专题14 内能的利用（核心知识点）-2025年中考物理二轮复习核心知识点梳理

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一、知识结构
二、知识清单+方法清单
模块一 热机
知识清单
一、热机
1. 实验探究—热机工作原理
【进行实验】如图所示，在试管中装一些水，用橡皮塞塞住试管口，固定在铁架台上，用酒精灯给试管加热，水沸腾后，水蒸气会把橡皮塞冲出去，试管口观察到大量“白雾”出现。
【实验分析】酒精燃烧释放出热量（化学能转化为内能），通过热传递将一部分内能转移给水，水的内能增加，温度升高，产生大量水蒸气。水蒸气越来越多，对橡皮塞的压力越来越大，最后将橡皮塞冲出，这时水蒸气对橡皮塞做功。同时，水蒸气内能减小，温度降低，水蒸气液化成小水滴，在试管口可以观察到“白雾”。
该实验装置就是一个简单的热机模型。其能量转化过程是：燃料燃烧，化学能转化为内能，一部分内能通过热传递方式传递给工作物质—水，水内能增大，温度升高，产生大量水蒸气，水蒸气将橡皮塞冲出，水蒸气内能转化为橡皮塞机械能。
【探究结论】利用内能可以 。
2. 热机
（1）热机：利用 做功的机械叫热机。汽车、轮船和飞机等发动机都是利用燃烧燃料释放的内能做功的装置，都是热机。
（2）热机的种类：常见的有 、 、汽轮机、喷气发动机等。
（3）热机的工作原理：燃料的化学能→内能→机械能。
（4）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
和 两类。
二、汽油机
1. 工作原理：利用汽油在汽缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。
2. 主要结构：汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。
3. 工作过程
（1）冲程：活塞在气缸内往复运动，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个 。
汽油机的四个冲程
（2）四个冲程：汽油机的一个工作循环由四个冲程组成： 冲程、 冲程、 冲程和 冲程。完成一个工作循环，活塞往复运动 次，飞轮转动 周，对外做功 次。
（3）汽油机的工作过程
4. 柴油机与汽油机的异同
柴油机的工作过程与汽油机大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。
柴油机和汽油机构造及工作过程的不同点：
（1）汽油机汽缸顶部有 ，在压缩冲程末，火花塞产生电火花，使燃料燃烧，产生高温高压的气体（俗称“ 式”）；柴油机汽缸顶部只有 ，在压缩冲程末，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来（俗称“ 式”）。
（2）汽油机吸气冲程吸入 的混合物；柴油机吸入气缸内的物质只有 。
方法清单
考向01 汽油机的工作过程
【例题1】（2024·镇江·中考真题）下面是汽油机工作时的各个冲程示意图，其中做功冲程是（ ）

A B C D
【训练1-1】（2024·常州·中考真题）四冲程汽油机工作时，将内能转化为机械能的冲程是（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
【训练1-2】（2024·黑龙江鸡西·中考真题）汽油机将内能转化为机械能的是 冲程，某单缸四冲程汽油机飞轮转速是2400r/min，则此汽油机每秒对外做功 次。
考向02 汽油机、柴油机及相关计算
【例题2】如图所示是单缸四冲程汽油机某一冲程工作示意图，该冲程是 冲程。若该汽油机1s对外做功15次，则汽油机的飞轮速度为 。

