專題27內能的利用【核心考點講解】1、熱機（1）定義：把內能轉化為機械能的機器叫熱機。（2）內燃機：①沖程：活塞在汽缸內往復運動時，從汽缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個沖程。②內燃機的工作過程：內燃機的每一個工作循環分為四個階段：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。其中，吸氣沖程、壓縮沖程和排氣沖程是依靠飛輪的慣性來完成的，而做功沖程是內燃機中唯一對外做功的沖程，是由內能轉化為機械能。壓縮沖程將機械能轉化為內能。③汽油機和柴油機區別汽油機：氣缸頂、吸入空氣和汽油混合、點燃式、效率較低；柴油機：氣缸頂、吸入空氣、壓燃式、效率較高。2、熱機效率（1）燃料的熱值①定義：某種燃料完全燃燒放出的熱量與的其質量之比，叫做這種燃料的熱值。用符號“q”表示。②定義式：q=Q/m（q為熱值）（若燃料是氣體，則q=Q/v）③單位：J/kg，讀作：焦耳每千克J/m3讀作：焦耳每立方米。④注意：熱值反映的是某種物質的一種燃燒特性，同時反映出不同燃料燃燒過程中，化學能轉變成內能的本領大小，它是燃料本身的一種特性，只與燃料的種類有關，與燃料的形態、質量、體積等均無關。（2）熱機的效率①熱機的能量流圖真正能轉變為對外做的有用功的能量只是燃料燃燒時所釋放能量的一部分。②定義：熱機工作時,用來做有用功的那部分能量，與燃料完全燃燒放出的能量之比叫做熱機的效率。③公式：η=Q有/Q總×100%其中，Q有為做有用功的能量；Q總為燃料完全燃燒釋放的能量。④提高熱機效率的主要途徑

1°改善燃燒環境，使燃料盡可能完全燃燒，提高燃料的燃燒效率。2°盡量減小各種熱散失。3°減小各部件間的摩擦以減小因克服摩擦做功而消耗的能量。4°充分利用廢氣帶走的能量，從而提高燃料的利用率。【必刷題型精練】1．（2021?淮安中考）如圖所示，將鐵絲快速彎折十余次，彎折處溫度升高，該過程與四沖程汽油機哪一個沖程能量轉化相同？（）A．吸氣沖程 B．壓縮沖程 C．做功沖程 D．排氣沖程解：將鐵絲快速彎折十余次，對鐵絲做功，鐵絲的內能增加，溫度升高，此過程中機械能轉化為內能；汽油機的壓縮沖程是機械能轉化為內能的沖程，與上述能量轉化相同。答案：B。2．（2021?廣東中考）關于四沖程汽油機的工作過程，下列說法正確的是（）A．吸氣沖程：只吸入空氣 B．壓縮沖程：缸內溫度降低 C．做功沖程：氣體推動活塞做功 D．排氣沖程：內能轉化為機械能解：A、汽油機在吸氣沖程中吸入的是汽油和空氣的混合物，故A錯誤；B、在壓縮沖程，活塞對氣體做功，將機械能轉化為內能，氣體的內能變大，溫度升高，故B錯誤；C、做功沖程中，燃氣對活塞做功，燃氣的內能轉化為活塞的機械能，故C正確；D、排氣沖程中沒有能量的轉化，故D錯誤。答案：C。3．（2021?寧波中考）在如圖所示的“汽油機模型”實驗中，將少量的汽油噴入筒內，用軟木塞塞住筒口，搖動起電機，觀察到放電針放電，汽油燃燒，軟木塞被高溫高壓的氣體沖出。該實驗可模擬四沖程汽油機工作時的（）A．吸氣沖程 B．壓縮沖程 C．做功沖程 D．排氣沖程解：當放電針放電時，汽油燃燒，圓筒內氣體的內能增加，氣體對軟木塞做功，軟木塞被高溫高壓的氣體沖出，而汽油機的做功沖程對外做功，因此該實驗可模擬四沖程汽油機工作時的做功沖程。