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专题17 内能的应用
一．汽油机和柴油机有何异同？
汽油机 柴油机
不 同 点 构造（汽缸顶部） 火花塞 喷油嘴
吸气冲程（吸入物质） 汽油与空气 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、大型拖拉机
相同点：①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，而做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程。②做功冲程将内能转化为机械能。压缩冲程将机械能转化为内能。③每完成一个工作循环，曲轴和飞轮转动2周，活塞往复2次，对外做功1次。
二．如何识别汽油机的冲程？
【解题技巧】首先要熟悉汽油机的主要结构以及做功冲程和压缩冲程中能量的转化。辨别冲程时，要抓住四个冲程中的工作特点：进气门、排气门的开、闭情况以及活塞上、下运行情况。另外还要把握住吸气冲程、做功冲程和排气冲程的显著特点：做功冲程中的显著特点是火花塞产生电火花；吸气冲程和排气冲程有吸入物质和排出废气的箭头标识。
【典例剖析】如图所示，图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图。D图是_______冲程，图E、F是演示实验的示意图，与D图原理相同的是_______图所示的演示实验（选填字母）。
A．B．C．
D．E．F．
【答案】 做功 F
【解析】
[1]A图中，排气门开启，活塞向上运动，气体流出汽缸，是排气冲程；
B图中，进气门开启，活塞向下运动，气体流入汽缸，是吸气冲程；
C图中，两气门都关闭，活塞向上运动，汽缸容积变小，是压缩冲程，此冲程将机械能转化为内能；
D图中，两气门都关闭，活塞向下运动，汽缸容积变大，是做功冲程，此冲程将内能转化为机械能。
[2]E图是用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧，是通过对物体做功来增大物体内能的，即是将机械能转化为内能的过程；F图对试管中的水加热，加快水的蒸发，使试管中水的内能增大，体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能；汽油机的做功冲程中将内能转化为机械能，因此与做功冲程原理相同的是F实验。
拓展：通过曲轴的转动方向和转动位置是否通过汽缸最低点也可以间接判断活塞运行方向。如甲图，曲轴沿顺时针转动，转动位置已过最低点，表明曲轴带动连杆使活塞向下运动。而乙图，曲轴位置没过汽缸最低点，此时，曲轴带动连杆只能使活塞向上运动。
三、如何解答有关能量的相互转化问题？
【解题技巧】自然界中各种形式的能量不能孤立的，不同形式的能量会发生相互转化，能量也会在不同的物体间相互转移．能量转化是个普遍现象，自然界中物质运动形式的变化总伴随着能量的相互转化．
解答此类问题的关键是明确消耗了什么形式的能，而最终获得了什么形式的能。
【典例剖析】
1．下列有关能量转换的说法正确的是（　　）
A．煤燃烧是化学能转化为热能的过程
B．化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能
C．动物体内葡萄糖被氧化成CO2是热能转变成化学能的过程
D．植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成热能的过程
【答案】AB
【解析】
A、煤燃烧是化学能转化为热能的过程，故A正确；
B、化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能，故B正确；
C、动物体内葡萄糖被氧化成CO2是化学能转变成热能的过程，故C错误；
D、植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成化学能的过程，故D错误；
故选AB。
2．火箭以液态氢做燃料主要原因是氢的______高，氢燃料燃烧将燃料的______能转化为______能，转化为火箭的______能，使火箭不断上升，速度越来越大。
【答案】 热值 化学 内 机械
【解析】
[1]火箭升空需要大量的能量，液氢的热值高，燃烧时可放出巨大的能量。
[2][3][4]燃料燃烧过程是将燃料的化学能转化为内能的过程，由发动机将内能转化为火箭的机械能。
四．如何计算能量转化型热量计算题？
【解题技巧】
【备注】无论是能量的转移型，还是能量的转化型，若无能量损失，则
Q吸=Q放=E太=W电（机）
