第十四章《内能的利用》
★知识梳理
知识点1：热值
1.定义：燃料完全燃烧放出的热量Q与其质量m的__比值__，叫做这种燃料的热值。用字母q表示。
2.单位：_焦每千克__或焦每立方米，符号是__J/kg__或J/ m3
3.公式：q＝ 或 q＝
知识点2：热机
1.定义：把__内__能转化为__机械__能的机器。
2.种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
3.内燃机分类：汽油机和柴油机。
4.内燃机工作过程：（1）每个工作循环分为四个冲程：__吸气__冲程、__压缩__冲程、__做功__冲程和__排气__冲程；（2）一个工作循环中只有__做功__冲程是靠燃气推动活塞做功，其他三个冲程是靠安装在曲轴上的飞轮的__惯性__来完成；（3）压缩冲程中__机械__能转化为__内__能，做功冲程中__内__能转化为__机械__能。
5.热机效率
（1）定义：热机用来做__有用功__的那部分能量和燃料__完全燃烧__放出的能量之比。
（2）公式：η＝
知识点3：能量的转化和守恒
★考纲要求：
1. 从能量转化的角度认识燃料的热值；热机的工作进程.（认识）
2. 内能的利用.（认识）
3. 能量及其存在的不同形式；各种各样的能量和生活的关系.（认识）
4. 能量守恒定律及生活中能量守恒的实例.（认识）
5. 用能量转化与守恒的观点分析物理现象.（认识）
6. 能量的转化与转移，从能量的转化和转移认识效率.（认识）
7. 能量的转化和转移有一定的方向性.（认识）
（1）内容：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式__转化__为其他形式，或者从一个物体__转移__到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量__保持不变__。
（2）说明：①能量的转化和转移都是具有方向性的；
②能量的转化是通过物体做功来实现的。能量在转化
过程中，能量的形式发生了改变；
③能量在转移过程中，能量的形式没有发生变化。
【提示】能量守恒定律不同于机械能守恒定律。所
有的能量转化和转移过程，都遵循能量守恒定律，
而机械能守恒是有一定条件的。
★备考指导
1.考查热点： 热值的简单计算，热机的四个冲程，热机
的效率和能量转化
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2.考查题型：以选择题、填空题为主
3.备考重点：热机能量的转化，热值的简单计算
★突破考点，典例呈现
考点1：热值与热机的效率的综合计算
例5 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：
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
其中太阳辐射功率是指1 h内投射到1 m2面积上的太阳能，则：
(1)水在10 h内吸收多少热量？
(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？(q天然气＝8.4×107 J/m3，天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收)
(3)该太阳能热水器的能量转化效率是多大？
解：(1)水吸收的热量(有用能量)Q吸＝cmΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×50 ℃＝2.1×107 J。
(2)由题意知，Q放＝Q吸＝2.1×107 J，根据q＝得，需要天然气的体积V＝＝＝0.25 m3。
(3)10 h太阳能热水器吸收的太阳能(总能量)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η＝＝＝50%。
方法点拨:关于热值的计算要注意是气体的热值还是液体的热值，要注意气体的热值一般与它的体积有关，液体的热值一般与它的质量有关，运用单位时，不要写错公式。
考点2：热机的四个冲程
例6 在四冲程汽油机的工作过程中，内能转化为机械能的冲程是( C )
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
方法点拨:1．汽油机的一个工作循环有四个冲程，分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。做功冲程对外做功，将内能转化为机械能；压缩冲程也有能量转化，将机械能转化为内能。汽油机的做功冲程火花塞要点燃。
