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2025中考九年级物理专题复习内能的利用学案及典型习题
一、知识清单+方法清单
模块一 热机
一、热机
1. 实验探究—热机工作原理
【进行实验】如图所示，在试管中装一些水，用橡皮塞塞住试管口，固定在铁架台上，用酒精灯给试管加热，水沸腾后，水蒸气会把橡皮塞冲出去，试管口观察到大量“白雾”出现。
【实验分析】酒精燃烧释放出热量（化学能转化为内能），通过热传递将一部分内能转移给水，水的内能增加，温度升高，产生大量水蒸气。水蒸气越来越多，对橡皮塞的压力越来越大，最后将橡皮塞冲出，这时水蒸气对橡皮塞做功。同时，水蒸气内能减小，温度降低，水蒸气液化成小水滴，在试管口可以观察到“白雾”。
该实验装置就是一个简单的热机模型。其能量转化过程是：燃料燃烧，化学能转化为内能，一部分内能通过热传递方式传递给工作物质—水，水内能增大，温度升高，产生大量水蒸气，水蒸气将橡皮塞冲出，水蒸气内能转化为橡皮塞机械能。
【探究结论】利用内能可以 。
2. 热机
（1）热机：利用 做功的机械叫热机。汽车、轮船和飞机等发动机都是利用燃烧燃料释放的内能做功的装置，都是热机。
（2）热机的种类：常见的有 、 、汽轮机、喷气发动机等。
（3）热机的工作原理：燃料的化学能→内能→机械能。
（4）内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为
和 两类。
二、汽油机
1. 工作原理：利用汽油在汽缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。
2. 主要结构：汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。
3. 工作过程
（1）冲程：活塞在气缸内往复运动，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个 。
汽油机的四个冲程
（2）四个冲程：汽油机的一个工作循环由四个冲程组成： 冲程、 冲程、 冲程和 冲程。完成一个工作循环，活塞往复运动 次，飞轮转动 周，对外做功 次。
（3）汽油机的工作过程
冲程 名称 进气门 排气门 活塞 运动 冲程的作用 能量转化
吸气 冲程 开 闭 向下 吸入 和空气的混合物
压缩 冲程 闭 闭 向上 压缩燃料和空气的混合物， 使其内能增大，温度___. 机械能转 化为 能.
做功 冲程 闭 闭 向下 产生电火花，点燃燃料，高温高压的燃气推动活塞做功，带动飞轮转动 内能转化 为 能.
排气 冲程 闭 开 向上 排出
4. 柴油机与汽油机的异同
柴油机的工作过程与汽油机大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。
柴油机和汽油机构造及工作过程的不同点：
（1）汽油机汽缸顶部有 ，在压缩冲程末，火花塞产生电火花，使燃料燃烧，产生高温高压的气体（俗称“ 式”）；柴油机汽缸顶部只有 ，在压缩冲程末，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来（俗称“ 式”）。
（2）汽油机吸气冲程吸入 的混合物；柴油机吸入气缸内的物质只有 。
考向01 汽油机的工作过程
【例题1】（2024·镇江·中考真题）下面是汽油机工作时的各个冲程示意图，其中做功冲程是（ ）
A B C D
方法技巧 1. 判断汽油机工作的冲程 2. 内燃机“两冲程”的能量转化 （1）将机械能转化为内能的是压缩冲程； （2）将内能转化为机械能的是做功冲程； （3）只有做功冲程对外做功，其他三个冲程均依靠飞轮惯性完成。
【训练1-1】（2024·常州·中考真题）四冲程汽油机工作时，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
【训练1-2】（2024·黑龙江鸡西·中考真题）汽油机将内能转化为机械能的是 冲程，某单缸四冲程汽油机飞轮转速是2400r/min，则此汽油机每秒对外做功 次。
考向02 汽油机、柴油机及相关计算
【例题2】如图所示是单缸四冲程汽油机某一冲程工作示意图，该冲程是 冲程。若该汽油机1s对外做功15次，则汽油机的飞轮速度为 。

方法技巧 转数与做功次数和工作循环个数的关系 做功冲程中燃气对活塞的平均压力F=pS；一个做功冲程中燃气对活塞做的功W=Fs；汽油机的功率P=W/t。
【训练2-1】热机是利用 做功的机械，如图是某台汽油机的剖面图，它表示的是 冲程，已知该汽油机飞轮的转速为2400r/min，在1min内，汽油机完成 个冲程，对外做功 次。
【训练2-2】某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞横截面积为5×10-3 m2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程中燃气的平均压强为8×105 pa，飞轮1min内转动1800r。若汽油机满负荷工作（不计摩擦），求：
（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力。
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功。
（3）汽油机的功率。
模块二 热机的效率
一、燃料的热值
1. 燃料（可燃烧的物质）
（1）燃料的种类：常见的固体燃料如木柴、煤等；液体燃料如汽油、酒精等；气体燃料如煤气、天然气等。
（2）燃料燃烧时能量的转化：燃料在燃烧过程中，燃料的 能转化为 能。
2．燃料的热值
（1）定义：把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量 ，叫做这种燃料的热值。
（2）公式：q =_______.