答案：C。4．（2021?邵陽中考）小汽車已成為大多數家庭出行代步的工具，其發動機大多數為汽油機，下列有關汽油機的說法正確的是（）A．汽油機的吸氣沖程吸入的是空氣 B．汽油機的效率一般比柴油機的效率高 C．汽油機的點火方式是壓燃式 D．汽油機的壓縮沖程是把機械能轉化為內能解：A、在吸氣沖程，柴油機吸入氣缸的只是空氣，汽油機吸入氣缸的是汽油和空氣的混合物，故A錯誤；B、壓縮沖程柴油機壓縮程度更大，壓縮沖程末溫度更高，所以柴油機屬于壓燃式，它的機械效率更高，故B錯誤；C、在做功沖程，汽油機的點火方式叫點燃式，柴油機的點火方式叫壓燃式，故C錯誤；D、汽油機在壓縮沖程，將機械能轉化內能，故D正確。答案：D。5．（2021?湘潭中考）如圖所示，四沖程內燃機工作循環中一個沖程的示意圖，它是（）A．壓縮沖程，將內能轉化為機械能 B．壓縮沖程，將機械能轉化為內能 C．做功沖程，將內能轉化為機械能 D．做功沖程，將機械能轉化為內能解：圖中的氣門關閉，活塞下行，因此這是做功沖程；在做功沖程中，將內能轉化機械能。答案：C。6．（2021?自貢中考）關于四沖程內燃機，下列說法正確的是（）A．汽油機和柴油機都是內燃機，吸入汽缸的物質相同 B．汽油機和柴油機都是通過火花塞點火的 C．燃料在汽缸內猛烈燃燒，燃料熱值迅速減小 D．壓縮沖程主要是通過做功的方式增大缸內氣體的內能解：A、柴油機和汽油機都屬于內燃機，工作過程中，汽油機吸入的是空氣和汽油的混合物，柴油機吸入的是空氣，故A錯誤；B、汽油機是通過火花塞點火的，而柴油機是通過壓燃式點火的，故B錯誤；C、燃料在汽缸內猛烈燃燒，燃料熱值保持不變，故C錯誤；D、壓縮沖程中，活塞壓縮氣體，對氣體做功，氣體的內能變大，故D正確。答案：D。7．（2021?成都模擬）有甲、乙兩臺汽油機，若在同一時間內甲做的有用功是乙做的有用功的2倍，甲的效率是25%，乙的效率是20%，則在同樣時間內，甲、乙兩汽油機消耗的汽油之比為（）A．2：5 B．8：5 C．5：8 D．5：2解：由熱機效率公式η＝可得：Q總甲＝，Q總乙＝，所以Q甲總：Q乙總＝：＝：＝8：5；又因為Q＝mq，即甲、乙兩機消耗的汽油質量之比是8：5。答案：B。8．（2021?邵陽中考）電動機已廣泛應用到現代化生活了，如電動汽車、電動摩托車、電風扇、電動耕田機等，對其工作過程中能量轉換表述正確的是（）A．電能轉化成機械能 B．機械能轉化成電能 C．太陽能轉化成機械能 D．內能轉化成機械能解：電動機工作過程中，消耗了電能，將其轉化為機械能，電動汽車、電動摩托車、電風扇、電動耕田機都應用了電動機，故A正確。答案：A。9．（2021?杭州模擬）一個四沖程熱機的飛輪轉速為1800r/min，它1s完成了（）A．30個沖程，做了30次功 B．60個沖程，做了60次功 C．120個沖程，做了30次功 D．60個沖程，做了15次功解：四沖程熱機的飛輪轉速為1800r/min，則該飛輪每秒鐘轉30圈。因為一個工作循環飛輪轉2圈，完成四個工作沖程，做功1次，所以飛輪轉30圈共完成60個沖程，做功15次。由上述可知選項A、B、C都不正確。答案：D。10．（2020?