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学 习 评 价
1.用酒精灯给试管内的水加热至一定程度,发现塞在试管口的木塞被冲出,如图所示。下列描述正确的是(　 　)
A.试管中的水是靠做功的方式增加内能的
B.水蒸气对木塞做功,把机械能转化为内能
C.水蒸气对木塞做功,与汽油机做功冲程的原理相同
D.水蒸气对木塞做功,水蒸气内能增加
基础巩固
C
2.现代火箭用液态氢作燃料,是因为液态氢具有(　 　)
A.较大的热值 B.较高的凝固点
C.较低的沸点 D.较大的比热容
A
3.下列关于热值的说法正确的是(　 　)
A.燃料燃烧得越充分,热值越大
B.2 kg煤的热值等于1 kg煤的热值
C.1 kg煤燃烧放出4×105 J的热量,则煤的热值为4×105 J/kg
D.燃料燃烧时,用的燃料越多,获得的热值越大
B
4.热机的效率是热机性能的重要指标。甲发动机的效率为37%,乙发动机的效率为33%。如果上述两款发动机工作时汽油均完全燃烧,下列表述正确的是(　 　)
A.甲发动机消耗1 kg汽油获得的有用功更多
B.甲发动机消耗1 kg汽油释放的内能更多
C.甲发动机消耗1 kg汽油散失的内能更多
D.甲发动机工作时消耗的燃料一定更少
A
5.下列关于能量的说法中,正确的是(　 　)
A.洗衣机工作时是将机械能转化为电能
B.电水壶工作时是将内能转化为电能
C.用热水泡脚,身体会感觉暖和,说明内能可以转移
D.能量无论是转化还是转移,能量总和会逐渐减少
C
6.如图是四冲程汽油机工作循环中的一个冲程,下列关于该冲程及其能量转化判断正确的是(　 　)
A.做功冲程,将机械能转化为内能
B.做功冲程,将内能转化为机械能
C.压缩冲程,将机械能转化为内能
D.压缩冲程,将内能转化为机械能
B
7.关于四冲程内燃机,下列说法正确的是(　 　)
A.汽油机和柴油机都是内燃机,吸入气缸的物质相同
B.汽油机和柴油机都是通过火花塞点火的
C.燃料在气缸内猛烈燃烧,燃料热值迅速减小
D.压缩冲程主要是通过做功的方式增大缸内气体的内能
D
8.如图所示,我国科学家在实验室成功模拟了绿色植物的光合作用,利用阳光提供的能量实现了从二氧化碳到淀粉的人工合成。下列有关说法正确的是(　 　)
A.人食用淀粉后,可以将淀粉的内能转化为化学能
B.人工合成淀粉的过程需要利用光能
C.人工合成淀粉时,将光能转化为淀粉的内能
D.人工合成淀粉的过程不遵循能量守恒定律
B
9.如图为火箭发射的场景,火箭的燃料使用了液态氢,主要是因为它的
　 　大。火箭发射升空时,燃料的化学能转化为　 　能,再转化为火箭的机械能,这个过程中火箭的机械能　 　(选填“守恒”或
“不守恒”)。
热值
内
不守恒
10.如图所示是一台烤红薯机,加热方式可选择烧柴火、干草或者木炭等,木炭的热值取4×107 J/kg。现有3 kg木炭,取其中2 kg木炭放到烤红薯机里面燃烧来加热红薯,则这2 kg木炭燃烧放出的热量为6.4×107 J;若该过程红薯吸收的热量为3.2×107 J,则用木炭烤红薯的效率为
　 　;现燃烧剩余1 kg的木炭,因氧气不足未完全燃烧,则它的热值
　 　(选填“>”“<”或“=”)4×107 J/kg;红薯被烤熟是通过　 　(选填“做功”或“热传递”)的方式改变其内能。
40%
=
热传递
11.(1)如图是四冲程汽油机的某个冲程,由图可看出它正处于　 　冲程,该冲程将机械能转化为　 　能。某汽油机的热机效率为25%,用0.5 kg的汽油完全燃烧可以转化为　 　J的机械能。(汽油的热值q=4.6×107 J/kg)
压缩
内
5.75×106
(2)某辆行驶的小轿车,其正常工作时的能量转化情况如图所示,若输入的化学能为2 000 J,输出的动能为300 J,则输出的内能和声能共计
　 　J;若输出的有用能量是动能,则小轿车正常工作时的效率为
　 　。
1 700
15%
12.在汽车行业,“热融紧固”技术得到广泛应用,其原理如图所示。
①利用电动工具使螺钉高速旋转并压向金属板材;②螺钉尖端与板材表面摩擦生热,板材局部　 　(填物态变化名称)变软,螺钉尖端仍然坚硬,摩擦生热的能量转化方式与四冲程汽油机的　 　冲程相同;③螺纹完全拧入板材后螺钉停止转动,板材局部　 　(填物态变化名称)牢牢套住螺钉。利用该技术,铜螺钉可以拧入表中　 　物质制作的板材。
熔化
压缩
凝固
铝
物质 熔点/℃
铁 1 538
铜 1 083
铝 660
