人教版中考物理万能解题模板14—第十四章 内能的利用(解题必备+典例精讲）

center130175第十四章 内能的利用
00第十四章 内能的利用

310515288290
left101600★★☆题型1 内燃机的基本认识
★★☆题型2 正确理解热值
★★★题型3 热机效率的相关计算
★★★题型4 有关热量的综合计算
★☆☆题型5 能量转化与守恒
00★★☆题型1 内燃机的基本认识
★★☆题型2 正确理解热值
★★★题型3 热机效率的相关计算
★★★题型4 有关热量的综合计算
★☆☆题型5 能量转化与守恒
题型1 内燃机的基本认识 ★★☆
● 解题必备
1. 热机
(1)定义：把燃料燃烧放出的内能转化为机械能的机器叫热机。
(2)种类热机的种类繁多，主要有蒸汽机、蒸汽轮机、汽油机、柴油机、燃气轮机等。
left9525点拨：
内能的利用主要有两方面:一是内能可以用来直接加热(热传递)；二是内能可以用来做功(能的转化)，热机就是用内能来做功的重要应用。
00点拨：
内能的利用主要有两方面:一是内能可以用来直接加热(热传递)；二是内能可以用来做功(能的转化)，热机就是用内能来做功的重要应用。
(3 )热机的特点
利用燃料燃烧时放出的内能，通过工作物质转化为机械能对外做功。
(4)内燃机
①定义：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机。
right212090②分类：内燃机分为汽油机和柴油机两大类，它们分别用汽油和柴油作为燃料。
2.汽油机
(1)构造
(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端的过程，叫一个冲程。
②工作循环：四冲程内燃机的工作过程是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的，这四个冲程叫一个工作循环。
③在每个工作循环中，汽缸中的活塞往复两次，曲轴转动两周。在四个冲程中，只有做功冲程燃气对外做功，而吸气冲程、压缩冲程、排气冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。
④能量转化：压缩冲程，机械能转化为内能；做功冲程,内能转化为机械能。
right749303.柴油机
(1)构造
(2 )汽油机与柴油机的比较
-76200-10160 内燃机
项目
汽油机
柴油机
构造
气缸顶部有火花塞。
气缸顶部有喷油嘴
燃料
汽油
柴油
吸气冲程
汽油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物。
柴油机在吸气冲程中只吸入空气。
点火方式
压缩冲程末,火花塞产生电火花点燃燃料，称为点燃式。
压缩冲程末，喷油嘴向汽缸内喷进柴油，遇到温度超过柴油燃点的空气而自动点燃，称为压燃式。
效率
效率低，20%~30%。
效率高,30%~45%。
应用
机体轻便，主要用于汽车、飞机摩托车等。
机体笨重，主要用于载重汽车、火车、轮船等。
● 解题模板
该题型主要考查内燃机在工作循环中各个冲程的特点及能量转化的特点。
第一步 分辨四个工作冲程时，一要看进气门、排气门的开闭状态，二要看活塞的运动方向。
第二步 内燃机在工作时，一个工作循环，做一次功，能重转化两次。
● 典型例题
right344170典例一（2020?金昌）在如图所示的两幅图中，甲、乙是课堂上看到的两个演示实验示意图；丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的其中两个过程示意图。利用内能来做功的冲程是 图；与压缩冲程原理相同的是 图所示的演示实验，压缩冲程中发生的能量转化是：将 能转化成 能。
解析：（1）内燃机的四个冲程有吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，其中在做功冲程中，是内燃机的内能转化为机械能，在压缩冲程中是机械能转化为内能；
（2）改变物体内能的方式有热传递和做功两种。做功改变物体内能的实质是能量的转化，具体来说是内能和机械能的相互转化，对物体做功，物体的内能增加，温度升高；物体对外做功，物体的内能减少，温度降低。
解：甲图是用力将活塞压下，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；
乙图对试管中的水加热，加快水的蒸发，使试管中水的内能增大，体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能；
丙图两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程；压缩冲程是把机械能转化为内能的过程；
