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第14.2讲 热机的效率、能量的转化和守恒【教材为纲·探题源】-2024年中考物理一轮复习讲义
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知识点1：热机效率
燃料的热值：我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。
热值在数值上等于1 kg 某种燃料完全燃烧放出的热量。热值的单位由热量的单位和质量的单位组合而成。在国际单位制中，热量的单位是焦耳，质量的单位是千克，则热值的单位是焦每千克，符号是J/kg。
热机效率：燃料很难完全燃烧，放出的热量往往比按热值计算出的要小，而且有效利用的热量又比放出的热量要小。
对于热机而言，燃料释放的能量只有一部分用来做有用功，还有相当一部分能量散失了。用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。蒸汽机的效率很低，只有6%~15%。内燃机中，燃料是在汽缸内部燃烧的，而且燃料与空气混合充分，燃烧得比较完全，所以内燃机的效率比蒸汽机的高。汽油机的效率为20%~30%，柴油机的效率为30%~45%。
热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，从而节约能源，减少污染。在设计和制造热机时，要不断改进和创新，以减少各种能量损失，提高效率。
在热机的能量损失中，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。大型发电机常常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。这种既供电又供热的热电站，比起一般的火电站来，燃料的利用率大大提高。
【典例探究1】如图，是我国自主研制的实用型地效飞机，地效飞机可以低空飞行，能停在水面或地面上，在客运、货运、旅游救护、海洋监测等方面具有广阔的应用前景。地效飞机某次执行任务，以180km/h的速度匀速飞行了90km，消耗燃油的质量为36kg，发动机的效率为40%，已知燃油热值为4.5×107J/kg，假设燃油完全燃烧，地效飞机这次执行任务的过程中，下列计算正确的是（ ）
①地效飞机飞行的时间为0.5h；
②消耗的燃油完全燃烧放出的热量为1.62×109J；
③飞机做的有用功为6.48×108J；
④地效飞机飞行过程中受到的阻力为7200N。
【解题思路】热效率和热机效率
热效率：，其中 Q有用指有效利用的热量，E指总能量。如果是炉子，则E为燃料完全燃烧放出的热量(E=Q总=qm)；如果是太阳能热水器，则E为太阳光照射到热水器上的总能量；如果是电热器，则 E为电流做功放出的热量(E=W=UIt)。
热机效率：，其中W有用指用来做有用功的能量，Q总指燃料完全燃烧释放的能量。
【答案】D
【解析】①由可得地效飞机飞行的时间为
故①正确；
②消耗的燃油完全燃烧放出的热量为
Q放＝qm＝4.5×107J/kg×36kg＝1.62×109J
故②正确；
③发动机的效率为η＝40%，由可得飞机做的有用功为
W＝Q放η＝1.62×109J×40%＝6.48×108J
故③正确；
④由W＝Fs可得地效飞机飞行过程的牵引力为
因为地效飞机匀速飞行，所以飞机受到的阻力、牵引力是一对平衡力，大小相等，受到的阻力
f＝F＝7200N
故④正确。故选D。
【典例探究2】我国自主研制的某型新一代战斗机，它具备超音速巡航、电磁隐身、超机动性、超视距攻击等优异性能，该飞机最大起飞质量为Mt，最大飞行高度为Hm，最大航行速度达3马赫[马赫（Ma）是表示航空航天飞行器速度的量词，又叫马赫数（MachNumber），1Ma=v声m/s]，油箱最大容积为V0L，若飞机巡航时做匀速直线运动，巡航时所受阻力的大小与速度的关系见下表：
已知飞机发动机燃油完全燃烧放出的能量转化为机械能的效率是，飞机使用的航空燃油的密度为ρ0kg/m3，热值为q0J/kg，求：
（1）飞机发动机完全燃烧一满油箱燃油获得的能量是多少焦？
（2）当飞机以最大航行速度巡航时，飞机发动机的输出功率是多少千瓦？
（3）若在飞机油箱中加满燃油，并且以最大航行速度巡航时，飞机的最大航程约是多少千米？（温馨提示：在推导计算过程中需要的物理量，请提前设定）
【解题思路】如何计算能量转化型热量计算题？
【备注】无论是能量的转移型，还是能量的转化型，若无能量损失，则
Q吸=Q放=E太=W电（机）
若有能量的损失
Q吸=ηQ放=ηE太=ηW电（机）
上式中的η为转移或转化的效率。
【答案】（1）ρ0V0q0×10-3；（1）8.1×10-3v声3；（3）
【解析】（1）油箱最大容积为V0L，航空燃油的密度为ρ0kg/m3，则一箱油的质量为
燃料的热值为q0J/kg，则完全燃烧一满油箱燃油获得的能量
（2）由表中数据可知，由表中数据可知，速度为100m/s时，受到的阻力为0.3×104N；速度为200m/s时，受到的阻力为1.2×104；通过分析可知飞机受到的阻力的增大倍数与速度增大倍数的平方成正比，即f=0.3v2，所以飞机以最大速度3马赫（即为）巡航时，此时受到的阻力为
因为飞机为巡航，所以动力等于阻力。故此时飞机发动的的输出功率为
（3）完全燃烧一满油箱燃油获得的能量
因飞机发动机燃油完全燃烧放出的能量转化为机械能的效率是，则输出的能量为
则以最大航行速度巡航时，由可得
答：（1）飞机发动机完全燃烧一满油箱燃油获得的能量是ρ0V0q0×10-3J；
（2）当飞机以最大航行速度巡航时，飞机发动机的输出功率是8.1×10-3v声3kW；
（3）飞机的最大航程约是千米。
知识点2：能量的转化和守恒
自然界中的各种现象都是互相联系的。科学家们经过长期探索，发现能量转化是非常普遍的，在一定条件
下，各种形式的能量是可以相互转化的。摩擦生热，机械能转化为内能；水电站里水轮机带动发电机发电，机械能转化为电能；电动机带动水泵把水送到高处，电能转化为机械能；植物吸收太阳光进行光合作用，光能转化为化学能；燃料燃烧时发热，化学能转化为内能……
能量守恒定律：大量事实表明，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。这就是能量守恒定律（law f cnservatin f energy）。
能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。大到天体，小到原子核，无论是物理学的问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都服从能量守恒定律。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。例如，在行驶的汽车中，燃料的化学能通过燃烧转化为燃气的内能，再通过热机做功把内能转化为机械能。在这个过程中，燃料的化学能一部分转化为机械能，一部分转化成了热机和周围环境的内能。
不少人曾经设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫做永动机。然而，在科学技术发展的历史上，从来没有一种永动机成功过。能量守恒定律的发现，使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量。因此，根本不可能造出永动机。
【典例探究】（多选题）下列有关能量转换的说法正确的是（ ）
A．煤燃烧是化学能转化为热能的过程
B．化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能
C．动物体内葡萄糖被氧化成CO2是热能转变成化学能的过程
D．植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成热能的过程
【解题思路】如何解答有关能量的相互转化问题？
自然界中各种形式的能量不能孤立的，不同形式的能量会发生相互转化，能量也会在不同的物体间相互转移．能量转化是个普遍现象，自然界中物质运动形式的变化总伴随着能量的相互转化．
解答此类问题的关键是明确消耗了什么形式的能，而最终获得了什么形式的能。
【答案】AB
