第十四章 内能的利用
满分:100分,限时:45分钟
一、选择题(每小题5分,共40分)
1.(2017湖南湘潭中考)下列所示的工具工作过程中使用热机的是( )
1.答案 B 热机是把内能转化为机械能的装置;自行车、脚踏船、皮筏艇使用时是人体的化学能转化为机械能;柴油机是热机的一种,将内能转化为机械能。选B。
2.(2017山东泰安中考)四冲程内燃机工作时,将内能转化成机械能的冲程是( )
A.吸气冲程 B.压缩冲程
C.做功冲程 D.排气冲程
2.答案 C 在四冲程内燃机的一个工作循环中,有两个冲程涉及能量的转化,一个是压缩冲程,把机械能转化为内能,使汽缸内气体的内能增加,温度升高;另一个是做功冲程,燃料燃烧形成的高温高压气体膨胀做功,内能转化成机械能,气体的内能减少,温度降低。
3.(2018四川乐山中考)下列说法中,正确的是( )
A.汽油机在做功冲程中是将机械能转化成内能
B.物体的温度降低时内能减少,所以0 ℃冰块的水分子不做热运动
C.沿海地区昼夜温差较小,主要原因是水的比热容较大
D.温度从热量高的物体传递给热量低的物体
3.答案 C 汽油机在压缩冲程将汽油和空气的混合物压缩,将机械能转化成内能,做功冲程将内能转化为机械能,故A错误;一切物质的分子都在永不停息地做无规则运动,物体的温度降低时内能减少,0 ℃冰块的水分子仍然在做热运动,故B错误;沿海地区水多,内陆地区水少、沙石多,因为水的比热容较大,白天,相同质量的水和沙石比较,吸收相同的热量,水的温度升高得少;夜晚,放出相同的热量,水的温度降低得少,使得沿海地区昼夜的温差小,故C正确;热传递的条件是有温度差,热量总是从温度高的物体传递给温度低的物体,故D错误。选C。
4.(2018湖南益阳中考)关于热机的效率,下列说法正确的是( )
A.一般情况下柴油机的效率比汽油机的高
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,主要是由于机械摩擦损失的
4.答案 A 柴油机的效率一般要高于汽油机,多用在重型机器上,故A正确;热机效率越高,用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值越大,即在做功相同的情况下,消耗的燃料较少,或消耗相同的燃料,做功较多,故B错误;热机效率是用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的热量之比,功率是热机做功的快慢,两者没有必然联系,故C错误;在热机的各种能量损失中,废气带走的能量最多,故D错误。
5.(2019四川自贡富顺代寺学区期中)一台四冲程汽油机做功频率为10次/s,则飞轮转速为( )
A.600 r/min B.1 200 r/min
C.1 800 r/min D.2 400 r/min
5.答案 B 一个工作循环中,曲轴转动两周,对外做功一次;若四冲程汽油机做功频率为10次/s,即汽油机每秒钟做功10次,说明1 s汽油机曲轴转动20次,60 s转动1 200次,则飞轮的转速为1 200 r/min。选B。
6.(2018湖北孝感中考)关于做功或能量转化的过程中,下列说法正确的是( )
A.汽油机在压缩冲程中,是内能转化为机械能
B.拉弯的弓将箭射出,其弹性势能主要转化为动能
C.电动机工作过程中,是机械能转化为电能
D.吊车吊着货物沿水平方向移动一段距离,此过程中货物的重力对自身做了功
6.答案 B 在汽油机的压缩冲程中,活塞压缩燃料混合物使它的温度升高、内能增大,此过程中机械能转化为内能,故A错误;当人将弓拉开时,弓发生了弹性形变,具有较大的弹性势能,当人松手后,弓对箭做功消耗了弹性势能,箭的速度增大,动能增大,所以弹性势能主要转化为动能,故B正确;电动机工作过程中,消耗了电能,电能转化为机械能,故C错误;吊车吊着货物沿水平方向移动一段距离,此过程中货物没有在重力的方向上通过距离,所以重力不做功,故D错误。选B。
7.(2017湖南岳阳中考)随着人们生活水平的提高,汽车走进千家万户。关于小汽车涉及的知识说法正确的是( )
A.用甘油做发动机的冷却剂
B.发动机做功冲程将内能转化为机械能
C.精心保养可使发动机的效率达到100%
D.排出的尾气对环境没有任何污染
7.答案 B 汽车发动机是利用水来做冷却剂的,这是利用了水比热容大的性质,故A错误;发动机工作时,做功冲程将内能转化为机械能,压缩冲程将机械能转化为内能,故B正确;无论科技如何发展,如何精心保养,总存在摩擦、要做额外功,效率一定不会达到100%,故C错误;汽车排放的废气中含有一氧化碳、二氧化硫等有害物质会污染环境,故D错误。故选B。
8.(2017湖北随州中考节选)随州某学校物理小组设计实验,探究“酒精、煤油、汽油”的热值(如图14-4-1)。甲、乙、丙装置完全相同,水的质量和初温及待测燃料的质量也相同。通过测量全部燃料充分燃烧后水的末温(均未达到沸点)t甲
图14-4-1
A.q甲>q乙>q丙
B.q甲>q乙=q丙
C.q甲8.答案 C 在充分燃烧了质量相等的酒精、煤油和汽油,加热三个烧杯中质量相等的水后,甲杯水的温度升高较低,即酒精燃烧产生的热量少,所以酒精的热值小,乙和丙两杯水升高的温度相同,且高于甲杯水升高的温度,说明煤油和汽油的热值相同,且大于酒精的热值,故C正确。
二、填空题(每空2分,共26分)
9.内燃机一个工作循环有四个冲程,实现将内能转化为机械能的是 冲程。某品牌汽车每行驶100 km耗油7 kg,这些汽油完全燃烧要放出 J的热量。(汽油的热值q=4.6×107 J/kg)?
9.答案 做功 3.22×108
解析 内燃机的四个冲程中,实现将机械能转化成内能的是压缩冲程;实现将内能转化为机械能的是做功冲程;7 kg汽油完全燃烧放出的热量:Q=qm=4.6×107 J/kg×7 kg=3.22×108 J。
10.(2017山东聊城中考)如图14-4-2所示是四冲程汽油机工作过程中的 冲程;此过程中 能转化为机械能。?
图14-4-2
10.答案 做功 内
解析 由图可知,进气门和排气门都是关闭的,活塞向下运行,是做功冲程,做功冲程中实现的能量转化是将内能转化为机械能。
11.(2019广东佛山南海实验中学月考)如图14-4-3是汽油机工作的四个冲程(顺序已打乱),请按一个工作循环的过程,将四个图重新排序: (填字母序号);D图中的冲程,吸入的是 ;在 (填字母序号)图所示冲程中,气体的密度变大,温度升高。?
图14-4-3
11.答案 DACB 汽油和空气的混合物 A
解析 A图中的两个气门都关闭,活塞向上运动,所以为压缩冲程,且在压缩冲程中,汽缸内气体的体积变小,密度变大,温度升高;B图中的排气门打开,活塞向上运动,所以为排气冲程;C图中的两个气门都关闭,活塞向下运动,所以为做功冲程,该过程是将内能转化为机械能;D图中的进气门打开,活塞向下运动,所以为吸气冲程,吸入的是空气和汽油的混合物。故正确的排列顺序应该为DACB。
12.(2019江苏徐州邳州官湖中学月考)氢气的热值是14.3×107J/kg,其物理含义是 。将一瓶氢气用去三分之一,余下部分氢气的热值 (选填“增大”“减小”或“不变”)。对比煤炭、汽油等化石燃料,氢能源有热值高、 的优点。(写出一条即可)?
12.答案 1 kg的氢气完全燃烧放出的热量为14.3×107 J 不变 无污染
解析 氢气的热值是14.3×107 J/kg,其物理含义是:1 kg的氢气完全燃烧放出的热量为14.3×107 J。因为热值与燃料的种类有关,与燃料的质量无关,所以一瓶氢气用去三分之一后,剩余氢气的热值不变。氢能源无污染,热值大。
13.(2019河南商丘永城月考)能量守恒定律:能量既不会凭空消灭,也不会凭空产生,它只会从一种形式 为其他形式,或者从一个物体 到其他物体,而在这两个过程中,能量的总量 。?
13.答案 转化 转移 保持不变
解析 能量守恒定律: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另一种形式,或者从一个物体转移到其他物体,在转化和转移过程中,能量的总量保持不变。
三、实验探究题(共12分)
14.(2017江苏江阴一模)小明和小辉学习了燃料的热值后,他们一起设计了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小关系。他们组装了如图14-4-4甲和乙所示的装置进行实验,记录结果见表:
燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃
煤油 25 44
菜籽油 25 34
图14-4-4
(1)为了保证实验结论的可靠性,小明和小辉选择了两套完全相同的装置,并且控制油的质量以及水的质量 ;但对于两杯水的初温他们的看法却不同。请将下列他们的想法补充完整。?
①小辉认为实验中是直接用 来表示煤油和菜籽油放出热量的多少,所以,实验中两杯水的初温可以不同。?
②小明认为因为探究过程中他们采用了 法,所以只有燃料的 不同,其他因素都必须控制相同;如果两杯水的初温不同,那么水的蒸发快慢以及水与周围环境的温差都不相同,于是两杯水的 就不相同,就有可能会出现燃料燃烧放出的热量多,而水吸收的热量少、水温变化低的情况,所以,实验时必须控制水的初温相同。?
③你认为 (选填“小明”或“小辉”)的想法更合理。?
(2)根据他们的实验记录,你认为煤油和菜籽油两种燃料中,热值较大的是 。?
(3)小明和小辉在实验前用天平分别测出了烧杯中水的质量以及燃油的质量,并由记录的数据,利用公式Q吸=cm(t-t0)计算出了水吸收的热量;小辉他想通过这些数据计算出煤油和菜籽油的热值。你认为他的计算结果是 的(选填“可靠”或“不可靠”);理由是 。?
14.答案 (1)相等 ①水温升高的多少 ②控制变量 种类 散热 ③小明 (2)煤油 (3)不可靠 燃油不可能完全燃烧且燃油燃烧放出的热量不能完全被水吸收
解析 (1)根据Q放=mq,燃料完全燃烧放出热量的多少与燃料的质量和热值有关,所以要探究热值的大小关系,需使菜籽油和煤油的质量相等;水吸收热量后温度的变化,与吸热的多少及质量有关,所以还要控制两杯水的质量相等;①质量相同的水,温度变化越大,说明吸收热量越多,所以实验中通过水温升高的多少来表示煤油和菜籽油放出热量的多少;②要探究不同燃料热值的大小,应使其他条件相同,只有燃料的种类不同,即用到控制变量法;根据热传递的条件,水温与周围环境温度相差越大,越容易发生热传递,若水的初温不同,便可造成水的散热情况不同,所以实验中应控制水的初温相同;③由以上分析知,小明的分析更加合理;(2)根据表中数据,相同质量的两种燃料燃烧完后,煤油加热的水温升高较多,说明煤油放出的热量较多,即煤油的热值较大;(3)在实验过程中,燃油不可能完全燃烧,且燃料燃烧放出的热量一部分直接散失掉、一部分被烧杯吸收,同时水也会向外散热,所以题述的做法得出的计算结果不可靠。
四、计算题(15小题10分,16小题12分,共22分)
15.(2019四川成都七中实验学校月考)在标准大气压下,把质量为3.5 kg,温度为20 ℃的水加热到沸腾,问水需要吸收多少热量?若水吸收的热量是由无烟煤完全燃烧放出热量的40%来供给,求需要燃烧多少千克的无烟煤?(无烟煤的热值:q=3.5×107 J/kg)
15.答案 1.176×106 J 0.084 kg
解析 在标准大气压下水的沸点为100 ℃,水吸收的热量Q吸=cm水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×3.5 kg×(100 ℃-20 ℃)=1.176×106 J;炉子的效率为40%,则无烟煤燃烧放出的热量Q放===2.94×106 J,由Q=mq得,需要燃烧无烟煤的质量m煤===0.084 kg。
16.(2017山东聊城中考)2017年5月18日,中国科学家首次在南海试采可燃冰取得圆满成功,实现了我国天然气水合物开发的历史性突破。可燃冰清洁无污染,储量巨大,是一种非常理想的新型能源。可燃冰的热值很大,是天然气热值的10倍以上,若按15倍计算。[c水=4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值q=7.0×107 J/m3]问:
(1)体积为0.01 m3的可燃冰完全燃烧放出的热量为多少?
(2)若这些热量的90%被质量为100 kg的水吸收,则水升高的温度是多少?
16.答案 (1)1.05×107 J (2)22.5 ℃
解析 (1)由题意可得,可燃冰的热值:
q可燃冰=15q=15×7.0×107 J/m3=1.05×109 J/m3;
0.01 m3的可燃冰完全燃烧放出的热量:
Q放=Vq可燃冰=0.01 m3×1.05×109 J/m3=1.05×107 J;
(2)由η=得被水吸收的热量:
Q吸=ηQ放=90%×1.05×107 J=9.45×106 J;
由Q吸=cmΔt可得,水升高的温度:
Δt===22.5 ℃。
9
第十四章 内能的利用
初中物理（人教版）
九年级 全一册
一、选择题(每小题5分,共40分)
1.(2017湖南湘潭中考)下列所示的工具工作过程中使用热机的是 (???? )
答案????B 热机是把内能转化为机械能的装置;自行车、脚踏船、皮筏
艇使用时是人体的化学能转化为机械能;柴油机是热机的一种,将内能
转化为机械能。选B。
2.(2017山东泰安中考)四冲程内燃机工作时,将内能转化成机械能的冲
程是?( )
A.吸气冲程 ????B.压缩冲程
C.做功冲程 ????D.排气冲程
答案????C 在四冲程内燃机的一个工作循环中,有两个冲程涉及能量的
转化,一个是压缩冲程,把机械能转化为内能,使汽缸内气体的内能增加,
温度升高;另一个是做功冲程,燃料燃烧形成的高温高压气体膨胀做功,
内能转化成机械能,气体的内能减少,温度降低。
3.(2018四川乐山中考)下列说法中,正确的是?( )
A.汽油机在做功冲程中是将机械能转化成内能
B.物体的温度降低时内能减少,所以0 ℃冰块的水分子不做热运动
C.沿海地区昼夜温差较小,主要原因是水的比热容较大
D.温度从热量高的物体传递给热量低的物体
答案????C 汽油机在压缩冲程将汽油和空气的混合物压缩,将机械能转
化成内能,做功冲程将内能转化为机械能,故A错误;一切物质的分子都
在永不停息地做无规则运动,物体的温度降低时内能减少,0 ℃冰块的水
分子仍然在做热运动,故B错误;沿海地区水多,内陆地区水少、沙石多,
因为水的比热容较大,白天,相同质量的水和沙石比较,吸收相同的热量,
水的温度升高得少;夜晚,放出相同的热量,水的温度降低得少,使得沿海
地区昼夜的温差小,故C正确;热传递的条件是有温度差,热量总是从温
度高的物体传递给温度低的物体,故D错误。选C。
4.(2018湖南益阳中考)关于热机的效率,下列说法正确的是?( )
A.一般情况下柴油机的效率比汽油机的高
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,主要是由于机械摩擦损失
的
答案????A 柴油机的效率一般要高于汽油机,多用在重型机器上,故A正
确;热机效率越高,用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的
热量的比值越大,即在做功相同的情况下,消耗的燃料较少,或消耗相同
的燃料,做功较多,故B错误;热机效率是用来做有用功的那部分能量与
燃料完全燃烧放出的热量之比,功率是热机做功的快慢,两者没有必然
联系,故C错误;在热机的各种能量损失中,废气带走的能量最多,故D错
误。
5.(2019四川自贡富顺代寺学区期中)一台四冲程汽油机做功频率为10
次/s,则飞轮转速为?( )
A.600 r/min B.1 200 r/min
C.1 800 r/min D.2 400 r/min
答案????B 一个工作循环中,曲轴转动两周,对外做功一次;若四冲程汽
油机做功频率为10次/s,即汽油机每秒钟做功10次,说明1 s汽油机曲轴
转动20次,60 s转动1 200次,则飞轮的转速为1 200 r/min。选B。
6.(2018湖北孝感中考)关于做功或能量转化的过程中,下列说法正确的
是?( )
A.汽油机在压缩冲程中,是内能转化为机械能
B.拉弯的弓将箭射出,其弹性势能主要转化为动能
C.电动机工作过程中,是机械能转化为电能
D.吊车吊着货物沿水平方向移动一段距离,此过程中货物的重力对自身
做了功
答案????B 在汽油机的压缩冲程中,活塞压缩燃料混合物使它的温度升
高、内能增大,此过程中机械能转化为内能,故A错误;当人将弓拉开时,
弓发生了弹性形变,具有较大的弹性势能,当人松手后,弓对箭做功消耗
了弹性势能,箭的速度增大,动能增大,所以弹性势能主要转化为动能,故
B正确;电动机工作过程中,消耗了电能,电能转化为机械能,故C错误;吊
车吊着货物沿水平方向移动一段距离,此过程中货物没有在重力的方向
上通过距离,所以重力不做功,故D错误。选B。
7.(2017湖南岳阳中考)随着人们生活水平的提高,汽车走进千家万户。
关于小汽车涉及的知识说法正确的是?( )
A.用甘油做发动机的冷却剂
B.发动机做功冲程将内能转化为机械能
C.精心保养可使发动机的效率达到100%
D.排出的尾气对环境没有任何污染
答案????B 汽车发动机是利用水来做冷却剂的,这是利用了水比热容大
的性质,故A错误;发动机工作时,做功冲程将内能转化为机械能,压缩冲
程将机械能转化为内能,故B正确;无论科技如何发展,如何精心保养,总
存在摩擦、要做额外功,效率一定不会达到100%,故C错误;汽车排放的
废气中含有一氧化碳、二氧化硫等有害物质会污染环境,故D错误。故
选B。
8.(2017湖北随州中考节选)随州某学校物理小组设计实验,探究“酒
精、煤油、汽油”的热值(如图14-4-1)。甲、乙、丙装置完全相同,水
的质量和初温及待测燃料的质量也相同。通过测量全部燃料充分燃烧
后水的末温(均未达到沸点)t甲系为?( )
?
