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专题04 内能及其应用
一、内能与机械能的区别和联系 项目内能机械能定义所有分子热运动的动能和分子势能的总和物体动能和势能的总和决定大小的因素物体的温度、质量、体积、状态、物质的种类等物体的速度、质量、所处的高度、弹性形变程度研究对象物体内部的分子整个物体联系单位均是焦耳，可以相互转化
二、影响内能大小的因素 影响因素解释温度温度越高，物体内部分子的无规则运动越剧烈，分子动能越大。另外由于热胀冷缩，温度升高，物体体积变大，分子间势能也变大，所以物体的温度越高，内能越大质量质量反映了物体内分子数目的多少。在其他条件相同时，质量越大，物体内分子个数越多，分子动能和分子势能总和就越大，即内能越大体积体积体现了分子间平均距离的大小。分子间距离的大小变化引起分子间作用力大小的变化，从而影响分子势能的大小，也就影响了内能大小种类不同物质的分子大小、结构都不同，在温度、质量相同时，尽管它们的分子平均动能相同，但分子间作用力不同，分子势能不同，物体内分子个数也不同，所以内能不同状态物体的物态不同，分子间距不同，相互作用力也不同，分子势能就不同。因此物体的物态影响内能的大小。比如50 g、0 ℃的水的内能比50 g、0 ℃的冰的内能大。同种物质质量、温度都相同时，处于气态时内能最大，液态时次之，固态时最小
三、温度、热量、内能三者之间的区别于联系 温度热量内能区别概念宏观上，表示物体的冷热程度； 微观上，反映物体中分子热运动的剧烈程度在热传递过程中传递能量的多少构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和表述用“降低”、“升高”，“降低到”、“升高到”表述用“放出”或“吸收”表述用“有”、“具有”、“改变”、“增加”、“减少”的那个表述单位摄氏度（℃）焦耳（J）焦耳（J）联系（1）温度反映了内能的大小，热量反映了内能变化了多少； （2）物吸收热量，内能会增加，温度不一定升高，如晶体熔化；物放出热量，内能会减少，但物体温度不一定降低，如晶体凝固归纳总结一个一定物体温度升高或降低时，其内能一定增加或减少四个不一定（1）一个物体的内能增加或降低时，其温度不一定升高或降低，如晶体熔化或凝固过程； （2）一个物体的内能增加或降低时，不一定是吸收或放出了热量，也可能是外界对物体做功或物体对外界做功； （3）一个物体吸收或放出热量时，内能增加或减少，其温度不一定升高或降低，如晶体熔化或凝固过程； （4）一个物体温度升高或降低时，不一定是吸收或放出了热量，也可能是因为做功，如摩擦生热或物体对外界做功
四、热机效率与功率的区别 热机效率热机功率定义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单位时间内做的功物理意义反映热机对能量的利用反映热机做功的快慢定义式
1．改变物体内能的方式 2．温度、热量、内能的关系 （1）温度：表示物体的冷热程度。温度升高，内能增加，但不一定吸热（如钻木取火、摩擦生热）。 （2）热量：是一个过程量。吸收热量，不一定升温（如晶体熔化、水沸腾），内能不一定增加（如吸收的热量全部用来对外做功，内能可能不变）。 （3）内能：是一个状态量。内能增加，不一定升温，不一定吸热（通过做功使内能增加）。 3．内燃机的四个冲程 4．辨识冲程类型的方法 5．提高热机效率的主要途径 （1）改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧（将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更充分燃烧）； （2）减少各种热量损失（I. 加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；II. 使用较好的保温材料，减少热损失）； （3）在热机设计和制造上，采用先进的技术； （4）保障良好的润滑，减少机械摩擦。
模型1 内能与机械能的区别
关于内能，下列说法中正确的是　　
A．的物体没有内能
B．具有机械能的物体不一定具有内能
C．物体内能的大小与温度无关
D．物体具有内能也可以同时具有机械能
　【答案】D