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2．四冲程汽油机的一个工作循环中，高温高压的燃气推动活塞向下运动的是做功冲程。
考点3：能量的转化和守恒
例7 如图所示，点燃酒精灯，给试管底部加热，这是通过__热传递__方式改变了水的内能；水沸腾后，盖在试管口上的塞子会受到水蒸气的压力而冲出，此时能量转化情况与四冲程汽油机的__做功__冲程类似。
方法点拨:1．自然界中的各种现象都是互相联系的，说明在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的。
2．能量的转化是通过物体做功来实现的。能量在转化过程中，能量的形式发生了变化，能量的转移过程中能量的形式没有发生变化。
3．能量的转化和转移都是具有方向性的。
★中考连接，挑战自我
1.（2018四川成都）在四冲程汽油机的工作过程中，内能转化为机械能的是（ C ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
2.（2018山东临沂）小明用煤气灶烧水时，进行了如下思考，正确的是（ C ）
A．煤气燃烧越充分，其热值越大B．加热过程中水的比热容变大
C．壶内水温度升高的过程中内能增大D．水沸腾过程中吸收热量，温度不断升高
3.（2018四川遂宁）小军帮妈妈煲鸡汤时，联想到了许多物理知识.下列说法错误的是（B）
A.鸡汤香气四溢是扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动
B.鸡汤沸腾过程中吸收热量，温度不变，内能不变
C.煲鸡汤过程中，限压阀转动，此过程的能量转化与内燃机的做功冲程相似
D.限压阀口“烟雾缭绕”，这是水蒸气液化形成的小水珠
4.（2018湖南省邵阳市）清明节是中国的传统节日，期间全国上下要燃放大量鞭炮，气氛甚是热烈！据报道由此引发的大大小小火灾甚多，造成损失很大，国家提倡要改良。今年小军同学放假回家，先到网上下载了别人录制好的鞭炮声mp3到U盘，到时插到身边听音乐用的随身听上播放，呵呵！这电子鞭炮声效果妙极了！下列说法中错误的是（ D ）
A．保证了声音音色的逼真 B．可随意调节声音响度到最合适
C．轻松避免了火灾，不留垃圾，更加环保 D．使声能转化成电能
5.（2018四川遂宁）下列有关声和能的说法中正确的是（ D ）
A.声纹锁在房主说出暗语时才能被打开，是因为它能辨别声音的音调
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B.“辽宁号”航母上的起飞引导员佩戴有耳罩的头盔，这是从传播过程中减弱噪声
C.太阳能、风能、核能是目前正在努力研究、开发的新能源，它们都是可再生能源
D.能量的转化和转移具有方向性，在转化和转移过程中能量的总量总保持不变
6.（2018山东泰安）某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9km，用时5min45s，消耗燃油1.5kg，已知汽车的牵引力是2000N，燃油的热值为4.6×107J/kg，假设燃油完全燃烧。通过计算可知，下列结果正确的是（ D ）
①汽车行驶速度是20km/h ②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是6.9×107J
③汽车牵引力做功的功率是30kW ④汽车发动机的效率是20%
A．只有①和② B．只有②和③ C．只有①和④ D．只有②和④
7.（2018山东东营）水煎包是东营特色名吃，其特色在于兼得水煮油煎之妙，色泽金黄，一面焦脆，三面嫩软，皮薄馅大，香而不腻。在水煎包的制作过程中，以下说法正确的是（B）
①水煎包“香气四溢”，说明分子在不停地做无规则运动
②水煎包能被煎成金黄色，是因为油的沸点比水的沸点低
③木柴燃烧时将化学能转化为内能
④往热锅内倒入水会产生大量的“白气”，“白气”是水汽化形成的
⑤锅盖不断被水蒸气顶起而发生“跳动”，此时水蒸气的内能转化为锅盖的机械能
A．①②③⑤ B．①③⑤ C．①③④⑤ D．②③④⑤
8.（2018湖北荆门）世界是由物质组成的，下列关于物质的一些说法中，正确的是（A ）
A．我们常说摩擦生热，那是因为做功改变了物体的内能
B．组成物质的原子核是由质子、中子和电子组成的
C．热胀冷缩的常识告诉我们，物体温度升高时，体积一定变大
D．在绕地球飞行的神舟飞船内，物体的质量消失了，所以天平不能使用了