Q放是燃料放出的热量，单位是J；m是质量，单位是kg；q是热值，单位是J/kg。
（3）单位： ，符号J/kg。
（4）热值的物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的 。如木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示1kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J。
热值是燃料本身的一种 ，只与燃料的 有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。
（5）燃料燃烧放出热量：Q放 = ；
（6）气体燃料的热值：q=
V表示气体燃料的体积，单位是m3； Q表示放出的热量，单位是J；q表示气体燃料的热值，单位使用 （J/m3 ）。
二、热机的效率
1. 日常生活中的热效率问题
（1）问题探究
用煤气灶烧水时，煤气很难完全燃烧，煤气燃烧所放出的热量，只有一部分被水吸收，其他放出的热量一部分被盛水的容器吸收了，一部分被煤气灶头吸收了，一部分被高温的烟气带走了，还有一部分散失到空气中，被空气吸收了。因此，有效利用的热量只是燃料燃烧放出热量的一部分。
探究归纳：影响燃料有效利用的因素有：①燃料很难完全燃烧；②燃料燃烧放出的热量只有一部分被有效利用，其他部分都散失了。如图所示。
（2）热效率：有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比叫做热效率。（炉子的效率、燃气灶的效率等都应用该公式计算）
（3）提高锅炉燃料利用率的途径：让燃料尽可能充分燃烧，如将煤研磨成粉状，加大进风量等；减少热量损失，如加大有效受热面积等。
2. 热机的效率
（1）内燃机中热量燃烧的能量流向图：由图可知，从燃料燃烧到对外做功，真正能转变成有用功的那部分能量只是燃料燃烧释放能量的一部分。
（2）定义：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量 ，叫热机的效率。
（3）公式：
（4）物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。
3. 提高热机效率的主要途径
（1）使燃料充分燃烧；
（2）尽量减少各种热量损失，设法利用 的能量；大型发电机常常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。
（3）使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。
（4）在热机的设计和制造上，采用 的技术。
4. 热机效率总小于1的原因
因为热机中用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的总能量的一部分，由于各种能量的损失和燃烧条件的限制，这部分能量一定小于完全燃烧放出 ，所以有用功的能量与燃烧放出的总能量的比值必然小于1，即热机的效率一定小于1。
考向01 热值及其相关计算
【例题1】（2024·连云港·中考真题）下列关于燃料的热值说法正确的是（　　）
A．燃料燃烧越充分，其热值越大
B．燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少
C．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值将减小
D．焦炭的热值是，完全燃烧1kg焦炭能放出的热量
方法技巧 1. 明确热值的两个关键点 2. 三步快解燃料燃烧的相关计算问题
【训练1-1】在标准大气压下，使用煤气灶将2kg的水从20℃加热到100℃，水吸收的热量是
______J，若不计热量损失，此过程需要完全燃烧 kg的煤气，这是通过 的方式增加了水的内能。未使用完的煤气的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）［水的比热容，煤气的热值］
【训练1-2】小明采用如图所示的装置进行探究“质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”。
（1）为较快得出实验结论，除了要控制两套装置中燃料和水的质量相同外，还需控制水的 相同；
（2）实验后，可以通过比较 （选填“加热时间”或“水升高的温度”）来比较酒精和碎纸片放出的热量多少；
（3）从表格中数据可以发现，质量相同的酒精和碎纸片都充分燃烧后， 放出的热量多；
（4）我们把燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比称为热值，这种定义热值的方法，我们称之为比值定义法。以下物理量用比值定义并能反映物质属性的是： （填写一个序号）。
①速度 ②功率 ③比热容 ④压强
燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃
酒精 25 65
纸片 25 44
【训练1-3】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
考向02 热机效率及其计算
【例题2】（2024·辽宁·中考真题）汽油机在 冲程中将内能转化为机械能。若某汽车的汽油机在一段时间内所做的有用功为 2.3×107J，效率为25%，则该汽油机在这段时间内消耗 kg的汽油（汽油的热值取）。
方法技巧 计算热机效率的步骤 1. 首先明确热机所做的有用功W＝Pt 2. 再明确燃料燃烧所释放的能量，即总能量为：Q＝qm（或Q＝qV） 3. 最后计算热机的效率：η＝W/Q
【训练2-1】（2024·四川广元·中考真题）随着科技发展，人们已经开始将氢能作为一种新能源加以利用。已知氢燃料的热值为，水的比热容为4.2×103 J/(kg °C)。如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料30kg，这些氢燃料完全燃烧释放的热量为 J，若这些热量完全被水吸收，可使 kg水的温度从20℃升高到100℃。
【训练2-2】某研学活动小组在实践活动期间，粗略测量了一农家柴火灶的热效率。同学们在柴火灶的铁锅里倒入5kg水。盖上锅盖，完全燃烧了1kg干木柴使水温从20°C升高到820°C，水吸收的热量为 J，该柴火灶的热效率为 。[水的比热容是4.2×103 J/(kg °C)]，这种干木柴的热值是]
模块三 能量的转化与守恒
一、能量的转化和转移
1. 自然界存在着各种 的能量
（1）机械能：机械能包括动能、重力势能和弹性势能。
（2）内能：构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。一切物体都具有内能。
（3）太阳能：太阳能是一种可再生能源。
（4）化学能：各种物质都储存化学能，如燃料、动物、食物都储存有化学能。
（5）电能：电能是指使用电以各种形式做功的能力。
（4）核能：即原子能。原子核结构发生变化放出的能量。
2. 能量的转化
自然界中的各种现象都是互相联系的。在一定条件下，各种形式的能量是可以 的。例如“钻木取火”是 能转化为 能；蒸汽机火车是内能转化为机械能。
3. 能量的转移
能量可以从一个物体 到其他物体，也可以从物体的一部分转移到其他部分。
例如，在热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体或从物体的高温部分转移到低温部分，这些都属于能量的 。
二、能量守恒定律
1. 能量守恒定律：能量既不会凭空 ，也不会凭空 ，它只会从一种形式转化为其他 ，或者从一个物体转移到其他 ，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持 。
2. 对能量守恒定律的理解
（1）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的规律。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。