【训练2-1】热机是利用 做功的机械，如图是某台汽油机的剖面图，它表示的是 冲程，已知该汽油机飞轮的转速为2400r/min，在1min内，汽油机完成 个冲程，对外做功 次。
【训练2-2】某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞横截面积为5×10-3 m2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程中燃气的平均压强为8×105 pa，飞轮1min内转动1800r。若汽油机满负荷工作（不计摩擦），求：
（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力。
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功。
（3）汽油机的功率。
模块二 热机的效率
知识清单
一、燃料的热值
1. 燃料（可燃烧的物质）
（1）燃料的种类：常见的固体燃料如木柴、煤等；液体燃料如汽油、酒精等；气体燃料如煤气、天然气等。
（2）燃料燃烧时能量的转化：燃料在燃烧过程中，燃料的 能转化为 能。
2．燃料的热值
（1）定义：把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量 ，叫做这种燃料的热值。
（2）公式：q =_______.
Q放是燃料放出的热量，单位是J；m是质量，单位是kg；q是热值，单位是J/kg。
（3）单位： ，符号J/kg。
（4）热值的物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的 。如木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示1kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J。
热值是燃料本身的一种 ，只与燃料的 有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。
（5）燃料燃烧放出热量：Q放 = ；
（6）气体燃料的热值：q= EQ \F( Q放, V)
V表示气体燃料的体积，单位是m3； Q表示放出的热量，单位是J；q表示气体燃料的热值，单位使用 （J/m3 ）。
二、热机的效率
1. 日常生活中的热效率问题
（1）问题探究
用煤气灶烧水时，煤气很难完全燃烧，煤气燃烧所放出的热量，只有一部分被水吸收，其他放出的热量一部分被盛水的容器吸收了，一部分被煤气灶头吸收了，一部分被高温的烟气带走了，还有一部分散失到空气中，被空气吸收了。因此，有效利用的热量只是燃料燃烧放出热量的一部分。
探究归纳：影响燃料有效利用的因素有：①燃料很难完全燃烧；②燃料燃烧放出的热量只有一部分被有效利用，其他部分都散失了。如图所示。
（2）热效率：有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比叫做热效率。（炉子的效率、燃气灶的效率等都应用该公式计算）
热效率 η=有效利用的热量燃料完全燃烧放出的热量=Q有用Q放×100%
（3）提高锅炉燃料利用率的途径：让燃料尽可能充分燃烧，如将煤研磨成粉状，加大进风量等；减少热量损失，如加大有效受热面积等。
2. 热机的效率
（1）内燃机中热量燃烧的能量流向图：由图可知，从燃料燃烧到对外做功，真正能转变成有用功的那部分能量只是燃料燃烧释放能量的一部分。
（2）定义：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量 ，叫热机的效率。
（3）公式：
η=W有用Q总
（4）物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。
3. 提高热机效率的主要途径
（1）使燃料充分燃烧；
（2）尽量减少各种热量损失，设法利用 的能量；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。
（3）使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。
（4）在热机的设计和制造上，采用 的技术。
4. 热机效率总小于1的原因
因为热机中用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的总能量的一部分，由于各种能量的损失和燃烧条件的限制，这部分能量一定小于完全燃烧放出 ，所以有用功的能量与燃烧放出的总能量的比值必然小于1，即热机的效率一定小于1。
方法清单
考向01 热值及其相关计算
【例题1】（2024·连云港·中考真题）下列关于燃料的热值说法正确的是（ ）
A．燃料燃烧越充分，其热值越大
B．燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少
C．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值将减小
D．焦炭的热值是，完全燃烧1kg焦炭能放出的热量
【训练1-1】在标准大气压下，使用煤气灶将2kg的水从20℃加热到100℃，水吸收的热量是
______J，若不计热量损失，此过程需要完全燃烧 kg的煤气，这是通过 的方式增加了水的内能。未使用完的煤气的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）［水的比热容c水=4.2×103J/kg⋅℃，煤气的热值q煤气=4.2×107J/kg］
【训练1-2】小明采用如图所示的装置进行探究“质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”。
（1）为较快得出实验结论，除了要控制两套装置中燃料和水的质量相同外，还需控制水的 相同；
（2）实验后，可以通过比较 （选填“加热时间”或“水升高的温度”）来比较酒精和碎纸片放出的热量多少；
（3）从表格中数据可以发现，质量相同的酒精和碎纸片都充分燃烧后， 放出的热量多；
（4）我们把燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比称为热值，这种定义热值的方法，我们称之为比值定义法。以下物理量用比值定义并能反映物质属性的是： （填写一个序号）。
①速度 ②功率 ③比热容 ④压强
【训练1-3】汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图甲、乙分别是某汽油机的某冲程及能量流向图。下列有关说法正确的是（ ）