【解答】解：物体内所有分子无规则运动具有的动能和分子势能之和叫内能，的物体也具有内能，故错误；．任何物体都有内能，具有机械能的物体一定具有内能，故错误；．物体的内能与温度、质量和状态都有关，故错误；．任何物体都具有内能，当物体运动时，既具有内能，又具有机械能，故正确。故选：。
名师点拨：本题考查了内能的概念、影响因素、与机械能的区别，注意：一切物体都具有内能，但物体的机械能有时候为
【变式练1】关于内能，下列说法中正确的是　　
A．物体由静止到运动，物体的内能增加
B．的冰和的水内能相等
C．物体可以没有机械能，但一定有内能
D．高温物体一定比低温物体的内能大
　【答案】C
【解答】解：、物体由静止到运动，机械能发生了变化，内能的大小与机械能无关，故内能可能不变，故错误；、内能的大小与温度、质量、状态有关，的冰的内能比的水内能小，故错误；、一切物体都具有内能，故正确；、内能的大小与物质的种类、温度、质量、状态有关，温度高的物体的内能不一定大，故错误。
【变式练2】（2023 郴州）下列关于物体的温度和内能说法正确的是（　　）
A．温度越高的物体，内能越大
B．摩擦生热是通过做功的方式改变物体的内能
C．物体运动的速度越快，内能越大
D．﹣20℃的冰块没有内能
【答案】B
【分析】（1）任何物体都有内能。物体的内能与温度、体积等因素有关；
（2）改变物体内能的两种方式：做功和热传递，改变物体内能的两种方法是等效的；
（3）内能的大小与物体的运动状态无关；
（4）一切物体都具有内能。
【解答】解：A．温度是分子无规则热运动激烈程度的反映，温度升高，分子热运动加剧，分子的平均动能增大，但物体的内能不一定越大，故A错误；B．改变物体内能的两种方式：做功和热传递，摩擦生热是通过做功的方式改变物体的内能，故B正确；C．内能与分子的热运动情况有关，还与质量、温度有关，与机械运动情况无关，故C错误；D．一切物体都具有内能，﹣20℃的冰块也具有内能，故D错误。故选：B。
【点评】本题主要考查学生对影响内能因素的掌握，改变内能的两种方式的认识，是热学的难点，是中考的热点。
【变式练3】下列关于物体内能的说法正确的是　　
A．内能就是机械能
B．的物体没有内能
C．物体内能大小与其温度有关
D．物体内能大小与其运动速度有关
【答案】C
【解答】解：、内能与机械能无关，故错误；、一切物体，不论温度高低，都具有内能，的物体也有内能，故错误；、物体内能大小与其温度有关，故正确；、内能是构成物体分子的热运动，与机械运动速度无关，故错误；故选C。
模型2 温度、内能和热量的关系
（2022 黑龙江）下列关于内能知识的描述正确的是（　　）
A．物体温度越高内能越大，所以0℃的冰没有内能
B．温度越高的物体含有的热量越多，所以0℃的冰没有热量
C．摩擦生热是通过做功的方式改变了物体的内能
D．物体吸收热量，内能增加，温度一定升高
【答案】C
【分析】（1）物体的内能与质量、温度和状态有关；一切物体在任何情况下都有内能；
（2）热量是一个过程量，不能说物体含有多少热量；
（3）做功和热传递都可以改变物体的内能；
（4）内能的大小与质量、温度、状态等因素有关。
【解答】解：A、因为物体的分子永不停息地做无规则的运动，所以任何物体都有内能，0℃的冰仍具有内能，故A错误；
B、热量是一个过程量，不能说物体含有多少热量，故B错误；
C、摩擦生热是通过做功的方法改变物体的内能，将机械能转化为内能，故C正确；
D、物体吸收热量，内能增大，但温度不一定升高，比如：晶体在熔化过程中吸收热量，而温度保持不变，故D错误。
故选：C。
名师点拨：本题围绕热学中的一些基本概念的理解进行了考查，包括温度、热量、内能等，综合性强，应熟练掌握、深入理解。
【变式练1】（2022 威海）小明从冰箱里取出一盒牛奶，放入70℃左右的热水中加热。下列说法正确的是（　　）
A．热水冒出的“白气”，是水汽化形成的
B．热水将温度传递给牛奶，使牛奶的温度升高
C．随着牛奶温度升高，牛奶的内能保持不变
D．加热后牛奶香气四溢，是因为牛奶分子的无规则运动更剧烈
【答案】D
【分析】（1）液化是指物质由气态转变为液态。
（2）热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分的现象，叫做热传递：热传递过程中，传递的是热量。
（3）同一物体，温度升高，分子运动加剧，内能增加。
【解答】A、热水冒出的“白气”，是热的水蒸气遇到冷的空气液化成的小水珠，故A错误。
B、热水将热量传递给牛奶，使牛奶的温度升高。故B错误。
