專題14 內(nèi)能的利用（原卷版）

專題14內(nèi)能的利用【思維導(dǎo)圖】【知識點回顧】知識點一、內(nèi)能的利用內(nèi)能的利用方式利用內(nèi)能來加熱：實質(zhì)是熱傳遞。利用內(nèi)能來做功：實質(zhì)是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。知識點二、熱機熱機：定義：熱機是利用內(nèi)能來做功，把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的機器。熱機的種類：蒸汽機、內(nèi)燃機（汽油機和柴油機）、汽輪機、噴氣發(fā)動機等內(nèi)燃機：內(nèi)燃機活塞在汽缸內(nèi)往復(fù)運動時，從氣缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個沖程。四沖程內(nèi)燃機包括四個沖程：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。在單缸四沖程內(nèi)燃機中，吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程為一個工作循環(huán)，每個工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)2周，活塞上下往復(fù)2次，做功1次。3、汽油機和柴油機的比較：①汽油機的氣缸頂部是火花塞；柴油機的氣缸頂部是噴油嘴。②汽油機吸氣沖程吸入氣缸的是汽油和空氣組成的燃料混合物；柴油機吸氣沖程吸入氣缸的是空氣。③汽油機做功沖程的點火方式是點燃式；柴油機做功沖程的點火方式是壓燃式。④柴油機比汽油及效率高，比較經(jīng)濟，但笨重。⑤汽油機和柴油機在運轉(zhuǎn)之前都要靠外力輔助啟動。4、熱值燃料燃燒，使燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。定義：1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量，叫做這種燃料的熱值。用符號q表示。單位：固體燃料的熱值的單位是焦耳每千克（J/kg）、氣體燃料的熱值的單位是焦耳每立方米（J/m3）。熱值是燃料本身的一種特性，只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積、是否完全燃燒等無關(guān)。公式：、①Q(mào)＝qmm=eq\f(Q,q)q=eq\f(Q,m)Q——放出的熱量——焦耳（J）；q——熱值——焦耳每千克（J/kg）；m——燃料質(zhì)量——千克（kg）。②Q＝qVV=eq\f(Q,q)q=eq\f(Q,V)Q——放出的熱量——焦耳（J）；q——熱值——焦耳每立方米（J/m3）；V——燃料體積——立方米（m3）。物理意義：酒精的熱值是3.0×107J/kg，它表示：1kg酒精完全燃燒放出的熱量是3.0×107J。煤氣的熱值是3.9×107J/m3，它表示：1m3煤氣完全燃燒放出的熱量是3.9×107J。知識點三、熱機效率影響燃料有效利用的因素：一是燃料很難完全燃燒，二是燃料燃燒放出的熱量散失很多，只有一小部分被有效利用。有效利用燃料的一些方法：把煤磨成粉末狀、用空氣吹進爐膛（提高燃燒的完全程度）；以較強的氣流，將煤粉在爐膛里吹起來燃燒（減少煙氣帶走的熱量）。熱機的效率：熱機用來做有用功的那部分能量和完全燃燒放出的能量之比叫做熱機的效率。熱機的效率是熱機性能的一個重要標(biāo)志，與熱機的功率無關(guān)。公式：Q總=eq\f(Q有用,η)Q有用=Q總η由于熱機在工作過程中總有能量損失，所以熱機的效率總小于1。熱機能量損失的主要途徑：廢氣內(nèi)內(nèi)、散熱損失、機器損失。提高熱機效率的途徑：①使燃料充分燃燒，盡量減小各種熱量損失；②機件間保持良好的潤滑，減小摩擦。③在熱機的各種能量損失中，廢氣帶走的能量最多，設(shè)法利用廢氣的能量，是提高燃料利用率的重要措施。常見熱機的效率：蒸汽機6%～15%、汽油機20%～30%、柴油機30%～45%內(nèi)燃機的效率比蒸汽機高，柴油機的效率比汽油機高?！