資源簡介

期末復習 內能的利用
知識目標及重難點 考情分析
1. 認識熱機，了解熱機的種類； 2. 知道什么是內燃機，了解汽油機和柴油機的工作過程 3. 了解熱值，知道熱機效率； 4. 了解能量的轉化和守恒。 考查題型：單選、填空、計算 考查分值：3-6分
知識點1 熱機
1. 熱機：
（1）定義：熱機是利用內能來做功，把內能轉化為機械能的機器。
（2）熱機的種類：蒸汽機、內燃機（汽油機和柴油機）、汽輪機、噴氣發動機等。
2. 內燃機
（1）定義：將燃料燃燒移至機器內部燃燒，轉化為內能且利用內能來做功的機器。
（2）內燃機是目前使用最為廣泛的熱機。內燃機分為汽油機和柴油機兩大類，它們分別用汽油和柴油作為燃料。
（3）①內燃機活塞在汽缸內往復運動時，從氣缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個沖程。
②四沖程內燃機包括四個沖程：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。
③在單缸四沖程內燃機中，吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程為一個工作循環，每個工作循環曲軸轉2周，活塞上下往復2次，做功1次。
④在這四個沖程中只有做功沖程是燃氣對活塞做功，而其它三個沖程（吸氣沖程、壓縮沖程和排氣沖程）是依靠飛輪的慣性來完成的。
⑤壓縮沖程將機械能轉化為內能；做功沖程是由內能轉化為機械能。
3.汽油機和柴油機
（1）汽油機工作過程：
吸氣沖程：進氣門打開，排氣門關閉。活塞由上端向下端運動，汽油和空氣組成的燃料混合物從進氣門吸入氣缸。
壓縮沖程：進氣門和排氣門都關閉，活塞向上運動，燃料混合物被壓縮，壓強增大，溫度升高。把機械能轉化內能。
做功沖程：在壓縮沖程末尾，火花塞產生電火花，使燃料猛烈燃燒，產生高溫高壓的燃氣，推動活塞向下運動，并通過連桿帶動曲軸轉動。把內能轉化機械能，獲得動力。
排氣沖程：進氣門關閉，排氣門打開，活塞向上運動，把廢氣排出氣缸。
（2）柴油機工作過程：
吸氣沖程：進氣門打開，排氣門關閉?；钊缮隙讼蛳露诉\動，將空氣吸進氣缸。
壓縮沖程：進氣門和排氣門都關閉，活塞向上運動，活塞把空氣壓縮得很小，空氣的壓強更大，溫度更高。在壓縮沖程末，缸內空氣溫度已超過柴油的著火點。機械能轉化為內能。
做功沖程：在壓縮沖程末，從噴油嘴噴出的霧狀柴油遇到熱空氣立即猛烈燃燒，產生高溫高壓的燃氣，推動活塞向下運動，并通過連桿帶動曲軸轉動.把內能轉化機械能，獲得動力。
排氣沖程：進氣門關閉，排氣門打開，活塞向上運動，把廢氣排出氣缸。
（3）汽油機和柴油機的比較：
汽油機 柴油機
不 同 點 構造 頂部有一個火花塞 頂部有一個噴油嘴
吸氣沖程 吸入汽油與空氣的混合氣體 吸入空氣
點燃方式 點燃式 壓燃式
效率 低 高
應用 小型汽車、摩托車 載重汽車、拖拉機
相同點 （1）都是內能轉化為機械能的機器； （2）一個工作循環活塞往復運動兩次，曲軸和飛輪轉動兩周，經歷四個沖程，做功1次。 （3）在運轉之前都要靠外力輔助啟動。
注意：
柴油機的效率比汽油機的效率更高，主要是因為在壓縮沖程中，柴油機的壓縮程度比汽油機的更高。
考點1 熱機的工作原理及過程
例題1 難度：★
（天津）如圖為四沖程汽油機工作過程中的某沖程示意圖，該沖程為（ ）
A．吸氣沖程 B．壓縮沖程
C．做功沖程 D．排氣沖程
變式1-1 難度：★★
（濱州）汽車已經成為現代生活不可缺少的一部分，汽車多數采用汽油機作為發動機，如圖是四沖程汽油機的工作循環示意圖，下列說法中不正確的是（ ）