【解题大招】A．煤燃烧是化学能转化为热能的过程，故A正确；
B．化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能，故B正确；
C．动物体内葡萄糖被氧化成CO2是化学能转变成热能的过程，故C错误；
D．植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成化学能的过程，故D错误；故选AB。
【归纳总结】1．热机效率
热值是燃料本身的一种特性，它的大小只取决于燃料的种类，而与燃料的质量、放热多少等无关。不同燃料的热值一般不同。热值在数值上等于1kg的某种燃料完全燃烧放出的热量。热值反映了燃料在燃烧过程中，将化学能转化为内能的本领的大小。
热机效率：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叫做热机的效率。
（1）公式：；
（2）提高热机效率的途径：①使燃料充分燃烧；②尽量减小各种热量损失；③机器零件间保持良好的润滑、减小摩擦。
热机的能量流向图
燃料很难完全燃烧，释放的热量也没有全部用来做有用功，损失了大部分，在各种能量损失中，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。
热机效率和炉具效率的求解方法
求热机的效率∶发动机的牵引力做功消耗的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比
η=W有Q总其中W有= Fs或W有= Pt（F 是牵引力，s是汽车行驶的距离，P是汽车发动机功率，t是行驶时间）， Q总= mq。
求炉具烧水的效率∶水吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比 η=Q吸Q总 ，
其中Q吸=cm水Δt，Q总=m燃q。
提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧；利用废气的能量；保证良好润滑，减少摩擦； 改进热机，减少各种能量的损失。
一、单选题
1．（2023·湖南长沙·统考中考真题）砖的制作工艺流传数千年，从晒制到烧制，从青砖到红砖，小小的砖块见证了人类迈向文明的历程，下列说法正确的是（ ）
A．晒制泥坯时，泥坯温度越高含有的热量越多
B．高温烧制时，通过热传递的方式改变砖块的内能
C．烧制红砖时，燃料燃烧越充分，其热值越大
D．在质地均匀的砖上雕刻花纹，砖的密度变小
【答案】B
【解析】A．热量是一个过程量，只能说吸收（或者放出）了多少热量，不能说某物体含有多少热量，故A错误；
B．高温烧制时，砖吸收热量，内能增加，即通过热传递的方法增加砖块的内能，故B正确；
C．燃料的热值仅与燃料的种类有关，而与燃料的燃烧程度、质量都无关，故C错误；
D．若在质地均匀的砖上雕刻花纹，砖的质量变小，体积也减小，由于组成砖的材料没有发生变化，则砖的密度不会变化，故D错误。
故选B。
2．（2023·广东深圳·统考中考真题）端午节煮粽子是中华文化的传统习俗，下列说法正确的是（ ）
A．燃料燃烧为内能转化为化学能B．打开锅盖上面的白雾是水蒸气
C．加热粽子是利用做功增加内能D．闻到粽子的香味是因为扩散现象
【答案】D
【解析】A．燃料燃烧时发生化学反应，并释放出热量，所以是化学能转化为内能，故A错误；
B．打开锅盖上面的白雾是水蒸气液化形成的小水滴，故B错误；
C．加热粽子时，开水放出热量，粽子吸收热量，所以是通过热传递增加内能，故C错误；
D．闻到粽子的香味是香味分子不停地做无规则运动，是扩散现象，故D正确。
故选D。
3．（2023·山东济宁·统考中考真题）以下对厨房里一些现象的分析，不正确的是（ ）
A．在碗沿上磕鸡蛋，利用了物体间力的作用是相互的
B．将刀刃磨的很薄，是为了减小压强
C．水烧开后，壶盖被顶起，其能量转化与内燃机的做功冲程相同
D．用天然气做饭，利用了天然气具有较大的热值
【答案】B
【解析】A．在碗沿上磕鸡蛋，鸡蛋对碗沿有力的作用，碗沿对鸡蛋也有力的作用，故利用了物体间力的作用是相互的，故A正确，不符合题意；
B．将刀刃磨的很薄，是在压力一定时通过减小受力面积来增大压强，故B错误，符合题意；
C．水烧开后，具有较大的内能，将壶盖被顶起，是将内能转化为机械能，其能量转化与内燃机的做功冲程相同，故C正确，不符合题意；
D．用天然气做饭，天然气与其它燃料相比较，输送的是天然气，这是利用了天然气热值大的特性，故D正确，不符合题意。
故选B。
4．（2023·四川成都·统考中考真题）小美在老师指导下进行了以下实验：甲、乙两烧杯各装100g水，用酒精灯加热甲烧杯，煤油灯加热乙烧杯，直至杯内水沸腾1分钟即熄灭该灯，测得消耗酒精4g、煤油2.5g。她根据实验数据绘制了水温与加热时间关系的图像（如图）。若水沸腾前质量不改变，同一杯水沸腾前后单位时间内吸收的热量相等，，，，则下列说法正确的是（ ）
A．整个过程，甲杯中的水吸收的热量更多
B．前3分钟，乙杯中的水吸收的热量为
C．消耗的煤油完全燃烧放出的热量为
D．酒精灯加热的效率为28%
【答案】B
【解析】A．由题意，由于甲、乙两烧杯各装水的质量相等，水的初始温度相同，根据可知水沸腾前，两杯水吸收的热量相等，为
且同一杯水沸腾前后单位时间内吸收的热量相等，则整个过程甲、乙两杯水所吸收的热量分别为
所以整个过程，乙杯中的水吸收的热量更多，故A错误；
B．由图可得，3分钟时乙杯中的水恰好沸腾，则吸收的热量为
故B正确；
C．整个过程消耗的煤油完全燃烧放出的热量为
故C错误；
D．在整个过程中，燃烧4g酒精所释放的热量为
可得酒精灯加热的效率为
故D错误。
故选B。
二、多选题
5．（2023·四川宜宾·统考中考真题）关于内能及其利用，下列说法正确的是（ ）
A．一切物体都具有内能
B．足球运动越慢，它的内能越小
C．冬天搓手取暖，是通过做功的方式改变内能
D．热机的功率大，效率就一定高
【答案】AC
【解析】A．自然界中一切物体都是由分子和原子构成的，内能为分子动能和分子势能之和，所以一切物体都具有内能，故A正确；
B．足球运动快慢，是机械能的大小变化，与内能大小无关，故B错误；
C．冬天搓手取暖，将机械能转化为内能，所以是通过做功的方式改变内能，故C正确；
D．热机的功率大，则做功快，与效率的高低无关，故D错误。
故选AC。
三、计算题
6．（2023·湖北·统考中考真题）2023年5月28日上午，我国首架自行研制、拥有自主知识产权的喷气式客机C919，如图甲，历时2h从上海到北京，开启了首次商业载客飞行。
（1）已知上海到北京航程为1178km，求C919由上海飞往北京的平均速度；
（2） C919在高空水平定速巡航时，若受到的阻力为，飞机发动机的效率为25%，则飞行4km需要消耗多少升汽油？已知汽油密度为，汽油热值为：
（3） 如图乙是飞机单侧机翼与周围空气发生相对运动的模型。图中机翼的下表面可视为平面，面积为。飞机起飞前在水平跑道上快速滑行时，机轮与地面的总接触面积为，飞机对地面的压强为p。飞机总重为G，近似地认为飞机受到的升力来自于飞机双侧机翼。请推导出飞机在跑道上滑行时机翼上下表面的压强差（用字母表示）。
【答案】（1）；（2）50L；（3）
【解析】解：（1）C919由上海飞往北京的平均速度
（2）C919在高空水平定速巡航时，受到的牵引力与阻力是一对平衡力，为，飞机牵引力做的功
汽油燃烧产生的热量
飞行4km需要消耗的汽油质量
飞行4km需要消耗的汽油的体积
（3）飞机起飞前在水平跑道上快速滑行时，机轮与地面的总接触面积为，飞机对地面的压强为p，此时飞机对地面的压力为
飞机的重力为G，此时飞机的升力的大小为
图乙是飞机单侧机翼与周围空气发生相对运动的模型，且图中机翼的下表面可视为平面，面积为S1，则两侧机翼下表面的总面积为2S1，飞机在跑道上滑行时机翼上下表面的压强差
答：（1）C919由上海飞往北京的平均速度为；
（2）飞行4km需要消耗50L汽油
（3）飞机在跑道上滑行时机翼上下表面的压强差。
7．（2023·甘肃兰州·统考中考真题）一辆燃油汽车沿平直公路匀速行驶了108km，所用时间为1h，消耗汽油10kg，汽车在行驶过程中所受阻力恒为1380N（汽油的热值）。求：
（1）汽车行驶的速度；
（2）牵引力的功率；
（3）汽车发动机的效率。
【答案】（1）108km/h；（2）4.14×104W；（3）32.4%
