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(共17张PPT)
第十四章
内能的利用
第1节
能量的转化与守恒
1.自然界能量形式多样，有化学能、光能、机械能、内能、电
能等.一定条件下都能互相转化.
转化
转移
保持不变
2.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_________为其他形式，或从一个物体__________
到其他物体，在转化和转移的过程中，能量的总量__________.
3.能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的定律之一.能量的
转化和转移都是有__________性的.
方向
走进生活：家里有各种各样的用电器，请写出一例符合下列
能量转化的用电器.电能转化为机械能：____________；电能转化
为内能：____________；电能转化为化学能：____________.
洗衣机
电饭锅
手机充电器
知识点 1 能量的转化和转移
B
典例 1：如图为某发电机模型图，点燃蜡烛后带动发电机转动
)
发电，小灯泡发光.下列所述能量转化顺序正确的是(
A.化学能→机械能→电能
B.化学能→内能→机械能→电能
C.内能→机械能→电能
D.内能→化学能→机械能→电能
变式 1：关于能的转化，下列说法中正确的是(
)
A.燃料燃烧把内能转化成化学能
C
B.内燃机工作时，把机械能转化为燃料的化学能
C.太阳能电池板把太阳能转化成电能
D.给蓄电池充电把化学能转化成电能
知识点 2 能量守恒定律
D
)
典例 2：有关能量的转化和守恒定律，下列说法正确的是(
A.能量守恒定律只适用于机械能与内能的相互转化
B.能量守恒定律只适用能量转化过程
C.“摩擦生热”是创造了热，它不符合能量守恒定律
D.根据能量守恒定律，宇宙中的能量总和不变
变式 2：如图所示是一种设想中的永动机，它通过高处的水冲
击叶片，叶片转动对外做功，同时带动抽水器从低处将水抽到高
处，从而循环工作.下面关于这款永动机的分析，说法中正确的是
(
)
A
A.这一设想不符合能量守恒定律
B.这款永动机可以在现实中推广
C.这款永动机利用内能对外做功
D.高处水下落过程中机械能守恒
1.下列关于能量转化转移现象的说法中，正确的是(
)
C
A.用干电池供电，电能转化为化学能
B.暖瓶塞被热气弹开，机械能转化为内能
C.用电热水器烧水，电能转化为内能
D.搓手取暖，内能发生了转移
)
D
2.下列实例中，属于能量转移的是(
A.水沸腾后，壶盖被水蒸气顶起
B.两手相互搓一搓，手心发热
C.给电灯通电，电灯发光
D.用暖手宝捂手，手心变热
)
3.[物理观念]下列关于能量守恒定律的说法正确的是(
A.能量在转化或转移过程中，能量的总量保持不变
B.能量可以凭空消灭
A
C.随着科学技术的进步，永动机可以制成
D.电吹风工作时将机械能转化为电能
4.[物理与生活]石墨烯是一种具有高强度、优
异导电性和导热性、高透明度及良好化学稳定性
的二维碳材料.如图所示是某平台商家宣传的含有
石墨烯的保暖裤，声称该保暖裤具有自发热功能，
你认为这种宣传____________(填“属于”或“不属于”)虚假宣
传，理由是________________________.
属于
违背了能量守恒定律
列说法不正确的是( )
5.[传统文化]中国古代玩具“饮水鸟”如图所示，它的神奇之
处在于能不停地点头“喝”水.它的下球中装有乙醚(乙醚极易汽
化)，乙醚吸收空气中的热量汽化后，气压增大将乙醚压入上球，
饮水鸟的重心上移“低头喝
水”，如图乙；此时上下球连
通气压相同，乙醚流回下球，
恢复图甲的状态，如此反复.下
. . .
