2020中考物理知识精选专题6-1内能利用精析和练习（附解析）

1 专题 6.1 内能利用 ★知识点一：热机 1.热机：利用 叫热机。 热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。 内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用燃料分为 和 两类。 2. 内燃机的工作原理 （1）汽油机：四冲程汽油机的结构—汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。 冲程—活塞在气缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 汽油机的工作过程： 、 、 、 。 吸气冲程—靠惯性运动，吸进汽油与空气的混合物； 压缩冲程—外界对气体做功，机械能转化为 ，气体温度 ； 做功冲程—化学能转化为 ，气体温度升高，气体 做功，内能转化为 ； 排气冲程—靠惯性运动，排出废气。 （2）柴油机：四冲程柴油机的结构—汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、喷油嘴。 柴油机的工作过程与汽油机几乎一样，但有三个区别：1）吸气冲程：汽油机吸进的是汽油和空气的混 合物，柴油机吸进的仅仅是空气；2）压缩冲程：汽油机压缩的是汽油和空气的混合物，汽油机压缩的仅仅 是空气；3）做功冲程：汽油机用火花塞点火，柴油机用喷油嘴喷油。 【真题跟踪一】（2019·武威）如图所示是汽油机的______冲程。 【答案】做功。 【解析】由图知，两气门都关闭，火花塞冒出电火花，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程。2 故答案：做功。 【真题跟踪二】（2018·滨州）如图是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（　　）。 A．压缩冲程，将化学能转化成内能；B．压缩冲程，将机械能转化成内能； C．做功冲程，将内能转化成机械能；D．做功冲程，将机械能转化成内能 【答案】C。 【解析】图中的气门关闭，活塞下行，并且电火花打火，这是做功冲程的特点；在做功冲程中，能量 转化关系是气体的内能转化为机械能,故选 C。 【真题跟踪三】（2019·达州）下列关于热现象的说法中正确的是（　　）。 A．物体的温度越高所含的热量越多； B．内燃机的做功冲程将机械能转化成内能； C．打扫卫生时灰尘飞扬说明分子在永不停息地做无规则运动； D．物质的比热容越大反映了物质吸收或放出热量的能力越强 【答案】D。 【解析】A、热量是一个过程量，不能说物体含有多少热量，只能说吸收热量或放出热量，故 A 错误； B、内燃机的一个工作循环有四个冲程，做功冲程是将内能转化成机械能，故 B 错误； C、灰尘是可以看得见的物体，因此灰尘的飞扬不是分子的运动，而是物体的机械运动，故 C 错误； D、比热容是物质的一种特性，它反映了物质吸收或放出热量的能力，比热容越大反映了物质吸收或放 出热量的能力越强，故 D 正确。故选 D。 ★知识点二：热机效率 1．热值（q）： 某种燃料 燃烧放出的热量，叫热值；热值单位是： 。 （1）燃料燃烧放出热量： ；（Q 放是燃料放出的热量，单位是J；q 是热值，单位是J/kg；m是质量，单位是 kg。） 对于热值的概念，要注重理解三个关键词：“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg 是指燃料的 质量，如果燃料的质量不是 1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值；某种燃料是指热值3 与燃料的种类有关；完全燃烧意思是燃料要完全烧尽，否则 1kg 燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就不 是该热值所确定的值。 （2）热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的 本领大小；也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的 等均 无关。 