【解析】解：（1）汽车行驶的速度
（2）汽车沿平直公路匀速行驶，牵引力和阻力是平衡力，牵引力
F=f=1380N
牵引力的功率
（3）牵引力做的功
W=Pt=4.14×104W×3600s=1.4904×108J
汽油完全燃烧放出的热量
Q=mq汽油=10kg×4.6×107J/kg=4.6×108J
汽车发动机的效率
答：（1）汽车行驶的速度是108km/h；
（2）牵引力的功率是4.14×104W；
（3）汽车发动机的效率是32.4%。
四、填空题
8．（2023·福建·统考中考真题）蒸米时，木桶中米内能的增加是通过 方式实现的，完全燃烧10kg的干木柴能释放出 J的热量。（干木柴的热值为1.2×107J/kg）
【答案】 热传递 1.2×108
【解析】[1]蒸米时，米吸收热量，内能增加，是通过热传递的方式增加内能的。
[2]由Q=mq可得，完全燃烧10kg的干木柴释放的热量为
Q=mq=10kg×1.2×107J/kg=1.2×108J
9．（2023·四川广元·统考中考真题）某研学活动小组在实践活动期间，粗略测量了一农家柴火灶的热效率。同学们在柴火灶的铁锅里倒入5kg水。盖上锅盖，完全燃烧了1kg干木柴使水温从升高到，水吸收的热量为 J，该柴火灶的热效率为 。[水的比热容是），这种千木柴的热值是]
【答案】
【解析】[1]5kg的水温度从升高到吸收的热量为
[2]1kg的干木柴完全燃烧放出的热量为
该柴火灶的效率
10．（2023·山东枣庄·统考中考真题）为全面推进“乡村振兴”工程，加快农业农村绿色发展，我市部分农村地区已经使用上了天然气烧水煮饭。小明同学用他家的天然气灶将质量为2kg，初温为20℃的水加热到100℃，水吸收的热量是 J；消耗了0.03m3的天然气，则此天然气灶的热效率为 。【水的比热容c=4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值q=7.0×107J/m3】
【答案】 6.72×105 32%
【解析】[1]由题意及比热容公式可得，水吸收的热量为
[2]由题意可得，0.03m3的天然气完全燃烧所产生的热量为
Q总=qV=7×107J/m3×0.03m3=2.1×106J
则热效率为
11．（2023·江苏无锡·统考中考真题）如图所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，用力将活塞迅速下压，棉花会立即燃烧，下压过程中活塞对筒内空气 ，空气的 能增大，该能量转化过程与汽油机的 冲程相同。
【答案】 做功 内 压缩
【解析】[1][2]将活塞迅速下压，活塞对压缩引火仪内的空气做功，活塞的机械能转化为空气的内能，空气内能增大，温度升高，达到棉花的着火点而燃烧。
[3]汽油机的压缩冲程中，活塞压缩汽油和空气的混合物做功，活塞的机械能转化为混合气体的内能，所以与该过程的能量转化与汽油机的压缩冲程相同。
12．（2023·湖北荆州·统考中考真题）某燃气热水器将20L的水从20℃加热到70℃，完全燃烧了0.21m3的煤气，水吸收的热量是 J，该燃气热水器烧水的效率是 。[已知水的比热容为，水的密度为，煤气的热值为]
【答案】 50%
【解析】[1]水的质量为
水吸收的热量是
[2]煤气完全燃烧放出的热量为
该燃气热水器烧水的效率是
一、单选题
1．（2023·黑龙江佳木斯·校联考模拟预测）为了提高工作效率，机场工作人员经常以电动平衡车（如图甲所示）代步。某次工作人员骑着平衡车（其铭牌如图乙所示）在水平地面上以额定功率且以最高速度匀速直线行驶了一段距离，行驶时平衡车受到的阻力为120N。此过程中，下列说法正确的是（ ）
A．牵引力的大小为600N
B．牵引力做功的功率为480W
C．电动平衡车的重力为600N
D．电动平衡车的效率为80%
【答案】D
【解析】A．由题意知，工作人员骑着平衡车在水平地面上以最高速度匀速直线运动时，平衡车处于平衡状态，因此平衡车受到的牵引力与阻力是一对平衡力，故牵引力
F=f=120 N
故A错误；
B．牵引力做功的功率
故B错误；
C．电动平衡车的重力
G=mg=10.3kg×10N/kg=103N
故C错误；
D．由题表可知，该平衡车的额定功率P总=600 W，故该电动平街车的效率
故D正确。
故选D。
2．（2023·湖北孝感·统考二模）如图，太阳能汽车利用太阳能电池将太阳能转化为电能，储存在车上的蓄电池内，为汽车提供动力。下列说法正确的是（ ）
A．太阳能汽车在行驶过程中不需要克服阻力做功
B．蓄电池为汽车提供动力时，将电能转化为化学能
C．太阳能汽车不能将接收到的太阳能全部转化为机械能
D．太阳能汽车将太阳能转化为内能，再将内能转化为机械能
【答案】C
【解析】A．太阳能电汽车在行驶过程需要克服空气阻力以及其他阻力，故A错误；
B．蓄电池为汽车提供动力时，将化学能转化为电能，然后电能再转化为机械能，故B错误；
C．由于在能量的转化或转移的过程中存在能量的散失，所以太阳能汽车不能将接收到的太阳能全部转化为机械能，故C正确；
D．太阳能汽车将太阳能转化为电能，再将电能转化为机械能，故D错误。
故选C。
3．（2023·江苏泰州·校考一模）下列能量转化或转移的情景中，属于能量转移的是（ ）
A．燃料燃烧时发热
B．用热水袋取暖
C．钻木取火
D．电动机带动水泵把地下水送到地面
【答案】B
【解析】A．燃料燃烧时，将化学能转化为内能，属于能量的转化，故A不符合题意；
B．用热水袋取暖，是热传递过程，内能从热水袋转移到其它物体向上，属于能量的转移，故B符合题意；
C．钻木取火，是克服摩擦做功，将机械能转化为内能，属于能量的转化，故C不符合题意；
D．电动机带动水泵把地下水送到地面，电动机工作时将电能转化为机械能，属于能量的转化，故D不符合题意。
故选B。
二、计算题
4．（2023·内蒙古呼伦贝尔·统考二模）燃气热水器的优点是加热快、热效率高。某品牌燃气热水器采用天然气做燃料，当只有该热水器工作时，把50kg的水从20℃加热到60℃，消耗天然气0.2m3，已知水的比热容4.2×103J/（kg•℃）。天然气的热值为7.0×107J/m3，试求：
（1）此过程中，水吸收的热量是多少？
（2）该热水器本次加热的效率是多少？
【答案】（1）8.4×106J；（2）60%
【解析】解：（1）此过程中水吸收的热量为
（2）天然气完全燃烧放出的热量为
该热水器的加热效率为
答：（1）此过程中，水吸收的热量为8.4×106J；
（2）该热水器本次加热的效率是60%。
5．（2023·江西新余·统考一模）如图是我国第一款纯电动疫苗接种车，疫苗车空车质量为4t，车轮与水平地面接触的总面积为，发动机的输出功率为60kW不变。（取，汽油的热值为）求：
（1）疫苗车空车静止在水平地面时，对地面的压强；
（2）疫苗车在水平路面匀速直线行驶时，受到的阻力为3000N，疫苗车的速度；
（3）疫苗车以（2）中的速度在平直路面行驶46km，若换用效率为的汽油机提供动力，需要消耗汽油的质量。
【答案】（1）；（2）20m/s；（3）10kg
【解析】解：（1）疫苗车空车的重力
疫苗车空车静止在水平地面时，对地面的压力
对水平地面的压强
（2）因为疫苗车在水平路面匀速直线行驶，所以疫苗车受到的牵引力、阻力是一对平衡力，大小相等，疫苗车受到的牵引力
由可得疫苗车行驶速度
（3）疫苗车匀速行驶做的有用功
若换用效率为的汽油机提供动力，由可得汽油完全燃烧释放的热量
由可得，需要完全燃烧汽油的质量
答：（1）疫苗车空车静止在水平地面时，对地面的压强为；
（2）疫苗车在水平路面匀速直线行驶时，受到的阻力为3000N，疫苗车的速度为；
（3）若换用效率为的汽油机提供动力，需要消耗汽油的质量为10kg。
6．（2023·广东江门·江门市第二中学校考二模）某载重汽车发动机的效率为25%，其车重为8×104N，在平直的公路上以80km/h的速度匀速行驶，汽车受到的阻力为车重的0.09倍。（汽油的热值为4.6×107J/kg）求：
（1）汽车匀速行驶时的牵引力为多大？
（2）汽车匀速行驶100km时牵引力做了多少功？
（3）汽车匀速行驶100km消耗多少千克的汽油？（结果保留到小数点后一位）
【答案】（1）7.2×103N；（2）7.2×108J；（3）62.61kg
【解析】解：（1）车受到的阻力