图14-4-1
A.q甲>q乙>q丙
B.q甲>q乙=q丙
C.q甲答案????C 在充分燃烧了质量相等的酒精、煤油和汽油,加热三个烧杯
中质量相等的水后,甲杯水的温度升高较低,即酒精燃烧产生的热量少,
所以酒精的热值小,乙和丙两杯水升高的温度相同,且高于甲杯水升高
的温度,说明煤油和汽油的热值相同,且大于酒精的热值,故C正确。
9.内燃机一个工作循环有四个冲程,实现将内能转化为机械能的是 ????
????冲程。某品牌汽车每行驶100 km耗油7 kg,这些汽油完全燃烧要放
出 ???? J的热量。(汽油的热值q=4.6×107 J/kg)
二、填空题(每空2分,共26分)
答案 做功 3.22×108
解析????内燃机的四个冲程中,实现将机械能转化成内能的是压缩冲程;
实现将内能转化为机械能的是做功冲程;7 kg汽油完全燃烧放出的热
量:Q=qm=4.6×107 J/kg×7 kg=3.22×108 J。
10.(2017山东聊城中考)如图14-4-2所示是四冲程汽油机工作过程中的
????冲程;此过程中 ????能转化为机械能。
?
图14-4-2
答案 做功 内
解析 由图可知,进气门和排气门都是关闭的,活塞向下运行,是做功冲
程,做功冲程中实现的能量转化是将内能转化为机械能。
11.(2019广东佛山南海实验中学月考)如图14-4-3是汽油机工作的四个
冲程(顺序已打乱),请按一个工作循环的过程,将四个图重新排序: ????
????(填字母序号);D图中的冲程,吸入的是 ????;在 ????
????(填字母序号)图所示冲程中,气体的密度变大,温度升高。
?
图14-4-3
答案????DACB 汽油和空气的混合物????A
解析????A图中的两个气门都关闭,活塞向上运动,所以为压缩冲程,且在
压缩冲程中,汽缸内气体的体积变小,密度变大,温度升高;B图中的排气
门打开,活塞向上运动,所以为排气冲程;C图中的两个气门都关闭,活塞
向下运动,所以为做功冲程,该过程是将内能转化为机械能;D图中的进
气门打开,活塞向下运动,所以为吸气冲程,吸入的是空气和汽油的混合
物。故正确的排列顺序应该为DACB。
12.(2019江苏徐州邳州官湖中学月考)氢气的热值是14.3×107J/kg,其物
理含义是 ????。
将一瓶氢气用去三分之一,余下部分氢气的热值 ????(选填“增
大”“减小”或“不变”)。对比煤炭、汽油等化石燃料,氢能源有热
值高、 ????的优点。(写出一条即可)
答案 1 kg的氢气完全燃烧放出的热量为14.3×107 J 不变 无污染
解析 氢气的热值是14.3×107 J/kg,其物理含义是:1 kg的氢气完全燃烧
放出的热量为14.3×107 J。因为热值与燃料的种类有关,与燃料的质量
无关,所以一瓶氢气用去三分之一后,剩余氢气的热值不变。氢能源无
污染,热值大。
13.(2019河南商丘永城月考)能量守恒定律:能量既不会凭空消灭,也不
会凭空产生,它只会从一种形式 ????为其他形式,或者从一个物体
????到其他物体,而在这两个过程中,能量的总量 ????。
答案 转化 转移 保持不变
解析 能量守恒定律:能量既不会凭空消灭,也不会凭空产生,它只会从
一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到其他物体,在转化
和转移过程中,能量的总量保持不变。
14.(2017江苏江阴一模)小明和小辉学习了燃料的热值后,他们一起设计
了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小关系。他们组装了如图
14-4-4甲和乙所示的装置进行实验,记录结果见表:
三、实验探究题(共12分)
燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃
煤油 25 44
菜籽油 25 34
图14-4-4
(1)为了保证实验结论的可靠性,小明和小辉选择了两套完全相同的装
置,并且控制油的质量以及水的质量 ????;但对于两杯水的初温他
们的看法却不同。请将下列他们的想法补充完整。
①小辉认为实验中是直接用 ????来表示煤油和菜籽油放出热量的
多少,所以,实验中两杯水的初温可以不同。
②小明认为因为探究过程中他们采用了 ????法,所以只有燃料的????
????不同,其他因素都必须控制相同;如果两杯水的初温不同,那么水
的蒸发快慢以及水与周围环境的温差都不相同,于是两杯水的 ????
就不相同,就有可能会出现燃料燃烧放出的热量多,而水吸收的热量
少、水温变化低的情况,所以,实验时必须控制水的初温相同。
③你认为 ????(选填“小明”或“小辉”)的想法更合理。
(2)根据他们的实验记录,你认为煤油和菜籽油两种燃料中,热值较大的
是 ????。
(3)小明和小辉在实验前用天平分别测出了烧杯中水的质量以及燃油的
质量,并由记录的数据,利用公式Q吸=cm(t-t0)计算出了水吸收的热量;小
辉他想通过这些数据计算出煤油和菜籽油的热值。你认为他的计算结
果是 ????的(选填“可靠”或“不可靠”);理由是 ????
????。
答案 (1)相等 ①水温升高的多少 ②控制变量 种类 散热 ③小明 (2)煤油 (3)不可靠 燃油不可能完全燃烧且燃油燃烧放出的热量不能完全被水吸收
解析 (1)根据Q放=mq,燃料完全燃烧放出热量的多少与燃料的质量和
热值有关,所以要探究热值的大小关系,需使菜籽油和煤油的质量相等;
水吸收热量后温度的变化,与吸热的多少及质量有关,所以还要控制两
杯水的质量相等;①质量相同的水,温度变化越大,说明吸收热量越多,所
以实验中通过水温升高的多少来表示煤油和菜籽油放出热量的多少;②
要探究不同燃料热值的大小,应使其他条件相同,只有燃料的种类不同,
即用到控制变量法;根据热传递的条件,水温与周围环境温度相差越大,
越容易发生热传递,若水的初温不同,便可造成水的散热情况不同,所以
实验中应控制水的初温相同;③由以上分析知,小明的分析更加合理;(2)
根据表中数据,相同质量的两种燃料燃烧完后,煤油加热的水温升高较
多,说明煤油放出的热量较多,即煤油的热值较大;(3)在实验过程中,燃油
不可能完全燃烧,且燃料燃烧放出的热量一部分直接散失掉、一部分被
烧杯吸收,同时水也会向外散热,所以题述的做法得出的计算结果不可
靠。
15.(2019四川成都七中实验学校月考)在标准大气压下,把质量为3.5 kg,
温度为20 ℃的水加热到沸腾,问水需要吸收多少热量?若水吸收的热量
是由无烟煤完全燃烧放出热量的40%来供给,求需要燃烧多少千克的无
烟煤?(无烟煤的热值:q=3.5×107 J/kg)
四、计算题(15小题10分,16小题12分,共22分)
答案 1.176×106 J 0.084 kg
解析????在标准大气压下水的沸点为100 ℃,水吸收的热量Q吸=cm水(t-t0)=
4.2×103 J/(kg·℃)×3.5 kg×(100 ℃-20 ℃)=1.176×106 J;炉子的效率为40%,
则无烟煤燃烧放出的热量Q放=?=?=2.94×106 J,由Q=mq得,需
要燃烧无烟煤的质量m煤=?=?=0.084 kg。
16.(2017山东聊城中考)2017年5月18日,中国科学家首次在南海试采可
燃冰取得圆满成功,实现了我国天然气水合物开发的历史性突破。可燃
冰清洁无污染,储量巨大,是一种非常理想的新型能源。可燃冰的热值
很大,是天然气热值的10倍以上,若按15倍计算。[c水=4.2×103 J/(kg·℃),
天然气的热值q=7.0×107 J/m3]问:
(1)体积为0.01 m3的可燃冰完全燃烧放出的热量为多少?
(2)若这些热量的90%被质量为100 kg的水吸收,则水升高的温度是多
少?
解析 (1)由题意可得,可燃冰的热值:
q可燃冰=15q=15×7.0×107 J/m3=1.05×109 J/m3;
0.01 m3的可燃冰完全燃烧放出的热量:
Q放=Vq可燃冰=0.01 m3×1.05×109 J/m3=1.05×107 J;
(2)由η=?得被水吸收的热量:
Q吸=ηQ放=90%×1.05×107 J=9.45×106 J;
由Q吸=cmΔt可得,水升高的温度:
Δt=?=?=22.5 ℃。
答案 (1)1.05×107 J (2)22.5 ℃
第十四章 内能的利用
初中物理（人教版）
九年级 全一册
知识点一 汽油机
1.热机
定义 把燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的装置称为热机
种类 热机的种类很多,如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等
能量
转化 所有热机在工作时能量转化的过程是相同的,即燃料燃烧使化学能转化为内能,然后通过做功,把内能转化为机械能
内燃机 燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机,叫做内燃机
2.汽油机
(1)构造:汽油机所用的燃料是汽油,如图14-1-1所示,是四冲程汽油机实
物图以及剖面图。
?
图14-1-1
(2)工作过程
①冲程:活塞在汽缸内往复运动时,从汽缸的一端运动到另一端的过程,
叫做一个冲程。
②工作循环:多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断
循环来保证连续工作的。汽油机的工作过程如表:
冲程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
工作
示意图 ? ? ? ?
特点 ①进气门打开,排气门关
闭,活塞向下运动;②吸入
汽油和空气的混合物 ①进气门、排气门都关
闭;②活塞向上运动,压缩
汽油和空气的混合物 ①进气门、排气门都关
闭;②活塞在高温高压的
气体作用下向下运动 ①进气门关闭,排气门打
开;②活塞向上运动,将废
气排出汽缸
能量转化 — 机械能转化为内能 内能转化为机械能 —
(3)工作过程的理解
?
①一个工作循环包含四个冲程,曲轴和飞轮转动2周,对外做1次功。
②在一个工作循环中,只有做功冲程对外做功,其他三个冲程不做功,且
靠飞轮的惯性来完成。
③做功冲程为其他三个冲程提供能量;其他三个冲程为做功冲程提供基
础。
例1????(2019湖北荆门安团实验学校月考)下面四幅图中,做功冲程为?
( )
?
图14-1-2
A.甲 ????B.乙 ????C.丙 ????D.丁
解析????甲图中,两气门都关闭,活塞上行,是压缩冲程,故A错误;乙图中,进
气门开启,活塞下行,是吸气冲程,故B错误;丙图中,排气门开启,活塞上
行,是排气冲程,故C错误;丁图中,两气门都关闭,活塞下行,火花塞产生电
火花,是做功冲程,故D正确。
答案????D
点拨 判断汽油机示意图属于哪个冲程的步骤:第一步,看火花塞是否
产生电火花;第二步,看进气门和排气门的开、闭情况;第三步,看活塞的
运动方向。
气门的开与关 只有一个气门打开 两个气门都关闭
活塞运动方向 活塞向下 活塞向上 活塞向上 活塞向下
冲程名称 吸气冲程 排气冲程 压缩冲程 做功冲程
知识点二 柴油机
1.定义:利用柴油作为燃料的内燃机。
2.构造和工作过程:柴油机的构造及工作过程和汽油机大致相同,但也有
区别,它们之间的异同点见表:
内燃机
项目 ???? 汽油机 柴油机
构造 ? ?
燃料 汽油 柴油
一个工作循环 吸气
冲程 吸入汽油和空
气的混合物 只吸入空气
压缩
冲程 压缩程度较小
(机械能→内能) 压缩程度大
(机械能→内能)
做功
冲程 点燃式(火花塞点火)
(内能→机械能) 压燃式(柴油遇到
高温高压的热空气)
(内能→机械能)
排气冲程 排出废气 排出废气
主要特点 轻巧、效率较低 笨重、效率较高
适用范围 小汽车、小型农
业机械、飞机等 载重汽车、拖拉机、
火车、轮船等
3.柴油机的一个工作循环,也是由四个冲程组成的,曲轴和飞轮转动两
周,对外做一次功,活塞往复两次,除做功冲程外的其他三个冲程,也是靠
安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成的。
例2????(2019安徽芜湖繁昌月考)下列有关内燃机的说法中不正确的是?
( )
A.单缸四冲程内燃机工作时,依靠飞轮的惯性来完成的冲程有吸气冲
程、压缩冲程和排气冲程
B.柴油机的点火方式是压燃式,汽油机的点火方式是点燃式
C.汽油机的吸气冲程吸入的是空气和汽油的混合物,柴油机的吸气冲程
吸入的是柴油
D.内燃机的大量使用会造成环境污染
解析 单缸四冲程内燃机工作时,只有做功冲程对外做功,依靠飞轮的
惯性来完成的冲程有吸气冲程、压缩冲程和排气冲程,故A正确。汽油
机在吸气冲程中吸入了汽油和空气的混合物,在压缩冲程中,机械能转
化为内能,内能增大,温度升高,汽油机汽缸顶端有个火花塞,压缩冲程结
束时火花塞喷出电火花,点燃燃料,产生高温、高压的气体推动活塞做
功。柴油机在吸气冲程中吸入空气,在压缩冲程中,机械能转化为内能,
空气的内能增大,温度升高;柴油机汽缸顶端有个喷油嘴,压缩冲程结束
时喷油嘴喷出雾状的柴油,柴油遇到高温的空气,达到着火点而燃烧,点
燃方式是压燃式,故C错误,B正确。内燃机的大量使用会产生较多的尾
气,造成环境污染,故D正确。
答案????C
点拨 总结汽油机和柴油机的异同点:(1)相同点:四个冲程相同,做功冲
程中能量的转化相同,都是内能转化为机械能。(2)不同点:①吸入的物
质不同,柴油机吸气冲程吸入的只是空气,柴油通过喷油嘴来喷出,而汽
油机吸气冲程吸入的是汽油和空气的混合物;②结构不同;③压缩程度
不同,效率不同;④点火方式不同,柴油机采用压燃式,汽油机采用点燃
式。
题型 汽油机工作过程的判断
例????(2017浙江杭州中考)如图14-1-3,汽油机处于工作过程中的某个冲
程,对此冲程下列叙述正确的是?( )
?
