【暑假提升】人教版物理八年级（八升九）暑假预习-第14讲 第十四章内能的利用复习 讲学案

第14讲 第十四章  内能的利用复习（原卷版）

【学习目标】

1．知道：热值的概念；

2．了解：四冲程热机的构造和工作原理；四冲程热机各冲程工作过程；了解汽油机和柴油机异同；热机效率的概念以及提高热机效率的途径；各种形式的能量是可以相互转化的；

3.能：识别热机四冲程；具有用能量守恒的观点分析物理现象的意识；

4.认识：热机四冲程工作过程中的能量转化；生活中常见的能量；

5.会：进行热值的简单计算；进行热机效率的简单计算。

【基础知识】

专题一、本章知识网络

专题二、归纳总结

1.内燃机冲程及其能量转化情况

※专题概述

（1）四冲程内燃机的工作过程分为吸气、压缩、做功和排气四个冲程；

（2）四个冲程组成一个工作循环。一个工作循环活塞往返两次，曲轴转动两周，对外做功一次；

（3）压缩冲程将机械能转化为内能，气缸内的气体体积减小→内能增加→温度升高→压强增大；做功冲程将内能转化为机械能，气缸内气体体积增大→内能减少→温度降低→压强减小。

典例一单缸四冲程汽油机在某一冲程表现有如下特征：进气门和排气门关闭，气缸内压强增大，利用飞轮的惯性完成。下列符合这一特征的冲程是（　　）。

A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程

典例二 4月16日，神舟十三号载人飞船返回舱成功着陆。穿越大气层时，返回舱与空气剧烈摩擦，宛如一颗“火流星”。汽油机的四个冲程中，内能增大方式与此相同的是（　　）。

A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程

典例三 一台四冲程汽油机，飞轮转速3600转/分钟，则其活塞1秒内做功_______次，将内能转化为机械能的冲程是_______冲程。

典例四 关于热机，下列说法正确的是（　　）。

A.汽油机气缸顶部有喷油嘴，柴油机气缸顶部有火花塞；

B.汽油机在吸气冲程中，将空气吸入气缸；

C.热机是利用内能做功的装置，可将内能转化为机械能；

D.一般情况下汽油机的压缩比大于柴油机，其功率也更大

典例五 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______。

2.内能的利用与能量转化和转移分析

※专题概述

人们利用内能的形式主要有两种：一是利用内能做功，典型的例子就是内燃机；二是利用内能加热，常见的与煤气灶、锅炉、天然气灶等。

1.利用内能做功的过程是内能的转化为其他形式能的过程。做拉力多少功，有就多少内能发生的转化，转化前后能量是守恒的。

2.利用内能加热是能量的转移过程。例如，一杯热水一杯冷水混合，不考虑能量损失时，热水降温减少了多少内能，冷水变热就增加多少内能，转移前后能量是守恒的。

自然界中除了内能可以同其他形式的能发生转化外，其他各种形式的能量之间也可以发生相互转化。在分析能量转化和转移过程中，要明确研究对象和所研究的过程，注意分析物体的起始状态和最终状态所具有的能的形式。

典例一 下列实例中，通过热传递的方式改变物体内能的是（   ）。

A.将热鸡蛋放入冷水中，鸡蛋温度降低；

B.两只手相互摩擦，手的温度升高；

C.内燃机中的活塞压缩气缸内的气体，气体温度升高；

D.瓶内高压气体使瓶塞跳起，瓶内气体的温度降低

典例二 热机工作时，内能被转化为（   ）。

A.核能 B.电能 C.机械能 D.化学能

典例三 “猪脚粉”是广西特有美食，对其烹饪过程的描述，与物理知识相符的是（   ）。

A.燃料燃烧﹣﹣内能主要转化为化学能；

B.高汤熬制﹣﹣通过做功改变汤的内能；

C.锅盖被蒸汽顶起﹣﹣与热机压缩冲程工作原理相同；

D.猪脚粉香气四溢﹣﹣分子在不停地做无规则的运动

典例四 用酒精灯给试管内的水加热至一定程度，发现塞在试管口的木塞被冲出，如图所示。下列描述正确的是（   ）。

A.试管中的水是靠做功的方式增加内能的           B.水蒸气对木塞做功，把机械能转化为内能

C.水蒸气对木塞做功，与汽油机做功冲程的原理相同 D.水蒸气对木塞做功，水蒸气内能增加

典例五 萧敏同学用电饭煲做饭，片刻后听到 “噗－噗－噗”的响声，走近一看，发现水蒸气冲动了锅盖。他用学过的物理知识解释了这一现象：水蒸气的内能转化为锅盖的__________，这一过程相当于热机工作过程中的_______冲程。

典例六 下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况．关于对图中 ①②③④ 的补充正确的是（   ）。