汽车在平直的公路上匀速行驶，则牵引力和阻力是一对平衡力，大小相等，所以
（2）汽车匀速行驶时牵引力做的功
（3）由
可得，汽油完全燃烧释放的热量
由
可得，所需汽油的质量
答：（1）汽车匀速行驶时的牵引力为7.2×103N；
（2）汽车匀速行驶时发动机的功率是1.6×105W；
（3）汽车匀速行驶100km消耗62.61kg汽油。
7．（2023·广东揭阳·统考二模）如图为世界上最大的卡车“别拉斯”，其车身长20米，宽度将近10米，高度则有8米，作为一台在矿山进行工程运输的车辆，该车装配了两个高性能的柴油发动机。安装8条轮胎，车辆自身重量达到360吨，最高速度可达60km/h，请回答下列问题，g取10N/kg。
（1）该车辆以最高速度行驶10min的距离是多少？
（2）车辆每条轮胎与地面的接触面积按0.3m2计算。当该车辆空载时静止在水平地面上，对地面的压强为多少？
（3）已知其匀速行驶时所受阻力为车重的0.1倍，空载时匀速行驶2km，效率按25%来计算，柴油的热值为4×107J/kg，那么此过程中消耗柴油多少kg？
【答案】（1）10km；（2）；（3）72kg
【解析】解：（1）该车辆以最高速度行驶的距离为
（2）在水平地面上，空载时卡车对地面的压力
受力面积
卡车对地面的压强为
（3）卡车匀速行驶，牵引力和阻力是平衡力，牵引力
牵引力做的功
由可得，消耗的柴油完全燃烧释放的热量
由可得，消耗柴油的质量
答：（1）该车辆以最高速度行驶10min的距离是10km；
（2）车辆每条轮胎与地面的接触面积按0.3m2计算。当该车辆空载时静止在水平地面上，对地面的压强为；
（3）已知其匀速行驶时所受阻力为车重的0.1倍，空载时匀速行驶2km，效率按25%来计算，柴油的热值为4×107J/kg，那么此过程中消耗柴油72kg。
8．（2023·辽宁鞍山·校联考模拟预测）2022年北京冬奥会成功举办，带动3亿人踏上冰雪．如图所示是一款雪地摩托，其净重为。静止时与地面接触的总面积为2000cm2，当其以最大功率36kW在水平雪地上匀速直线行驶时，最高速度可达108km/h。
（1）雪地摩托静止时对水平地面的压强为多少？
（2）当该车以最大功率在水平雪地上用最高速度匀速直线行驶时，所受阻力为多少？
（3）该车发动机为一款单缸4冲程汽油机，若其效率为24%，则该车以最大功率在水平雪地上用最高速度匀速直线行驶23min，需要多少千克汽油？（汽油的热值为）
【答案】（1）8×103Pa；（2）1200N；（3）4.5kg
【解析】解：（1）雪地摩托车对水平雪地的压力
雪地摩托与地面接触的总面积
雪地摩托静止时对水平地面的压强
（2）雪地摩托最高速度
雪地摩托的最大功率
该车以最大速度在水平雪地上用最高速度匀速直线行驶，受到的阻力等于牵引力
（3）行驶时间为
雪地摩托所做的功
汽油完全燃烧放出的热量
汽油的质量
答：（1）雪地摩托静止时对水平地面的压强为8×103Pa；
（2）当该车以最大功率在水平雪地上用最高速度匀速直线行驶时，所受阻力为1200N；
（3）需要4.5千克汽油。
三、填空题
9．（2023·河北石家庄·校考三模）便携燃料罐（图）给户外活动带来了方便，罐内填充液化的丁烷（C4H10），打开气罐时液态丁烷先 （填物态变化），点燃丁烷，丁烷完全燃烧的产物为 。丁烷热值为4.57×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg·C），一罐120g的丁烷完全燃烧可以将 kg水从20℃加热到沸腾（结果保留一位小数）。
【答案】 汽化 二氧化碳和水 16.3
【解析】[1]打开气罐时，罐里的液体丁烷变成气体喷出来，这发生的是汽化现象。
[2]丁烷由碳、氢两种元素组成，燃烧然烧产物为二氧化碳和水。
[3]120g丁烷完全燃烧放出的热量
水从20℃到沸腾吸收的热量，根据得
10．（2023·广东珠海·珠海市紫荆中学桃园校区校考三模）2022年6月5日10时44分，搭载着神舟十四号载人飞船的长征二号F火箭成功发射，火箭用液态氢作燃料，是因其 较大；火箭起飞过程中，以发射塔为参照物，火箭是 （选填“运动”或“静止”）的；火箭上升的过程中机械能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。
【答案】 热值 运动 增大
【解析】[1]火箭起飞过程中，将内能转化为火箭的机械能，相同质量的液态氢完全燃烧释放的热量多，所以火箭用液态氢作燃料，是因其热值较大。
[2]火箭发射过程中，火箭与发射塔之间的相对位置发生变化，因此火箭是运动的。
[3]火箭起飞过程中，将内能转化为火箭的机械能，火箭上升的过程中机械能增大。
11．（2023·江苏·校联考一模）如图所示为一种人们设想中的永动机，它通过高处的水流冲击叶片，叶片的转动又带动抽水机从低处将水抽到高处，从而循环工作，这种永动机 （选填“能够”或“不能”）永远工作下去，因为在这一过程中会有一部分 能转化为 能，而能量的总量保持不变。
【答案】 不能 机械 内
【解析】[1][2][3]他设想的机械装置不可能实现，因为抽水机在此过程中，存在摩擦，有部分机械能会转化为内能，即机械能会逐渐减少，所以机械能总量不守恒，他设想的机械装置不能实现。
四、综合题
12．（2023·广东肇庆·统考一模）天气温暖，小明家准备去户外野炊，如图所示是他家用到的一款户外分体式燃气炉。该燃气炉的铭牌如表所示，其中功率4500W是指气体燃料完全燃烧时燃气炉每秒放出4500J的热量。炉头上标有“参数15”字样，该参数表示的是燃气炉功率[单位：瓦（W）]与耗气量[单位：克/时（g/h）]之比的数值为15。请回答以下相关问题：
（1）燃气炉是通过 的方式增加食物的内能把食物煮熟。闻到食物的香味说明分子在 运动；
（2）气体燃料在常温下是通过 的方法液化存储在储气罐内。使用过程中，罐体温度变低，是因为燃料自碰嘴喷出后，发生 （填物态变化名称），要 （选填“吸收”或“放出”）热量；
（3）利用题目中的数据，可得气罐内燃料的热值是 J/kg。
【答案】 热传递 不停地做无规则 压缩体积 汽化 吸收 5.4×107
【解析】解：（1）[1]燃气炉火焰加热把食物煮熟，食物吸收热量，内能增大，这是通过热传递的方式增加食物的内能。
[2]闻到食物的香味说明分子在不停地做无规则运动，属于扩散现象。
（2）[3]气体液化有两种方法，一种是降低温度，另一种是压缩体积，常温下一般是通过压缩体积的方法使气体液化。
[4][5]燃料从喷嘴喷出后，压力减小从液态汽化变为气态，汽化吸热。
（3）[6]由题可知，燃气炉功率[单位：瓦（W）]与耗气量[单位：克/时（g/h）]之比的数值为15，即
解得
表示燃气炉每小时消耗300g的燃气，燃气炉每小时放出的热量
则燃料的热值
答：气罐内燃料的热值是5×107J/kg。
五、实验题
13．（2023·吉林长春·统考一模）使用如图a实验装置，加热使水沸腾，发现风车开始转动。请回答下列问题：
（1）图a实验中能量转化方式与图b中汽油机的 冲程相同（填序号）；
（2）图c是某汽油机的能流图，这台汽油机的效率η= ；
（3）汽油机工作时温度会升高，通常在汽油机外装有水箱，水箱内有水3L，某次运行中水的温度从30℃升高到80℃，这些水吸收了 J的热量[]。
【答案】 丙 30% 6.3×105
【解析】（1）[1]图a中瓶内热水沸腾产生大量水蒸气，水蒸气膨胀对外做功，内能转化为机械能，图b中甲图：进气门打开，活塞向下运动，气缸容积增大，是吸气冲程，此冲程无能量转化；乙图：两气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，此冲程机械能转化为内能；丙图：两气门都关闭，火花塞喷出电火花，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，此冲程内能转化为机械能；丁图：排气门打开，活塞向上运行，气缸容积减小，是排气冲程，此冲程无能量转化。所以图a实验中能量转化方式与图b中汽油机的做功冲程相同，故选丙。
（2）[2]由图可知，这台柴油机的效率为
（3）[3]水箱内水的质量为
这些水吸收的热量为
速度v/（m·s-1）
100
200
300
400
500
阻力f/N
0.3×104
1.2×104
2.7×104
4.8×104
7.5×104
品名
XX牌分体式防风燃气炉
材质
不锈钢铜铸铝
