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专题 14 内能及其利用
本专题中考考点和要求(“▲”表示该标准要求属于评价水平这一层次)
知识性
目标
技能性
目标
体验性
目标
评价目标和评价水平
标准要求
了
解
认
识
理
解
独立
操作
经
历
认
同
内
化
1.从能量转化的角度认识燃料的热值。 ▲
2.了解热机的工作原理。知道内能的利用在人
类社会发展史上的重要意义。
▲
3.知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒
的实例。有用能量转化与守恒的观点分析问题的
意识。
▲ ▲
4.从能量的转化和转移的角度认识效率。 ▲
5.知道能量的转化和转移有一定的方向性。 ▲
规律总结 1:对汽油机和柴油机的认识及其相关问题的处理
1.热机定义:热机是利用内能来做功,把内能转化为机械能的机器。
2.热机的种类:蒸汽机、内燃机(汽油机和柴油机)、汽轮机、喷气发动机等
内燃机活塞在汽缸内往复运动时,从气缸的一端运动到另一端的过程,叫做一个冲程。
四冲程内燃机包括四个冲程:吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
在单缸四冲程内燃机中,吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环,每个工作循环曲轴转 2 周,
活塞上下往复 2 次,做功 1 次。
在这四个冲程中只有做功冲程是燃气对活塞做功,而其它三个冲程(吸气冲程、压缩冲程和排气冲程)是依
靠飞轮的惯性来完成的。2
压缩冲程将机械能转化为内能。
做功冲程是由内能转化为机械能。
①汽油机工作过程:
②柴油机工作过程:
3.汽油机和柴油机的比较:
①汽油机的气缸顶部是火花塞;柴油机的气缸顶部是喷油嘴。
②汽油机吸气冲程吸入气缸的是汽油和空气组成的燃料混合物;柴油机吸气冲程吸入气缸的是空气。
③汽油机做功冲程的点火方式是点燃式;柴油机做功冲程的点火方式是压燃式。
④柴油机比汽油及效率高,比较经济,但笨重。
⑤汽油机和柴油机在运转之前都要靠外力辅助启动。
规律总结 2:解决热值与热效率问题思维方法与技巧
1.燃料完全燃烧放出热量
(1)燃料完全燃烧释放出的热量公式为:Q 放=mq。
(2)气体燃料完全燃烧释放出的热量公式也可为:Q 放=qV。推导过程如下:
说明:①中的公式对固体、液体、气体、均适用。②只对气体适用。两个公式的得出都是根据热值的定义
式得到的。3
其中,Q 放表示燃料完全燃烧放出的热量,单位是 J;q 表示燃料的热值,单位是 J/kg;m 表示质量,单位是
kg。V 表示体积,单位是m3。
2.热效率公式
(1)热机的效率: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。热机的效率是热机性能的
一个重要指标。汽车发动机的效率、飞机发动机的效率、轮船发动机的效率均属于热机的效率,其公式为:
η= 。
(2)炉具的热效率:天然气燃烧放出的热量是炉具提供的总热量,Q 总=Q 放,水吸收的热量是有用的热量 Q
有=Q 吸,则 η= 。
(3)电热水器的效率:电热丝所产生热量为 Q 总,总=Q 放,水需要吸收热量为 Q 有,有=Q 吸,
则 η= 。
规律总结 3:用能量守恒定律解决问题思路
1.要理解能量守恒定律
(1)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)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。
(3)“第一类永动机”永远不可能实现,因为它违背了能量守恒定律。
2.试论述能量的转化、转移和守恒问题。
(1)在一定条件下各种形式的能都可以相互转化。能量转化反映了各种现象之间的联系,如摩擦生热说明
了机械运动和热现象之间存在的联系;电风扇转动说明了电现象和机械运动之间存在的联系。
(2)不同形式的能量通过做功可以相互转化,同种形式的能量之间通过热传递可以进行转移,能量可以从
一个物体转移到另一个物体,也可以从物体的一部分转移到另一部分。
(3)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
一个物体转移到另一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变。
(4)根据能量守恒定律,在分析自然现象时,如果发现某种形式的能量减少,一定能找到另一种形式的能
量增加;反之,当某种形式的能量增大时,也一定可以找到另一种形式的能量减少。
放
吸
Q
Q
总
有
Q
Q
总
有
Q
Q4
【例题 1】(2018 成都)如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程,它是( )
A.压缩冲程,将化学能转化为内能 B.压缩冲程,将机械能转化为内能
C.做功冲程,将内能转化为机械能 D.做功冲程,将机械能转化为内能
【答案】C
【解析】图中进气门和排气门均闭合,活塞向下运动,且火花塞放电,所以是内燃机的做功冲程,此冲程
将内能转化为机械能.故选 C.