C、随着牛奶温度升高，牛奶分子运动加剧，内能增加，故C错误。
D、加热后，牛奶分子运动加剧，所以牛奶香气四溢，故D正确。
【变式练2】（2023 黑龙江）以下关于同一物体的内能、热量、温度说法正确的是（　　）
A．物体内能增大，温度一定升高
B．物体温度升高，一定吸收了热量
C．物体温度升高，内能一定增大
D．物体内能增大，一定吸收了热量
【答案】C
【分析】（1）晶体熔化过程中，吸热内能增加，但温度不变；
（2）内能的大小与物体的质量、温度、状态等因素有关；
（3）物体对外做功，物体的内能会减小；
（4）做功和热传递都可以改变物体的内能。
【解答】解：A．物体内能增大，温度不一定升高，比如晶体熔化过程中，吸热内能增加，但温度不变，故A错误； B．物体温度升高，内能增大，可能是吸收了热量，也可能是由于外界物体对它做了功，故B错误；C．同一物体，质量不变，物体温度升高，内能一定增大，故C正确； D．物体内能增大，可能是吸收了热量，也可能是由于外界物体对它做了功，故D错误。故选：C。
【点评】要特别注意：物体温度升高、内能一定增加，但是物体内能增加、温度不一定升高；物体吸热、温度不一定升高，物体温度升高、不一定吸热。
【变式练3】（2023 营口）关于温度、内能、热量，下列说法正确的是（　　）
A．温度高的物体含有的热量多
B．物体吸收热量，温度一定升高
C．气体膨胀对外做功，自身内能会减少
D．热传递过程中，温度从高温物体传递给低温物体
【答案】C
【分析】（1）在热传递过程中传递内能的多少叫热量，热量是个过程量；
（2）晶体熔化过程中，吸收热量，温度不变；
（3）做功改变物体内能，对物体做功，物体内能会增加，物体对外做功，物体内能会减小；
（4）热量是热传递过程中传递内能的多少，是从高温物体传向低温物体或从高温部分传向低温部分。
【解答】解：A、热量是一个过程量，不能说含有，故A错误；B、物体吸收了热量，温度可以不变，比如晶体熔化时，不断吸收热量，但温度不变，故B错误；C、气体膨胀对外做功后，自身的内能减小温度降低，故C正确；D、热传递过程中热量是从温度高的物体传递到温度低的物体物体，传递的不是温度，故D错误。故选：C。
【点评】此题主要考查了热量、温度、内能的关系，首先要掌握其区别和联系，针对概念一定要注意把握条件，结合实际加以分析。
模型3 影响物体内能大小的因素
（2022 武汉）如图所示，炽热的岩浆从覆盖着皑皑白雪的火山上喷涌而出。下列说法正确的是（　　）
A．白雪温度低，内能小
B．岩浆温度高，内能大
C．白雪温度低，分子热运动停止
D．岩浆温度高，分子热运动剧烈
【答案】D
【分析】分子有质量，分子在不停地做着无规则运动，所以分子具有动能；分子间存在着相互作用力，所以分子之间还具有势能。在物理学中，把物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能；一切物质的分子都在不停地做无规则的运动．分子做无规则运动的快慢与温度有关，温度越高，热运动越剧烈，不管温度高低，分子都在无规则运动，只是运动的快慢不同．扩散运动是分子热运动的宏观体现。
【解答】解：AB、内能是物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和，与物体质量、温度、状态等有关，温度高的内能不一定大；温度低的内能不一定小，故AB错误。CD、温度是分子平均动能的标志，物体的温度越高，分子热运动越剧烈，分子平均动能越大；分子热运动永不停息，白雪温度低，但分子热运动没有停止，故C错误；岩浆温度高，分子热运动剧烈，故D正确。故选D。
名师点拨：本题关键是知道内能、热量、和温度的关系，明确内能与物体的质量、温度和体积有关，是基础题目。
【变式练1】关于物体的内能，下列说法正确的是（　　）
A．在相同物态下，同一物体温度降低，它的内能会减少
B．物体内能增加，一定要从外界吸收热量
C．温度为0℃的物体没有内能
D．温度相等的1kg水和100g水内能相同
【答案】A
【分析】任何物体在任何温度下都具有内能，同一物体的内能与温度有关，做功和热传递都能改变内能；结合这些知识可解答此题．
【解答】解：A、物体的内能与温度有关，温度越高内能越大；同一物体温度降低时，内能将减小；故A正确；B、改变内能的方法有两种，做功和热传递；物体内能增加，可能是从外界吸收热量，也可能外界对它做功；故B错误；C、物体的内能是由于物体内部大量分子无规则运动而产生的能量，物体在任何温度下都有内能；故C错误；D、水的内能不仅与温度有关，还和水的质量有关；故温度相等的1kg水和100g水的内能不同；故D错误。
