第14章 内能的利用（知识清单+专题突破）-2022-2023学年九年级物理全一册通关讲义（人教版）（解析版）

第14章内能的利用知识清单一、热机1.定义：利用做功的机器，工作过程中，把能转化为能。2.基本原理：燃料的能通过转化为能，又通过做功把能转化为能。3.分类：常见热机有蒸汽机、、汽轮机、等。4.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）分类：常见的有和。（3）内燃机一个工作循环由四个冲程组成：冲程、冲程、冲程、冲程。其中，每完成一个工作循环，活塞往复次，飞轮转动周，对外做功次，只有冲程和冲程有能量转化，冲程实现内能向机械能的转化，其它三个冲程依靠的惯性完成。（4）汽油机和柴油机①构造：汽油机顶部有；柴油机顶部有。②吸气冲程：汽油机吸入；柴油机吸入。③压缩冲程：柴油机的压缩程度比汽油机（高/低）。④做功冲程：汽油机；柴油机，都是将燃料燃烧产生的内能转化为机械能。⑤点火方式：汽油机为；柴油机为。⑥做功功率：汽油机较；柴油机较（均选填高/低）。二、热机的效率1.热值（1）定义：。（2）单位：或。（3）特性：热值只与燃料的有关，与燃料的质量、是否无关。（4）计算公式：①固体、液体燃料完全燃烧放出的热量；②气体燃料完全燃烧放出的热量。2.热机的效率（1）概念：用来的那部分能量与燃料放出的热能量之比。（2）公式：①热机；②锅炉。（3）提高热机效率的途径：①提高燃料的；②减少燃料的各种能量损失。三、能量的转化和守恒1.自然界的各种形式的能量都能相互或；2.能量守恒的内容：。3.永动机不能制成的原因：。4.适用范围：适用于自然界中所有的变化过程。参考答案一、1.内能内机械2.化学燃烧内机械3.内燃机喷气发动机4.（1）气缸（2）汽油机柴油机（3）吸气压缩做功排气两两一压缩做功做功飞轮（4）①火花塞喷油嘴②汽油和空气的混合物纯净的空气③高④火花塞喷火喷油嘴喷油⑤点火式压燃式⑥低高二、1.（1）燃料完全燃烧放出的能量与燃料的质量（体积）的比值（2）J/kgJ/m3（3）种类完全燃烧（4）①②2.（1）做有用功完全燃烧（2）①②（3）利用率三、1.转化转移2.能量不会凭空产生或消失，只会从一种形式的能量转化为另一种形式的能量或从一个物体（物体的一部分）转移到另一个物体（物体的另一部分），在转化或转移的过程中，能的总量保持不变3.违背了能量守恒定律专题突破专题一.热机的工作过程（一）解读：中考考查本知识点的命题形式一般以填空题、选择题为主，热机的结构、工作原理、工作过程分析是考查的落脚点，试题难度不大。热机冲程的识别及能量的转化是中考的高频考点1.两看识别四冲程：一看气门；二看活塞的运动方向。2.能量转化的两个冲程：压缩冲程——机械能转化为内能；做功冲程——内能转化为机械能。3.汽油机做功冲程的识别：该过程开始时，顶部的火花塞点火。（二）典例突破例1.（2021·四川眉山市·中考真题）如图所示是某单缸四冲程汽油机的______冲程；若该汽油机每1秒钟对外做功25次，那么该汽油机飞轮的转速为______。【答案】压缩3000【详解】[1]如图，进气门、排气门都关闭，活塞向上运动，压缩气体，是压缩冲程。[2]飞轮每转2圈活塞做一次功，若该汽油机每1秒钟对外做功25次，每1秒钟飞轮每转50圈，那么该汽油机飞轮的转速为50=3000例2．（2021·广东中考真题）关于四冲程汽油机的工作过程，下列说法正确的是（）A．吸气冲程：只吸入空气 B．压缩冲程：缸内温度降低C．做功冲程：气体推动活塞做功 D．排气冲程：内能转化为机械能【答案】C【详解】A．吸气冲程：吸入空气和汽油的混合物，故A错误；B．压缩冲程：活塞压缩混合气做功，缸内气体内能增大，温度升高，故B错误；C．做功冲程：燃烧后的高温高压气体推动活塞做功，内能转化为机械能，故C正确；D．排气冲程：排气门打开，进气门开闭，由飞轮的惯性带曲轴转动，带活塞上移，排出废气，不涉及内能与机械能间的转化，故D错误。故选C。专题二.能量转化和守恒问题（一）解读：能量的转化和守恒的知识是中考的热门考点，能量的转化和转移实例分析是常见的命题形式，填空题、选择题是常见的题型，试题难度不大。运用能量守恒定律分析、判断生活现象中的能量转移和转化的实例是中考的热点。1.明确对象：在分析能量转移和转化的过程中，要明确研究的对象和所研究的过程，并分析物体的起始状态和最终状态时所具有的能量形式。