(辅导班专用)九年级物理寒假讲义专题06 内能利用（教师版）

专题06  内能利用（讲义）

一、知识梳理

一、热机

1.热机：利用内能做功的机械叫热机。

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的燃料分为汽油机和柴油机两类。

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、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。

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，机械能转化为内能，气体温度升高；

做功冲程—化学能转化为内能，气体温度升高，气体对外做功，内能转化为机械能；

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。

二、热机效率

1．热值（q）：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫热值；热值单位是：J/kg。

（1）燃料燃烧放出热量：Q放  ＝qm；（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，与燃料的形态、质量、体积等均无关。

2.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，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燃料未完全燃烧（完全燃烧条件：充足空气，研磨成细颗粒）；     ②废气排出带走能量（废气的利用）；③克服磨擦，消耗能量（使用润滑剂，减小摩擦）。

三、能量转化与守恒

1.能量守恒定律：能量既不会消灭，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。

二、重点与难点

★重点一：热机效率

1.热机工作时，不能把燃料释放的能量全部利用。主要原因是机械散发热量造成能量损失、废气排放也损失部分能量、发动机各部分零件相互摩擦消耗部分能量等。所以，热机利用的做有用功的热量只占燃料燃烧放出热量小部分。 

2.热机效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的热量之比。由于热损失的原因多，热机效率一般较低。热机是人类使用的主要动力机，尽管它的效率不高，我们仍然离不开它。

3.为了合理利用能量人类一直在努力提高热机效率。提高热机效率的途径：让燃料充分燃烧；减少发动机各部分之间的摩擦。

★重点二：能量转换与守恒

能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物，大到宇宙天体。小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒的规律。从日常生活到科学研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。人类对各种能量，如煤、石油等燃料以及水能、风能、核能等的利用，都是通过能量转化来实现的。能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。

三、考查方向

1.热机及其内能转化

典例一：（2020·衡阳）如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是（　　）。

A．一个工作循环的正确顺序是：甲乙丙丁；

B．乙图冲程能获得动力；

C．丁图冲程有明显机械能转化为内能的过程；

D．丙图冲程存在化学能转化为内能的过程

【答案】C。

【解析】甲图中两个气阀都关闭，火花塞点火，活塞下运动，是做功冲程，此冲程将内能转化为机械能；

乙图中进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程；

丙图中排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程；

丁图中两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，是机械能转化为内能；

A、四个冲程的正确顺序是乙丁甲丙，故A错误；

B、乙图为吸气冲程，内燃机在做功冲程能获得动力，故B错误；

C、丁图为压缩冲程，在该冲程中将机械能转化为内能，故C正确；

D、丙图为排气冲程，而在做功冲程存在化学能转化为内能的过程，故D错误。故选：C。

典例二：（2020•岳阳）下列与热学有关叙述合理的是（  ）。

A．年平均气温为-25℃的南极的冰山没有内能；

B．烤火取暖是火焰的温度转移到人身上；

C．内燃机压缩冲程将机械能转化为内能；

D．“端午佳节粽叶飘香”，人们闻到粽子的香味是升华现象

【答案】C。

【解析】一切物体都有内能；烤火取暖是通过热传递的方式传播的内能；内燃机压缩冲程将机械能转换为内能；粽叶飘香是扩散现象，说明构成物质的分子在不停息地运动。

故选C。

2.热值及相关计算

典例三：（2020·自贡）用煤气灶把2kg、初温为20℃的水加热到70℃，消耗了20g煤气。已知水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），煤气的热值为4.0×107J/kg，则水吸收的热量为______J，煤气灶烧水的效率为______。

【答案】（1）4.2×105 ；（2）52.5%。

【解析】水吸收的热量：

Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(70℃-20℃)=4.2×105J

20g煤气完全燃烧放出的热量：

Q放=mq=20×10-3kg×4.0×107J/kg=8×105J

燃气灶烧水的效率：η==52.5%。

典例四：（2020·四川南充）若一辆小汽车一年行驶一万公里，消耗1t汽油，这次汽油完全燃烧放出________J的热量；某次行驶过程中，该汽车汽油机曲轴的转速为3600r/min，在1s内汽油机对外做功________次(q汽=4.6×107J/kg)。