【例题 2】(2019 武汉)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】(1)对物体做功,是机械能转化为内能;
(2)由进气门和排气门的关闭和打开情况、活塞的上行和下行情况来判断是哪个冲程;四个冲程中压缩冲
程是机械能转化为内能,做功冲程是内能转化为机械能,排气和吸气冲程没有能的转化。
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;5
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。
【例题 3】(2018 大庆)天然气已经被广泛利用,它是一种 (选填“可”或“不可”)再生能源,
完全燃烧 0.07m3 天然气释放的热量为 J,若这些热量的 30%被水吸收,可以将 4kg 的水由 20℃加
热到 ℃.[q 天然气=4×107J/m3,c 水=4.2×103J/(kg•℃)]
【答案】不可;2.8×106;70
【解析】(1)天然气属于化石能源,不可能在短期内从自然界得到补充,属于不可再生能源;
(2)完全燃烧 0.07m3 天然气释放的热量:
Q 放=Vq=0.07m3×4×107J/m3=2.8×106J;
(3)由题知,水吸收的热量:Q 吸=30%Q 放=30%×2.8×106J=8.4×105J,
由 Q 吸=cm(t﹣t0)可得:
8.4×105J=4.2×103J/(kg•℃)×4kg×(t﹣20℃),
解得水的末温:t=70℃。
【例题 4】(2019 四川广元)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?
(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?
【答案】(1)1.68×106J;(2)32℃。
【解析】(1)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℃。
【例题 5】(2018 长沙)现在流行一款鞋,穿上它走路时,鞋会发光,站着不动就不会发光。则这款鞋发
光的原理,从能量转化的角度分析正确的是( )
A.机械能转化为电能,再转化为光能
B.电能转化为机械能,再转化为光能6
C.机械能转化为光能,再转化为电能
D.光能转化为机械能,再转化为电能
【答案】A
【解析】穿上鞋走路时,具有机械能,鞋会发光,具有光能;根据题意可知,该鞋(发电鞋)的工作原理
是电磁感应现象,先是机械能转化为电能,电能又转化为光能。
【例题 6】(2019 沈阳)根据能量守恒定律,下列情形可能发生的是( )
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
【答案】B
【解析】永动机违反了能量守恒定律,永远无法制成,故 A 项错误;两个斜面相对接,小球从左斜面滚下
后,由于小球具有动能,会继续冲上右斜面,故 B 项正确;在电水壶的使用过程中,消耗了电能,而水的
温度升高,内能增加,断电后,水不再吸收热量,水的沸腾会停止,故 C 项错误;出枪膛的子弹高速运动,
说明子弹具有动能,射穿木板时,由于摩擦生热会使动能减小,它的速度减慢,故 D 项错误。故选 B。
【2019 年题组】
一、填空题
1.(2019 绵阳)把一个薄壁金属管固定在桌上,里面放一些酒精,用塞子塞紧,拿一根绳子在管外绕几圈,
并迅速地来回拉动绳子,过一会儿,你会看到塞子跳了起来,如图所示。从能量的角度分析,这个现象表明
_______内能转化机械能__________________。
【答案】内能和机械能之间可以相互转化(和转移)
【解析】绳子与金属管摩擦,机械能转化为内能;高温筒壁对酒精加热,这是能量的转移;高温酒精推动7
塞子做功,使塞子跳起,内能转化为机械能。所以在整个过程中,存在着内能和机械能之间的相互转化,
也存在着能量的转移。能答出“内能和机械能之间可以相互转化”即可。
2.(2019 抚顺)如图表示汽油机的 冲程。汽油属于 能源(可再生/不可再生),完全燃烧