2.热机的效率：用来做 的那部分能量和燃料 之比，叫热机的效率。热机的效率是热机 性能的一个重要指标。公式： 3.在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。 注意：热机能量的损失：① （完全燃烧条件： ， ）；② （废气的 利用）；③ ，消耗能量（使用润滑剂，减小摩擦）。 【真题跟踪一】（2019·湘潭）图是某电水壶的铭牌，该电水壶正常工作 1min 产生　 　J 的热量， 如果这些热量 84%被冷水吸收能使 2.0L 的水温度升高上　 　℃。 【答案】9×104；9。 【解析】（1）由图知，电水壶的额定功率为 1500W，所以正常工作 1 分钟产生的热量： Q＝W＝Pt＝1500W×60s＝9×104J； （2）由 ρ＝ 可得水的质量：m＝ρV＝1.0×103kg/m3×2.0×10﹣3m3＝2kg， 这些热量 84%被冷水吸收，即 Q 吸＝84%Q 放， 由 Q＝cm△t 得水升高的温度：△t＝ ＝ ＝9℃。 故答案为：9×104；9。 【真题跟踪二】（2018·荆州）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】7.56×106J；75.6%。 qm W Q W 有用 总 有用 ==η4 【解析】根据公式 求 60L 水从温度为 20℃加热到 50℃，吸收的热量为： （每升水质量为 1kg）； 热水器发出的热量： ； 故效率为： 。 答案：7.56×106J；75.6%。 【真题跟踪三】（2019·苏州）苏州如图所示，在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小团干燥的棉花， 用力将活塞迅速下压，棉花被点燃。此过程的能量转化方式与汽油机的______冲程相同。某效率为 25%的汽 油机在一次工作中消耗了 4kg 汽油，该汽油机对外做的机械功为______J。（汽油热值为 4.6×107J/kg） 【答案】压缩；4.6×107。 【解析】（1）在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小撮干燥的棉絮，用力将活塞迅速向下压，棉絮燃 烧起来；说明压缩筒内空气做功，使空气的内能增大，温度升高；压缩过程中，活塞的机械能转化为空气 的内能，故该过程中，与内燃机的压缩冲程相同； （2）汽油完全燃烧放出的热量：Q 放=mq=4kg×4.6×107J/kg=1.84×108J； 输出的机械能为：E=ηQ 放=25%×1.84×108J=4.6×107J。 故答案为：压缩；4.6×107。 ★知识点三：能量转化与守恒 1.能量守恒定律：能量既不会 ，也不会 ，它只会从一种形式 为另一种形式，或者从一个 物体 到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量 。 2．能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问题 还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。 【真题跟踪一】（2018•温州）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（　　）。 A．电能→机械能→光能；B．光能→机械能→电能； C．光能→电能→机械能；D．机械能→电能→光 tcmQ ∆=吸 JCCkgCkgJtcmQ 63 1056.7)2050(60)·/(102.4 ×=°−°××°×=∆=吸 JsWPtQ 710150002000 ×=×==放 %6.75%100101 107.56%100 7 6J =×× ×=×= JQ Q 放 吸η5 【答案】C。 【解析】太阳能板，在光照时发电，即把太阳能转化为电能；电能供给电动机，转化为机械能，调节 百叶窗的开合；故该过程中发生的能量转换是光能→电能→机械能。故选 C。 【真题跟踪二】（2019·邵阳）电动自行车、电动摩托车、电动汽车、电动公交车等已广泛应用于现 代生活中，它们都是利用电动机来工作的，电动机工作过程中能量转化情况主要是（　　）。 A．电能转化成热能； B．