纠}精析】（2022?鎮(zhèn)江）如圖所示，用甲、乙兩種燃料分別對質(zhì)量和初溫相同的水進行加熱，兩圖裝置均相同。燃料的質(zhì)量用m表示，燃料充分燃盡時水升高的溫度用Δt表示（水未沸騰）（）A．若m相同，Δt越小，燃料的熱值越大 B．若Δt相同，m越大，燃料的熱值越大 C．若mΔt的值越大，燃料的熱值越大D．若Δtm（2022?濱州）關(guān)于內(nèi)能和內(nèi)能的利用。下列說法中正確的是（）A．5月的街頭，楊花飛絮隨風(fēng)舞，好似雪花滿天飛，說明分子在不停地做熱運動 B．新能源汽車實現(xiàn)了“零排放”，其效率達到了100% C．我國“長征五號B”大型運載火箭使用氫作燃料，是因為氫的密度小 D．內(nèi)燃機的壓縮沖程，主要通過做功的方式增大汽缸內(nèi)物質(zhì)的內(nèi)能（2022?廣西）2022年6月5日，長征二號F遙十四運載火箭搭載神舟十四號載人飛船成功發(fā)射升空。關(guān)于運載火箭發(fā)射升空時涉及的物理知識，下列說法正確的是（）A．使用的燃料熱值較小 B．大量“白氣”涌向四周是擴散現(xiàn)象 C．燃料燃燒時將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 D．燃氣主要通過熱傳遞使周圍的空氣內(nèi)能增大（2022?瀘州）2022年6月5日上午，神舟十四號載人飛船搭乘長征二號F運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。3名航天員將在太空進行為期6個月的科學(xué)實驗探究和生活，長征二號F運載火箭用了液態(tài)氫作燃料，下列說法正確的是（）A．火箭選用液態(tài)氫作燃料，是因為液態(tài)氫具有較大的熱值 B．火箭加速升空的過程中，火箭的動能轉(zhuǎn)化為重力勢能 C．火箭加速升空的過程中，航天員的機械能保持不變 D．載人飛船進入預(yù)定軌道穩(wěn)定運行時，處于平衡狀態(tài)（2022?成都）小葉看見面點師傅將面拉成長條，放入滾燙的油中就炸出了香脆可口的油條，于是很想了解油的吸熱能力。在老師指導(dǎo)下，他用酒精燈分別加熱質(zhì)量為50g、初溫為20℃的油和水，記錄的相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示。若單位時間內(nèi)油吸收的熱量與水吸收的熱量相等，酒精的熱值為3×107J/kg，水的比熱容為4.2×103J/（kg?℃）。下列說法正確的是（）加熱時間（min）消耗酒精（g）末溫（℃）油2188水2150A．2min內(nèi)油吸收的熱量為3×104J B．他使用的酒精燈的加熱效率為21% C．油的末溫比水的高，所以吸熱能力更強 D．油的吸熱能力與其吸收的熱量多少有關(guān)（2022?遂寧）今年，我國發(fā)射的“天舟四號”貨運飛船與“天和號”核心艙在太空成功對接。對接后，它們一起繞地球轉(zhuǎn)動。對這一過程所涉及的物理知識說法錯誤的是（）A．火箭加速升空過程與汽油機做功沖程的能量轉(zhuǎn)化形式相同 B．運載火箭用液態(tài)氫做燃料，是因其熱值較大 C．對接后以“天舟四號”為參照物，“天和號”是運動的 D．地面工作人員利用電磁波傳遞信息來控制對接過程（2022?銅仁市）全球汽車保有量在迅速增長，截止2011年，全球處于使用狀態(tài)的汽車數(shù)量已突破10億輛。設(shè)汽車的燃油為汽油，每輛汽車每年耗油約2.1t，若不計熱量損失，這些燃料完全燃燒可供1×106kg的水溫度升高℃；汽車內(nèi)燃機的效率平均值取30%，如果能把內(nèi)燃機的效率提高1%，全球每年可以節(jié)約kg燃油，從而減小全球的碳排放，為環(huán)保作出貢獻。[已知水的比熱容為4.2×103J/（kg?℃），汽油的熱值為4.6×107J/kg]（2022?常州）天然氣熱水器將40kg的水從15℃加熱到65℃，此過程中天然氣完全燃燒釋放熱量的84%被水吸收，水吸收熱量J，天然氣完全燃燒釋放熱量J，需要消耗天然氣kg，這是通過方式改變水的內(nèi)能。