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期末复习 内能的利用
知识目标及重难点 考情分析
1. 认识热机，了解热机的种类； 2. 知道什么是内燃机，了解汽油机和柴油机的工作过程 3. 了解热值，知道热机效率； 4. 了解能量的转化和守恒。 考查题型：单选、填空、计算 考查分值：3-6分
知识点1 热机
1. 热机：
（1）定义：热机是利用内能来做功，把内能转化为机械能的机器。
（2）热机的种类：蒸汽机、内燃机（汽油机和柴油机）、汽轮机、喷气发动机等。
2. 内燃机
（1）定义：将燃料燃烧移至机器内部燃烧，转化为内能且利用内能来做功的机器。
（2）内燃机是目前使用最为广泛的热机。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。
（3）①内燃机活塞在汽缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
②四冲程内燃机包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
③在单缸四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环，每个工作循环曲轴转2周，活塞上下往复2次，做功1次。
④在这四个冲程中只有做功冲程是燃气对活塞做功，而其它三个冲程（吸气冲程、压缩冲程和排气冲程）是依靠飞轮的惯性来完成的。
⑤压缩冲程将机械能转化为内能；做功冲程是由内能转化为机械能。
3.汽油机和柴油机
（1）汽油机工作过程：
吸气冲程：进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。
压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高。把机械能转化内能。
做功冲程：在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。把内能转化机械能，获得动力。
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。
（2）柴油机工作过程：
吸气冲程：进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，将空气吸进气缸。
压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气压缩得很小，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点。机械能转化为内能。
做功冲程：在压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动.把内能转化机械能，获得动力。
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。
（3）汽油机和柴油机的比较：
汽油机 柴油机
不 同 点 构造 顶部有一个火花塞 顶部有一个喷油嘴
吸气冲程 吸入汽油与空气的混合气体 吸入空气
点燃方式 点燃式 压燃式
效率 低 高
应用 小型汽车、摩托车 载重汽车、拖拉机
相同点 （1）都是内能转化为机械能的机器； （2）一个工作循环活塞往复运动两次，曲轴和飞轮转动两周，经历四个冲程，做功1次。 （3）在运转之前都要靠外力辅助启动。
注意：
柴油机的效率比汽油机的效率更高，主要是因为在压缩冲程中，柴油机的压缩程度比汽油机的更高。
考点1 热机的工作原理及过程
例题1 难度：★
（天津）如图为四冲程汽油机工作过程中的某冲程示意图，该冲程为（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程
C．做功冲程 D．排气冲程
变式1-1 难度：★★
（滨州）汽车已经成为现代生活不可缺少的一部分，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．甲冲程把机械能转化为内能
B．乙冲程是排气冲程
C．丙冲程把机械能转化为内能
D．丁冲程是吸气冲程
变式1-2 难度：★★
用酒精灯给试管中的水加热，如图所示，在软木塞被冲出试管口的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能增大
B．水蒸气的内能转化为软木塞的机械能
C．能量的转化形式与热机压缩冲程中能量的转化形式相同
D．软木塞的机械能守恒
变式1-3 难度：★★
关于热机，下列说法正确的是（　　）
A．汽油机在吸气冲程中吸入的是空气
B．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞
C．汽油机和柴油机只有做功冲程对外做功，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的
D．柴油机可广泛用于汽车、喷气式飞机和火箭的发动机
考点2 热机的转速问题
例题2 难度：★
