專題17內能的應用一．汽油機和柴油機有何異同？汽油機柴油機不同點構造（汽缸頂部）火花塞噴油嘴汽油與空氣空氣點燃式壓燃式低高小型汽車、摩托車載重汽車、大型拖拉機相同點：①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。②做功沖程將內能轉化為機械能。壓縮沖程將機械能轉化為內能。③每完成一個工作循環，曲軸和飛輪轉動2周，活塞往復2次，對外做功1次。二．如何識別汽油機的沖程？【解題技巧】首先要熟悉汽油機的主要結構以及做功沖程和壓縮沖程中能量的轉化。辨別沖程時，要抓住四個沖程中的工作特點：進氣門、排氣門的開、閉情況以及活塞上、下運行情況。另外還要把握住吸氣沖程、做功沖程和排氣沖程的顯著特點：做功沖程中的顯著特點是火花塞產生電火花；吸氣沖程和排氣沖程有吸入物質和排出廢氣的箭頭標識。【典例剖析】如圖所示，圖A、B、C、D是四沖程汽油機的工作示意圖。D圖是_______沖程，圖E、F是演示實驗的示意圖，與D圖原理相同的是_______圖所示的演示實驗（選填字母）。A．B．C．D．E．F．【答案】

做功

F【解析】[1]A圖中，排氣門開啟，活塞向上運動，氣體流出汽缸，是排氣沖程；B圖中，進氣門開啟，活塞向下運動，氣體流入汽缸，是吸氣沖程；C圖中，兩氣門都關閉，活塞向上運動，汽缸容積變小，是壓縮沖程，此沖程將機械能轉化為內能；D圖中，兩氣門都關閉，活塞向下運動，汽缸容積變大，是做功沖程，此沖程將內能轉化為機械能。[2]E圖是用力將活塞壓下，活塞對空氣做功，空氣的內能增大，溫度升高，達到了棉花的著火點，棉花就會燃燒，是通過對物體做功來增大物體內能的，即是將機械能轉化為內能的過程；F圖對試管中的水加熱，加快水的蒸發，使試管中水的內能增大，體積膨脹，對外做功，使塞子飛出去，內能轉化為塞子的機械能；汽油機的做功沖程中將內能轉化為機械能，因此與做功沖程原理相同的是F實驗。拓展：通過曲軸的轉動方向和轉動位置是否通過汽缸最低點也可以間接判斷活塞運行方向。如甲圖，曲軸沿順時針轉動，轉動位置已過最低點，表明曲軸帶動連桿使活塞向下運動。而乙圖，曲軸位置沒過汽缸最低點，此時，曲軸帶動連桿只能使活塞向上運動。三、如何解答有關能量的相互轉化問題？【解題技巧】自然界中各種形式的能量不能孤立的，不同形式的能量會發生相互轉化，能量也會在不同的物體間相互轉移．能量轉化是個普遍現象，自然界中物質運動形式的變化總伴隨著能量的相互轉化．解答此類問題的關鍵是明確消耗了什么形式的能，而最終獲得了什么形式的能。【典例剖析】1．下列有關能量轉換的說法正確的是（）A．煤燃燒是化學能轉化為熱能的過程B．化石燃料和植物燃料燃燒時放出的能量均來源于太陽能C．動物體內葡萄糖被氧化成CO2是熱能轉變成化學能的過程D．植物通過光合作用將CO2轉化為葡萄糖是太陽能轉變成熱能的過程【答案】AB【解析】A、煤燃燒是化學能轉化為熱能的過程，故A正確；B、化石燃料和植物燃料燃燒時放出的能量均來源于太陽能，故B正確；C、動物體內葡萄糖被氧化成CO2是化學能轉變成熱能的過程，故C錯誤；D、植物通過光合作用將CO2轉化為葡萄糖是太陽能轉變成化學能的過程，故D錯誤；故選AB。2．火箭以液態氫做燃料主要原因是氫的______高，氫燃料燃燒將燃料的______能轉化為______能，轉化為火箭的______能，使火箭不斷上升，速度越來越大。【答案】