[c水＝4.2×103J/（kg?℃），q天然氣＝4×107J/kg]（2022?上海）四沖程熱機工作過程中，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的是沖程，李白在《望廬山瀑布》中寫道：“日照香爐生紫煙”，這是通過（選填“做功”或“熱傳遞”）的方式來改變香爐的內(nèi)能，加熱1千克水，使其溫度上升2℃，則加熱過程中水吸收的熱量為焦。[c水＝4.2×103J/（kg?℃）]（2022?赤峰）（1）2022年6月5日，搭載神舟十四號載人飛船的長征運載火箭點火升空，中國空間站建造階段首次載人飛行任務(wù)發(fā)射告捷。神舟十四號飛船與火箭共同加速升空的過程中，燃料燃燒提供火箭升空所需的能量，本身質(zhì)量不斷減小，熱值（選填“變大”、“不變”或“變小”）；若以神舟十四號飛船為參照物，大地是的。（2）一位質(zhì)量為48kg的同學(xué)背著2kg的書包站立在水平地面上，地面對這位同學(xué)的支持力大小是N，方向是豎直的。（g＝10N/kg）（2022?鄂爾多斯）國產(chǎn)055新型導(dǎo)彈驅(qū)逐艦的服役，使中國海軍的裝備又一次得到提升。該型號驅(qū)逐艦滿載時質(zhì)量為1.25×104t，在海面上以恒定功率做直線運動，其牽引力F隨時間t的變化關(guān)系如圖甲所示，其運動速度v隨時間t的關(guān)系如圖乙所示，求該驅(qū)逐艦：（ρ柴油＝0.85×103kg/m3，q柴油＝4.0×107J/kg，1L＝1dm3）（1）在34～44s內(nèi)行駛的路程。（2）在水下5m處有一面積為200cm2的觀察窗口，窗口受到水的壓力大小。（ρ水＝1.0×103kg/m3）（3）滿載時在勻速航行的過程中所受浮力的大小。（4）在0～34s內(nèi)完全燃燒12.5L柴油的過程中發(fā)動機的效率。（2022?鎮(zhèn)江）北京冬奧會上使用的氫燃料電池汽車，是利用氫與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，供給電動機而驅(qū)動汽車行駛的。如圖所示，該類型汽車甲在平直公路上從A地出發(fā)，以90km/h的速度行駛1h到達B地，消耗0.8kg氫燃料，所產(chǎn)生電能E電的80%用于維持汽車勻速行駛，所受阻力為1000N。已知每加注1kg氫燃料所需的費用為30元。（1）求A、B兩地之間距離。（2）求此過程中產(chǎn)生的電能E電。（3）燃油汽車乙也在該公路上從A地出發(fā)，以90km/h的速度勻速行駛。所受阻力與甲車相同，汽油在氣缸內(nèi)完全燃燒，且燃燒所釋放熱量的30%用來維持汽車勻速行駛，汽油熱值取q＝5×107J/kg。已知每加注1kg汽油所需的費用為12元。則在與甲車花費相同燃料費用的情況下：①求乙車消耗的汽油完全燃燒所放出的熱量。②請通過計算判斷乙車能否到達B地。

【習(xí)題鞏固】一．選擇題（共9小題）1．（2022?蓮湖區(qū)二模）如圖是生活中常用的高壓鍋。當(dāng)高壓鍋內(nèi)的氣壓達到一定值時，限氣閥會被高壓蒸汽頂起。這一過程高壓鍋內(nèi)氣體內(nèi)能會發(fā)生變化，下列說法正確的是（）A．限氣閥被頂起的過程與汽油機的做功沖程發(fā)生的能量轉(zhuǎn)化相同 B．高壓鍋噴嘴處的“白氣”是水蒸氣汽化形成的 C．用明火加熱高壓鍋，是通過做功改變內(nèi)能 D．高壓鍋是利用大氣壓來工作的2．（2022?江寧區(qū)二模）關(guān)于溫度、內(nèi)能和熱量的說法中，正確的是（）A．物體吸收熱量時內(nèi)能增加，溫度一定升高 B．在汽油機的壓縮沖程中，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 C．用鋸條鋸木板，鋸條從木板吸收了熱量，鋸條的溫度升高 D．人們不敢大口喝熱氣騰騰的湯，是因為湯含有的熱量較多3．（2022?平邑縣模擬）2022年4月16日9時56分，神舟十三號載人飛船返回艙反推發(fā)動機成功點火后，神十三號安全降落在東風(fēng)著陸場預(yù)定區(qū)域（如圖所示為飛船返回過程模擬示意圖）。