丁图两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程；做功冲程将内能转化为机械能。
因此利用内能来做功的冲程是丁；压缩冲程原理相同的是甲实验。
故答案为：丁；甲；机械；内能。
典例二（2019?成都）汽油机和柴油机的主要不同点是（　　）
A．在构造上汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机的汽缸顶部有喷油嘴
B．在吸气冲程中汽油机吸入汽缸的是汽油，柴油机吸入汽缸的是柴油
C．在压缩冲程末汽油机用点燃式点火，而柴油机采用的是压燃式点火
D．在做功过程中汽油机里的燃气温度和压强比柴油机里的高
解析：汽油机和柴油机的异同点：
（1）相同点：四个冲程相同，能的转化相同。
（2）不同点：①吸入的物质不同；②结构不同；③压强不同，效率不同；④点火方式不同。
解：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，机械能转化为内能，内能增大，温度升高，汽油机气缸顶端有个火花塞，此时火花塞喷出电火花，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，柴油机气缸顶端有个喷油嘴，此时喷油嘴喷出雾状的柴油，柴油依靠压缩时内能增大，温度升高，达到柴油着火点而燃烧，点燃方式是压燃式。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，做功越多，效率越高。
故选：AC。
题型2 正确理解热值 ★★☆
● 解题必备
1. 热值的定义
某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫这种燃料的热值。
2.公式：q=Qm或Q=qm，在国际单位制中，热值q的单位是J/kg，燃料质量m的单位是kg，则完全燃烧放出的热量Q的单位是J。
left-3175拓展
对于气体燃料而言,燃料完全燃烧放出的热量：Q放=qV。
00拓展
对于气体燃料而言,燃料完全燃烧放出的热量：Q放=qV。
3.燃料燃烧的实质：燃料的燃烧是一种化学变化 ，在燃烧的过程中，燃料的化学能转化为内能，不同物质组成的燃料，在质量相等的条件下完全燃烧，放出的热量是不相等的。
4.燃料的热值是反映燃料燃烧时释放能量本领大小的物理量，燃料的热值只取决于燃料的种类，而与燃料的多少无关,对某种燃料来说，它是一个确定的数值。
● 解题模板
第一步 明确热值是物质的一种特性，它的大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃料是否燃烧、是否完全燃烧无关。
第二步 了解相同质量的不同燃料完全燃烧放出热量的多少是不同的，热值就反映了这一特征。
● 典型例题
典例一（2019 ?雅安）今年9月15日，中国在酒泉卫星发射中心用长征二号F-T2火箭将天宫二号空间实验室发射升空。“长征二号F-T2”运载火箭采用液态氢做为燃料，原因是液态氢具有（　　）
A．较大的比热容 B．较低的沸点 C．较大的热值 D．较高的凝固点
解析：热值是燃料的一种特性，热值越大的燃料在完全燃烧相同质量的燃料时，释放出的热量越多，所以在选择火箭燃料时首先应该考虑燃料热值的大小。
解：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氢时，可以释放出更多的热量。
故选：C。
right895985 典例二（2019 ?海州区）某物理兴趣小组的同学，用煤炉给10kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6min内完全燃烧了2kg的煤，水的比热容为4.2×103J/（kg?℃），煤的热值约为3×107J/kg．求：
（1）根据图象分析：水在加热过程中的温度变化有什么特点？
（2）煤完全燃烧产生的热量；
（3）经过6min时间加热，水所吸收的热量；
（4）煤炉烧水时的热效率。
解析：（1）发生热传递的条件是存在温度差，温度差越大，热传递越快。
（2）已知煤的质量和热值，利用Q=mq可求得煤完全燃烧产生的热量；
（3）由图b知，经过6min时间加热，水升高的温度值，利用吸热公式求水吸收的热量；
（4）烧水时的热效率等于水吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。
解：（1）由图可知，随着水温的不断升高，温度变化越来越慢；
（2）燃烧煤的质量m煤=2kg，煤的热值q煤=3×107J/kg，
煤完全燃烧产生的热量Q放=m煤q煤=2kg×3×107J/kg=6×107J；?
（3）水的质量m水=10kg，加热6min水温度升高度数△t=80℃-20℃=60℃，
Q吸=cm水△t=4.2×103J/（kg?℃）×10kg×60℃=2.52×106J；?