【点评】此题考查了物体内能方面的知识，包括内能的概念、改变内能的方法（做功、热传递）等；温度影响物体的内能，运用所学的内能方面知识可解决此题．
【变式练2】如图所示三杯水的内能大小，下列判断正确的是　　
A．杯中的水内能最大 B．杯中的水内能最大
C．杯中的水内能最大 D．三杯水的内能一样大
　【答案】C
【解答】解：对于同种物质，质量越大，温度越高，内能就越大，所以丙杯内的水内能最大。故错误，正确。
【变式练3】（2022秋 汝阳县期末）关于物体的内能，下列说法正确的是　　
A．温度在以上的物体才具有内能
B．一杯水温度升高，内能增大
C．内能是物体的动能和势能的总和
D．温度相同的两杯水内能相同
【答案】B
【分析】（1）构成物体的所有分子，其热运动的动能和分子势能的总和叫做内能。任何物体都具有内能。
（2）物体的内能与温度有关，同一物体的温度越高，内能越大。
（3）影响物体内能的因素：温度、质量、物质的状态等。
【解答】解：、任何物体都具有内能，故错误；、一杯水温度升高，内能增大，故正确；、构成物体的所有分子，其热运动的动能和分子势能的总和叫做内能，故错误；、温度相同的两杯水，内能不一定相同，还要考虑水的质量大小，故错误。故选：。
模型4 改变物体内能的方式
（2023 怀化）古代人们常用钻木取火，下列情况改变内能方式与其不同的是（　　）
A．甲图：冬天搓手取暖
B．乙图：小朋友溜滑梯臀部发热
C．丙图：热鸡蛋放在冷水中冷却
D．丁图：压缩空气使其内能增大
【答案】C
【分析】改变物体内能有两种方式：做功和热传递；做功实质是能量的转化；热传递是能量的转移。
【解答】解：钻木取火时，克服摩擦做功，机械能转化为内能，属于通过做功改变物体的内能；A、冬天搓手时，克服摩擦做功，机械能转化为内能，属于通过做功改变物体的内能，故A不符合题意；B、小朋友溜滑梯臀部发热，这是通过做功的方式来改变内能，故B不符合题意；C、热鸡蛋放在冷水中冷却，是冷水从热鸡蛋吸收热量，使热鸡蛋内能减小，是通过热传递改变内能的，故C符合题意；D、将活塞迅速下压，活塞对筒内空气做功，使其内能增大，温度升高，达到硝化棉的燃点，是通过做功改变内能的，故D不符合题意。
名师点拨：做功和热传递是改变物体内能的两种方法，是等效的，但有着本质的区别：做功是能量转化的过程，是其他形式能和内能的转化；热传递是能量的转移过程，是内能从一个物体转移到另一个物体上。
【变式练1】下列现象中，物体的内能没有发生明显变化的是　　
A．给电暖气通电 B．把货物吊起
C．将开水晾凉 D．对指甲打磨
【答案】B
【解答】解：、给电暖气通电，即发生了热传递，属于热传递改变物体内能，故错误；、把货物吊起，物体的内能没有发生明显变化，故正确；、将开水晾凉，即发生了热传递，是属于热传递改变物体内能，故错误；、对指甲打磨，是通过做功改变物体的内能，故错误。故选：。
【点评】此题查学生对基本概念和基本规律的识记能力，做对题的前提是熟记这些知识点，并灵活运用。
【变式练2】（2022 盐城）2022年4月16日，神舟十三号载人返回舱成功着陆，返回舱与大气摩擦温度升高，内能增加。下列事例中物体内能改变方式与它相同的是（　　）
A．汤勺放在热汤中温度升高 B．烧水时水温升高
C．压缩空气温度升高 D．取暖器旁的物体温度升高
【答案】C
【分析】做功和热传递都可以改变物体的内能，做功是能量的转化，热传递是能量的转移；对物体做功，物体的内能会增加，物体对外做功，其内能会减小。
【解答】解：神舟十三号载人返回舱与大气摩擦温度升高，内能增加，是通过克服摩擦做功来改变内能的。
A、汤勺放在热汤中温度升高，是通过热传递来改变物体内能的，故A不合题意；
B、烧水时水温升高，是通过热传递来改变物体内能的，故B不合题意；
C、压缩空气温度升高，是活塞对空气做功，使空气的内能增大、温度升高，故C符合题意；
D、取暖器旁的物体温度升高，是通过热传递来改变物体内能的，故D不合题意。
故选：C。
【点评】本题通过生活中的实例，考查了做功和热传递改变物体内能的分析，属热学基础题。
【变式练3】在进行如图所示的情境中，改变物体内能方式与其他不同的是　　
A．利用燃气加热水，改变水的内能