图14-1-3
A.压缩冲程,机械能转化为内能
B.压缩冲程,内能转化为机械能
C.做功冲程,机械能转化为内能
D.做功冲程,内能转化为机械能
解析 如题图所示,进气门和排气门都是关闭的,活塞上行,可以判断是
压缩冲程,在压缩冲程中机械能转化为内能,故A正确,B、C、D错。故
选A。
答案????A
解题指导????这类考题主要考查内燃机工作过程冲程的判断,解答此类题
的前提是知道热机工作时,气门、活塞、连杆的运动规律,内燃机工作
过程冲程的判断是中考的热点和重点,难度一般不大。内燃机工作时,
若气门打开时,活塞向下运动,为吸气冲程;若气门打开,活塞向上运动,为
排气冲程。气门都关闭时,若活塞向上运动压缩气体,为压缩冲程,压缩
冲程将机械能转化为内能;若气体膨胀活塞向下运动,为做功冲程,做功
冲程先通过燃料燃烧将化学能转化为内能,再通过做功将内能转化为机
械能。
知识点一 汽油机
1.(2019山东德州武城月考)单缸四冲程汽油机的四个冲程示意图如图1
4-1-1所示。下列关于汽油机一个工作循环中四个冲程的顺序排列正确
的是?( )
?
图14-1-1
A.(c)(d)(b)(a) B.(b)(d)(a)(c)
C.(b)(a)(c)(d) D.(a)(b)(c)(d)
答案????B????(a)图中两个气门都关闭,火花塞点火,此时活塞向下运动,应
该是第三个冲程——做功冲程;(b)图中进气门打开,排气门关闭,活塞向
下运动,应该是第一个冲程——吸气冲程;(c)图中排气门打开,进气门关
闭,活塞向上运动,应该是第四个冲程——排气冲程。(d)图中两个气门
都关闭,火花塞没有点火,此时活塞向上运动,应该是第二个冲程——压
缩冲程。按照四个冲程的先后顺序应该是(b)、(d)、(a)、(c)。
知识点二 柴油机
2.(2019贵州黔西南州望谟月考)关于汽油机和柴油机的主要区别,说法
错误的是?( )
A.柴油机的汽缸顶部有喷油嘴,汽油机的汽缸顶部有火花塞
B.柴油机比汽油机笨重
C.在做功冲程中,柴油机的点火方式是点燃式,汽油机的点火方式是压
燃式
D.柴油机吸入汽缸的是空气,汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物
答案????C 柴油机和汽油机的结构不同,柴油机的汽缸顶部有喷油嘴,汽
油机的汽缸顶部有火花塞,故A正确;柴油机比汽油机笨重,效率高,故B
正确;在做功冲程,汽油机的点火方式是点燃式,柴油机的点火方式是压
燃式,故C错误;在吸气冲程,柴油机吸入汽缸的只是空气,汽油机吸入汽
缸的是汽油和空气的混合物,故D正确。
3.(2017云南曲靖一模)某单缸柴油机的转速是1 200 r/min,在1 s内这台
柴油机要经过 ????个做功冲程。除做功冲程以外的其他冲程是依
靠 ????来完成的。
答案 10 飞轮的惯性
解析 单缸柴油机的转速为n=1 200 r/min=20 r/s,即柴油机的曲轴每秒
转20转,要完成10个工作循环,所以要经过10个做功冲程;只有做功冲程
将内能转化为机械能,其他三个冲程都是靠飞轮的惯性完成的。
1.(2019山东济南槐荫期中)在内燃机工作的四个冲程中,发生内能和机
械能相互转化的冲程是?( )
A.吸气冲程和做功冲程
B.压缩冲程和做功冲程
C.压缩冲程和排气冲程
D.排气冲程和吸气冲程
答案????B 内燃机的四个冲程是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排
气冲程。压缩冲程活塞向上运动,压缩气体,对气体做功,将机械能转化
为内能;做功冲程高温、高压气体推动活塞向下运动,将内能转化为机
械能。吸气冲程和排气冲程不发生能量转化。选B。
2.(2019山东德州陵城月考)如图所示是四冲程汽油机工作状态示意图,
下列说法正确的是?( )
?
A.该图表示的是排气冲程
B.该冲程是内能转化为机械能的过程
C.该冲程中汽缸内气体分子运动剧烈程度增强
D.该冲程中主要是通过热传递的方式改变汽缸内物质的内能
答案????C 图中,汽油机两气门都关闭,活塞上行,是压缩冲程,故A错误;
压缩冲程中压缩气体做功,气体的温度升高,内能增加,机械能转化为内
能,故B错误;分子热运动的快慢与温度有关,温度升高,分子热运动变剧
烈,故C正确;压缩冲程压缩气体做功,所以是通过做功的方式改变汽缸
内物质的内能,故D错误。
1.(2017山东潍坊中考)如图14-1-2是四冲程汽油机的剖面图,它是由吸
气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环来保证连续工作的,其中内能
转化为机械能的是?( )
?
图14-1-2
A.吸气冲程 ????B.压缩冲程
C.做功冲程 ????D.排气冲程
答案????C 在压缩冲程末,火花塞放出电火花,将燃料点燃,燃料剧烈燃
烧,产生高温、高压的气体,推动活塞向下运动,对外做功。做功过程中,
气体的内能减少,温度降低,气体的内能转化为活塞的机械能。内能转
化为机械能的是做功冲程,选C。
2.(2017江西中考)在汽油机的做功冲程中,高温、高压的燃气推动活塞
运动做功,则下列说法中正确的是?( )
A.燃气的内能减少,温度升高
B.燃气的内能增加,温度升高
C.燃气的内能减少,温度降低
D.燃气的内能增加,温度降低
答案????C 做功可以改变物体的内能,物体对外做功,自身内能减少。在
汽油机的做功冲程中,高温、高压的燃气推动活塞向下运动做功,燃气
自身的温度降低,内能减少,故C项正确。
3.(2018湖北武汉武昌一模)如图所示为四冲程内燃机工作示意图,这四
个冲程中活塞和曲轴的位置,进气门、排气门的开闭情况有错误的是?
( )
?
答案????B 吸气冲程,进气门打开,排气门关闭,活塞向下运动,故A正确;
压缩冲程,两个气门都关闭,活塞向上运动,故B错误;做功冲程,两个气门
都关闭,活塞向下运动,故C正确;排气冲程,进气门关闭,排气门打开,活塞
向上运动,故D正确。
1.(2019内蒙古鄂尔多斯达拉特旗月考)一台单缸四冲程汽油机的飞轮
转速是1 200 r/min,它1 s内做功的次数和完成的冲程数是?( )
A.10次,40个冲程 ????B.20次,80个冲程
C.40次,80个冲程 ????D.80次,80个冲程
答案????A 四冲程汽油机的飞轮转速为1 200 r/min,则该飞轮每秒钟转2
0圈。因为一个工作循环飞轮转2圈,完成四个工作冲程,做功1次,所以飞
轮转20圈,共40个冲程,共做功10次。选A。
2.(2019安徽蚌埠怀远马城中学月考)在如图所示的“汽油机模型”实
验中,厚壁有机玻璃圆筒内底装有两根与静电起电机相连接的放电针。
将适量的汽油喷入筒内,用软木塞塞住筒口,摇动起电机。如果观察到
放电针放电,汽油燃烧,软木塞被高温、高压的气体 ????,即可模拟四
冲程汽油机工作时的 ????冲程。
答案 冲出 做功
解析 将适量的汽油喷入筒内,用软木塞塞住筒口,摇动起电机;当放电
针放电时,汽油燃烧,圆筒内气体的内能增加,气体对软木塞做功,软木塞
被高温、高压的气体冲出,而汽油机的做功冲程对外做功,因此该实验
可模拟四冲程汽油机工作时的做功冲程。
1.(2019贵州遵义月考,7,★★☆)下列流程图是用来说明单缸四冲程汽
油机的一个工作循环及涉及的主要能量转化情况。关于对图中①②③
④的补充正确的是?( )
A.①做功冲程 ②内能转化为机械能 ③压缩冲程 ④机械能转化为内能
B.①压缩冲程 ②内能转化为机械能 ③做功冲程 ④机械能转化为内能
C.①做功冲程 ②机械能转化为内能 ③压缩冲程 ④内能转化为机械能
D.①压缩冲程 ②机械能转化为内能 ③做功冲程 ④内能转化为机械能
(①)
(②)
(③)
(④)
吸气冲程
排气冲程
答案????D 根据内燃机的工作过程可知,第二个冲程是压缩冲程,在此过
程中活塞压缩汽缸内的气体,将机械能转化为内能,汽缸内的气体温度
升高。第三个冲程是做功冲程,此过程中燃料燃烧生成的高温、高压的
气体推动活塞对外做功,将内能转化为机械能。选D。
2.(2018山东广饶经济开发区乐安中学月考,17,★☆☆)汽油机工作时,将
内能转化为机械能的过程是 ????冲程。一台单缸柴油机曲轴的转
速为2 400 r/min,则在1 s内柴油机对外做功 ????次。
答案 做功 20
解析 在汽油机的做功冲程中,高温、高压气体的内能转化为活塞的机
械能;单缸四冲程内燃机曲轴转2圈完成1个工作循环,并对外做功1次,此
柴油机每秒曲轴转40圈,可完成20个工作循环,故对外做功20次。
1.(2018山东德州夏津双语中学月考,7,★☆☆)汽车已经成为现代生活
中不可缺少的一部分,现代汽车多数采用汽油机作为发动机,如图是四
冲程汽油机的工作循环示意图,下列说法中不正确的是?( )
?
A.甲冲程通过做功使燃料内能增大
B.乙冲程是排气冲程,排出废气,带走大部分热量
C.丙冲程把机械能转化为内能,使汽车获得动力
D.丁冲程是吸气冲程,吸入汽油和空气的混合物
答案????C 甲冲程,气门都关闭,活塞向上运行,是压缩冲程,通过做功使
燃料内能增大、温度升高,是将机械能转化为了内能,故A说法正确;乙
冲程,排气门打开,活塞向上运动,是排气冲程,该冲程排出废气,带走大部
分热量,故B说法正确;丙冲程,气门都关闭,活塞向下运行,是做功冲程,将
内能转化为了机械能,故C说法错误;丁冲程,进气门打开,活塞向下运行,
是吸气冲程,该冲程吸入汽油和空气的混合物,故D说法正确。
2.(2018浙江台州椒江书生中学月考,10,★☆☆)汽车是我们最熟悉的交
通工具之一。汽油机是汽车内的动力装置,通过汽油在汽缸内燃烧,生
成高温、高压的气体,推动活塞做功。如图甲所示是汽油机的 ????
冲程,能量转化过程为 ????。在乙、丙两图所示的实验
中,与该冲程能量转化相同的是 ????。
答案 压缩 机械能转化为内能 丙
解析 图甲中,两个气门都关闭,活塞向上运动,因此是压缩冲程,在压缩
冲程中机械能转化为内能。图乙中,当塞子飞出去时,瓶内气体对外做
功,内能转化为塞子的机械能;丙图中,用力将活塞压下,活塞对空气做功,
空气的内能增大,温度升高,达到了棉花的着火点,棉花就会燃烧,是通过
对物体做功来增大物体内能的,即是将机械能转化为内能的过程。因此
与压缩冲程原理相同的是丙图所示实验。
1.(2018山东滨州中考,9,★★☆)如图14-1-3是内燃机工作循环中的一个
冲程,它是?( )
?
图14-1-3
A.压缩冲程,将化学能转化成内能
B.压缩冲程,将机械能转化成内能
C.做功冲程,将内能转化成机械能
D.做功冲程,将机械能转化成内能
答案????C 从图中看出,两个气门均关闭,活塞下行,并且火花塞产生电
火花,所以是做功冲程。在做功冲程中,能量转化关系是气体的内能转
化为活塞的机械能。
2.(2017江苏扬州中考,15,★☆☆)如图14-1-4,是汽油机模型,正在进行的
是 ????冲程,该冲程将 ????能转化为 ????能。
?
图14-1-4
答案 压缩 机械 内????
解析 图中两个气门都关闭,活塞向上运动,该过程是将机械能转化为
内能的过程,为压缩冲程。
1.(2018甘肃兰州中考,11,★★☆)下列关于四冲程内燃机的说法中正确
的是?( )
A.热机效率越高,所做的有用功就越多
B.汽油机在吸气冲程中吸入汽缸的是空气
C.一个工作循环对外做功一次
D.压缩冲程中将内能转化为机械能
答案????C 机械效率高低,只能反映有用功在总功中所占比例的多少,机
械效率高低和有用功大小之间没有关系,故A错误;汽油机在吸气冲程中
吸入汽油和空气的混合物,故B错误;四冲程内燃机一个工作循环包括四
个冲程,只有做功冲程对外做功,因此一个工作循环对外做功一次,故C
正确;四冲程内燃机在压缩冲程中将机械能转化为内能,故D错误。
2.(2017山东德州中考,15,★☆☆)如图所示是演示点火爆炸的实验装置,
按动电火花发生器的按钮,点燃盒内酒精,盒盖被打出去,这与四冲程汽
油机的 ????冲程能量转化相同。
?
答案 做功
解析 按动电火花发生器的按钮后,酒精燃烧产生的气体对盒盖做功,
将气体的内能转化为盒盖的机械能,气体的内能减小;四冲程汽油机中
的做功冲程就是将内能转化为机械能的冲程。
(2018广东汕头潮南模拟)阅读短文,回答下列问题:
空气的动力
空气动力是指空气与物体做相对运动时作用在物体上的力,简称气动
力。当我们快速地松开鼓起来的气球时,气球会“嗖”的一下飞出去
了,这时气球获得了气动力。
经过长时间探索,人们已经成功制造出多种使用压缩空气为动力,推动
叶片或者活塞运动的发动机,即叶片式、活塞式空气发动机。
如图14-1-5是某新型的以空气发动机为动力的汽车。它共有4个压缩空
气缸,总容量为90 L,可储存标准大气压下90 m3的空气,其设计最高速度
可达154 km/h,平均每加一次气能行驶200 km或10 h。由于空气发动机
不直接使用燃料,因而具有体积小、结构简单、维修成本低、操控方
便、“零”排放的优点。即使因为技术不成熟导致某些缺点,在科学界
引起不小的争议,但这项技术仍然具有广阔的发展空间。
?