13.小华家里用的是天然气灶,他尝试估测该灶的效率。小华在水壶中加入4 L水,水的初温是20 ℃,然后将水烧开,他观察天然气表发现此次烧水用了0.1 m3天然气,天然气的热值为3.2×107 J/m3,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),水的密度为1.0×103 kg/m3,当地大气压为标准大气压。求:
(1)水吸收的热量Q吸(不计水的热量损失)。
拓展提升
解:(1)水的体积V水=4 L=0.004 m3,
水的质量m水=ρ水V水=1.0×103 kg/m3×0.004 m3=4 kg。
在标准大气压下,水的沸点为100 ℃,即水的末温为100 ℃,
所以水吸收的热量
Q吸=c水m水(t-t0)
=4.2×103 J/(kg·℃)×4 kg×(100 ℃-20 ℃)
=1.344×106 J。
(2)天然气完全燃烧放出的热量Q放。
(3)天然气灶的效率η。
解:(2)天然气完全燃烧放出的热量
Q放=V天然气q=0.1 m3×3.2×107 J/m3=3.2×106 J。
14.工匠用钢铁打制刀具时,有一个重要流程叫“淬火”,把刚打制成型的刀具放到炉火中充分煅烧,然后将其迅速放入水中骤冷。现有一成型的合金钢刀具的质量为1 kg,温度为20 ℃,放入836 ℃的炉火中煅烧足够长时间,迅速取出放入5 kg、20 ℃的水中冷却,最后与水达到共同的温度。[不计过程中的热量损失,c水=4.2×103 J/(kg·℃),c合金钢=
0.42×103 J/(kg·℃)]求:
(1)此刀具在火炉中吸收了多少热量。
(2)淬火后水的温度为多少摄氏度。
解:(1)Q吸=c合金钢m合金钢(t-t0)
=0.42×103 J/(kg·℃)×1 kg×(836 ℃-20 ℃)=342 720 J。
(2)Q水吸=Q合放,即c水m水(t′-t0′)=c合金钢m合金钢(t-t′),
代数据解得t′=36 ℃。
15.(1)世界上很多发明都是受到生活现象的启发而萌生的。比如蒸汽机和汽油机都是热机,它们工作时,能的转化是　 　,喜欢探究的小明同学做了如图甲、乙所示的实验,其中图　 　(选填“甲”或“乙”)可以反映汽油机的工作原理。如图丙所示,来回摩擦绳子使金属筒的温度升高,这是通过　 　的方式改变了金属筒的内能;当筒内的酒精蒸气将软木塞弹开后,周围的人能闻到酒精的气味,这个扩散现象说明　
　。
内能转化为机械能
乙
做功
分子在不停地做
无规则运动
(2)如图丁为氢气爆炸实验装置,向纸杯中通入适量的氢气与空气混合,用火柴点燃气体,发生爆炸,纸杯被炸得飞起。请回答下列问题:
①爆炸的能量转化情况与汽油机工作时的哪一冲程相同
②飞起的纸杯为什么能继续向上运动,且运动速度越来越小
答案:①做功冲程　②由于纸杯具有惯性,所以还能继续向上运动,但是由于纸杯受到竖直向下的重力的作用,所以运动速度越来越小。
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第1节　能量的转化与守恒
第十四章 内能的利用
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学习目标
课堂探究
课后巩固
学习目标
1.了解能量及其存在的多种形式。
2.知道能量的转移和转化,能解释一些常见现象中的能量转化过程。
3.理解能量守恒定律,有用能量守恒定律的观点分析物理现象的意识,体会能量守恒定律的普适性。
课堂探究
课前一问
你知道哪些生活中常见的能量
知识点一　能量的转化
1.能量存在的主要形式:　 　、　 　、　 　、　 　等。
2.在一定条件下,各种形式的能量是可以相互　 　的。
机械能
重点整理
化学能
内能
电能
转化
典型例题
例　如图所示,陨石在加速下落的过程中与大气剧烈摩擦,迅速升温,猛烈燃烧。则在陨石下落过程中,其能量转化过程是(　 　)
A.重力势能→动能→内能　　　B.动能→重力势能→内能
C.重力势能→内能→动能　　　D.内能→重力势能→动能
A
举一反三
关于如图所示事例的能量转化,下列说法不正确的是(　 　)
A.图甲中的人“钻木取火”,把内能转化为机械能
B.图乙中水轮机带动发电机发电,把水能转化为电能
C.图丙中行驶的高速电动列车,把电能转化为机械能
D.图丁中楼顶的太阳能热水器,把太阳能转化为内能
A
知识点二　能量守恒定律
1.内容: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　 　。
2.普遍性:能量守恒定律是自然界最　 　、最　 　的基本定律之一。
3.永动机:根据能量守恒定律,　 　 (选填“可能”或“不可能”)制造出永动机。
重点整理
消失
产生
转化
转移
保持不变
普遍
重要
不可能
典型例题
例1　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于能量转化过程