A. 下球中乙醚汽化的过程，是通过做功的方式改变了内能
大小
B.“饮水鸟”不是永动机，其能量转化过程符合能量守恒
定律
C.若空气温度很低，“饮水鸟”内的乙醚汽化太慢，“饮水
鸟”会慢慢地停下来
D.如果没有能量补充，“饮水鸟”的运动最终会停下来
答案：A
6.如图甲所示的某路灯，白天光伏电池对蓄电池充电，晚上蓄
电池对路灯供电，图乙是这一过程中的能量转化图(图中 a、b、c
分别表示某种形式的能量).下列判断正确的是(
)
甲
乙
A.a 是电能，b 是电能，c 是光能
B.a 是内能，b 是机械能，c 是光能
C.a 是机械能，b 是内能，c 是光能
D.a 是内能，b 是光能，c 是电能
答案：A
7.“蓄能电站”是电网为合理用电、提高电力的经济效益而设
计修建的，它的工作原理是在深夜处于用电低谷时，利用过剩的
电能，通过水泵把下游水库的水抽到高处的上游水库内；白天则
通过开启闸门放水发电，以补充电能的不足，我国陆续兴建了许
多蓄能电站，改善了电网的供电质量.
电能
重力势能
重力势能
电能
(1)蓄能电站在蓄水过程中发生的能量转化是____________转
化为水的____________，发电过程中，是将水的__________最终
转化为________.
(2)知道了蓄能电站的工作原理，你认为修建蓄能电站在选址
时，对自然条件的要求有：①上、下水库落差_________；②水量
__________.
大
丰沛(共20张PPT)
第4节
跨学科实践：制作简易热机模型
一、项目提出
内能
机械能
热机是一种利用________转化________的设备，广泛应用于
日常生活中的交通工具(如汽车、火车、飞机)及能源生产(如发电
厂)中.热机的工作原理基于热力学的基本定律，将热能通过工作物
质的膨胀和压缩转化为机械能.制作简易热机模型不仅能帮助学生
更好地理解热机的基本原理，还能作为学生了解物理学、热力学
以及工程设计的一个实践项目.
二、项目分析
汽油机属于内燃机，它的工作物质是气缸内的空气和汽油的
混合物.蒸汽机工作时，燃料燃烧使水变成水蒸气，水蒸气推动活
塞运动产生__________.蒸汽机的燃烧室在汽缸外，属于外燃机，
蒸汽机的工作物质是__________.要完成热机模型的制作，需要考
虑下面一些主要问题.
动力
水蒸气
1.用什么作热源？
灯帽
外
答：在制作简易热机模型时，可以使用以下简单易得的热源：
①酒精灯：可以选用酒精灯作为热源，使用酒精灯时，用火
柴点燃，不能用燃着的酒精灯引燃另一只酒精灯；熄灭酒精灯时
用____________，不可用嘴吹；用酒精灯的______焰加热；
②电加热器：电加热器也可以提供稳定的热源来加热封装空
间内的气体或液体，且没有燃烧后产生的气味.
2.工作物质是什么？
膨胀
答：①空气是最简单的工作物质.加热空气后，空气膨胀，推
动活塞或转子做功；②如果条件允许，可以用少量水加热产生水蒸
气作为工作物质.水蒸气膨胀产生的力较大，适合驱动简单的机械
装置.总之，工作物质应选取受热后容易__________的气体.
3.如何将内能转化为机械能？
答：在简易热机中，工作物质受热后膨胀，对外做功，我们
可以选取容易被推动或转动的物体作为工作物质做功的对象，例
如风叶.工作物质驱动风叶转动而做功，消耗了________能，转化
为__________能.
内
机械
三、项目实施
1.简易热机设计示例图
2.实验器材
(1)蒸汽发生器：用于盛放工作物质，可用空易拉罐制作.
(2)小风车叶片：可用小风扇或塑料片制作.
(3)导管：可用笔或空笔芯制作，要注意确保蒸汽不泄漏.
(4)热源：酒精灯.
(5)水：用作蒸汽源.
3.制作步骤
(1)选择一个空易拉罐作为蒸汽发生器.在瓶底部做一个小孔，
然后安装笔筒或笔芯作为导管，用于导出蒸汽.在易拉罐内装入约
一半的水，将开口处封闭.