（2）能量守恒定律包括“能量 ”和“能量 ”两个方面。
3. 永动机
（1）不少人曾设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫做永动机。然而，从没有一种永动机成功过，因为违背了能量守恒定律。
（2）能量守恒定律使人们认识到：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。因此，根本不可能制造出永动机。
考向01 能量的转化与转移
【例题1】（2024·南通·中考真题）2024年5月，中国“嫦娥六号”任务搭载四个国际载荷成功发射升空。火箭发射时，燃料燃烧获得的能量使其加速升空，与该过程能量转化形式相同的是（　）
A．热机做功冲程 B．钻木取火过程
C．水力发电过程 D．物体上抛过程
方法技巧 三识别能量转化的两种方法 看关键字词：一般有“动”字的对应的是机械能；有“热”字的对应的是内能；有“电”字的对应的是电能。看能量的形式是否发生变化：发生变化的则为能量的转化；没有发生变化的则为能量的转移。
【训练1-1】随着我国人民生活水平的不断提高，汽车已进入寻常百姓家。汽车发动机的主要部分是汽油机，是把汽油燃烧放出的 转化为机械能的装置。汽油机工作时，克服摩擦消耗的能量、机械传热损失的能量以及废气排出带走的能量，都不能再自动地用来驱动汽车，这是由于能量转化具有 ，而我们所能利用的能源是有限的，所以需要节约能源。
【训练1-2】某路灯照明系统的太阳能电池白天将太阳能转化为电能，对蓄电池充电，晚上蓄电池对路灯供电，对下图方框中能量形式判断正确的是（　　）

A．甲是“电能” B．乙是“太阳能” C．丙是“电能” D．丁是“机械能”
【训练1-3】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
考向02 能量守恒定律
【例题2】（2023·苏州·中考真题）《天工开物》中记载有一种自动引水灌溉工具——“高转筒车”（如图）。使用时下方转轮安装在河道中，流水驱动轮子转动，系在传动绳索上的竹筒将水从河里源源不断输送到上方农田中。下列说法正确的是（　　）

A．这是一台“永动机”
B．水在输送过程中重力势能不变
C．转轮转速越快输水做功功率越大
D．上、下两个转轮可分别看作定滑轮和动滑轮
方法技巧 三点理解能量守恒定律 （1）能量不会凭空产生或消失；（2）能量只会发生“转化”或“转移”；（3）能量的总量是不会发生变化的。
【训练2-1】关于能量守恒定律，下列说法正确的是（　　）
A．能量可以凭空消失
B．能量可以凭空产生
C．能量在转化和转移过程中，能量的总量保持不变
D．热机在工作的过程中不遵循能量守恒定律
【训练2-2】如图是小球在地面弹跳的频闪照片，下列说法中正确的是（　　）

A．小球弹起的高度越来越小，说明在此过程中能量不守恒
B．根据能量守恒定律，在此过程中小球的机械能总量是保持不变的
C．在小球的运动中是通过做功的方式使内能增加
D．小球和地面之间发生撞击，所以小球的热量会增加
【训练2-3】人类文明，一脉相传。从远古的水磨，到今天的水电站，都是人类对水能的合理开发与利用。如图所示，图甲是远古的水磨，流水冲击水轮，水轮转动，去汲水、碾谷、磨面；图乙是今天的水电站，流水冲击水轮，带动发电机发电。下列说法不正确的是（　　）

A．水轮是人类把水能转化成水轮动能的装置
B．流水冲击水轮，带动发电机发电，减少的水能等于发电机产生的电能
C．右图中的拦河大坝，起到了提高水重力势能的效果
D．流水通过水轮后，其机械能减小
二、易混易错分析
【辨析】四冲程内燃机工作时，在一个工作循环中，活塞往返两次，飞轮、曲轴转动两周，经历四个冲程，对外做一次功。即飞轮、曲轴每转两周吗，燃气对外做功一次。题中内燃机的转速用“转/分”（r/min）做单位，而问题中常出现每秒做功次数，所以在解有关题目时，还要注意单位的换算。
【例题1】某汽车动力来自单缸四冲程汽油机，如图所示要完成汽油机的一个工作循环正确的顺序是____（用字母表示），其中将内能转化为机械能的冲程是图中的____（选填“A”、“B”、“C”或“D”），当它正常工作时转速为1800r/min，则每秒钟对外做功_____次。
【辨析】
物理量 比热容 热值
物理意义 反映物质吸、放热的本领，比热容大的吸放热本领强 反映燃料完全燃烧时放热本领，热值大，放热本领大
概念 一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比。 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量或体积之比。
公式 C=Q放/m△t q = （固体） q= （气体）
单位 J/（kg·℃） 固体J/kg 气体J/m3
性质 是物质的一种特性，与物质的种类和状态有关，与质量、体积、温度等无关 是燃料的一种属性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧无关
应用 水的比热容大，用于水暖供热、作冷却剂 氢的热值大，作火箭燃料
热量计算 Q吸=cm△t=cm(t-t0) Q放=cm△t= cm(t0-t) Q放＝qm Q放＝qV
【例题2】人类发展史也是利用燃料的历史，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的 （选填“热值”“热量”或“温度”）不同，完全燃烧0.28m3的天然气可放出 J的热量，这些热量若全部被水吸收，可让 kg的水温度升高20°C[已知天然气热值q=3.0×107J/m3，水的比热容c=4.2×103]/（kg·℃）]。
【辨析】 对能量转化和转移的理解 能量转化和转移是整个自然界中能量的转化和转移，不是局部的。在分析有关现象时，要整体考虑，防止得出片面的结论。如在密闭的房间里吹电风扇，人会感到凉爽，但室温并没有降低。人感到凉爽的原因是电风扇吹出来的风加快了人体表面汗液的蒸发，而蒸发吸热，所以人感到凉爽；而从总体上来看，电风扇转动的过程中消耗了电能，一部分电能转化为内能，所以室内温度不仅不下降反而会上升。
【例题3】如图，忽略空气阻力，球以某速度从M点沿粗糙轨道开始运动，到达P点时离开轨道；然后球上升至最高点N后开始下落经过Q点。O、P处在同一水平高度。
（1）球在O、P两点的速度分别为vO和vp，则vO vp（选填“>”、“=”或“<”）；
（2）最高点N与M点对比，N 比M高（选填“可能”或“不可能”），现在N点的机械能 Q点的机械能（选填“大于”、“等于”或“小于”）。
三、中考热点扫描
考点突破: 1. 内燃机四个冲程的识别方法:一看气门，二看活塞。 （1）两个气门都关：活塞向下→做功冲程；活塞向上→压缩冲程。 （2）一个气门开，一个气门关：活塞向下→吸气冲程；活塞向上→排气冲程。 2. 在热机的四个冲程中，涉及能量转化的有两个冲程。压缩冲程中将机械能转化为内能，汽缸内气体的体积减小、密度增大、内能增加、温度升高、压强增大；做功冲程中将内能转化为机械能，汽缸内气体的体积增大、密度减小、内能减少、温度降低、压强减小。 吸气 压缩 做功 排气
【例题1】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．内燃机的大量使用会造成环境污染
C．转速为1800r/min的内燃机每小时对外做功3600次
D．内燃机的做功冲程将内能转化成机械能
考点突破： 各种形式的能之间可以相互转化，同种形式的能可以发生转移。在分析能量转化或转移的过程时，要明确研究的对象和所研究的过程，注意分析物体起始状态和最终状态所具有的能量形式。在能量转化或转移的过程中，能量是守恒的。
【例题2】如图所示，是设想中的“永动机”，它通过高处的水从A口流出时，水流冲击叶片转动，叶片的转动带动B处的砂轮转动，打磨刀片，同时带动C处的抽水器工作，将低处的水抽到高处从D口流出，从而循环工作。该“永动机”工作过程中，下列说法正确的是（　　）
A．水流冲击叶片转动，把机械能转化为内能