规格
展开φ260×116mm
折叠φ127×132mm
功率
4500W
储气质量
120kg
知识点1：热机效率
燃料的热值：我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。
热值在数值上等于1 kg 某种燃料完全燃烧放出的热量。热值的单位由热量的单位和质量的单位组合而成。在国际单位制中，热量的单位是焦耳，质量的单位是千克，则热值的单位是焦每千克，符号是J/kg。
热机效率：燃料很难完全燃烧，放出的热量往往比按热值计算出的要小，而且有效利用的热量又比放出的热量要小。
对于热机而言，燃料释放的能量只有一部分用来做有用功，还有相当一部分能量散失了。用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。蒸汽机的效率很低，只有6%~15%。内燃机中，燃料是在汽缸内部燃烧的，而且燃料与空气混合充分，燃烧得比较完全，所以内燃机的效率比蒸汽机的高。汽油机的效率为20%~30%，柴油机的效率为30%~45%。
热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，从而节约能源，减少污染。在设计和制造热机时，要不断改进和创新，以减少各种能量损失，提高效率。
在热机的能量损失中，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。大型发电机常常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。这种既供电又供热的热电站，比起一般的火电站来，燃料的利用率大大提高。
【典例探究1】如图，是我国自主研制的实用型地效飞机，地效飞机可以低空飞行，能停在水面或地面上，在客运、货运、旅游救护、海洋监测等方面具有广阔的应用前景。地效飞机某次执行任务，以180km/h的速度匀速飞行了90km，消耗燃油的质量为36kg，发动机的效率为40%，已知燃油热值为4.5×107J/kg，假设燃油完全燃烧，地效飞机这次执行任务的过程中，下列计算正确的是（ ）
①地效飞机飞行的时间为0.5h；
②消耗的燃油完全燃烧放出的热量为1.62×109J；
③飞机做的有用功为6.48×108J；
④地效飞机飞行过程中受到的阻力为7200N。
【解题思路】热效率和热机效率
热效率：，其中 Q有用指有效利用的热量，E指总能量。如果是炉子，则E为燃料完全燃烧放出的热量(E=Q总=qm)；如果是太阳能热水器，则E为太阳光照射到热水器上的总能量；如果是电热器，则 E为电流做功放出的热量(E=W=UIt)。
热机效率：，其中W有用指用来做有用功的能量，Q总指燃料完全燃烧释放的能量。
【答案】D
【解析】①由可得地效飞机飞行的时间为
故①正确；
②消耗的燃油完全燃烧放出的热量为
Q放＝qm＝4.5×107J/kg×36kg＝1.62×109J
故②正确；
③发动机的效率为η＝40%，由可得飞机做的有用功为
W＝Q放η＝1.62×109J×40%＝6.48×108J
故③正确；
④由W＝Fs可得地效飞机飞行过程的牵引力为
因为地效飞机匀速飞行，所以飞机受到的阻力、牵引力是一对平衡力，大小相等，受到的阻力
f＝F＝7200N
故④正确。故选D。
【典例探究2】我国自主研制的某型新一代战斗机，它具备超音速巡航、电磁隐身、超机动性、超视距攻击等优异性能，该飞机最大起飞质量为Mt，最大飞行高度为Hm，最大航行速度达3马赫[马赫（Ma）是表示航空航天飞行器速度的量词，又叫马赫数（MachNumber），1Ma=v声m/s]，油箱最大容积为V0L，若飞机巡航时做匀速直线运动，巡航时所受阻力的大小与速度的关系见下表：
已知飞机发动机燃油完全燃烧放出的能量转化为机械能的效率是，飞机使用的航空燃油的密度为ρ0kg/m3，热值为q0J/kg，求：
（1）飞机发动机完全燃烧一满油箱燃油获得的能量是多少焦？
（2）当飞机以最大航行速度巡航时，飞机发动机的输出功率是多少千瓦？
（3）若在飞机油箱中加满燃油，并且以最大航行速度巡航时，飞机的最大航程约是多少千米？（温馨提示：在推导计算过程中需要的物理量，请提前设定）
【解题思路】如何计算能量转化型热量计算题？
【备注】无论是能量的转移型，还是能量的转化型，若无能量损失，则
Q吸=Q放=E太=W电（机）
若有能量的损失
Q吸=ηQ放=ηE太=ηW电（机）
上式中的η为转移或转化的效率。
【答案】（1）ρ0V0q0×10-3；（1）8.1×10-3v声3；（3）
【解析】（1）油箱最大容积为V0L，航空燃油的密度为ρ0kg/m3，则一箱油的质量为
燃料的热值为q0J/kg，则完全燃烧一满油箱燃油获得的能量
（2）由表中数据可知，由表中数据可知，速度为100m/s时，受到的阻力为0.3×104N；速度为200m/s时，受到的阻力为1.2×104；通过分析可知飞机受到的阻力的增大倍数与速度增大倍数的平方成正比，即f=0.3v2，所以飞机以最大速度3马赫（即为）巡航时，此时受到的阻力为
因为飞机为巡航，所以动力等于阻力。故此时飞机发动的的输出功率为
（3）完全燃烧一满油箱燃油获得的能量
因飞机发动机燃油完全燃烧放出的能量转化为机械能的效率是，则输出的能量为
则以最大航行速度巡航时，由可得
答：（1）飞机发动机完全燃烧一满油箱燃油获得的能量是ρ0V0q0×10-3J；
（2）当飞机以最大航行速度巡航时，飞机发动机的输出功率是8.1×10-3v声3kW；
（3）飞机的最大航程约是千米。
知识点2：能量的转化和守恒
自然界中的各种现象都是互相联系的。科学家们经过长期探索，发现能量转化是非常普遍的，在一定条件
下，各种形式的能量是可以相互转化的。摩擦生热，机械能转化为内能；水电站里水轮机带动发电机发电，机械能转化为电能；电动机带动水泵把水送到高处，电能转化为机械能；植物吸收太阳光进行光合作用，光能转化为化学能；燃料燃烧时发热，化学能转化为内能……
能量守恒定律：大量事实表明，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。这就是能量守恒定律（law f cnservatin f energy）。
能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。大到天体，小到原子核，无论是物理学的问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都服从能量守恒定律。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。例如，在行驶的汽车中，燃料的化学能通过燃烧转化为燃气的内能，再通过热机做功把内能转化为机械能。在这个过程中，燃料的化学能一部分转化为机械能，一部分转化成了热机和周围环境的内能。
不少人曾经设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫做永动机。然而，在科学技术发展的历史上，从来没有一种永动机成功过。能量守恒定律的发现，使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量。因此，根本不可能造出永动机。
【典例探究】（多选题）下列有关能量转换的说法正确的是（ ）
A．煤燃烧是化学能转化为热能的过程
B．化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能
C．动物体内葡萄糖被氧化成CO2是热能转变成化学能的过程
D．植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成热能的过程
【解题思路】如何解答有关能量的相互转化问题？
自然界中各种形式的能量不能孤立的，不同形式的能量会发生相互转化，能量也会在不同的物体间相互转移．能量转化是个普遍现象，自然界中物质运动形式的变化总伴随着能量的相互转化．
解答此类问题的关键是明确消耗了什么形式的能，而最终获得了什么形式的能。
【答案】AB
【解题大招】A．煤燃烧是化学能转化为热能的过程，故A正确；
B．化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能，故B正确；
C．动物体内葡萄糖被氧化成CO2是化学能转变成热能的过程，故C错误；