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
D
例2　如图所示为“记忆合金魔轮”,安装在转轮上的记忆合金弹簧在高于其“转变温度”的水中缩短,在空气中伸长,在力的作用下转轮便会转动起来。若在下面放上热水,转轮就会不停地转下去,就制成了一个“永动机”。你认为这种方案　 　(选填“可行”或“不可行”),理由是
　 　。
不可行
该装置需要外力来维持其持续转动,违背了能量守恒定律
1.中国古代玩具饮水鸟被誉为“爱因斯坦也吃惊的玩具”。它的神奇之处在于能不停地点头“喝”水,下球中装有乙醚(极易汽化),汽化后气压增大将乙醚压入上球,重心上移“低头喝水”;上下球通过管连通,乙醚流回下球,恢复图甲状态,如此反复。“饮水鸟”　 　(选填“是”或“不是”)永动机,其能量转化　 　(选填“遵循”或“不遵循”)能量守恒定律。
举一反三
不是
遵循
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,说明小球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,有一部分机械能转化成了内能
D.此过程说明了能量守恒定律是需要建立在一定的条件之上才能成
立的
C
课后释问
滚动的足球具有机械能、一切物体都具有内能、点亮的灯泡具有光能、高压输电线输送电能、燃料具有化学能、核电站利用核能发电等。
课后巩固
建议用时:15分钟 实际用时: 分钟
1.关于能量,下列说法正确的是(　 　)
A.燃料燃烧时化学能转化为内能
B.电风扇工作时把机械能转化为电能
C.因为能量守恒,所以“永动机”可以制成
D.能量无论是转化还是转移,能量的总量都是逐渐减少
A
基础题
2.如图是电风扇工作时的能量流向图(箭头粗细不代表能量的多少),括号的能量类型应该是(　 　)
A.电能 B.内能 C.化学能 D.机械能
A
3.如图所示是某地区使用的“风光互补”景观照明灯,它“头顶”小风扇,
“肩扛”光电池板,“腰挎”照明灯,“脚踩”蓄电池。下列解释合理的是
(　 　)
A.蓄电池白天充电时,将电能转化为化学能
B.小风扇利用风力发电时,将电能转化为机械能
C.光电池板工作时,将太阳能转化为化学能
D.照明灯工作时,将内能转化为电能
A
4.下列关于能量和能量转化的说法不正确的是(　 　)
A.风力发电过程将机械能转化为电能
B.洗衣机工作过程将电能转化为机械能
C.给手机充电过程将化学能转化为电能
D.电饭锅煮饭时将电能转化为内能
C
5.2026年5月24日,长征二号F遥二十三运载火箭搭载神舟二十三号载人飞船成功发射,在火箭搭载飞船加速升空过程中,飞船的机械能
(选填“增加”“减少”或“不变”);同时火箭的外壳会与空气摩擦发热,这是通过　 　的方式改变外壳的内能。整个过程中,能量的总量
　 　(选填“增加”“减少”或“不变”)。
增加
做功
不变
6.如图为某大学教授课堂演示情景,教授将一个摆球从下巴处放手,结果摆球摆回时并没有砸到他的下巴,这一过程摆球的机械能 　 　(选填“减小”或“不变”),这一过程　 　(选填“符合”或“不符合”)能量守恒定律。
减小
符合
7.打台球时,运动的甲球撞击乙球后,甲球速度变慢,这是由于甲球的动能　 　(选填“转移”或“转化”)到乙球上;植物吸收太阳光进行光合作用,光能转化为　 　能;能量在转化和转移的过程中,总量保持
　 　;永动机是不存在的,因为它违背了　 　定律。
转移
化学
不变
能量守恒
拓展题
1.小张在学习完能量转化知识后,设想了如图所示的方案,先利用水力发电,然后再利用发出的电驱动抽水机把水抽到蓄水池,这样就可以一直循环下去,你认为这个设计方案　 　(选填“可行”或“不可行”),理由是　 　。
不可行
违背了能量守恒定律
2.(1)不同形式的能量可以在一定条件下相互转化,如图甲所示。以下事例中分别属于哪些能量转化(只需考虑最主要的能量转化) 请将图甲中能量转化对应的字母序号填写在相应的横线上。
甲
例:电热水器工作时　 　。
①热机的压缩冲程　 　。
②给某锂电池充电时　 　。
③植物吸收太阳光进行光合作用　 　。
④电动机带动水泵把水送到高处　 　。
K
C
J
G
A
(2)如图乙所示是某装置工作时的能量流向图,请根据图中信息判断,此装置可能是　 　(选填“热机”“电灯”或“电风扇”),效率为　 　,热量的损失应为　 　。
热机
37.5%
7.5×105 J
乙
3.阅读短文,回答问题。
2024年4月30日,我国某压缩空气储能项目并网发电,这是我国新型储能技术应用的一个里程碑。