B．砂轮打磨刀片时，刀片和砂轮的温度都升高，说明“永动机”工作时制造了能量
C．相同时间内，A、D两口流出水的质量相等
D．这款“永动机”违背了能量守恒定律
考点突破： 吸放热、热值及效率的综合计算是中考的热点，计算中涉及的主要公式如下。
知识点 公式 注意事项
物体吸放热 Q吸=cm△t=cm(t-t0) Q放=cm△t= cm(t0-t) 计算时注意区分物体的初温、 末温和温度的变化量
燃料燃烧 Q放＝qm 适用于固体或液体燃料 适用于气体燃料
Q放＝qV
热机效率 热机效率总小于1
【例题3】顺口溜“五月五、过端午、蒸粽子、吃包子、挂菖蒲、佩香囊、赛龙舟”，生动的呈现了某地端午文化习俗。蒸粽子是利用水沸腾产生的蒸气进行加热。若将2.5kg的水加热到沸腾，水温升高了80℃，[c水=4.2×103J/（kg·℃），q煤=3×107J/kg]，在此过程中，求：
（1）水吸收的热量；
（2）采用煤炉加热，煤炉加热水的效率为10%，煤燃烧放出的热量；
（3）需要完全燃烧煤的质量。
考点突破 ： 以热机为载体的计算主要包括热量和热值的计算、热机效率的计算、功和功率的计算、压强计算。涉及的公式主要有Q吸=cm△t Q放＝qm 、W=Fs、P=Fv、p=F/S等，解题时根据条件选用合适的公式。 例如汽车在水平路面上匀速直线行驶时：①牵引力与阻力平衡，大小相等；②利用公式s=vt可求出汽车行驶的距离；③利用公式W=Fs可求出牵引力做的功；④利用公式P=Fv可求出牵引力做功的功率，利用其变形公式F=P/v可求出牵引力的大小；⑤利用公式 Q放＝qm可求出燃料燃烧放出的热量；⑥利用公式可求发动机的效率。
【例题4】2022年北京冬奥会示范运营1000多辆氢燃料电池车（如图所示），该车排放物是水，不产生任何污染物，是当前世界新能源汽车重要的发展方向。假设某国产氢燃料电池车总质量为5×103kg。在某次测试中该车匀速行驶时受到的阻力是车重的0.02倍，在0.5h内行驶了28km的路程，消耗的氢能源为0.4kg（不考虑氢能源燃料消耗对车质量的影响）。求该测试过程中氢燃料电池车：（已知q氢=1.4×108J/kg，g取10N/kg）
（1）行驶的平均速度为多少km/h；
（2）牵引力做的功；
（3）氢能源燃烧释放的能量转化为机械能的效率。
参考答案
一、知识清单+方法清单
模块一 热机
一、热机
1. 实验探究—热机工作原理
【进行实验】如图所示，在试管中装一些水，用橡皮塞塞住试管口，固定在铁架台上，用酒精灯给试管加热，水沸腾后，水蒸气会把橡皮塞冲出去，试管口观察到大量“白雾”出现。
【实验分析】酒精燃烧释放出热量（化学能转化为内能），通过热传递将一部分内能转移给水，水的内能增加，温度升高，产生大量水蒸气。水蒸气越来越多，对橡皮塞的压力越来越大，最后将橡皮塞冲出，这时水蒸气对橡皮塞做功。同时，水蒸气内能减小，温度降低，水蒸气液化成小水滴，在试管口可以观察到“白雾”。
该实验装置就是一个简单的热机模型。其能量转化过程是：燃料燃烧，化学能转化为内能，一部分内能通过热传递方式传递给工作物质—水，水内能增大，温度升高，产生大量水蒸气，水蒸气将橡皮塞冲出，水蒸气内能转化为橡皮塞机械能。
【探究结论】利用内能可以做功。
2. 热机
（1）热机：利用内能做功的机械叫热机。汽车、轮船和飞机等发动机都是利用燃烧燃料释放的内能做功的装置，都是热机。
（2）热机的种类：常见的有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
（3）热机的工作原理：燃料的化学能→内能→机械能。
（4）内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。
二、汽油机
1. 工作原理：利用汽油在汽缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。
2. 主要结构：汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。
3. 工作过程
（1）冲程：活塞在气缸内往复运动，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
汽油机的四个冲程
（2）四个冲程：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、做功冲程和排气冲程。完成一个工作循环，活塞往复运动2次，飞轮转动2周，对外做功1次.
（3）汽油机的工作过程
冲程 名称 进气门 排气门 活塞 运动 冲程的作用 能量转化
吸气 冲程 开 闭 向下 吸入燃料和空气的混合物
压缩 冲程 闭 闭 向上 压缩燃料和空气的混合物， 使其内能增大，温度升高 机械能转 化为内能
做功 冲程 闭 闭 向下 火花塞产生电火花，点燃燃料，高温高压的燃气推动活塞做功，带动飞轮转动 内能转化 为机械能
排气 冲程 闭 开 向上 排出废气
4. 柴油机与汽油机的异同
柴油机的工作过程与汽油机大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。
柴油机和汽油机构造及工作过程的不同点：
（1）汽油机汽缸顶部有火花塞，在压缩冲程末，火花塞产生电火花，使燃料燃烧，产生高温高压的气体（俗称“点燃式”）；柴油机汽缸顶部只有喷油嘴，在压缩冲程末，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来（俗称“压燃式”）。
（2）汽油机吸气冲程吸入空气和汽油的混合物；柴油机吸入气缸内的物质只有空气。
考向01 汽油机的工作过程
【例题1】（2024·镇江·中考真题）下面是汽油机工作时的各个冲程示意图，其中做功冲程是（ ）
A B C D
【答案】C
【详解】A．进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，故A不符合题意；
B．两气门都关闭，活塞向上运行，是压缩冲程，将机械能转化为内能，故B不符合题意；
C．两气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，将燃料燃烧释放的内能转化为机械能，从而获得动力，故C符合题意；
D．排气门打开，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。
方法技巧 1. 判断汽油机工作的冲程 2. 内燃机“两冲程”的能量转化 （1）将机械能转化为内能的是压缩冲程； （2）将内能转化为机械能的是做功冲程； （3）只有做功冲程对外做功，其他三个冲程均依靠飞轮惯性完成。
【训练1-1】（2024·常州·中考真题）四冲程汽油机工作时，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
【详解】热机的四个冲程中，压缩冲程和做功冲程有明显的能量转化，压缩冲程将机械能转化成内能，做功冲程将内能转化成机械能，故C符合题意。ABD不符合题意。故选C。
【训练1-2】（2024·黑龙江鸡西·中考真题）汽油机将内能转化为机械能的是 冲程，某单缸四冲程汽油机飞轮转速是2400r/min，则此汽油机每秒对外做功 次。
【答案】 做功 20
【详解】汽油机的做功冲程是通过气体对外做功将内能转化为机械能的。
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，故对外做功20次。
考向02 汽油机、柴油机及相关计算
【例题2】如图所示是单缸四冲程汽油机某一冲程工作示意图，该冲程是 冲程。若该汽油机1s对外做功15次，则汽油机的飞轮速度为 。

【答案】 压缩 1800
【详解】图中的进气门和排气门关闭，活塞向上运动，所以是压缩冲程。
四冲程汽油机在1s内对外做功15次，则汽油机1min做功900次，由于汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次，所以汽油机的飞轮1min内飞轮转1800次，即该汽油机工作时飞轮的转速为1800r/min。