（3）煤炉烧水时的热效率η=Q吸Q放×100%=2.52×106J6×107J×100%=4.2%。
答：（1）根据图象分析：水在加热过程中，随着水温的不断升高，温度变化越来越慢；
（2）煤完全燃烧产生的热量为6×107J；
（3）经过6min时间加热，水所吸收的热量是2.52×106J；
（4）煤炉烧水时的热效率为4.2%。
题型3 热机效率的相关计算 ★★☆
● 解题必备
1. 热机效率的定义：在热机中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，叫热机的效率。
2.根据机械效率的公式，我们可以推导出热机效率=用来做有用功的能量燃料完全燃烧释放的能量，可用公式表示为η=Q有Q总
3.热机能量的损失
燃料没有完全燃烧，排出的废气温度很高，损失了一部分能量；内燃机气缸等部件吸收热量，损失了一部分能量；克服内燃机各部件之间的摩擦做功，损失了一部分能量。因此，提高热机效率的方法有：使燃料充分燃烧；减少热传递；保证各那件的良好润滑，减小摩擦。
4.提高燃料利用率的方法
提高燃料的利用率是节约能源的重要措施。把固体燃料磨成粉末吹进炉膛内进行燃烧，加大送风量，可使燃料燃烧得更充分；设法利用废气的能量。这些都是提高热机的效率和燃料利用率的具体措施。
● 解题模板
第一步根据已知条件找到各个物理量之间的“链接量。
第二步根据“链接量”建立不同量之间的联系。
第三步利用公式进行解答。
● 典型例题
right35687000典例一 （2020?广州）汽车发动机一般是汽油机，汽油的热值为4.6×107J/kg，阅读了某汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图所示，下列回答错误的是（　　）
A．发动机压缩冲程把燃料燃烧产生的内能转化为机械能
B．1kg的汽油完全燃烧能够释放4.6×107J 的能 量
C．为确保发动机正常工作，需用水对其冷却
D．该内燃机的效率为30%
【解析】（1）内燃机的压缩冲程将机械能转化为内能。（2）热值的意义：1kg燃料完全燃烧放出的热量。（3）水的比热容较大，可用于发动机的冷却。（4）内燃机的效率：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。
解：A、发动机压缩冲程把机械能转化为内能。故A错误。
B、汽油的热值为4.6×107J/kg，表示1kg的汽油完全燃烧能够释放4.6×107J?的能量。故B正确。
C、水的比热容较大，在同等升温时吸收的热量较多，故为确保发动机正常工作，需用水对其冷却。故C正确。
D、由图示可知，输出的有用功占的百分比为：W有=100%-30%-33%-7%=30%，故该内燃机的效率为30%，故D正确。
故选：A。
典例二 （2020 ?潜山市）一辆使用汽油为燃料的小汽车，在路面水平的高速公路以90km/h的速度匀速行驶，行驶了60km，消耗汽油5L．已知发动机的效率为30%，求：
（1）该路段上汽油完全燃烧所放出的热量；
（2）该路段上发动机给汽车行驶提供的牵引力。（汽油密度ρ=0.7×103kg/m3，汽油热值为4×107J/L）
【解析】（1）利用公式Q=Vq，代入数值，可求出热量。
（2）根据发动机效率η=WQ放变形后，先求出有用功W，再根据W=Fs变形可求出牵引力F。
解：（1）汽油完全燃烧所放出的热量为：
Q=Vq=5L×4×107J/L=2×108J；
（2）由η=WQ放得，所做有用功：
W=30%Q=30%×2×108J=6×107J，
s=60km=6×104m，
由W=Fs得：F=WS=6×107J6×104m=1000N
答：（1）该路段上汽油完全燃烧所放出的热量为2×108J；
（2）该路段上发动机给汽车行驶提供的牵引力为1000N。
题型4 有关热量的综合计算 ★★☆
● 解题必备
1.热量的计算公式：Q=cm△t， Q=mq或Q=Vq。
2.效率的计算公式：η=W有W总×100%， η=Q有Q总×100%。
● 解题模板
第一步热量的计算问题，包括与比热容有关的计算和与热值有关的计算。前者的计算公式是
Q=cm△t，后者的计算公式是Q=mq或Q=Vq。
第二步机械效率的公式为η=W有W总，热机的效率为η=Q有Q总。产生“效率”问题的原因是能量的利用和转化不是百分之百。解决这类问题需要弄清楚物理过程，弄清总能量和有用的能量各是哪部分，并灵活掌握相关的知识点。
● 典型例题
典例一 （2019 ?南山区）某个单缸四冲程汽油机的转速是3000转/分，那么每秒钟内燃气对活塞做功次数和活塞冲程数分别是（（　　）
A．25次，25个冲程 B．100次，100个冲程
C．25次，100个冲程 D．100次，200个冲程
【解析】知道汽油机的转速，而汽油机在一个工作循环中对外做功1次，飞轮转动2转，完成4个冲程，据此得出答案。
解：由题知，飞轮的转速是3000转/分=50转/秒；
因为在一个工作循环中，飞轮转动2转，对外做功1次，完成4个冲程，而每秒钟曲轴转动50转，所以每秒燃气对外做功25次，完成25个工作循环，活塞完成100个冲程。
故选：C。