熱值

化學

內

機械【解析】[1]火箭升空需要大量的能量，液氫的熱值高，燃燒時可放出巨大的能量。[2][3][4]燃料燃燒過程是將燃料的化學能轉化為內能的過程，由發動機將內能轉化為火箭的機械能。四．如何計算能量轉化型熱量計算題？【解題技巧】【備注】無論是能量的轉移型，還是能量的轉化型，若無能量損失，則Q吸=Q放=E太=W電（機）若有能量的損失Q吸=ηQ放=ηE太=ηW電（機）上式中的η為轉移或轉化的效率。【典例剖析】1．我國自主研制的某型新一代戰斗機，它具備超音速巡航、電磁隱身、超機動性、超視距攻擊等優異性能，該飛機最大起飛質量為Mt，最大飛行高度為Hm，最大航行速度達3馬赫[馬赫（Ma）是表示航空航天飛行器速度的量詞，又叫馬赫數（MachNumber），1Ma=v聲m/s]，油箱最大容積為V0L，若飛機巡航時做勻速直線運動，巡航時所受阻力的大小與速度的關系見下表：速度v/（m·s-1）100200300400500阻力f/N0.3×1041.2×1042.7×1044.8×1047.5×104已知飛機發動機燃油完全燃燒放出的能量轉化為機械能的效率是，飛機使用的航空燃油的密度為ρ0kg/m3，熱值為q0J/kg，求：(1)飛機發動機完全燃燒一滿油箱燃油獲得的能量是多少焦？(2)當飛機以最大航行速度巡航時，飛機發動機的輸出功率是多少千瓦？(3)若在飛機油箱中加滿燃油，并且以最大航行速度巡航時，飛機的最大航程約是多少千米？（溫馨提示：在推導計算過程中需要的物理量，請提前設定）【答案】(1)ρ0V0q0×10-3J；(2)8.1×10-3v聲3kW；(3)千米【解析】解：(1)油箱最大容積為V0L，航空燃油的密度為ρ0kg/m3，則一箱油的質量為燃料的熱值為q0J/kg，則完全燃燒一滿油箱燃油獲得的能量(2)由表中數據可知，由表中數據可知，速度為100m/s時，受到的阻力為0.3×104N;速度為200m/s時，受到的阻力為1.2×104;通過分析可知飛機受到的阻力的增大倍數與速度增大倍數的平方成正比，即f=0.3v2，所以飛機以最大速度3馬赫（即為）巡航時，此時受到的阻力為因為飛機為巡航，所以動力等于阻力。故此時飛機發動的的輸出功率為(3)完全燃燒一滿油箱燃油獲得的能量因飛機發動機燃油完全燃燒放出的能量轉化為機械能的效率是，則輸出的能量為則以最大航行速度巡航時，由可得答：(1)飛機發動機完全燃燒一滿油箱燃油獲得的能量是ρ0V0q0×10-3J；(2)當飛機以最大航行速度巡航時，飛機發動機的輸出功率是8.1×10-3v聲3kW；(3)飛機的最大航程約是千米。2．一個天氣晴朗的正午，陽光直射，小明同學利用實驗粗略測定太陽的輻射功率．他取一個截面積s=3×10-2m2的薄壁金屬圓筒豎直在水平地面上，向筒內注入質量m=0.6kg的涼水，在陽光下照射2min后，水的溫度上升了1℃.（1）求水吸收的熱量Q吸____=4.2×103J/(kg·℃)]（2）計算在陽光直射下，地球表面1m2的面積上1s內獲得的太陽能___（3）已知日地距離約為r=1.5×1011m，照射到大氣頂層的太陽能只有約40%到達地面，請你估算太陽的輻射功率____(半徑為r的球其表面積為4πr2)【答案】

2.52×103J

700J/(m2·s)

4.95×1026W【解析】解答：(1)水吸熱Q＝cm△t＝4.2×103×0.6×1J＝2.52×103J；(2)地面每平方米每秒鐘獲得的能量E＝700J/(m2?s)；(3)每平方米每秒鐘，在大氣頂層得到的太陽能為E0＝＝1750J/(m2?s)