图14-1-5
根据上述材料,回答下列问题:
(1)压缩空气动力汽车最理想的加气工具应是 ????(选填“内燃机”
“电动机”或“蒸汽机”)提供动力的。
(2)空气发动机是利用 ????能做功的,空气发动机获得动力时与四
冲程汽油机的 ????冲程工作过程相似。
A.吸气 ????B.压缩 ????C.做功 ????D.排气
(3)分析上文,下面说法正确的有 ????。
A.松开鼓起来的气球时,气球飞出去,这是因为物体受到惯性的作用
B.空气动力汽车工作时将内能转化为机械能
C.以空气发动机为动力的汽车,靠汽缸内空气燃烧产生能量
D.空气动力汽车工作时不会有能量的损失
(4)资料表明,空气发动机排出的尾气温度低于周围空气的温度,对于产
生此现象的原因,请你提出一条合理的解释:????。
答案 (1)电动机 (2)内????C (3)B (4)气体对外做功,内能减小,温度
降低
解析 本题通过对“空气的动力”的介绍,使学生深入了解了其中的原
理及应用实例,体现了物理在高科技领域的应用。考查学生通过阅读获
取知识、利用知识的能力。(1)从节能和环保的角度分析,压缩空气动
力汽车最理想的加气工具应是电动机提供动力的;(2)阅读短文可知,空
气发动机是利用内能做功的,这与四冲程汽油机的做功冲程工作过程相
似,故C正确;(3)物体的惯性只与质量有关,不能说物体受到惯性的作用,
故A错误;空气动力汽车工作时压缩的气体对外做功,将内能转化为机械
能,故B正确;以空气发动机为动力的汽车,靠汽缸内空气膨胀对外做功,
而不是靠汽缸内空气燃烧产生能量,故C错误;空气动力汽车工作时能量
会有一定的损失,因此能量不可能完全被利用,故D错误;(4)空气发动机
排出的尾气温度低于周围空气的温度,这主要是因为气体对外做功,内
能减小,温度降低。
阅读下面的短文,回答问题:
涡轮增压是一种利用内燃机运作产生的废气驱动空气压缩机的技术。
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,使之增压进入汽缸。
汽车发动机的工作,多是靠燃料在发动机汽缸内燃烧做功,从而对外输
出功率。
涡轮增压的主要原理是采用专门的压气机先将气体进行压缩,再让气体
进入汽缸,这样提高了进入汽缸气体的密度。空气的密度增大可以燃烧
更多的燃料,相应增加燃料量和调整一下发动机的转速,这样就可以增
加发动机的输出功率了。
请回答下列问题:
(1)发动机排出废气的惯性只跟废气的 ????有关。
(2)发动机消耗内能驱动汽车行驶的是 ????冲程,该冲程将 ????
????能转化为 ????能。
(3)吸入相同体积空气时,使用涡轮增压的汽车与普通汽车相比,牵引力
可做的功更 ????。
(4)发动机排出的废气的能量 ????(选填“能”或“不能”)全部转
化为叶轮的机械能用以压缩空气。
答案 (1)质量 (2)做功 内 机械 (3)多 (4)不能
解析 本题通过对涡轮增压的讲解,让学生了解汽车废气的再利用和输
出功率的增加的意义。题目主要考查了惯性大小的影响因素、四个冲
程中的能量转化情况、涡轮增压的汽车的优点以及能量的转化,属于综
合性题目,能使学生在知识的广度上和深度上得到锻炼和培养。(1)惯
性大小只跟物体的质量大小有关,所以发动机排出废气的惯性只跟废气
的质量有关。(2)四冲程内燃机包括吸气、压缩、做功、排气四个冲
程,其中压缩冲程将机械能转化为内能;做功冲程将内能转化为机械
能。使汽车获得动力的是做功冲程。(3)“涡轮增压”是利用高温、高
压的废气去冲击涡轮室内的涡轮高速旋转,涡轮又带动同轴的叶轮压送
由管道送来的空气,使之增压进入汽缸,所以在吸入相同体积空气时,使
用涡轮增压的汽车与普通汽车相比,牵引力可做的功更多。(4)发动机
排出的废气在利用过程中,要克服摩擦力做功,机械能转化为内能,所以
发动机排出的废气的能量不能全部转化为叶轮的机械能用以压缩空
气。
第1节 热机
测试时间:20分钟
一、选择题
1.(2018河北沧州南皮校级月考)以下机械不属于热机的是( )
A.火箭发动机 B.柴油机
C.蒸汽机 D.洗衣机
答案 D 火箭发动机、柴油机、蒸汽机都是把内能转化成机械能的装置,属于热机,故A、B、C不合题意。洗衣机是利用电动机工作的,将电能转化为机械能,不属于热机,故D符合题意。
2.(2018四川成都中考)在四冲程汽油机的工作循环中,将内能转化为机械能的冲程是( )
A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程
答案 C 四冲程汽油机的一个工作循环由四个冲程组成:吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。其中压缩冲程将机械能转化为内能,做功冲程将内能转化为机械能,故C正确。
3.(2018河南郑州金水校级月考)关于内燃机的说法错误的是( )
A.汽油机是汽油在汽缸内燃烧,生成高温高压的燃气推动活塞运动,将燃气的内能转化为活塞的机械能的机器
B.汽油机和柴油机都是内燃机
C.内燃机只能在燃料燃烧完全结束后才对外做功
D.内燃机一般在燃料燃烧的同时对外做功
答案 C 将内能转化为机械能的机器叫热机,蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机都是将内能转化为机械能的机器,都属于热机,其中内燃机分为汽油机和柴油机;汽油机是汽油在汽缸内燃烧,生成高温高压的燃气推动活塞运动,将燃气的内能转化为活塞的机械能的机器,故A、B正确。在内燃机的做功冲程中,燃料燃烧的同时就对外做功,故C错误,D正确。
4.(2018湖北武汉新洲校级月考)如图所示是某汽车发动机的一个冲程的示意图。在活塞向上运动的过程中,汽缸内气体( )
A.密度减小 B.气压降低 C.内能不变 D.分子热运动加快
答案 D 由图可见,进气门和排气门都关闭,活塞向上运动,是压缩冲程;在压缩过程中,汽缸内气体质量不变、体积减小,由ρ=可知,汽缸内气体的密度增大,气压升高,故A、B错误。活塞的机械能转化成汽缸内气体的内能,因此汽缸内气体的内能增加、温度升高,分子热运动加快,故C错误,D正确。
5.(2018湖南邵阳中考)小型汽车上的四冲程汽油机中,主要把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
答案 B 汽油机的压缩冲程中,压缩汽油和空气的混合物做功,使汽油和空气的混合物的温度升高、内能增大,把机械能转化为内能,故B正确。
6.(2018内蒙古呼伦贝尔阿荣旗月考)柴油机与汽油机在构造上的主要不同是:柴油机顶部有( )
A.火花塞 B.活塞 C.喷油嘴 D.曲轴
答案 C 汽油机和柴油机在构造上的区别是汽油机顶部有个火花塞,柴油机顶部有个喷油嘴,故选C。
7.(2018西藏日喀则亚东校级月考)如图所示是汽油机的四个冲程,其中属于压缩冲程的是( )
A.甲 B.乙 C.丙 D.丁
答案 D 甲图中两气门都关闭,火花塞点火,活塞下行,汽缸容积变大,是做功冲程,故A不符合题意;乙图中进气门开启,活塞下行,气体流入汽缸,是吸气冲程,故B不符合题意;丙图中排气门开启,活塞上行,气体流出汽缸,是排气冲程,故C不符合题意;丁图中两气门都关闭,活塞上行,汽缸容积变小,是压缩冲程,故D符合题意。
8.(2018河南洛阳孟津月考)关于四冲程汽油机的工作过程的以下几种说法中正确的是( )
①压缩冲程中,机械能转化为内能
②做功冲程中,内能转化为机械能
③只有做功冲程是燃气对外做功
④汽油机和柴油机的点火方式相同
A.只有②③ B.只有①③
C.只有②④ D.只有①②③
答案 D 汽油机四个冲程中,只有做功冲程燃气对外做功,将内能转化为机械能,在压缩冲程中将机械能转化为内能,故①②③正确;汽油机中有火花塞,采用的是点燃式点火,而柴油机是喷油嘴喷出雾状柴油,进行压燃式点火,故④错误。故选D。
9.(2018内蒙古鄂尔多斯康巴什校级月考)关于汽油机,下列说法中正确的是( )
A.汽油机的一个工作循环要经历四个冲程、活塞往复运动四次
B.汽油机的一个工作循环的四个冲程依次为:吸气冲程、做功冲程、排气冲程和压缩冲程
C.在做功冲程中,进气门与排气门都关闭,活塞向上运动,将内能转化为机械能
D.在吸气冲程中,进气门打开、排气门关闭,活塞向下运动,汽油和空气的混合物被吸入汽缸
答案 D 汽油机的一个工作循环要经历四个冲程、活塞往复运动两次,故A错误;汽油机的四个冲程依次为吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程,故B错误;在做功冲程中,进气门、排气门都关闭,活塞向下运动,将内能转化为机械能,故C错误;汽油机在吸气冲程中,进气门打开、排气门关闭,活塞向下运动,吸入汽缸的是汽油和空气的混合物,故D正确。
10.(2018贵州黔东南州期末)如图甲所示实验中,我们看到塞子从试管口跳出时的情况,图乙是四冲程汽油机工作的示意图,其中能量的转化与甲图中能量转化相同的是( )
甲
乙
答案 D 当试管内的水被酒精灯加热后,蒸发加快,试管内的水蒸气越来越多,压强越来越大,最后会把塞子顶出去,水蒸气的内能转化为了塞子的机械能;汽油机的做功冲程是汽油燃烧产生的内能转化为了活塞的机械能;A项中进气门打开,活塞由上向下运动,是吸气冲程,故A不符合题意;B项中进气门关闭,排气门打开,活塞由下向上运动,是排气冲程,故B不符合题意;C项中进气门、排气门关闭,活塞由下向上运动,是压缩冲程,故C不符合题意;D项中进气门、排气门关闭,活塞由上向下运动,是做功冲程,故D符合题意。故选D。
二、填空题
11.(2018江西赣州大余校级月考)多数的汽油机一个工作循环可分为四个冲程,依次是吸气冲程、 、 、排气冲程。?
答案 压缩冲程 做功冲程
解析 汽油机的一个工作循环由四个冲程完成,分别是:吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
12.(2018甘肃白银中考)如图所示是四冲程汽油机工作过程的一个冲程,该冲程是将 能转化为 能。?
答案 机械 内
解析 由图可知,进气门和排气门都是关闭的,活塞向上运动,可以判断是压缩冲程,压缩冲程中机械能转化为内能。
13.(2018河南洛阳孟津月考)汽油机与柴油机的区别为:(1)吸入物质上:吸气冲程汽油机吸入 ,柴油机吸入 。(2)在压缩冲程中,活塞能把燃料气体混合物的体积或空气的体积压缩得更小,使气体压强更大,温度更高,做功更多,效率更高的是 机。(3)汽油机和柴油机在构造上相比,汽油机顶部有一个 ,柴油机顶部有一个 。?
答案 (1)汽油和空气的混合物 空气 (2)柴油 (3)火花塞 喷油嘴
解析 汽油机在吸气冲程中吸入了汽油和空气的混合气体,在压缩冲程中,将机械能转化为内能,内能增大,温度升高,汽油机汽缸顶端有个火花塞,此时火花塞产生电火花,点燃汽油,产生高温高压的燃气推动活塞做功。柴油机在吸气冲程中吸入空气,在压缩冲程中,机械能转化为内能,空气的内能增大,温度升高达到柴油的着火点,柴油机汽缸顶端有个喷油嘴,此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气便立刻燃烧起来,燃烧产生高温高压的燃气推动活塞做功。柴油机的压缩比例更大,温度更高,做功更多,效率更高。
14.(2018河南郑州月考)汽油机的一个工作循环的四个冲程,图中表示的是 冲程;若此汽油机的飞轮转速是1 800 r/min,则每秒钟内完成 个做功冲程。?
答案 做功 15
解析 由图可知,进气门和排气门都是关闭的,火花塞点火,活塞下行,可以判断是做功冲程,做功冲程中内能转化为机械能;若飞轮转速是1 800 r/min=30 r/s,每秒飞轮转动30圈,要经过60个冲程,对外做功15次。
15.(2018山西朔州右玉校级月考)阅读下面短文,回答下列问题:
从火车到火箭
生产的发展需要强大的动力,17世纪,人类发明了热机,最早的热机是蒸汽机,在锅炉里把水烧成水蒸气,水蒸气在汽缸里推动活塞做功。原始的蒸汽机不便于使用……
交通运输的发展迫切需要轻便的热机。于是,内燃机应运而生。内燃机分为汽油机、柴油机两大类。汽油机是1876年发明的,柴油机是1892年发明的。内燃机行驶时不需要携带很多的水和煤,不但轻便,效率也提高了……
早期的飞机是由内燃机提供动力的。从上世纪40年代开始,飞机上越来越多地使用喷气发动机,它向后高速喷出气体,从而获得前进的动力。在功率相同时,喷气发动机比内燃机更轻便……
(1)在功率相同时,蒸汽机、内燃机、喷气发动机的重力依次 (填“增大”或“减小”)。?
(2)在结构上汽油机的顶部是火花塞,柴油机的顶部是 。?
(3)汽油机工作过程中,燃料的化学能先转化为内能,内能再转化为 。?
(4)汽油机常用水冷却发动机是利用水的 的特性;它完成吸气冲程时,吸入汽缸里的物质是 。?
答案 (1)减小 (2)喷油嘴 (3)机械能 (4)比热容大 汽油和空气的混合物
解析 (1)在功率相同时,蒸汽机、内燃机、喷气发动机的重力依次减小;(2)柴油机和汽油机在构造上的主要区别是:汽油机的顶部是火花塞,柴油机顶部是喷油嘴;(3)汽油机工作过程中,燃料的化学能先转化为内能,内能再转化为机械能。(4)汽油机常用水冷却发动机是利用水的比热容大的特性。汽油机完成吸气冲程时,吸入汽缸里的物质是汽油和空气的混合物。
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第十四章 内能的利用
初中物理（人教版）
九年级 全一册
知识点一 燃料的热值
1.燃料的热值
定义 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比
数值 1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量
单位 焦每千克,即“J/kg”
公式 q=?,其中Q表示燃料完全燃烧放出的热量,m表示燃料的质量,q表示
该燃料的热值
物理意义 表示燃料完全燃烧时放热本领大小的物理量
2.燃料完全燃烧时放出的热量的计算
(1)固体和液体燃料完全燃烧时放出的热量:Q放=mq。其中Q放表示燃料
完全燃烧放出的热量,单位是J;m表示燃料的质量,单位是kg;q表示燃料
的热值,单位是J/kg。
(2)气体燃料完全燃烧时放出的热量:Q放=Vq。其中Q放表示燃料完全燃
烧放出的热量,单位是J;V表示燃料的体积,单位是m3;q表示燃料的热值,
单位是J/m3。
例1????(2018湖南益阳中考)下列关于热值的说法正确的是?( )
A.2 kg煤的热值大于1 kg煤的热值
B.燃料热值越大,燃烧放出的热量越多
C.燃料燃烧不完全时热值变小
D.燃料的热值是燃料本身的特性,与其他因素无关
解析 燃料的热值与燃料的种类有关,与燃料的燃烧程度、质量都无
关,故A、C错误;燃料燃烧放出的热量与燃料的热值、质量和是否完全
燃烧有关,故B错误;热值是燃料本身的特性,与其他因素无关,不同的物
质热值一般不同,故D正确。
答案????D
知识点二 热机的效率
定义 用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量的比叫做热机的效
率
公式 η=?(其中W有表示用来做有用功的能量,Q总表示燃料完全燃烧放出
的能量)
物理
意义 热机效率表示了使用热机时对燃料的利用率的高低,因此热机效率是
描述热机性能的一个重要指标。例如:两辆相同型号的汽车,以相同的
速度行驶相同的路程,耗油少的那辆,效率就比较高
说明 由于热机在工作过程中,总有能量损失,所以热机的效率总小于1,汽油
机的效率为20%~30%,柴油机的效率为30%~45%。柴油机的效率比
汽油机的效率高,这主要是因为柴油机的构造和工作过程与汽油机有
所不同,柴油机在压缩冲程中对气体的压缩程度比汽油机更高
提高
方法 (1)使燃料充分燃烧;(2)尽量减少各种热量损失;(3)在热机的设计和制
造上,采用先进的技术;(4)使用时注意保养,保证良好的润滑,合理调整
运动零件之间的间隙,减小因克服摩擦阻力而消耗的能量
例2????(2017湖南益阳中考)为了节约能源,需要提高热机的效率,下列措
施不能提高热机效率的是?( )
A.让燃料与空气混合充分,使燃料燃烧得比较完全
B.在设计与制造热机时要不断改进与创新,以减少能量的损失
C.尽量减少热机内部各部件间的摩擦
D.尽量增加热机的工作时间
解析????