A．甲沖程把機械能轉化為內能
B．乙沖程是排氣沖程
C．丙沖程把機械能轉化為內能
D．丁沖程是吸氣沖程
變式1-2 難度：★★
用酒精燈給試管中的水加熱，如圖所示，在軟木塞被沖出試管口的過程中，下列說法正確的是（ ）
A．水蒸氣對軟木塞做功，水蒸氣的內能增大
B．水蒸氣的內能轉化為軟木塞的機械能
C．能量的轉化形式與熱機壓縮沖程中能量的轉化形式相同
D．軟木塞的機械能守恒
變式1-3 難度：★★
關于熱機，下列說法正確的是（　?。?br/>A．汽油機在吸氣沖程中吸入的是空氣
B．汽油機頂部有噴油嘴，柴油機頂部有火花塞
C．汽油機和柴油機只有做功沖程對外做功，其他三個沖程都是依靠飛輪的慣性完成的
D．柴油機可廣泛用于汽車、噴氣式飛機和火箭的發動機
考點2 熱機的轉速問題
例題2 難度：★
（漢濱期末）一臺單缸四沖程汽油機的飛輪轉速是1800r/min，則該汽油機每秒鐘內完成的沖程數和對外做功的次數分別是（　?。?br/>A．60和15 B．30和30 C．15和15 D．60和30
變式2-1 難度：★★
某四沖程汽油機的轉速為3000r/min，則（　?。?br/>A．該汽油機每秒鐘對外做功50次
B．該汽油機每秒鐘活塞完成50個沖程
C．做功沖程，機械能轉化為內能
D．做功沖程，內能轉化為機械能
變式2-2 難度：★★
（南京模擬）某四沖程汽油機工作時轉速是2400r/min。關于此熱機的工作，下列說法正確的是（　?。?br/>A．壓縮沖程中內能轉化為機械能
B．四個沖程中曲軸轉動2圈，同時對外做功2次
C．此汽油機每秒對外做功10次
D．此汽油機每秒對外做功20次
知識點2 熱機的效率
1. 熱值：
（1）定義：1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量，叫做這種燃料的熱值。用符號q表示。
（2）單位：固體燃料的熱值的單位是焦耳每千克（J/kg）、氣體燃料的熱值的單位是焦耳每立方米（J/m3）。
（3）公式：①Q＝qm，Q指放出的熱量，單位是焦耳（J）；q指燃料的熱值，單位是焦耳每千克（J/kg）；m指燃料的質量，單位是千克（kg）。
②Q＝qV，Q指放出的熱量，單位是焦耳（J）；q指燃料的熱值，單位是焦耳每立方米（J/m3）；V指燃料的體積，單位是立方米（m3）。
（4）物理意義：酒精的熱值是3.0×107J/kg，它表示：1kg酒精完全燃燒放出的熱量是3.0×107J。
煤氣的熱值是3.9×107J/m3，它表示：1m3煤氣完全燃燒放出的熱量是3.9×107J。
（5）熱值是燃料本身的一種特性，只與燃料的種類有關，與燃料的形態、質量、體積、燃料是否燃燒、燃燒是否完全等均無關。
（6）燃料燃燒，使燃料的化學能轉化為內能。
注意：對于熱值的概念，要注重理解三個關鍵詞“1kg”、“某種燃料”、“完全燃燒”。1kg是針對燃料的質量而言，如果燃料的質量不是1kg，那么該燃料完全燃燒放出的熱量就不是熱值。某種燃料，說明熱值與燃料的種類有關。完全燃燒，表明要完全燒盡，否則1kg燃料的化學能轉變成內能就不是該熱值所確定的值。
2.熱機的效率
（1）影響燃料有效利用的因素：一是燃料很難完全燃燒，二是燃料燃燒放出的熱量散失很多，只有一小部分被有效利用。
（2）有效利用燃料的一些方法：把煤磨成粉末狀、用空氣吹進爐膛（提高燃燒的完全程度）；以較強的氣流，將煤粉在爐膛里吹起來燃燒（減少煙氣帶走的熱量）。
（3）
熱機的效率：熱機用來做有用功的那部分能量和完全燃燒放出的能量之比叫做熱機的效率。熱機的效率是熱機性能的一個重要標志，與熱機的功率無關。
公式：
由于熱機在工作過程中總有能量損失，所以熱機的效率總小于1。