该项目工作原理如图所示,用电低谷时段,将电网多余的电能通过空气压缩机把空气压缩到地下盐穴中(地下盐层中的洞穴);用电高峰时段,将储存在盐穴中的高压空气释放,驱动空气膨胀机转动,连接发电机发电。
该工程就像一个“超级充电宝”,储存1度电最终能放出0.72度电,装机功率300兆瓦。每年发电量可达6亿度,能够保障超过20万户家庭用电需求。每年可节约标准煤约1.9×108 kg,减少二氧化碳排放约4.9×108 kg。可连续放电6 h,使用期长达40年。
(1)该项目储能过程中,电网中多余的电能通过电动机转化为　 　能,再通过空气压缩机转化为　 　能。
(2)换热器是将热流体的部分内能转移给冷流体的装置,常温高压空气在“换热器2”处　 　热。
机械
内
吸
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第4节　跨学科实践:制作简易热机模型
热机是人们获得动力的重要机械,现代热机的应用已经渗透到各个领域,推动了工业、交通和科技的飞速发展和社会经济的快速增长。同学们可以自己制作一个简易热机模型,来更好地理解热机的工作过程。
热机的基本原理
1.组成:有一种热机的燃烧室在汽缸外,属于　 　;制作　 　相对要安全一些,材料也相对易得。
2.原理:燃料燃烧时,　 　能首先转化为　 　能,热机再利用　 　能对外做功,把　 　能转化为　 　能。
外燃机
外燃机
化学
内
内
内
机械
【活动器材】
一个空易拉罐、一支去掉笔芯和尾塞的中性笔、一台小风扇、一个酒精灯、水、密封胶、硬铁丝、一小块泡沫等。
【动手实践】
1.制作:首先用硬铁丝弯折一个稳固的支架,以放置易拉罐;向易拉罐内部注入大约半灌水;将中性笔的尖端朝外,另一端插入易拉罐内,再用一小块泡沫和密封胶,将易拉罐的口封住;最后将易拉罐放在支架上,笔的尖端对准小风扇的扇叶。
2.试用与调整:把酒精灯放在支架的下方,根据酒精灯外焰加热的高度适当调整支架的高度。点燃酒精灯,当有蒸汽喷出时,观察扇叶是否转动,并据此调整笔的尖端到小风扇距离。
【活动评估】
也可以在易拉罐侧面对称位置打孔,并保证两个孔的方向一致;用细线制作提手并灌入适量的水后把口封住;加热水沸腾后,可以发现水蒸气通过预留的孔洞喷出,推动周围的空气旋转,从而带动易拉罐快速旋转。
【实践应用】
1.所制作的汽轮机工作时,水蒸气对小风扇扇叶　 　,水蒸气的内能
　 　(选填“减少”“增加”或“不变”),温度　 　(选填“降低”“升高”或“不变”)。
2.该汽轮机的工作原理是　
　。
做功
减少
降低
燃料燃烧时使水变成水蒸气,水蒸气推动
风扇做功
3.如图所示,有关这个小蒸汽轮机的说法不正确的是(　 　)
A.烧瓶内的水通过热传递的方式增加了内能
B.酒精燃烧将内能转化为化学能
C.蒸汽的内能转化为轮子的机械能
D.内能的一个重要应用是可以用来做功
B
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第2节　热机
栏目导航
学习目标
课堂探究
课后巩固
学习目标
1.知道热机的概念,初步了解热机的工作原理,体会内能的利用对人类发展的重要作用。
2.了解汽油机、柴油机的构造和工作过程。
课堂探究
课前一问
蒸汽机、汽车和火箭的动力装置是如何提供机械能的呢
知识点一　热机
1.定义:利用　 　做功的机械。
2.能量转化:　 　能转化为　 　能。
3.种类:蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机等。
内能
重点整理
内
机械
典型例题
例　下列关于如图所示实验的说法,错误的是(　 　)
A.试管口出现的白雾是液化的结果
B.该实验基本能反映热机的工作原理
C.该实验可以说明做功能改变物体的内能
D.木塞冲出的过程中机械能转化为内能
D
举一反三
下面关于热机的说法错误的是(　 　)
A.利用内能来做功的机械叫热机
B.蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机都叫热机
C.一切热机的工作过程都包括四个冲程
D.活塞从气缸的一端运动到另一端的过程叫作一个冲程
C
知识点二　内燃机
1.定义:燃料直接在发动机　 　内燃烧产生动力的热机。
2.种类:以　 　为燃料的汽油机和以　 　为燃料的柴油机。
重点整理
气缸
汽油
柴油
3.汽油机
(1)构造:如图所示。
(请填写①、②、③的名称)
火花塞
活塞
曲轴
(2)工作原理:汽油在气缸里面燃烧时生成高温高压的燃气,推动活塞做功,活塞运动带动曲轴转动。
(3)冲程:汽油机在工作时,活塞在气缸内往复运动,活塞从气缸的
运动到　 　的过程,叫作一个冲程。
(4)工作循环:汽油机的一个工作循环由　 　个冲程组成,分别是