B．凭借双手弯折铁丝，改变铁丝的内能
C．通过与大气的摩擦，改变陨石的内能
D．火柴头在火柴盒边摩擦，改变火柴头的内能
【答案】A
【解答】解：、利用燃气加热水，水从火焰吸收热量，通过热传递改变了物体的内能；、反复弯折铁丝，弯折处发烫，是通过做功改变了物体的内能；、陨石进入大气层后与大气摩擦，陨石克服摩擦做功，机械能转化成内能，属于做功改变内能；、火柴头在火柴盒上划过，火柴被擦燃，火柴头克服摩擦做功，使火柴头内能增加、温度升高，是通过做功把机械能转化为内能，属于做功改变物体的内能；综上所述，是通过做功改变了物体的内能，只有是通过热传递改变了物体的内能。故选：。
【点评】此题是考查对做功和热传递改变物体内能的辨别，是中考热点，属于易错题目。
模型5 热机的认识
（2023 岳阳）小明利用图示装置进行实验，加热试管使水沸腾是通过 　　（选填“热传递”或“做功”）的方式改变水的内能，在水蒸气驱动下叶轮转动起来，这个实验体现了 　 　（选填“热机”或“电动机”）的原理。
【答案】热传递；热机
【分析】改变物体内能的方法：做功和热传递；热机是利用内能做功的机械。
【解答】解：加热试管使水沸腾，水吸收热量，是通过热传递的方式改变水的内能；在水蒸气驱动下叶轮转动起来，这个过程中，内能转化为机械能，这个实验体现了热机的原理。
名师点拨：本题考查了内能的改变方法、热机的工作原理，属于基础题。
【变式练1】（2023 牡丹江）以下机械属于内燃机的是（　　）
A．火箭喷气发动机 B．汽油机
C．滑轮组 D．洗衣机
【答案】B
【分析】内燃机，是一种动力机械，它是通过使燃料在气缸内燃烧，并将其放出的内能直接转化为机械能的发动机。
【解答】解：A、火箭喷气发动机属于热机，但与内燃机并不完全相同，它是以热气流高速向后喷出，利用产生的反作用力向前运动的喷气推进装置。它自身携带燃烧剂与氧化剂，不依赖空气中的氧助燃，火箭在飞行过程中随着火箭推进剂的消耗，其质量不断减小，是变质量飞行体，因此，严格讲不属于内燃机，故A不合题意；B、汽油机工作时，燃料在气缸内燃烧，通过燃气对外做功，将内能转化为机械能，属于内燃机，故B符合题意；C、滑轮组属于简单机械，不是内燃机，故C不合题意；D、洗衣机利用的是电动机来工作，不是内燃机，故D不合题意。故选：B。
【变式练2】（2023 辽宁）如图是喷气式飞机，它利用燃料燃烧后产生的高温、高压气体提供动力。下列有关该飞机说法正确的是（　　）
A．发动机属于热机
B．在升空的过程中，飞机周围的大气压逐渐变大
C．加速升空时，飞机所受的力为平衡力
D．飞机水平飞行时，机翼上方的气体流速大，压强大
【答案】A
【分析】（1）喷气式发动机属于热机的一种；
（2）大气压随高度的增加而减小；
（3）物体受平衡力时，所受合力为零，将保持静止状态或匀速直线运动状态。
（4）流体在流速大的地方压强小。
【解答】解：A.喷气式发动机属于热机的一种，故A正确；B.大气压随高度的增加而减小，故B错误；C.物体受平衡力时，所受合力为零，将保持静止状态或匀速直线运动状态，飞机加速说明其受到的合力不为零，所受的力不是平衡力，故C错误。D.流体在流速大的地方压强小，故D错误。故选：A。
【点评】本题考查了热机的类别、流体压强与流速的关系、大气压强与高度的关系等知识点，难度不大。
【变式练3】（2023 新疆）人类最早发明的热机是（　　）
A．蒸汽机 B．内燃机 C．喷气发动机 D．火箭发动机
【答案】A
【分析】热机是利用内能对外做功的机械，据此分析。
【解答】解：热机是指各种利用内能做功的机械，17世纪人类发明了热机，最早的热机是蒸汽机；内燃机、喷气发动机、火箭发动机都是19世纪后期发明出来的，故A正确。
模型6 四冲程内燃机的工作过程
（2023 营口）下列四幅图中，属于做功冲程的是（　　）
A． B． C． D．
【答案】C
【分析】在内燃机的四个冲程中，进气门和排气门均关闭的只有压缩冲程和做功冲程，而在压缩冲程中活塞向上运动，做功冲程中活塞向下运动；一个气门打开，另一个气门关闭的是吸气冲程和排气冲程，而在吸气冲程中活塞向下运动，排气冲程中活塞向上运动。
【解答】解：A、两气门都关闭，活塞向上运动，气缸容积减小，是压缩冲程，故A不符合题意；B、进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，气缸容积增大，是吸气冲程，故B不符合题意；C、两气门都关闭，火花塞喷出电火花，活塞向下运动，气缸容积增大，是做功冲程，故C符合题意；D、排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，故D不符合题意。故选：C。
