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主 题 14：内能的利用
人教版2024年中考物理一轮复习
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4
课标解读
单元概述
核心知识
链接中考
第1节 热机
第2节 热机的效率
第3节 能量的转化和守恒
部编版七年级上册
2022年新课标解读
1.了解能量及其存在的不同形式。能描述不同形式的能量和生产生活的联系。
2.通过实验，认识能量可以从一个物体转移到其他物体，不同形式的能量可以相互转化。
3.从能量转化的角度认识燃料的热值。
4.了解热机的工作原理。知道内能的利用在人类社会发展史中的重要意义。
5.知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析问题的意识。
6.从能量转化和转移的角度认识效率。
本章概述
本章首先从内能转化的角度，在上一章做功改变内能的基础上，展示了如何利用内能，从而引出了热机。之后，介绍了热机的分类详细地介绍了汽油机的基本工作原理，并通过对比介绍了柴油机。在此基础上，又结合热机的工作过程，讨论了燃料的热值和热机的效率，热机的效率一方面是对热机性能的评估，另一方面也为能量的转化和守恒进行了铺垫。最后，在结合各种实际例子的基础上介绍了能量的转化，并进而给出能量守恒定律，从而使热学部分的知识组成一个有机的整体。
1个理论——分子动理论
2个方法——改变内能的两个方法
3个公式——Q=cm t、Q放=qm、η=Q有/Q放
4个冲程——内燃机的工作过程
主要内容
应用
内能转化为动能
热机（汽油机、柴油机）
燃料的热值、热机的效率
永动机不能制成
普遍的能量转化现象
能量守恒定律
解释
计算
知识结构
能量守恒定律
内能的利用
热机的效率
能量的转化和守恒
热机
能量的转化和转移
定义
四冲程汽油机
的工作过程
物理意义
特点
定义
热量计算
热值
热效率的计算
思维导图
①把内能转化为机械能的机器叫热机。常见热机有：
蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等.
②制造原理：利用内能做功，将内能转化为机械能.
①内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机.
②内燃机工作的四冲程：吸气、压缩、做功、排气冲程.
③能量转化：压缩冲程中，机械能转化为内能；
做功冲程中，内能转化为机械能.
④汽油机与柴油机的区别：
汽油机吸入汽油与空气的混合物，柴油机只吸入空气.
汽油机是点燃式点火，柴油机点火方式为压燃式.
热机
热 机
内燃机
核心考点1——热机
1、概念：把燃料燃烧时放出的内能转化为机械能的装置。种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气机等。
2、制造原理：利用内做功。将内转化为机械能 。
3、内燃机的含义：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机 。
（1）工作冲程：吸气、压缩、做功、排气。（能区分判断）
重难解析
（2）能量的转化：
做功冲程：高温高压气体对活塞做功，气体的内能转化为活塞的机械能；例如：烧开水锅盖被顶起、暖壶塞子弹出、水沸腾时塞子弹出（图乙）等。
（3）四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成一个工作冲程中，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次。
4. 内燃机的种类：汽油机、柴油机。
压缩冲程：活塞压缩气体做功，活塞的机械能转化为气体的内能；例如： 压缩硝化棉（图甲）、摩擦生热、搓手，滑滑梯、弯折铁丝等。
重难解析
汽油机与柴油机的主要区别
种类 项目 汽油机 柴油机
构造不同 气缸顶部有_______ 气缸顶部有_______
燃料不同 _____ _____
吸气冲程 吸入的是_____和 空气的混合物 吸入的是_____
点火方式
火花塞
喷油嘴
汽油
柴油
汽油
空气
压燃式
点燃式
重难解析
例1.如图，甲为四冲程内燃机吸气冲程的示意图，图中画出了吸气冲程中进气门、排气门的开闭情况和曲轴的位置。请在图乙、丙中画出进气门、排气门的开闭情况和曲轴的位置。
在内燃机的做功冲程中，两个气门关闭，活塞下行；排气冲程中，进气门关闭、排气门打开，活塞上行，如图所示：
典型例题
例2.根据汽油机和柴油机的区别，下列说法错误的是（　　）
A．汽油机气缸顶部有一个火花塞，柴油机气缸顶部是一个喷油嘴
B．汽油机吸入的是空气，柴油机吸入的是空气和柴油的混合物
C．做功冲程是内能转化为机械能
D．压缩冲程是机械能转化为内能
A．汽油机汽缸顶部有一个火花塞，柴油机汽缸顶部是一个喷油嘴，故A正确，不符合题意；
B．工作过程中，汽油机吸入的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入的是空气，故B错误，符合题意；
C．做功冲程将内能转化为机械能，故C正确，不符合题意；
D．压缩冲程将机械能转化为内能，故D正确，不符合题意。
B
典型例题
如图所示是某四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，它是（ ）。
A．吸气冲程 B．压缩冲程
C．做功冲程 D．排气冲程
由图可知，进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，即为压缩冲程.
小试牛刀
热机的效率
①分类：固体燃料、液体燃料、气体燃料.
②燃料燃烧过程中化学能转化为内能.