D．植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成化学能的过程，故D错误；故选AB。
【归纳总结】1．热机效率
热值是燃料本身的一种特性，它的大小只取决于燃料的种类，而与燃料的质量、放热多少等无关。不同燃料的热值一般不同。热值在数值上等于1kg的某种燃料完全燃烧放出的热量。热值反映了燃料在燃烧过程中，将化学能转化为内能的本领的大小。
热机效率：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叫做热机的效率。
（1）公式：；
（2）提高热机效率的途径：①使燃料充分燃烧；②尽量减小各种热量损失；③机器零件间保持良好的润滑、减小摩擦。
热机的能量流向图
燃料很难完全燃烧，释放的热量也没有全部用来做有用功，损失了大部分，在各种能量损失中，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。
热机效率和炉具效率的求解方法
求热机的效率∶发动机的牵引力做功消耗的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比
η=W有Q总其中W有= Fs或W有= Pt（F 是牵引力，s是汽车行驶的距离，P是汽车发动机功率，t是行驶时间）， Q总= mq。
求炉具烧水的效率∶水吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比 η=Q吸Q总 ，
其中Q吸=cm水Δt，Q总=m燃q。
提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧；利用废气的能量；保证良好润滑，减少摩擦； 改进热机，减少各种能量的损失。
一、单选题
1．（2023·湖南长沙·统考中考真题）砖的制作工艺流传数千年，从晒制到烧制，从青砖到红砖，小小的砖块见证了人类迈向文明的历程，下列说法正确的是（ ）
A．晒制泥坯时，泥坯温度越高含有的热量越多
B．高温烧制时，通过热传递的方式改变砖块的内能
C．烧制红砖时，燃料燃烧越充分，其热值越大
D．在质地均匀的砖上雕刻花纹，砖的密度变小
【答案】B
【解析】A．热量是一个过程量，只能说吸收（或者放出）了多少热量，不能说某物体含有多少热量，故A错误；
B．高温烧制时，砖吸收热量，内能增加，即通过热传递的方法增加砖块的内能，故B正确；
C．燃料的热值仅与燃料的种类有关，而与燃料的燃烧程度、质量都无关，故C错误；
D．若在质地均匀的砖上雕刻花纹，砖的质量变小，体积也减小，由于组成砖的材料没有发生变化，则砖的密度不会变化，故D错误。
故选B。
2．（2023·广东深圳·统考中考真题）端午节煮粽子是中华文化的传统习俗，下列说法正确的是（ ）
A．燃料燃烧为内能转化为化学能B．打开锅盖上面的白雾是水蒸气
C．加热粽子是利用做功增加内能D．闻到粽子的香味是因为扩散现象
【答案】D
【解析】A．燃料燃烧时发生化学反应，并释放出热量，所以是化学能转化为内能，故A错误；
B．打开锅盖上面的白雾是水蒸气液化形成的小水滴，故B错误；
C．加热粽子时，开水放出热量，粽子吸收热量，所以是通过热传递增加内能，故C错误；
D．闻到粽子的香味是香味分子不停地做无规则运动，是扩散现象，故D正确。
故选D。
3．（2023·山东济宁·统考中考真题）以下对厨房里一些现象的分析，不正确的是（ ）
A．在碗沿上磕鸡蛋，利用了物体间力的作用是相互的
B．将刀刃磨的很薄，是为了减小压强
C．水烧开后，壶盖被顶起，其能量转化与内燃机的做功冲程相同
D．用天然气做饭，利用了天然气具有较大的热值
【答案】B
【解析】A．在碗沿上磕鸡蛋，鸡蛋对碗沿有力的作用，碗沿对鸡蛋也有力的作用，故利用了物体间力的作用是相互的，故A正确，不符合题意；
B．将刀刃磨的很薄，是在压力一定时通过减小受力面积来增大压强，故B错误，符合题意；
C．水烧开后，具有较大的内能，将壶盖被顶起，是将内能转化为机械能，其能量转化与内燃机的做功冲程相同，故C正确，不符合题意；
D．用天然气做饭，天然气与其它燃料相比较，输送的是天然气，这是利用了天然气热值大的特性，故D正确，不符合题意。
故选B。
4．（2023·四川成都·统考中考真题）小美在老师指导下进行了以下实验：甲、乙两烧杯各装100g水，用酒精灯加热甲烧杯，煤油灯加热乙烧杯，直至杯内水沸腾1分钟即熄灭该灯，测得消耗酒精4g、煤油2.5g。她根据实验数据绘制了水温与加热时间关系的图像（如图）。若水沸腾前质量不改变，同一杯水沸腾前后单位时间内吸收的热量相等，，，，则下列说法正确的是（ ）
A．整个过程，甲杯中的水吸收的热量更多
B．前3分钟，乙杯中的水吸收的热量为
C．消耗的煤油完全燃烧放出的热量为
D．酒精灯加热的效率为28%
【答案】B
【解析】A．由题意，由于甲、乙两烧杯各装水的质量相等，水的初始温度相同，根据可知水沸腾前，两杯水吸收的热量相等，为
且同一杯水沸腾前后单位时间内吸收的热量相等，则整个过程甲、乙两杯水所吸收的热量分别为
所以整个过程，乙杯中的水吸收的热量更多，故A错误；
B．由图可得，3分钟时乙杯中的水恰好沸腾，则吸收的热量为
故B正确；
C．整个过程消耗的煤油完全燃烧放出的热量为
故C错误；
D．在整个过程中，燃烧4g酒精所释放的热量为
可得酒精灯加热的效率为
故D错误。
故选B。
二、多选题
5．（2023·四川宜宾·统考中考真题）关于内能及其利用，下列说法正确的是（ ）
A．一切物体都具有内能
B．足球运动越慢，它的内能越小
C．冬天搓手取暖，是通过做功的方式改变内能
D．热机的功率大，效率就一定高
【答案】AC
【解析】A．自然界中一切物体都是由分子和原子构成的，内能为分子动能和分子势能之和，所以一切物体都具有内能，故A正确；
B．足球运动快慢，是机械能的大小变化，与内能大小无关，故B错误；
C．冬天搓手取暖，将机械能转化为内能，所以是通过做功的方式改变内能，故C正确；
D．热机的功率大，则做功快，与效率的高低无关，故D错误。
故选AC。
三、计算题
6．（2023·湖北·统考中考真题）2023年5月28日上午，我国首架自行研制、拥有自主知识产权的喷气式客机C919，如图甲，历时2h从上海到北京，开启了首次商业载客飞行。
（1）已知上海到北京航程为1178km，求C919由上海飞往北京的平均速度；
（2） C919在高空水平定速巡航时，若受到的阻力为，飞机发动机的效率为25%，则飞行4km需要消耗多少升汽油？已知汽油密度为，汽油热值为：
（3） 如图乙是飞机单侧机翼与周围空气发生相对运动的模型。图中机翼的下表面可视为平面，面积为。飞机起飞前在水平跑道上快速滑行时，机轮与地面的总接触面积为，飞机对地面的压强为p。飞机总重为G，近似地认为飞机受到的升力来自于飞机双侧机翼。请推导出飞机在跑道上滑行时机翼上下表面的压强差（用字母表示）。
【答案】（1）；（2）50L；（3）
【解析】解：（1）C919由上海飞往北京的平均速度
（2）C919在高空水平定速巡航时，受到的牵引力与阻力是一对平衡力，为，飞机牵引力做的功
汽油燃烧产生的热量
飞行4km需要消耗的汽油质量
飞行4km需要消耗的汽油的体积
（3）飞机起飞前在水平跑道上快速滑行时，机轮与地面的总接触面积为，飞机对地面的压强为p，此时飞机对地面的压力为
飞机的重力为G，此时飞机的升力的大小为
图乙是飞机单侧机翼与周围空气发生相对运动的模型，且图中机翼的下表面可视为平面，面积为S1，则两侧机翼下表面的总面积为2S1，飞机在跑道上滑行时机翼上下表面的压强差
答：（1）C919由上海飞往北京的平均速度为；
（2）飞行4km需要消耗50L汽油
（3）飞机在跑道上滑行时机翼上下表面的压强差。
7．（2023·甘肃兰州·统考中考真题）一辆燃油汽车沿平直公路匀速行驶了108km，所用时间为1h，消耗汽油10kg，汽车在行驶过程中所受阻力恒为1380N（汽油的热值）。求：
（1）汽车行驶的速度；
（2）牵引力的功率；
（3）汽车发动机的效率。
【答案】（1）108km/h；（2）4.14×104W；（3）32.4%
【解析】解：（1）汽车行驶的速度
（2）汽车沿平直公路匀速行驶，牵引力和阻力是平衡力，牵引力
F=f=1380N
牵引力的功率
（3）牵引力做的功
W=Pt=4.14×104W×3600s=1.4904×108J