(2)选择一个小风扇叶片或者制作几片塑料叶片，均匀地安装
在一个轴上.将导管的另一端对准转子的叶片，确保蒸汽可以直接
冲击叶片，驱动转子旋转.
(3)安装热源：将酒精灯放置在蒸汽发生器下方，调整酒精灯，
使酒精灯的外焰来加热容器内的水，产生蒸汽.
(4)测试与调整：在连接好所有部分后，点燃酒精灯，并开始
加热水.随着水温升高，蒸汽开始生成.调整导管的方向和角度，以
确保蒸汽能够最大限度地推动叶片旋转.
制作环节 改进意见
(1)准备蒸汽发生器 应确保瓶口处__________，以防止蒸汽泄漏.
可以使用密封胶或橡胶圈进行封装.水量要
适中，不能过多或过少
四、展示交流
1.展示你制作的简易热机模型，针对汽轮机旋转不畅，请就制
作的各个环节提出改进意见.
密封
制作环节 改进意见
(2)安装蒸汽导管 确保导管连接牢固，并尽量防止蒸汽泄漏
(3)制作汽轮机转子 ①叶片可以用小风扇或塑料片制作；②轴的
另一端可连接到简单的轴承上，确保汽轮机
可以顺利转动
2.展示过程中有哪些安全注意事项？
答：①在操作过程中，务必小心使用热源，并确保所有部件
都连接紧密，以防蒸汽泄漏造成烫伤；②要避免蒸汽发生剧烈膨
胀.(答案合理即可)
五、课堂总结
典例 1：在八百多年前，我国就发明了如图这种流行于民间的
玩具式走马灯，它的工作原理和近代的燃气轮机相同.
(1)若点燃走马灯中的蜡烛时，燃烧产生的高温气体将______
______(填“向上运动”“向下运动”或“绕蜡烛旋转”).
(2)运动的热空气便推动纸风车和固定在转轴上的纸马转动.
这种走马灯工作原理与汽油机的__________冲程相同.
向上
做功
运动
典例 2：小李去火车博物馆参观，了解到蒸汽火车工作的原理，
回家后设计了一个利用蒸汽机提升重物的装置，其工作原理如图
所示.工作过程为：打开阀门 A、关闭阀门 B，高压蒸汽进入气缸，
推动活塞上行；当活塞到达气缸顶部时，关闭阀门A、打开阀门 B，
蒸汽进入冷凝器，气缸内压强减小，活塞下降，循环往复.活塞与
杠杆之间用一根硬杆相连，杠杆的另一端与滑轮组的绳子末端相
连.已知重物的质量为 20 kg，杠杆左端的力臂为 2L，右端的力臂
为 L ，活塞的面积为 10 cm2 ，活塞上行一次重物上升的高度为
0.25 m，动滑轮的质量为 5 kg，气缸的能量损失和活塞的质量不计，
g＝10 N/kg.
(1)活塞上行过程与汽油机的_______冲程相似；高压蒸汽进入
气缸后推动活塞上行过程中，气缸内高压蒸汽的内能________.(均
填“增大”或“减小”)
做功
减小
(2)需要将重物提起，气缸需要产生的最小压强为多大？
解：对动滑轮和重物整体受力分析，有
2F＝G物＋G动＝(m物＋m动)g＝(20 kg＋5 kg)×10 N/kg＝250 N，
(3)关于小李设计的蒸汽机提升重物的装置，下列说法正确的
是__________(填字母).
ACD
A.需要一次将物体提升得更高，可以将 O 点水平向左移
B.气缸产生最小压强时，O 点水平向右移，不能将重物提升
起来
C.在气缸产生的最小压强下，滑轮组提升重物的效率为 80%
D.活塞上行一次，蒸汽机对物体做的有用功为 50 J(共22张PPT)
第3节
热机的效率
1.(1)某种燃料________燃烧放出的热量与其质量之比叫作这
种燃料的热值.它的单位是____________，符号为_______.热值是
燃料的性质，同种燃料的热值相同，不同燃料的热值一般不同.