　 　冲程、　 　冲程、　 　冲程、　 　冲程。汽油机是通过四个冲程的不断循环来保证连续工作的。
一端
另一端
四
吸气
压缩
做功
排气
4.汽油机和柴油机的比较
热机种类 汽油机 柴油机
不同点 构造 气缸顶部有　 气缸顶部有　
吸入气体 　 　
点火方式 　 　
应用 (机体轻便)主要用于汽车、小型飞机等 (机体笨重)主要用于载重汽车、坦克等
火花塞
喷油嘴
汽油和空气的混合物
空气
点燃式
压燃式
典型例题
例　如图所示为内燃机四冲程工作示意图,下列说法正确的是(　 　)
A.一个工作循环的正确顺序是:甲、乙、丙、丁
B.图乙冲程能获得动力
C.图丁冲程有明显机械能转化为内能的过程
D.图丙冲程存在化学能转化为内能的过程
C
如图所示,给试管里的水加热,水沸腾后,水蒸气推动橡皮塞冲出试管口,下列示意图中的冲程与这个过程中的能量转化相同的是(　 　)
举一反三
C
课后释问
内能转化为机械能。
课后巩固
建议用时:15分钟 实际用时: 分钟
1.在冬天,人们常常搓手取暖,这个过程中的能量转化与四冲程内燃机的哪个冲程相同(　 　)
A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程
B
基础题
2.下列关于汽油机和柴油机的主要区别错误的是(　 　)
A.在压缩冲程中,汽油机中汽油和空气混合物的压缩比大于柴油机中空气的压缩比
B.柴油机的点火方式为压燃式,汽油机的点火方式为点燃式
C.一般情况下,柴油机比较笨重,汽油机比较轻巧
D.柴油机吸入的是空气,汽油机吸入的是空气和汽油的混合物
A
3.小明将铁丝快速弯折十余次,铁丝弯折处的温度会升高,下列能量转化与之相同的是(　 　)
A.甲、丙 B.甲、丁 C.乙、丙 D.乙、丁
A
4.一台单缸四冲程内燃机的飞轮转速为3 600 r/min,那么每秒钟内
(　　)
A.活塞完成60个冲程 B.燃气对活塞做功30次
C.曲轴转动240转 D.完成120个工作循环
B
5.如图是某种内燃机某一冲程的示意图,由图可知:
(1)这种内燃机是　 　机;
(2)它表示的是　 　冲程;
(3)在这个冲程中　 　能转化为　 　能。
柴油
压缩
机械
内
6.如图所示为四冲程汽油机某一个冲程的示意图,根据示意图可判断此冲程为　 　冲程,此时吸入气缸的是　 　。该汽油机飞轮的转速是1 800 r/min,则该汽油机每秒钟完成　 　个冲程,对外做功　 　次。
吸气
汽油和空气的混合物
60
15
7.在如图所示的四幅图中,甲、乙是两个演示实验示意图,丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图。与压缩冲程原理相同的是如图　 　(选填“甲”或“乙”)所示的演示实验,能量的转化都是将　 　;汽油机利用内能来做功的冲程是图　 　(选填“丙”或“丁”)。
乙
机械能转化为内能
丙
拓展题
1.某科幻大片中为使地球脱离木星,主人公点燃了木星上的可燃气体,从而将地球推离木星,其中“点燃木星”将地球推开相当于内燃机的
(　 　)
A.吸气冲程 B.压缩冲程
C.做功冲程 D.排气冲程
C
2.如图甲所示,将气球吹大后,抓住气球放气,发现气球皮的温度和原来相比
　 　(选填“变高”“变低”或“没有变化”),此过程发生的能量转化与四冲程汽油机的　 　冲程的能量转化是一致的。如图乙所示,一台小汽车的发动机是四缸四冲程汽油机,飞轮的转速为2 400 r/min,一个做功冲程中燃气对活塞做功2 000 J,对于一个气缸来说,在1 min内燃气对活塞做的功为
　 　J,此时这台发动机的输出功率是　 　W。
变低
做功
2.4×106
1.6×105
3.阅读短文,回答问题。
空气的动力
空气动力是指空气与物体做相对运动时作用在物体上的力,简称气动力。当我们快速地松开鼓起来的气球时,气球会“嗖”的一下飞出去了,这时气球获得了气动力。
经过长时间探索,人们已经成功制造出多种使用压缩空气为动力,推动叶片或者活塞运动的发动机,即叶片式、活塞式空气发动机。
如图是某新型的以空气发动机为动力的汽车。它共有4个压缩空气缸,总容量为90 L,可储存标准大气压下90 m3的空气,其设计最高速度可达154 km/h,平均每加一次气能行驶200 km或10 h。由于空气发动机不直接使用燃料,因而具有结构简单、维修成本低、操控方便、“零”排放的优点。即使因为技术不成熟导致某些缺点,在科学界引起不小的争议,但这项技术仍然具有广阔的发展空间。
(1)压缩空气动力汽车最理想的加气工具应是　 　(选填“内燃机”
“电动机”或“蒸汽机”)。
(2)空气发动机是利用压缩空气的　 　能转化为机械能;这个获得动力的过程与四冲程汽油机的　 　冲程相似。