若有能量的损失
Q吸=ηQ放=ηE太=ηW电（机）
上式中的η为转移或转化的效率。
【典例剖析】
1．我国自主研制的某型新一代战斗机，它具备超音速巡航、电磁隐身、超机动性、超视距攻击等优异性能，该飞机最大起飞质量为Mt，最大飞行高度为Hm，最大航行速度达3马赫[马赫（Ma）是表示航空航天飞行器速度的量词，又叫马赫数（MachNumber），1Ma=v声m/s]，油箱最大容积为V0L，若飞机巡航时做匀速直线运动，巡航时所受阻力的大小与速度的关系见下表：
速度v/（m·s-1） 100 200 300 400 500
阻力f/N 0.3×104 1.2×104 2.7×104 4.8×104 7.5×104
已知飞机发动机燃油完全燃烧放出的能量转化为机械能的效率是，飞机使用的航空燃油的密度为ρ0kg/m3，热值为q0J/kg，求：
(1)飞机发动机完全燃烧一满油箱燃油获得的能量是多少焦？
(2)当飞机以最大航行速度巡航时，飞机发动机的输出功率是多少千瓦？
(3)若在飞机油箱中加满燃油，并且以最大航行速度巡航时，飞机的最大航程约是多少千米？（温馨提示：在推导计算过程中需要的物理量，请提前设定）
【答案】(1)ρ0V0q0×10-3J；(2)8.1×10-3v声3kW；(3)千米
【解析】
解：(1)油箱最大容积为V0L，航空燃油的密度为ρ0kg/m3，则一箱油的质量为
燃料的热值为q0J/kg，则完全燃烧一满油箱燃油获得的能量
(2)由表中数据可知，由表中数据可知，速度为100m/s时，受到的阻力为0.3×104N;速度为200m/s时，受到的阻力为1.2×104;通过分析可知飞机受到的阻力的增大倍数与速度增大倍数的平方成正比，即f=0.3v2，所以飞机以最大速度3马赫（即为）巡航时，此时受到的阻力为
因为飞机为巡航，所以动力等于阻力。故此时飞机发动的的输出功率为
(3)完全燃烧一满油箱燃油获得的能量
因飞机发动机燃油完全燃烧放出的能量转化为机械能的效率是，则输出的能量为
则以最大航行速度巡航时，由可得
答：(1)飞机发动机完全燃烧一满油箱燃油获得的能量是ρ0V0q0×10-3J；
(2)当飞机以最大航行速度巡航时，飞机发动机的输出功率是8.1×10-3v声3kW；
(3)飞机的最大航程约是千米。
2．一个天气晴朗的正午，阳光直射，小明同学利用实验粗略测定太阳的辐射功率．他取一个截面积s=3×10-2m2的薄壁金属圆筒竖直在水平地面上，向筒内注入质量m=0.6kg的凉水，在阳光下照射2min后，水的温度上升了1℃.
（1）求水吸收的热量Q吸____=4.2×103J/ (kg·℃)]
（2）计算在阳光直射下，地球表面1m2的面积上1s内获得的太阳能___
（3）已知日地距离约为r=1.5×1011m，照射到大气顶层的太阳能只有约40%到达地面，请你估算太阳的辐 射功率____(半径为r的球其表面积为4πr2)
【答案】 2.52×103J 700J/(m2· s) 4.95×1026W
【解析】
解答：(1)水吸热Q＝cm△t＝4.2×103×0.6×1J＝2.52×103J ；(2)地面每平方米每秒钟获得的能量E＝700J/(m2 s) ；(3)每平方米每秒钟，在大气顶层得到的太阳能为E0＝＝1750J/(m2 s) ，太阳辐射功率P＝E0 4πr2＝1750J/(m2 s)×4×3.14×(1.5×1011)2W＝4.95×1026W
【点睛】
（1）先根据Q＝cm△t求出水所吸收的热量，这是横截面积是3×10-2m2的圆筒在2min内获得的太阳能，再求出在阳光直射下，地球表面每平方米每秒钟获得的能量．（2）根据上题结果，求出每平方米每秒钟射到大气顶层的太阳能总量，再乘以4πr2，即求得太阳辐射的功率。
3．太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之一．某品牌太阳能热水器每小时平均接收4.2×106J的太阳能，在5小时的有效照射时间内，将热水器中质量为100kg、初温为26℃的水，温度升高到46℃．求：
(1)热水器中的水吸收的热量Q吸；[水的比热容c＝4.2×103J/(kg·℃)]
(2)热水器5小时有效照射时间内接收到的太阳能E；
(3)热水器5小时有效照射时间内接收到的太阳能，相当于完全燃烧多少天然气放出的热量？(天然气的热值q＝4.2×107J/m3)
【答案】(1) 8.4×106J；(2) 2.1×107J；(3) 0.5m3．
【解析】
热水器中的水吸收热量 因太阳能热水器每小时平均接收4.2×106J的太阳能，5小时有效照射时间内接收到的太阳能
； 得
4．如图甲所示为探究“冰的熔化特点”的实验装置.