棗莊中考）關于熱機的效率，下列說法正確的是（）A．在做功同樣多的情況下，熱機的效率越高消耗的燃料越多 B．一般情況下柴油機的效率比汽油機的高 C．熱機的效率越高說明做功越快 D．熱機損失的能量中，廢氣帶走的能量較少，主要是由于機械摩擦損失的解：A．熱機的效率越高，做有用功與燃料完全燃燒放出的熱量的比值越大，即在做功相同的情況下，消耗的燃料較少，或消耗相同的燃料，做功較多，故A錯誤。B．一般情況下柴油機的效率比汽油機的高，多用在重型機器上，故B正確；C．熱機的效率是有用功與燃料完全燃燒放出的熱量的比值，熱機的效率越高說明有用功與總功的比值越大；功率表示做功的快慢，功率越高說明做功越快，效率和功率是兩個不同的物理量，二者之間沒有必然聯系，故C錯誤；D．根據內燃機的能量流向，熱機損失的能量中，廢氣帶走的能量較多，故D錯誤。答案：B。11．（2020?海南中考）如圖所示，用酒精燈加熱試管里的水，產生的水蒸氣將試管塞沖向空中。在這個過程中，能量轉化的順序為（）A．內能﹣機械能﹣化學能 B．化學能﹣內能﹣機械能 C．機械能﹣內能﹣化學能 D．內能﹣化學能﹣機械能解：用酒精燈加熱水的過程中，酒精的化學能轉化為試管和水的內能；當水沸騰時產生大量的水蒸氣，試管內的氣體壓強增大，大于外界大氣壓，就會將塞子沖出；此時試管內水蒸氣對塞子做功，水蒸氣的內能減小，轉化為塞子的機械能，即能量轉化的順序為化學能→內能→機械能，故B正確。答案：B。12．（2021?泰安模擬）某品牌無人駕駛汽車在一段平直公路上勻速行駛6.9km，用時5min45s，消耗燃油1.5kg，已知汽車的牽引力是2000N，燃油的熱值為4.6×107J/kg，假設燃油完全燃燒。通過計算可知，下列結果正確的是（）①汽車行駛速度是20km/h②消耗的燃油完全燃燒放出的熱量是6.9×107J③汽車牽引力做功的功率是30kW④汽車發動機的效率是20%A．只有①和② B．只有②和③ C．只有①和④ D．只有②和④解：①汽車的行駛速度：v＝＝＝72km/h，故①錯誤；（2）消耗的燃油完全燃燒放出的熱量：Q放＝mq＝1.5kg×4.6×107J/kg＝6.9×107J，故②正確；（3）該汽車牽引力所做的功：W＝Fs＝2×103N×6.9×103m＝1.38×107J，該汽車牽引力所做功的功率：P＝＝＝40000W＝40kW，故③錯誤；（4）汽車消耗燃油的產生的熱量：Q放＝mq＝1.5kg×4.6×107J/kg＝6.9×107J，該汽車的效率：η＝＝×100%＝20%，故④正確。答案：D。13．（2021?廣東中考）如圖為火箭發射的場景，火箭的燃料使用了液態氫，主要是因為它的熱值大，火箭發射升空時，燃料的化學能轉化為內能，再轉化為火箭的機械能，這個過程中火箭的機械能不守恒（選填“守恒”或“不守恒”）。解：（1）運載火箭采用液態氫作為火箭的燃料，原因是液態氫具有較大的熱值，完全燃燒相同質量的液態氫和其它燃料相比，液態氫可以釋放出更多的熱量；并且所需的液態氫的體積小，便于儲存和運輸。（2）火箭發射升空時，燃料通過燃燒將化學能轉化為燃氣的內能，燃氣對火箭做功，又將內能轉化為火箭的機械能，使得火箭的機械能增大，所以機械能不守恒。答案：熱值；內；不守恒。14．（2021?