电能转化成机械能； C．机械能转化成电能；D．太阳能转化成机械能 【答案】B。 【解答】电动机工作过程中，消耗了电能，将其转化为机械能，故 B 正确。故选 B。 【真题跟踪三】（2019·福建）下表列出一些物质的比热容，根据表中数据,下列判断止确的是 （ ）。 A.不同物质的比热容一定不同； B.物质的物态发生变化，比热容不变； C.质屋相等的铝和铜升高相同的温度，铝吸收的热量更多； D.质量相等的水和煤油吸收相同的热量，水升高的温度更多 【答案】C。 【解析】考查比热容的特点，属于中等题。 根据公式 可知，当m 和△t 一定时，铝的比热容比铜大，所以铝吸收的热量更多，所以选 C。 ★考点一：热机 热机是内能利用的典型实例，也是内能利用的重点，在复习中应该着重掌握热机的工作原理和热机能 量转化过程。考试题型以选择题为主（考查工作过程的判断、能量的转化），填空题为辅（能量的转化）。 纵观各地中考考纲和近三年考卷来看，对本节知识点的考查主要集中在汽油机四冲程的判断和能量转化两 个方面。此问题一般与热现象的其他知识点结合在一起组成一个考题，也有单独作为一个考题的情况。 【典例一】（2017•烟台）如图所示，是汽油机工作时的四个冲程，其中属于做功冲程的是（　）。 tcmQ ∆=6 A． B． C． D． 【答案】Ｃ。 【解析】A：进气门开启，气体流入汽缸，是吸气冲程；不符合题意。 B：两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，不符合题意。 C：两气门都关闭，火花塞点火，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，符合题意。 D：排气门开启，气体流出汽缸，是排气冲程；不符合题意。正确答案是 C。 【典例二】（2018•淄博）关于热和能，正确的说法是（　　）。 A．热传递过程中，内能大的物体放出热量； B．热机做功冲程中，内能转化为机械能； C．物体内能减少，温度一定降低； D．燃料的热值越大，燃烧时放出的热量越多 【答案】B。 【解析】A、热传递过程中，温度高的物体放出热量，故 A 错误； B、热机做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞运动，内能转化为机械能，故 B 正确； C、晶体在凝固的过程中，放出热量，但温度不变，故 C 错误； D、燃料放出热量的多少与燃料的热值和质量有关，燃料的热值越大，燃烧时放出的热量不一定多，故 D 错误。故选 B。 【典例三】（2018·滨州）如图是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（　　）。 A．压缩冲程，将化学能转化成内能 B．压缩冲程，将机械能转化成内能 C．做功冲程，将内能转化成机械能 D．做功冲程，将机械能转化成内能 【答案】C。 【解析】图中的气门关闭，活塞下行，并且电火花打火，这是做功冲程的特点；在做功冲程中，能量7 转化关系是气体的内能转化为机械能,故选 C。 【典例四】（2018·临沂）甲图中，迅速向下压活塞，能量的转化情况是　 　。乙图内燃 机的工作过程中与甲图能量转化情况相同的是　 　（选填图中的代号）。 【答案】机械能转化为内能；B。 【解析】图甲中，迅速向下压活塞，活塞的机械能转化为筒内空气的内能； 图乙中：A、进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，没有能量转化； B、两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能，故 B 符合题意； C、两个气门都关闭，活塞向下运动，是做功冲程，将内能转化为机械能； D、排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动，是排气冲程，没有能量转化。 故答案为：机械能转化为内能；B。 【典例五】（2018·菏泽）天于热学知识.下列说法错误的是（ ）。 A.寒冷的冬天，双手互搓会使手的温度升高，这是用做功的方式改变内能； B.刚煮熟的鸡蛋放在冷水中,鸡蛋的温度降低； C.汽油机的压缩冲程是把内能转化为机械能； D.用水作为汽车发动机的冷却剂，是因为水的比热容较大 【答案】C。 