2.能量转移和转化的过程中，需要注意能量是守恒的。3.两个实质：能量的转化实质是能量的形式发生了改变；能量的转移的实质是能量的形式没有发生变化，能量的载体发生了变化。（二）典例突破例3.（2021·湖南常德市·中考真题）关于热和能，下列说法中正确的是（）A．热传递时，温度总是从高温物体传递给低温物体B．一块0℃的冰熔化成0℃的水后，温度不变，内能变大C．内燃机的压缩冲程，主要通过热传递增加了汽缸内物质的内能D．物体内能增加，一定是外界对物体做了功【答案】B【详解】A．热传递时，热量总是从高温物体传递给低温物体，而不是温度，故A错误；B．一块0℃的冰熔化成0℃的水后，不断吸热，温度不变，但是内能变大，故B正确；C．内燃机的压缩冲程，压缩气体，对气体做功，主要通过做功增加了汽缸内物质的内能，故C错误；D．物体内能增加，不一定是外界对物体做了功，可以是从外界吸收了热量，故D错误。故选B。 专题三、热值与热量的计算（一）专题解读：中考试题单独考查燃料燃烧放热的计算可能性不大，一般会将燃料燃烧的计算与物体吸放热的计算综合在一起。这类计算主要涉及的公式：1.燃料燃烧放出的热量及变形式（1）求放出的热量：或（2）求需要燃烧的燃料：或（3）求燃料的热值：或2.物体吸放热的公式（1）吸热公式：（2）放热公式：（二）典例突破：例4.（2021·四川南充市·中考真题）汽油机在工作过程中将机械能转化为内能的冲程是______﹔汽油的热值是，完全燃烧40g的汽油所释放的热量为______J。【答案】压缩冲程【详解】[1]汽油机的压缩冲程中活塞的机械能转化为内能。[2]汽油的质量m汽油=40g=0.04kg汽油完全燃烧所放出的热量Q放=m汽油q=0.04kg4.6107J/kg=1.84106J例5.（2021·山东济宁市·中考真题）完全燃烧140g焦炭所放出的热量有60%被初始温度是10、质量为10kg的水吸收，则水吸收的热量为______J，水温将升高到______℃。（[，]，在1个标准大气压下）【答案】70【详解】[1]水吸收的热量[2]水升高的温度水温将升高到例6.（2021·四川广安市·中考真题）菜油是人们烹饪时常用的材料，最适宜的烹饪温度在150℃到180℃之间。某酒店厨师在炸制酥肉时，将2的菜油从20℃加热到170℃（未沸腾），求：（1）菜油吸收的热量[取]；（2）如果这些热量由天然气燃烧来提供，则需要完全燃烧多少的天然气（假设天然气完全燃烧释放的热量全部被菜油吸收，天然气的热值为）【答案】（1）；（2）【详解】解：（1）菜油吸收的热量（2）天然气体积答：（1）菜油吸收的热量；（2）天然气体积。专题四.热机的效率（一）专题解读：计算热机的效率是中考的一个热点，多数地区以选择题、填空题的形式考查学生的计算能力，但有时也会以综合题的形式考查，有较大难度。这类题目应用的公式：和（二）典例突破：例7．（2021·四川成都市·中考真题）小帆在老师指导下，用如图所示的同一个实验装置分别加热100g的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化图像如图，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精（）。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，，则下列说法中正确的是（）

A．B．乙的吸热能力大于甲的吸热能力C．0~8min乙吸收的热量为D．该酒精灯的加热效率为28%【答案】C【详解】ABC．由图乙知，甲从20℃加热至沸腾用时8min，乙从20℃加热至沸腾用时10min。升高相同温度，甲所需时间长，需要吸收的热量多，那么甲的吸热能力更强，则甲是水，甲从20℃升温至100℃，需要吸收的热量Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg⋅℃)×0.1kg×(100℃-20℃)=3.36×104J即酒精灯在8min内放出的热量为3.36×104J，那么乙在8min内吸收的热量为3.36×104J。乙从20℃升温至100℃，所需时间为4min，吸收的热量那么乙的比热容故AB错误，C正确；D．乙从20℃加热至沸腾，所需时间为10min，吸收的热量消耗的酒精放出的热量Q放=m酒精q酒精=0.004g×3×107J/kg=1.2×105J那么酒精灯的加热效率故D错误。