(2)注意：热值只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、
形状、是否完全燃烧等均________.
完全
焦每千克
J/kg
无关
2.燃料完全燃烧放出热量的计算公式是________________，其
中 q 为燃料的热值，m 为燃料的质量，V 为气体燃料体积.
3.用来_____________的那部分能量，与燃料完全燃烧时放出
的能量之比，叫作热机的效率.热机的效率公式是η＝
W有
Q
×100%.
热机的效率η<1.
Q＝qm(或 Q＝qV)
做有用功
4.一台内燃机工作时能量损耗的主要原因有：燃料难以完全燃
烧、汽缸散热损失、废气带走的能量、摩擦等机械损耗等.
走进生活：平时汽油车刚发动的时候，会看到车尾排气口冒
“黑烟”，出现这种情况的原因是__________________________，
此时汽油机的效率________(填“升高”“降低”或“不变”).
汽油在发动机内燃烧不充分
降低
知识点 1 热值
典例 1：释放化学能的过程不断地发生在人体内，食物也是一
种“燃料”，营养成分在人体细胞里与氧结合，提供细胞组织所
需的能量.一袋饼干的营养成分表上标有“2361 kJ/100 g”，该标识
的含义与以下物理量的含义类似的是(
)
B
A.热量
B.热值
C.比热容
D.内能
方法技巧：
1.2×107
不变
变式 1：小越参加一次长跑消耗的能量为 6.6×106 J，这些能
量相当于完全燃烧 0.55 kg 的干木柴才能得到，则干木柴的热值为
___________J/kg，如果用掉一半后，干木柴的热值将________(填
“变大”“变小”或“不变”).
物理方法——比值法
热值是用比值法定义的，与比热容、密度类似，都属于物质
的性质.热值的大小取决于燃料的种类，与燃料的质量、是否完全
燃烧等因素无关.
知识点 2 热机的效率
典例 2：如图为某汽车内燃机燃料燃烧所释放能量的流向图，
根据图中给出的信息，该内燃机的效率为(
)
C
A.20%
B.30%
C.40%
D.50%
变式 2：一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为 3000 r/min，该
柴油机活塞 1 s 对外做功_________次.若其效率为 40%，消耗 2 kg
的汽油转化成的机械能是__________J.(q汽油＝4.6×107 J/kg)
25
3.68×107
1.煤炭相比于木柴，煤炭具有更高的(
)
B
A.质量
B.热值
C.比热容
D.热量
2.2024 年 4 月 20 日，我国研制的新款柴油机刷新了柴油机热
机效率的世界纪录，为我国实现“双碳”目标添砖加瓦.如图为内
)
C
燃机的某个工作瞬间的示意图.下列说法正确的是(
A.如图冲程是把机械能转化为内能
B.热机的效率越高，说明做功越快
C.使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率
D.柴油在燃烧过程中，柴油的热值在不断减小
3.[航天航空]中国探索火星探测器“天问一号”的成功发射，
是我国综合国力和创新能力提升的重要标志.火箭发射探测器时
带了 3×104 kg 液态氢燃料，这些燃料完全燃烧放出的热量是
________J，可以将________kg 初温为20 ℃的水加热至沸腾.使用
液态氢做燃料的原因是氢的_______大.[q氢＝1.4×108 J/kg，c水＝
4.2×103 J/(kg·℃)，当地大气压为 1 标准大气压，不计热量损失]
4.2×1012
1.25×107
热值
4.[物理与生活]生活垃圾的热值为 3×106 J/kg，位于济宁市某
垃圾焚烧发电厂每天完全燃烧1000 t生活垃圾，放出热量_______J；
若放出热量的 42%用来加热水供给附近小区，在 1 标准大气压下，
每天可将___________kg 的水由 20 ℃恰好加热至沸腾.[c水＝4.2×
103 J/(kg·℃)]
3×1012
3.75×106
5.汽车发动机之一是汽油机，汽油的热值为 4.6×107 J/kg，王
同学阅读了某汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成
如图所示，下列回答正确的是(
)
A.该内燃机的效率为 70%
B.1 kg 的汽油燃烧一定能够释放 4.6×107 J 的能量
C.利用废气的能量及减小摩擦是提高热机效率的有效途径
D.汽油机压缩冲程把燃料燃烧产生的内能转化为机械能
答案：C
6.[科学探究]小红利用如图所示的两套完全相同的装置做“比
较质量相等的酒精和碎纸片燃烧时放出热量”的实验.