【答案】（1） ；（2）30。

【解析】这次消耗的汽油为，根据公式可算出汽油完全燃烧放出的热量为：

故汽油完全燃烧放出的热量为。

该汽车汽油机曲轴的转速为，内燃机做一次功，曲轴转动两次，某次行驶过程中，该汽车汽油机曲轴1s内转动60次，则该汽车1s内油机对外做功30次。

3.热机效率

典例五：（2020·四川甘孜州）下列关于热值和热机效率说法，正确的是（　　）。

A. 使燃料燃烧更充分，可以增大热值；

B. 使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率；

C. 柴油机的热机效率通常为100%；

D. 燃料燃烧释放的热量越大，热值越大

【答案】B。

【解析】A．热值是燃料的特性，与燃烧情况无关，故A错误；

B．使燃料燃烧更充分，可以增大有效利用的能量，提高热机的效率，故B正确；

C．任何机器的做功时都不可避免的做额外功，效率不可能达到100%，故C错误；

D．热值是燃料的特性，与放出热量的多少无关，故D错误。故选B。

典例六：（2020·安徽）某同学家使用燃气热水器，平均每天需将 100kg 的水从 18℃加热到 58℃，若天然气完全燃烧放出热量的 70%被水吸收，则热水器平均每天消耗天然气________m³. [c 水=4.2×103J/（kg·℃），q天然气=4.0×107J/m³]。

【答案】0.6。

【解析】根据 Q=cmΔt 可以算出水吸收的热量：

Q 吸=c 水 mΔt =4.2×103J/（kg·℃）×100kg×（58℃－18℃）=1.68×107J；

根据×100%可知，则天然气完全燃烧放出的热量Q放 = 2.4 × 107；

则根据 Q=Vq 可知，

故答案为 0.6m³。

典例七：（2020·山东聊城）小华家使用的是天然气热水器，他尝试估测该热水器的效率，以核对铭牌上的数值是否准确。当只有该热水器使用天然气时。把50kg的水从20℃加热到54℃，天然气表的示数由1365.05m3变为1365.17m3，已知水的比热容c=4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值q=7.0×107J/m3。求：

(1)水吸收的热量；

(2)消耗的天然气完全燃烧故出的热量；

(3)该热水器的效率。

【答案】(1)7.14×106J；(2)8.4×106J；(3)85%。

【解析】(1)水吸收的热量：

(2)消耗的天然气体积：V=1365.17m3-1365.05m3=0.12m3

消耗的天然气完全燃烧放出的热量：

(3)该热水器的效率：。

答：(1)水吸收热量是7.14×106J；(2)消耗的天然气完全燃烧故出的热量是8.4×106J；(3)该热水器的效率是85%。

4.能量转换与守恒

典例八：（2020·黑龙江）目前，市区里的老旧小区正在进行水路改造，改造中用到了一种打孔工具一冲击钻，冲击钻工作时，钻头在电动机的带动下，不断冲击墙壁打出圆孔。如图，冲击钻在工作过程中，关于其能量转化正确的是（     ）。

A.内能转化为机械能；B.内能转化为电能；

C.只有机械能和内能的转化；D.有电能、机械能和内能的转化

【答案】D。

【解析】冲击钻工作时，钻头在电动机的带动下转动，该过程电能主要转化成机械能和一少部分内能；冲击钻在冲击墙壁打圆孔时，机械能转化为内能；故选D。

典例九：（2020·安徽）在物理学习的过程中，对物理知识的正确认识是非常重要的。以下说法正确的是（ ）。

A. 物体的运动速度越大，惯性越大；

B. 磁场和磁感应线都是真实存在的 ；

C. 电动机工作时消耗的电能主要转化成机械能 ；

D. 热机工作的实质是把机械能转化为内能

【答案】C。

【解析】A.物体的惯性只和质量有关，与速度无关，故 A 错误；

B.磁场是真实存在的，磁感线是为了描述磁场而假想出来的物理模型，不是真实存在的，故 B 错误；

C.电动机工作时消耗的电能主要转化为机械能，一小部分转化为内能，故 C 正确；

D.热机工作的实质是把内能转化为机械能，故 D 错误。

典例十：（2020·河南）（双选）在科学晚会上，小明所在的科技小组示了一个“隔板推物”的节日，其原理如图 8 所示：甲、乙两线圈分别悬挂在两个蹄形磁铁的磁场中，两线圈通过导线连接构成一个闭合电路，用手推动甲线圈摆动时，乙线圈会随之摆动，对于这个过程，下列说法正确的是（ ）

A.甲线图相当于电源，乙线圈相当于用电器；

B.推动甲线圈摆动时电能转化为机械能；

C.乙线圈随之摆动时机械能转化为电能；

D.乙线圈摆动是因为通电导线在测场中受力

【答案】AD。

【解析】A 选项，推动甲线圈，乙线圈随之摆动，甲线圈是发电机，乙线圈是电动机，故 A 正确；

B 选项，甲线圈是发电机，机械能转化为电能，故 B 错误；

C 选项，乙线圈是电动机，电能转化为机械能，故 C 错误；

D 选项，乙线圈是电动机，其原理为通电导体在磁场中受力。