能W=η×9.2×107J= 2.576×107J，C正确；增加废气带走的热量可以降低热机的效率，D错误。
二、非选择题
8. 世界上很多发明都是受到生活现象的启发而萌生的创意，比如蒸汽机和汽油机。如图所示，水蒸气冲起塞子过程中的能量转化情况是_______（选填“机械能转化为内能”或“内能转化为机械能”），与四冲程汽油机的_______冲程的能量转化相同。某单杠四冲程汽油机正常工作时飞轮的转速为 2400r/min，则它每秒对外做功________次。
【答案】内能转化为机械能 做功 20
【解析】水蒸气冲起塞子过程中的能量转化情况是“内能转化为机械能”，与四冲程汽油机的做功冲程的能量转化相同。某单杠四冲程汽油机正常工作时飞轮的转速为 2400r/min，则它每秒转动40r，该汽油机每秒对外做功20次。
9. 近年来，汽车逐步走进了普通百姓的家庭。
（1）汽车内燃机一个工作循环包括四个冲程，一个气缸正常工作四个冲程的顺序是___________（对甲、乙、丙、丁重新排序）；
（2）一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为2400r/min，汽油机每秒对外做功___________次，每秒汽油机完成___________个冲程。当汽油燃烧不充分时，会冒黑烟，这时汽油机的效率将___________（选填“升高”、“不变”或“降低”）。乙图所示的汽油机冲程是___________冲程。
【答案】（1）丙乙甲丁 （2）20 80 降低 压缩
【解析】（1）汽车内燃机一个工作循环包括四个冲程，一个气缸正常工作四个冲程的顺序是吸气冲程（图丙）、压缩冲程（图乙）、做功冲程（图甲）、排气冲程（图丁）；
（2）一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为2400r/min，则它每秒转动40r，该汽油机每秒对外做功20次。每秒汽油机完成20×4=80个冲程。当汽油燃烧不充分时，会冒黑烟，这时汽油机的效率将降低。乙图所示的汽油机冲程是压缩冲程。
10 小明利用初中所学物理知识研究汽油机的工作过程，如图所示。
(1)一台单缸四冲程汽油机，正常工作四个冲程的顺序是______（对图甲A、B、C、D重新排序）；
(2)一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为，该汽油机每分钟完成______个冲程，做功______次；
(3)图乙所示为某汽油的能流图，若，，，，，则该汽油机的效率为______；
(4)请分析汽车发动机的工作效率为什么达不到100%？你的理由是（答一条即可）______；
(5)以前，汽车发动机工作时发热严重，温度很高，常用水给汽车发动机降温，而没有用其他液体，这主要是因为水的______比较大。
【答案】（1）BADC （2）3600 900 （3）25%
（4）废气带走能量、散热损失、克服摩擦等 （5）比热容
【解析】(1)一台单缸四冲程汽油机，正常工作四个冲程的顺序是是吸气冲程（图B）、压缩冲程（图A）、做功冲程（图D）、排气冲程（图C）；
(2)一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为，该汽油机每分钟完成2×1800=3600个冲程，做功3600×4=900次；
(3)图乙所示为某汽油的能流图，若，，，，，则该汽油机的效率为η=×100%=25%；
(4)汽车发动机的工作效率达不到100%的理由是：废气带走能量、散热损失、克服摩擦等；
(5)以前，汽车发动机工作时发热严重，温度很高，常用水给汽车发动机降温，而没有用其他液体，这主要是因为水的比热容_比较大。
11 （2025广东珠海）阅读材料，回答问题
汽油发动机
汽油发动机是以汽油作为燃料，将化学能最终转化成机械能的发动机。汽油机的特点是转速高、结构简单、质量轻、造价低廉、运转平稳、使用维修方便。汽油机在汽车上，特别是小型汽车上大量使用。
市场上汽油机的热效率普遍在35%左右，达到40%的少之又少。现在最先进的汽油机，采用了无火花塞的HCCI，也就是均质压燃燃烧技术，压缩比达到了18∶1，热效率高达50%，综合油耗仅3.3L/100km。
(1)如上图所示是汽油机的四个冲程，一个汽缸正常工作时，汽油机的四个冲程正确顺序是______（请对甲、乙、丙、丁重新排序），其中图______所示的冲程为汽油机提供动力，其它3个冲程靠飞轮的__________完成；
(2)汽油机的防冻冷却液是由水和某种防冻剂混合而成的。这是利用了水的______大的特点；
(3)若某单缸四冲程汽油机飞轮的转速是1800r/min，则该汽油机每秒完成______个冲程，对外做功______次，完成______个工作循环。
