2023 物理新中考二轮复习热点透析 核心考点06 内能的利用

核心考点06 内能的利用

一、考向分析

1.分子热运动：扩散；分子间作用力。

2.内能：影响物体内能大小的因素。

3.内能的改变：做功和热传递。

4.比热容：比热容的定义；热量的计算。

5.热机：燃料的热值定义及意义；内能的利用方式；热机。

6.能量的转化和守恒

7.能与可持续发展：能的分类；新能的开发。

命题主要以选择题、填空题、简答题，实验题或计算题的形式呈现。

二、考点详解

1.单缸四冲程汽油机的工作循环

单缸四冲程内燃机的四个冲程

汽油机与柴油机的区别

2.热机的效率

1.热机效率：热机所做的有用功与所用燃料完全燃烧释放的热量之比。其值一定小于1。

公式：η=×100%。一般用W=Fs或者W=Pt计算有用功；用Q放=mq或Q放=vq计算Q放。

2.提高热机效率的一些途径：①让燃料燃烧更充分；②减轻热机的质量；③较少热机各部件之间的摩擦；④废气再利用等。

3.能量守恒定律

能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其它形式，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。

【注意】

1.根据汽油机的转速计算单位时间内的做功、冲程数

因为1个工作循环，飞轮转动2圈，经历4个冲程，对外做功1次。所以根据转速计算单位时间内的做功、冲程数时，关键看单位时间内飞轮转动的转数。设飞轮的转速为NR/min,则它等于。

即1s内飞轮转过N/60转，所以做功冲程数为N/120；冲程数为N/30。（即做功次数等于转数的一半，冲程数等于转数的2倍）

2.热机效率的计算

计算公式：η=×100%。一般用W=Fs或者W=Pt计算有用功；用Q放=mq计算Q放。注意各量的单位的统一。质量一定要用kg为单位；路程用m为单位；功率用W为单位；t用s为单位。若果q的单位是J/m3,则Q放=vq。

三、真题再现

1.（2021海南）在冬天，人们常常搓手取暖，这个过程中的能量转化与四冲程内燃机的哪个冲程相同（    ）

A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程

【答案】B

【解析】人们在冬天常常搓手取暖，是通过搓手将机械能转化为内能，内能增加，温度升高，手暖和，这是通过做功的方式改变手的内能，这与汽油机工作中的压缩冲程的能量转化相同，都是将机械能转化为内能。选B。
2.（2021广东）关于四冲程汽油机的工作过程，下列说法正确的是（     ）

A. 吸气冲程：只吸入空气 B. 压缩冲程：缸内温度降低
C. 做功冲程：气体推动活塞做功 D. 排气冲程：内能转化为机械能

【答案】C

【解析】A.汽油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物，A错。
B.在压缩冲程，活塞对气体做功，将机械能转化为内能，气体的内能变大，温度升高，B错。
C.做功冲程中，燃气对活塞做功，燃气的内能转化为活塞的机械能，C正确。
D.排气冲程中没有能量的转化，D错。选C。

3.（2020·江苏无锡市·中考真题）如图所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底放一小团干燥的硝化棉，用力将活塞迅速下压，观察到硝化棉燃烧。在下压过程中，下列说法正确的是（　　）

A．筒内空气温度降低

B．筒内空气的内能转化为活塞的机械能

C．改变筒内空气内能的方式是热传递

D．能量转化过程与汽油机的压缩冲程相同

【答案】D

【详解】

在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小撮干燥的硝化棉，用力将活塞迅速向下压，棉絮燃烧起来，筒内空气温度升高，这是因为压缩筒空气做功，使筒内空气的内能增加；该实验中，压缩筒内空气做功，活塞的机械能转化为筒内空气的内能，与内燃机的压缩冲程的能量转化相同。故D正确，ABC错误。

故选D。

4.（2020·山东烟台市·中考真题）如图所示，给试管里的水加热，水沸腾后，水蒸气推动橡皮塞冲出试管口，这个过程与选项四冲程汽油机工作示意图中，哪一个冲程的能量转化过程是相同的（　　）

A． B． C． D．

【答案】C

【详解】

水蒸气推动橡皮塞冲出试管口，这个过程是把水的内能转化为橡皮塞的机械能，与汽油机中的做功冲程能量转化过程相同。A为压缩冲程，B为排气冲程，C为做功冲程，D为吸气冲程。

故选C。

5.（2021怀化）如图所示是某四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，它是（　　）

A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程

【答案】B

【解析】由图可知，进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，B正确。选B。

6.（2021宁波）在如图所示的“汽油机模型”实验中，将少量的汽油喷入筒内，用软木塞塞住筒口，摇动起电机，观察到放电针放电，汽油燃烧，软木塞被高温高压的气体冲出。该实验可模拟四冲程汽油机工作时的（    ）