（汉滨期末）一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1800r/min，则该汽油机每秒钟内完成的冲程数和对外做功的次数分别是（　　）
A．60和15 B．30和30 C．15和15 D．60和30
变式2-1 难度：★★
某四冲程汽油机的转速为3000r/min，则（　　）
A．该汽油机每秒钟对外做功50次
B．该汽油机每秒钟活塞完成50个冲程
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
变式2-2 难度：★★
（南京模拟）某四冲程汽油机工作时转速是2400r/min。关于此热机的工作，下列说法正确的是（　　）
A．压缩冲程中内能转化为机械能
B．四个冲程中曲轴转动2圈，同时对外做功2次
C．此汽油机每秒对外做功10次
D．此汽油机每秒对外做功20次
知识点2 热机的效率
1. 热值：
（1）定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。用符号q表示。
（2）单位：固体燃料的热值的单位是焦耳每千克（J/kg）、气体燃料的热值的单位是焦耳每立方米（J/m3）。
（3）公式：①Q＝qm，Q指放出的热量，单位是焦耳（J）；q指燃料的热值，单位是焦耳每千克（J/kg）；m指燃料的质量，单位是千克（kg）。
②Q＝qV，Q指放出的热量，单位是焦耳（J）；q指燃料的热值，单位是焦耳每立方米（J/m3）；V指燃料的体积，单位是立方米（m3）。
（4）物理意义：酒精的热值是3.0×107J/kg，它表示：1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J。
煤气的热值是3.9×107J/m3，它表示：1m3煤气完全燃烧放出的热量是3.9×107J。
（5）热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、燃料是否燃烧、燃烧是否完全等均无关。
（6）燃料燃烧，使燃料的化学能转化为内能。
注意：对于热值的概念，要注重理解三个关键词“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是针对燃料的质量而言，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不是热值。某种燃料，说明热值与燃料的种类有关。完全燃烧，表明要完全烧尽，否则1kg燃料的化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。
2.热机的效率
（1）影响燃料有效利用的因素：一是燃料很难完全燃烧，二是燃料燃烧放出的热量散失很多，只有一小部分被有效利用。
（2）有效利用燃料的一些方法：把煤磨成粉末状、用空气吹进炉膛（提高燃烧的完全程度）；以较强的气流，将煤粉在炉膛里吹起来燃烧（减少烟气带走的热量）。
（3）
热机的效率：热机用来做有用功的那部分能量和完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。热机的效率是热机性能的一个重要标志，与热机的功率无关。
公式：
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。
（4）热机能量损失的主要途径：废气内内、散热损失、机器损失。
提高热机效率的途径：①使燃料充分燃烧，尽量减小各种热量损失；②机件间保持良好的润滑，减小摩擦。③在热机的各种能量损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
（5）常见热机的效率：蒸汽机6%～15%、汽油机20%～30%、柴油机30%～45%
（6）内燃机的效率比蒸汽机高，柴油机的效率比汽油机高。
考点3 燃料的热值
例题3 难度：★
（无锡）现探明中国南海海底有大量的可燃冰，已知可燃冰的热值比煤气的热值大得多，则完全燃烧相同质量的可燃冰和煤气，燃烧_________放出的热量多．1 kg的可燃冰，燃烧一半后，剩余可燃冰的热值_________（选填“变大”、“变小”或“不变”）．
变式3-1 难度：★★
（资阳中考）关于燃料的热值，下列说法正确的是（　　）
A．燃料的热值与燃料的燃烧情况有关
B．容易燃烧的燃料的热值一定大
C．煤的热值比干木柴的大，煤燃烧放出的热量比干木柴放出的热量多
D．0.5kg煤油和1.5kg煤油的热值一样大
变式3-2 难度：★★
用煤气灶把2 kg、初温为30℃的水烧到80℃，消耗了20 g煤气。已知水的比热容是4.2×103 J/（kg·℃），煤气的热值为4.2×107 J/kg，则水吸收的热量为__________________J，煤气完全燃烧放出的热量为_________J，煤气灶烧水的效率为_________%。
变式3-3 难度：★★
（茂名）太阳能热水器、电热水器、燃气热水器是常见的三种热水器．现需将10
kg、20℃的水加热到40℃，不考虑能量转换过程中能量的损失，若用太阳能热水器加热，则水吸收了_________J太阳能；若用额定功率为1000 W的电热水器正常加热，则需要_________min；若用燃气热水器加热，则需要完全燃烧_________m3的燃气．[水的比热容为4.2×103 J／（kg·℃），燃气的热值为4.2×107 J/m3]