电动机
内
做功
(3)分析上文,下面说法正确的有　 　。
A.空气动力汽车工作时不会有能量的损失
B.空气动力汽车工作时将机械能转化为内能
C.以空气发动机为动力的汽车,靠气缸内空气燃烧产生能量
D.松开鼓起来的气球时,气球飞出去,这是因为物体间力的作用是相互的
(4)空气发动机排出的尾气温度低于周围空气的温度,对于产生此现象的原因,请你提出一条合理的解释:　 　。
D
气体对外做功,内能减小,温度降低
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第3节　热机的效率
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学习目标
课堂探究
课后巩固
学习目标
1.从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同,建立热值的概念。
2.能简单计算燃料燃烧放出的热量。
3.能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向,知道什么是热机效率。
课堂探究
课前一问
内燃机中的燃料是否能完全燃烧
知识点一　燃料的热值
1.定义:某种燃料　 　放出的热量与其　 　之比,用符号q表示。
2.大小:在数值上等于　 　kg某种燃料　 　放出的热量。
3.单位符号:　 　。
4.气体燃料的热值在数值上等于在标准状态下1 m3燃料完全燃烧放出的热量,单位符号:　 　。
重点整理
完全燃烧
质量
1
完全燃烧
J/kg
J/m3
【注意】热值表示燃料在完全燃烧时把化学能转化为内能的本领大小,是燃料本身的一种特性,只与燃料的种类有关,与燃料的质量、体积以及是否完全燃烧无关。
典型例题
例1　关于燃料及其热值,下列说法正确的是(　 　)
A.没有燃烧的燃料,热值等于零
B.燃料完全燃烧时,它的热值最大
C.燃料的热值与质量和燃烧状态无关
D.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
C
例2　我国成功发射了神舟十九号载人飞船。下列说法正确的是
(　 　)
A.在神舟十九号随火箭升空的过程中,机械能转化为内能
B.火箭的发动机选用液态氢作燃料,主要是因为氢具有较大的比热容
C.穿越大气层时,神舟十九号和火箭克服摩擦,将机械能转化成内能
D.神舟十九号和火箭升空的过程中,机械能的总量不变
C
举一反三
1.关于燃料的热值,下列说法正确的是(　 　)
A.热值是一个确定的值,跟燃料的质量及燃料燃烧放出的热量无关
B.燃料的热值跟燃料的质量成正比
C.燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比
D.热值是一个确定的值,跟燃料的种类及燃料燃烧的充分程度有关
A
2.氢能源具有来源广,热值高,无污染等优点,氢气的热值为1.4×
108 J/kg,完全燃烧0.5 kg的氢气可放出　 　J的热量;若一罐氢气用去了一半,则剩余氢气的热值　 　(选填“大于”“等于”或“小于”)1.4×108 J/kg。
7×107
等于
知识点二　热机的效率
1.定义: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.公式:　 　。
【注意】热机效率反映的是热机对能量的利用率,它没有单位且总小于1;热机效率的高低与热机做功的多少、做功的快慢无关。
重点整理
有用功
完全燃烧
典型例题
例1　关于热机的效率,下列说法正确的是(　 　)
A.使燃料燃烧更充分,可以提高热机的效率
B.热机的效率越高,在做功同样多的情况下消耗的能量越多
C.热机的效率越高说明做功越快
D.热机使用的燃料的热值越大,热机的效率就越高
A
例2　如图所示为内燃机的能量流向图,热机效率η等于(　 　)
B
例3　可燃冰将成为未来主要替代能源。已知1 dm3的可燃冰完全燃烧放出的热量为6.72×106 J。[气压为标准大气压,水的比热容c=4.2×
103 J/(kg·℃)]
(1)求可燃冰的热值。
(2)若这些热量全部被水吸收,可以使多少千克的水从20 ℃加热至
沸腾
1.甲内燃机比乙内燃机的效率高,表示(　 　)
A.甲的功率比较大
B.甲燃烧需要的燃料较少
C.工作时间相同,甲耗油较少
D.甲把燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的比例较大
举一反三
D
2.汽车是现代生活中最常见的一种交通工具,如图甲、乙所示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.图甲是压缩冲程,活塞对气缸内的气体做功,