（4）熱機能量損失的主要途徑：廢氣內內、散熱損失、機器損失。
提高熱機效率的途徑：①使燃料充分燃燒，盡量減小各種熱量損失；②機件間保持良好的潤滑，減小摩擦。③在熱機的各種能量損失中，廢氣帶走的能量最多，設法利用廢氣的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
（5）常見熱機的效率：蒸汽機6%～15%、汽油機20%～30%、柴油機30%～45%
（6）內燃機的效率比蒸汽機高，柴油機的效率比汽油機高。
考點3 燃料的熱值
例題3 難度：★
（無錫）現探明中國南海海底有大量的可燃冰，已知可燃冰的熱值比煤氣的熱值大得多，則完全燃燒相同質量的可燃冰和煤氣，燃燒_________放出的熱量多．1 kg的可燃冰，燃燒一半后，剩余可燃冰的熱值_________（選填“變大”、“變小”或“不變”）．
變式3-1 難度：★★
（資陽中考）關于燃料的熱值，下列說法正確的是（　?。?br/>A．燃料的熱值與燃料的燃燒情況有關
B．容易燃燒的燃料的熱值一定大
C．煤的熱值比干木柴的大，煤燃燒放出的熱量比干木柴放出的熱量多
D．0.5kg煤油和1.5kg煤油的熱值一樣大
變式3-2 難度：★★
用煤氣灶把2 kg、初溫為30℃的水燒到80℃，消耗了20 g煤氣。已知水的比熱容是4.2×103 J/（kg·℃），煤氣的熱值為4.2×107 J/kg，則水吸收的熱量為__________________J，煤氣完全燃燒放出的熱量為_________J，煤氣灶燒水的效率為_________%。
變式3-3 難度：★★
（茂名）太陽能熱水器、電熱水器、燃氣熱水器是常見的三種熱水器．現需將10
kg、20℃的水加熱到40℃，不考慮能量轉換過程中能量的損失，若用太陽能熱水器加熱，則水吸收了_________J太陽能；若用額定功率為1000 W的電熱水器正常加熱，則需要_________min；若用燃氣熱水器加熱，則需要完全燃燒_________m3的燃氣．[水的比熱容為4.2×103 J／（kg·℃），燃氣的熱值為4.2×107 J/m3]
考點4 熱機的效率
例題4 難度：★
為節約能源，提高熱機效率，下列措施中不可取的是（ ）
A．盡量使燃料充分燃燒
B．盡量增加熱機的工作時間
C．盡量減少廢氣帶走的熱量
D．盡量減小熱機部件間的摩擦
變式4-1 難度：★★
（無錫）下列關于熱機和環境保護的說法，正確的是（ ）
A．熱機排出的尾氣沒有內能
B．熱機的效率能達到100%
C．熱機都是使用汽油做燃料
D．熱機的大量使用會造成環境污染
變式4-2 難度：★★
下面的是內燃機的能量流向圖，則內燃機的效率可表示為（　?。?br/>A．
B．
C．
D．
變式4-3 難度：★★
（內江）如圖所示，是一款最新的無人駕駛汽車的原型圖．汽車自動駕駛時使用雷達傳感器以及激光測距器來了解周圍的交通狀況．該款車以72
km/h的速度在一段平直的公路上勻速行駛了8 km時，消耗汽油1.5 L．假設燃油完全燃燒，汽油機的效率為30%，那么，在這段運動過程中，求：
（1）該汽車發動機做的有用功是多少？
（2）該汽車的輸出功率是多少？（已知汽油的密度為0.8×103 kg/m3，汽油的熱值為4.5×107 J/kg）
知識點3 能量的轉化和守恒
1.能量的轉化
能量在自然界中是普遍存在的，在一定條件下，各種形式的能量不僅可以相互轉移，也可以相互轉化。如：摩擦生熱，機械能轉化為內能；燃料燃燒發熱，化學能轉化為內能；電動機帶動水泵把水送到高處，電能轉化為機械能等。
2.能量守恒定律