9.（2018四川巴中）在内燃机的四个冲程中，如图所示的是（ C ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
10.（2018四川成都）小李家使用的燃气热水器，将30kg的水从20℃加热到45℃，消耗了0.15m3的天然气。已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值为4×107J/m3，则下列与该过程有关的计算结果和分析正确的是（ C ）
A．水吸收的热量与水的末温成正比 B．水吸收的热量是3.15×105J
C．热水器的能量转化效率是52.5% D．热水器的能量转化效率与环境温度无关
11.（2018湖北武汉）在室温下，用绷紧的橡皮膜把一个空锥形瓶的瓶口封上，然后把瓶子放入热水中，如图所示，橡皮膜会向外凸。下列关于瓶内气体的描述错误的是（ D ）
A．分于子的无规则运动会加剧 B．内能会增大
C．质量会不变 D．压强会减小
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12.（2018四川省内江市）根据能量守恒定律，下列情形可能发生的是( B )
A.随着科学技术不断发展和提高，永动机是可以制成的
B.两个斜面相对连接，小球从左斜面滚下后冲上右斜面
C.电水壶里的水沸腾后断电，水的沸腾却一直持续下去
D.出枪膛的子弹射穿木板后，以更快的速度继续运动
13.（2018浙江省温州市）某智能百叶窗的叶片上贴有太阳能板，在光照时发电，给电动机供电以调节百叶窗的开合。该过程中发生的能量转换是（ C ）
A．电能→机械能→光能 B．光能→机能→电能
C．光能→电能→机械能 D．机械能→电能→光能
14.（2018湖南省邵阳市）关于温度、内能、热量说法正确的是（ C ）
A．物体温度升高一定是吸收了热量 B．正在沸腾的水的温度一定是100℃
C．冬天搓手变暖是通过做功使手的内能增大 D．热胀冷缩中的“热”“冷”是指内能
15.（2018四川省乐山市）下列说法中正确的是（ C ）
A．汽油机在做功冲程中是将机械能转换成内能
B．物体的温度降低时内能减少，所以0℃冰块的水分子不做运动
C．沿海地区昼夜温差小，主要原因是水的比热容较大
D．温度从热量高的物体传递给热量低的物体
16.（2018湖北省荆州市）某家庭用的电热水器将体积为60L，温度为20℃的自来水加热到50℃，则水吸收的热量为________J［水的比热容4.2×103J/（kg·℃）］. 若热水器的功率为2000w，用时5000s，则该热水器的效率为_________.
【答案】7.56×106；75.6%。
17.（2018湖北咸宁）用天然气烧水，水烧开后，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；若天然气完全燃烧放出的热量有50%被水吸收，在标准大气压下把5kg的水从20℃加热至沸腾，需完全燃烧 m3天然气。（c水=4.2×103J/（kg•℃），q天然气=4×107J/m3）
【答案】做功；0.084
18.（2018江苏省徐州市）小明在家中用煤气灶将初温为20℃，质量为2kg的一壶水加热到80℃，这是通过 的方式使水的内能 ．如果煤气完全燃烧放出的热量只有60%被水吸收，则至少需要燃烧 kg的煤气 [水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，煤气的热值为4.2×107J/kg]．
【答案】热传递 增加 0.02
19.（2018四川遂宁）我国于2017年5月18日在南海海域成功试采“可燃冰”，“可燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力，在相同条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量可达到天然气的数十倍．如果“可燃冰”热值是天然气的10倍，设天燃气热值为4.2×
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107J/kg,完全燃烧0.5kg“可燃冰”放出的热量为 J; 若在不考虑热量损失的情况下，这些热量能使800kg、45℃的水刚好达到沸点，则此时水的沸点是 ℃, 水面上方的气压 1标准大气压．(选填“大于”、“小于”或“等于")[C=4.2×103J/(kg.℃)]
【答案】2.1×108；107.5；大于
20.（2018福建B卷）合理分类和利用垃圾可以变废为宝。在一定条件下，1吨垃圾能”榨”出170kg燃料油，若燃料油的热值为4.0×107J/kg，则这些燃料油完全燃烧释放出的热量为 J，燃烧时燃料油的化学能转化为 能。