名师点拨：此题考查了对内燃机四个冲程的判断，要结合气门和活塞运动情况进行判断。
【变式练1】（2022 金昌）如图所示，用酒精灯加热试管中的水，当水沸腾一段时间以后，塞子被试管内水蒸气推出。这是通过 　 　的方式将水蒸气的内能转化为塞子的机械能（选填“做功”或“热传递”）。图　 　（选填“甲”或“乙”）中汽油机的工作过程与这一实验过程中原理是一致的。
【答案】做功；乙
【分析】（1）做功可以改变物体的内能：当对物体做功时，机械能转化为内能，当物体对外做功时，内能转化为机械能；
（2）四冲程汽油机一个工作循环有四个冲程，分别是吸气、做功、压缩和排气，做功冲程对外做功，将内能转化为机械能；压缩冲程有能量转化，将机械能转化为内能。
【解答】解：用酒精灯加热试管中的水，当水沸腾一段时间后，塞子被试管内水蒸气推出，水蒸气对塞子做功，将水蒸气的内能转化为塞子的机械能；
图甲中进气门关闭、排气门打开，活塞由下向上运动，是排气冲程，没有能量的转化；
图乙中进气门、排气门关闭，火花塞点火，活塞由上向下运动，是做功冲程，此冲程将内能转化为机械能。
【点评】此题主要考查的是学生对内能的改变、汽油机四个冲程能量转化的了解和掌握，属于基础性题目。
【变式练2】（2023 大连）四冲程汽油机在工作过程中，将燃气的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
【分析】在内燃机的做功冲程中能量转化是内能转化为机械能，压缩冲程中能量转化是机械能转化为内能。
【解答】解：四冲程汽油机在做功冲程中，高温高压燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，故C正确。故选：C。
【点评】解决此题要结合内燃机的四个冲程工作特点进行分析解答，基础性题目。
【变式练3】（2023 古浪县校级模拟）在如图所示的内燃机工作的一个循环中，其四个冲程的顺序应当是（　　）
A．乙、甲、丁、丙 B．甲、乙、丙、丁
C．乙、丁、甲、丙 D．甲、乙、丁、丙
【答案】A
【分析】本题应抓住汽油机的一个工作循环由如图所示的四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程；根据曲轴的转动方向判断活塞的运行方向，再根据气门的关闭情况就可以确定是哪一个冲程。
【解答】解：甲图中的气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程；
乙图中的进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程；
丙图中的排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程；
丁图中的气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程；
故正确的顺序是乙、甲、丁、丙。故选：A。
模型7 热机飞轮转速与对外做功次数的关系
（2023 鞍山）如图所示的汽油机处于 　 　（选填“压缩”或“做功”）冲程，这个冲程将 　 　能转化为 　 　能。某单缸四冲程汽油机的飞轮转动速度是2400r/min，则此汽油机每秒对外做功 　 　次。
【答案】压缩；机械；内；20。
【分析】汽油机一个工作循环有四个冲程，分别是吸气、做功、压缩和排气，各冲程的特点不同，因此根据气门的状态和活塞的运行方向确定冲程；有做功冲程对外做功，将内能转化为机械能；压缩冲程有能量转化，将机械能转化为内能；
汽油机完成一个工作循环，经过四个冲程，燃气对外做功一次，活塞往复两次，飞轮转动两周，完成4个冲程。
【解答】解：由图可知，内燃机两气门都关闭，活塞向上运动，故可以判断这个冲程是压缩冲程，此冲程是通过压缩气体做功将机械能转化为内能。
汽油机的转速为2400r/min，说明1s内汽油机曲轴的转动次数等于40r，一个工作循环中，曲轴转动两周，对外做功一次，1s内曲轴转动40次，对外做功20次。
名师点拨：本题考查了热机冲程的识别、一个工作循环中飞轮圈数与冲程的对应关系的相关计算，属于易错题。