故选C。例8．（2021·黑龙江中考真题）每到周末，小晶都去邻居孤寡老人刘奶奶家，帮助老人劈柴、烧水、做饭等。某次烧水时，燃烧了的木材，刚好把初温为，质量为的水烧开（假设木材能够完全燃烧）。已知当地气压为1标准大气压，木材的热值为，水的比热容为。求：（1）完全燃烧木材能放出多少焦耳的热量？（2）的水被烧开吸收了多少热量？（3）小晶烧水的效率是多少？【答案】（1）1.2×107J；（2）6.72×105J；（3）5.6%【详解】解：（1）完全燃烧木材能放出的热量为Q放=mq=1kg×1.2×107J/kg=1.2×107J（2）的水被烧开吸收的热量为Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(100℃-20℃)=6.72×105J（3）小晶烧水的效率是答：（1）完全燃烧木材能放出1.2×107J的热量；（2）的水被烧开吸收了6.72×105J热量；（3）小晶烧水的效率是5.6%。当堂检测：1．如图所示，是内燃机工作循环中的某个冲程，它是（）A．吸气冲程 B．做功冲程 C．压缩冲程 D．排气冲程【答案】B【解析】图中的气门关闭，活塞下行，并且电火花喷出电火花，这是做功冲程的特点，该冲程是内燃机工作循环中的做功冲程。2.用两只相同的电加热器,分别给相同体积的水和某种油加热,在开始和加热3min时各记录一次温度,如下表所示。已知ρ水=1.0×103kg/m3，c水=4.2×103J/(kg.℃),ρ油=0.8×103kg/m3,加热的效率都为90%,油的末温没有达到它的沸点。下列说法正确的是（）加热时间（min）03水的温度（℃）1828油的温度（℃）1843A.这种油的比热容为1.68×103J/(kg.℃)B.这种油的比热容为2.1×103J/(kg.℃)C.因为这种油的密度比水小，所以它的比热容比水小D.加热效率没有达到100%，是因为电加热器没有把电能全部转化为内能【答案】B【解析】利用公式Q=cm△t，加热时间相同等价于吸收相同热量，可列等式Q水=Q油，注意二者是同体积，还要用质量密度公式进行代还，可计算出B选项。3．如图的四幅图选自中国古代科技著作《天工开物》，下列说法正确的是（）ABCDA．“试弓定力”中弓的重力与秤砣的重力是一对平衡力 B．“赶稻及菽”中牛拉犁的力大于犁拉牛的力 C．“透火焙干”中把湿纸贴在热墙上可加快纸中水分升华 D．“炒蒸油料”中在同一灶台上同时炒和蒸可提高能源利用率【答案】D【解析】A．“试弓定力”中弓的重力与秤砣的重力，方向都是竖直向下且作用在不同的物体上，所以不是一对平衡力，故A错误；B．“赶稻及菽“中牛拉犁的力和犁拉牛的力是一对相互作用力，二力大小相等，故B错误；C．“透火焙干”中把湿纸贴在热墙上可加快纸中水分的蒸发，故C错误；D．“炒蒸油料”中在同一灶台上同时炒和蒸可提高能源的有用部分，从而提高能源利用率，故D正确。故选：D。4．利用图示甲、乙装置（燃烧皿内燃料和烧杯内液体未画出），既可以比较不同液体的比热容，又可以比较不同燃料的热值。要求仅根据温度计示数的变化完成实验，则两个实验都需要控制相同的（）A．液体种类 B．燃料种类 C．液体质量 D．燃料质量【答案】C【解析】比较不同物质的比热容，应使用相同的热源，控制质量相同的不同液体相同时间内吸热相同，通过温度的变化来判断不同液体的吸热能力；比较不同燃料的热值，根据控制变量法，要使用质量相同的不同燃料完全燃烧后使相同质量的同种液体吸热，通过比较液体升高的温度，根据Q＝cm△t，得出不同燃料放出热量的多少，故两个实验都需要控制相同的液体质量，ABD错误，只有C正确。5．用天燃气烧水，水烧沸腾时，壶盖不断向上跳动，此过程中能量转化与四冲程汽油机的________冲程的能量转化相同；在标准大气压下用天燃气把3kg的水从20℃加热至刚沸腾时，水吸收了________J的热量。[c水=4.2×103J/（kg·℃）]【答案】做功