A ? 热机效率是指热机有效利用的能量与燃料完
全燃烧放出的能量之比。使燃料充分燃烧、
减少废气带走的热量、减少热机内部各部件
间的摩擦都可以提高热机效率
B ?
C ?
D √ 增加热机的工作时间,并不能减少热量的损
失,不能提高热机的效率
答案????D
题型一 燃料燃烧及其相关计算
例1????(2017四川眉山中考)在四冲程汽油机工作过程中,实现内能转化
为机械能的是 ????冲程;完全燃烧500 g汽油释放出的热量是 ????
????J(汽油的热值为4.6×107 J/kg)。
解析 在内燃机的压缩冲程中,活塞压缩气体做功,使气体的内能增大,
温度升高,机械能转化为内能;做功冲程,高温、高压气体对活塞做功,自
身内能减小,活塞机械能增加,即将内能转化为机械能;完全燃烧500 g汽
油放出的热量为Q=mq=0.5 kg×4.6×107 J/kg=2.3×107 J。
答案 做功 2.3×107
点拨 本题主要考查对热机各冲程特点的了解和对热值计算公式的理
解和掌握,是基础性题目。
题型二 热机效率及其相关计算
例2????(2019贵州遵义月考)近年来,汽车逐步走进了普通百姓的家庭。
(1)现在汽车的发动机大多是用汽油作燃料的汽油机。如图14-2-1所示
的汽油机正处在 ????冲程;
?
图14-2-1
(2)由于过度开发和使用加剧了不可再生能源的消耗,现在很多地方正
在使用乙醇汽油。乙醇汽油是一种由乙醇和普通汽油按一定比例混配
形成的替代能源,其中普通汽油体积占90%,乙醇(即酒精)体积占10%。
某型号汽车使用上述乙醇汽油在水平路面上匀速行驶时,受到的牵引力
为920 N,每行驶100 km耗油10 kg。则10 kg乙醇汽油完全燃烧放出的热
量是多少焦?(乙醇汽油的热值q=4.6×107J/kg)
(3)该车此时的效率为多少?
(4)请写出使用乙醇汽油的好处是什么?(写出一条即可)
解析 (1)进气门和排气门均关闭,活塞由下向上运动,所以为压缩冲程;
(2)10 kg乙醇汽油完全燃烧放出的热量Q=mq=10 kg×4.6×107 J/kg=4.6×1
08 J;(3)牵引力做的功W=Fs=920 N×1×105 m=9.2×107 J,该车此时的效率
为η=?=?=20%;(4)使用乙醇汽油的好处之一是污染小。
点拨 在做热学计算题时,首先要弄清题目所描述的是怎样的物理过
程,在这个物理过程中涉及哪些物理量,应标清要计算的是哪个物体在
哪个过程中吸收(或放出)的热量,燃料燃烧放出的热量是全部被物体吸
收,还是部分被物体吸收。然后确定好研究对象,选取适当的公式,代入
已知量,求出待求的物理量。
答案 (1)压缩 (2)4.6×108 J (3)20% (4)污染小
知识点一 燃料的热值
1.(2017山东泰安岱岳三模)2017年4月22日12时23分,天舟一号货运飞船
与天宫二号空间实验室顺利完成自动交会对接,这是天宫二号自2016年
9月15日发射入轨以来,首次与货运飞船进行交会对接。天舟一号拥有
两个独立设计的推进剂储箱,内有特制的燃料,对燃料要求?( )
A.有较多的热量 ????B.有较大的内能
C.有较大的比热容 ????D.有较大的热值
答案????D????天舟一号的两个独立设计的推进剂储箱分别储存的是燃料
液态氢和助燃剂液态氧,采用液态氢作为燃料,原因是液态氢具有较高
的热值,完全燃烧相同质量的液态氢和其他燃料相比,液态氢可以释放
出更多的热量。
2.(2019山东济南商河期中月考)表是一些燃料的热值[J/kg],下列判断正
确的是?( )
A.使燃料燃烧更充分,可以增大热值
B.燃料燃烧释放的热量越多,热值越大
C.现代火箭使用液态氢作燃料,是因为它具有较大的热值
D.热机使用的燃料的热值越大,热机的效率就越高
无烟煤 3.4×107 煤油 4.6×107
焦炭 3.0×107 汽油 4.6×107
酒精 3.0×107 氢 1.4×108
答案????C????热值是燃料的特性,与燃料的燃烧情况无关,故A错误;热值是
燃料的特性,与燃料燃烧放出热量的多少无关,故B错误;由于氢的热值
比较大,燃烧相同质量的燃料时,氢放出的热量更多,所以现代火箭使用
液态氢作燃料,故C正确;热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完
全燃烧产生的能量之比,与燃料的热值无关,故D错误。选C。
3.(2018陕西宝鸡渭滨清姜路中学月考)干木柴的热值是1.2×107 J/kg,它
的物理意义是 ????;完全燃烧2 kg干木
柴放出的热量为 ????J;干木柴用掉一半后热值 ????(填“变”
或“不变”)。
答案 1 kg的干木柴完全燃烧时放出的热量是1.2×107 J 2.4×107 不
变
解析????干木柴的热值为1.2×107 J/kg,它的物理意义是1 kg 的干木柴完全
燃烧时放出的热量是1.2×107 J;完全燃烧2 kg干木柴放出的热量为Q放=
qm=1.2×107 J/kg×2 kg=2.4×107 J;热值是燃料的特性,不随质量改变而改
变,因此用掉一半,剩下干木柴的热值仍然是1.2×107 J/kg。
知识点二 热机的效率
4.(2017江苏江阴文林中学月考)小彤家使用的是瓶装液化气,每瓶中装
入的液化气质量为21 kg(液化气的热值取5×107 J/kg),
(1)21 kg的液化气完全燃烧,释放的热量是多少?
(2)若整瓶液化气完全燃烧释放热量的60%被利用,那么散失的热量是多
少?
(3)小彤想节约能源、降低能耗,若将上述散失的热量全部利用起来,可
以把多少千克温度为20 ℃的水加热到100 ℃?
解析 (1)21 kg液化气完全燃烧释放热量:Q放=mq=21 kg×5×107 J/kg=1.05×
109 J;(2)整瓶液化气完全燃烧释放热量的60%被利用,那么散失的热
量应该占液化气完全燃烧释放热量的40%,散失的热量为:Q散失=Q放×40%
=1.05×109 J×40%=4.2×108 J;(3)由题知,Q散失=Q吸=c水m水(t-t0),可得水的质
量:m水=?=?=1 250 kg。
答案 (1)1.05×109 J (2)4.2×108 J (3)1 250 kg
(2019安徽芜湖繁昌月考)甲、乙两台柴油机,甲的效率低于乙的效率,其
意义是?( )
A.甲消耗的燃料一定多于乙消耗的燃料
B.甲柴油机所做的有用功少于乙柴油机所做的有用功
C.乙将燃料完全燃烧放出的能量转变成有用功的那部分能量的比例比
甲大
D.甲的功率大于乙的功率
答案????C????虽然甲的效率比乙低,但不清楚两台柴油机做功多少的情况
下,无法确定谁消耗的燃料多,故A错误;由于总功不能确定,所以有用功
不能确定,故B错误;甲柴油机的效率比乙柴油机的效率低,说明乙柴油
机用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出能量的百分比大,故C正确;
功率是表示物体做功快慢的物理量,与热机的效率是两个完全不同的概
念,故D错误。选C。
1.(2019安徽芜湖繁昌月考)关于燃料的热值,下列说法中正确的是?(????
)
A.某种燃料燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值
B.甲燃料完全燃烧放出的热量比乙燃料完全燃烧放出的热量多,则甲的
热值一定比乙的大
C.燃料的热值越大,则燃料燃烧时放出的热量越多
D.汽油的热值是4.6×107 J/kg,其值的大小和燃烧的质量的多少无关
答案????D????1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量在数值上等于这种燃料
的热值,故A错误;甲燃料完全燃烧放出的热量比乙燃料完全燃烧放出的
热量多,但没有说明质量相同,则甲的热值不一定比乙的大,故B错误;燃
料的热值大,但燃料不一定完全燃烧,且质量不定,放出的热量不一定多,
故C错误;燃料的热值是燃料的特性,与燃料的种类有关,与燃料的质
量、燃烧程度等均无关,故D正确。选D。
2.(2018福建龙岩上杭期中)如图14-2-1所示表示的是汽油机的能量流
向,对照此图,下列说法不正确的是?( )
?
图14-2-1
A.废气的排放所占比例最大,减少该部分能量损失可有效提高热机效率
B.冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率
C.该汽油机的效率为73%
D.该汽油机的能量利用率为27%
答案????C 废气带走了大部分的能量,所以减少该部分的能量损失是提
高热机效率的有效手段,故A说法正确;冷却水带走的热量仅次于废气带
走的热量,所以冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率,故B说法正
确;该汽油机的热机效率为η=97%-33%-30%-7%=27%,故C说法错误,D
说法正确。
3.(2018河北中考)有如图14-2-2所示的两套相同装置,分别在两个燃烧
皿中放入质量相同的不同燃料,点燃后加热质量相等的同种液体,通过
比较燃料 ????(选填“燃烧相同时间”或“全部燃烧”)
后温度计示数的变化,来判断两种燃料的热值的大小。燃料燃烧, ????
????转化为内能,用比热容 ????的液体可以使实验现象更明显。
(实验中液体没有沸腾)
?
图14-2-2
答案 全部燃烧 化学能 较小
解析 比较两种不同燃料热值的实验中,同时点燃相同质量的燃料后,
需等待燃料充分燃烧,通过观察相同质量的同种液体中温度计的示数变
化来比较两种燃料热值大小;燃料燃烧时将化学能转化为内能;相同质
量的不同物质,在吸收相同热量的情况下,比热容小的物质温度升得高,
所以用比热容小的液体可以使实验现象更明显。
4.一个成年人参加一次长跑,身体消耗的能量为6.6×106 J,这些能量相当
于完全燃烧0.55 kg的干木柴才能得到,则干木柴的热值为 ???? J/kg,
干木柴用掉一半后,剩余干木柴的热值将 ????(选填“变大”、
“变小”或“不变”)。
答案 1.2×107?不变
解析 由Q放=mq可得,干木柴的热值为q=?=?=1.2×107 J/kg;热
值是燃料的特性,其大小与燃料的质量无关,用掉一半后,干木柴的热值
仍为1.2×107 J/kg。
(2017辽宁大连中考)某家庭用的燃气热水器,将20 kg的水从10 ℃加热
到60 ℃,完全燃烧了0.21 m3的煤气。已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·
℃),煤气的热值为4×107 J/m3。试求:
(1)煤气完全燃烧放出的热量是多少?
(2)水吸收的热量是多少?
(3)该热水器烧水的效率是多少?
答案 (1)8.4×106 J (2)4.2×106 J (3)50%
解析 (1)煤气完全燃烧放出的热量:
Q放=Vq=0.21 m3×4×107 J/m3=8.4×106 J;
(2)水吸收的热量:
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×20 kg×(60 ℃-10 ℃)=4.2×106 J;
(3)该热水器烧水的效率:
η=?=?=50%。
1.(2018北京昌平临川育人学校月考,9,★☆☆)关于燃料的热值,下列说
法正确的是?( )
A.容易燃烧的燃料,热值一定大
B.煤的热值大于干木材的热值,煤燃烧放出的热量一定比干木材放出的
热量多
C.燃料的热值与燃料是否完全燃烧无关
D.为了提高锅炉的效率,一定要用热值高的燃料
答案????C????热值是燃料的一种特性,与燃料的种类有关,热值大小与燃料
是否容易燃烧无关,故A错误;煤的热值大于干木材的热值,说明完全燃
烧相同质量的煤和干木材,煤放出的热量多,但不能说明烧煤比烧干木
材产生的热量多,因还与质量等有关,故B错误;燃料的热值与燃料的种
类有关,与燃料的燃烧程度无关,故C正确;效率是指利用的热量与完全
燃烧放出热量的比值,与热值无关,故D错误。
2.(2018四川达州模拟,30,★★☆)小张驾驶一辆额定功率为35千瓦、效
率为30%的汽车在一段平直的公路上匀速行驶,在额定功率下行驶1小
时至少需要 ???? L汽油(汽油的热值为3.5×107 J/L);若行驶的速度
为72 km/h,则汽车受到的阻力为 ???? N。
答案 12 1 750
解析 小汽车以额定功率匀速直线行驶1 h牵引力所做的功:W=Pt=3.5×
104 W×3 600 s=1.26×108 J。完全燃烧汽油放出热量Q放= Vq,小汽车发动
机的效率η=?,所以ηQ放=W,ηVq=W, V=?=?=12 L;
72 km/h=20 m/s,由W=Fs得汽车发动机的牵引力:F=?=?=?=
1 750 N,因为汽车在平直公路上匀速行驶,所以汽车受到的阻力为f=F=
1 750 N。
3.(2018甘肃临泽二中月考,25,★★☆)随着生活条件的改善,小明家住上
了新楼房,新楼使用的是天然气。小明想:将一壶水烧开究竟需要用多
少天然气呢?他通过实践收集如下数据:水壶里放入2 000 cm3、20 ℃的
水,大火加热直至沸腾。又在物理书中查到天然气的热值为8×107 J/m3。
[气压为1标准大气压,c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(1)烧开这壶水,水需要吸收多少热量?
(2)如果小明家天然气炉具的效率是40%,则烧开这壶水,需要燃烧多少m3
的天然气?
答案 (1)6.72×105 J (2)2.1×10-2 m3
解析 (1)m水=ρV水=1.0 g/cm3×2 000 cm3=2 000 g=2 kg,水吸收的热量Q吸=
c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃-20 ℃)=6.72×105 J;(2)Q放=
?=?=1.68×106 J,V=?=?=2.1×10-2 m3。
(2018四川眉山模拟,34,★☆☆)以下说法正确的是?( )
A.物体吸收热量,温度一定升高
B.热机的大量使用有利于环境的保护
C.燃料的热值与燃料的质量没有关系
D.热机的工作过程只是将内能转化成机械能的过程
答案????C 物体吸收热量,温度不一定升高,比如晶体熔化过程中,吸热
但温度不变,故A错误;热机在使用时会排放出一些有害的气体,造成环
境污染,故B错误;热值跟燃料的种类有关,与燃料的质量无关,故C正确;
热机工作过程中,压缩冲程机械能转化为内能,做功冲程内能转化为机
械能,故D错误。选C。
1.(2018湖南株洲中考,2,★☆☆)木炭的热值为3.4×107 J/kg,它表示1 kg
木炭?( )
A.具有3.4×107 J的热量
B.具有3.4×107 J的内能
C.完全燃烧对外做功3.4×107 J
D.完全燃烧放出热量3.4×107 J
答案????D????木炭的热值是3.4×107 J/kg,它的物理意义是:1 kg木炭完全燃
烧放出的热量是3.4×107 J。故A、B、C错误,D正确。
2.(2017山东枣庄中考,7,★☆☆)如图14-2-3是某内燃机工作时的能量流
向图,该内燃机的热机效率是?( )
?