气体的温度升高
B.由图乙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
A
3.某物理兴趣小组的同学,用煤炉给10 L水加热,同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6 min内完全燃烧了0.3 kg的煤,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),水的密度为1.0×103 kg/m3,煤的热值约为3×107 J/kg。求:
(1)煤完全燃烧产生的热量。
(2)经过6 min的加热,水所吸收的热量。
解:(1)Q放=m煤q煤=0.3 kg×3×107 J/kg=9×106 J。
(2)水的体积V水=10 L=10 dm3=0.01 m3,
水的质量m水=ρ水V水=1.0×103 kg/m3×0.01 m3=10 kg,
Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×10 kg×(80 ℃-20 ℃)
=2.52×106 J。
(3)煤炉烧水时的热效率。
课后释问
完全燃烧是不可能的。
课后巩固
建议用时:15分钟 实际用时: 分钟
1.如图是A、B两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量m的关系图像,则下列说法正确的是(　 　)
A.燃料A的热值比B的大
B.燃料质量越大时,其热值越大
C.燃料燃烧越充分,其热值越大
D.燃料热值越大,燃烧效率越高
A
基础题
2.热机效率是热机性能的重要指标。下列措施中,可以提高热机效率的是(　 　)
A.尽量增加热机的工作时间 B.尽量增加废气带走的热量
C.尽量使用热值更大的燃料 D.尽量减少热机部件的摩擦
D
3.如图所示,用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的水进行加热,两图装置均相同。燃料的质量用m表示,燃料充分燃尽时水升高的温度用Δt表示(水未沸腾),则下列说法正确的是(　 　)
A.若m相同,Δt越小,燃料的热值越大
B.若Δt相同,m越大,燃料的热值越大
D
4.如图所示是汽油机的能量流向图,一段时间内燃料完全燃烧放出8×107 J的热量,损失能量共4.8×107 J。下列说法错误的是(　 　)
A.汽油机的效率为40%
B.图中E7=3.2×107 J
C.随着科技进步,可以实现能量零损失
D.在损失能量中,E6最多
C
5.某辆行驶的小轿车,其正常工作时的能量转化情况如图所示,若输出的动能为300 J,小轿车正常工作时的效率为20%,则输出的其他形式的能共计　 　J。
1 200
6.热水器将质量为20 kg、温度为15 ℃的水加热到65 ℃,消耗天然气 0.15 m3,在此过程中水吸收的热量是　 　J,热水器的热效率是
　 　。[c水=4.2×103 J/(kg·℃),q天然气=3.2×107 J/m3]
4.2×106
87.5%
7.下表列出了几种燃料的热值。
1 kg的酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107 J
物质 干木柴 无烟煤 酒精 煤油 氢气
热值 1.2×107 J/kg 3.4×107 J/kg 3.0×107 J/kg 4.6×107 J/kg 1.4×108 J/kg
(1)从表中可以看出酒精的热值是3.0×107 J/kg,表示的物理意义是
　 　。
(2)燃烧4 kg的酒精可放出的热量是　 　J,如果放出相同的热量,需要完全燃烧干木柴的质量是　 　kg。
1.2×108
10
8.近年来我国大力发展新能源汽车,小明家计划把汽油车更换成新能源汽车,以下是他了解到的相关信息:
(1)图甲为汽油机能量流向图,某次旅程中消耗汽油30 kg,汽油完全燃烧放出的热量为　 　J,当中若有30%的热量转化为有用机械能,则有用机械能为　 　J。(q汽油=4.6×107 J/kg)
1.38×109
4.14×108
甲
(2)新能源电车的发动机主要把电能转化为机械能,某款新能源车的能量占比如图乙所示,若将汽油车更换成该款新能源汽车,获得同样的有用机械能完成同一段旅程,则需要消耗　 　J的电能。
5.52×108
乙
9.学习燃料的热值之后,小明同学设计了一个实验来探究酒精和碎纸片的热值大小。
(1)为了保证实验结论的可靠,小明同学选择了两套相同装置,在实验中还控制了两个相同的物理量,它们是　 　、　 　。
水的质量
燃料的质量