常州中考）生活垃圾的熱值為3×106J/kg，位于武進區遙觀鎮的垃圾焚燒發電廠每天完全燃燒800t生活垃圾，放出熱量2.4×1012J，放出熱量的30%用來發電，每天可發電2×105kW?h，放出熱量的42%用來加熱水供給附近小區，1標準大氣壓下，每天可將3×106kg的水由20℃恰好加熱至沸騰。[c水＝4.2×103J/（kg?℃）]解：生活垃圾的質量為：m＝800t＝8×105kg，生活垃圾的熱值為：q＝3×106J/kg，燃燒放出的熱量為：Q放＝mq＝8×105kg×3×106J/kg＝2.4×1012J；放出熱量的30%用來發電，則電能為：W電＝ηQ放＝30%×2.4×1012J＝7.2×1011J＝2×105kW?h；水吸收的熱量為：Q吸＝η′Q放＝42%×2.4×1012J＝1.008×1012J，由Q吸＝cmΔt得，水的質量為：m水＝＝＝3×106kg；答案：2.4×1012；2×105；3×106。15．（2021?黔東南州中考）如圖所示，用力將活塞迅速下壓，玻璃筒內硝化棉燃燒起來，該過程能量是由機械能轉化為內能，這一特點與汽油機壓縮沖程相同。完全燃燒0.5kg的汽油，放出的熱量是2.3×107J（已知汽油的熱值為4.6×107J/kg）。解：用力將活塞迅速下壓，玻璃筒內硝化棉燃燒起來，該過程能量是由機械能轉化為內能，這一特點與汽油機的壓縮沖程相同。完全燃燒0.5kg的汽油，放出的熱量是：Q＝mq＝0.5kg×4.6×107J/kg＝2.3×107J。答案：機械；內；壓縮；2.3×107。16．（2021?蘇州中考）如圖是十三世紀法國亨內考設計的“魔輪”。輪子邊緣上通過可以自由轉動的鉸鏈等距安裝了12個相同的活動短桿，桿端分別套上一個相同重球。他認為由于右側重球距離轉軸較遠，也即重力的力臂較大，轉輪會沿順時針方向越轉越快，其實根據能量守恒的原理，無需精確測量就能判定他的這一設想是不能實現的。解：由圖可知，轉輪相當于輪軸，重球離軸越遠，其輪半徑越大，即直當于重力的力臂越大；根能量守恒定律可知，能量在相互轉化和轉移的過程中，能的總量保持不變，而轉輪在旋轉過程中，一定會克服摩擦和空氣阻力做功，一部分機械能轉化為內能，因此不可能出現“轉輪會沿順時針方向越轉越快”的情況，這違背了能量守恒定律。答案：力臂；能量守恒。17．（2021?遂寧中考）如圖是新農村建設中廣泛使用的一種小型農用柴油機，銘牌部分信息如下表所示，其中活塞行程是指一個沖程活塞移動的距離。該柴油機為單缸四沖程內燃機，壓縮沖程中氣缸內氣體內能增加是通過做功方式實現的；正常工作1min，柴油機輸出的有用功4.8×105J，消耗柴油0.03kg，做功沖程中燃氣對活塞的平均壓力為4000N。（q柴油＝4.0×107J/kg）型號HR05b活塞行程100mm轉速2400r/min輸出功率8kW效率40%解：（1）柴油機的壓縮沖程中，活塞壓縮燃料混合物做功，活塞的機械能轉化為氣缸內氣體的內能；（2）根據P＝知柴油機輸出的有用功為：W＝Pt＝8×103W×60s＝4.8×105J；根據效率公式η＝得燃料完全燃燒放出的熱量為：Q放＝＝＝1.2×106J；利用Q＝mq知消耗柴油的質量為：m＝＝＝0.03kg；飛輪每轉兩圈對外做功一次，所以飛輪1min轉動2400周，要對外做功1200次，一次做功為：W′＝＝＝400J做功沖程中燃氣對活塞的平均壓力為：F＝＝＝4000N。