2020届初中物理章节复习 第14章 内能的利用（单元考点讲、析）（原卷版） 9页

第十四章 内能的利用单元讲、析与提高（原卷版）‎ 对本章知识点进行提炼、总结和详解 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、能量的转化与守恒 ‎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。‎ 对本章常考热点、考查方式和考题类型进行剖析 ‎1.热机 热机是内能利用的典型实例，在复习中应该着重掌握热机的工作原理和热机能量转化过程。本节知识点有：汽油机和柴油机的特点，汽油机的四冲程跟踪过程，各冲程能量的转化过程。对各冲程的判断、工作过程以及能量的转化是本节主要考点。‎ 对本节考点的考查主要集中在汽油机四冲程的判断和能量转化两个方面。此问题一般与热现象的其他知识点结合在一起组成一个考题，也有单独作为一个考题的情况。考试题型以选择题为主（考查工作过程的判断、能量的转化），填空题为辅（能量的转化）。‎ 例题一：（2019·武威）如图所示是汽油机的______冲程。‎ ‎【答案】做功。‎ ‎【解析】本题考查了内燃机的做功冲程，常见题目。本题应抓住汽油机的一个工作循环由如图所示的四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。做功冲程：气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，火花塞冒出电火花。‎ 由图知，两气门都关闭，火花塞冒出电火花，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程。‎ 故答案：做功。‎ ‎2.热机效率 热机效率是本章重点内容，主要涉及到热值的概念及其相关计算，热机效率的计算三个方面。故本节主要内容是应用热值进行有关计算问题，希望在复习中加强学生计算能力的培养。中考试卷中有关效率和热值的计算，虽然分值不一定很高，但在考查学生计算能力和对效率概念的理解上，属于典型考题；考试题型以选择题、填空题为主，有的也作为一个知识点与其他压轴题结合。‎ 例题二：（2019·湘潭）图是某电水壶的铭牌，该电水壶正常工作1min产生　 　J的热量，如果这些热量84%被冷水吸收能使‎2.0L的水温度升高上　 　℃。‎ ‎【解析】由电水壶的铭牌可知其额定功率，由Q＝W＝Pt计算正常工作1min产生的热量；由密度公式先计算‎2.0L水的质量，再根据Q吸＝cm△t＝84%Q计算水温升高的多少。‎ ‎【解答】（1）由图知，电水壶的额定功率为1500W，所以正常工作1分钟产生的热量：‎ Q＝W＝Pt＝1500W×60s＝9×104J；‎ ‎（2）由ρ＝可得水的质量：m＝ρV＝1.0×‎103kg/m3×2.0×10﹣‎3m3‎＝‎2kg，‎ 这些热量84%被冷水吸收，即Q吸＝84%Q放，‎ 由Q＝cm△t得水升高的温度：△t＝＝＝‎9℃‎。‎ 故答案为：9×104；9。‎ ‎3.能量的转化与守恒 能量转化与守恒比较抽象，也是学生学习热学内容的收尾，在本节主要考查能量的转化形式和理解能量的守恒概念。尤其是对能量守恒概念的理解是学生学习的难点，同样也是本节的重点。中考试卷中有关转化与守恒的问题也会经常出现，希望引起大家的重视。本节内容一般不会单独组成一个试题，大多数会和热学部分的其他知识点结合在一起组成一个题目；考查主要方向是能量之间的转化，考试题型以选择题、填空题为主。‎ 例题三：（2019·邵阳）电动自行车、电动摩托车、电动汽车、电动公交车等已广泛应用于现代生活中，它们都是利用电动机来工作的，电动机工作过程中能量转化情况主要是（　　）。‎ A．电能转化成热能； B．电能转化成机械能；‎ C．机械能转化成电能；D．太阳能转化成机械能 ‎【解析】在做能量的转化这种题时，我们要注意分析哪种能量增加了，哪种能量减少，因为总是减少的这种能量转化为增加的那种能量。‎ ‎【解答】电动机工作过程中，消耗了电能，将其转化为机械能，故B正确。‎ 故选：B。‎ ‎4.考点分类：本单元考点分类见下表 考点分类 考点内容 考点分析与常见题型 常考热点 各冲程的判断、能量的转化 选择题或填空题，判断属于什么冲程，工作过程中能量的转化 热机效率计算 选择题或填空题，考查对热机效率的理解与计算 热值有关计算 填空题居多，考查热值概念与应用 能量的转化 选择题或填空题，考查能量之间是如何转化的 一般考点 汽油机工作原理 简答题居多，分析判断汽油机的工作过程 能量守恒 选择题、填空题，考查对能量守恒概念的理解 冷门考点 汽油机和柴油机的异同 选择题、简答题，考查汽油机和柴油机的异同 热机效率概念的辨析 选择题居多，考查对热机效率的理解 以近三年各地中考真题为选材，对本章常考热点进行示例详解 示例一：热机：（2018·滨州）如图是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（　　）。