(2)点燃酒精和碎纸片,分别给烧杯加热,直到酒精和碎纸片完全燃烧完,通过比较　 　(选填“加热时间”或“升高的温度”)来确定酒精和碎纸片热值的大小。
升高的温度
(3)实验数据记录如表:
1.2×107 J/kg
燃料 加热前水温/℃ 燃料燃尽时水温/℃ 燃料的热值/(J·kg-1)
酒精 15 35 3.0×107
碎纸片 15 25
根据表中数据,计算出碎纸片的热值是　 　。
(4)通过实验得到的燃料热值与实际相比是偏　 (选填“大”或“小”),你认为出现这样情况的主要原因是　
　。
小
燃料不可能完全燃烧且燃料
燃烧放出的热量不能完全被水吸收
10.无人驾驶清扫车基于激光雷达、超声波雷达等多传感器融合的感知系统和嵌入式车规级处理器,具有自动遇障暂停、自动避障绕障、自动驾驶清扫、自动驾驶喷雾打药等功能。如图所示是一款远程无人驾驶清扫车在城郊一段平直的公路上匀速行驶清扫路面的场景。清扫车在该路段匀速行驶1 600 m,消耗汽油0.2 kg。若清扫车此时的质量保持1.15×103 kg不变,行驶中受到的阻力为车重的 。(q汽油=
4.6×107 J/kg,g取10 N/kg)求:
(1)0.2 kg汽油完全燃烧放出的热量。
(2)在此过程中清扫车牵引力做的功。
解:(1)Q放=m汽油q汽油=0.2 kg×4.6×107 J/kg=9.2×106 J。
(3)清扫车发动机的效率。
拓展题
阅读短文,回答问题。
热岛效应
如今人们会感觉到城市的温度高于郊区,这就是常说的热岛效应。分析城市热岛效应的主要原因:一是工厂、交通工具、电气设备和人群排放大量的热量;二是建筑群、马路中的矿石、水泥,在相同的日照条件下温度上升更明显;三是城区内有自然水的面积小,水的蒸发少,降温作用减弱;四是城区内楼群林立,难以形成空气对流。为了改善城市的人居环境,人们应采取一些有效的措施,例如植树造林,提高资源利用率,更多地利用太阳能、水能、风能,都可以控制环境的热污染。
(1)建筑群、马路中的矿石、水泥的　 　小,在相同的日照条件下温度上升更明显。
(2)要改善城市热岛效应,请你提出建议:　 　。
比热容
多植树造林
(3)在我国,随着轿车大量地走进家庭,热污染更加严重。汽油机是工农业生产中常用的热机,某型号汽油机的结构如图甲,小白同学阅读了某汽车说明书后,绘制了图乙来展现内燃机的能量流向,该车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图丙所示。
①图甲为汽油机的　 　冲程。
②根据图乙给出的信息,该汽油机的效率为　 　;汽车按此效率以50 km/h的速度行驶0.69 h,汽车牵引力为　 　N,耗油约为　 　kg。(汽油的热值为4.6×107 J/kg)
做功
30%
2 000
5
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章 末 小 结
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转化：一种形式的能量转化为其他形式的能量
能量的转化与守恒转移：同一种能量从一个物体转移到其他物体
能量守恒定律
定义：利用内能做功的机械
汽油机
内燃机
热机种类
柴油机
蒸汽机、汽轮机等
能量转化：燃料的化学能→气体的内能→机械能
用汽油作燃料的内燃机叫作汽油机
吸气冲程—
进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动
热机
汽油机
压缩冲程—
进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，
机械能转化为内能
四冲程过程
做功冲程
进气门关闭，排气门关闭，活塞向下运动，
内能转化为机械能
排气冲程
进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动
柴油机
物理意义：表示不同燃料完全燃烧时放热的能力
定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫作这
种燃料的热值
燃料的热值
定义式：q=
Q放
m
燃料完全燃烧放出的热量：Q放=qm
计算
气体燃料完全燃烧放出的热量：Q放=qV
热机的效率
定义：用来做有用功的这部分能量，与燃料完全燃烧放出的
热量之比
W有用
公式：”=
Q总
热机的效率
蒸汽的效率：6%~15%
常见的热机效率汽油机的效率：20%一40%
柴油机的效率：30%一45%
由于热机不可避免会有能量损失，所以？总小于1

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