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第十四章　内能的利用 总结提升
一、能量的转化与守恒
1.在一定的条件下,各种形式的能量是可以相互　　　　的。
2.能量既不会凭空　　　　,也不会凭空　　　　,它只会从一种形式　　　　为其他形式,或者从一个物体　　　　到其他物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量　　　　　。
二、热机
1.热机:利用　　　　能做功的机械叫作热机。
2.内燃机工作过程:四冲程汽油机或柴油机,一个工作循环由　　　　、　　　　、　　　　、
　　　　四个冲程组成,在一个工作循环中,对外做功　　　　次,活塞往复　　　　次,曲轴转动
　　　周。其中,内能转化为机械能的冲程是　　　　冲程,机械能转化为内能的冲程是　　　　
冲程。
三、热值
1.定义:某种燃料完全燃烧放出的　　　　与其　　　　之比,叫作这种燃料的热值,热值用符号
　　　　表示。
2.单位:　　　　或　　　　。
3.燃料完全燃烧释放热量的公式:　　　　　　　　。
四、热机的效率
1.定义:热机工作时,用来做　　　　的这部分能量,与燃料　　　　　放出的热量之比,叫作热机的效率。
2.计算公式:　　　　　　。
3.提高热机效率的方法
(1)使燃料　　　　　。
(2)在热机的设计和制造上,不断改进和创新,以尽量减少各种　　　　　。
(3)减少　　　　　而额外消耗的能量。
图14.1-3 命题点:能量的转化和能量守恒定律 1.如图,小球下落后再弹起的高度越来越低,说明有一部分机械能转化为　　　　能,总的能量是　　　　的。
图14.1-4 命题点:能量守恒定律 2.永动机是　　　　(选填“可能”或“不可能”)制造成功的,因为它违反了　　　　　定律。
图14.2-2 命题点:能量的转化 3.如图,酒精燃烧时产生的热量传给了水和水蒸气,这是化学能转化为　　　　能。塞子受到水蒸气的压力而冲出去,水蒸气的 　　　　能转化为塞子的　　　　能。利用此原理的机械是　　　　。
图14.2-5 命题点:汽油机中的能量转化 4.汽油机两个气门和活塞的上下运动相配合,形成一个工作循环。压缩冲程活塞对气缸内气体做功,把　　　　　　能转化为气缸内气体的内能,气体温度升高;做功冲程中,气缸内气体燃烧形成的高温高压的燃气对活塞做功,推动活塞向下运动,燃气的 　　　　　　　　能转化为活塞的　　　　　　　能。
图14.3-2 命题点:热机的效率 5.燃料在气缸内燃烧,燃烧得更充分,效率比蒸汽机高;在能量的损失中,　　　　带走的热量最多,合理利用废气可以提高燃料的利用率;只有增加转化为　　　　　　的那部分能量,才能提高热机的效率。
能量的转化和守恒
1.(2024湖南中考)有关能量的转移、转化和利用,下列说法正确的是 (　　)
A.电烤炉取暖,是电能转移到人体
B.钻木取火,是内能转化为机械能
C.中医提倡的热水泡脚,是通过热传递的方式增大脚部的内能
D.用嘴对着手哈气取暖,主要是通过做功的方式增大手的内能
2.(2024南通中考)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
3.(2024长春中考改编)生物航煤是以动植物油脂、餐饮废油等为原料生产的航空燃油。2024年6月5日,国产大飞机C919加注了我国自主研发的生物航煤,成功完成试飞任务。生物航煤燃烧时将　　　　能转化为　　　　能,在能量转化和转移的过程中,能量的总量　　　　。
热机
4.(2024临沂中考)2024年4月20日,我国研制的全球首款本体热效率达53.09%的柴油机正式亮相世界内燃机大会,刷新了柴油机热效率的世界纪录。如图所示内燃机的四个冲程,气缸内气体的内能最小的是 (　　)
　　 　
A B C D
5.(2024广元中考)1883年人类发明了汽油机。一台四冲程汽油机的一个冲程中,火花塞点火,燃料猛烈燃烧,产生高温高压的气体推动活塞对外做功,则该冲程 (　　)
A.是压缩冲程
B.气体对外做功,内能转化为机械能
C.活塞依靠飞轮的惯性而运动
D.气体对外做功,气体的内能增加
6.(2024淄博中考)如图,玻璃瓶内有少量水,用橡胶塞塞住瓶口,向瓶内打气,瓶塞跳起。下列说法正确的是 (　　)
A.向瓶内打气,通过热传递的方式改变瓶内空气的内能