答案：做功；4.8×105；0.03；4000。18．（2021?南京中考）小明一家駕車旅行。（1）加油時，聞到汽油味，說明分子在不停地做無規則運動；（2）圖示為車發動機的一個沖程，其能量轉化情況是機械能轉化為內能；（3）若車的總質量為1.5t，勻速直線行駛9km，所受阻力為車重的0.1倍，完全燃燒汽油1L，則1L汽油完全燃燒放出的熱量是3.6×107J，車所受牽引力是1.5×103N，車的工作效率是37.5%。（ρ汽油＝0.8×103kg/m3，q汽油＝4.5×107J/kg，g取10N/kg）解：（1）給汽車加油時，會聞到汽油味，從物理學角度來看，屬于擴散現象，這個現象表明這汽油分子在不停地做無規則運動；（2）圖中進氣門和排氣門都關閉，活塞向上運動，機械能轉化為內能；（3）根據密度公式ρ＝算出汽油的質量為：m＝ρ汽油V＝0.8×103kg/m3×1×10﹣3m3＝0.8kg，汽油完全燃燒釋放出的熱量為：Q放＝mq汽油＝0.8kg×4.5×107J/kg＝3.6×107J；車的質量為m′＝1.5t＝1.5×103kg，車受到的重力：G＝m′g＝1.5×103kg×10N/kg＝1.5×104N；車所受阻力：f阻＝0.1G＝0.1×1.5×104N＝1.5×103N；因為車勻速行駛，所以牽引力F＝f阻＝1.5×103N；牽引力做的功：W＝Fs＝1.5×103N×9×103m＝1.35×107J；車的效率：η＝×100%＝×100%＝37.5%。答案：（1）不停地做無規則動；（2）機械能轉化為內能；（3）3.6×107；1.5×103；37.5。19．（2021?黃石中考）某興趣小組為了比較水和煤油的吸熱能力，進行了如下的實驗：（1）提出問題烈日炎炎的夏季，白天海灘上的沙子熱得燙腳，但海水卻非常涼爽；傍晚太陽西落，沙子很快涼了下來，但海水卻仍然暖暖的。同樣的日照條件，為什么不同物質的溫度不一樣呢？（2）設計實驗實驗裝置如圖所示：①除了圖中所給的實驗器材外，還需要的測量工具有天平（或量筒）和停表。②本實驗的主要探究方法是控制變量法和轉換法。（3）進行實驗該興趣小組設計了如下實驗步驟，其中存在錯誤的是AA.在兩個同樣的試管中分別裝入等體積的水和煤油B.用溫度計測量這兩種液體的初溫，發現溫度計示數相同C.把兩個試管同時放入同一燒杯中加熱（如圖所示），且加熱相同的時間D.用溫度計測出兩種液體的末溫，發現兩溫度計的示數不相同（4）數據分析改正錯誤后，下圖是該興趣小組繪制的“吸收熱量—時間”和“溫度—時間”圖象，能正確描述這兩種液體真實情況的圖象是C（5）拓展應用已知在標準大氣壓下，水、煤油的沸點分別為100℃、90℃。如圖所示，如果燒杯中的水已沸騰，則兩試管中液體的沸騰情況，下列判斷正確的是DA.水、煤油都沸騰B.水、煤油都不沸騰C.水沸騰，煤油不沸騰D.水不沸騰，煤油沸騰解：（2）①本實驗中，兩只試管中的煤油和水處于同一杯水中，所以加熱條件相同；為比較煤油和水的吸熱能力，應控制二者的質量相同，利用天平（量筒）可以達到這樣的目的；為繪制處“吸收熱量—時間”和“溫度—時間”圖象，還需要計時工具，所以還應添加“停表”或其他計時工具。