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】当放电针放电时，汽油燃烧，圆筒内气体的内能增加，气体对软木塞做功，软木塞被高温高压的气体冲出，而汽油机的做功冲程对外做功，因此该实验可模拟四冲程汽油机工作时的做功冲程。选C。

7.（2021菏泽）热学知识在日常生活中有广泛的应用，下列说法正确的是（   ）           

A. 四月的荷泽牡丹飘香，说明分子间有空隙
B. 摩擦生热是通过热传递改变了物体的内能
C. 热机通过压缩冲程将机械能转化为内能
D. 暖气片内用水作为导热介质是因为水的沸点较高

【答案】 C  

【解析】A．四月的荷泽牡丹飘香，说明分子在不停地坐无规则运动，A错。

B．摩擦生热，克服摩擦力做功产生热量，是通过做功改变了物体的内能，B错。

C．热机通过压缩冲程对热机内气体做功，将机械能转化为内能，C正确。

D．暖气片内用水作为导热介质是因为水的比热容较大，当质量与降低相同温度时，水比其他液体放出的热量多，D错。选C。

8.（2021贵港）如图所示，在试管里注入少量的水，用软木塞塞紧管口，用酒精灯加热。一会儿试管里的水沸腾了，水蒸气把软木塞向上冲起。下面解释正确的是（   ） 

A. 这个过程与内燃机的做功冲程类似
B. 试管内水的内能增加是通过做功方式改变
C. 酒精燃烧时是内能转化为化学能
D. 管内水蒸气的内能减少，温度降低，在试管口变成白色的热空气

【答案】 A    

【解析】A ．在汽油机的做功冲程中，燃气膨胀做功，将内能转化为机械能，所以汽油机的做功冲程是此原理的应用，A正确。

B．用酒精灯加热，是通过热传递的方式使得水的内能增加，产生大量水蒸气，B错

C．酒精灯燃烧时，把化学能转化为内能，C错。

D．水蒸气对木塞做功，水蒸气的内能转化为木塞的机械能木塞冲出；此时水蒸气的内能减少，温度降低，液化为小水滴，即我们看到的白雾，D错。选A。

9.（2020·广西玉林市·中考真题）如图所示，用酒精灯给试管里的水加热，塞子受到水蒸气的压力而冲出去，水蒸气的内能转化为塞子的______；若完全燃烧10g的酒精，则能释放出______J的热量。（酒精的热值为3.0×107J/kg）

【答案】机械能    3.0×105   

【分析】

(1)当物体对外做功时，物体的内能转化为机械能，物体的内能减小，内燃机的做功冲程就是利用这种原理。

(2)知道酒精的热值和质量，根据进而可求出放出的热量。

【详解】

[1]在实验过程中，酒精燃烧产生的化学能会转化为试管内水和水蒸气的内能，当内能增大到一定程度时，水蒸气的内能会转化为塞子的机械能，把塞子冲出去。

[2]完全燃烧10g的酒精，放出的热量为

10.（2021黑龙江）如果汽油机飞轮转速是2400r/min，则该汽油机每秒完成______个冲程，对外做功______次。

【答案】80    20   

【解析】汽油机飞轮转速是2400r/min，则每秒钟飞轮转的转数为：n= r=40r。飞轮转1转对应的是两个冲程，所以40r对应着是80个冲程。一个工作循环飞轮转2转，飞轮转40转是20个工作循环，一个工作循环对外做功一次，则20个工作循环对外做功20次。

11.2020苏州19)某燃气热水器将20kg的水从10℃加热到60℃，完全燃烧了0.21m3的煤气。水吸收的热量是　   　J．热水器烧水的效率是　   　。[已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值为4×107J/m3]

【答案】4.2×106     50%

【解析】水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×20kg×（60℃﹣10℃）＝4.2×106J。

煤气完全燃烧放出的热量：Q放＝qV＝4×107J/m3×0.21m3＝8.4×106J。

热水器烧水的效率：η= ×100%= ×100%=50%。

12.（2021武威）如图所示是四冲程汽油机内部剖面图，此为________冲程；汽油机需要用冷却液进行降温，是利用了冷却液的________大的特性。 

【答案】 做功    比热容     

【解析】四冲程汽油机的四个冲程分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。分析图，此时汽油机进气门、排气门都关闭，活塞向下运动，火花塞正在点火，由此判断是四冲程汽油机的做功冲程。 通常选用比热容大的物质做冷却液，相同质量的该种物质，吸收相同的热量，温度升高得少。