天平
(1)要完成该实验，除了温度计外还需要的测量工具有______.
燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ A
10 g 酒精 20.0 50.0
10 g 碎纸片 20.0 35.0
(2)小红正确实验，采集的数据如下表，表中 A 处的内容是
_____________________.
水温的变化量/℃
(3)分析表中数据可得，质量相等的酒精和碎纸片完全燃烧时，
__________放出热量多.
酒精
不能
全部被水吸收，有热量损失
(4)小红利用所测的数据__________(填“能”或“不能”)准
确算出碎纸片和酒精热值大小，原因是_______________________
___________________________.
(5)小明用同样的装置进行实验，得到的实验结论与小红的正
好相反，你认为小明在实验中最有可能遗漏的操作是：_________
_________________________________；______________________
______________________________________.
燃料燃烧放出的热量不能
出燃料的质量，使燃料的质量相等
测出烧杯中水的质量，使水的质量相等
用天平测
用天平测出烧杯用天平
1 min内完成工作循环 排气量 发动机最大功率 汽缸内汽油和空气的混合密度 汽油的热值 空燃比
2600次 1.8 L 75 kW 1.35 kg/m3 4.6×107 J/kg 14∶1
7.汽车排气量是指发动机气缸的工作容积，一般情况下，汽车
排气量越大，功率越大，空燃比是指汽缸内空气和燃油的质量比.
某台汽车发动机数据如下表，当汽车以 100 km/h 速度匀速运动时，
根据表中数据求汽车发动机的效率.(计算结果保留一位小数)
可知发动机所做的有用功为
Q＝m汽油q＝1.62×10-4 kg×4.6×107 J/kg×2600＝1.937 52×
107 J，
根据 P＝
W有
t
W有＝Pt＝75 000 W×60 s＝4.5×106 J，
所以发动机的效率为(共23张PPT)
第2节
热机
内能
机械能
压缩
做功
1.燃烧汽油或柴油能将其化学能转化为________，通过热机做
功，能把内能转化为____________.
2.内燃机有四个冲程，它们分别是吸气冲程、压缩冲程、做功
冲程、排气冲程.其中________冲程将机械能转化为内能，_______
冲程将内能转化为机械能.
做功
排气
惯性
2
2
3.(1)在四个冲程中，给汽车提供动力的冲程是____________
冲程，排出汽车废气的冲程是____________冲程.
(2)注意：在内燃机的四个冲程中，只有做功冲程对外做功，
其他三个冲程都是靠飞轮的________完成的.一个工作循环中飞轮
转动__________周，活塞往返__________次.
简记：汽油机的工作过程可用“1421”进行记忆：一个工作
循环，4 个冲程，曲轴转动 2 周，活塞往复 2 次，做功 1 次.
内容 内燃机
汽油机 柴油机
燃料 汽油 柴油
构造
4.汽油机和柴油机.