下列有關(guān)說法正確的是（）A．火箭的燃料燃燒的過程是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 B．反推發(fā)動機點火后，發(fā)動機工作是機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 C．火箭選用液態(tài)氫作燃料，主要是因為氫具有較大的比熱容 D．在大氣層內(nèi)的降落過程中，與空氣摩擦是機械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能4．（2022?白云區(qū)二模）做同樣的有用功，甲、乙柴油機用時和消耗柴油對比如下，下列說法中正確的是（）柴油機完成工作量時間消耗柴油甲相同3h5kg乙2h6kgA．甲的功率較大，熱機效率較低 B．甲的功率較大，熱機效率較高 C．乙的功率較大，熱機效率較高 D．乙的功率較大，熱機效率較低5．（2022?黔東南州一模）2021年10月16日，搭載“神舟十三號”載人飛船的“長征二號“F遙十三運載火箭，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點火發(fā)射，并順利將三名航天員送入太空。如圖所示是運載火箭發(fā)射升空時的情景，下列說法正確的是（）A．火箭周圍出現(xiàn)大量的“白氣”是水汽化形成的 B．火箭升空時以“神舟十三號”載人飛船為參照物，地面是靜止的 C．火箭升空利用了物體間力的作用是相互的 D．火箭升空時燃料燃燒放出的能量全部轉(zhuǎn)化為機械能6．（2022?拱墅區(qū)校級一模）光發(fā)動機是一種把光能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置，其核心部分工作原理如圖示：帶有活塞的密閉化學(xué)反應(yīng)室中有氣態(tài)物質(zhì)，當(dāng)光從窗口射入時，可使氣態(tài)物質(zhì)接受光能而反應(yīng)生成液態(tài)物質(zhì)。而無光照射情況下反應(yīng)逆向進行，重新生成氣態(tài)物質(zhì)。因此可通過控制窗口處射入的光能使氣室中的氣態(tài)物質(zhì)循環(huán)反應(yīng)，從而推動活塞輸出機械能。則光發(fā)動機該裝置中的活塞向右運動時，相當(dāng)于選項中汽油機四個沖程中的（）A． B． C． D．7．（2022?費縣二模）如圖甲所示是小聰同學(xué)“探究固體的熔化過程”的實驗裝置圖，圖乙是他描繪出的溫度隨時間變化的圖象，則下列說法正確的是（）A．燒杯內(nèi)的水溫度升高，含有的熱量也隨之增多 B．B、C兩點的溫度相同，具有的內(nèi)能也相同 C．該物質(zhì)液態(tài)的比熱容大于固態(tài)時的比熱容 D．隨著酒精燈中酒精量的減少，酒精的熱值也在減小8．（2022?青羊區(qū)校級模擬）人們的生產(chǎn)與生活總離不開能量及其轉(zhuǎn)化。下列說法正確的是（）A．提高能量利用中的轉(zhuǎn)化效率是節(jié)能問題的核心 B．全自動洗衣機工作時，電能全部轉(zhuǎn)化為機械能 C．水力發(fā)電，將電能轉(zhuǎn)化為機械能 D．用燃氣灶燒水，只要調(diào)大火力，燃氣灶的加熱效率就提高9．（2022?東營模擬）2017年4月22日“天宮二號”與“天舟一號”成功對接，天宮二號空間實驗室是繼天宮一號后中國自主研發(fā)的第二個空間實驗室。下列有關(guān)說法中錯誤的是（）A．發(fā)射“天舟一號”的火箭主要用液態(tài)氫作為燃料，原因是它的熱值大 B．火箭在發(fā)射加速升空的過程中，將動能轉(zhuǎn)化為重力勢能 C．成功對接后，以“天宮二號”為參照物，“天舟一號”是靜止的 D．在天宮二號空間實驗室里無法使用天平測物體的質(zhì)量二．實驗探究題（共3小題）10．（2022?雨花區(qū)校級二模）如圖是老師在科學(xué)課上做的熱機工作原理的模擬實驗，在玻璃管中先加入少量酒精，將橡皮塞放入玻璃管并向下壓縮氣體，然后用電子點火器點火，橡皮塞會向上彈出。