【答案】（1）乙、甲、丁、丙 丁 惯性
（2）比热容 （3）60 15 15
【解析】(1)如上图所示是汽油机的四个冲程，一个汽缸正常工作时，汽油机的四个冲程正确顺序是：吸气冲程（图乙）、压缩冲程（图甲）、做功冲程（图丁）、排气冲程（图丙）；其中图丁所示的做功冲程为汽油机提供动力，其它3个冲程靠飞轮的惯性完成；
(2)汽油机的防冻冷却液是由水和某种防冻剂混合而成的。这是利用了水的比热容大的特点；
(3)若某单缸四冲程汽油机飞轮的转速是1800r/min，则该汽油机每秒完成60个冲程，对外做功15次，完成30个工作循环。
12．新能源车已经成为汽车市场的热点。有一种混合动力汽车，有两种工作模式：纯电动模式与混动模式。当以纯电模式行驶时，内燃机不工作，由蓄电池提供能量。当以混动模式行驶时，内燃机工作，既可以给汽车行驶提供能量，还可以给蓄电池充电。在某次以混动模式行驶的过程中，汽车在平直公路上匀速行驶100km，克服阻力做功1.4×108J，蓄电池储存的电能增加了4.9×107J。
（1）所用燃料的热值为4.5×107J/kg，在上述行驶过程中消耗12kg燃料（假设燃料完全燃烧），则放出的总热量是多少？
（2）若汽车水箱中有防冻液5kg，若防冻液比热容按c＝4.2×103J/(kg ℃)算，行驶过程中防冻液温度上升60℃，它吸收了多少热量？
（3）求此过程中内燃机的效率。
【答案】（1）5.4×108J （2）1.2×106J （3）35%
【解析】（1）所用燃料的热值为4.5×107J/kg，
在上述行驶过程中消耗12kg燃料（假设燃料完全燃烧），
则放出的总热量是Q放=qm=4.5×107J/kg×12kg==5.4×108J.
（2）若汽车水箱中有防冻液5kg，若防冻液比热容按c＝4.2×103J/(kg ℃)算，
行驶过程中防冻液温度上升60℃，它吸收热量Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg ℃)×5kg×60℃=1.2×106J
（3）此过程中有用功W=1.4×108J+4.9×107J=1.89×108J
内燃机的效率η=×100%=35%
13 （2025成都）1860年，法国人勒努瓦发明了世界上第一台内燃机，它通过煤气燃烧产生热能和动力，压缩比为1，热效率为4.5%，低于当时的蒸汽机水平。1926年瑞士人布希引入了废气涡轮增压理论、1950年直喷技术原型开始出现，但汽油机热效率进步缓慢，直到1990年，电喷系统才给汽油机热效率带来了明显改善。到了2000年，发动机精确喷油下的热效率才达到30%，后经多年发展大多汽油机的效率多在28%~33%。某款国产165型单缸四冲程汽油机，该汽油机的汽缸横截面积为40cm2，活塞冲程长60mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为1.0×106Pa，飞轮的转速是2400r/min。求：
(1)这种汽油机燃气对活塞的平均压力；
(2)这种汽油机满负荷工作时做功的功率（不计摩擦损失）；
(3)如果某小型汽车用4个缸的这种汽油机作为动力机（设每个缸提供的功率均相同），若该汽油机的效率为40%，当该汽车在平直公路上以36km/h的速度匀速行驶54km，需消耗汽油多少kg？（汽油的热值为4.6×107J/kg）
【解析】(1)这种汽油机燃气对活塞的平均压力F=pS=1.0×106Pa×40×10-4m2=4000N；
(2) 飞轮的转速是2400r/min，转2圈做一次功，每分钟做功1200次。
活塞冲程长s=60mm=0.06m，一次做功W=Fs=4000N×0.06m=240J
1min做功 W1=1200×W=2.88×105J，这种汽油机满负荷工作时做功的功率P=W1/t=4800W；
（3）汽车在平直公路上以36km/h的速度匀速行驶54km，所用时间t=s/v=1.5h=90min
发动机所做的功 W机= W1t×4=2.88×105J×90×4J=1.0368×108J
由η=W机/Q放得汽油完全燃烧放出的热量Q放=2.592×108J
由Q放=mq得 需消耗汽油m=Q放/q≈5.6kg
14 （2025江苏南通）阅读短文，回答问题
汽车动能回收系统
为节约能源，某型号油电混合的汽车在关闭发动机后，通过小型发电机将减速运动时的部分动能转化为电能储存在蓄电池中，同时蓄电池又能将部分能量通过电动机向车轮输送。表中所示是该型号汽车的部分技术参数，其中储能效率是指汽车正常行驶时关闭发动机，直至汽车停止的过程中，通过发电机将动能转化为电能并储存在蓄电池的效率。耗油量是指汽车正常行驶100km消耗燃油的质量。测试中，先让汽车正常行驶，然后关闭发动机，分别测出开启和关闭发电机两种情况下，汽车通过的路程s与对应的速度大小v，计算出动能Ek，作出动能Ek随路程s变化的图像，如图所示。