‎ A．压缩冲程，将化学能转化成内能；B．压缩冲程，将机械能转化成内能；‎ C．做功冲程，将内能转化成机械能；D．做功冲程，将机械能转化成内能 ‎【考点】冲程类型判断。‎ ‎【解析】图中的气门关闭，活塞下行，并且电火花打火，这是做功冲程的特点；在做功冲程中，能量转化关系是气体的内能转化为机械能,故选C。‎ ‎【答案】C。‎ 示例二：热机效率：（2018·荆州）某家庭用的电热水器将体积为‎60L，温度为‎20℃‎的自来水加热到‎50℃‎，则水吸收的热量为 J［水的比热容4.2×103J/（kg·℃）］。若热水器的功率为2000W，用时5000s，则该热水器的效率为 。‎ ‎【考点】比热容应用、效率计算。‎ ‎【解析】（1）根据公式求‎60L水从温度为‎20℃‎加热到‎50℃‎，吸收的热量；（2）利用公式求放处的热量，然后利用公式求出效率。‎ 解答：根据公式求‎60L水从温度为‎20℃‎加热到‎50℃‎，吸收的热量为：‎ ‎（每升水质量为‎1kg）；‎ 热水器发出的热量：；‎ 故效率为：。‎ ‎【答案】7.56×106J；75.6%。‎ 示例三：能量转化与守恒：（2017•岳阳）随着人们的生活水平的提高，汽车走进千家万户。关于小汽车涉及的知识说法正确的是（ ）。‎ A．用甘油做发电机的冷却剂；‎ B．发电机做功冲程将内能转化为机械能；‎ C．精心保养可使发电机的效率达到100%；‎ D．排出的尾气对环境没有任何污染 ‎【考点】热机、内能的利用。‎ ‎【解析】A．用甘油做发电机的冷却剂，错误；用水的比热容大的特性，用水做冷却剂。‎ B．发电机做功冲程将内能转化为机械能，正确。‎ C．精心保养可使发电机的效率达到100%，错误，任何机械运动都会发热做额外功。‎ D．排出的尾气对环境没有任何污染，错误，排出的尾气对环境有污染。故选B。‎ ‎【答案】B。‎ 以近三年各地中考试题和模拟题为选材，以常考热点为突破点进行提高训练 一、选择题 ‎1.（2019·达州）下列关于热现象的说法中正确的是（　　）。‎ A．物体的温度越高所含的热量越多；‎ B．内燃机的做功冲程将机械能转化成内能；‎ C．打扫卫生时灰尘飞扬说明分子在永不停息地做无规则运动；‎ D．物质的比热容越大反映了物质吸收或放出热量的能力越强 ‎2.（2017•烟台）如图所示，是汽油机工作时的四个冲程，其中属于做功冲程的是（　）。‎ A． B． C． D．‎ ‎3.（2017•杭州）如图，汽油机处于工作过程中的某个冲程，对此冲程下列叙述正确的是（　）。‎ A．压缩冲程，机械能转化为内能；‎ B．压缩冲程，内能转化为机械能；‎ C．做功冲程，机械能转化为内能；‎ D．做功冲程，内能转化为机械能 ‎4.（2017•河北）下列说法正确的是（　 ）。‎ A．热机消耗的燃料越多，效率就越低；‎ B．热传递中温度总是从热的物体传给冷的物体；‎ C．同一物体，温度降低的越多，放出热量就越多；‎ D．人体内水的比例很高，有助于调节体温，以免温度变化太快对身体造成危害 ‎5．（2018•温州）某智能百叶窗的叶片上贴有太阳能板，在光照时发电，给电动机供电以调节百叶窗的开合。该过程中发生的能量转换是（　　）。‎ A．电能→机械能→光能；B．光能→机械能→电能；‎ C．光能→电能→机械能；D．机械能→电能→光 ‎6．（2018•淄博）关于热和能，正确的说法是（　　）。‎ A．热传递过程中，内能大的物体放出热量；‎ B．热机做功冲程中，内能转化为机械能；‎ C．物体内能减少，温度一定降低；‎ D．燃料的热值越大，燃烧时放出的热量越多 二、填空题 ‎7.（2019·海南）‎2019年6月5日，我国首次用固体燃料运载火箭把“文昌物联一号”卫星成功送上太空。火箭发射时要选用热值_______的固体燃料（选填“大”或“小”），燃料的质量减少，热值_______（选填“变小”或“不变”）。‎ ‎8.（2019·苏州）苏州如图所示，在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小团干燥的棉花，用力将活塞迅速下压，棉花被点燃。此过程的能量转化方式与汽油机的______冲程相同。某效率为25%的汽油机在一次工作中消耗了‎4kg汽油，该汽油机对外做的机械功为______J。（汽油热值为4.6×107J/kg）‎ ‎9.