考点4 热机的效率
例题4 难度：★
为节约能源，提高热机效率，下列措施中不可取的是（ ）
A．尽量使燃料充分燃烧
B．尽量增加热机的工作时间
C．尽量减少废气带走的热量
D．尽量减小热机部件间的摩擦
变式4-1 难度：★★
（无锡）下列关于热机和环境保护的说法，正确的是（ ）
A．热机排出的尾气没有内能
B．热机的效率能达到100%
C．热机都是使用汽油做燃料
D．热机的大量使用会造成环境污染
变式4-2 难度：★★
下面的是内燃机的能量流向图，则内燃机的效率可表示为（　　）
A．
B．
C．
D．
变式4-3 难度：★★
（内江）如图所示，是一款最新的无人驾驶汽车的原型图．汽车自动驾驶时使用雷达传感器以及激光测距器来了解周围的交通状况．该款车以72
km/h的速度在一段平直的公路上匀速行驶了8 km时，消耗汽油1.5 L．假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为30%，那么，在这段运动过程中，求：
（1）该汽车发动机做的有用功是多少？
（2）该汽车的输出功率是多少？（已知汽油的密度为0.8×103 kg/m3，汽油的热值为4.5×107 J/kg）
知识点3 能量的转化和守恒
1.能量的转化
能量在自然界中是普遍存在的，在一定条件下，各种形式的能量不仅可以相互转移，也可以相互转化。如：摩擦生热，机械能转化为内能；燃料燃烧发热，化学能转化为内能；电动机带动水泵把水送到高处，电能转化为机械能等。
2.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。
3.能量在转移和转化过程中的方向性
（1）能量的转化、能量的转移，都是有方向性的。
（2）发生热传递时，内能总是自动地从高温物体向低温物体转移，如果没有外加条件，内能不可能从低温物体转移给高温物体；汽车制动时，由于摩擦而使一部分动能转变为地面和空气的内能，这部分内能就不能自动地用来再次开动汽车；煤、石油、天然气都是地球上的宝贵资源，燃烧后就不能再生。
（3）正是由于能量在转移和转化过程中具有方向性，所以，有些能源在消耗过程中，用一点就会少一点，不能再生。能量是守恒的，但在转化过程中有相当一部分能量是不能有效利用的，成为无用的能量，因此，节约能源，提高能源利用率是每个公民的责任。
（4）能量转化效率η ＝ 。
4.永动机
永动机不可能存在，因为由能量守恒定律我们知道
，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量。
考点5 能量的转化和转移
例题5 难度：★
（扬州中考）下列图形中，属于内能转化为机械能的是（　　）
A．滑下滑梯 B．弯折铁丝
C．做功冲程 D．压缩点火
变式5-1 难度：★★
（濮阳模拟）下列说法正确的是（　　）
A．砂轮磨刀时，内能转化为机械能
B．陨石进入大气层成为流星时，内能转化为机械能
C．水沸腾后，壶盖不停跳动是水的动能转化为盖的动能
D．用打气筒打气时筒壁发热是机械能转化为内能
变式5-2 难度：★★
（资阳中考）如图所示，下列有关能源及能的转化的说法中错误的是（　　）
A．太阳能集热器的吸热板把太阳能转化为内能
B．太阳能汽车利用太阳能电池把太阳能直接转化成汽车的动能
C．乐山大佛脸上出现的黑色条纹是人类消耗化石能源产生酸性气体形成酸雨腐蚀造成的
D．汽车散失的热不能收集起来再利用表明能量转化过程具有方向性
变式5-3 难度：★★
（株洲）某电动机工作的效率是83%，从能量转化看，它表示电动机工作时
A．总共只消耗了83%的电能
B．将83%的电能转化成机械能
C．将83%的电能转化成内能
D．将83%的机械能转化成电能
考点6 能量守恒定律
例题6 难度：★
（岳阳中考）根据能量守恒定律，以下情形可能发生的是（　　）
A．出膛的子弹射穿木板，以更大的速度继续前进
B．电水壶里的水沸腾了，给该电水壶断电，水的沸腾却永远不会停止
C．两个斜面相对接，小球从左斜面滚下后，继续冲上右斜面
D．孤岛上被人们遗忘的一只机械表，默默地走了几十年
变式6-1 难度：★★
在各种形式的能量相互转化过程中，下列说法正确的是?（　　）
A．机械能一定守恒?
B．各种形式的能量都守恒?
C．各种形式能的总量一定守恒?
D．内能一定守恒?
变式6-2 难度：★★
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，你认为其中不正确的是（　　）
A．做功改变物体的内能是不同形式的能的相互转化
B．物体放出热量，发生了能量的转移，其温度一定降低
C．热传递改变物体的内能是能的相互转移
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
变式6-3 难度：★★
（多选）关于热机和能量守恒定律的说法中正确的是（　　）
A．汽油机做功冲程中内能转化为机械能
B．汽油机的效率低于柴油机的效率
C．任何一种热机工作时都要遵守能量守恒定律
D．蒸汽机的效率为6%～15%，工作时不遵守能量守恒定律

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