0.1kg 的汽油,放出热量为 J,如果这些热量全部被质量为 100kg、初温为 20℃的水吸收,能使
水的温度升高 。(q 汽油=4.6×107J/kg,c 水=4.2×103(J/kg•℃))
【答案】压缩;不可再生;4.6×106;11℃
【解析】(1)图中,汽油机的两个气阀都关闭,活塞向上运动,是压缩冲程;
(2)汽油来源于石油,石油是经过几百万年的演变形成的,汽油是从石油中提炼出来的,属于不可再生能
源;
(3)完全燃烧 0.1kg 汽油放出的热量:
Q 放=m 煤油 q=0.1kg×4.6×107J/kg=4.6×106J;
(4)根据 Q 吸=cm△t=Q 放可知水温度升高值:
△t=Q 吸/ cm =≈11℃。
二、选择题
3.(2019 北部湾)在内燃机的四个冲程中,如图所示的是( )
A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程
【答案】C
【解析】内燃机的四个冲程中有两个冲程发生能量转化,一是压缩冲程中机械能转化为内能;二是做功冲
程中内能转化为机械能。判断出是哪个冲程,再判断能量是怎样转化的。由图可以看出:内燃机的两个气
阀关闭,活塞向下运动,所以是做功冲程。8
4.(2019 深圳)能量守恒定律表明的是( )
A.动能和势能是守恒的
B.内能和机械能是守恒的
C.能量的变化等于做功的多少
D.能量既不会凭空产生,也不会凭空消失
【答案】D
【解析】能量既不会消失,也不会创生,它只会从一种形式转化为另一种形式或者从一个物体转移到另
一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变.
三、简答题
5.(2019 荆州)如图,是承承在乒乓球比赛中,高抛发球时的情景,不计空气阻力,请你回答下列问题:
(1)在乒乓球上升的过程中,乒乓球的能量是如何转化的?其机械能如何变化?
(2)乒乓球运动到最高点时,是否处于平衡状态?请说明理由.
【答案】(1)在乒乓球上升的过程中,乒乓球的质量不变,速度变小,动能减小,同时高度升高,重力势
能变大,动能转化为重力势能;机械能为动能和势能之和,所以不计空气阻力,机械能大小不变;
(2)乒乓球运动到最高点时,不处于平衡状态;因乒乓球运动到最高点时,只受重力作用,合外力不为
零.
【解析】影响动能的影响因素是物体的质量和物体运动的速度,影响重力势能的因素是物体的质量和物体
的高度,其中动能和势能统称为机械能.在分析各个能量的变化时,根据各自的影响因素进行分析.处于
平衡状态的物体一定受到非平衡力的作用,对乒乓球运动到最高点时进行受力分析即可解答.
四、综合计算题
6.(2019 湖北宜昌)近几年来,我国大力推广新能源汽车,2017 年 12 月宜昌市正式发放新能源汽车牌照,
某款电动汽车(如图)以 60km/h 的速度匀速行驶了 80km,所受的牵引力 720N,耗电 18kW•h,请解答下列问
题:9
(1)牵引力所做的功及功率各是多少?
(2 上述行驶过程中,电动车的效率是多少?
(3)有一款与它外形、重量均相同的汽油车,在相同路面上以 60km/h 的速度行驶 80km,其效率 25%,需
要消耗多少 kg 汽油?(q 汽油=4.5×107J/kg)
(4)我们常说新能源汽车能够“节能减排”,请你回答,“减排”为什么是和“节能”连在一起的?
【答案】见解析。
【解析】(1)牵引力所做的功:
牵引力的功率:
(2)消耗的电能即总功:
新能源车的效率:
(3)汽油燃烧放出的热量:
汽油的质量:
(4)因为目前人类使用的主要能源是化石能源,其燃烧会产生二氧化碳、二氧化硫及其污染物,所以要“减
排”就必须减少化石能源的消耗,即“节能”。
【2018 年题组】
一、填空题10
1.(2018 南京)由金属杆组成如图所示的导轨,其中水平面上两平行导轨足够长且全部置于竖直向上的磁
场中,与倾斜放置的导轨 ABCD 平滑且固定连接.将一金属棒 ab 从倾斜导轨上一定高度由静止释放,运动
过程中始终与导轨垂直接触且不受摩擦,请你判断 ab 棒在水平导轨上的运动情况: ;并从
能量转化的角度简述理由: .