1.008×106【解析】（1）水烧开以后，水蒸气膨胀对壶盖做功，把壶盖顶起来，将水蒸气的内能转化为壶盖的机械能，这与汽油机的做功冲程的能量转化相同，在汽油机的做功冲程中，是将燃气的内能转化为活塞的机械能；（2）在标准大气压下水的沸点为100℃，即水的末温为100℃，水吸收的热量为：Q吸=c水m水△t=4.2×103J/（kg•℃）×3kg×（100℃－20℃）=1.008×106J。故答案为：做功；1.008×106。（1）在汽油机的四冲程中，做功冲程是内能转化为机械能的冲程，水烧开时壶盖会向上跳动，也是水蒸气的内能转化为壶盖的机械能。（2）在标准大气压下水的沸点为100℃，即水的末温为100℃，利用Q吸=cm△t求水吸收的热量。本题考查了四冲程汽油机的能量转化、吸热公式的应用，属于基础题目。6．四冲程汽油机在工作过程中，将内能转化为机械能的是冲程，如果汽油机的转速表显示3000revs/min，那么该汽油机每秒内做次功。给汽车加油时能闻到汽油的味道说明。【答案】做功；25；分子不停地做无规则运动【解析】做功冲程中，高温高压的燃气对活塞做功，燃气的内能减小，活塞机械能增加，即将内能转化为机械能；汽油机完成1个工作循环，完成四个冲程，飞轮转2转，对外做功1次，3000r/min＝50r/s，即每秒飞轮转50圈，完成25个工作循环，对外做功25次。汽车加油时能闻到汽油的气味，是因为汽油分子不停地做无规则运动，这是扩散现象。7．汽车的发动机常用水作为降温的物质，这是因为水的_________较大的缘故。汽油的热值是4.6×107J/kg，1kg汽油完全燃烧放出的热量是___________J。目前热机的效率还比较低，在热机的能量损失中，_______带走的能量最多，设法利用这部分能量，是提高燃料利用率的重要措施。【答案】比热容4.6×107废气【解析】汽车的发动机常用水作为降温的物质，是因为水的比热容较大的缘故；1kg汽油完全燃烧放出的热量是Q=qm=4.6×107J/kg×1kg=4.6×107J；热机的能量损失中，废气带走的能量最多。8．我国在南海海底开采出的天然气水合物，俗称“可燃冰”，1m3可释放出约0.8m3的水和164m3的天然气。居民使用天然气烧水是利用（选填“热传递”或“做功”）的方式改变水的内能。天然气热值为1.9×107J/m3，完全燃烧50m3的天然气释放的热量为J。【答案】热传递；9.5×108【解析】居民使用天然气烧水是通过热传递的方式改变了水的内能；完全燃烧50m3的天然气释放的热量：Q放＝Vq＝50m3×1.9×107J/m3＝9.5×108J。9.某种国产汽车，当它在某平直公路上以20m/s速度匀速行驶时，每百公里的油耗为6L，汽车行驶500s，则汽车消耗的汽油是L，假设汽车在运动过程中受到的平均阻力是495N，则汽油机的效率是 %（已知汽油的热值是3.3×107J/L）。【答案】6；25%【解析】（1）由v=EQ\F(s,t)得汽车行驶距离：s=vt=20m/s×500s=10000m=10km，因为每百公里的油耗为6L，所以行驶10km（公里）消耗汽油：V=EQ\F(10,100)×6L=0.6L；（2）汽油完全燃烧放出的热量：Q放=Vq=0.6L×3.3×107J/L=1.98×107J，因为汽车匀速行驶，所以汽车牵引力：F=f=495N，牵引力做功：W=Fs=495N×10000m=4.95×106J，汽油机的效率：η=EQ\F(W,Q放)=EQ\F(4.95×106J,1.98×107J)×100%=25%。10．在“比较不同液体的吸热能力”实验中：酒精食用油酒精食用油甲乙（1）除了图中所示器材，还需要的测量仪器有天平和_____。（2）在甲装置中，分别给初温相同且_____相等的水和食用油加热。（3）在甲装置中，用相同酒精灯给两种液体加热相同时间，其目的是为了保证两种液体_____相同。（4）在甲装置中，两种液体升高相同的温度，给_____加热时间更长。（5）乙装置中两个相同烧杯装有相同质量的水，灯中煤油和酒精的质量相等，进行“比较煤油和酒精的热值大小关系”实验，实验数据如表：加热时间/min0123456甲杯水温/℃25272932343638乙杯水温/℃25262728293031分析数据可知：热值较大的是_____。（6）通过实验数据直接计算出燃料的热值将_____（选填“偏大”或“偏小”）。【答案】（1）秒表；（2）质量；（3）吸热；（4）水；（5）甲；（6）偏小。【解析】（1）实验中需要测量吸热的时间，故需要秒表来计时；（2）在“比较不同液体的吸热能力”时，应控制两种物质的质量是相同的；（3）用相同的加酒精灯给两种物质加热，在相同的时间内，物质吸收的热量是相同的；（4）给质量相同的水和煤油加热，升高相同的温度