方法技巧 转数与做功次数和工作循环个数的关系 做功冲程中燃气对活塞的平均压力F=pS；一个做功冲程中燃气对活塞做的功W=Fs；汽油机的功率P=W/t。
【训练2-1】热机是利用 做功的机械，如图是某台汽油机的剖面图，它表示的是 冲程，已知该汽油机飞轮的转速为2400r/min，在1min内，汽油机完成 个冲程，对外做功 次。
【答案】 内能 做功 4800 1200
【详解】热机工作时交内能转化为机械能，是利用内能做功的机械。
观察图可知，汽油机两气门都关闭，火花塞点火，活塞下行，是汽油机的做功冲程。
飞轮转速是2400r/min，表示每分钟飞轮转动2400圈，每个工作循环飞轮转2圈，对外做功一次，所以每分钟完成1200个工作循环，完成4800个冲程，对外做功1200次。
【训练2-2】某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞横截面积为5×10-3 m2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程中燃气的平均压强为8×105 pa，飞轮1min内转动1800r。若汽油机满负荷工作（不计摩擦），求：
（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力。
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功。
（3）汽油机的功率。
【答案】（1）4×103 N；（2）200J；（3）3000W
【详解】（1）燃气对活塞的平均压力
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功
（3）1min内燃气对活塞做功的次数
汽油机的功率
模块二 热机的效率
一、燃料的热值
1. 燃料（可燃烧的物质）
（1）燃料的种类：常见的固体燃料如木柴、煤等；液体燃料如汽油、酒精等；气体燃料如煤气、天然气等。
（2）燃料燃烧时能量的转化：燃料在燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能。
2．燃料的热值
（1）定义：把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。
（2）公式：q =
Q放是燃料放出的热量，单位是J；m是质量，单位是kg；q是热值，单位是J/kg。
（3）单位：焦/千克，符号J/kg。
（4）热值的物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。如木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示1kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J。
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、体积等均无关。同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。
（5）燃料燃烧放出热量：Q放＝qm；
（6）气体燃料的热值：q=
V表示气体燃料的体积，单位是m3； Q表示放出的热量，单位是J；q表示气体燃料的热值，单位使用焦/米3（J/m3 ）。
二、热机的效率
1. 日常生活中的热效率问题
（1）问题探究
用煤气灶烧水时，煤气很难完全燃烧，煤气燃烧所放出的热量，只有一部分被水吸收，其他放出的热量一部分被盛水的容器吸收了，一部分被煤气灶头吸收了，一部分被高温的烟气带走了，还有一部分散失到空气中，被空气吸收了。因此，有效利用的热量只是燃料燃烧放出热量的一部分。
探究归纳：影响燃料有效利用的因素有：①燃料很难完全燃烧；②燃料燃烧放出的热量只有一部分被有效利用，其他部分都散失了。如图所示。
（2）热效率：有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比叫做热效率。（炉子的效率、燃气灶的效率等都应用该公式计算）
（3）提高锅炉燃料利用率的途径：让燃料尽可能充分燃烧，如将煤研磨成粉状，加大进风量等；减少热量损失，如加大有效受热面积等。
2. 热机的效率
（1）内燃机中热量燃烧的能量流向图：由图可知，从燃料燃烧到对外做功，真正能转变成有用功的那部分能量只是燃料燃烧释放能量的一部分。
（2）定义：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，叫热机的效率。
（3）公式：
（4）物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。
3. 提高热机效率的主要途径
（1）使燃料充分燃烧；
（2）尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量；大型发电机常常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。
（3）使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。
（4）在热机的设计和制造上，采用先进的技术。
4. 热机效率总小于1的原因
因为热机中用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的总能量的一部分，由于各种能量的损失和燃烧条件的限制，这部分能量一定小于完全燃烧放出总能量，所以有用功的能量与燃烧放出的总能量的比值必然小于1，即热机的效率一定小于1。
考向01 热值及其相关计算
【例题1】（2024·连云港·中考真题）下列关于燃料的热值说法正确的是（　　）
A．燃料燃烧越充分，其热值越大
B．燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少
C．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值将减小
D．焦炭的热值是，完全燃烧1kg焦炭能放出的热量
【答案】D
【详解】A．燃料的热值仅与燃料的种类有关，而与燃料的燃烧程度无关，故A错误；
B．根据Q=mq可知，放出的热量与热值、质量有关，故B错误；
C．一瓶酒精用去三分之一后，质量变化、热值不变，故C错误；
D．焦炭的热值是3.0×107J/kg，它表示的意思是1kg的焦炭完全燃烧时放出的热量是3.0×107J，故D正确。故选D。
方法技巧 1. 明确热值的两个关键点 2. 三步快解燃料燃烧的相关计算问题
【训练1-1】在标准大气压下，使用煤气灶将2kg的水从20℃加热到100℃，水吸收的热量是
______J，若不计热量损失，此过程需要完全燃烧 kg的煤气，这是通过 的方式增加了水的内能。未使用完的煤气的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）［水的比热容，煤气的热值］
【答案】 6.72 1.6×10-2kg 热传递 不变
【详解】由题意知，将2kg水从20℃加热到100℃，水吸收的热量为
由题意可知，若不计热量损失，则
由Q放=mq可得，需要完全燃烧的煤气质量为
水变热，水吸收热量、内能增大，是通过热传递改变物体的内能。热值是燃料自身的一种性质，与它是否完全燃烧没有关系，若煤气燃烧不充分，其热值不变。
【训练1-2】小明采用如图所示的装置进行探究“质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”。
燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃
酒精 25 65
纸片 25 44
（1）为较快得出实验结论，除了要控制两套装置中燃料和水的质量相同外，还需控制水的 相同；
（2）实验后，可以通过比较 （选填“加热时间”或“水升高的温度”）来比较酒精和碎纸片放出的热量多少；
（3）从表格中数据可以发现，质量相同的酒精和碎纸片都充分燃烧后， 放出的热量多；