（1）橡皮塞向下壓時，其能量轉(zhuǎn)化與汽油機工作四沖程中的沖程相同；（2）如果想讓橡皮塞彈得更遠，你的方法是（答出一條即可）。11．（2022?南京三模）如圖甲是質(zhì)量100g某物質(zhì)的熔化實驗裝置，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制出的曲線圖如圖乙所示。（1）該物質(zhì)是（選填“晶體”或“非晶體”），B、C兩點的內(nèi)能大小分別為E1、E2，則E1E2。（2）根據(jù)圖像和相關(guān)知識，該物質(zhì)從第6min至第8min共吸收J的熱量【物質(zhì)液態(tài)時的比熱容c＝3×103J/（kg?℃）】。（3）如果從開始記錄到剛沸騰時，完全燃燒了熱值為3.0×107J/kg的酒精5g。根據(jù)圖像信息和相關(guān)知識，此過程中的熱轉(zhuǎn)化效率是%。12．（2022?興化市二模）如圖所示，甲、乙、丙三圖中的裝置完全相同。燃料及燒杯內(nèi)的液體質(zhì)量也相同。（1）比較不同物質(zhì)的比熱容，應(yīng)選擇兩圖的裝置進行實驗，理由是：被加熱的物質(zhì)，熱源和加熱方法（以上兩空均選填“相同”或“不同”）；（2）比較不同燃料熱值的實驗中，同時點燃燃料后，需等待燃料（選填“燃燒相同時間”或“充分燃燒完畢”），然后通過觀察升高的溫度來比較兩種燃料熱值大小，下列實驗中也用到這種思想方法的是。A.為了更好地描述光的傳播路徑和方向引入光線B.逐漸抽出玻璃罩內(nèi)空氣后聽到罩內(nèi)鬧鐘鈴聲逐漸變小，據(jù)此推理得出真空不能傳聲。C.探究重力勢能大小與質(zhì)量的關(guān)系時，讓質(zhì)量不同的物塊從同一高度落下D.探究影響導(dǎo)體電阻大小的因素時，用電流表的示數(shù)反映導(dǎo)體電阻的大小三．計算題（共7小題）13．（2022?博望區(qū)二模）一輛汽車以恒定的功率在平直的公路上做直線運動，其v?t圖像如圖，在第10s時速度達到20m/s，通過的路程為120m，設(shè)汽車在行駛過程中所受阻力不變，大小為f＝4×103N，求：（1）在0～10s內(nèi)汽車的平均速度；（2）在0～10s內(nèi)汽車發(fā)動機產(chǎn)生的牽引力所做的功；（3）若發(fā)動機的效率為30%，則在0～10s內(nèi)，需要燃燒多少克的汽油（已知汽油的熱值為5×107J/kg，結(jié)果保留兩位小數(shù)）。14．（2022?東阿縣三模）如圖為自走式柴油微耕機，廣泛適用于平原、山區(qū)、丘陵的旱地、水田、果園等。犁地時，柴油機每工作一小時消耗3kg的柴油，柴油機正常工作時對外輸出的有用機械功的功率為15kW。工作時，為防止柴油機溫度過高，其循環(huán)水散熱器中裝有質(zhì)量為10kg、初溫為20℃的水。[柴油的熱值q＝4.3×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg?℃）]求：（1）標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，散熱器中的水從開機到沸騰吸收的熱量Q吸；（2）工作1小時消耗的柴油完全燃燒產(chǎn)生的熱量Q放；（2）柴油機工作時的熱機效率（結(jié)果保留整數(shù)）。15．（2022?綏中縣一模）高考期間，各縣市開展了“愛心助考車”活動，考生出示高考準(zhǔn)考證或相關(guān)證件可免費乘車。如圖所示，該“愛心助考車”整車質(zhì)量為1.5t，四輪與地面接觸總面積為120cm2。該車以54km/h的速度沿水平路面勻速行駛時的輸出功率為36kW?！緂＝10N/kg，q汽油＝4.5×107J/kg】求：（1）該“愛心助考車”空車靜止在水平路面上時，對水平路面的壓強。（2）該車以54km/h的速度水平勻速直線行駛時，所受阻力的大小。（3）該車以54km/h的速度勻速行駛10分鐘，消耗1.2kg的汽油，發(fā)動機的效率多大。16．（2022?天寧區(qū)校級二模）小明在“探究不同物質(zhì)放熱降溫現(xiàn)象”時，分別用質(zhì)量均為0.5kg