内容 内燃机
汽油机 柴油机
一个
工作
循环 吸气
冲程 吸入汽油和空气的混合物 只吸入空气
压缩
冲程 压缩程度较小(机械能→内能) 压缩程度大(机械能→内 能)
做功
冲程 点燃式(火花塞点火)(内能→机械能) 压燃式(柴油遇到高温高压的热空气)(内能→机械能)
内容 内燃机
汽油机 柴油机
一个
工作
循环 排气
冲程 排出废气 排出废气
主要特点 轻巧、效率较低 笨重、效率较高
适用范围 小汽车、小型农业机械等 载重汽车、拖拉机、火车、
轮船等
汽油
做功
走进生活：小明家买了一辆家用汽车，小明非常喜欢，整天
围着汽车转来转去，一天当父亲检查汽车发动机时，小明发现发
动机上有火花塞，据此判断这台发动机是________机，火花塞工
作后的一个冲程是________冲程.
知识点 1 热机
C
典例 1：(2023 年广东省)如图所示是四冲程内燃机的某一冲程
示意图，该冲程是(
)
A.吸气冲程
B.压缩冲程
C.做功冲程
D.排气冲程
变式 1：如图所示是四冲程汽油机工作过程中的某一冲程的示
)
B
意图.关于这一冲程，下列说法中正确的是(
A.这是吸气冲程，气缸内吸进混合气体
B.这是压缩冲程，把机械能转化为内能
C.这是做功冲程，把内能转化为机械能
D.这是排气冲程，排出气缸中的废气
易错原因 误认为内燃机是将内能转化为机械能，内能一定是减
少的
正确理解 压缩冲程中，活塞压缩燃料混合物，使其内能增大，
温度升高；做功冲程中，高温高压的气体推动活塞做
功，自身的内能减小，温度降低
易错点 压缩、做功冲程中燃料混合物的内能变化情况
易错训练：如图所示是四冲程汽油机的工作原理示意图，下
列说法正确的是(
)
B
甲
乙
丙
丁
A.图甲是吸气冲程，吸入汽缸的物质是汽油
B.图乙冲程是通过做功使燃料混合物的内能增加
C.图丙冲程中，燃气的内能增加、温度升高
D.甲、丙、丁是辅助冲程，靠飞轮惯性完成
知识点 2 内燃机转速
典例 2：一台单缸四冲程汽油机，如图所示的汽油机正处于
________冲程；在此过程中燃气的内能________(填“增加”“减
小”或“不变”)；若飞轮的转速为 1800 r/min，该汽油机每秒钟
做功__________次.
压缩
增加
15
方法技巧：
变式 2：一台单缸四冲程汽油机，在压缩冲程中，气体的温度
升高，这是通过____________的方式____________内能的.若汽油
机 1 s 内对外做功 15 次，则其曲轴的转速为________r/min.
做功
增大
1800
1.[跨学科·化学]光发动机可用于卫星的能源补充，原理如图所
示，密闭反应室中 N2O4 在光照下会分解，使反应室气压增大，推
动活塞右移，无光条件下发生逆反应，控制光照即可实现活塞往
复运动.活塞右移过程相当于汽油机的(
)
C
A.吸气冲程
B.压缩冲程
C.做功冲程
D.排气冲程
2.(2024 年广元市)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(
)
B
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
3.关于柴油机和汽油机，下列说法中正确的是(
)
A.汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞
B.吸气冲程中，汽油机吸入的是汽油，柴油机吸入的是柴油
C.四冲程汽油机在工作过程中，进、排气门同时关闭的冲程
是做功冲程和压缩冲程
C
D.在柴油机的压缩冲程中，内能转化为机械能
4.[科学探究]如图所示是小明用可乐瓶制作的水火箭.小明先
在瓶中装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞
后用打气筒往瓶里打足气；此时瓶中气体的内能__________(填
“增加”“减少”或“不变”)；打开阀门后，水从
尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中，此
过程的能量转化情况与热机的__________ 冲程相
同，瓶内气体通过__________的方式改变内能.