汽油完全燃烧放出的热量
Q=mq汽油=10kg×4.6×107J/kg=4.6×108J
汽车发动机的效率
答：（1）汽车行驶的速度是108km/h；
（2）牵引力的功率是4.14×104W；
（3）汽车发动机的效率是32.4%。
四、填空题
8．（2023·福建·统考中考真题）蒸米时，木桶中米内能的增加是通过 方式实现的，完全燃烧10kg的干木柴能释放出 J的热量。（干木柴的热值为1.2×107J/kg）
【答案】 热传递 1.2×108
【解析】[1]蒸米时，米吸收热量，内能增加，是通过热传递的方式增加内能的。
[2]由Q=mq可得，完全燃烧10kg的干木柴释放的热量为
Q=mq=10kg×1.2×107J/kg=1.2×108J
9．（2023·四川广元·统考中考真题）某研学活动小组在实践活动期间，粗略测量了一农家柴火灶的热效率。同学们在柴火灶的铁锅里倒入5kg水。盖上锅盖，完全燃烧了1kg干木柴使水温从升高到，水吸收的热量为 J，该柴火灶的热效率为 。[水的比热容是），这种千木柴的热值是]
【答案】
【解析】[1]5kg的水温度从升高到吸收的热量为
[2]1kg的干木柴完全燃烧放出的热量为
该柴火灶的效率
10．（2023·山东枣庄·统考中考真题）为全面推进“乡村振兴”工程，加快农业农村绿色发展，我市部分农村地区已经使用上了天然气烧水煮饭。小明同学用他家的天然气灶将质量为2kg，初温为20℃的水加热到100℃，水吸收的热量是 J；消耗了0.03m3的天然气，则此天然气灶的热效率为 。【水的比热容c=4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值q=7.0×107J/m3】
【答案】 6.72×105 32%
【解析】[1]由题意及比热容公式可得，水吸收的热量为
[2]由题意可得，0.03m3的天然气完全燃烧所产生的热量为
Q总=qV=7×107J/m3×0.03m3=2.1×106J
则热效率为
11．（2023·江苏无锡·统考中考真题）如图所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，用力将活塞迅速下压，棉花会立即燃烧，下压过程中活塞对筒内空气 ，空气的 能增大，该能量转化过程与汽油机的 冲程相同。
【答案】 做功 内 压缩
【解析】[1][2]将活塞迅速下压，活塞对压缩引火仪内的空气做功，活塞的机械能转化为空气的内能，空气内能增大，温度升高，达到棉花的着火点而燃烧。
[3]汽油机的压缩冲程中，活塞压缩汽油和空气的混合物做功，活塞的机械能转化为混合气体的内能，所以与该过程的能量转化与汽油机的压缩冲程相同。
12．（2023·湖北荆州·统考中考真题）某燃气热水器将20L的水从20℃加热到70℃，完全燃烧了0.21m3的煤气，水吸收的热量是 J，该燃气热水器烧水的效率是 。[已知水的比热容为，水的密度为，煤气的热值为]
【答案】 50%
【解析】[1]水的质量为
水吸收的热量是
[2]煤气完全燃烧放出的热量为
该燃气热水器烧水的效率是
一、单选题
1．（2023·黑龙江佳木斯·校联考模拟预测）为了提高工作效率，机场工作人员经常以电动平衡车（如图甲所示）代步。某次工作人员骑着平衡车（其铭牌如图乙所示）在水平地面上以额定功率且以最高速度匀速直线行驶了一段距离，行驶时平衡车受到的阻力为120N。此过程中，下列说法正确的是（ ）
A．牵引力的大小为600N
B．牵引力做功的功率为480W
C．电动平衡车的重力为600N
D．电动平衡车的效率为80%
【答案】D
【解析】A．由题意知，工作人员骑着平衡车在水平地面上以最高速度匀速直线运动时，平衡车处于平衡状态，因此平衡车受到的牵引力与阻力是一对平衡力，故牵引力
F=f=120 N
故A错误；
B．牵引力做功的功率
故B错误；
C．电动平衡车的重力
G=mg=10.3kg×10N/kg=103N
故C错误；
D．由题表可知，该平衡车的额定功率P总=600 W，故该电动平街车的效率
故D正确。
故选D。
2．（2023·湖北孝感·统考二模）如图，太阳能汽车利用太阳能电池将太阳能转化为电能，储存在车上的蓄电池内，为汽车提供动力。下列说法正确的是（ ）
A．太阳能汽车在行驶过程中不需要克服阻力做功
B．蓄电池为汽车提供动力时，将电能转化为化学能
C．太阳能汽车不能将接收到的太阳能全部转化为机械能
D．太阳能汽车将太阳能转化为内能，再将内能转化为机械能
【答案】C
【解析】A．太阳能电汽车在行驶过程需要克服空气阻力以及其他阻力，故A错误；
B．蓄电池为汽车提供动力时，将化学能转化为电能，然后电能再转化为机械能，故B错误；
C．由于在能量的转化或转移的过程中存在能量的散失，所以太阳能汽车不能将接收到的太阳能全部转化为机械能，故C正确；
D．太阳能汽车将太阳能转化为电能，再将电能转化为机械能，故D错误。
故选C。
3．（2023·江苏泰州·校考一模）下列能量转化或转移的情景中，属于能量转移的是（ ）
A．燃料燃烧时发热
B．用热水袋取暖
C．钻木取火
D．电动机带动水泵把地下水送到地面
【答案】B
【解析】A．燃料燃烧时，将化学能转化为内能，属于能量的转化，故A不符合题意；
B．用热水袋取暖，是热传递过程，内能从热水袋转移到其它物体向上，属于能量的转移，故B符合题意；
C．钻木取火，是克服摩擦做功，将机械能转化为内能，属于能量的转化，故C不符合题意；
D．电动机带动水泵把地下水送到地面，电动机工作时将电能转化为机械能，属于能量的转化，故D不符合题意。
故选B。
二、计算题
4．（2023·内蒙古呼伦贝尔·统考二模）燃气热水器的优点是加热快、热效率高。某品牌燃气热水器采用天然气做燃料，当只有该热水器工作时，把50kg的水从20℃加热到60℃，消耗天然气0.2m3，已知水的比热容4.2×103J/（kg•℃）。天然气的热值为7.0×107J/m3，试求：
（1）此过程中，水吸收的热量是多少？
（2）该热水器本次加热的效率是多少？
【答案】（1）8.4×106J；（2）60%
【解析】解：（1）此过程中水吸收的热量为
（2）天然气完全燃烧放出的热量为
该热水器的加热效率为
答：（1）此过程中，水吸收的热量为8.4×106J；
（2）该热水器本次加热的效率是60%。
5．（2023·江西新余·统考一模）如图是我国第一款纯电动疫苗接种车，疫苗车空车质量为4t，车轮与水平地面接触的总面积为，发动机的输出功率为60kW不变。（取，汽油的热值为）求：
（1）疫苗车空车静止在水平地面时，对地面的压强；
（2）疫苗车在水平路面匀速直线行驶时，受到的阻力为3000N，疫苗车的速度；
（3）疫苗车以（2）中的速度在平直路面行驶46km，若换用效率为的汽油机提供动力，需要消耗汽油的质量。
【答案】（1）；（2）20m/s；（3）10kg
【解析】解：（1）疫苗车空车的重力
疫苗车空车静止在水平地面时，对地面的压力
对水平地面的压强
（2）因为疫苗车在水平路面匀速直线行驶，所以疫苗车受到的牵引力、阻力是一对平衡力，大小相等，疫苗车受到的牵引力
由可得疫苗车行驶速度
（3）疫苗车匀速行驶做的有用功
若换用效率为的汽油机提供动力，由可得汽油完全燃烧释放的热量
由可得，需要完全燃烧汽油的质量
答：（1）疫苗车空车静止在水平地面时，对地面的压强为；
（2）疫苗车在水平路面匀速直线行驶时，受到的阻力为3000N，疫苗车的速度为；
（3）若换用效率为的汽油机提供动力，需要消耗汽油的质量为10kg。
6．（2023·广东江门·江门市第二中学校考二模）某载重汽车发动机的效率为25%，其车重为8×104N，在平直的公路上以80km/h的速度匀速行驶，汽车受到的阻力为车重的0.09倍。（汽油的热值为4.6×107J/kg）求：
（1）汽车匀速行驶时的牵引力为多大？
（2）汽车匀速行驶100km时牵引力做了多少功？
（3）汽车匀速行驶100km消耗多少千克的汽油？（结果保留到小数点后一位）
【答案】（1）7.2×103N；（2）7.2×108J；（3）62.61kg
【解析】解：（1）车受到的阻力
汽车在平直的公路上匀速行驶，则牵引力和阻力是一对平衡力，大小相等，所以
（2）汽车匀速行驶时牵引力做的功
（3）由
可得，汽油完全燃烧释放的热量
由
可得，所需汽油的质量
答：（1）汽车匀速行驶时的牵引力为7.2×103N；