【答案】6.8×109；内
21.（2018四川巴中）一单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3000r/min，则1s对外做功次，若其效率为30%，消耗100g汽油，对外做功 J．若水箱中5kg水由20℃升高到100℃，水吸收 J热量 （q汽油=4.6×107J/kg）
【答案】1.38×106；1.68×106
22.（2018河北）有如图9所示的两套相同装置，分别在两个燃烧皿中放入质量相同的不同燃料，点燃后加热质量相等的同种液体，通过比较燃料 (选填“燃烧相同时间”或“全部燃烧”)后温度计示数的变化，来判断两种然料的热值的大小，燃料燃烧， 转化为内能，用比热容 的液体可以使实验现象更明显。(实验中液体没有沸腾)
【答案】全部燃烧 化学能 小
23.（2018河北）如图所示，在一个配有适塞的厚透明筒里放一小团硝化棉，把活塞迅速下压，压缩空气 ，使筒内空气的内能增大，温度升高，观察到硝化棉 ，上述改变物体内能的方式与发烧时用冷毛巾给头部降温该表物体内能的方式 （选填“相同”或“不相同”）。
【答案】做功 燃烧 不相同
24.（2018四川达州市）小张驾驶一辆额定功率为35千瓦、效率为30％的汽车在一段平直的公路上匀速行驶，在额定功率下行驶1小时至少需要_________L汽油（汽油的热值为3.5×107J/L）；若行驶的速度为72km/h，则汽车受到的阻力为________N，汽油属于_________能源（选填“可再生”或“不可再生”）．
【答案】12；1750；不可再生
25.（2018浙江省温州市）如图是小明制作的简易“蒸汽船”型。将盛有一定量水的铜容器安装在“船体”上，用蜡烛对铜制容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”就向左行驶。
（1）蜡烛对铜制容器加热导致容器内水温升高这是通过_______的方式改变水的内能。
（2）当铜管向右喷蒸汽时“船体”
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获得喷出的蒸汽对其向左的推力，这说明了___________。
【答案】（1）热传递 （2）力的作用是相互的
26.（2018重庆B卷）生活中用铁锅加热菜油，菜油的温度很快升高，这是通过___________的方式增加了菜油的内能；用热油炒菜时，远远的就能闻到炒菜的香味，这是由于分子在永不停息的做___________．
【答案】热传递；无规则运动
27.（2018四川省南充市）生活中许多现象都可以用我们所学的物理知识解释，例如腌制鸭蛋使盐进入鸭蛋中是一种_________现象，烧水煮鸭蛋是利用____________的方式改变鸭蛋的内能。
【答案】扩散；热传递。
28.（2018四川省南充市）某台汽油机飞轮的转速为1800r/min，在1s内，汽油机完成了______个工作循环。如果汽油机在一段时间内消耗了500g汽油，若这些汽油完全燃烧，可放出热量__________J。(q汽油=4.6×107J/kg)
【答案】15；2.3×107
29.（2018长沙）在太空中，把要合成的各种固态材料放进特制的太空炉，对材料加热使其内能________(选填“增大”或“减小”)而熔化，再降温使其变成新的固态材料，然后随着卫星或飞船返回地球，这样加工的材料叫太空材料．当一块加工好的太空材料从太空返回地球时，其质量________(选填“变大”、“变小”或“不变”)．
【答案】增大；不变
30.（2018浙江省绍兴市）2018年5月14日，川航3U8633航班客机驾驶舱右侧风挡玻璃突然破裂，机长在低压、极寒缺氧巨大噪声的恶劣条件下操纵飞机成功降落，被称誉为一次“世界级”的备降。
(1)飞机玻璃破裂的瞬间，强大的气流损坏仪器面板，此时气流的方向是_________(选填“从外界到驾驶舱”或“从驾驶舱到外界”)。
(2)此事件中的雷达观察员被媒体称为幕后英雄。太阳活动增强时会影响雷达等短波通讯，常见的太阳活动有太阳黑子、_________、日珥等。
(3)高空中虽然气温极低，但飞机上的空调一般是制冷的。这是因为机外的冷空气吸入飞机后需要压缩，使空气的温度升到50℃以上，这种改变内能的途径属_________。
【答案】（1）从驾驶舱到外界；（2）耀斑；（3）做功。
31.（2018桂林市）若家用天然气的热值为4.2×107J/m3，水的比热容为4.2×103J/(kg.℃)．
（1）完全燃烧0.04m3天然气放出的热量是多少?