A. ① 做功冲程 ② 内能转化为机械能 ③ 压缩冲程 ④ 机械能转化为内能

B. ① 压缩冲程 ② 内能转化为机械能 ③ 做功冲程 ④ 机械能转化为内能

C. ① 压缩冲程 ② 机械能转化为内能 ③ 做功冲程 ④ 内能转化为机械能．

D. ① 做功冲程 ② 机械能转化为内能 ③ 压缩冲程 ④ 内能转化为机械能

典例七 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

3.燃烧放热与“三率”的计算

※专题概述

1.燃料燃烧时放出的热量：或。

2.“三率”的区分与计算

3.解答计算热量与“三率”问题一般有以下两种思路：

（1）分析题目所给的已知条件，思考根据这些条件能求出什么量，再根据求出的物理量思考还能求出什么量，逐步由前往后推导，直至推出题目所要求的量；

（2）分析题目所问的问题，思考求解这些问题需要哪些物理量，要得到这些物理量，又需要什么，逐步由前往后推导。

典例一 关于热机效率，下列说法正确的是（   ）。

A. 蒸汽机的效率高于汽油机的效率；

B. 热机所做有用功越多，它的效率就越高；

C. 内燃机的效率越高，它消耗的燃料就越少；

D. 热机效率越高，它将内能转化为机械能的比例越大

典例二 一款无人驾驶汽车在测试时以72km/h的速度，在平直的公路上匀速行驶了4.5km，消耗汽油1kg，汽油机的效率为30%，废气带走的能量占汽油完全燃烧放出的热量的42%，那么，在这段行驶过程中，(q汽油=4.5×107J/kg )求：

(1)在1标准大气压下，假如这些废气带走的能量全部被质量50kg、温度为20的水吸收，水温能升高到多少摄氏度?

(2)汽车在上述路段行驶时，发动机的输出功率为多少kW?

典例三 图为汽油机做功冲程的示意图。若某型号单缸四冲程汽油机的活塞直径为60mm（面积近似取S＝3.0×10－3m2），活塞冲程长度为L＝0.06m，某种工作状态下做功冲程燃气的平均压强为p＝1.0×106Pa，活塞以n＝1380次/分钟作往复运动，汽油机往复运动两次，对外做功一次。

（1）汽油机在此工作状态下的功率是多少？

（2）如果此工作状态下每分钟消耗20g汽油，那么汽油机把内能转化

为机械能的效率是多少？（q汽＝4.6×107J/kg、不计摩擦）

典例四 小明一家驾车旅行，（1）加油时，闻到汽油味，说明分子在______；

（2）图示为车发动机的一个冲程，其能量转化情况是______；

（3）若车的总质量为1.5t，匀速直线行驶9km，所受阻力为车重的0.1倍，完全燃烧汽油1L，则1L汽油完全燃烧放出的热量是______J，车所受牵引力是______N，车的工作效率是______%。（ρ汽油 =0.8×103 kg/m3 ；q汽油 =4.5×107 J/kg；g取10N/k ）

典例五 一台单缸四冲程汽油机在一个工作循环中消耗了10g汽油（汽油的热值为4.6×107 J/kg），这些汽油完全燃烧产生的热量是______J。如果这台汽油机的效率为30%，则一个工作循环中输出的有用机械能为______J。若该汽油机的转速为3000r/min，则该汽油机每秒钟有______冲程，对外做功______次。

【真题演练】

1.（2022·云南省）关于图所示的热现象，说法正确的是（　　）。

A. 图甲中炙热的铁水具有内能，冰冷的冰块没有内能；

B. 图乙中冬天搓手取暖是将内能转化为机械能；

C. 图丙中用湿毛巾冷敷降温是通过热传递的方式减小人体的内能；

D. 图丁中能量转化与汽油机做功冲程能量转化都是机械能转化为内能

2.（2022·四川自贡）关于能量守恒定律，下列说法正确的是（　　）。

A. 能量可以凭空消失；

B. 能量可以凭空产生；

C. 能量在转化和转移过程中，能量的总量保持不变；

D. 热机在工作的过程中不遵循能量守恒定律

3.（2022·四川内江）如图所示，在试管里盛适量的水，用带玻璃管的胶塞塞住试管口，加热试管使水沸腾，玻璃管口冒出的“白气”推动管口处的小叶轮转动。下列说法正确的是（　　）。

A. 水在沸腾过程中，不断吸收热量，温度升高；

B. 实验过程中通过热传递使试管内水的内能增大；

C. 玻璃管口冒出的“白气”是水汽化形成的水蒸气；

D. “白气”使小叶轮转动的过程相当于汽油机的压缩冲程

4.（2022·湖南衡阳） 汽车的发动机大多数是内燃机，内燃机是热机的一种，下列关于热机和环境保护的说法，正确的是（　　）。

A. 热机排出的尾气没有内能 B. 热机的效率能达到100%

C. 热机的大量使用会造成环境污染 D. 汽油机的做功冲程是将机械能转化成内能

5.（2022·四川自贡）如图所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒底部放一小团硝化棉，快速压下活塞。可观察到硝化棉___________的现象。此快速压下活塞过程能量转化情况与汽油机的___________冲程是相同的。

6.（2022·重庆A）《三国演义》有“青梅煮酒”的典故，芒种节气正是青梅煮酒季，煮酒可利用水浴法对酒加热。质量为0.5kg的酒从20℃升高到40℃吸收的热量是___________J[c酒=3.4×103J/(kg•℃)]，若煮酒位置海拔越高，水面上方的气压越低，水的沸点会越___________。