（2）汽车匀速行驶时发动机的功率是1.6×105W；
（3）汽车匀速行驶100km消耗62.61kg汽油。
7．（2023·广东揭阳·统考二模）如图为世界上最大的卡车“别拉斯”，其车身长20米，宽度将近10米，高度则有8米，作为一台在矿山进行工程运输的车辆，该车装配了两个高性能的柴油发动机。安装8条轮胎，车辆自身重量达到360吨，最高速度可达60km/h，请回答下列问题，g取10N/kg。
（1）该车辆以最高速度行驶10min的距离是多少？
（2）车辆每条轮胎与地面的接触面积按0.3m2计算。当该车辆空载时静止在水平地面上，对地面的压强为多少？
（3）已知其匀速行驶时所受阻力为车重的0.1倍，空载时匀速行驶2km，效率按25%来计算，柴油的热值为4×107J/kg，那么此过程中消耗柴油多少kg？
【答案】（1）10km；（2）；（3）72kg
【解析】解：（1）该车辆以最高速度行驶的距离为
（2）在水平地面上，空载时卡车对地面的压力
受力面积
卡车对地面的压强为
（3）卡车匀速行驶，牵引力和阻力是平衡力，牵引力
牵引力做的功
由可得，消耗的柴油完全燃烧释放的热量
由可得，消耗柴油的质量
答：（1）该车辆以最高速度行驶10min的距离是10km；
（2）车辆每条轮胎与地面的接触面积按0.3m2计算。当该车辆空载时静止在水平地面上，对地面的压强为；
（3）已知其匀速行驶时所受阻力为车重的0.1倍，空载时匀速行驶2km，效率按25%来计算，柴油的热值为4×107J/kg，那么此过程中消耗柴油72kg。
8．（2023·辽宁鞍山·校联考模拟预测）2022年北京冬奥会成功举办，带动3亿人踏上冰雪．如图所示是一款雪地摩托，其净重为。静止时与地面接触的总面积为2000cm2，当其以最大功率36kW在水平雪地上匀速直线行驶时，最高速度可达108km/h。
（1）雪地摩托静止时对水平地面的压强为多少？
（2）当该车以最大功率在水平雪地上用最高速度匀速直线行驶时，所受阻力为多少？
（3）该车发动机为一款单缸4冲程汽油机，若其效率为24%，则该车以最大功率在水平雪地上用最高速度匀速直线行驶23min，需要多少千克汽油？（汽油的热值为）
【答案】（1）8×103Pa；（2）1200N；（3）4.5kg
【解析】解：（1）雪地摩托车对水平雪地的压力
雪地摩托与地面接触的总面积
雪地摩托静止时对水平地面的压强
（2）雪地摩托最高速度
雪地摩托的最大功率
该车以最大速度在水平雪地上用最高速度匀速直线行驶，受到的阻力等于牵引力
（3）行驶时间为
雪地摩托所做的功
汽油完全燃烧放出的热量
汽油的质量
答：（1）雪地摩托静止时对水平地面的压强为8×103Pa；
（2）当该车以最大功率在水平雪地上用最高速度匀速直线行驶时，所受阻力为1200N；
（3）需要4.5千克汽油。
三、填空题
9．（2023·河北石家庄·校考三模）便携燃料罐（图）给户外活动带来了方便，罐内填充液化的丁烷（C4H10），打开气罐时液态丁烷先 （填物态变化），点燃丁烷，丁烷完全燃烧的产物为 。丁烷热值为4.57×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg·C），一罐120g的丁烷完全燃烧可以将 kg水从20℃加热到沸腾（结果保留一位小数）。
【答案】 汽化 二氧化碳和水 16.3
【解析】[1]打开气罐时，罐里的液体丁烷变成气体喷出来，这发生的是汽化现象。
[2]丁烷由碳、氢两种元素组成，燃烧然烧产物为二氧化碳和水。
[3]120g丁烷完全燃烧放出的热量
水从20℃到沸腾吸收的热量，根据得
10．（2023·广东珠海·珠海市紫荆中学桃园校区校考三模）2022年6月5日10时44分，搭载着神舟十四号载人飞船的长征二号F火箭成功发射，火箭用液态氢作燃料，是因其 较大；火箭起飞过程中，以发射塔为参照物，火箭是 （选填“运动”或“静止”）的；火箭上升的过程中机械能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。
【答案】 热值 运动 增大
【解析】[1]火箭起飞过程中，将内能转化为火箭的机械能，相同质量的液态氢完全燃烧释放的热量多，所以火箭用液态氢作燃料，是因其热值较大。
[2]火箭发射过程中，火箭与发射塔之间的相对位置发生变化，因此火箭是运动的。
[3]火箭起飞过程中，将内能转化为火箭的机械能，火箭上升的过程中机械能增大。
11．（2023·江苏·校联考一模）如图所示为一种人们设想中的永动机，它通过高处的水流冲击叶片，叶片的转动又带动抽水机从低处将水抽到高处，从而循环工作，这种永动机 （选填“能够”或“不能”）永远工作下去，因为在这一过程中会有一部分 能转化为 能，而能量的总量保持不变。
【答案】 不能 机械 内
【解析】[1][2][3]他设想的机械装置不可能实现，因为抽水机在此过程中，存在摩擦，有部分机械能会转化为内能，即机械能会逐渐减少，所以机械能总量不守恒，他设想的机械装置不能实现。
四、综合题
12．（2023·广东肇庆·统考一模）天气温暖，小明家准备去户外野炊，如图所示是他家用到的一款户外分体式燃气炉。该燃气炉的铭牌如表所示，其中功率4500W是指气体燃料完全燃烧时燃气炉每秒放出4500J的热量。炉头上标有“参数15”字样，该参数表示的是燃气炉功率[单位：瓦（W）]与耗气量[单位：克/时（g/h）]之比的数值为15。请回答以下相关问题：
（1）燃气炉是通过 的方式增加食物的内能把食物煮熟。闻到食物的香味说明分子在 运动；
（2）气体燃料在常温下是通过 的方法液化存储在储气罐内。使用过程中，罐体温度变低，是因为燃料自碰嘴喷出后，发生 （填物态变化名称），要 （选填“吸收”或“放出”）热量；
（3）利用题目中的数据，可得气罐内燃料的热值是 J/kg。
【答案】 热传递 不停地做无规则 压缩体积 汽化 吸收 5.4×107
【解析】解：（1）[1]燃气炉火焰加热把食物煮熟，食物吸收热量，内能增大，这是通过热传递的方式增加食物的内能。
[2]闻到食物的香味说明分子在不停地做无规则运动，属于扩散现象。
（2）[3]气体液化有两种方法，一种是降低温度，另一种是压缩体积，常温下一般是通过压缩体积的方法使气体液化。
[4][5]燃料从喷嘴喷出后，压力减小从液态汽化变为气态，汽化吸热。
（3）[6]由题可知，燃气炉功率[单位：瓦（W）]与耗气量[单位：克/时（g/h）]之比的数值为15，即
解得
表示燃气炉每小时消耗300g的燃气，燃气炉每小时放出的热量
则燃料的热值
答：气罐内燃料的热值是5×107J/kg。
五、实验题
13．（2023·吉林长春·统考一模）使用如图a实验装置，加热使水沸腾，发现风车开始转动。请回答下列问题：
（1）图a实验中能量转化方式与图b中汽油机的 冲程相同（填序号）；
（2）图c是某汽油机的能流图，这台汽油机的效率η= ；
（3）汽油机工作时温度会升高，通常在汽油机外装有水箱，水箱内有水3L，某次运行中水的温度从30℃升高到80℃，这些水吸收了 J的热量[]。
【答案】 丙 30% 6.3×105
【解析】（1）[1]图a中瓶内热水沸腾产生大量水蒸气，水蒸气膨胀对外做功，内能转化为机械能，图b中甲图：进气门打开，活塞向下运动，气缸容积增大，是吸气冲程，此冲程无能量转化；乙图：两气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，此冲程机械能转化为内能；丙图：两气门都关闭，火花塞喷出电火花，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，此冲程内能转化为机械能；丁图：排气门打开，活塞向上运行，气缸容积减小，是排气冲程，此冲程无能量转化。所以图a实验中能量转化方式与图b中汽油机的做功冲程相同，故选丙。
（2）[2]由图可知，这台柴油机的效率为
（3）[3]水箱内水的质量为
这些水吸收的热量为
速度v/（m·s-1）
100
200
300
400
500
阻力f/N
0.3×104
1.2×104
2.7×104
4.8×104
7.5×104
品名
XX牌分体式防风燃气炉
材质
不锈钢铜铸铝
规格
展开φ260×116mm
折叠φ127×132mm
功率
4500W
储气质量
120kg
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