（4）我们把燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比称为热值，这种定义热值的方法，我们称之为比值定义法。以下物理量用比值定义并能反映物质属性的是： （填写一个序号）。
①速度 ②功率 ③比热容 ④压强
【答案】（1）初温；（2）水升高的温度；（3）酒精；（4）③
【详解】（1）为了实验的环境完全相同，同时为了便于比较水吸收热的多少，实验中水的初温最好相同。
（2）由于两杯水完全相同，根据比热容公式Q=cm Δt可知，水吸收的热量即燃料放出的热量与温度变化量有关，故可以通过比较水升高的温度来比较酒精和碎纸片放出的热量多少。运用了转换法。
（3）从表格中数据可以发现，质量相同的酒精和碎纸片都充分燃烧后，水的上升的温度分别为
根据比热容公式Q=cm Δt可知，酒精完全燃烧放了的热量更多。
（4）①速度反映物体运动快慢的物理量，用路程与时间的比表示，不能反映物体的属性；
②功率是反映做功快慢的物理量，用功与时间的比表示，不能反映物体的属性；
③比热容是物体吸热的能力，是物体一种属性，用热量与质量及温度变化量之积的比表示；
④压强是压力作用效果，用压力与受力面积的比表示，不能反映物体的属性。
故用比值定义并能反映物质属性的是比热容即③。
【训练1-3】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
【详解】A．如图甲所示，进气孔和排气孔都关闭，活塞向上运动，压缩气体，对气体做功，气体温度升高，这是汽油机的压缩冲程，故A正确；
B．由乙图可知该汽油机的效率为η=100%-6%-30%-36%=28%，故B错误；
CD．燃料的热值只与燃料的种类和状态有关，与燃料是否完全燃烧无关，冬天汽车利用尾气中的余热给车内供暖，该举措大大提高了燃料的利用率，不能提高燃料的热值，故CD错误。故选A。
考向02 热机效率及其计算
【例题2】（2024·辽宁·中考真题）汽油机在 冲程中将内能转化为机械能。若某汽车的汽油机在一段时间内所做的有用功为 2.3×107J，效率为25%，则该汽油机在这段时间内消耗 kg的汽油（汽油的热值取）。
【答案】 做功 2
【详解】汽油机在做功冲程中，高温高压的燃气，推动活塞做功，将内能转化为机械能。
汽油完全燃烧放出的热量为
则汽油的质量为
方法技巧 计算热机效率的步骤 1. 首先明确热机所做的有用功W＝Pt 2. 再明确燃料燃烧所释放的能量，即总能量为：Q＝qm（或Q＝qV） 3. 最后计算热机的效率：η＝W/Q
【训练2-1】（2024·四川广元·中考真题）随着科技发展，人们已经开始将氢能作为一种新能源加以利用。已知氢燃料的热值为，水的比热容为4.2×103 J/(kg °C)。如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料30kg，这些氢燃料完全燃烧释放的热量为 J，若这些热量完全被水吸收，可使 kg水的温度从20℃升高到100℃。
【答案】 4.2×109 1.25×104
【详解】这些氢燃料完全燃烧释放的热量Q放=mq=30kg×1.4×108J/kg=4.2×109 J
这些氢燃料完全燃烧释放的热量为4.2×109J。若这些热量完全被水吸收，水的质量
可使1.25×104kg水的温度从20℃升高到100℃。
【训练2-2】某研学活动小组在实践活动期间，粗略测量了一农家柴火灶的热效率。同学们在柴火灶的铁锅里倒入5kg水。盖上锅盖，完全燃烧了1kg干木柴使水温从20°C升高到820°C，水吸收的热量为 J，该柴火灶的热效率为 。[水的比热容是4.2×103 J/(kg °C)]，这种干木柴的热值是]
【答案】 1.26×106 12.6%
【详解】5kg的水温度从20°C升高到80°C吸收的热量为
Q吸＝c水m水（t-t0）＝4.2×103J/（kg·℃）×5kg×（80℃-20℃）＝1.26×106J
1kg的干木柴完全燃烧放出的热量为Q=mq=1kg×1×107J/kg=1×107 J
该柴火灶的效率
模块三 能量的转化与守恒
一、能量的转化和转移
1. 自然界存在着各种不同形式的能量
（1）机械能：机械能包括动能、重力势能和弹性势能。
（2）内能：构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。一切物体都具有内能。
（3）太阳能：太阳能是一种可再生能源。
（4）化学能：各种物质都储存化学能，如燃料、动物、食物都储存有化学能。
（5）电能：电能是指使用电以各种形式做功的能力。
（4）核能：即原子能。原子核结构发生变化放出的能量。
2. 能量的转化
自然界中的各种现象都是互相联系的。在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的。例如“钻木取火”是机械能转化为内能；蒸汽机火车是内能转化为机械能。
3. 能量的转移
能量可以从一个物体转移到其他物体，也可以从物体的一部分转移到其他部分。
例如，在热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体或从物体的高温部分转移到低温部分，这些都属于能量的转移。
二、能量守恒定律
1. 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。
2. 对能量守恒定律的理解
（1）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的规律。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。
（2）能量守恒定律包括“能量转化”和“能量转移”两个方面。
3. 永动机
（1）不少人曾设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫做永动机。然而，从没有一种永动机成功过，因为违背了能量守恒定律。
（2）能量守恒定律使人们认识到：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。因此，根本不可能制造出永动机。
考向01 能量的转化与转移
【例题1】（2024·南通·中考真题）2024年5月，中国“嫦娥六号”任务搭载四个国际载荷成功发射升空。火箭发射时，燃料燃烧获得的能量使其加速升空，与该过程能量转化形式相同的是（　）
A．热机做功冲程 B．钻木取火过程
C．水力发电过程 D．物体上抛过程
【答案】A
【详解】火箭发射时，燃料燃烧获得的能量使其加速升空，该过程为内能转化成机械能。
A．热机做功冲程中内能转化成机械能，故A符合题意；
B．钻木取火过程机械能转化成内能，故B不符合题意；
C．水力发电过程为机械能转化成电能，故C不符合题意；
D．物体上抛过程中克服阻力做功，机械能转化成内能，故D不符合题意。
故选A。
方法技巧 三识别能量转化的两种方法 看关键字词：一般有“动”字的对应的是机械能；有“热”字的对应的是内能；有“电”字的对应的是电能。看能量的形式是否发生变化：发生变化的则为能量的转化；没有发生变化的则为能量的转移。
【训练1-1】随着我国人民生活水平的不断提高，汽车已进入寻常百姓家。汽车发动机的主要部分是汽油机，是把汽油燃烧放出的 转化为机械能的装置。汽油机工作时，克服摩擦消耗的能量、机械传热损失的能量以及废气排出带走的能量，都不能再自动地用来驱动汽车，这是由于能量转化具有 ，而我们所能利用的能源是有限的，所以需要节约能源。
【答案】 内能 方向性
【详解】汽油燃烧发生化学反应，同时放出热量，所以汽油机将内能转化为机械。
由于燃料燃烧放出热量，将内能转化为机械能，但燃料燃烧产生的内能不能再转化为燃料的化学能，所以能量的转化具有方向性。
【训练1-2】某路灯照明系统的太阳能电池白天将太阳能转化为电能，对蓄电池充电，晚上蓄电池对路灯供电，对下图方框中能量形式判断正确的是（　　）

A．甲是“电能” B．乙是“太阳能” C．丙是“电能” D．丁是“机械能”
【答案】C