能量既不會憑空消失，也不會憑空產生，它只會從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到其他物體，而在轉化和轉移的過程中，能量的總量保持不變。
3.能量在轉移和轉化過程中的方向性
（1）能量的轉化、能量的轉移，都是有方向性的。
（2）發生熱傳遞時，內能總是自動地從高溫物體向低溫物體轉移，如果沒有外加條件，內能不可能從低溫物體轉移給高溫物體；汽車制動時，由于摩擦而使一部分動能轉變為地面和空氣的內能，這部分內能就不能自動地用來再次開動汽車；煤、石油、天然氣都是地球上的寶貴資源，燃燒后就不能再生。
（3）正是由于能量在轉移和轉化過程中具有方向性，所以，有些能源在消耗過程中，用一點就會少一點，不能再生。能量是守恒的，但在轉化過程中有相當一部分能量是不能有效利用的，成為無用的能量，因此，節約能源，提高能源利用率是每個公民的責任。
（4）能量轉化效率η ＝ 。
4.永動機
永動機不可能存在，因為由能量守恒定律我們知道
，任何一部機器，只能使能量從一種形式轉化為另一種形式，而不能無中生有地制造能量。
考點5 能量的轉化和轉移
例題5 難度：★
（揚州中考）下列圖形中，屬于內能轉化為機械能的是（　?。?br/>A．滑下滑梯 B．彎折鐵絲
C．做功沖程 D．壓縮點火
變式5-1 難度：★★
（濮陽模擬）下列說法正確的是（　　）
A．砂輪磨刀時，內能轉化為機械能
B．隕石進入大氣層成為流星時，內能轉化為機械能
C．水沸騰后，壺蓋不停跳動是水的動能轉化為蓋的動能
D．用打氣筒打氣時筒壁發熱是機械能轉化為內能
變式5-2 難度：★★
（資陽中考）如圖所示，下列有關能源及能的轉化的說法中錯誤的是（　?。?br/>A．太陽能集熱器的吸熱板把太陽能轉化為內能
B．太陽能汽車利用太陽能電池把太陽能直接轉化成汽車的動能
C．樂山大佛臉上出現的黑色條紋是人類消耗化石能源產生酸性氣體形成酸雨腐蝕造成的
D．汽車散失的熱不能收集起來再利用表明能量轉化過程具有方向性
變式5-3 難度：★★
（株洲）某電動機工作的效率是83%，從能量轉化看，它表示電動機工作時
A．總共只消耗了83%的電能
B．將83%的電能轉化成機械能
C．將83%的電能轉化成內能
D．將83%的機械能轉化成電能
考點6 能量守恒定律
例題6 難度：★
（岳陽中考）根據能量守恒定律，以下情形可能發生的是（　?。?br/>A．出膛的子彈射穿木板，以更大的速度繼續前進
B．電水壺里的水沸騰了，給該電水壺斷電，水的沸騰卻永遠不會停止
C．兩個斜面相對接，小球從左斜面滾下后，繼續沖上右斜面
D．孤島上被人們遺忘的一只機械表，默默地走了幾十年
變式6-1 難度：★★
在各種形式的能量相互轉化過程中，下列說法正確的是?（　?。?br/>A．機械能一定守恒?
B．各種形式的能量都守恒?
C．各種形式能的總量一定守恒?
D．內能一定守恒?
變式6-2 難度：★★
學習了內能及能量的轉化和守恒后，同學們在一起梳理知識時交流了以下想法，你認為其中不正確的是（　?。?br/>A．做功改變物體的內能是不同形式的能的相互轉化
B．物體放出熱量，發生了能量的轉移，其溫度一定降低
C．熱傳遞改變物體的內能是能的相互轉移
D．能量在轉化和轉移的過程中總會有損耗，但能量的總量保持不變
變式6-3 難度：★★
（多選）關于熱機和能量守恒定律的說法中正確的是（　?。?br/>A．汽油機做功沖程中內能轉化為機械能
B．汽油機的效率低于柴油機的效率
C．任何一種熱機工作時都要遵守能量守恒定律
D．蒸汽機的效率為6%～15%，工作時不遵守能量守恒定律

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