增加
做功
做功
5.如图是某四冲程汽油机顺序被打乱的工作图，下列说法正确
的是(
)
A
B
C
D
A.四个冲程的顺序应该是 B→A→D→C
B.冲程 B 的活塞正在往下运动
C.冲程 D 将内能转化为机械能
D.热机是利用化学能做功的机器
答案：B
6.如图所示是内燃机的________冲程；若该内燃机在吸气冲
程吸入气缸的只有空气，那么它是__________(填“汽油机”或
“柴油机”)；若一台单缸四冲程汽油机飞轮转速为 3600 r/min，
那么 1 秒钟该内燃机对外做功_______次.
压缩
柴油机
30
7.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 50 mm，满负荷工作时做功冲
程燃气的平均压强为 8×105 Pa，当汽油机满负荷工作时(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.
解：(1)由 p＝ 得做功冲程中燃气对活塞的平均压力为
F
S
F＝pS＝8×105 Pa×5×10-3 m2＝4×103 N.
(2)一个做功冲程中燃气对活塞做的功为
W＝Fs＝4×103 N×50×10-3 m＝200 J.(共23张PPT)
微专题二
能量转化的效率的计算
【专题归纳】
类型一：燃气热水器
例 1：(2024 年苏州市)如图所示为某折叠卡式炉，采用丁烷气
体作为燃料. 水壶装入 2 L 初温为 25 ℃的水，用卡式炉加热至
100 ℃，消耗了 25 g 丁烷气体[水的比热容为 4.2×103 J/(kg·℃)，
丁烷的热值为 4.8×107 J/kg].求：
(1)壶中水的质量.
(2)水吸收的热量.
(3)卡式炉的加热效率.
解：(1)由 ρ＝ 可知，水的质量为
m
V
m水＝ρ水V水＝1.0×103 kg/m3×2×10-3 m3＝2 kg.
(2)水吸收的热量为
Q吸＝c水m水(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃－25 ℃)
＝6.3×105 J.
(3)丁烷气体完全燃烧放出的热量为
Q放＝mq＝2.5×10-2 kg×4.8×107 J/kg＝1.2×106 J，
卡式炉的加热效率为
类型二：太阳能热水器
例 2：如图所示为某家庭太阳能热水器，阳光照射时，平均每
小时吸收 6×106 J 的太阳能，若热水器吸收 7 h 的太阳能，可以使
质量 100 kg 的水温度升高 50 ℃[已知水的比热容 c水＝4.2×103 J/
(kg·℃)，天然气的热值 q＝3.5×103 J/m3].求：
(1)水吸收的热量.
(2)该太阳能热水器的效率.
(3)若这些水吸收的热量由天然气来提供，假
设天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收，则需
要多少立方米的天然气？
解：(1)水吸收的热量为
Q吸＝c水mΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×50 ℃＝2.1×107 J.
(2)每天获得的太阳能为
E＝6×106 J/h×7 h＝4.2×107 J，
则太阳能热水器的效率为
(3)由 Q放＝Vq 得需要天然气的体积为
.然后他们又以
类型三：燃油汽车
例 3：(2023 年呼和浩特市，改编)小军同学周末和家人乘坐越
野汽车去郊游，车和人的总质量为 2.4 t，他们先在一段可近似看
成水平直线的柏油路上匀速行驶 50 km，用时 50 min，消耗汽油
10 kg，在柏油路上汽车所受阻力恒为车和人总重的
1
10
相同功率，继续在一段可近似看成水平直线的沙土路上，以 25 km/h
的速度匀速行驶 12 min 后到达目的地. 已知汽油的热值为 4.6×
107 J/kg，g 取 10 N/g.求：
(1)汽车在柏油路上匀速行驶时速度的大小.
(2)汽车在柏油路上匀速行驶时的机械效率.(计算结果保留一
位小数)
(3)汽车在沙土路上匀速行驶时受到阻力的大小.