××型汽车
满载总质量（kg） 1500
储能效率（%） 60
耗油量（kg/100km） 7
(1)汽车发动机是用水作冷却剂的，这是利用了水的_______大的性质；
(2)如图为汽油机某一冲程示意图，进气门、排气门关闭，下列选项中与其能量转化过程完全相同的是（ ）；
A．用手反复弯折铁丝
B．用热水壶将水烧开
C．压缩空气棉花燃烧
D．水蒸气弹出活塞
(3)汽车消耗燃油正常行驶10km，完全燃烧这些燃油产生的热量为2.94×107J，则燃油的热值为___J/kg，若燃油没有完全燃烧，则燃油的热值___（选填“变大”、“变小”或“不变”）；在1标准大气压下，这些热量能将100kg初始温度为40℃的水加热至___℃【水的比热容为4.2×103J/（kg ℃）】；
(4)发电机发电过程中，动能除了转化为电能外，由于发电机的线圈会发热导致温度升高，因此还有部分能量转化为___能。由图像可知，表示开启发电机进行测试的图线是___（填“①”或“②”），判断的依据是：开启发电机后，有一部分动能转化为电能；而关闭发电机后，动能全部用于转化为内能；
(5)若满载的汽车正常行驶时的动能为Ek0＝3.75×105J，某时刻关闭发动机，同时发电机开始工作直至汽车停下来，最终有___J的动能转化为内能；汽车重新启动加速后，汽车采用纯电动模式在平直公路上匀速行驶时，若汽车蓄电池的电能转化为汽车机械能的效率为80%，汽车匀速行驶时受到阻力为车总重的0.1倍，则汽车可利用刚刚回收的动能（Ek0＝3.75×105J）前进___m。
【答案】（1）比热容 （2）D
（3）4.2×107 不变 100
（4）内 ② （5）1.5×105 120
【解析】(3)汽车消耗燃油正常行驶10km，消耗汽油m= 7kg/100km×10km=0.7kg
完全燃烧这些燃油产生的热量为Q=2.94×107J，则燃油的热值为q=Q/m=4.2×107J/kg，
若燃油没有完全燃烧，则燃油的热值“不变”；
c=4.2×103J/（kg ℃）, m=100kg, t0=40℃
由Q=cm（t-t0）解得t=100℃
(4)发电机发电过程中，动能除了转化为电能外，由于发电机的线圈会发热导致温度升高，因此还有部分能量转化为内能。由图像可知，表示开启发电机进行测试的图线是“②”；
(5)由表中数据可知，汽车储能效率为60%，所以动能转化为内能的效率为η=1-60%=40%
若满载的汽车正常行驶时的动能为Ek0＝3.75×105J，某时刻关闭发动机，动能转化为内能
W内=ηEk0＝0.4×3.75×105J=1.5×105 J，
即通过发电机将回收的动能转化为电能为W电=0.6×Ek0＝0.6×3.75×105J=2.25×105 J。
汽车重新启动加速后，汽车采用纯电动模式在平直公路上匀速行驶时，若汽车蓄电池的电能转化为汽车机械能的效率为80%，电能转化的机械能 W机=80%×W电=1.8×105 J
汽车匀速行驶时受到阻力为车总重的0.1倍，牵引力F=f=0.1G=1500N
由W机=Fs
解得汽车可利用刚刚回收的动能（Ek0＝3.75×105J）前进的s=120m。
15 （2025广东茂名）阅读短文，回答问题：
汽油机发动机
汽油机发动机是很多汽车的动力源。其输出功率和排量有关。排量又称工作容积，指活塞一个冲程中活塞在气缸内通过的容积，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（如果发动机有多个气缸，所有气缸“工作容积”之和称为发动机排量）。
通常汽车多用的是四缸发动机，图甲所示为发动机的4个汽缸（图中标注1、2、3、4），通过连杆把4个汽缸的活塞连在一根曲轴上。各个汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在吸气、压缩和排气冲程，所以汽车发动机的一个完整工作循环包含有四个做功冲程。汽车吸气时，吸入的是汽油与空气的混合体。下表为一发动机的主要参数，空燃比指汽缸内空气和燃油的质量比。
排量 2.0L 汽缸内汽油和空气混合气体的密度 1.3kg/m3
发动机最大功率 108kW 最大功率时发动机转速 6000r/min
空燃比 12︰1 汽油的热值 4.5×107J/kg
有些发动机为了增加输出功率，还使用了涡轮增压技术。涡轮增压器利用发动机排出废气的惯性来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮压送由管道送来的空气，使之增压进入气缸，以提高进入气缸气体的密度，可以燃烧更多的燃料。