时间t 0 0.5 1 1.5 ----
温度/℃
（1）图乙中读数方法正确的是______（填序号），温度计的示数是______℃；
（2）如表所示为小明设计的数据记录表格，请你帮小明完善表格设计，补全所缺内容______；
（3）如图丙所示为冰熔化时温度与时间关系的图像，由图可知，冰属于______（晶体/非晶体）；
（4）除了如图甲所示的实验器材外，本实验还需要的测量器材是______；
（5）为了更好地完成实验，冰块要______（大/小）些，烧杯中的水选用______（开水/温水）；
（6）将试管放入装有热水的烧杯中加热的优点是______而且冰的温度升高较______（快/慢），便于记录各个时刻的温度，同时观察试管中冰的______变化；
（7）试管中的冰完全熔化后，若持续加热，烧杯中的水沸腾时，试管中的液体______（会/不会）沸腾；
（8）实验中，内能从温水传递给冰，却不会反过来传递，说明能量的转移具有______性；
（9）如果用该装置来探究烛蜡的熔化特点，需要改进的是______。
【答案】 ② 物质状态 晶体 秒表 小 温水 受热均匀 慢 状态 不会 方向 用酒精灯直接加热
【解析】
（1）[1]温度计读数时视线要与液柱上表面相平，故②是正确的。
[2]如图乙所示的温度计，分度值为1℃，液柱在0℃以下，故读数为。
（2）[3]实验要记录和观察物质的状态，故缺少的项目为物质的状态。
（3）[4]晶体熔化时吸热温度保持不变，如图丙所示，冰在BC段吸热温度保持不变，故冰属于晶体。
（4）[5]实验需要记录时间，故本实验还需要的测量器材为秒表。
（5）[6]为了冰块受热均匀，冰块应小一些。
[7]冰的熔点较低，为0℃，水温太高熔化速度过快，不便于记录每个时段的特点。
（6）[8][9][10]将试管放入装有热水的烧杯中加热称为水浴法，其优点主要是受热均匀，水的温度较火焰温度低，冰的温度上升较慢，有利用记录每个时间段试管内冰的温度及状态变化情况。
（7）[11]烧杯中水沸腾后温度保持不变，试管中的水的温度可以达到沸点，与烧杯中水的温度相同，不能继续吸热，而水的沸腾需要达到沸点继续吸热，故试管中水不能沸腾。
（8）[12]热传递发生时要有温度差，只能由高温物体传递给低温物体，反过来不能传递，说明能量的转移有方向性。
（9）[13]由于烛蜡熔化需要达到的温度大于100℃，而水的温度达不到这个温度，烛蜡难以熔化，改进的方法可直接用酒精灯加热。
五．如何解答与内燃机做功冲程有关的综合计算题？
【解题技巧】此类型题综合考查压强公式、做功公式、燃料完全燃烧释放热量公式、效率公式的应用，难度大。思路如下：
（1）首先，根据燃气的平均压强p和活塞的面积S，利用F=pS可求出做功冲程中燃气对活塞的平均压力；
（2）其次，根据活塞在气缸中移动的距离，利用W=Fs可求出一个做功冲程燃气对活塞做的功，根据飞轮（曲轴）每转两圈对外做功一次，计算出飞轮转动n周对外做功的次数，从而可求出燃气对活塞做的总功W总=nW。
（3）最后根据消耗汽油的质量，利用Q放=mq可求出汽油完全燃烧释放的热量，再根据求出该汽油机的效率。
【典例剖析】
1．如图甲所示的某品牌插秧机使用北斗导航，农民只需在作业前进行相关设定，即可实现24小时无人值守自动作业。
（1）该插秧机使用四冲程汽油机，图乙中汽油机处于_____冲程。如果该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每分钟对外做功_____次；
（2）某段时间插秧机消耗汽油0.21kg，汽油完全燃烧是把_______能转化为内能；若这些热量完全被40kg初温45℃的水吸收，则在标准气压下水温升高_____℃[q汽油＝4.6×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg ℃）]。
【答案】 压缩 1800 化学 55
【解析】
（1）[1]图乙进气阀与排气阀都关闭着，活塞向上运动，所以是压缩冲程。
[2]汽油机飞轮每转2圈，对外做功1次，所以汽油机每分钟对外做功次数为
（2）[3]汽油完全燃烧时，通过化学反应，把化学能转化为内能。
[4]汽油完全燃烧产生的能量为
根据可得，水升高的温度为
水的初温是45℃，那么计算出的末温为
在标准大气压下，水的沸点是100℃，沸腾时温度保持不变，所以40kg初温45℃的水吸收了0.21kg完全燃烧释放出来的能量，待温度达到100℃后就不再上升，故水温升高度数为专题17 内能的应用
一．汽油机和柴油机有何异同？
汽油机 柴油机
不 同 点 构造（汽缸顶部） 火花塞 喷油嘴
吸气冲程（吸入物质） 汽油与空气 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、大型拖拉机