【变式练1】（2023 莱阳市模拟）如图甲所示，小明在吹气球时，被吹大了的气球没能用手握住，呼啸着飞了出去，若他及时捡拾起气球，将会感觉到它喷气的嘴部温度和原来相比　 　（选填“变高”、“变低”或“没有变化”），此过程发生的能量转化与图乙中的　 　（选填“A”或“B”）图中的能量转化是一致的。若一台四冲程柴油机，飞轮转速为3000r/min，若气缸在做功冲程中，每次做功400J，每秒钟对外做功　 　J。
【答案】变低；A；10000。
【分析】（1）对物体做功时，物体的内能会增大，物体对外做功时，其内能会减小；内燃机在压缩冲程中，将机械能转化为内能；在做功冲程中，将内能转化为机械能；
（2）内燃机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周，且知道每次做功的多少，进而算出每秒钟对外做的功。
【解答】解：
（1）气球内的气体向外喷出时，气体对外做功，将内能转化为机械能，所以球内气体的内能减小、温度降低，则它喷气的嘴部温度和原来相比变低了；
如图A，进气门和排气门都关闭，活塞向下运行，高温高压的燃气推动活塞做功，因此是做功冲程，也是将内能转化为机械能，即图甲中发生的能量转化与图乙的A图中的能量转化相同；
（2）四冲程柴油机飞轮的转速是3000r/min＝50r/s，表示每秒钟飞轮转动50圈，因为飞轮每转动2圈，对外做功1次，则该柴油机每秒钟对外做功25次，已知每次做功400J，则每秒钟对外做的功：W＝25×400J＝10000J。
【变式练2】（2022 张家界）如图是汽油机工作过程中的　 　冲程。一单缸四冲程汽油机的飞轮转速是3600r/min，则该汽油机每秒内对外做功　 次。
【答案】做功；30
【分析】根据气门的闭合情况、活塞的运动方向判定是哪个冲程；在四冲程内燃机曲轴转一圈，完成2个冲程，1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次。
【解答】解：图中进气门和排气门关闭，活塞向下运动，火花塞产生电火花，故此冲程为汽油机的做功冲程；汽油机的一个工作循环中，经历四个冲程，飞轮转动两周，对外做功一次，因为该汽油机飞轮的转速是3600r/min＝60r/s，所以飞轮每秒转动60周，则汽油机每秒钟对外做功30次。
【变式练3】（2023 常州）压缩空气动力车。
（1）小明将充满气的气球捆绑在小车上，制成压缩空气动力小车，当气球向右喷气时，静止的小车向左运动起来，如图甲所示，该现象说明力的作用是 　 　；还说明力可以改变物体的 　　。
（2）为制造压缩空气动力汽车，工程师将装有压缩空气的钢瓶与空气动力发动机连接，该发动机的一个工作循环分为进气冲程和排气冲程，如图乙所示。发动机对外做功的是 　　（进气排气）冲程，此过程中钢瓶内压缩空气的温度 　　。若该发动机的转速为，则内发动机对外做功 　　次。汽车行驶一段路程后，钢瓶内压缩空气的密度 　　。
【答案】（1）相互的；运动状态；（2）进气；降低；20；减小。
【分析】（1）力是物体对物体的作用，物体间力的作用是相互的；力的作用效果是不但可以改变物体的运动状态，还可以改变物体的形状；
（2）进气冲程中压缩空气进入气缸，压缩空气对活塞做功，将内能转化为机械能，据此判断出内能的变化和温度的变化；该发动机的一个工作循环分为进气冲程和排气冲程，即一个工作循环有两个冲程，做一次功，飞轮转一周；汽车行驶一段路程后，压缩空气的质量减小，体积不变，由判断出钢瓶内压缩空气密度的变化。
【解答】解：（1）当气球向右喷气时，对给周围的空气有一个向右的力，由于物体间力的作用是相互的，空气也给气球有一个向左的力，所以静止的小车向左运动起来，该现象说明力的作用是相互的，还说明力可以改变物体的运动状态；
（2）如图乙所示，进气冲程中压缩空气进入气缸，压缩空气对活塞做功，将内能转化为机械能，钢瓶内压缩空气的内能减少，温度降低；
该发动机的一个工作循环分为进气冲程和排气冲程，若该发动机的转速为，则内发动机有20个工作循环，对外做功20次；
汽车行驶一段路程后，压缩空气的质量减小，体积不变，由知钢瓶内压缩空气的密度减小。
模型8 热机效率及能量守恒
（2022 长春）内燃机的能量流向图如图所示。内燃机的效率为（　　）
A．7% B．28% C．31% D．34%
【答案】D
【分析】用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。