(1)在排量一定的情况下，四缸发动机比单缸发动机具有___________（选填“功率大”或“动力连续”）的优势；发动机以最大功率运行时，每秒做___________次功；
(2)图丙中的冲程是___________ 冲程；
(3)利用废气的惯性带动涡轮叶片的过程中，废气通过___________（选填“做功”或“热传递”）的方式，使叶轮的动能增加；
(4)图乙，一四缸发动机每个汽缸的工作容积均为V，做功冲程中燃气对活塞的平均压强为p0，若该四缸发动机转速为60r/s时，发动机输出功率的表达式P=___________（用题中的量表示）；
(5)表中的发动机以最大功率工作时，此时发动机的效率为___________。
【答案】（1）动力连续 200 （2）吸气
（3）做功 （4）120p0V （5）24%
【解析】（4）活塞移动距离l，气缸底面积S，一个气缸做功一次所做的功W=Fl=FV/S= p0V
四缸发动机转速为60r/s时，即每秒完成30个工作循环，
即完成每个工作循环所需的时间t=1/30 s
发动机输出功率的表达式P=4W/t=120p0V
(5)表中的发动机以最大功率工作时，1min内做的有用功W有=Pmt=108×103W×60s=6.48×106J
汽缸内汽油和空气混合气体的质量m燃气=ρ燃气V燃气=1.3kg/m3×2×10-3m3=2.6×10-3kg
空燃比12︰1，所以汽油质量m汽油=×m燃气=2.0×10-4kg
汽油完全燃烧放出的热量Q放=m汽油q=2.0×10-4kg×4.5×107J/kg =9×103J
最大功率时发动机转速为6000r/min，则1min完成3000个工作循环，1min内汽油燃烧放出的总热量 Q放总=3000 Q放=2.7×107J
此时发动机的效率为 η=×100%=24%
16 阅读短文，回答下列问题：
汽油机
汽油发动机是汽车的动力源，如图甲为四缸发动机，其工作原理：内燃机通过连杆把四个相同汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作。
（1）下列关于汽油机的说法中，正确的是___________
A.汽油机在吸气冲程中吸入汽缸的是空气
B.汽油在发动机能燃烧越充分，其热值越大
C.汽油机的效率越高，所消耗的汽油热值越大
D.使汽油燃烧更充分，可以提高汽油机的效率
（2）某汽缸在某时刻的状态如图乙所示，此时为___________冲程，是通过___________方式改变燃料的内能；
（3）某台四缸发动机，其输出功率随转速变化如图丙所示，转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数，当发动机的转速为4500r/min时，该发动机在1s内做功为___________J；在每个做功冲程里，发动机做功为___________J（保留一位小数）；
（4）科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同。在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功后，水蒸气温度___________ （选填“升高”“降低”或“不变”），这款内燃机的第六冲程可看作四冲程内燃机的___________冲程；
（5）全球汽车保有量迅速增长，截至2023年，全球在用的汽车数量已突破15亿辆。汽车的燃料为汽油，每辆汽车每年耗油2100kg，汽车发动机的效率平均值取30%。如果把发动机的效率提高到35%，则每辆车每年节约___________kg汽油。
【答案】（1）D （2） 压缩 做功 （3）8.5×104J 566.7J
（4）降低 排气 （5）300
【解析】（5）每辆汽车每年耗油2100kg，完全燃烧放出热量Q1=mq=2100kg ×4.6×107J/kg=9.66×1010J
内燃机提高效率后，有用功不变，则30% Q1=35%Q2，
解得Q2=8.28×1010J
消耗汽油质量 m’=Q2/q=1800kg，
节约汽油质量△m=m-m’=300kg。
17 阅读短文，回答文后的问题：
汽车发动机
发动机是汽车的动力源，汽油机以汽油为燃料，使活塞在汽缸中往复运动，一个工作循环经历吸气、压缩、做功和排气四个冲程，汽油机的性能和汽缸排量有关。汽缸排量指活塞一个冲程中活塞在汽缸内通过的容积，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（冲程长度），如果发动机有若干个汽缸，那么所有汽缸“工作容积”之和称为发动机排量，实际汽车往往采用多缸发动机。如图所示发动机有4个汽缸（图中标注1、2、3、4），通过连杆把4个汽缸的活塞连在一根曲轴上。各个汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在吸气、压缩和排气冲程。