B.瓶塞跳起时,瓶内空气温度降低,内能减少
C.瓶塞跳起时,瓶内出现“白雾”是汽化现象
D.瓶塞跳起过程与热机压缩冲程的能量转化相同
7.(2024黑龙江中考)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2 400 r/min。则此汽油机每秒对外做功　　　　次。
热值与热机效率
8.(2024连云港中考)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3.0×107 J/kg,完全燃烧1 kg焦炭能放出3.0×107 J的热量
9.(2024陕西中考)涡轴9“玉龙”是我国完全自主研发的航空涡轴发动机,其大致工作过程是:空气通过进气道进入压气机,被压气机压缩后进入燃烧室与燃料混合,燃料在燃烧室燃烧后,产生的高温高压气体推动涡轮转动,从而输出动力。该发动机工作过程中的相关说法正确的是 (　　)
A.燃烧室中燃料燃烧越充分,发动机效率越高
B.燃料和压缩空气混合后,燃料的热值增大
C.压气机压缩空气,空气的内能减小
D.高温高压气体推动涡轮转动时,将机械能转化为内能
10.(2024广元中考)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1.4×108 J/kg,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料30 kg,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 ℃。
11.(2024达州中考)在1个标准大气压下,小明用天然气灶将质量为1 kg的水,从20 ℃加热到沸腾,水吸收的热量是　　　　J。他家天然气热水器的热效率是70%,他某次洗澡,耗水20 kg,热水器进水温度是22 ℃,出水温度是42 ℃,他这次洗澡消耗天然气　　　　m3。[已知水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值是4.0×107 J/m3]
12.(2023扬州中考)如图所示,在估测薯片热值的实验中,小军设计了两种对水加热的方式。
方式一 方式二
方式一:薯片在小烧杯中燃烧;
方式二:薯片在燃烧皿中燃烧。
两种加热方式中合理的是　　　 　　。在进行实验时,要让薯片充分燃烧,操作是　　　　　　　　　　　　　 　　　　　。
用天平量取100 g水,并测出一片薯片的质量,用以上选取的方式燃尽薯片,并用温度计测出水升高的温度,所测出的薯片热值偏　　　　,原因是　　　　　　　　　　 　　　　　　　
　　　　　　 　　。
13.(2023广安中考)小红一家到某基地露营时,用火炉将质量为2 kg、初温为20 ℃的水加热到60 ℃,燃烧了100 g木炭。已知:水的比热容c水=4.2×103 J/(kg·℃),木炭的热值q=3.4×107 J/kg。求:
(1)水吸收的热量;
(2)该火炉烧水的热效率。
【详解答案】
教材要点梳理
一、1.转化
2.消失　产生　转化　转移　保持不变
二、1.内
2.吸气　压缩　做功　排气　1　2　2　做功　压缩
三、1.热量　质量(或体积)　q
2.J/kg　J/m3
3.Q=mq(或Q=Vq)
四、1.有用功　完全燃烧　2.η=
3.(1)完全燃烧　(2)能量损失　
(3)克服摩擦
教材图片专练
1.内　不变　2.不可能　能量守恒
3.内　内　机械　蒸汽机
4.机械　内　机械
5.废气　有用机械能
高频考点过关
1.C　解析:电烤炉取暖是电能先转化为内能,内能通过热传递转移到人体,故A错误;钻木取火是通过做功方式将机械能转化为内能,故B错误;热水泡脚,是通过热传递的方式将水的内能转移到脚上,增大脚部的内能,故C正确;用嘴对着手哈气取暖,是热的传递过程,是通过热传递改变物体内能,故D错误。
2.A　解析:火箭发射时,燃料燃烧获得的能量使其加速升空,这个过程中的能量转化是内能转化为机械能。热机做功冲程是内能转化为机械能,故A正确;钻木取火过程是机械能转化为内能,故B错误;水力发电过程是机械能转化为电能,故C错误;物体上抛过程是一部分机械能转化为内能,故D错误。
3.化学　内　保持不变　解析:生物航煤燃烧时将化学能转化为内能,在能量转化和转移的过程中,能量的总量保持不变。