，太陽輻射功率P＝E0?4πr2＝1750J/(m2?s)×4×3.14×(1.5×1011)2W＝4.95×1026W【點睛】（1）先根據Q＝cm△t求出水所吸收的熱量，這是橫截面積是3×10-2m2的圓筒在2min內獲得的太陽能，再求出在陽光直射下，地球表面每平方米每秒鐘獲得的能量．（2）根據上題結果，求出每平方米每秒鐘射到大氣頂層的太陽能總量，再乘以4πr2，即求得太陽輻射的功率。3．太陽能熱水器是把太陽能轉化為內能的設備之一．某品牌太陽能熱水器每小時平均接收4.2×106J的太陽能，在5小時的有效照射時間內，將熱水器中質量為100kg、初溫為26℃的水，溫度升高到46℃．求：(1)熱水器中的水吸收的熱量Q吸；[水的比熱容c＝4.2×103J/(kg·℃)](2)熱水器5小時有效照射時間內接收到的太陽能E；(3)熱水器5小時有效照射時間內接收到的太陽能，相當于完全燃燒多少天然氣放出的熱量？(天然氣的熱值q＝4.2×107J/m3)【答案】(1)8.4×106J；(2)2.1×107J；(3)0.5m3．【解析】熱水器中的水吸收熱量因太陽能熱水器每小時平均接收4.2×106J的太陽能，5小時有效照射時間內接收到的太陽能；得4．如圖甲所示為探究“冰的熔化特點”的實驗裝置.時間t00.511.5----溫度/℃（1）圖乙中讀數方法正確的是______（填序號），溫度計的示數是______℃；（2）如表所示為小明設計的數據記錄表格，請你幫小明完善表格設計，補全所缺內容______；（3）如圖丙所示為冰熔化時溫度與時間關系的圖像，由圖可知，冰屬于______（晶體/非晶體）；（4）除了如圖甲所示的實驗器材外，本實驗還需要的測量器材是______；（5）為了更好地完成實驗，冰塊要______（大/小）些，燒杯中的水選用______（開水/溫水）；（6）將試管放入裝有熱水的燒杯中加熱的優點是______而且冰的溫度升高較______（快/慢），便于記錄各個時刻的溫度，同時觀察試管中冰的______變化；（7）試管中的冰完全熔化后，若持續加熱，燒杯中的水沸騰時，試管中的液體______（會/不會）沸騰；（8）實驗中，內能從溫水傳遞給冰，卻不會反過來傳遞，說明能量的轉移具有______性；（9）如果用該裝置來探究燭蠟的熔化特點，需要改進的是______。【答案】

②

物質狀態

晶體

秒表

小

溫水

受熱均勻

慢

狀態

不會

方向

用酒精燈直接加熱【解析】（1）[1]溫度計讀數時視線要與液柱上表面相平，故②是正確的。[2]如圖乙所示的溫度計，分度值為1℃，液柱在0℃以下，故讀數為。（2）[3]實驗要記錄和觀察物質的狀態，故缺少的項目為物質的狀態。（3）[4]晶體熔化時吸熱溫度保持不變，如圖丙所示，冰在BC段吸熱溫度保持不變，故冰屬于晶體。（4）[5]實驗需要記錄時間，故本實驗還需要的測量器材為秒表。（5）[6]為了冰塊受熱均勻，冰塊應小一些。[7]冰的熔點較低，為0℃，水溫太高熔化速度過快，不便于記錄每個時段的特點。（6）[8][9][10]將試管放入裝有熱水的燒杯中加熱稱為水浴法，其優點主要是受熱均勻，水的溫度較火焰溫度低，冰的溫度上升較慢，有利用記錄每個時間段試管內冰的溫度及狀態變化情況。（7）[11]燒杯中水沸騰后溫度保持不變，試管中的水的溫度可以達到沸點，與燒杯中水的溫度相同，不能繼續吸熱，而水的沸騰需要達到沸點繼續吸熱，故試管中水不能沸騰。（8）[12]熱傳遞發生時要有溫度差，只能由高溫物體傳遞給低溫物體，反過來不能傳遞，說明能量的轉移有方向性。（9）[13]由于燭蠟熔化需要達到的溫度大于100℃，而水的溫度達不到這個溫度，燭蠟難以熔化，改進的方法可直接用酒精燈加熱。五．如何解答與內燃機做功沖程有關的綜合計算題？【解題技巧】此類型題綜合考查壓強公式、做功公式、燃料完全燃燒釋放熱量公式、效率公式的應用，難度大。思路如下：（1）首先，根據燃氣的平均壓強p和活塞的面積S，利用F=pS可求出做功沖程中燃氣對活塞的平均壓力；

（2）其次，根據活塞在氣缸中移動的距離，利用W=Fs可求出一個做功沖程燃氣對活塞做的功，根據飛輪（曲軸）每轉兩圈對外做功一次，計算出飛輪轉動n周對外做功的次數，從而可求出燃氣對活塞做的總功W總=nW。（3）最后根據消耗汽油的質量，利用Q放=mq可求出汽油完全燃燒釋放的熱量，再根據求出該汽油機的效率。

【典例剖析】1．如圖甲所示的某品牌插秧機使用北斗導航，農民只需在作業前進行相關設定，即可實現24小時無人值守自動作業。（1）該插秧機使用四沖程汽油機，圖乙中汽油機處于_____沖程。如果該汽油機飛輪的轉速是60r/s，則汽油機每分鐘對外做功_____次；（2）某段時間插秧機消耗汽油0.21kg，汽油完全燃燒是把_______能轉化為內能；若這些熱量完全被40kg初溫45℃的水吸收，則在標準氣壓下水溫升高_____℃[q汽油＝4.6×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg?℃）]。【