（1）汽油机工作时将燃料燃烧的内能转化为________能；
（2）若一个汽缸排量为V，燃气对活塞的平均压强为p，则一个做功冲程中燃气对活塞所做的功为________（用字母表示）；
（3）若汽车发动机以恒定功率输出，在爬坡的时候减慢车速，目的是________；
（4）若做功冲程燃气对活塞的平均压强是p0，发动机排量为V排，则发动机转速为3000r/min时，该轿车的输出功率P与发动机排量V排的关系式为________。
【答案】（1）机械能 （2）pV
（3）增大牵引力 （4）P=25p0V排
【解析】（4）在发动机中，飞轮转2周完成一个工作循环，所以发动机转速为3000r/min时，
1min时间内完成1500个工作循环，
即完成每个工作循环所需的时间t=s=0.04 s
一个气缸的排气量为V排/4，一个气缸做功一次所做的功W=Fl=FV/S= p0V排
燃气对活塞做功的功率为P’=W/t=6.25 p0V排，
发动机4个气缸，发动机输出功率的表达式P=4P’=25p0V排.
即该轿车的输出功率P与发动机排量V排的关系式为P=25p0V排.
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中考初中物理单元综合提升与单元检测
第14章 内能的利用
【知识提升】
知识点一、内能的利用和热机
1. 内能的利用主要有两个方面：一是利用内能加热；二是利用内能做功。各种热机（蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等）都是利用内能做功。
2. 利用燃料燃烧释放的能量做功的机械，叫做热机。
3. 内燃机中的汽油机和柴油机是常用热机。
四冲程汽油机和柴油机通过吸气、压缩、做功、排气四个冲程的循环进行工作。
知识点二、热值
1. 某种燃料完全燃烧放出的热量与质量的比值，叫做这种燃料的热值，用q表示。
2. 热值是燃料的一种特性，它跟燃料是否燃烧，燃烧是否完全。燃料的质量和体积无关，只跟燃料的种类有关。
3. 燃料完全燃烧放出的热量=热值×质量，即Q=qm。
知识点三、热机效率
1. 热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，叫做热机的效率。
2. 提高热机效率的途径：让燃料充分燃烧，减少能量损失，充分利用废气带走的热量。
知识点四、能量守恒定律
能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
【单元检测】
一、选择题
1. （2025青海中考题）以下四种场景与蒸汽机工作原理相符的是（ ）
A. B.
C. D.
2.（2025山西大同）某校的科技活动周举办了一场水火箭发射比赛。图甲是小明用可乐瓶制作的水火箭，图乙是水火箭的示意图。小明先在瓶里装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭随即飞向空中。下列分析正确的是（ ）
A．使用打气筒打气时的能量转化过程与汽油机的做功冲程相同
B．水从水火箭中喷出相当于内燃机的排气冲程
C．水火箭升空过程中高压气体的内能转化为水火箭的机械能
D．在水火箭发射的整个过程中，能量总量越来越少
3.（2025合肥）如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的两种液体进行加热，两图装置均相同。燃料的质量用m表示，燃料充分燃尽时液体升高的温度用表示（液体未沸腾）（ ）
A．若甲乙燃料种类相同，两个烧杯中液体的种类不相同，两个装置用来探究燃料的热值大小
B．若甲乙燃料种类相同，两个烧杯中液体的种类不相同，的值越大，液体的吸热能力越强
C．若甲乙两种燃料种类不同，两个烧杯中液体种类相同，的值越大，燃料的热值越大
D．若甲乙两种燃料种类不同，两个烧杯中液体种类相同的值越大，燃料的热值越大
4. 如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的水和油进行加热，图1、图2、图3装置均相同。下列说法正确的是（ ）
A．为完成“探究不同物质吸热升温的现象”实验，应选取图2、图3
B．为完成“比较不同燃料燃烧时放出的热量”实验，应控制甲、乙燃料燃烧时间相同
C．在“探究不同物质吸热升温的现象”实验中，加热相同时间升温快的物质吸热能力弱
D．在“比较不同燃料燃烧时放出的热量”实验中，完全燃烧后使水温变化大的燃料热值小