图14-2-3
A.25% ????B.35% ????C.40% ????D.75%
答案????B????热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生
的能量之比,所以,由内燃机的能量流向图可得,内燃机的热机效率:η=1-
25%-40%=35%。故选B。
3.(2017湖北咸宁中考,12,★★☆)2017年5月18日,我国宣布在南海进行
的可燃冰试采获得成功。可燃冰是一种固态晶体,在常温常压下会迅速
????(填物态变化)为气态。它的热值约为1.4×1010 J/m3,2 m3的可燃
冰完全燃烧后可放出 ????J的热量,若这些热量60%被水吸收,可以
将 ????kg的水从0 ℃加热到100 ℃。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
答案 升华 2.8×1010 4×104
解析????可燃冰在常温常压下会迅速变为气态,此过程为升华过程;2 m3
的可燃冰完全燃烧释放的热量为Q放=Vq=2 m3×1.4×1010 J/m3=2.8×1010 J,
水吸收的热量为Q吸=ηQ放=60%×2.8×1010 J=1.68×1010 J,由Q吸=cm(t-t0)可
得,加热水的质量为m=?=?=4×104 kg。
4.(2018四川南充中考,13,★★☆)某台汽油机飞轮的转速为1 800 r/min,
在1 s内,汽油机完成了 ????个工作循环。如果汽油机在一段时间
内消耗了500 g汽油,若这些汽油完全燃烧,可放出热量 ???? J。(q汽油=
4.6×107 J/kg)
答案 15 2.3×107
解析????四冲程汽油机一个工作循环飞轮转2圈,完成四个工作冲程,做功
1次,四冲程汽油机的飞轮转速为1 800 r/min,所以1 s内,飞轮转30圈,共15
个工作循环,60个冲程,做功15次。500 g=0.5 kg,汽油完全燃烧产生的
热量为Q放=mq=0.5 kg×4.6×107 J/kg=2.3×107 J。
5.(2018湖南衡阳中考,29,★★☆)2017年6月10日,作为中国大陆核电的
发源地——秦山核电基地安全运行100堆年(一座核反应堆运行一年为
一堆年)。从被誉为“国之光荣”的秦山核电站1991年12月15日投入
运行开始,秦山核电基地一直保持安全稳定运行,目前每分钟的安全发
电量相当于少消耗烟煤13.0 t,减排二氧化碳约40.6 t、二氧化硫约0.2 t,
氮氧化物约0.8 t。秦山核电基地目前共有9台运行机组,年发电量约500
亿千瓦时,是目前我国核电机组数量最多、堆型品种最丰富、装机容量
最大的核电基地。[下列(1)(2)题答案用科学记数法表示]
(1)13.0 t烟煤如果完全燃烧,放出的热量为多少J。(烟煤的热值为2.9×
107 J/kg)
(2)假设13.0 t烟煤在煤炉中完全燃烧,放出的热量部分被水吸收,可以使
4×105 kg的水从20 ℃升高到100 ℃,求水吸收的热量为多少J。[c水=4.2×
103 J/(kg·℃)]
(3)求煤炉加热水的热效率。[第(3)题结果保留两位有效数字]
答案 (1)3.77×1011 J (2)1.344×1011 J (3)36%
解析????(1)13.0 t烟煤如果完全燃烧,放出的热量:Q放=mq=13.0×103 kg×2.9×
107 J/kg=3.77×1011 J;(2)水吸收的热量:Q吸=c水m水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×4×
105 kg×(100 ℃-20 ℃)=1.344×1011 J;(3)煤炉加热水的效率:η=?=
?≈36%。
(2018山东泰安中考,14,★★☆)某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上
匀速行驶6.9 km,用时5 min 45 s,消耗燃油1.5 kg,已知汽车的牵引力是2
000 N,燃油的热值为4.6×107 J/kg,假设燃油完全燃烧。通过计算可知,下
列结果正确的是( )
①汽车行驶速度是20 km/h
②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是6.9×107 J
③汽车牵引力做功的功率是30 kW
④汽车发动机的效率是20%
A.只有①和② ????B.只有②和③
C.只有①和④ ????D.只有②和④
答案????D 汽车的行驶速度:
v=?=?=72 km/h,故①错误;
消耗的燃油完全燃烧放出的热量:
Q放=mq=1.5 kg×4.6×107 J/kg=6.9×107 J,故②正确;
因为匀速行驶,所以汽车受到的牵引力:F=f=2×103N,该汽车牵引力所做
的功:
W=Fs=2×103 N×6.9×103 m=1.38×107 J,
该汽车牵引力做功的功率:
P=?=?=40 000 W=40 kW,故③错误;
该汽车发动机的效率:
η=?=?=20%,故④正确。选D。
(2019云南文山州广南月考)为比较酒精和汽油热值的大小,小小制订了
以下实验方案:
(1)取质量相同的酒精和汽油作燃料,制成酒精灯和汽油灯。
(2)两灯同时点燃后分别给两杯质量和初温都相同的水加热(烧杯质量
也相同)如图14-2-4所示。
(3)通过观察水温的变化,由此判断两种燃料热值的大小。
请根据小小的设计方案回答:
①当两灯的燃料完全燃烧完后,甲装置中温度计读数是80 ℃,而乙装置
中温度计的读数是90 ℃。由此判断 ????的热值比较大。
②实验中燃料燃烧放出的热量,通过 ????方式使水的内能增大。
③根据Q吸=cm水(t-t0)计算出水吸收的热量,然后利用这个热量计算出汽
油的热值,发现结果与资料中给出的汽油热值相比 ????(选填:“偏
大”或“偏小”)。结合装置图,分析原因:????
????。(只写出一个即可)
?
图14-2-4
答案 (3)①汽油 ②热传递 ③偏小 烧杯没有加盖,在进行热传递
时,有部分热量直接散失了
解析 本题考查了控制变量法在实验中的应用,为了比较汽油和酒精的
热值,在装置中采用的汽油、酒精的质量相同;水的初温、质量相同。
同时考查了热量公式、燃料完全燃烧放热公式的应用、并能够对实验
做出合理的评析。通过上述一系列的考查,要求学生能够透过现象看本
质,并且将得出的结论应用到实际生活中,引导学生关注生活,提高科学
态度与责任感。(3)①当两灯的燃料完全燃烧完后,甲装置中温度计读
数是80 ℃,而乙装置中温度计的读数是90 ℃。根据公式Q吸=cmΔt得,质
量相同的情况下汽油放出的热量较多。根据公式Q放=mq得,q=?,所以
汽油的热值大于酒精的热值。
②热传递是热量从温度高的物体传到温度低的物体,或者从物体的高温
部分传到低温部分的过程。所以燃料燃烧放出的热量是通过热传递的
方式使水的内能增大的。
③由于热量的直接散失、烧杯未加盖等,所以汽油燃烧放出的热量一部
分未被水吸收,所以根据Q吸=cm水(t-t0)计算出水吸收的热量偏小,从而根
据公式q=?=?计算出的汽油的热值偏小。
(2017广东模拟)图1为四缸内燃机工作原理图:内燃机通过连杆把四个
汽缸的活塞连在一根曲轴上,并使各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做吸气、压缩
和排气工作。
?
(1)内燃机在做功冲程里,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)图2为内燃机在做功冲程中的示意图。下面给出公式W=pV,请将推
导过程补充完整(要求各表达式均用S、L或p表示):燃气对活塞的压力F
= ????,燃气对活塞所做的功W= ????,又根据数学知识可知内
燃机的单缸排量V= ????,故W=pV。
答案 (1)内 机械 (2)pS????pSL????SL
解析 (1)内燃机在做功冲程里,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)因p=?,所以活塞受到的压力为
F=pS,在做功过程中,活塞移动的距离为L,内燃机的单缸排量V=SL,所以
燃气对活塞所做的功为W=FL=pSL=pV。
第2节 热机的效率
测试时间:20分钟
一、选择题
1.(2018青海西宁中考)古语道:“人要实,火要虚”。此话的意思是说做人要脚踏实地,才能事业有成;可燃物要架空一些,才能燃烧更旺。“火要虚”的目的是( )
A.增大可燃物的热值 B.降低可燃物的着火点
C.能使可燃物完全燃烧 D.提高可燃物的利用率
答案 D 可燃物要架空一些,才能燃烧更旺。“火要虚”的目的是增大可燃物与空气的接触面积,燃烧更旺,更充分,提高可燃物的利用率,故D正确,A、B、C错误。
2.(2018山东临沂中考)小明用煤气灶烧水时,进行了如下思考,正确的是( )
A.煤气燃烧越充分,其热值越大
B.加热过程中水的比热容变大
C.壶内水温度升高的过程中内能增大
D.水沸腾过程中吸收热量,温度不断升高
答案 C 热值是燃料的特性,与燃料的种类有关,与燃料的燃烧程度无关,故A错误;比热容是物质本身的一种属性,与温度无关,故B错误;物体温度升高,分子热运动加剧,内能增大,故C正确;水沸腾过程中吸收热量,温度保持不变,故D错误。
3.(2019广东广州博雅中学月考)如图所示是内燃机的能量流向图,则热机效率(η)等于( )
A.×100% B.×100%
C.×100% D.×100%
答案 D 热机的效率等于用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,根据能量的流向图可得热机效率η=×100%=×100%。
4.(2018广东东莞翰林实验学校期中)当加满95号汽油的汽车由佛山开到珠海后剩了半箱油,剩下的汽油的质量、密度、比热容和热值的情况是( )
A.质量、密度、比热容和热值均保持不变
B.密度变为原来的一半,比热容和热值不变
C.热值变为原来的一半,密度和比热容不变
D.质量变为原来的一半,比热容和热值不变
答案 D 质量是指物体所含物质的多少,汽油用去一半后,其质量将减半;汽油的密度、比热容和热值,都是汽油的特性,是从不同的角度来描述汽油的特性,汽油用去一半,剩下的汽油的密度、比热容和热值不变。故A、B、C错误,D正确。
5.(2019山东临沂四中月考)下列关于热值说法正确的是( )
A.燃料燃烧越多,放出的热量越多,热值越大
B.2 kg的煤完全燃烧的热值比1 kg的煤完全燃烧热值大
C.1 kg煤燃烧放出3×107 J的热量,则煤的热值为3×107 J/kg
D.热值是燃料的一种特性,与燃料的质量无关,不同的物质热值一般不同
答案 D 1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量,叫做这种燃料的热值,根据q=可知,燃烧燃料越多,放出的热量越多,热值不一定大,故A错误;燃料的热值是燃料本身的一种特性,与质量无关,因此2 kg煤的热值和1 kg煤的热值一样大,故B错误;由于不确定燃料是否完全燃烧,不能计算煤的热值,故C错误;热值是燃料的一种属性,与燃料的质量无关,不同的物质热值一般不同,故D正确。故选D。
6.(2019湖北黄冈月考)随州某学校物理小组设计实验,探究“酒精、煤油、汽油”的热值(如图)。甲、乙、丙图中装置完全相同,水的质量和初温及待测燃料的质量也相同。通过测量全部燃料充分燃烧后水的末温(均未达到沸点)t甲
A.q甲>q乙>q丙 B.q甲>q乙=q丙
C.q甲答案 C 由题意可知,在燃烧了质量相等的酒精、煤油和汽油,加热三个烧杯中质量相等的水时,甲图中水的温度升高得较低,即酒精燃烧产生的热量较少,所以酒精的热值较小,乙和丙两图中水升高的温度相同,且高于甲图中水升高的温度,说明煤油和汽油的热值相同,且大于酒精的热值。故选C。
7.(2019四川遂宁蓬溪月考)热机的效率是热机性能的一个重要指标,下面关于热机效率的叙述中正确的是( )
A.在设计和制造上,要不断改进和革新,以减少各种能量损失,就有可能使热机的效率达到100%
B.两辆型号相同的小汽车,以相同的速度行驶相同的路程,耗油量小的那辆车效率高
C.使用热值大的燃料可以提高热机的效率
D.发动机的功率越大,热机的效率越高
答案 B 热机效率是有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的总能量之比,热机工作过程中存在着各种形式的能量损失,热机的效率不可能达到100%,故A错误;以相同的速度行驶相同的路程,由t=可知,两车所用时间相等,又因为两车型号相同,故功率相同,由公式W=Pt可知,所做的有用功相同,从而可知,耗油量小的那辆车效率高,故B正确;热机的效率与燃料的热值无必然的联系,提高燃料的利用率是提高热机效率的关键,故C错误;热机做功越快,表示热机的功率越大,与效率无关,故D错误。故选B。
8.(2018山东青岛月考)在质量为5 kg的铁锅中放入3 kg水,要把这锅水从20 ℃加热到90 ℃[铁的比热容等于0.46×103 J/(kg· ℃),煤炭的热值等于3.4×107 J/kg],至少需要煤炭( )
A.259.4 g B.47.7 g C.30.68 g D.无法确定
答案 C 水吸收的热量Q水=c水m水Δt=4.2×103 J/(kg· ℃)×3 kg×(90 ℃-20 ℃)=8.82×105 J;铁锅吸收的热量Q铁=c铁m铁Δt=0.46×103 J/(kg· ℃)×5 kg×(90 ℃-20 ℃)=1.61×105 J;水和铁锅吸收的热量为Q吸=Q水+Q铁=8.82×105 J+1.61×105 J=1.043×106 J;如果煤炭放出的热量全部被水和铁锅吸收,则Q放=Q吸,
根据Q放=qm可知,需要煤炭的质量m===0.03068 kg=30.68 g,故C正确。
9.(2018山东曲阜师大附中月考)下列有关热机效率、燃料热值、物体内能的说法中,正确的是( )
A.热机所用燃料的热值越大,效率越高
B.热机所用燃料的化学能转化成的内能越多,效率越高
C.物体的内能越大,温度越高
D.摩擦生热是利用做功的方式来增加物体的内能
答案 D 用热值大的燃料,燃烧相同质量的燃料可以放出更多的热量,但用来做有用功的能量不一定多,用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量的比值不一定大,热机效率不一定高,故A不正确;热机效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出能量的比值,与燃料的化学能转化成的内能的多少无关,故B不正确;物体的内能与物体的质量和温度都有关系,物体的内能越大,温度不一定越高,故C不正确;摩擦生热,克服摩擦力做功,机械能转化成内能,属于做功改变物体内能,故D正确。故选D。
10.(2019广东汕头潮南月考)两台汽油机,甲做的功是乙做的功的1.5倍,甲的效率是25%,乙的效率是30%,那么甲与乙消耗的汽油的质量之比是( )
A.9∶5 B.5∶9 C.5∶6 D.6∶5
答案 A 甲、乙两台汽油机的效率分别是25%,30%,则二者效率之比为5∶6;由热机效率公式η=,可得Q总甲=,Q总乙=,则=∶=×=9∶5,又因为Q=mq,则甲、乙两汽油机消耗的汽油质量之比是9∶5,故选A。
二、填空题
11.(2018四川巴中中考)长征二号PT2运载火箭选用液态氢作燃料,主要是因为液态氢的 高;火箭外表涂有一层特殊物质,可利用该物质在发生物态变化时要 热,从而避免高速运行的火箭温度过高。?
答案 热值 吸
解析 运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料,原因是液态氢具有较高的热值,完全燃烧相同质量的液态氢时,可以释放出更多的热量;为保证火箭安全,箭体上涂有一层特殊物质,在高温下先熔化,再汽化,因为熔化、汽化时要吸收大量的热,这样箭体的温度就不会太高。
12.(2019山东日照莒县月考)燃料燃烧的过程是 能转化为 能的过程。在我们学过的知识中,用来说明燃料优劣的物理量是 。?
答案 化学 内 热值
解析 燃料燃烧的过程是化学能转化为内能的过程;热值是燃料的一种特性,燃料燃烧的热值越大,充分燃烧时放出的热量越多,所以评价燃料的优劣的物理量是热值。
13.(2019四川内江威远越溪中学月考)实验室有2 kg酒精,其热值是3.0×107 J/kg,若从中取0.5 kg酒精完全燃烧放出的热量是 J,剩下的酒精的热值是 。?
答案 1.5×107 3.0×107 J/kg
解析 由q=可知0.5 kg酒精完全燃烧放出的热量Q=qm=3.0×107 J/kg×0.5 kg=1.5×107 J;剩余的酒精质量减少,体积减小,由于热值是燃料本身的一种特性,与质量大小、放出热量多少无关,所以剩下酒精的热值不变,仍然为3.0×107 J/kg。
14.(2019甘肃武威月考)一台柴油机的热机效率为25%,表示的意义是: 的那部分能量,与燃料完全燃烧放出的能量之比为 ,用这台柴油机工作时,完全燃烧2 kg的柴油可做有用功 J。(柴油的热值为3.3×107 J/kg)?