【详解】由题意可知整个过程是太阳能通过太阳能电池将太阳能转化为电能，电能通过蓄电池将电能转化为化学能储存在蓄电池中，晚上蓄电池对外放电，将化学能转化为电能供应路灯工作，路灯工作时将电能转化为光能，故C符合题意，ABD不符合题意。故选C。
【训练1-3】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
【详解】A.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；
B.暖瓶塞跳起时，瓶塞获得了机械能，瓶内空气内能减少，是内能转化为机械能．B错误；
C.用热水袋取暖时，热水袋温度降低内能减少，人体获得热量，是内能的转移．C正确；
D.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．
故选C．
考向02 能量守恒定律
【例题2】（2023·苏州·中考真题）《天工开物》中记载有一种自动引水灌溉工具——“高转筒车”（如图）。使用时下方转轮安装在河道中，流水驱动轮子转动，系在传动绳索上的竹筒将水从河里源源不断输送到上方农田中。下列说法正确的是（　　）

A．这是一台“永动机”
B．水在输送过程中重力势能不变
C．转轮转速越快输水做功功率越大
D．上、下两个转轮可分别看作定滑轮和动滑轮
【答案】C
【详解】A．“高转筒车”转动时，需要水能提供动力，如果没有水能，它将不能转动，因此不是“永动机”，根据能量守恒定律可知，世界上不存在“永动机”，故A错误；
B．水从河里被输送到上方的田里，高度增加了，因此水的重力势能变大，故B错误；
C．转轮转速越快，相同时间内对水做的功越多，根据公式P=W/t可知，功率越大，故C正确；
D．上、下两个转轮的轴都是固定不动的，因此都可看做定滑轮，故D错误。
故选C。
方法技巧 三点理解能量守恒定律 （1）能量不会凭空产生或消失；（2）能量只会发生“转化”或“转移”；（3）能量的总量是不会发生变化的。
【训练2-1】关于能量守恒定律，下列说法正确的是（　　）
A．能量可以凭空消失
B．能量可以凭空产生
C．能量在转化和转移过程中，能量的总量保持不变
D．热机在工作的过程中不遵循能量守恒定律
【答案】C
【知识点】热机工作过程中的能量转化、能量守恒定律
【详解】ABC．由能量守恒定律可知，能量既不能凭空产生，也不会凭空消失，当能量从一个物体转移到其他物体或从一种形式转化为其他形式时，总量保持不变，故AB错误，C正确；
D．能量守恒定律适用于自然界中任何形式能的相互转化，热机的工作过程也遵循能量守恒定律，故D错误。故选C。
【训练2-2】如图是小球在地面弹跳的频闪照片，下列说法中正确的是（　　）

A．小球弹起的高度越来越小，说明在此过程中能量不守恒
B．根据能量守恒定律，在此过程中小球的机械能总量是保持不变的
C．在小球的运动中是通过做功的方式使内能增加
D．小球和地面之间发生撞击，所以小球的热量会增加
【答案】C
【详解】A．由图可知，小球运动过程中弹起的高度越来越小，说明重力势能越来越小，同时速度越来越慢，也就是动能越来越小，所以小球的机械能减少；机械能减少的原因是克服与空气摩擦做功，与地面撞击做功，将机械能转化成了部分内能，但能量的总量是守恒的，故A错误；
BC．在小球的运动中，与空气摩擦做功或与地面撞击做功，有一部分机械能转化成了内能，所以小球的机械能总量会减小，故B错误，C正确；
D．小球和地面之间发生撞击，所以小球的内能会增加，热量是一个过程量，不能说热量增加，故D错误。故选C。
【训练2-3】人类文明，一脉相传。从远古的水磨，到今天的水电站，都是人类对水能的合理开发与利用。如图所示，图甲是远古的水磨，流水冲击水轮，水轮转动，去汲水、碾谷、磨面；图乙是今天的水电站，流水冲击水轮，带动发电机发电。下列说法不正确的是（　　）

A．水轮是人类把水能转化成水轮动能的装置
B．流水冲击水轮，带动发电机发电，减少的水能等于发电机产生的电能
C．右图中的拦河大坝，起到了提高水重力势能的效果
D．流水通过水轮后，其机械能减小
【答案】B
【详解】A．根据能量转化可知，甲、乙两图的水轮是将水能转化成水轮动能的装置，故A正确，不符合题意；
B．流水冲击水轮，带动发电机发电，由于不可避免要克服摩擦做功，因此减少的水能不能全部转化为发电机产生的电能，即减少的水能不等于发电机产生的电能，故B错误，符合题意；
C．拦河大坝是为了提高上游水位，增加水的重力势能，使得水下落时可以获得更多的动能，故C正确，不符合题意；
D．流水通过水轮后，由于有部分机械能转化为水轮的动能，因此其机械能减小，故D正确，不符合题意。
故选B。
二、易混易错分析
【辨析】四冲程内燃机工作时，在一个工作循环中，活塞往返两次，飞轮、曲轴转动两周，经历四个冲程，对外做一次功。即飞轮、曲轴每转两周吗，燃气对外做功一次。题中内燃机的转速用“转/分”（r/min）做单位，而问题中常出现每秒做功次数，所以在解有关题目时，还要注意单位的换算。
【例题1】某汽车动力来自单缸四冲程汽油机，如图所示要完成汽油机的一个工作循环正确的顺序是____（用字母表示），其中将内能转化为机械能的冲程是图中的____（选填“A”、“B”、“C”或“D”），当它正常工作时转速为1800r/min，则每秒钟对外做功_____次。
【答案】 DACB，C，15。
【详解】A图：两气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，将机械能转化为内能；
B图：排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程；
C图：两气门都关闭，活塞向下运行，是做功冲程，将燃料燃烧释放的内能转化为机械能；
D图：进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程。
故汽油机的一个工作循环正确的顺序是DACB。
将内能转化为机械能的冲程是做功冲程，是图C。
汽油机在一个工作循环中经历4个冲程，飞轮转动2转，对外做功1次。当它正常工作时转速为
1800r/min =30r/s，则该汽油机每秒钟转动30转，每秒做功15次。
【辨析】
物理量 比热容 热值
物理意义 反映物质吸、放热的本领，比热容大的吸放热本领强 反映燃料完全燃烧时放热本领，热值大，放热本领大
概念 一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比。 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量或体积之比。
公式 C=Q放/m△t q = （固体） q= （气体）
单位 J/（kg·℃） 固体J/kg 气体J/m3
性质 是物质的一种特性，与物质的种类和状态有关，与质量、体积、温度等无关 是燃料的一种属性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧无关
应用 水的比热容大，用于水暖供热、作冷却剂 氢的热值大，作火箭燃料
热量计算 Q吸=cm△t=cm(t-t0) Q放=cm△t= cm(t0-t) Q放＝qm Q放＝qV
【例题2】人类发展史也是利用燃料的历史，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的 （选填“热值”“热量”或“温度”）不同，完全燃烧0.28m3的天然气可放出 J的热量，这些热量若全部被水吸收，可让 kg的水温度升高20°C[已知天然气热值q=3.0×107J/m3，水的比热容c=4.2×103]/（kg·℃）]。
【答案】 热值 8.4×106 100
【详解】[1] 单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，它表示燃料的放热本领强弱，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的热值不同。
[2]完全燃烧0.28m2的天然气可放出的热量
[3]水的质量