5. （2025重庆）小明用可乐瓶制作出水火箭，如图所示，先在瓶里装适量水，旋紧瓶塞，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，用打气筒往瓶里打气。打开阀门后，水从金属管向下喷出，水火箭竖直向上飞向空中。下列分析正确的是（ ）
A．用打气筒往瓶里打气，瓶体膨胀起来，说明力可以改变物体的运动状态
B．用打气筒往瓶里打气，水火箭瓶内气体的内能保持不变
C．水向下喷出时，通过热传递的方式减小了瓶内空气的内能
D．水火箭向下喷水上升过程中，水火箭的惯性减小
6. 实验小组的同学们用可乐瓶制作水火箭（如图），先在瓶里装适量水，旋紧瓶塞，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，用打气筒往瓶里打足气，打开阀门后，水从金属管向下喷出，水火箭竖直向上飞向空中。下列分析不正确的是（ ）
A．使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的压缩冲程相同
B．水从水火箭中喷出后，水的比热容变小
C．水火箭上升过程中，水火箭瓶内气体的内能减少
D．水火箭上升过程的能量转化效率无法达到100%
7.（2025陕西西安）如图甲、乙分别是某单缸四冲程汽油机的某冲程示意图及能量流向图，已知该汽油机的飞轮转速为2400r/min，汽油的热值为4.6×107J/kg。下列说法正确的是（ ）
A．图甲是做功冲程，该冲程是依靠飞轮的惯性完成的
B．该汽油机每秒对外做功10次
C．该汽油机完全燃烧2kg汽油可输出有用机械能2.576×107J
D．增加废气带走的热量可以提高热机的效率
二、非选择题
8. 世界上很多发明都是受到生活现象的启发而萌生的创意，比如蒸汽机和汽油机。如图所示，水蒸气冲起塞子过程中的能量转化情况是_______（选填“机械能转化为内能”或“内能转化为机械能”），与四冲程汽油机的_______冲程的能量转化相同。某单杠四冲程汽油机正常工作时飞轮的转速为 2400r/min，则它每秒对外做功________次。
9. 近年来，汽车逐步走进了普通百姓的家庭。
（1）汽车内燃机一个工作循环包括四个冲程，一个气缸正常工作四个冲程的顺序是___________（对甲、乙、丙、丁重新排序）；
（2）一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为2400r/min，汽油机每秒对外做功___________次，每秒汽油机完成___________个冲程。当汽油燃烧不充分时，会冒黑烟，这时汽油机的效率将___________（选填“升高”、“不变”或“降低”）。乙图所示的汽油机冲程是___________冲程。
10 小明利用初中所学物理知识研究汽油机的工作过程，如图所示。
(1)一台单缸四冲程汽油机，正常工作四个冲程的顺序是______（对图甲A、B、C、D重新排序）；
(2)一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为，该汽油机每分钟完成______个冲程，做功______次；
(3)图乙所示为某汽油的能流图，若，，，，，则该汽油机的效率为______；
(4)请分析汽车发动机的工作效率为什么达不到100%？你的理由是（答一条即可）______；
(5)以前，汽车发动机工作时发热严重，温度很高，常用水给汽车发动机降温，而没有用其他液体，这主要是因为水的______比较大。
11 （2025广东珠海）阅读材料，回答问题
汽油发动机
汽油发动机是以汽油作为燃料，将化学能最终转化成机械能的发动机。汽油机的特点是转速高、结构简单、质量轻、造价低廉、运转平稳、使用维修方便。汽油机在汽车上，特别是小型汽车上大量使用。
市场上汽油机的热效率普遍在35%左右，达到40%的少之又少。现在最先进的汽油机，采用了无火花塞的HCCI，也就是均质压燃燃烧技术，压缩比达到了18∶1，热效率高达50%，综合油耗仅3.3L/100km。
(1)如上图所示是汽油机的四个冲程，一个汽缸正常工作时，汽油机的四个冲程正确顺序是______（请对甲、乙、丙、丁重新排序），其中图______所示的冲程为汽油机提供动力，其它3个冲程靠飞轮的__________完成；
(2)汽油机的防冻冷却液是由水和某种防冻剂混合而成的。这是利用了水的______大的特点；
(3)若某单缸四冲程汽油机飞轮的转速是1800r/min，则该汽油机每秒完成______个冲程，对外做功______次，完成______个工作循环。