答案 热机用来做有用功 25% 1.65×107
解析 热机效率等于有用功与燃料完全燃烧放出的能量之比;一台柴油机的热机效率为25%,表示的意思是热机用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比为25%;完全燃烧2 kg的柴油放出的热量Q放=mq=2 kg×3.3×107 J/kg=6.6×107 J,由η=得W有=ηQ放=25%×6.6×107 J=1.65×107 J。
三、实验探究题
15.(2019山东临沂八中月考)如图所示,甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量都是10 g,烧杯内的液体质量也相同。
(1)比较不同燃料的热值,应选择 两图进行实验;?
(2)比较不同物质的比热容,应选择 两图进行实验;?
(3)水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),它的物理含义是 ;?
(4)酒精的热值为3.0×107 J/kg,完全燃烧10 g酒精放出的热量为 J。?
(5)此实验中用到的物理学中最常用的实验方法是 。?
答案 (1)甲、乙 (2)甲、丙 (3)1 kg水温度升高(或降低)1 ℃所吸收(或放出)的热量为4.2×103 J
(4)3.0×105 (5)控制变量法和转换法
解析 (1)为了比较不同燃料的热值大小,要用不同的燃料,加热质量相同的同一种液体,通过温度计的示数高低得出吸热多少,进而判断热值的大小,故应选择甲和乙两图进行实验;(2)为了比较不同物质的比热容,需要燃烧相同的燃料,加热不同的液体,且让液体的质量和温度的变化相同,通过比较加热时间,进而判断两种物质比热容的大小关系,故应选择甲和丙两图进行实验;(3)水的比热容为4.2×103 J/(kg· ℃),它的物理含义是1 kg水温度升高(或降低)1 ℃所吸收(或放出)的热量为4.2×103 J;(4)完全燃烧10 g酒精放出的热量为Q放=mq=10×10-3 kg×3.0×107 J/kg=3×105 J;(5)由(1)(2)可知,实验中用到了控制变量法;通过加热时间来反映物质吸收热量的多少,用到了转换法。
四、计算题
16.(2018四川遂宁月考)完全燃烧2 kg汽油可放出多少热量?要放出6.0×106 J的热量,需完全燃烧多少克酒精?(汽油的热值是4.6×107 J/kg,酒精的热值是3.0×107 J/kg)
答案 9.2×107 J 200 g
解析 2 kg汽油完全燃烧释放的热量Q放=m汽油q汽油=2 kg×4.6×107 J/kg=9.2×107 J;要放出6.0×106 J的热量,需完全燃烧酒精的质量:m酒精===0.2 kg=200 g。
6
第十四章 内能的利用
初中物理（人教版）
九年级 全一册
知识点一 能量的转化
1.能量的形式有多种,如机械能、内能、电能、光能、声能、磁能、化
学能、核能等。
2.能量在一定条件下可以从一种形式转化为另一种形式,也可以从一个
物体转移到另一个物体(如图14-3-1所示)。
?
图14-3-1
温馨提示 (1)要正确区分“转化”和“转移”两个概念,“转移”是
指能量的形式不变,但能量的载体发生变化,“转化”则指能量的形式
发生变化。(2)能量的转移和转化具有一定的方向性。
例1????(2018湖南株洲中考)智轨列车融合了有轨电车和公共汽车的优
势,零排放、无污染。智轨列车的动力系统在输出动力的过程中?(????
)
A.电能转化为机械能 ????B.内能转化为机械能
C.机械能转化为电能 ????D.机械能转化为内能
解析 根据题意可知,智轨列车的动力系统在输出动力的过程中,消耗
了电能,得到了机械能,是依靠电动机实现能量转化的。选A。
答案????A
点拨 本题考查了能量的转化,在做这类题时,我们要注意分析哪种能
量增加了,哪种能量减少了,因为总是减少的这种能量转化为增加的那
种能量。能量转化的过程都是有规律可循的,在平常的学习中要注意总
结归纳。
知识点二 能量守恒定律
注意 能量的转化和转移是有方向性的。(1)能量的转化是指通过做功
使能的形式发生了改变,是一种形式的能转化为另一种形式的能。(2)
能量的转移是指同一种形式的能从一个物体转移到另一个物体,或从物
体的一部分转移到另一部分。但能的形式没有改变,如热传递。
内容 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,而在转化和转移的过程中,能
量的总量保持不变
意义 能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一,所有能量转
化的过程,都服从能量守恒定律;任何一部机器,只能使能量从一种形
式转化为其他形式,而不能无中生有地制造能量
例2????(2018四川内江中考)根据能量守恒定律,下列情形可能发生的是
?( )
A.随着科学技术不断发展和提高,永动机是可以制成的
B.两个斜面相对连接,小球从左斜面滚下后冲上右斜面
C.电水壶里的水沸腾后断电,水的沸腾却一直持续下去
D.出枪膛的子弹射穿木板后,以更快的速度继续运动
解析????永动机违反了能量守恒定律,不可能实现,故A错误;两个斜面相
对接,小球从左斜面滚下后,由于具有动能,会继续冲上右斜面,故B正确;
电水壶里的水沸腾后断电,水不再吸收热量,水的沸腾会停止,故C错误;
高速运动的子弹具有动能,射穿木板的过程中,由于摩擦生热会使动能
减小,速度减慢,故D错误。选B。
答案????B
点拨 各种能量相互转化是有方向和条件限制的。
题型 能量转化或转移的判断
例????(2017黑龙江牡丹江中考)下列有关能量转化的说法正确的是?(???? )
A.人造地球卫星从远地点运动到近地点,重力势能转化为动能
B.风力发电机将电能转化为机械能
C.蓄电池放电时,化学能转化为电能
D.汽油机的做功冲程将内能转化为机械能
解析????
A √ 人造地球卫星从远地点运动到近地点的过程中,其相对地面高度降低,重力势能减小,速度变大,动能增大,所以在该过程中重力势能转化为动能
B ? 风力发电机将风的机械能转化为电能
C √ 蓄电池放电时,化学能转化为电能
D √ 汽油机的做功冲程中,将燃料燃烧释放的内能转化为机械能,对外做功
答案????ACD
点拨 能量转化是中考中的热点,多以选择题、填空题为主。解决此类
题目的关键是明确过程前后的能量形式,看哪种形式的能减少了,哪种
形式的能增加了,则减少的那种形式的能转化为增加的那种形式的能。
知识点一 能量的转化
1.(2017江苏常州武进二模)芬兰奥卢大学的研究团队研发出一种新型
钙钛矿材料,该材料虽只在光照、温度变化、压力变化的情况下产生电
能,但仍有着广阔的应用前景,该材料不能直接实现的能量转化是?
(???? )
A.光能→电能 ????B.内能→电能
C.机械能→电能 ????D.化学能→电能
答案????D 该材料可以在光照的情况下产生电能,故可以将光能转化为
电能,故A不符合题意;该材料可以在温度变化的情况下产生电能,故可
以将内能转化为电能,故B不符合题意;该材料可以在压力变化的情况下
产生电能,故可以将机械能转化为电能,故C不符合题意;由题意可知,该
材料不能在发生化学变化时产生电能,故不能直接实现从化学能向电能
的转化,故D符合题意。
2.生活中能量转化的实例很多,下列描述中正确的是?( )
A.摩擦生热是把内能转化为机械能
B.燃料燃烧放热是把内能转化为化学能
C.电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能
D.摩擦起电是把电能转化为机械能
答案????C 摩擦生热是克服摩擦做功,摩擦过程中,消耗了机械能,内能
增大,机械能转化为内能,故A错误;燃料燃烧放热是把化学能转化为内
能,故B错误;电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能,故C
正确;摩擦起电消耗了机械能,获得了电能,故是把机械能转化为电能,故
D错误。选C。
知识点二 能量守恒定律
3.(2017山西平定东关中学月考)下列说法中错误的是
( )
A.能量守恒定律只适用于物体内能的变化
B.宇宙中能量总量是保持不变的
C.能量的转化和转移,遵从能量守恒定律
D.能量守恒定律有利于人们认识自然
答案????A 能量守恒定律适用于自然界中任何形式的能的变化,故A错
误;据能量守恒定律,宇宙中的能量总和不变,故B正确;能量守恒定律既
适用于能量转化过程,又适用于能量转移过程,故C正确;能量守恒定律
有利于人们认识自然,故D正确。
(2018河北邢台宁晋期末)自然界各种形式的能量可以相互转化。下列
关于机械能与其他形式能量的转化的说法不正确的是?( )
A.帆船行驶时,风能转化为动能
B.水电站将水的电能转化为机械能
C.汽车刹车过程中,刹车片会发热,将动能转化为内能
D.自行车运动员奋力蹬车时,人体内的部分化学能转化为动能
答案????B????帆船行驶时,消耗风能,使帆船运动,将风能转化为动能,故A
正确;水电站工作时,消耗水的机械能,产生电能,将机械能转化为电能,故
B错误;汽车刹车过程中,刹车片会发热,其内能增大,把汽车的动能转化
为刹车片的内能,故C正确;自行车运动员奋力蹬车时,人体内的部分化
学能转化为人和车的动能,故D正确。选B。
1.(2017湖北黄冈中学实验班自主招生)动车组列车进站前的减速过程
分为两个阶段进行:第一阶段采用“再生刹车”技术,速度从250 km/h
减至90 km/h,这期间停止动力供给,列车依靠惯性继续前行,并带动发电
机发电;第二阶段采用机械刹车,速度从90 km/h开始不断减小直至停
止。关于列车进站过程中的能量转化,下列说法中正确的是?( )
A.第一阶段减小的动能全部转化为电能,即产生的电能等于减小的动能
B.第一阶段减小的动能有一部分转化为电能,即产生的电能小于减小的
动能
C.第二阶段减小的动能主要转化为内能,且产生的内能小于减小的动能
D.第二阶段减小的动能主要转化为内能,且产生的内能大于减小的动能
答案????B 第一阶段减速过程中,由于速度变小,所以动能变小,由于继
续行驶并带动发电机发电,故将一部分动能转化为电能,由于需要克服
摩擦等阻力做功减小的动能还有一部分转化为内能,即产生的电能小于
减小的动能,故A错误,B正确;第二阶段减小的动能全部转化为内能,所
以产生的内能等于减小的动能,故C、D错误。
2.(2019广东佛山南海实验中学月考)冬天晒太阳感觉暖和,这是能量的
????;搓双手感觉暖和,这是能量的 ????(前两空选填“转化”
或“转移”);“永动机”制造一直失败的原因是: ????
????。
答案 转移 转化 违背了能量守恒定律
解析 冬天晒太阳感觉暖和,这是能量的转移,是通过热传递改变物体
的内能;搓双手感觉暖和,这是能量的转化,是通过做功改变物体的内能;
机器在运转时都会产生热量,热量向四周扩散,成为无用的能量,如不补
给能量,任何运动着的机器都会停下来,“永动机”制造一直失败的原
因是违背了能量守恒定律。
1.(2018湖北孝感安陆期中)(多选)关于能量的转化与转移,下列说法正
确的是? ( )
A.内能可以从温度高的物体向温度低的物体转移,也可以从温度低的物
体向温度高的物体转移
B.内能可以转化为机械能,机械能也可以转化为内能
C.内能在转化或转移过程中一定有能量损失
D.能量可以从一种形式转化为其他形式,也可以从一个物体转移到其他
物体,在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变
答案????BCD 热传递的条件是存在温度差,内能从温度高的物体向温
度低的物体转移,不能从温度低的物体向温度高的物体转移,故A错误;
内能和机械能之间可以相互转化,内能可以转化为机械能,机械能也可
以转化为内能,故B正确;内能在转化或转移过程中不可避免地有能量损
失,故C正确;由能量守恒定律可知,能量可以从一种形式转化成另一种
形式,也可以从一个物体转移到另一个物体,在转化和转移的过程中,能
量的总量保持不变,故D正确。选B、C、D。
2.(2017山东烟台中考)各种形式的能在一定的条件下可以相互转化,请
你仿照图14-3-1中给出的两个示例,写出电能转化为机械能、化学能转
化为电能、光能转化为内能的实例。
?
图14-3-1
答案 见解析
解析 电能转化为机械能的实例有电风扇、电动机、吸尘器、吹风机
等。化学能转化为电能的实例有干电池、水果电池等。光能转化为内
能的实例有太阳能热水器等。
(2018河北秦皇岛海港期中,1,★☆☆)下列对能量转化的描述不正确的
是?( )
A.发电机工作:机械能—电能
B.蓄电池放电:电能—化学能
C.萤火虫发光:生物质能—光能
D.内燃机工作:化学能—内能—机械能
答案????B 发电机工作:机械能转化为电能,故A正确;蓄电池放电时,蓄
电池相当于电源,将化学能转化为电能,故B错误;萤火虫发光将自身的
生物质能转化为光能,故C正确;内燃机工作时,燃料的化学能转化为内
能,内能再转化为机械能,故D正确。
(2019内蒙古通辽奈曼旗三中期中,8,★★☆)如图所示,在试管中装些水,
用软木塞塞住,加热使水沸腾,水蒸气会把软木塞冲出。
(1)在这个过程中,燃料的 ????能转化为 ????能,一部分转移给
水和水蒸气,水蒸气把塞子冲出去时,水蒸气的 ????能转化为塞子
的 ????能。
(2)在液体沸腾过程中,水的内能 ????(选填“增加”“减少”或
“不变”),水的温度 ????(选填“升高”“降低”或“不变”)。
(3)这个实验基本反映出了热机的工作原理,即可以利用能对外做功,它
与汽油机的 ????冲程的原理相同。
答案 (1)化学 内 内 机械 (2)增加 不变 (3)做功
解析 (1)在实验过程中,燃料燃烧将化学能转化为内能,内能的一部分
转移给试管内的水和水蒸气,当水蒸气的内能增大到一定程度时,水蒸
气的内能会转化为塞子的机械能,把塞子冲出去;(2)在沸腾过程中,水会
吸收热量,内能变大,但水的温度不变;(3)实验中塞子冲出过程的能量转
化是内能转化为机械能,与汽油机的做功冲程原理相同。
(2017黑龙江龙东中考,7,★☆☆)下列关于能量转化转移现象的说法中,
正确的是?( )
A.蓄电池充电时,化学能转化为电能
B.暖瓶塞跳起时,机械能转化为内能
C.用热水袋取暖时,内能发生了转移
D.电动机工作时,机械能转化为电能
答案????C 蓄电池充电时,消耗电能得到化学能,所以是电能转化为化学
能,故A错误;暖瓶塞跳起时,瓶内气体的内能减少,瓶塞获得了机械能,所
以是内能转化为机械能,故B错误;利用热水袋取暖时,热水袋温度降低
内能减少,人体温度升高内能增加,所以是内能的转移,故C正确;电动机
工作时,消耗电能,得到机械能,所以是电能转化为机械能,故D错误。
(2018浙江温州中考,2,★☆☆)某智能百叶窗的叶片上贴有太阳能板,在
光照时发电,给电动机供电以调节百叶窗的开合。该过程中发生的能量
转换是?( )
A.电能→机械能→光能
B.光能→机械能→电能
C.光能→电能→机械能
D.机械能→电能→光能
答案????C 太阳能板在光照时发电,即把光能转化为电能;电能供给电动
机,电动机将电能转化为机械能,调节百叶窗的开合。故该过程中发生
的能量转换是光能→电能→机械能。选C。
(2019广东佛山禅城月考)如图14-3-1所示,这是物理学家焦耳设计并制
作的实验装置。装置中的两个配重重力不等,释放后大配重下降,小配
重上升;通过反复对调左右两个配重,会使动叶轮不停地转动,从而导致
热量计中水的温度上升,实现能量转化。实验中科学家某次测得数据如
下:
小配重重力G小=100 N,大配重重力G大=520 N,每升降一次配重各自移动
的距离h=1 m,热量计中水的质量m=500 g,升降次数与水温变化的关系:
升降次数 1 2 3 4 5 6
温度变化/℃ 0.2 0.39 0.59 0.78 0.98 1.18
(1)请计算配重升降一次对动叶轮做功是 ???? J。
(2)水温度升高0.2 ℃吸收了 ???? J的热量。
(3)在该实验中 ????能转化为 ????能,根据第一组数据减小的
机械能 ????增加的内能(选填“大于”“小于”或“等于”)。
(4)本实验中的误差来源于 ????(写出一条即可)。
(5)焦耳在这个实验的基础上继续研究,率先提出了 ????定
律。
?