4.D　解析:吸气冲程中,汽油机吸入空气和汽油的混合气体,气体温度较低;压缩冲程中,活塞压缩汽油与空气形成的燃料混合物,活塞对气体做功,将机械能转化为气体的内能,使气缸内气体内能增加;做功冲程中,高温高压气体对活塞做功,内能转化为机械能;排气冲程中,将气缸内的废气排出;相比而言,吸气冲程中的气体温度最低,内能最小,故D正确。
5.B　解析:一台四冲程汽油机的一个冲程中,火花塞点火,燃料猛烈燃烧,产生高温高压的气体推动活塞对外做功,将内能转化为机械能,是做功冲程;在做功冲程中,是高温高压的燃气推动活塞运动,而不是依靠飞轮的惯性运动,气体对外做功,气体内能减少,故选B。
6.B　解析:向瓶内打气,压缩空气做功,通过做功的方式改变瓶内空气的内能,故A错误;瓶塞跳起时,瓶内气体对瓶塞做功,使气体自身的内能减少,温度降低,瓶口周围的水蒸气遇冷液化成小水滴飘散在空中,从而形成“白雾”,瓶塞跳起过程与热机做功冲程的能量转化相同,故B正确,C、D错误。
7.做功　20　解析:汽油机的做功冲程中,高温高压的燃气推动活塞做功,把内能转化为机械能;汽油机的转速为2 400 r /min,说明1 s内汽油机曲轴的转动次数为40,一个工作循环中,曲轴转动两周,对外做功一次,则1 s内曲轴转动40次,对外做功20次。
8.D　解析:热值是燃料的特性,其大小仅与燃料的种类有关,而与燃料的质量和燃烧程度无关,故A、C错误;根据Q放=mq知,在质量相同时,燃料的热值越小,完全燃烧放出的热量越少,故B错误;焦炭放出的热量:Q放=mq=1 kg×3.0×107 J/kg=3.0×107 J,故D正确。
9.A　解析:使燃料燃烧越充分,可以增大有效利用的能量,提高热机的效率,故A正确;热值只跟燃料的种类有关,燃料和压缩空气混合后,燃料的种类不变,燃料的热值不变,故B错误;压气机压缩空气,对空气做功时,机械能转化为内能,空气的内能增加,故C错误;高温高压气体推动涡轮转动时,将内能转化为机械能,故D错误。
10.4.2×109　1.25×104　解析:氢燃料的质量为m=30 kg,氢燃料完全燃烧释放的热量为Q放=mq=30 kg×1.4×108 J/kg=4.2×109 J;氢燃料完全燃烧释放的热量全部被初始温度为20 ℃的水吸收,则水吸收的热量为Q吸=Q放=4.2×109 J;由公式Q吸=cm水Δt得:4.2×109 J=4.2×103 J/(kg·℃)×m水×(100 ℃-20 ℃),解得m水=1.25×104 kg。
11.3.36×105　0.06　解析:1个标准大气压下水的沸点为100 ℃,故1 kg水吸收的热量Q吸=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(100 ℃-20 ℃)=3.36×105 J。小明本次用水升温Δt'=42 ℃-22 ℃=20 ℃,水需吸热Q吸'= cm'Δt'=4.2×103 J/(kg·℃)×20 kg×20 ℃=1.68×106 J,热水器效率为70%,则需要天然气放热Q放===2.4×106 J;消耗的天然气体积V===0.06 m3。
12.方式二　加快薯片周围的空气流动速度　小　薯片燃烧放出的热量不能完全被水吸收　解析:若采用方式一对水加热,通过热传递能使烧杯上部水的温度升高,而温度较高的水,其密度较小,不能实现水的对流,则烧杯下部水的温度几乎不变,所以温度计测得的示数不准确,故两种加热方式中合理的是薯片在燃烧皿中燃烧(即方式二),能保证烧杯中水的温度逐渐升高,温度计的示数能准确反映水的温度变化;在进行实验时,要让薯片充分燃烧,操作是加快薯片周围的空气流动速度;所测出的薯片热值偏小,是因为热传递过程存在热损耗,薯片燃烧放出的热量不能完全被水吸收。
13.解:(1)水吸收的热量:Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(60 ℃-20 ℃)=3.36×105 J;
(2)木炭完全燃烧放出的热量:
Q放=m木炭q=100×10-3 kg×3.4×107 J/kg=3.4×106 J,
该火炉烧水的热效率:
η=×100%=×100%≈10%。

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