【解析】A. 对物体做功可以增加物体内能，所以寒冷的冬天，双手互搓会使手的温度升高，这是用做 功的方式改变内能，故 A 正确； B. 刚煮熟的鸡蛋放在冷水中，鸡蛋的温度高，水的温度低，内能从鸡蛋转移给水，即通过热传递，鸡 蛋的内能减小，温度降低，故 B 正确； C. 汽油机的压缩冲程是把将机械能转化为内能，故 C 错误； D. 用水作为汽车发动机的冷却剂，是因为水的比热容较大，升高相同的温度时吸收的热量更多，故 D 正确；故 C 错误，符合题意。8 【典例六】（2018·龙东）内燃机一个工作循环有四个冲程，实现将内能转化为机械能的是　做功　 冲程。某品牌汽车每行驶 100km 耗油 7kg，这些汽油完全燃烧要放出　 　J 的热量。（汽油的热值 q=4.6×107J/kg）。 【答案】做功；3.22×108。 【解析】（1）内燃机的四个冲程中，实现将机械能转化成内能的是压缩冲程；实现将内能转化为机械 能的是做功冲程； （2）7kg 汽油完全燃烧要放出的热量：Q=qm=4.6×107J/kg×7kg=3.22×108J。 故答案为：做功；3.22×108。 ★考点二：热机效率 热机效率是本考点重点内容，主要涉及到热值的概念及其相关计算，热机效率的计算三个方面。故本 节主要内容是应用热值进行有关计算问题，希望在复习中加强学生计算能力的培养。中考试卷中有关效率 和热值的计算，虽然分值不一定很高，但在考查学生计算能力和对效率概念的理解上，属于典型考题；考 试题型以选择题、填空题为主，有的也作为一个知识点与其他压轴题结合。 纵观各地中考考纲和近三年考卷来看，对本节知识点的考查主要集中在热机效率的计算和热值概念的 应用两个方面。本节考点在 2020 年中考物理试卷中出现概率很大，也会延续以前的考查方式和规律，不会 有很大变化。考查思路主要分为：考查学生计算能量和对热机效率的计算能力，以及热值的应用等方面。 【典例一】（2019·绵阳）一个标准大气压下，将质量 1.0kg 的水从 20℃加热到沸腾，水吸收的热量 是________J。小明家天然气热水器的热效率是 84%，他某次洗澡，耗水 40kg，自来水进热水器的温度是 24℃，出热水器的温度是 40℃，小明这次洗澡消耗天然气________m3。已知水的比热容是 4.2×103J/ （kg℃），天然气的热值是 3.2×107J/m3。 【答案】3.36×105；0.1。 【解析】（1）水吸收的热量： Q 吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×1.0kg×（100℃-20℃）=3.36×105J； （2）他某次洗澡时水吸收的热量： Q 吸′=cm′△t′=4.2×103J/（kg•℃）×40kg×（40℃-24℃）=2.688×106J； 由 η= 可得，天然气放出的热量： ；9 由 Q 放=Vq 可得，消耗天然气体积： 。 故答案为：3.36×105；0.1。 【典例二】（2018·荆州）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】7.56×106J；75.6%。 【解析】根据公式 求 60L 水从温度为 20℃加热到 50℃，吸收的热量为： （每升水质量为 1kg）； 热水器发出的热量： ； 故效率为： 。 答案：7.56×106J；75.6%。 【典例三】（2018•广安）用天然气灶给水加热，在 1 标准大气压下，把体积为 10L，温度为 15℃的水 加热到沸腾，求： （1）水吸收了多少热量？[ρ 水=1.0×103kg/m3 C 水=4.2×103J/（kg•℃）] （2）若不计热量损失，需要燃烧多少 m3 的天然气？（q 天燃气=4.2×107J/m3） 【解析】（1）由 ρ= 得，10L 水的质量： m=ρV=1.0×103kg/m3×10×10﹣3m3=10kg， 水吸收的热量： Q 吸=c 水 m 水（t﹣t0）=4.2×103J/（kg•℃）×10kg×（100℃﹣15℃）=3.57×106J； （2）不计热量损失，则 Q 放=Q 吸， 由 Q 放=Vq 可得，需要燃烧天然气的体积： V 天然气= = = =0.085m3。 答：（1）水至少需要吸收的热量为 3.57×106J；（2）若不计热量损失，需要燃烧 0.085m3 的天然气。 