相同点：①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，而做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程。②做功冲程将内能转化为机械能。压缩冲程将机械能转化为内能。③每完成一个工作循环，曲轴和飞轮转动2周，活塞往复2次，对外做功1次。
二．如何识别汽油机的冲程？
【解题技巧】首先要熟悉汽油机的主要结构以及做功冲程和压缩冲程中能量的转化。辨别冲程时，要抓住四个冲程中的工作特点：进气门、排气门的开、闭情况以及活塞上、下运行情况。另外还要把握住吸气冲程、做功冲程和排气冲程的显著特点：做功冲程中的显著特点是火花塞产生电火花；吸气冲程和排气冲程有吸入物质和排出废气的箭头标识。
【典例剖析】如图所示，图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图。D图是_______冲程，图E、F是演示实验的示意图，与D图原理相同的是_______图所示的演示实验（选填字母）。
A．B．C．
D．E．F．
拓展：通过曲轴的转动方向和转动位置是否通过汽缸最低点也可以间接判断活塞运行方向。如甲图，曲轴沿顺时针转动，转动位置已过最低点，表明曲轴带动连杆使活塞向下运动。而乙图，曲轴位置没过汽缸最低点，此时，曲轴带动连杆只能使活塞向上运动。
三、如何解答有关能量的相互转化问题？
【解题技巧】自然界中各种形式的能量不能孤立的，不同形式的能量会发生相互转化，能量也会在不同的物体间相互转移．能量转化是个普遍现象，自然界中物质运动形式的变化总伴随着能量的相互转化．
解答此类问题的关键是明确消耗了什么形式的能，而最终获得了什么形式的能。
【典例剖析】
1．下列有关能量转换的说法正确的是（　　）
A．煤燃烧是化学能转化为热能的过程
B．化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能
C．动物体内葡萄糖被氧化成CO2是热能转变成化学能的过程
D．植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成热能的过程
2．火箭以液态氢做燃料主要原因是氢的______高，氢燃料燃烧将燃料的______能转化为______能，转化为火箭的______能，使火箭不断上升，速度越来越大。
四．如何计算能量转化型热量计算题？
【解题技巧】
【备注】无论是能量的转移型，还是能量的转化型，若无能量损失，则
Q吸=Q放=E太=W电（机）
若有能量的损失
Q吸=ηQ放=ηE太=ηW电（机）
上式中的η为转移或转化的效率。
【典例剖析】
1．我国自主研制的某型新一代战斗机，它具备超音速巡航、电磁隐身、超机动性、超视距攻击等优异性能，该飞机最大起飞质量为Mt，最大飞行高度为Hm，最大航行速度达3马赫[马赫（Ma）是表示航空航天飞行器速度的量词，又叫马赫数（MachNumber），1Ma=v声m/s]，油箱最大容积为V0L，若飞机巡航时做匀速直线运动，巡航时所受阻力的大小与速度的关系见下表：
速度v/（m·s-1） 100 200 300 400 500
阻力f/N 0.3×104 1.2×104 2.7×104 4.8×104 7.5×104
已知飞机发动机燃油完全燃烧放出的能量转化为机械能的效率是，飞机使用的航空燃油的密度为ρ0kg/m3，热值为q0J/kg，求：
(1)飞机发动机完全燃烧一满油箱燃油获得的能量是多少焦？
(2)当飞机以最大航行速度巡航时，飞机发动机的输出功率是多少千瓦？
(3)若在飞机油箱中加满燃油，并且以最大航行速度巡航时，飞机的最大航程约是多少千米？（温馨提示：在推导计算过程中需要的物理量，请提前设定）
2．一个天气晴朗的正午，阳光直射，小明同学利用实验粗略测定太阳的辐射功率．他取一个截面积
s=3×10-2m2的薄壁金属圆筒竖直在水平地面上，向筒内注入质量m=0.6kg的凉水，在阳光下照射2min后，水的温度上升了1℃.
（1）求水吸收的热量Q吸____=4.2×103J/ (kg·℃)]
（2）计算在阳光直射下，地球表面1m2的面积上1s内获得的太阳能___
（3）已知日地距离约为r=1.5×1011m，照射到大气顶层的太阳能只有约40%到达地面，请你估算太阳的辐 射功率____(半径为r的球其表面积为4πr2)
3．太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之一．某品牌太阳能热水器每小时平均接收4.2×106J的太阳能，在5小时的有效照射时间内，将热水器中质量为100kg、初温为26℃的水，温度升高到46℃．求：
(1)热水器中的水吸收的热量Q吸；[水的比热容c＝4.2×103J/(kg·℃)]
(2)热水器5小时有效照射时间内接收到的太阳能E；
(3)热水器5小时有效照射时间内接收到的太阳能，相当于完全燃烧多少天然气放出的热量？(天然气的热值q＝4.2×107J/m3)
4．如图甲所示为探究“冰的熔化特点”的实验装置.