13.（2021达州）如图所示是四冲程汽油机的______ 冲程，该冲程中，汽缸内燃气的内能______ （选填“变大”“变小”“不变” ）；0.5kg汽油完全燃烧后放出热量的42%被质量为100kg、初温为25kg的水吸收，可使水温升高到______℃。【q油=4.6×107J/kg；c水=4.2×103J/（kg.℃）】

【答案】做功  变小  43

【解析】图中，两个气阀关闭，火花塞喷出电火花，活塞向下运动，是做功冲程，在这一过程中化学能转化为内能再转化为机械能，汽缸内燃气的内能。
完全燃烧0.5kg汽油放出的热量Q放=mq=0.5kg×4.6×107J/kg=2.3×107J；水吸收的热量Q吸=ηQ放=

42%×2.3×107J=9.66×106J；水升高到的温度为：Δt= = =23℃；水的温度升高到：t=t初+Δt=20℃+23℃=43℃。

14.（2021广东）如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的______ 大，火箭发射升空时，燃料的化学能转化为______ 能，再转化为火箭的机械能，这个过程中火箭的机械能______（选填“守恒”或“不守恒”）。

【答案】热值  内  不守恒

【解析】运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较大的热值，完全燃烧相同质量的液态氢和其它燃料相比，液态氢可以释放出更多的热量；并且所需的液态氢的体积小，便于储存和运输。火箭发射升空时，燃料通过燃烧将化学能转化为燃气的内能，燃气对火箭做功，又将内能转化为火箭的机械能，使得火箭的机械能增大，所以机械能不守恒。
15.（2021枣庄）如图是四冲程汽油机的某个冲程，由图可看出它正处于________冲程，该冲程将机械能转化为________能，若该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功________次。 

【答案】 压缩    内   30     

【解析】【如图，进气门、排气门都关闭，活塞向上运动，它正处于压缩冲程。 此过程中活塞压缩气缸内的气体，对气体做功，使气体内能增加，将机械能转化为内能。若该汽油机飞轮的转速是60r/s，飞轮转2圈做一次功，则汽油机每秒钟对外做功30次。

16.（2021嘉兴）核能是一种高效清洁的能。2020年11月，具有完全自主产权的“华龙一号”核电机组并网发电。如图是核电机组示意图，通过三个回路的设计有效提高了安全性。

（1）一回路：反应堆中核燃料反应产生大量的热，从而将水加热到约320℃，气压达到150多个标准大气压，此时水不会沸腾的原因是______ 。
（2）二回路：蒸汽发生器中的水被加热后______ （填物态变化名称）成水蒸气，这些水蒸气推动汽轮机带动发电机发电。

（3）三回路：核电站通常建在海边用海水作冷凝剂，原因是海水量多且______ 。

【答案】气压增大，水的沸点升高  汽化  比热容大

【解析】（1）在一个标准大气压下，水的沸点是100℃。当上方气压增加时，沸点也增加，此题中水面上方有150多个标准大气压，所以将水加热到约320℃也不会沸腾。

（2）蒸发器中的水是液体，被加热后变成了水蒸气，水蒸气是气体，水由液态变为气态是汽化。

（3）因为在质量一定的情况下，升高相同的温度，物质比热容越大，吸收的热量就越多。核电站用水做冷却剂就是应用了水的比热容较大这一特性。

17.（2020·湖南张家界市·中考真题）为节约能、保护环境，现把乡村大量农作物秸秆做成秸秆煤（热值为2.4× J/kg）。秸秆媒燃烧释放出的热量有40%被水吸收。现把50kg、20℃的水升高到100℃需要吸收___________热量，需完全燃烧秸秆煤___________kg。

【答案】1.68×J    1.75   

【详解】

[1]烧水所需吸收的热量

[2]秸秆煤所放出的热量

燃烧秸秆煤的质量

18.（2020·广西百色市·中考真题）如今太阳能热水器已走进了千家万户，某家庭太阳能热水器某天内接收太阳能的总热量为2.52×107J，使质量为80kg、初温为20℃的水温度升高到50℃，求：

(1)已知干木柴的热值为q＝1.2×107J/kg，若由燃烧干木柴来提供2.52×107J的热量需要完全燃烧多少千克干木柴？

(2)这天该太阳能热水器中的水吸收的热量是多少？[水的比热容为c＝4.2×103J/（kg·℃）]

(3)该太阳能热水器的效率是多少？

【答案】(1)2.1kg；(2) ；(3)40%

【详解】

(1) 需要完全燃烧干木柴的质量是

(2) 水吸收的热量是

(3) 该太阳能热水器的效率是

答：(1) 需要完全燃烧干木柴的质量是；

(2) 水吸收的热量是；

(3) 该太阳能热水器的效率是。