（2019·菏泽）小明家有辆排量‎1.6L的汽车，行驶‎100km油耗约为‎5kg，汽油的热值为4.6×107J/kg，若这些汽油完全燃烧，可放出_________J热量，燃油汽车产生的_________对环境会造成污染。‎ ‎10.（2018·衢州）小柯在科技馆看到许多奇思妙想和趣味实验；‎ 奇思妙想﹣六冲程引擎。这种引擎在完成四冲程工作后，会把水注入汽缸，使水瞬间变成水蒸气，从而带动活塞运动，产生第五冲程，为汽车提供动力，第六冲程是让水蒸气进入冷凝器，变成可再次注入汽缸的水。则第五冲程相当于图中四冲程汽油机的　 　（填序号）。‎ 甲． 乙． 丙． 丁．‎ ‎11.（2019·泸州）截至‎2019年4月14日，泸州云龙机场已开通31条航线。从云龙机场飞往北京的某航班在水平跑道上加速的初始阶段，牵引力沿水平方向，大小为9.2×104N，经过的路程为‎1000m，则牵引力所做的功为______J；若飞机发动机的效率为25%，在此过程中，消耗的汽油为______kg，这些汽油的体积为______m3．（取汽油的密度ρ=0.7×‎103kg/m3，汽油的热值q=4.6×107J/kg）‎ ‎12.（2019·绵阳）一个标准大气压下，将质量‎1.0kg的水从‎20℃‎加热到沸腾，水吸收的热量是________J。小明家天然气热水器的热效率是84%，他某次洗澡，耗水‎40kg，自来水进热水器的温度是 ‎24℃‎‎，出热水器的温度是‎40℃‎，小明这次洗澡消耗天然气________m3。已知水的比热容是4.2×103J/（kg℃），天然气的热值是3.2×107J/m3。‎ ‎13.（2019·遂宁）为了减少环境污染，共建绿水青山的美好生态，我市部分农村地区已经用上了天然气烧水煮饭，设天然气热值为4.2×107J/kg，完全燃烧‎0.2kg天然气放出的热量为______J；若这些热量的25%被‎12.5kg、‎30℃‎的水吸收，能使水的温度升高到______℃。（c水=4.2×103J/kg•℃）‎ ‎14.(2019·湖州)我们经常会看到一边行驶一边向空中喷雾的汽车，人们形象地将它称为雾炮车（如图）。喷向空中的水雾能使尘埃粒子快速沉降到地面，起到净化空气的作用。‎ ‎（1）喷向空中的水雾，有许多在掉向地面之前已经在空中散失了，还能起到降温作用。其原理是______。‎ ‎（2）该雾炮车的发动机是柴油机。柴油机四个冲程中的______冲程实现了内能转化为机械能，从而驱动雾炮车前进。‎ ‎15.（2019·达州）某单缸四冲程汽油机正常工作时飞轮的转速为2400r/min，若每次做功冲程对外所做的有用功为300J，则该汽油机的输出功率为　 　W，所使用的燃料是　 　能源（选填“可再生”或“不可再生”）。‎ ‎16.（2018•聊城）在热机的四个冲程中，把机械能转化为内能的是　 　冲程。汽油机工作时要产生大量的热，通常采用水循环将热带走，这是利用水　 　的特性。‎ ‎17.（2018•泸州）常规潜艇以四冲程柴油内燃机为动力，工作时包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，其中机械能转化为内能的是　 　冲程；核潜艇利用核反应堆发生核裂变提供动力，其核能是　 　（选填“新能源”或“常规能源”）；在海面下潜艇上浮过程中受到的重力　 　下潜过程中受到的重力（选填“等于”、“小于”或“大于”）。‎ ‎18.(2018·南充）某台汽油机飞轮的转速为1800r/min，在1s内，汽油机完成了　 　个工作循环。如果汽油机在一段时间内消耗了‎500g汽油，若这些汽油完全燃烧，可放出热量　 　J。（q汽油=4.6×107J/kg）‎ ‎19.（2018·荆州）某家庭用的电热水器将体积为‎60L，温度为‎20℃‎的自来水加热到‎50℃‎，则水吸收的热量为 J［水的比热容4.2×103J/（kg·℃）］。若热水器的功率为2000W，用时5000s，则该热水器的效率为 。‎ 三、计算题 ‎20.（2019·益阳）某居民家安装了一台电热水器，其铭牌标示如下表所示。加满‎20℃‎的水后加热至‎70℃‎，已知水的比热容c水=4.2×103J/（kg•℃），干木材的热值q=1.2×107J/kg。‎ ‎（1）水需要吸收多少热量？‎ ‎（2）电热水器正常工作时至少需要多长时间？‎ ‎（3）如果用干木材替代电热水器烧水，效率为14%，需要多少干木材？‎ ‎××型电热水器 额定加热功率 ‎2400W 加热方式 电加热器 额定电压 ‎220V 安全等级 防触电保护一类 温度设定范围 ‎20℃‎‎～‎‎90℃‎ 净重 ‎20kg 容量 ‎40L 整机外形尺寸 ‎530mm‎×‎400mm×‎‎400mm 出厂日期 ‎2019年5月15日