①定义：燃料完全燃烧时放出的热量与燃料质量之比.
是燃料的一种特性.
②公式：固体q 气体q
③单位：焦/千克（J/kg）、焦/米3（J/ m3 ）
①热机的效率：用来做有用功的那部分能量，
与燃料完全燃烧放出的能量之比.
② 公式：η
③提高热机效率的方法：利用废气的能量、
减少机械摩擦、尽量使燃料充分燃烧.
燃 料
热 值
热机的效率
核心考点2——热机的效率
热机的效率
(1)定义：热机工作时，________的那部分能量与
_____________放出的热量之比，叫做热机的效
率．用___表示．
(3)提高燃料利用率的措施：让燃料燃烧更充分；减少各种能量损失；设法利用废气的能量等．
有用功
燃料完全燃烧
η
【说明】热机工作时总是有能量的损失，因此热机效率总是小于1。
重难解析
1.热机效率的实际意义：热机效率的高低是反映热机性能的一个标志，效率越高的热机，性能就越好。
2.机械效率、热效率、热机效率的计算方法
（1）机械效率：
（2）热效率： 如果是炉子，则Q放为燃料完全燃烧放出的热量（Q放＝mq）；如果是太阳能热水器，则Q放为太阳照射的总能量；如果是电热器，则Q放为电流做功放出的热量（Q放＝W＝UIt）。
（3）热机效率：
重难解析
能量的转化：在一定条件下，各种形式的能量是可以相互_____的．
能量守恒定律
(1)定义：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式_____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__________．
(2)永动机：不需要动力就能源源不断的对外做功的机器就是永动机，大量研究表明，永动机是不可能制造出来的．
能量的转化和守恒
转化
转化
保持不变
重难解析
例1.可燃冰清洁无污染，是一种理想的新型能源。若可燃冰的热值4.2×108J/m3，完全燃烧1m3的可燃冰可放出的热量是_______J，若这些热量的40%被水吸收，可把_______kg的水从20℃加热至60℃。[c水=4.2×103J/kg℃）]
1000
完全燃烧1m3的可燃冰可放出的热量是
Q放＝qV＝ 4.2×108J/m3 × 1m3 ＝4.2×108J
这些热量的40%被水吸收，则水吸收的热量
Q吸＝ 4.2×108J/m3 × 80%＝1.68×108J
被加热的水的质量为= =1000kg
4.2×108
典型例题
例2.小明将质量为20kg的水从25℃加热到75℃，【水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值为3.5×107J/m3】。求：
（1）这些水吸收的热量；
（2）若天然气燃烧的热量中50%被这些水吸收，则需要多少m3天然气。
（1）水吸收的热量
Q吸= c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×20kg×(75℃-25℃)=4.2×106J
（2）天然气燃烧放出的热量 = = 8.4×106J
需要天然气的体积V = =0.24 m3
典型例题
1．如图所示，用酒精灯加热试管里的水，产生的水蒸气将试管塞冲向空中。在这个过程中，能量转化的顺序为（ ）。
A．内能﹣机械能﹣化学能 B．化学能﹣内能﹣机械能
C．机械能﹣内能﹣化学能 D．内能﹣化学能﹣机械能
【解析】用酒精灯加热水的过程中，酒精的化学能转化为试管和水的内能；当水沸腾时产生大量的水蒸气，试管内的气体压强增大，大于外界大气压，就会将塞子冲出；此时试管内水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能减小，转化为塞子的机械能，即能量转化的顺序为化学能→内能→机械能。
小试牛刀
酒精 3.0×107J/kg 液氢 1.4×108J/kg
焦炭 3.0×107J/kg 煤气 3.9×107J/m3
汽油 4.6×107J/kg 沼气 1.9×107J/m3
2．表格中列出了某些物质的热值，下列判断正确的是（　　）
A．火箭利用液氢做燃料，是因为它的热值较大
B．液态物质的热值比气态的大
C．2kg焦炭的热值是1kg焦炭的两倍
D．所有燃料的热值都是不相等的
A
典型例题
能量的转化和守恒
①各种形式的能量：机械能、内能、电能、光能等.
②能量的转化：由一种形式转化为另一种形式的能.
③能量的转移：能量的形式不变，能量由一个物体转移
到其他物体，或从物体的一部分转移到其他部分.
④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另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变.
⑤永动机的失败：是因为违背了能量守恒定律.
核心考点3——能量的转化和守恒
1.常见的能量的转化
重难解析
2.热机的能量转化
燃料的化学能
内能
机械能
散失的热量能
废气带走内能
重难解析
3.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。这就是能量守恒定律。
能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。大到天体，小到原子核，无论是物理学的问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵守能量守恒定律。从日常生活到科学研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。
重难解析
4. 永动机
有人曾设想制造一种不消耗任何能量和燃料，却源源不断对外做功的机器，人们把这种机器叫永动机。
如图所示，高处的水具有一定的机械能W总，在水向下流动时，对水轮机做功，水轮机转动，把低处的水抽到高处.
由于水轮机转动的各部件间存在摩擦，会有部分机械能转化为内能W内能，只有一部分能量W抽水用来抽水做功.