时间t 0 0.5 1 1.5 ----
温度/℃
（1）图乙中读数方法正确的是______（填序号），温度计的示数是______℃；
（2）如表所示为小明设计的数据记录表格，请你帮小明完善表格设计，补全所缺内容______；
（3）如图丙所示为冰熔化时温度与时间关系的图像，由图可知，冰属于______（晶体/非晶体）；
（4）除了如图甲所示的实验器材外，本实验还需要的测量器材是______；
（5）为了更好地完成实验，冰块要______（大/小）些，烧杯中的水选用______（开水/温水）；
（6）将试管放入装有热水的烧杯中加热的优点是______而且冰的温度升高较______（快/慢），便于记录各个时刻的温度，同时观察试管中冰的______变化；
（7）试管中的冰完全熔化后，若持续加热，烧杯中的水沸腾时，试管中的液体______（会/不会）沸腾；
（8）实验中，内能从温水传递给冰，却不会反过来传递，说明能量的转移具有______性；
（9）如果用该装置来探究烛蜡的熔化特点，需要改进的是______。
五．如何解答与内燃机做功冲程有关的综合计算题？
【解题技巧】此类型题综合考查压强公式、做功公式、燃料完全燃烧释放热量公式、效率公式的应用，难度大。思路如下：
（1）首先，根据燃气的平均压强p和活塞的面积S，利用F=pS可求出做功冲程中燃气对活塞的平均压力；
（2）其次，根据活塞在气缸中移动的距离，利用W=Fs可求出一个做功冲程燃气对活塞做的功，根据飞轮（曲轴）每转两圈对外做功一次，计算出飞轮转动n周对外做功的次数，从而可求出燃气对活塞做的总功W总=nW。
（3）最后根据消耗汽油的质量，利用Q放=mq可求出汽油完全燃烧释放的热量，再根据求出该汽油机的效率。
【典例剖析】
1．如图甲所示的某品牌插秧机使用北斗导航，农民只需在作业前进行相关设定，即可实现24小时无人值守自动作业。
（1）该插秧机使用四冲程汽油机，图乙中汽油机处于_____冲程。如果该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每分钟对外做功_____次；
（2）某段时间插秧机消耗汽油0.21kg，汽油完全燃烧是把_______能转化为内能；若这些热量完全被40kg初温45℃的水吸收，则在标准气压下水温升高_____℃[q汽油＝4.6×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg ℃）]。专题17 内能的应用
一、单选题
1．五菱宏光汽车的新发动机系统，其效率提升到39%。效率的提升意味着（　　）
A．汽车消耗的燃油更少
B．汽车行驶的时间更长
C．相同时间内，汽车做的功更多
D．消耗同样多的燃油，汽车获得的有用功更多
【答案】D
【解析】
热机的效率是指用来做有用功的部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。所以效率提升意味着，消耗同样多的燃油，汽车获得的有用功更多，故ABC不符合题意，D符合题意。
故选D。
2．关于下列四种现象中能量转化的说法正确的是（　　）
A．电流通过电热丝时发热是核能转为内能
B．烧水时，水蒸气顶起壶盖过程中是机械能转化为内能
C．燃烧汽油时是内能转化为化学能
D．给电动自行车的蓄电池充电是电能转化为化学能
【答案】D
【解析】
A．电流通过电热丝时，电能会被消耗减小，电热丝会发热，内能增大，则电流通过电热丝时发热是电能转为内能，故A错误；
B．烧开水时，壶盖被水蒸气顶起，是因为水蒸气对壶盖做功，这时水蒸气的内能转化为壶盖的机械能，故B错误；
C．汽油燃烧时化学能减小，内能增大，则该过程是将化学能转化为内能，故C错误；
D．给电动自行车的蓄电池充电时，消耗电能，蓄电池化学能增大，则该过程是电能转化成化学能，故D正确。
故选D。
3．现如今，汽车已成为一种常见的交通工具，给我们的出行带来了极大的便利。关于汽车，下列说法正确的是（　　）
A．夏季车窗上的水雾是由车内水蒸气凝华形成的
B．汽油机在压缩冲程中把内能转化为机械能
C．汽车在行驶过程中，油箱中剩余汽油的热值变小
D．汽车用水做冷却剂利用了水的比热容大的特点
【答案】D
【解析】
A．夏季车内有空调温度较低，车外温度比车内高，车外的水蒸气遇到冷的车窗液化形成小水滴附着在车窗外，故A错误；
B．汽油机在压缩冲程中活塞压缩气缸内汽油和空气的混合物，使混合物温度升高，把机械能转化为内能，故B错误；
C．热值是燃料的特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧情况等无关，因此剩余汽油热值不变，故C错误；
D．汽车用水做冷却剂，是利用水的比热容大的特点，在升高相同的温度时，水可以吸收更多的热量，从而达到冷却降温的作用，故D正确。
故选D。
4．下列关于热现象的说法正确的是（　　）
A．固体很难被压缩，说明固体分子间有引力
B．内能和温度有关，冰由于温度较低不具有内能