A．甲图是压缩冲程，活塞对气缸内的气体做功，气体的温度升高
B．由乙图可知该汽油机的效率是30%
C．汽车尾气中的“汽油味”越浓燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值
D．为节能冬天汽车都会利用尾气中的余热给车内供暖，该举措大大提高了燃料的热值
考向02 热机效率及其计算
【例题2】（2024·辽宁·中考真题）汽油机在 冲程中将内能转化为机械能。若某汽车的汽油机在一段时间内所做的有用功为 2.3×107J，效率为25%，则该汽油机在这段时间内消耗 kg的汽油（汽油的热值取q汽油=4.6×107J/kg）。
【训练2-1】（2024·四川广元·中考真题）随着科技发展，人们已经开始将氢能作为一种新能源加以利用。已知氢燃料的热值为4.6×108J/kg，水的比热容为4.2×103 J/(kg⋅°C)。如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料30kg，这些氢燃料完全燃烧释放的热量为 J，若这些热量完全被水吸收，可使 kg水的温度从20℃升高到100℃。
【训练2-2】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20°C升高到820°C，水吸收的热量为 J，该柴火灶的热效率为 。[水的比热容是4.2×103 J/(kg⋅°C)]，这种干木柴的热值是]
模块三 能量的转化与守恒
知识清单
一、能量的转化和转移
1. 自然界存在着各种 的能量
（1）机械能：机械能包括动能、重力势能和弹性势能。
（2）内能：构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。一切物体都具有内能。
（3）太阳能：太阳能是一种可再生能源。
（4）化学能：各种物质都储存化学能，如燃料、动物、食物都储存有化学能。
（5）电能：电能是指使用电以各种形式做功的能力。
（4）核能：即原子能。原子核结构发生变化放出的能量。
2. 能量的转化
自然界中的各种现象都是互相联系的。在一定条件下，各种形式的能量是可以 的。例如“钻木取火”是 能转化为 能；蒸汽机火车是内能转化为机械能。
3. 能量的转移
能量可以从一个物体 到其他物体，也可以从物体的一部分转移到其他部分。
例如，在热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体或从物体的高温部分转移到低温部分，这些都属于能量的 。
二、能量守恒定律
1. 能量守恒定律：能量既不会凭空 ，也不会凭空 ，它只会从一种形式转化为其他 ，或者从一个物体转移到其他 ，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持 。
2. 对能量守恒定律的理解
（1）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。
（2）能量守恒定律包括“能量 ”和“能量 ”两个方面。
3. 永动机
（1）不少人曾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，从没有一种永动机成功过，因为违背了能量守恒定律。
（2）能量守恒定律使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为其他形式，而不能无中生有地制造能量。因此，根本不可能制造出永动机。
方法清单
考向01 能量的转化与转移
【例题1】（2024·南通·中考真题）2024年5月，中国“嫦娥六号”任务搭载四个国际载荷成功发射升空。火箭发射时，燃料燃烧获得的能量使其加速升空，与该过程能量转化形式相同的是（ ）
A．热机做功冲程 B．钻木取火过程
C．水力发电过程D．物体上抛过程
【训练1-1】随着我国人民生活水平的不断提高，汽车已进入寻常百姓家。汽车发动机的主要部分是汽油机，是把汽油燃烧放出的 转化为机械能的装置。汽油机工作时，克服摩擦消耗的能量、机械传热损失的能量以及废气排出带走的能量，都不能再自动地用来驱动汽车，这是由于能量转化具有 ，而我们所能利用的能源是有限的，所以需要节约能源。
【训练1-2】某路灯照明系统的太阳能电池白天将太阳能转化为电能，对蓄电池充电，晚上蓄电池对路灯供电，对下图方框中能量形式判断正确的是（ ）

A．甲是“电能” B．乙是“太阳能”C．丙是“电能” D．丁是“机械能”
【训练1-3】下列关于能量转化转移现象的说法中，正确的是（ ）
A．蓄电池充电时，化学能转化为电能
B．暖瓶塞跳起时，机械能转化为内能
C．用热水袋取暖时，内能发生了转移
D．电动机工作时，机械能转化为电能
考向02 能量守恒定律
【例题2】（2023·苏州·中考真题）《天工开物》中记载有一种自动引水灌溉工具——“高转筒车”（如图）。使用时下方转轮安装在河道中，流水驱动轮子转动，系在传动绳索上的竹筒将水从河里源源不断输送到上方农田中。下列说法正确的是（ ）

A．这是一台“永动机”
B．水在输送过程中重力势能不变
C．转轮转速越快输水做功功率越大
D．上、下两个转轮可分别看作定滑轮和动滑轮
【训练2-1】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
【训练2-2】如图是小球在地面弹跳的频闪照片，下列说法中正确的是（ ）

A．小球弹起的高度越来越小，说明在此过程中能量不守恒
B．根据能量守恒定律，在此过程中小球的机械能总量是保持不变的
C．在小球的运动中是通过做功的方式使内能增加
D．小球和地面之间发生撞击，所以小球的热量会增加
【训练2-3】人类文明，一脉相传。从远古的水磨，到今天的水电站，都是人类对水能的合理开发与利用。如图所示，图甲是远古的水磨，流水冲击水轮，水轮转动，去汲水、碾谷、磨面；图乙是今天的水电站，流水冲击水轮，带动发电机发电。下列说法不正确的是（ ）

A．水轮是人类把水能转化成水轮动能的装置
B．流水冲击水轮，带动发电机发电，减少的水能等于发电机产生的电能
C．右图中的拦河大坝，起到了提高水重力势能的效果
D．流水通过水轮后，其机械能减小
三、易混易错分析
内燃机转速与对外做功次数的关系
易混易错点1
【例题1】某汽车动力来自单缸四冲程汽油机，如图所示要完成汽油机的一个工作循环正确的顺序是____（用字母表示），其中将内能转化为机械能的冲程是图中的____（选填“A”、“B”、“C”或“D”），当它正常工作时转速为1800r/min，则每秒钟对外做功_____次。
对热值和比热容的理解
易混易错点2
【例题2】人类发展史也是利用燃料的历史，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的 （选填“热值”“热量”或“温度”）不同，完全燃烧0.28m3的天然气可放出 J的热量，这些热量若全部被水吸收，可让 kg的水温度升高20°C[已知天然气热值q=3.0×107J/m3，水的比热容c=4.2×103]/（kg·℃）]。
对能量转化和转移的理解
易混易错点3
【例题3】如图，忽略空气阻力，球以某速度从M点沿粗糙轨道开始运动，到达P点时离开轨道；然后球上升至最高点N后开始下落经过Q点。O、P处在同一水平高度。
（1）球在O、P两点的速度分别为vO和vp，则vO vp（选填“>”、“=”或“