12．新能源车已经成为汽车市场的热点。有一种混合动力汽车，有两种工作模式：纯电动模式与混动模式。当以纯电模式行驶时，内燃机不工作，由蓄电池提供能量。当以混动模式行驶时，内燃机工作，既可以给汽车行驶提供能量，还可以给蓄电池充电。在某次以混动模式行驶的过程中，汽车在平直公路上匀速行驶100km，克服阻力做功1.4×108J，蓄电池储存的电能增加了4.9×107J。
（1）所用燃料的热值为4.5×107J/kg，在上述行驶过程中消耗12kg燃料（假设燃料完全燃烧），则放出的总热量是多少？
（2）若汽车水箱中有防冻液5kg，若防冻液比热容按c＝4.2×103J/(kg ℃)算，行驶过程中防冻液温度上升60℃，它吸收了多少热量？
（3）求此过程中内燃机的效率。
13 （2025成都）1860年，法国人勒努瓦发明了世界上第一台内燃机，它通过煤气燃烧产生热能和动力，压缩比为1，热效率为4.5%，低于当时的蒸汽机水平。1926年瑞士人布希引入了废气涡轮增压理论、1950年直喷技术原型开始出现，但汽油机热效率进步缓慢，直到1990年，电喷系统才给汽油机热效率带来了明显改善。到了2000年，发动机精确喷油下的热效率才达到30%，后经多年发展大多汽油机的效率多在28%~33%。某款国产165型单缸四冲程汽油机，该汽油机的汽缸横截面积为40cm2，活塞冲程长60mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为1.0×106Pa，飞轮的转速是2400r/min。求：
(1)这种汽油机燃气对活塞的平均压力；
(2)这种汽油机满负荷工作时做功的功率（不计摩擦损失）；
(3)如果某小型汽车用4个缸的这种汽油机作为动力机（设每个缸提供的功率均相同），若该汽油机的效率为40%，当该汽车在平直公路上以36km/h的速度匀速行驶54km，需消耗汽油多少kg？（汽油的热值为4.6×107J/kg）
14 （2025江苏南通）阅读短文，回答问题
汽车动能回收系统
为节约能源，某型号油电混合的汽车在关闭发动机后，通过小型发电机将减速运动时的部分动能转化为电能储存在蓄电池中，同时蓄电池又能将部分能量通过电动机向车轮输送。表中所示是该型号汽车的部分技术参数，其中储能效率是指汽车正常行驶时关闭发动机，直至汽车停止的过程中，通过发电机将动能转化为电能并储存在蓄电池的效率。耗油量是指汽车正常行驶100km消耗燃油的质量。测试中，先让汽车正常行驶，然后关闭发动机，分别测出开启和关闭发电机两种情况下，汽车通过的路程s与对应的速度大小v，计算出动能Ek，作出动能Ek随路程s变化的图像，如图所示。
××型汽车
满载总质量（kg） 1500
储能效率（%） 60
耗油量（kg/100km） 7
(1)汽车发动机是用水作冷却剂的，这是利用了水的_______大的性质；
(2)如图为汽油机某一冲程示意图，进气门、排气门关闭，下列选项中与其能量转化过程完全相同的是（ ）；
A．用手反复弯折铁丝
B．用热水壶将水烧开
C．压缩空气棉花燃烧
D．水蒸气弹出活塞
(3)汽车消耗燃油正常行驶10km，完全燃烧这些燃油产生的热量为2.94×107J，则燃油的热值为___J/kg，若燃油没有完全燃烧，则燃油的热值___（选填“变大”、“变小”或“不变”）；在1标准大气压下，这些热量能将100kg初始温度为40℃的水加热至___℃【水的比热容为4.2×103J/（kg ℃）】；
(4)发电机发电过程中，动能除了转化为电能外，由于发电机的线圈会发热导致温度升高，因此还有部分能量转化为___能。由图像可知，表示开启发电机进行测试的图线是___（填“①”或“②”），判断的依据是：开启发电机后，有一部分动能转化为电能；而关闭发电机后，动能全部用于转化为内能；
(5)若满载的汽车正常行驶时的动能为Ek0＝3.75×105J，某时刻关闭发动机，同时发电机开始工作直至汽车停下来，最终有___J的动能转化为内能；汽车重新启动加速后，汽车采用纯电动模式在平直公路上匀速行驶时，若汽车蓄电池的电能转化为汽车机械能的效率为80%，汽车匀速行驶时受到阻力为车总重的0.1倍，则汽车可利用刚刚回收的动能（Ek0＝3.75×105J）前进___m。
15 （2025广东茂名）阅读短文，回答问题：
汽油机发动机
汽油机发动机是很多汽车的动力源。其输出功率和排量有关。排量又称工作容积，指活塞一个冲程中活塞在气缸内通过的容积，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（如果发动机有多个气缸，所有气缸“工作容积”之和称为发动机排量）。
通常汽车多用的是四缸发动机，图甲所示为发动机的4个汽缸（图中标注1、2、3、4），通过连杆把4个汽缸的活塞连在一根曲轴上。各个汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在吸气、压缩和排气冲程，所以汽车发动机的一个完整工作循环包含有四个做功冲程。汽车吸气时，吸入的是汽油与空气的混合体。下表为一发动机的主要参数，空燃比指汽缸内空气和燃油的质量比。