【答案】减速运动,最后静止;导体棒在下滑过程中,重力势能转化动能;滑到水平导轨上后,导体棒需
要克服安培力做功,消耗机械能,机械能越来越小,速度越来越慢,最后静止.
【解析】导体棒在下滑过程中,重力势能转化为动能;滑到水平导轨上后,根据右手定则判断出导体棒中
的电流方向,再根据左手定则判断出导体棒受到安培力的方向,导体棒需要克服安培力做功,消耗机械能,
动能越来越小.
导体棒在下滑过程中,重力势能转化为动能,做加速运动;滑到水平导轨上后,导体棒做切割磁感线运动,
根据右手定则可以判断出导体棒中的电流方向为 b﹣a,再根据左手定则判断出导体棒受到安培力的方向和
导体棒运动方向相反,对导体棒的运动起到阻碍作用,导体棒需要克服安培力做功,消耗机械能,机械能
越来越小,所以做减速运动,最后静止.
2.(2018 牡丹江)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。
二、选择题
3.(2018 柳州)如图是汽车四冲程发动机的一个冲程示意图,下列说法正确的是( )11
A.该冲程是做功冲程
B.该冲程机械能转化为内能
C.这种汽车对环境没有污染
D.此发动机的效率可达 90%
【答案】A
【解析】做功冲程:内能转化为机械能。热机对环境有一定污染,比如废气污染。
4.(2018 福建)根据能量守恒定律,下列情形可能发生的是( )
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
【答案】B
【解析】A.永动机违反了能量的转化与守恒,不可能实现,故 A 错误;
B.两个斜面相对接,小球从左斜面滚下后,由于具有动能,会继续冲上右斜面,故 B 正确;
C.在电水壶的使用过程中,消耗了电能,而水的温度升高,内能增加,断电后,水不再吸收热量,水的沸
腾会停止,故 C 错误;
D.子弹射穿木板的情景,子弹高速运动,说明子弹具有动能,由于摩擦生热会使动能减小,它的速度减慢,
故 D 错误。
三、简答题
5.(2018 新疆)请阅读下面的介绍,回答相关问题。
焦耳是一位伟大的物理学家,他成功地发现了焦耳定律,测出了热功当量……。但他在探索科学真理
的道路上,也走过弯路。年轻的时候,焦耳也和许多人一样设想能制作出一种“永动机”——不需要给它
提供任何动力(即不消耗任何能源)就能自动工作起来的机械装置。他曾通宵达旦地冥思苦想,不断地设
计、制作,但没有一次是成功的。接连的失败引起了焦耳的深思,他没有像有些人那样“执迷不悟”,而是12
反思原来的设想,重新确定新的探究课题。经过不懈地努力,他终于在新的研究领域中取得了成功,发现
了科学真理。
(1)“永动机”制造一直失败的原因是:它违背了______________________。
(2)你从焦耳科学探究的历程中得到的启示是: ______________________。
【答案】(1)能量守恒定律(2)科学探究要善于思考,认清方向,经常反思,不懈努力。
【解析】解决此类问题,首先要静下心来读题,先粗读,知道题目叙述的概况;后精读,分析有关题目的
内容和特征。然后提取相关信息,排出干扰因素,弄清物理情景、物理过程,建立物理模型,找出物理规
律。最后应用所学知识解答题目中的问题。
四、综合计算题
6.(2018 江西)某家庭用燃气热水器将质量为 100kg、温度为 20℃的自来水加热到 50℃,消耗的天然气体
积为 1m3(假设天然气完全燃烧)。已知水的比热容为 4.2×103J/(kg.℃),天然气的热值为 3.2×107J/m3.
求:(1)天然气完全燃烧放出的热量;(2)水吸收的热量;(3)该热水器工作的效率。
【答案】(1)3.2×107J;(2)1.26×107J;(3)39.38%.