7.（2022·四川南充）小华发现家中正在煮饭的高压锅限压阀被气流项起，这一现象与热机的工作循环中的___________冲程原理相同，这一过程内能转化为___________能。

8.（2022·四川南充）用某型号天然气热水器烧水，完全燃烧热值为3.2×107J/m3的天然气0.125m3，放出热量________J；若该热水器的加热效率为84%，则能将40kg初始温度为20℃的水加热至________ ℃，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)。

9.（2022·安徽省）小明利用家中燃气表和温度计测量燃气灶烧水的效率。将的水从加热到，消耗了天然气（假设天然气完全燃烧），已知水的比热容为，天然气的热值为，则此次燃气灶烧水的效率为______。

10.（2022·江苏连云港）人们常用热水袋取暖，这是用___________的方式改变物体的内能；热水袋里装水是因为水具有较大的___________；用水取暖的过程中，水的内能不断___________（选填“增大”“减小”或“不变”）。

11.（2022·江苏连云港）知识梳理是学习的一种重要方法，请将动能、能、机械能、内能填在下列知识结构图对应的序号框中。

（1）___________；（2）___________；（3）___________；（4）___________

12.（2022·山东泰安）沼气是一种清洁燃料，部分地区因地制宜建造沼气池，利用沼气烧水做饭。已知沼气的热值为，完全燃烧沼气，放出的热量为___________。

13.（2022·湖南衡阳）百善孝为先，孝敬长辈可以从生活中的小事做起，冬天来临，小周用自己的零花钱给奶奶购买了一个暖手袋。根据使用说明，他将质量为0.5kg，温度为75℃的水转入暖手袋，使用一段时间后，水的温度降低到35℃。

（1）暖手袋里面装热水取暖，是利用了水___________大的性质（选填“比热容”或“密度”），这里是通过___________方式改变了水的内能（选填“做功”或“热传递”）；

（2）求这段时间水放出了多少热量。[]

【过关检测】

一、选择题

1.下图中的四个冲程不是按照热机正常工作的顺序排列的，你认为让汽车获得动力的冲程是（　　）。

2.下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况.关于对图中①②③④的补充正确的是（　　）。

A．①做功冲程  ②内能转化为机械能  ③压缩冲程  ④机械能转化为内能；

B．①压缩冲程  ②内能转化为机械能  ③做功冲程  ④机械能转化为内能；

C．①做功冲程  ②机械能转化为内能  ③压缩冲程  ④内能转化为机械能；

D. ①压缩冲程  ②机械能转化为内能  ③做功冲程  ④内能转化为机械能

3.如图是四冲程内燃机工作循环中的一个冲程，它是（　　）。

A．压缩冲程，将内能转化为机械能            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

4.下列实例中属于机械能转化为内能的是（　　 ）。

A.内燃机的活塞在燃气推动下运动；

B.点燃的火箭飞向太空；

C.陨石坠入地球大气层成为流星；

D.夏天，广场上的石凳被晒得发烫 

5.下列关于能量的转化和守恒的说法中错误的是（　　）。

A．钻木取火是将机械能转化成内能；

B．酒精燃烧时，将化学能转化为内能；

C．发电机发电时，将机械能转化为电能；

D．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生

6．下列能源中，不是直接或间接来自太阳的有（　　）。

A．煤、石油、天然气等化石能源；

B．硅光电池；

C．水流的能量；

D．原子能

7.为体现低碳经济的理念，上海世博会充分利用太阳能发电技术，其主题馆屋面太阳能板的面积达3×104m2，年发电量3×106kW•h。若这些电能由火力发电站提供（煤的热值为3×107J/kg，煤完全燃烧释放的内能转化为电能的效率是30%），则仅此一项每年可节约煤炭的质量为（　　）。

A．2.0×104kg       B．1.2×105kg       C．3.6×105kg        D．1.2×106kg

二、填空题

8.如图所示，工作中的四冲程汽油机正处于　   　冲程，该冲程将　   　转化为机械能，若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外做功　  　次、飞轮转过　  　圈。

9.100℃的水能自动地把内能转移给低温的空气，低温的空气________（填“也能”或“不能”）自动地把内能转移给100℃的水；汽车制动时，由于摩擦，汽车的________转变为地面、空气的内能，这些散失到空气和地面的内能，不能自动地用来再次开动汽车，这说明能量的转化和转移具有________。

10．能量可以导致事物的发生、引起物质的变化，它无处不在，并有多种形式。我们听见的声音是一种能，叫做　 　；看见的光也是一种能，叫做　 　；感到的热也是一种能，叫做　 　；物体运动也具有能，叫做　 　等等。

11．太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置，下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

（其中太阳辐射功率是指1h内投射到1m2面积上的太阳能。）求：

（1）水在10h内吸收的热量；

（2）如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧多少m3的天然气；（天然气的热值为8.4×l07J/m3，天然气完全燃烧放出的热量全部给水吸收）。

（3）该太阳能热水器的能量转化效率。