排量 2.0L 汽缸内汽油和空气混合气体的密度 1.3kg/m3
发动机最大功率 108kW 最大功率时发动机转速 6000r/min
空燃比 12︰1 汽油的热值 4.5×107J/kg
有些发动机为了增加输出功率，还使用了涡轮增压技术。涡轮增压器利用发动机排出废气的惯性来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮压送由管道送来的空气，使之增压进入气缸，以提高进入气缸气体的密度，可以燃烧更多的燃料。
(1)在排量一定的情况下，四缸发动机比单缸发动机具有___________（选填“功率大”或“动力连续”）的优势；发动机以最大功率运行时，每秒做___________次功；
(2)图丙中的冲程是___________ 冲程；
(3)利用废气的惯性带动涡轮叶片的过程中，废气通过___________（选填“做功”或“热传递”）的方式，使叶轮的动能增加；
(4)图乙，一四缸发动机每个汽缸的工作容积均为V，做功冲程中燃气对活塞的平均压强为p0，若该四缸发动机转速为60r/s时，发动机输出功率的表达式P=___________（用题中的量表示）；
(5)表中的发动机以最大功率工作时，此时发动机的效率为___________。
16 阅读短文，回答下列问题：
汽油机
汽油发动机是汽车的动力源，如图甲为四缸发动机，其工作原理：内燃机通过连杆把四个相同汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作。
（1）下列关于汽油机的说法中，正确的是___________
A.汽油机在吸气冲程中吸入汽缸的是空气
B.汽油在发动机能燃烧越充分，其热值越大
C.汽油机的效率越高，所消耗的汽油热值越大
D.使汽油燃烧更充分，可以提高汽油机的效率
（2）某汽缸在某时刻的状态如图乙所示，此时为___________冲程，是通过___________方式改变燃料的内能；
（3）某台四缸发动机，其输出功率随转速变化如图丙所示，转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数，当发动机的转速为4500r/min时，该发动机在1s内做功为___________J；在每个做功冲程里，发动机做功为___________J（保留一位小数）；
（4）科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同。在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功后，水蒸气温度___________ （选填“升高”“降低”或“不变”），这款内燃机的第六冲程可看作四冲程内燃机的___________冲程；
（5）全球汽车保有量迅速增长，截至2023年，全球在用的汽车数量已突破15亿辆。汽车的燃料为汽油，每辆汽车每年耗油2100kg，汽车发动机的效率平均值取30%。如果把发动机的效率提高到35%，则每辆车每年节约___________kg汽油。
17 阅读短文，回答文后的问题：
汽车发动机
发动机是汽车的动力源，汽油机以汽油为燃料，使活塞在汽缸中往复运动，一个工作循环经历吸气、压缩、做功和排气四个冲程，汽油机的性能和汽缸排量有关。汽缸排量指活塞一个冲程中活塞在汽缸内通过的容积，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（冲程长度），如果发动机有若干个汽缸，那么所有汽缸“工作容积”之和称为发动机排量，实际汽车往往采用多缸发动机。如图所示发动机有4个汽缸（图中标注1、2、3、4），通过连杆把4个汽缸的活塞连在一根曲轴上。各个汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在吸气、压缩和排气冲程。
（1）汽油机工作时将燃料燃烧的内能转化为________能；
（2）若一个汽缸排量为V，燃气对活塞的平均压强为p，则一个做功冲程中燃气对活塞所做的功为________（用字母表示）；
（3）若汽车发动机以恒定功率输出，在爬坡的时候减慢车速，目的是________；
（4）若做功冲程燃气对活塞的平均压强是p0，发动机排量为V排，则发动机转速为3000r/min时，该轿车的输出功率P与发动机排量V排的关系式为________。
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