【典例四】（2018·桂林）若家用天然气的热值为 4.2×107J/kg 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？ tcmQ ∆=吸 JCCkgCkgJtcmQ 63 1056.7)2050(60)·/(102.4 ×=°−°××°×=∆=吸 JsWPtQ 710150002000 ×=×==放 %6.75%100101 107.56%100 7 6J =×× ×=×= JQ Q 放 吸η10 （2）若某新型天然气灶烧水的效率为 40%，完全燃烧 0.04m3 天然气可使室温下 5kg 的水温度升高多少？ 【解析】（1）完全燃烧 0.04m3 天然气放出的热量： Q 放=Vq=0.04m3×4.2×107J/m3=1.68×106J； （2）由题知，水吸收的热量：Q 吸=Q 放×40%=1.68×106J×50%=6.72×105J， 由 Q 吸=cm△t 可得水升高的温度：△t= = =32℃。 故答案为：（1）完全燃烧 0.04m3 天然气放出 1.68×106J 的热量；（2）完全燃烧 0.04m3 天然气可使常 温下 5kg 的水温度升高 32℃。 ★考点三：能量转化与守恒 能量转化与守恒比较抽象，也是学生学习热学内容的收尾，在本节主要考查能量的转化形式和理解能 量的守恒概念。尤其是对能量守恒概念的理解是学生学习的难点，同样也是本节的重点。中考试卷中有关 转化与守恒的问题也会经常出现，希望引起大家的重视。本节内容一般不会单独组成一个试题，大多数会 和热学部分的其他知识点结合在一起组成一个题目；考查主要方向是能量之间的转化，考试题型以选择题、 填空题为主。 【典例一】（2017•岳阳）随着人们的生活水平的提高，汽车走进千家万户。关于小汽车涉及的知识说 法正确的是（ ）。 A．用甘油做发电机的冷却剂； B．发电机做功冲程将内能转化为机械能； C．精心保养可使发电机的效率达到 100%；D．排出的尾气对环境没有任何污染 【答案】B。 【解析】A．用甘油做发电机的冷却剂，错误；用水的比热容大的特性，用水做冷却剂。 B．发电机做功冲程将内能 转化为机械能，正确。 C．精心保养可使发电机的效率达到 100%，错误，任何机械运动都会发热做额外功。 D．排出的尾气对环境没有任何污染，错误，排出的尾气对环境有污染。故选 B。 【典例二】（2018•聊城）在热机的四个冲程中，把机械能转化为内能的是　 　冲程。汽油机工作 时要产生大量的热，通常采用水循环将热带走，这是利用水　 　的特性。 【答案】压缩；比热容大。 【解析】（1）在热机的四个冲程中，把机械能转化为内能的是压缩冲程。11 （2）汽车的散热器可用水做冷却剂，是因为水的比热容比较大，在升高相同的温度时可以吸收更多的 热量，降低发动机的温度。 故答案为：压缩；比热容大。 【典例三】（2019·内江）太阳能、水能、天然气、地热能、风能、潮汐能中，属于不可再生能源的是 ___________，太阳能热水器内装有 100kg 水，水温从 20℃升高到 70℃[c 水=4.2×103J/kg·℃)]所吸收的 热量是_________J。 【答案】(1)天然气；(2)2.1×107。 【解析】太阳能、水能、天然气、地热能、风能、潮汐能中，属于不可再生能源的是天然气，天然气 属于化石类能源，不可在短期内再生； 太阳能热水器内装有 100kg 水，水温从 20℃升高到 70℃，所吸收的热量为： 。 【典例四】（2018·龙东）生活中能量转化的实例很多，下列描述中正确的是（　　）。 A．摩擦生热是把内能转化为机械能； B．燃料燃烧放热是把内能转化为化学能； C．电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能； D．摩擦起电是把电能转化为机械能 【答案】C。 【解析】A、摩擦生热是克服摩擦做功，摩擦过程中，消耗了机械能，内能增大，把机械能转化为内能， 故 A 错误； B、燃料燃烧放热是把化学能转化为内能，故 B 错误； C、电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能，故 C 正确； D、摩擦起电是消耗了机械能，获得了电能，故是把机械能转化为电能，故 D 错误。故选 C。