C．物体内能增加，一定是从外界吸收了热量
D．四冲程内燃机的压缩冲程是将机械能转化为内能
【答案】D
【解析】
A．固体很难被压缩，说明固体分子间有斥力，故A错误；
B．内能与温度有关，温度越高，内能越大，任何温度的物体都具有内能，故B错误；
C．物体内能增加，可能是从外界吸收了热量，也可能是外界对该物体做了功，故C错误；
D．压缩冲程活塞压缩燃料做功，将机械能转化为内能，故D正确。
故选D。
二、填空题
5．①请从能量转化的角度具体说明这个效率的意义。某电动机工作的效率是83%______；
②四冲程内燃机中，使内燃机获得动力的是______冲程。
【答案】 电动机工作时，单位时间内有83%的电能转化为机械能 做功
【解析】
①[1]电动机是利用电流来工作，对外做功的装置，将电能转化为机械能，电动机的效率是指电动机的输出功率与输入功率之比，电动机工作效率是83%，说明电动机工作时，在单位时间内，有83%的电能转化为机械能。
②[2]四冲程内燃机中，做功冲程将内能转化为机械能，产生动力，故使内燃机获得动力的是做功冲程。
6．在我国实施的“西气东输”工程中，西部地区的天然气被输送到缺乏能源的东部地区天然气与煤相比，从热学角度分析它突出的优点是______；从环保角度分析它突出的优点是______（天然气、煤的热值分别为1.14×108J/kg、3×107J/kg）。
【答案】 热值大 污染小
【解析】
[1]天然气的热值为1.14×108J/kg，煤的热值为3×107J/kg，即相同质量的天然气比煤完全燃烧放出的热量多，天然气的优点是热值大。
[2]天然气完全燃烧产生的主要是水和二氧化碳，而煤燃烧产生的产物有二氧化碳、二氧化硫，还可能含有一氧化碳，会污染环境，所以燃烧天然气更环保，污染小。
7．如图所示，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热机中的______冲程发生的能量转化是一致的。一台四冲程柴油机飞轮的转速为3000r/min，若汽缸在做功冲程中，每次做功400J，柴油机的效率为30%，则每分钟消耗柴油的质量为______kg。（柴油的热值约为4.0×107J/kg）
【答案】 变低 做功 0.05
【解析】
[1][2]气球内的气体向外喷出，气体对外做功，内能转化为球的机械能，所以球内气体的温度降低；此过程发生的能量转化与热机中的做功冲程发生的能量转化是一致的。
[3]飞轮每转两圈，对外做功一次，1min飞轮转动3000周，则转两周，需要的时间
故这台柴油机的功率
每分钟柴油机做的功为
W＝Pt＝10000W×60s＝6×105J
由得，柴油完全燃烧放出的热量为
由Q＝mq得，每分钟消耗柴油的质量为
8．2021年4月29日，海南文昌发射场，长征五号B遥二火箭发射我国空间站核心舱“天和”号取得圆满成功。如图为起飞阶段加速上升的火箭，该过程中，“天和”号的动能________（选填“增大”，“减小”或“不变”），火箭整体的机械能______（选填“增大”“减小”或“不变”），火箭用液态氢作为燃料是因为液态氢的____________大。
【答案】 增大 增大 热值
【解析】
[1]火箭加速上升时，“天和”号的质量不变，速度变大，动能变大。
[2]不计火箭质量不变化，火箭整体的高度增大，重力势能增大，动能和势能统称为机械能，则火箭整体的机械能增大。
[3]运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较大的热值，完全燃烧相同质量的液态氢和其它燃料相比，液态氢可以释放出更多的热量。
三、实验题
9．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量相等，烧杯内的液体质量和初温也相同。
（1）比较不同燃料的热值，应选择 ___________两图进行实验，燃料完全燃烧放出的热量的多少是通过___________（填“温度计升高的示数”或“加热时间”）来反映的；
（2）若想利用上述装置估测燃料的热值，那么还需要补充的实验仪器是___________；
（3）比较不同物质吸热升温的特点，应选择___________两图进行实验。
【答案】 甲、乙 温度计升高的示数 托盘天平 甲、丙
【解析】
（1）[1]要比较不同燃料的热值，应改变燃料的种类，控制燃料的质量不变，比较相同质量的不同燃料完全燃烧释放的热量，故应选择甲、乙两图进行实验。
[2]燃料完全燃烧放出的热量使得烧杯内的液体温度升高，两杯液体的质量和种类完全相同，故燃料完全燃烧放出的热量的多少可以通过温度计升高的示数来反映。
（2）[3]因燃料的热值与燃料的种类和质量均有关，故想利用上述装置估测燃料的热值，需要测量燃料的质量，故还需要补充的实验仪器是托盘天平。
（3）[4]要比较不同物质吸热升温的特点，应使不同液体在相同时间内吸收的热量相同，故应选择相同的加热器，则应选择甲、丙两图进行实验。