【辨析】 对能量转化和转移的理解 能量转化和转移是整个自然界中能量的转化和转移，不是局部的。在分析有关现象时，要整体考虑，防止得出片面的结论。如在密闭的房间里吹电风扇，人会感到凉爽，但室温并没有降低。人感到凉爽的原因是电风扇吹出来的风加快了人体表面汗液的蒸发，而蒸发吸热，所以人感到凉爽；而从总体上来看，电风扇转动的过程中消耗了电能，一部分电能转化为内能，所以室内温度不仅不下降反而会上升。
【例题3】如图，忽略空气阻力，球以某速度从M点沿粗糙轨道开始运动，到达P点时离开轨道；然后球上升至最高点N后开始下落经过Q点。O、P处在同一水平高度。
（1）球在O、P两点的速度分别为vO和vp，则vO vp（选填“>”、“=”或“<”）；
（2）最高点N与M点对比，N 比M高（选填“可能”或“不可能”），现在N点的机械能 Q点的机械能（选填“大于”、“等于”或“小于”）。
【答案】 > 可能 等于
【详解】（1）由于球以某速度从M点沿粗糙轨道开始运动，在轨道上运动过程中要克服摩擦阻力做功，有部分机机能转化为内能，因此球到达P点的机械能一定小于在O点的机械能，O、P处在同一水平高度，球的重力势能相等，则球在P点的动能一定小于在O点动能，因此球在O、P两点的速度。
（2）球以某速度从M点沿粗糙轨道开始运动，球在M点既有动能又有重力势能，球上升至最高点N时，也既有动能又有重力势能，球在轨道上运动过程中要克服摩擦阻力做功，有部分机械能转化为内能，球在N点的机机能一定小于在M点的机械能，但由于球在M、N点的动能大小不确定，因此球在M、N两点的重力势能大小也不确定，即N点重力势能有可能比M点重力势能大，则最高点N与M点对比，N点可能M高，忽略空气阻力，球从N点到O点机械能守恒，因此球在N点的机械能等于Q点的机械能。
三、中考热点扫描
考点突破: 1. 内燃机四个冲程的识别方法:一看气门，二看活塞。 （1）两个气门都关：活塞向下→做功冲程；活塞向上→压缩冲程。 （2）一个气门开，一个气门关：活塞向下→吸气冲程；活塞向上→排气冲程。 2. 在热机的四个冲程中，涉及能量转化的有两个冲程。压缩冲程中将机械能转化为内能，汽缸内气体的体积减小、密度增大、内能增加、温度升高、压强增大；做功冲程中将内能转化为机械能，汽缸内气体的体积增大、密度减小、内能减少、温度降低、压强减小。 吸气 压缩 做功 排气
【例题1】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．内燃机的大量使用会造成环境污染
C．转速为1800r/min的内燃机每小时对外做功3600次
D．内燃机的做功冲程将内能转化成机械能
【答案】C
【详解】A．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，不符合题意；
B．内燃机的大量使用，会产生较多的尾气，造成环境污染，故B正确，不符合题意；
C．一台四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min，则每小时飞轮的转数是
n=1800r/min×60min=1.08×105 r
由于四冲程汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次，因此该汽油机每小时对外做功的次数为1.08×105 r/2=54000，故C不正确，符合题意；
D．在内燃机的做功冲程中，是将内能转化为机械能，故D正确，不符合题意。故选C。
考点突破： 各种形式的能之间可以相互转化，同种形式的能可以发生转移。在分析能量转化或转移的过程时，要明确研究的对象和所研究的过程，注意分析物体起始状态和最终状态所具有的能量形式。在能量转化或转移的过程中，能量是守恒的。
【例题2】如图所示，是设想中的“永动机”，它通过高处的水从A口流出时，水流冲击叶片转动，叶片的转动带动B处的砂轮转动，打磨刀片，同时带动C处的抽水器工作，将低处的水抽到高处从D口流出，从而循环工作。该“永动机”工作过程中，下列说法正确的是（　　）
A．水流冲击叶片转动，把机械能转化为内能
B．砂轮打磨刀片时，刀片和砂轮的温度都升高，说明“永动机”工作时制造了能量
C．相同时间内，A、D两口流出水的质量相等
D．这款“永动机”违背了能量守恒定律
【答案】D
【详解】A．水流冲击叶片转动，是水的机械能转化为砂轮的机械能，故A错误；
B．砂轮打磨刀片时，刀片和砂轮的温度都升高，这是机械能转化为内能，不是“永动机”工作时制造了能量，故B错误；
C．水在冲击叶片的过程中，一部分水流失掉了，所以相同时间内，A、D两口流出水的质量不相等，故C错误；
D．设想中的永动机不能一直工作下去，因为抽水器在工作过程中，有部分机械能会转化为内能，即机械能会逐渐减少，根据能量守恒定律，最后会停止工作；永动机违背了能量守恒定律，故D正确。
故选D。
考点突破： 吸放热、热值及效率的综合计算是中考的热点，计算中涉及的主要公式如下。
知识点 公式 注意事项
物体吸放热 Q吸=cm△t=cm(t-t0) Q放=cm△t= cm(t0-t) 计算时注意区分物体的初温、 末温和温度的变化量
燃料燃烧 Q放＝qm 适用于固体或液体燃料 适用于气体燃料
Q放＝qV
热机效率 热机效率总小于1
【例题3】顺口溜“五月五、过端午、蒸粽子、吃包子、挂菖蒲、佩香囊、赛龙舟”，生动的呈现了某地端午文化习俗。蒸粽子是利用水沸腾产生的蒸气进行加热。若将2.5kg的水加热到沸腾，水温升高了80℃，[c水=4.2×103J/（kg·℃），q煤=3×107J/kg]，在此过程中，求：
（1）水吸收的热量；
（2）采用煤炉加热，煤炉加热水的效率为10%，煤燃烧放出的热量；
（3）需要完全燃烧煤的质量。
【答案】（1）8.4×105J；（2）8.4×106J；（3）0.28kg
【详解】（1）根据Q吸=cm△t可知，水吸收的热量
（2）采用煤炉加热，煤炉加热水的效率为10%，根据可知，煤燃烧放出的热量为
（3）根据Q放=mq可知，需要完全燃烧煤的质量为
答：（1）水吸收的热量为8.4×105J；
（2）采用煤炉加热，煤炉加热水的效率为10%，煤燃烧放出的热量为8.4×106J；
（3）需要完全燃烧煤的质量为0.28kg。
考点突破 ： 以热机为载体的计算主要包括热量和热值的计算、热机效率的计算、功和功率的计算、压强计算。涉及的公式主要有Q吸=cm△t Q放＝qm 、W=Fs、P=Fv、p=F/S等，解题时根据条件选用合适的公式。 例如汽车在水平路面上匀速直线行驶时：①牵引力与阻力平衡，大小相等；②利用公式s=vt可求出汽车行驶的距离；③利用公式W=Fs可求出牵引力做的功；④利用公式P=Fv可求出牵引力做功的功率，利用其变形公式F=P/v可求出牵引力的大小；⑤利用公式 Q放＝qm可求出燃料燃烧放出的热量；⑥利用公式可求发动机的效率。
【例题4】2022年北京冬奥会示范运营1000多辆氢燃料电池车（如图所示），该车排放物是水，不产生任何污染物，是当前世界新能源汽车重要的发展方向。假设某国产氢燃料电池车总质量为5×103kg。在某次测试中该车匀速行驶时受到的阻力是车重的0.02倍，在0.5h内行驶了28km的路程，消耗的氢能源为0.4kg（不考虑氢能源燃料消耗对车质量的影响）。求该测试过程中氢燃料电池车：（已知q氢=1.4×108J/kg，g取10N/kg）
（1）行驶的平均速度为多少km/h；
（2）牵引力做的功；
（3）氢能源燃烧释放的能量转化为机械能的效率。
【答案】（1）56km/h；（2）2.8×107J；（3）50%
【详解】（1）氢燃料电池车0.5h内行驶了28km的路程，根据v=s/t可得，车行驶的平均速度为
（2）氢燃料电池车总质量为5×103kg，受到的重力为
G=mg=5×103kg×10N/kg=5×104N
车匀速行驶时受到的阻力是车重的0.02倍，汽车做匀速直线运动，牵引力和阻力是一对平衡力，所以车受到的牵引力为
F=f=0.02G=0.02×5×104N=103N
牵引力做的功为W=Fs=103N×28×103m=2.8×107J
（3）消耗0.4kg的氢能源，放出的热量为
Q放=qm=0.4kg×1.4×108J/kg=5.6×107J
氢能源燃烧释放的能量转化为机械能的效率为
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