解：(1)汽车在柏油路上匀速行驶时的速度为
(2)汽车在柏油路上行驶时受到的阻力为
汽车匀速行驶时，牵引力与受到的阻力是一对平衡力，根据
二力平衡条件可知，汽车的牵引力为 F牵＝f＝2.4×103 N，
汽车在柏油路上匀速行驶时牵引力所做的有用功为
W＝F牵s1＝2.4×103 N×50×1000 m＝1.2×108 J，
消耗的汽油完全燃烧放出的热量为
Q放＝mq＝10 kg×4.6×107 J/kg＝4.6×108 J，
汽车在柏油路上匀速行驶时的机械效率为
(3)汽车的功率为
根据题意可知，汽车在沙土路上匀速行驶时的功率与在柏油
路上的功率相同，
由 P＝Fv 得汽车在沙土路上匀速行驶时汽车的牵引力为
根据二力平衡条件可知，汽车在沙土路上匀速行驶时受到阻
力为 f ′＝F牵′＝5760 N.
【专题训练】
1.(2024 年陕西省)氢能因其低碳、高热值、来源广泛等特点，
在新能源领域备受青睐.某款氢内燃机汽车的总质量为 1.8 t，车轮
与地面的总接触面积为 0.1 m2.某次测试中，该车匀速直线行驶
6 km 用时 5 min，牵引力做功的功率恒为 36 kW，发动机的效率为
60%.(g 取 10 N/kg，氢燃料的热值为 1.4×108 J/kg，假设氢燃料完
全燃烧)
(1)该车静止在水平地面上时，对地面的压强是多少？
(2)本次测试中，该车行驶的速度是多少？受到的牵引力是多
少？
(3)本次测试中，消耗氢燃料的质量是多少？(计算结果保留两
位小数)
解：(1)该车静止在水平地面上时，对地面的压强为
(2)该车匀速直线行驶 6 km 用时 5 min，本次测试中，该车行
驶的速度为
(3)用时 5 min，牵引力做功为
W＝Pt＝36 000 W×5×60 s＝1.08×107 J，
氢燃料完全燃烧放出的热量为
本次测试中，消耗氢燃料的质量为
太阳照射时间/h 10
装水量/kg 100
吸热板面积/m2 2.5
水升高的温度/℃ 50
水的比热容/[J·(kg·℃)-1] 4.2×103
太阳辐射功率/[J·(m2·h)-1] 1.68×106
2.太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置，如表是小
明家的太阳能热水器某天在阳光照射下的相关信息.
其中太阳辐射功率是指 1 h 内投射到 1 m2 吸热板上的太阳能.
求：
(1)水在 10 h 内吸收的热量.
(2)如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧多少立
方米的天然气？(天然气的热值为 8.4×107 J/m3，假设天然气完全
燃烧放出的热量全部给水吸收)
(3)该太阳能热水器的能量转化效率.
解：(1)水吸收的热量为
Q吸＝cmΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×50 ℃＝2.1×107 J.
(2)由题知天然气燃烧需放出热量为
Q放＝Q吸＝2.1×107 J，
由 Q放＝Vq 得，需要天然气的体积为
(3)10 h 太阳能热水器吸收的太阳能为
Q总＝1.68×106 J/(m2·h)×2.5 m2×10 h＝4.2×107 J，
该太阳能热水器的能量转化效率为
3.(2023 年兰州市)一辆燃油汽车沿平直公路匀速行驶了 108 km，
所用时间为 1 h，消耗汽油 10 kg，汽车在行驶过程中所受阻力恒
为 1380 N(q汽油＝4.6×107 J/kg).求：
(1)汽车行驶的速度.
(2)牵引力的功率.
(3)汽车发动机的效率.
解：(1)汽车行驶的速度为
(2)汽车沿平直公路匀速行驶，受力平衡，根据二力平衡条件
可知，牵引力 F＝f＝1380 N，牵引力做的功为
W＝Fs＝1380 N×108×103 m＝1.4904×108 J，
牵引力的功率为
(3)消耗的汽油完全燃烧放出的热量为
Q放＝mq汽油＝10 kg×4.6×107 J/kg＝4.6×108 J，
汽车发动机的效率为

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