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（2）若某新型天然气灶烧水的效率为40%，完全燃烧0.04m3天然气可使室温5kg的水温升高多少?
【答案】（1）1.68×106J；（2）32℃
32.（2018山东德州）在一个标准大气压下，用炉子将10kg的水从20℃加热至沸腾，燃烧了0.5kg的焦炭，已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），焦炭的热值为3.0×107J/kg。求：
（1）水吸收的热量；
（2）0.5kg焦炭完全燃烧释放的热量；
（3）炉子烧水的效率。
【答案】（1）3.36×106J；（2）1.5×107J；（3）22.4%。
33.（2018年山东省潍坊市）
北京8分钟
2008年平昌冬奥会闭幕式上，“北京8分钟”表演惊艳全世界，同时宣告冬奥会进入北京时间，短短8分钟的表演却蕴涵着大量的“中国智慧”和“中国制造”。
闭幕式上，演员穿着目前国内最大尺寸的熊猫木偶道具进行轮滑表演，给人留下了深刻印象，为达到最佳表演效果，需要严格控制道具的质量，初选材料做出来的道具均为40kg，为减小道具的质量，制作团队在原有工艺的基础上不断改良和创新，经过反复对比和测试，最终确定用铝合金管材和碳纤维条作为制作材料，最终版的熊猫木偶质量仅为10kg。
装载着大屏幕的机器人与轮滑舞者进行了互动表演，为体现冰雪主题。大屏幕也使用了新技术，让它们看起来像是用冰雪制成的“冰屏”，每块“冰屏“长3m，为保证”冰屏“具有较强的抗风能力，”冰屏的整个结构非常精密，卡槽与屏幕之间的距离达到微米级，经过风洞测试，每块“冰屏”都能承受15m/s的风速，目前我国的“冰屏”技术己处于世界领先水平。
舞台上要求演员衣服极薄，动作舒展流畅。由于现场气温低至-3℃，为做好演员的保暖工作，超薄保暖服采用了超级新型纳米材料—石墨烯发热膜。演员上场前，需先对服饰内的电池进行充电，充电完成后，石墨烯发热膜保暖服可在-20℃的环境中工作4小时，确保了演员穿着舒适和演出成功。
阅读短文，回答问题：
（1）熊猫木偶道具选用铝合金管材和碳纤维条作为制作材料，除了考虑材料的强度和韧性外，还因为这些材料 较小；
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（2）演员在地面上做曲线运动时，受到的力是 （选填“平衡力”或“非平衡力”）；
（3）在对“冰屏”进行抗风能力的风洞测试中，让屏幕正对风的方向，若增大风速，风对屏幕产生的压强 （选填“变小”、“变大”或“不变”）；
（4）在给保暖服内的电池充电时，电能转化为 能；保暖服通电发热是通过 （选填“热传递”或“做功”）方式增加保暖服的内能。
【答案】（1）密度；（2）非平衡力；（3）变大；（4）化学；做功。
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