②本實驗中需控制試管內煤油與水的質量相同、加熱條件相同，所以采用了控制變量法；本實驗是通過比較兩只溫度計的示數變化來比較煤油與水的吸熱能力的，所以還用到了轉化法。（3）為比較煤油和水的吸熱能力，應使試管中的煤油與水的質量相同，而不是體積相同，故步驟A錯誤。（4）本實驗中，兩只試管中的煤油和水處于同一杯水中，所以加熱條件相同，即兩只試管內的煤油和水在相同時間內吸收的熱量相同，即A、B兩圖中，煤油和水吸收熱量的圖線是重合的，故A、B錯誤。煤油的比熱容小于水的比熱容，所以在相同時間內（液體均未沸騰的情況下），水的溫度改變量較煤油的小，即在初溫相同的情況下，加熱相同時間，水的末溫低于煤油的末溫。故C、D兩圖中，C圖符合要求。（5）燒杯中的水沸騰后，試管中的水雖然溫度也可以達到其沸點，但是因與燒杯中水不存在溫差，無法從燒杯中水處吸收到熱量，所以試管中的水無法沸騰。煤油的沸點為90℃，在燒杯中水的溫度超過90℃后，煤油的即使達到90℃仍可以繼續吸取熱量，所以煤油可以沸騰。答案：（2）①停表；②控制變量法。（3）A。（4）C。（5）D。20．（2020?紹興中考）熱機發明后，一直在持續的改進和發展中。材料一：1769年，法國人居紐制造出蒸汽機推動的三輪汽車（圖甲），傳統蒸汽機的燃料在氣缸外部燃燒（圖乙），熱效率為5%～8%之間。材料二：1862年，法國人德羅夏提出內燃機（內燃指燃料在氣缸內燃燒）的四沖程循環理論：①氣缸的向外運動造成的真空將混合氣體燃料吸入氣缸；②通過氣缸的向內運動對進入氣缸里的燃料進行壓縮；③高壓燃燒氣體產生巨大爆發力；④將已經燃燒的廢氣從氣缸中排出。材料三：1876年，德國人奧托制造出以四沖程為依據的煤氣內燃機，利用飛輪的慣性使四沖程自動實現循環往復，內燃機的效率達到14%。（1）四沖程循環理論提及的“巨大爆發力”由圖中的C沖程實現。（2）德羅夏提到的內燃方式是基于燃料在氣缸內燃燒，熱量損失少，熱效率高的猜想；（3）老師在重復演示“做功改變內能”實驗（圖丙）之間，需在拔出活塞后將厚玻璃筒甩幾下，其目的與內燃機的排氣（選填“吸氣”“壓縮”“做功”或“排氣”）沖程的原理相似。解：（1）在四沖程內燃機中，提供動力的是做功沖程；由圖可知，A中進氣門打開，活塞下行，為吸氣沖程；B中兩個氣門關閉，活塞上行，為壓縮沖程；C中兩個氣門關閉，活塞下行，為做功沖程；D中排氣門打開，活塞上行，為排氣沖程；故“巨大爆發力”由C沖程實現；（2）德羅夏提到的內燃方式是基于燃料在氣缸內燃燒，熱量損失少，熱效率高的猜想；（3）老師需在拔出活塞后將厚玻璃筒甩幾下，其目的是排出里面的廢氣，相當于內燃機的排氣沖程。答案：（1）C；（2）燃料在氣缸內燃燒，熱量損失少，熱效率高；（3）排氣。21．（2021?宜昌中考）小明學習了燃料的熱值后，很想知道家中使用的天然氣的熱值是多少？但在教材的燃料熱值表中沒有查閱到。于是，他在家里將裝有2kg水的水壺放到天然氣灶上去燒，用溫度計測量水從20℃加熱至80℃的過程中，觀察到天然氣表的數字變化了0.035m3。他通過上網查閱得知天然氣灶的效率約為36%，已知水的比熱容c水＝4.2×103J/（kg?℃）。求：（1）在這個過程中水吸收了多少熱量？（2）請你幫小明算出天然氣的熱值。解：（1）在這個過程中水吸收的熱量Q吸＝c水m水（t﹣t0）＝4