典例二 （2019 ?城关区）某汽油机活塞的横截面积是35cm2．在做功冲程中，燃气对活塞的平均压强是1.0×106Pa，活塞移动的距离是60mm，汽油机转速为900r/s，试问：
（1）做功冲程中，燃气对活塞的平均压力是多少？
（2）该汽油机功率是多少？
（3）设做功冲程汽油完全燃烧放出的热量是840J，汽油机的效率是多少？
【解析】（1）已知压强和横截面积，应用压强公式的变形公式可以求出压力；
（2）先根据汽油机的转速求出完成一个冲程需要的时间，再利用功率的公式计算；
（3）求出了压力做功（有用能量）、做功冲程汽油完全燃烧放出的热量（总能量）利用效率的公式求该汽油机的效率。
解：1）由p=Fs可得，燃气对活塞的压力：F=pS=1.0×106Pa×35×10-4m2=3500N；
（2）已知汽油机转速为900r/s，则汽油机1s内完成做功冲程450个、工作循环450个，
则一个工作循环所用的时间：t=1450s,
则该汽油机功率：P=Wt=Fst=3500N×0.06m1450s=9.45×104W
（3）做功冲程中燃气压力做的功：W有用=Fs=3500N×0.06m=210J，
已知做功冲程汽油完全燃烧放出的热量：Q=840J，汽油机的效率：η=WQ×100%=210J840J×100%=25%
答：（1）做功冲程中，燃气对活塞的平均压力是3500N；
（2）该汽油机功率是9.45×104W；
（3）汽油机的效率是25%。
题型5 能量转化和守恒 ★☆☆
● 解题必备
1.能量的转化：
不同形式的能在一定的条件下可以相互转化。例如：摩擦生热是机械能转化为内能；水电站里的水轮机带动发电机发电是机械能转化为电能。
2.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，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，这个规律叫能量守恒定律。
3.能量守恒定律的意义
能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物，大到宇宙天体，小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒定律，能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。
-213995-3175点 拨
能量的转化与转移的区别
(1)能的转化，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，能的形式没有改变，如热传递。
00点 拨
能量的转化与转移的区别
(1)能的转化，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，能的形式没有改变，如热传递。
● 解题模板
第一步明确定律内容。能量守恒定律是自然界中的基本规律之一， 能量在转化或转移的过程中，总量保持不变。
第二步结合具体问题进行作答。
● 典型例题
典例一 （2020?肥西）能量是物理学中极其重要的一个基本概念，关于这个概念的说法全部正确的是
①做功可以引起能量改变，根据做功的多少可以衡量能量变化的多少
②热传递可以引起能量的变化，根据吸收或放出的热量的多少可以衡量能量的变化量
③能量的形式多种多样，不同形式的能量间可以无条件地相互转化
④不同的物体之间，能量可以无条件地随意转移
⑤做饭时燃烧天然气，这是将天然气这种物质转变成能量，即用掉了物质生成了能量
⑥电路中通过电流时，能量发生了转化，电源消耗的能量等于各部分电路中获得的总能量（　　）
A．③④⑤ B．①②⑥ C．②④⑥ D．①③⑤
【解析】根据机械能与做功的关系、内能与机械能的转化及能量转化和守恒定律作答。
解：①做功可以引起能量改变，做功越多，消耗的机械能越多，所以根据做功的多少可以衡量能量变化的多少。此说法正确；
②热传递可以引起能量的变化，物体吸收热量、能量增加，放出热量、能量减少，所以根据吸收或放出的热量的多少可以衡量能量的变化量。此说法正确；
③能量的形式多种多样，不同形式的能量间可以相互转化，但转化都是有条件的。此说法错误；
④不同的物体之间，能量的转移是有方向的。此说法错误；
⑤做饭时燃烧天然气，这是将天然气的化学能转化成了内能，此说法错误；
⑥电路中通过电流时，能量发生了转化，电源消耗的能量等于各部分电路中获得的总能量。此说法正确。
故选：B。
4319905556895典例二 （2019?贵阳）如图所示，足够高的粗糙水平桌面上静止一木块，轻质无弹性细线的一端系在木块上，另一端绕过定滑轮挂有托盘。往托盘中添加砝码后，木块向右做加速运动，在木块运动一段时间的过程中，请判断木块增加的动能E，与砝码重力做的功W的大小关系，并通过完整分析阐述理由。（不计托盘质量，空气阻力/线与滑轮间的摩擦）
【解析】在一定条件下，不同形式的能量之间可以相互转化；能量的转移或转化过程中，一定伴随着能量的损失。
解：木块增加的动能E小于砝码重力做的功W．因为在往托盘中加砝码后，木块和砝码都会做加速运动，而且木块在桌面上运动时克服摩擦力做功，因而砝码重力做的功转化为木块和砝码的动能、及由于摩擦产生的内能。所以木块增加的动能E小于砝码重力做的功W。