【解析】(1)天然气完全燃烧放出的热量:
Q 放=qv=3.2×107J/m3×1m3 =3.2×107J;
(2)水吸收的热量:
Q 吸=cm△t
=4.2×103J/(kg.℃)×100kg×(50℃-20℃)
=1.26×107J;
则热水器工作效率:
η=Q 吸/Q 放×100%=1.26×107J/3.2×107J×100%≈39.38%
【2020 年模拟压轴题组】
一、填空题
1.(2020 齐齐哈尔三中模拟)在摩擦生热的现象中机械能能转化为________能;在气体膨胀做功的现
象中内能转化为________能;在热传递的过程中,高温物体的内能________,低温物体的内能
________,内能从高温物体转移到低温物体,而能的总量________.13
【答案】内;机械;减少;增加;保持不变.
【解析】分析此题的关键在于如何理解“能量守恒定律”中的“转化”、“转移”和“守恒”这几个关
键的词,当能量发生转化时一定表现为:一种形式的能减少而变化成另一种形式的能,则另一种形式的
能增大.而“转移”则是指一种形式的能在物体与物体间,或同一物体的不同部分间发生了数量的变化,
即增加与减少,而没有形式的变化.但能的总量却保持不变.所以无论在摩擦生热现象中,气体膨胀做
功的过程中及热传递的过程中,都服从“能量守恒”定律.
2.(2020 天津模拟)可燃冰,石油、煤都属于 (选填“可“或“不可”)再生能源。若可燃冰的热
值为 4×107J/m3,完全燃烧 lm3 的可燃冰可放出的热量是 J,这些热量有 60%被水吸收,可把 kg
的水从 20℃加热到 80℃.[水的比热容 C=4.2×103J/(kg•℃)]
【答案】不可;4×l07;95.2
【解析】(1)可燃冰、石油、煤开发使用后,会越来越少,不可能在短期内从自然界得到补充,所以它们
都属于不可再生能源;
(2)1m3 天然气完全燃烧产生热量:
Q 放=Vq=1m3×4×107J/m3=4×107J;
(3)由题知,水吸收的热量:Q 吸=60%×Q 放=60%×4×107J=2.4×107J;
由 Q 吸=cm(t﹣t0)可得加热水的质量:
m=Q 吸/ c(t﹣t0)≈95.2kg。
二、选择题
3.(2020 河北模拟)如图所示是四冲程汽油机的剖面图,关于其四个冲程的描述正确的是( )
A.吸气冲程中,汽油和空气的混合物进入汽缸
B.压缩冲程中,通过做功的方式使汽缸内气体的内能减小
C.做功冲程中,燃料释放的能量绝大部分转化为机械能
D.排气冲程中,废气带走了燃料释放的能量的极少部分
【答案】A14
【解析】四冲程汽油机一个工作循环有四个冲程,分别是吸气、做功、压缩和排气,其中只有做功冲程对
外做功,将内能转化为机械能;另外还有压缩冲程有能量转化,将机械能转化为内能;根据气门的状态、
活塞运动的方向确定冲程的种类。
A.汽油机在吸气冲程中,进气门打开、排气门关闭,活塞向下运动,汽油和空气的混合物进入汽缸,故 A
正确;
B.在压缩冲程中,进气门和排气门都关闭,活塞向上运动,燃料混合物被压缩,气体的内能变大,此过程
是机械能转化为内能的过程,故 B 错误;
C.在做功冲程中,燃料燃烧释放的内能大部分需要克服摩擦、发生热传递而散失,只有一少部分转化为机
械能,故 C 错误;
D.在排气冲程中,废气带走了燃料释放的能量的大部分,故 D 错误。
4.(2020 济南模拟)如图所示是某老师的自制教具,他在矿泉水瓶的侧壁上钻一个孔,把电火花发生器紧紧
塞进孔中,实验时从瓶口喷入酒精并盖上锥形纸筒,按动电火花发生器的按钮,点燃瓶内酒精后,纸筒即
刻飞出。关于此实验,下列分析不正确的是( )
A.酒精不完全燃烧时热值不变
B.能闻到酒精的气味说明分子在永不停息地做无规则运动
C.燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的压缩冲程
D.纸筒飞出后瓶内气体的内能减小,温度降低
【答案】C
【解析】燃料的热值只与燃料的种类有关,与燃料的质量、是否完全燃烧等因素无关,故 A 选项说法正确;
能闻到酒精的气味是酒精分子永不停息地做无规则运动的结果,故 B 选项说法正确;燃气推动纸筒飞出时
将燃气的内能转化为纸筒的机械能,这时瓶内气体的内能减小,温度降低,这与内燃机的做功冲程类似,
故 C 选项说法不正确,D 选项说法正确,故选 C。
三、简答题
5.(2020 廊坊模拟)某校师生在学习了能量的转化与守恒以后,组织兴趣小组调查学校几种炉灶的能量利15
用效率。他们发现学校的一个老式锅炉烧水时,经常冒出大量的黑烟,且烧水时锅炉周围的温度很高,锅
炉的效率很低。
(1)请你根据调查中发现的现象分析此锅炉效率低的原因,并提出相应的改进措施。
(2)要减少烟气带走的热量,可以采用什么办法?