根据能量守恒定律可知： W总=W内能+W抽水，
最后抽水的能量小于原来水的总能量，使流下的
水不能全部抽回。
由能量守恒定律知：无法制成永动机。
重难解析
太阳能电池板，利用太阳能，将太阳能直接转化为电能。
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为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
动摩擦消耗能量，而永动机又必须动，且不能完全消除摩擦，即动就要消耗，就不能守恒，所以永动机不能存，因为它违背了能量守恒定律。
例1.如图所示是一组太阳能电池板，太阳能电池板将太阳能转化为 _____能；能量在转化和转移的过程中，总量 _____（选填“变大”“变小”或“不变”）；永动机是不存在的，因为它违背了 __________定律。
能量守恒
电
不变
典型例题
太阳能电池板吸收太阳能将太阳能转化为电能，小电扇转动时消耗电能将电能转化机械能，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。
例2.市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子（如图所示）。在阳光的照射下，小电扇快速转动，该装置的能量转化情况是（　　）
A．太阳能→ 电能 →机械能
B．太阳能 →机械能 →电能
C．电能 →太阳能 →机械能
D．机械能 →太阳能 →电能
A
典型例题
1. 关于能量转化，下列说法错误的是(　　)
A.电风扇工作时主要将电能转化为机械能
B.能量无论是转移还是转化，能量的总量会逐渐减少
C.发电机工作时主要将机械能转化为电能
D.自行车运动员蹬车时，人体内的部分化学能转化为内能
B
能量的总量保持不变
小试牛刀
2.各种形式的能在一定的条件下可以相互转化,请你仿照图中给出的两个示例,写出电转化为机械能、化学能转化为电能、光能转化能的实例。
1)电能转化为机械能: 电风扇
2)化学能转化为电能:干电池
3)光能转化为内能: 太阳能热水器
小试牛刀
3.随着人们生活水平的日益提高，小汽车越来越多地走进了百姓人家。一辆以汽油为燃料的小汽车，以72 km/h的速度在水平路面上匀速直线行驶时，发动机的功率为20 kW。若小汽车行驶的路程为108 km，汽油的热值q＝4.6×107 J/kg，小汽车发动机的效率为25%。求小汽车在这段路程中：
(1) 所受的阻力。
(2) 消耗汽油的质量。
(1) 汽车的速度v＝72 km/h＝20 m/s，由P＝＝ ＝Fv可得汽车的牵引力F＝ ＝ ＝1 000 N，因为汽车在水平路面上匀速直线行驶，所以汽车所受的阻力f＝F＝1 000 N　
(2) 发动机所做的有用功W有＝Fs＝1 000 N×108×103 m＝1.08×108 J，由η＝×100%＝25%可得汽油完全燃烧释放的热量Q放＝＝ ＝4.32×108 J，由Q放＝mq可得消耗汽油的质量m＝＝≈9.4 kg
小试牛刀
链接中考
1.用酒精灯给试管加热，如图所示，试管口软木塞冲出的过程中，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.能量的转化与热机压缩冲程能量转化相同
D.试管口的“白气”是水蒸气汽化形
2.一台单缸四冲程柴油机飞轮的转速是1 800 r/min，则柴油机每秒（ ）
A．完成30个冲程，做功30次 B．完成60个冲程，做功60次
C．完成60个冲程，做功15次 D．完成120个冲程，做功30次
B
C
3.关于热机的效率，下列说法中正确的是( )
A.热机做的有用功越多，效率一定越高
B.热机消耗的燃料越少，效率一定越高
C.热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高
D.热机做功越快，效率一定越高
4.下列过程中物理量发生改变的是（　　）
A．一杯牛奶喝掉一半后的密度 B．一根导线剪掉一半后的电阻
C．一桶汽油燃烧掉一半后的热值 D．一瓶水喝掉一半后的比热容
C
B
链接中考
5.下列过程中物理量发生改变的是（　　）
A．一杯牛奶喝掉一半后的密度 B．一根导线剪掉一半后的电阻
C．一桶汽油燃烧掉一半后的热值 D．一瓶水喝掉一半后的比热容
6.某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9km，用时5min45s，消耗燃油1.5kg，已知汽车的牵引力是2000N，燃油的热值为4.6×107J/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20km/h ②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是6.9×107J
③汽车牵引力做功的功率是30kW 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
B
D
链接中考
7.小明阅读了某汽车发动机的说明书后，制作了内燃机的能量流向图，汽油热值为4.6×107J/kg。
（1）发动机在做功冲程把 _____能转化为 ______能；
（2）为了确保发动机正常工作，可用水对其冷却，因为 ______；
（3）完全燃烧0.5kg的汽油释放 ______J的能量；
（4）该内燃机的效率为 ______。
内
机械
利用了水的比热容较大的特性，相同质量的水与其它物质相比，升高相同的温度，水吸收的热量更多。
2.3×107
30%
（3）Q放＝mq＝0.5kg×4.6×107J/kg＝2.3×107J
（4） η＝100%﹣（33%+30%+7%）＝30%
链接中考

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