图14-3-1
答案 (1)420 (2)420 (3)机械 内 等于 (4)克服摩擦做功 (5)能
量守恒
解析 本题通过呈现物理学家焦耳设计并制作的实验装置来考查能量
转化和热量的计算的有关问题。能量在转移和转化的过程中,总量是不
变的。提升学生用所学知识和科学的思维方法来分析问题、解决问题
的能力。(1)小配重重力G小=100 N,大配重重力G大=520 N,每升降一次配
重各自移动的距离h=1 m,即绳子一端移动的距离是1 m。所以升降一
次对动叶轮做的功为:W=G大h-G小h=520 N×1 m-100 N×1 m=420 J;(2)由
表格知,升降一次水温升高0.2 ℃,水吸收的热量是Q=cmΔt=4.2×
103J/(kg·℃)×0.5 kg×0.2 ℃=420 J;(3)在实验过程中,机械能转化为内能。根据第一组实验数据可以看出,减小的机械能等于增加的内能;(4)由于摩擦是
不可避免的,所以本实验中的误差主要来源于克服摩擦做功;(5)由物理
史实可知,焦耳在这个实验的基础上继续研究,率先提出了能量守恒定律。
(2017山东潍坊模拟)微波是一种很有“个性”的电磁波。微波一碰到
金属就发生反射,金属根本无法吸收或传导它;微波可以穿过玻璃、陶
瓷、塑料等绝缘材料,但不会消耗能量;微波碰到含有水分的食物,其能
量大部分被食物吸收,过量的微波辐射对人体有害。微波炉的外壳用不
锈钢等金属材料制成,装食物的容器则用绝缘材料制成。微波炉内的磁
控管能产生振动频率为2.45×109 Hz的微波,直达食物内部5 cm深,使食
物中的水分子也随之振动,剧烈振动产生大量的内能被食物吸收,于是
食物“煮”熟了,用微波炉烹饪的速度比其他炉灶快4至10倍,热效率高
达80%以上。
(1)微波炉内产生的微波属于 ????。
A.声波 ????B.电磁波
C.超声波 ????D.红外线
(2)家庭使用微波炉工作时,实现的能量转化的过程是 ????。
(3)微波炉在使用时,食物不能用金属容器装入后放进炉内加热,试根据
短文内容简述其原因: ????。
(4)与其他灶具相比,微波炉烹饪速度快且热效率高的主要原因是: ????
????。
答案 (1)B (2)电能转化为内能 (3)金属材料只反射,不吸收和传导
微波能量,食物无法获得能量 (4)①微波可以穿过绝缘材料,不会消耗
能量,直接把能量传给食物;②微波能直达食物内部5 cm深,在食物内、
外部同时加热,其能量大部分被食物吸收
解析 通过阅读材料考查学生的“物理观念”——“能量观念”的构
建。微波的知识在二十一章才有涉及,本题通过让学生阅读相关知识,
帮助学生构建能量观念,因知识结构的原因,问题比较简单。(1)根据题
干提供的信息微波是一种很有“个性”的电磁波,可知微波是一种电磁
波;(2)微波炉工作时,其产生的电磁波,使食物中的水分子随之振动,剧烈
振动产生大量的内能被食物吸收,内能增加了,所以能量转化过程是电
能转化为内能;(3)根据题文中的信息可知,微波一碰到金属就发生反射,
金属根本无法吸收或传导它,所以食物不能用金属容器装入后放进炉内
加热;(4)由题文的信息,微波炉的外壳用不锈钢等金属材料制成,微波一
碰到金属就发生反射,装食物的容器则用绝缘材料制成,所以微波在金
属外壳、食物容器上几乎不消耗能量;微波能直达食物内部5 cm深,食物
的内部和外部几乎同时变熟,其能量大部分被食物吸收,所以微波炉烹饪
速度快且热效率高。
第3节 能量的转化和守恒
测试时间:20分钟
一、选择题
1.(2019内蒙古赤峰翁牛特旗乌丹一中期中)图中有关能量转化的说法正确的是( )
甲 乙 丙 丁
A.甲与丙都是内能转化为机械能
B.乙是把机械能转化为内能,内能在减少
C.甲与丁都是内能转化为机械能
D.甲是把机械能转化为内能,内能在增加
答案 A 甲:对试管内的水加热,使其温度升高,试管内水蒸气增多,且内能增大,当增大到一定程度,就把塞子推出来,是内能转化成机械能。乙:活塞压缩空气做功,使空气内能增大,机械能转化成内能。丙:燃料瞬间燃烧,产生高温高压燃气,燃气推动活塞做功,内能转化成机械能。丁:对气体做功,气体内能增加,将机械能转化为内能。故B、C、D错误,A正确。故选A。
2.(2019湖北武汉月考)下列对能量转化的描述错误的是( )
A.发电机工作:电能——机械能
B.蓄电池充电:电能——化学能
C.光合作用:太阳能——化学能
D.内燃机工作时化学能——内能——机械能
答案 A 发电机工作时机械能转化为电能,故A错误;给蓄电池充电时,蓄电池相当于用电器,将电能转化为化学能储存起来,故B正确;植物接受阳光,通过光合作用,把太阳能转化为化学能,故C正确;内燃机工作时,燃料的化学能转化为内能,内能转化为机械能,故D正确。故选A。
3.(2019四川泸州叙永永宁中学月考)我们生活在能量的世界里,下列关于能量的说法不正确的是( )
A.能量是与物体运动有关的物理量
B.物质运动的多样性与能量形式的多样性之间没有关系
C.不同形式的能量之间可以互相转化
D.能量可以从一个地方转移到另一个地方
答案 B 能量与物体的运动形式有关,从宏观到微观,物质运动形式的多样性(如机械运动、分子运动、电磁运动等),决定了能量形式的多样性,即物质运动的多样性与能量形式的多样性之间有关系,故A正确,B错误;由能量守恒定律可知,不同形式的能量之间可以互相转化,故C正确;由能量守恒定律可知,能量可以从一个地方转移到另一个地方,故D正确。故选B。
4.(2019湖北鄂州梁子湖期中)有一种叫做“压电陶瓷”的电子元件,当对它挤压或拉伸时,它的两端就会形成一定的电压,这种现象称为压电效应。一种燃气打火机,就是应用了该元件的压电效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮,压电陶瓷片就会产生10 kV~20 kV的高压,形成火花放电,从而点燃可燃气体。在上述过程中,压电陶瓷片完成的能量转化是( )
A.化学能转化为电能 B.内能转化为电能
C.光能转化为内能 D.机械能转化为电能
答案 D 由题意,当对“压电陶瓷”的电子元件挤压或拉伸时,它的两端就会形成一定的电压,根据能量转化的关系可知,在挤压或拉伸的过程中,要消耗机械能对它做功,同时产生电能,所以该能量转化的过程为机械能转化为电能,故D正确。
5.(2018山东济南历城期末)下列现象中,能量的形式没有发生转化的是( )
答案 B 植物的光合作用是将光能转化为化学能,故A不合题意;从高处流下来的水撞击水轮机叶轮,是水的机械能变成叶轮的机械能,能量的形式本质没有发生改变,故B符合题意;行驶中的电动自行车将电能转化为机械能,故C不合题意;风车发电的过程中,将风能转化为电能,故D不合题意。故选B。
6.(2018山东济宁一模)根据能量守恒定律,以下情形可能发生的是( )
A.高压输电减少了电能的损失
B.没有能量间的转化,电铃发声了
C.两个斜面相对接,小球从左斜面自由滚下后,继续冲上右斜面,最后上升的高度比左斜面还高
D.出膛的子弹射穿木板,以更快的速度继续前进
答案 A 高压输电的目的是减小电能的损失,故A正确;电铃发声是电能转化为机械能,故电铃发声有能量间的转化,故B错误;两个斜面相对接,小球从左斜面自由滚下后,继续冲上右斜面,由于摩擦力的存在会有能量损失,故最后上升的高度不可能比左斜面还高,故C错误;子弹射穿木板的情景中,子弹高速运动,说明子弹具有动能,由于摩擦生热会使动能减小,它的速度减慢,故D错误。故选A。
7.(2019湖南娄底娄星期末)下列有关能量转化和守恒的说法正确的是( )
A.用电器通电工作时,将其他形式的能转化为电能
B.某种化学反应是放热反应,该反应将内能转化为化学能
C.光电池板是把光能转化为电能
D.植物光合作用合成有机物,说明能量可以创生
答案 C 各种用电器在工作时利用电流做功,把电能转化成各种形式的能量,故A错误;发生化学反应时放热,该过程是化学能转化为内能,故B错误;光电池板是把光能转化为电能,故C正确;植物进行光合作用时把光能转变为化学能,不能说明能量是可以创生的,故D错误。故选C。
8.(2019广东深圳宝安期末)根据能量守恒定律,以下情形可能发生的是( )
A.掉在地上的弹性小球会跳起,但是越跳越低
B.出膛的子弹射穿木板后,以更快的速度继续前进
C.给电水壶里沸腾的水断电后,水的沸腾却永远不会停止
D.电动机在工作的过程中,电能转化为机械能的效率等于1
答案 A 因小球在弹跳的过程中克服摩擦做功,一部分机械能转化为了内能,机械能逐渐减小,所以越跳越低,故A正确;子弹射穿木板的情景,子弹高速运动,说明子弹具有动能,由于摩擦生热会使动能减小,故子弹的速度减慢,故B错误;在电水壶的使用过程中,消耗了电能,而水的温度升高,内能增加,断电后,水不再吸收热量,水的沸腾会停止,故C错误;电动机在工作的过程中,因为有一部分电能转化为内能,则电能转化为机械能的效率小于1,故D错误。故选A。
9.(2018江苏连云港模拟)据央视报道,2018年5月13日,我国自主研制的第二艘国产航母从大连码头起航海试,该航母装有先进的弹射器。航母弹射器能推动舰载机增大起飞速度、缩短滑跑距离。舰载机弹射起飞有蒸汽弹射和电磁弹射两种,从能量转化的角度看,它们工作时( )
A.蒸汽弹射是将化学能转化为机械能
B.蒸汽弹射是将机械能转化为内能
C.电磁弹射是将机械能转化为电能
D.电磁弹射是将电能转化为机械能
答案 D 蒸汽弹射过程是将蒸汽的内能转化为舰载机的机械能,使舰载机以更大的速度起飞,故A、B错误;电磁弹射过程是将电能转化为舰载机的机械能,使舰载机以更大的速度起飞,故D正确,C错误。故选D。
10.(2019江苏常州武进期中)如图一根细绳上端固定,下端系一金属小球,制成一个单摆。现将小球拉到离地面50 cm高的位置A后静止释放,小球摆到右侧最高点C,C点离地面高度为40 cm,随后小球由C点再次摆到左侧最高点D(D点未标出),则D点离地面的高度可能是( )
A.40 cm B.35 cm C.30 cm D.25 cm
答案 B 小球从A点开始向C点摆动过程中,由于要克服空气的摩擦而做功,有一部分机械能转化为内能,机械能会减小,所以小球摆到右侧最高点C的高度要小于A点距离地面的高度,在此过程中小球的高度减小了10 cm;随后小球由C点再次摆到左侧最高点D过程中小球依然要克服空气的摩擦而做功,有一部分机械能转化为内能,机械能会继续减小;但是在此过程中,小球摆动的幅度比小球从A点开始向C点的幅度小,则消耗的机械能小,所以小球的高度的减小量小于10 cm,则D点离地面的高度在40 cm和30 cm之间,故选B。
二、填空题
11.(2018内蒙古呼伦贝尔阿荣旗阿伦中学月考)写出下列过程中能量的转化情况:
(1)水轮机带动发电机发电: 。?
(2)电动机带动水泵把水抽到高出: 。?
(3)点燃爆竹后,爆竹腾空而起: 。?
答案 (1)机械能转化为电能 (2)电能转化为机械能 (3)内能转化为机械能
解析 (1)水轮机带动发电机发电的过程中将机械能转化为电能。(2)电动机带动水泵把水抽到高处的过程中将电能转化为机械能。(3)燃料燃烧产生内能,爆竹腾空而起,机械能变大,内能转化为机械能。
12.(2019广东佛山石门实验学校月考)能量守恒定律:能量既不会凭空消灭,也不会凭空产生,它只会从一种形式 为其他形式,或者从一个物体 到其他物体上,而在这两个过程中,能量的总量保持不变。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,实际上,这种永动机 (选填“能够”或“不能够”)永远工作下去。?
答案 转化 转移 不能够
解析 能量守恒定律: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上,在转移和转化过程中,能量的总量保持不变。题中“永动机”工作时存在能量的消耗,所以该永动机违背了能量守恒定律,不能够永远工作下去。
13.(2018江苏镇江期末)如图为四旋翼无人机,它依靠电池为电动机供电,带动机翼旋转实现升空。小明操纵遥控器,使无人机从地面先加速上升,然后减速上升,最后悬停在某一高度进行摄影。则无人机在加速上升过程中,电动机将 能转化为 能;从地面开始升空至刚悬停在某一高度的过程中,无人机的动能变化情况是 。?
答案 电 机械 先增大后减小
解析 无人机在加速上升过程中,电动机工作的过程中消耗电能,使无人机的机械能增大,故电动机将电能转化为机械能;从地面开始升空至刚悬停在某一高度的过程中,无人机应先加速上升,然后减速上升,无人机的质量不变,所以无人机的动能变化情况是:先增大后减小。
14.(2018江苏泰州兴化一模)能量在转化或转移过程中,其总量 ;能量在发生转移或转化时,都是有 性的。?
答案 保持不变 方向
解析 能量在转化或转移的过程中,其总量保持不变。电能可以使电灯发光,同时产生内能散失在空气中,但这些内能却无法自动转化为电能。该现象说明能量的转化具有方向性。
15.(2019河北唐山路南期中)(1)如图甲所示在试管内装些水,用带玻璃管的胶塞塞住,在玻璃管口处放一个用纸做成的小叶轮。加热试管使水沸腾,产生的水蒸气驱动叶轮转动。在图甲中写出上述实验的能量转化过程。
(2)将汽车发动机的能量流向制成图,请根据图乙中给出的信息,计算该汽油机的效率为 ,用这台汽油机工作时,完全燃烧2 kg的汽油可输出有用功 J。请你写出一条提高汽油机效率的措施: 。(q汽油=4.6×107 J/kg)?
答案 (1)内能 机械能
(2)30% 2.76×107 让汽油燃烧更充分(合理即可,答案不唯一)。
解析 (1)燃料燃烧的过程是化学能转化为内能,内能转移给水(即水吸收热量);水沸腾时产生水蒸气,高温的水蒸气可以驱动叶轮转动,水蒸气的温度会降低,内能会减少,而转动又使叶轮具有了动能;故水蒸气驱动叶轮转动,是水蒸气的内能转化为叶轮的机械能。
(2)由发动机的能量流向图可知,该汽油机的效率为(即输出有用功在燃料完全燃烧放出热量中的百分比)η=100%-33%-30%-7%=30%;
完全燃烧2千克的汽油放出的热量Q放=m汽油q汽油=2 kg×4.6×107 J/kg=9.2×107 J;
则可输出的有用功W有用=ηQ放=30%×9.2×107 J=2.76×107 J;
根据图示的能量流向图可知,要提高汽油机效率的措施有:让汽油燃烧更充分、减少尾气带走的热量、减少热量散失、减小摩擦做功等。
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