【解答】解：由内燃机的能量流向图知，用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出能量的34%，即内燃机的效率为34%。故选：D。
名师点拨：此题考查了学生对热机效率认识和理解，属于一道基础性题目。
【变式练1】（2023 河南模拟）如图为甲、乙两汽油机的圆形比例图，白色部分表示“损耗的能量”，黑色部分表示“有用机械能”。分析数据可知，甲汽油机　　
A．热机效率较高 B．热机效率较低
C．产生的有用机械能较少 D．产生的有用机械能较多
【答案】
【分析】根据甲、乙两汽油机的圆形比例图进行分析解答。
【解答】解：、由甲、乙两汽油机的圆形比例图可知，甲汽油机有用机械能为，乙汽油机有用机械能为，所以甲汽油机热机效率较低，故错误，正确；、甲产生的有用机械能，乙产生的有用机械能，故错误，错误。
【变式练2】（2023 湘潭）（多选）如图所示，指尖陀螺中间是轴承，内有滚珠，边上有三个金属制作的飞叶，拨动后，飞叶可以绕轴在指尖上长时间转动。下列分析正确的是（　　）
A．指尖陀螺的重心在飞叶上
B．飞叶转动时遵循能量守恒定律
C．轴承内的滚珠，有利于减小摩擦
D．指尖陀螺受到的重力和支持力是一对相互作用力
【答案】BC
【分析】（1）根据二力平衡条件确定指尖陀螺的重心位置；
（2）能量守恒定律：是各种能量形式互相转换是有方向和条件限制的，能量互相转换时其量值不变，表明能量是不能被创造或消灭的。能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能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，在转化或转移的过程中，能量的总量不变；
（3）变滑动为滚动可以减小摩擦力；
（4）相互作用力的特点：大小相等、方向相反、作用在两个物体上，作用在同一条直线上。
【解答】解：A、指尖陀螺在竖直方向上处于平衡状态，受到的重力和支持力是一对平衡力，这两个力在同一直线上，因此指尖陀螺的重心一定也在这条直线上，故A错误；B、任何的能量转化和转移都遵循能量守恒定律，因此，飞叶转动时遵循能量守恒定律，故B正确；C、轴承内的滚珠，是变滑动为滚动，有利于减小摩擦，故C正确；D、指尖陀螺受到的重力和支持力是作用在同一物体上的两个力，不是是一对相互作用力，故D错误。故选：BC。
【点评】本题围绕指尖陀螺考查了能量守恒定律、重心位置的确定、减小摩擦的方法、平衡力与相互作用力的辨别等知识的理解与应用，综合性强，但难度不大。
【变式练3】（2023 随州）汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图甲、乙分别是某汽油机的某冲程及能量流向图。下列有关说法正确的是（　　）
A．甲图是压缩冲程，活塞对气缸内的气体做功，气体的温度升高
B．由乙图可知该汽油机的效率是30%
C．汽车尾气中的“汽油味”越浓燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值
D．为节能冬天汽车都会利用尾气中的余热给车内供暖，该举措大大提高了燃料的热值
【答案】A
【分析】（1）内燃机的压缩冲程将机械能转化为内能；
（2）热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，结合图中数据分析；
（3）热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关。
【解答】解：A、根据图甲可知，两个气门关闭、活塞上行，为压缩冲程，活塞对气缸内的气体做功，机械能转化为内能，气体的温度升高，故A正确；
B、热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，由图可知，输出有用功所占比例为：100%﹣36%﹣30%﹣6%＝28%，即该汽油机的效率为28%，故B错误；
CD、热值是燃料本身的一种特性，只与燃料本身决定，和燃料的质量、放出热量的多少、燃烧是否充分、温度高低无关，故CD错误。故选：A。
【点评】本题考查了内燃机的工作过程、内燃机的效率、热值的大小，属于基础题。

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