10．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量、烧杯内的液体质量和初始温度也都相同，当燃料燃烧完时（烧杯内的液体均为沸腾），立即读取相应温度计的读数，分别为T甲、T乙和T丙，且有。
（1）比较不同物质的比热容，应选择______两图进行实验，液体a的比热容ca与液体b的比热容cb相比，有ca______cb（选填“＞”、“＝”或“＜”）；
（2）比较不同物质的热值，应选择______两图进行实验，燃料1的热值q1与燃料2的热值q2相比，有q1______q2（选填“＞”、“＝”或“＜”）；
（3）若在燃料燃烧完前，甲图中的液体a已处于沸腾状态，且燃料燃烧完时温度计读数仍然为，液体b没有沸腾，则ca______cb（选填“＞”、“＝”、“＜”或“无法判断”）。
【答案】 甲、丙 < 甲、乙 > <
【解析】
（1）[1]要比较不同物质的比热容，应使不同物质在相同时间内吸收的热量相同，故应使用相同的燃料，则应选择甲、丙两图进行实验。
[2]由题意可知，图甲中液体a和图丙中液体b吸收相同的热量后，液体a的温度变化量大于液体b的温度变化量，故由Q=cmΔt可知，液体a的比热容小于液体b的比热容，即ca（2）[3]比较不同物质的热值，应比较相同质量的不同燃料完全燃烧后释放的热量的多少，故应选择甲、乙两图进行实验。
[4]由题意可知，图甲中液体a吸收的热量大于图乙中液体a吸收的热量，故可知相同质量的燃料1完全燃烧释放的热量大于燃料2完全燃烧释放的热量，故由Q=qm可知，燃料1的热值大于燃料2的热值，即q1>q2。
（3）[5]由图中可知，图甲中燃料1完全燃烧释放的热量等于图丙中燃料1完全燃烧释放的热量，且由题意可知，燃料完全燃烧后，液体a已经沸腾，而此时液体b未沸腾，且液体a的温度变化量大于液体b的温度变化量，故由Q=cmΔt可知，液体a的比热容小于液体b的比热容，即ca四、计算题
11．据统计，家庭中一次洗浴需要将质量为80kg，温度为20℃的自来水加热到60℃。如果使用某种家用天然气热水器，需要消耗的天然气体积为1m3。已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值为3.2×107J/m3。求：
（1）天然气完全燃烧放出的热量；
（2）水吸收的热量；
（3）该热水器的工作效率。
【答案】（1）3.2×107J；（2）1.334×107J；（3）42%
【解析】
解：（1）天然气的热值q=3.2×107J/m3，体积V=1m3，则天然气完全燃烧放出的热量
Q放=qV=3.2×107J/m3×1m3=3.2×107J
（2）水的质量m=80kg，初温t0=20℃，末温度t=60℃，水的比热容c=4.2×103J/（kg℃），则水吸收的热量
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/（kg℃）×80kg×（60℃-20℃）=1.334×107J
（3）该热水器的效率
答：（1）天然气完全燃烧放出的热量；
（2）水吸收热量为；
（3）该热水器的工作效率。
12．中国首次火星探索任务“天问一号”探测器的成功发射，是我国综合国力和创新能力提升的重要标志，如图所示是某火箭发射时的场景，目前运载火箭一般使用液体氢作为燃料，液态氧作为助燃剂，氢的热值为1.4×108J/kg。
（1）某火箭发射时携带6×104kg液态氢燃料，这些燃料完全燃烧最多能将多少千克初温为20℃的水加热至沸腾？【c水=4.2×103J/（kg·℃），当地大气压为1标准大气压】
（2）氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在气缸中燃烧，某次测试中，一辆氢能源车以70kW的功率匀速行驶20min，消耗了2kg燃料，求该发动机的效率。
【答案】（1）2.5×107kg；（2）30%
【解析】
解：（1）氢的热值q=1.4×108J/kg，质量m=6×104kg，完全燃烧释放的热量为
Q=qm1=1.4×108J/kg×6×104kg=8.4×1012J
初温为20℃的水加热至沸腾温度的变化量为
t=100℃-20℃=80℃
由Q=cm t可知能够加热的水的质量为

（2）汽车行进时功率
P=70kW=7×104W
用的时间
t=20min=1200s
则汽车做的有用功
W有=Pt=7×104W×1200s=8.4×107J
消耗燃料的质量m2=2kg可知工作过程总功为
Q2=qm2=1.4×108J/kg×2kg=2.8×108J
可知发动机效率

答：（1）可将2.5×107kg的水加热至沸腾；
（2）发动机的机械效率为30%。专题17 内能的应用
一、单选题
1．五菱宏光汽车的新发动机系统，其效率提升到39%。效率的提升意味着（　　）
A．汽车消耗的燃油更少
B．汽车行驶的时间更长
C．相同时间内，汽车做的功更多
D．消耗同样多的燃油，汽车获得的有用功更多