【答案】(1)锅炉效率低的原因:
①锅炉冒出大量的黑烟,说明煤燃烧不完全;
②锅炉周围的温度很高,说明锅炉向周围散失的热量太多。
(2)改进措施:尽量使燃料燃烧充分;利用烟气携带的热量对其他的水进行预加热,综合利用内能。
【解析】在当今的低耗、高效的形式下,锅炉效率低是社会关注的焦点问题。在本题中,师生通过共同调
查研究,发现了锅炉效率低的主要原因表现症状:经常冒出大量的黑烟;锅炉周围的温度很高。针对这两
种表现,通过分析,揭示其效率低的原因:燃烧问题和散热问题。发现问题,分析问题,如何解决问题呢?
烟气带走热量,是普遍存在的问题,让同学们提出解决方案,渗透、融合了情感态度价值观的教育,可谓
是一箭双雕。
6.(2020 云南模拟)排球充气后,让排球从手上自由落下,排球每次弹回的高度都低于落下时的高度.
(1)解释整个过程中能量是否守恒.
(2)排球从接触地面到形变最大的过程中,速度 v 与形变大小△V 之间的关系大致如图,请说明该过程中,
排球受力情况与机械能变化的关系.
【答案】(1)整个过程中能量守恒.排球从手上自由落下,排球每次弹回的高度都低于落下时的高度,是
因为由于空气的摩擦,有一部分机械能逐渐转化为内能,但能量总量是守恒的.
(2)排球从接触地面到形变最大的过程中,受到重力和地面给予的弹力的作用,开始时重力大于弹力,速
度逐渐增大;当重力等于弹力时,速度达到最大值;最后重力小于弹力,速度逐渐减小,直至速度为零.同
时这一过程中动能转化为排球的弹性势能.
【解析】根据能量守恒定律的观点,结合机械能与内能的转化可做出解释;排球从接触地面到形变最大的
过程中,受到重力与弹力的作用,同时动能转化为球的弹性势能,据此分析.
四、综合计算题
7.(2020河南模拟)某物理兴趣小组的同学,用煤炉给10kg的水加热,同时他们绘制了如图所示的加热过16
程中水温随时间变化的图线。若在6min内完全燃烧了2kg的煤,水的比热容为4.2×103J/(kg·℃),煤的
热值约为3×107J/kg。求:
(1)煤完全燃烧产生的热量;
(2)经过6min时间加热,水所吸收的热量;
(3)煤炉烧水时的热效率。
【答案】(1)6×107J(2)2.52×106J(3)4.2%。
【解析】根据热值公式能直接求出煤完全燃烧产生的热量;在图像获得信息是经过6min时间加热,水的温
度从20℃升高到80℃,也就是温度升高了60℃.根据吸热公式很方便求得水所吸收的热量;根据热效率公式
求得煤炉烧水时的热效率。
(1)煤完全燃烧产生的热量为
Q放=m煤q=2kg×3×107J/kg=6×107J
(2)水所吸收的热量为
Q吸=cm水∆t=4.2×103J/(kg·℃)×10kg×60℃=2.52×106J
(3)煤炉烧水时的热效率为
η=Q吸/Q放=(2.52×106J/6×107J)×100%=4.2%