2．关于下列四种现象中能量转化的说法正确的是（　　）
A．电流通过电热丝时发热是核能转为内能
B．烧水时，水蒸气顶起壶盖过程中是机械能转化为内能
C．燃烧汽油时是内能转化为化学能
D．给电动自行车的蓄电池充电是电能转化为化学能
3．现如今，汽车已成为一种常见的交通工具，给我们的出行带来了极大的便利。关于汽车，下列说法正确的是（　　）
A．夏季车窗上的水雾是由车内水蒸气凝华形成的
B．汽油机在压缩冲程中把内能转化为机械能
C．汽车在行驶过程中，油箱中剩余汽油的热值变小
D．汽车用水做冷却剂利用了水的比热容大的特点
4．下列关于热现象的说法正确的是（　　）
A．固体很难被压缩，说明固体分子间有引力
B．内能和温度有关，冰由于温度较低不具有内能
C．物体内能增加，一定是从外界吸收了热量
D．四冲程内燃机的压缩冲程是将机械能转化为内能
二、填空题
5．①请从能量转化的角度具体说明这个效率的意义。某电动机工作的效率是83%______；
②四冲程内燃机中，使内燃机获得动力的是______冲程。
6．在我国实施的“西气东输”工程中，西部地区的天然气被输送到缺乏能源的东部地区天然气与煤相比，从热学角度分析它突出的优点是______；从环保角度分析它突出的优点是______（天然气、煤的热值分别为1.14×108J/kg、3×107J/kg）。
7．如图所示，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热机中的______冲程发生的能量转化是一致的。一台四冲程柴油机飞轮的转速为3000r/min，若汽缸在做功冲程中，每次做功400J，柴油机的效率为30%，则每分钟消耗柴油的质量为______kg。（柴油的热值约为4.0×107J/kg）
8．2021年4月29日，海南文昌发射场，长征五号B遥二火箭发射我国空间站核心舱“天和”号取得圆满成功。如图为起飞阶段加速上升的火箭，该过程中，“天和”号的动能________（选填“增大”，“减小”或“不变”），火箭整体的机械能______（选填“增大”“减小”或“不变”），火箭用液态氢作为燃料是因为液态氢的____________大。
三、实验题
9．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量相等，烧杯内的液体质量和初温也相同。
（1）比较不同燃料的热值，应选择 ___________两图进行实验，燃料完全燃烧放出的热量的多少是通过___________（填“温度计升高的示数”或“加热时间”）来反映的；
（2）若想利用上述装置估测燃料的热值，那么还需要补充的实验仪器是___________；
（3）比较不同物质吸热升温的特点，应选择___________两图进行实验。
10．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量、烧杯内的液体质量和初始温度也都相同，当燃料燃烧完时（烧杯内的液体均为沸腾），立即读取相应温度计的读数，分别为T甲、T乙和T丙，且有。
（1）比较不同物质的比热容，应选择______两图进行实验，液体a的比热容ca与液体b的比热容cb相比，有ca______cb（选填“＞”、“＝”或“＜”）；
（2）比较不同物质的热值，应选择______两图进行实验，燃料1的热值q1与燃料2的热值q2相比，有q1______q2（选填“＞”、“＝”或“＜”）；
（3）若在燃料燃烧完前，甲图中的液体a已处于沸腾状态，且燃料燃烧完时温度计读数仍然为，液体b没有沸腾，则ca______cb（选填“＞”、“＝”、“＜”或“无法判断”）。
四、计算题
11．据统计，家庭中一次洗浴需要将质量为80kg，温度为20℃的自来水加热到60℃。如果使用某种家用天然气热水器，需要消耗的天然气体积为1m3。已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值为3.2×107J/m3。求：
（1）天然气完全燃烧放出的热量；
（2）水吸收的热量；
（3）该热水器的工作效率。
12．中国首次火星探索任务“天问一号”探测器的成功发射，是我国综合国力和创新能力提升的重要标志，如图所示是某火箭发射时的场景，目前运载火箭一般使用液体氢作为燃料，液态氧作为助燃剂，氢的热值为1.4×108J/kg。
（1）某火箭发射时携带6×104kg液态氢燃料，这些燃料完全燃烧最多能将多少千克初温为20℃的水加热至沸腾？【c水=4.2×103J/（kg·℃），当地大气压为1标准大气压】
（2）氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在气缸中燃烧，某次测试中，一辆氢能源车以70kW的功率匀速行驶20min，消耗了2kg燃料，求该发动机的效率。

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