2024-2025學(xué)年九年級物理寒假輔導(dǎo)講義與練習(xí)專題06內(nèi)能的利用講義含解析

Page1專題06內(nèi)能的利用一、學(xué)問梳理一、熱機1.熱機：利用內(nèi)能做功的機械叫熱機。熱機的種類：分為蒸汽機、內(nèi)燃機、汽輪機、噴氣發(fā)動機。內(nèi)燃機：燃料干脆在發(fā)動機氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動力的熱機。內(nèi)燃機依據(jù)其所運用的燃料分為汽油機和柴油機兩類。2.內(nèi)燃機的工作原理（1）汽油機：四沖程汽油機的結(jié)構(gòu)—汽缸、活塞、連桿、曲軸、進氣門、排氣門、火花塞。沖程—活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運動時，從汽缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個沖程。汽油機的工作過程：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。吸氣沖程—靠慣性運動，吸進汽油與空氣的混合物；壓縮沖程—外界對氣體做功，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，氣體溫度上升；做功沖程—化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，氣體溫度上升，氣體對外做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能；排氣沖程—靠慣性運動，排出廢氣。（2）柴油機：四沖程柴油機的結(jié)構(gòu)—汽缸、活塞、連桿、曲軸、進氣門、排氣門、噴油嘴。柴油機的工作過程與汽油機幾乎一樣，但有三個區(qū)分：1）吸氣沖程：汽油機吸進的是汽油和空氣的混合物，柴油機吸進的僅僅是空氣；2）壓縮沖程：汽油機壓縮的是汽油和空氣的混合物，汽油機壓縮的僅僅是空氣；3）做功沖程：汽油機用火花塞點火，柴油機用噴油嘴噴油。二、熱機效率1．熱值（q）：1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量，叫熱值；熱值單位是：J/kg。（1）對于熱值的概念，要留意理解三個關(guān)鍵詞：“1kg”、“某種燃料”、“完全燃燒”。1kg是指燃料的質(zhì)量，假如燃料的質(zhì)量不是1kg，那么該燃料完全燃燒放出的熱量就不等于熱值的數(shù)值；某種燃料是指熱值與燃料的種類有關(guān)；完全燃燒意思是燃料要完全燒盡，否則1kg燃料燃燒過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能就不是該熱值所確定的值。（2）熱值反映的是某種物質(zhì)的一種燃燒特性，同時反映出不同燃料燃燒過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能的本事大?。灰簿褪钦f，它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、體積等均無關(guān)。2.熱機的效率：用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量之比，叫熱機的效率。熱機的效率是熱機性能的一個重要指標。公式：3.在熱機的各種損失中，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。留意：熱機能量的損失：①燃料未完全燃燒（完全燃燒條件：足夠空氣，研磨成細顆粒）；②廢氣排出帶走能量（廢氣的利用）；③克服磨擦，消耗能量（運用潤滑劑，減小摩擦）。三、能量轉(zhuǎn)化與守恒1.能量守恒定律：能量既不會殲滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變。2．能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天體，小到原子核，也無論是物理學(xué)問題還是化學(xué)、生物學(xué)、地理學(xué)、天文學(xué)的問題，全部能量轉(zhuǎn)化的過程，都遵從能量守恒定律。二、重點與難點★重點一：熱機效率1.熱機工作時，不能把燃料釋放的能量全部利用。主要緣由是機械散發(fā)熱量造成能量損失、廢氣排放也損失部分能量、發(fā)動機各部分零件相互摩擦消耗部分能量等。所以，熱機利用的做有用功的熱量只占燃料燃燒放出熱量小部分。2.熱機效率：用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的熱量之比。由于熱損失的緣由多，熱機效率一般較低。熱機是人類運用的主要動力機，盡管它的效率不高，我們?nèi)耘f離不開它。3.為了合理利用能量人類始終在努力提高熱機效率。提高熱機效率的途徑：讓燃料充分燃燒；削減發(fā)動機各部分之間的摩擦?！镏攸c二：能量轉(zhuǎn)換與守恒能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。從物理、化學(xué)到地質(zhì)、生物，大到宇宙天體。小到原子核內(nèi)部，只要有能量轉(zhuǎn)化，就肯定聽從能量守恒的規(guī)律。從日常生活到科學(xué)探討、工程技術(shù)，這一規(guī)律都發(fā)揮著重要的作用。人類對各種能量，如煤、石油等燃料以及水能、風(fēng)能、核能等的利用，都是通過能量轉(zhuǎn)化來實現(xiàn)的。能量守恒定律是人們相識自然和利用自然的有力武器。三、考查方向1.熱機及其內(nèi)能轉(zhuǎn)化典例一：（2024·衡陽）如圖所示為內(nèi)燃機四沖程工作示意圖，下列說法正確的是（）。A．一個工作循環(huán)的正確依次是：甲乙丙丁；B．乙圖沖程能獲得動力；C．丁圖沖程有明顯機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程；D．丙圖沖程存在化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程【答案】C。【解析】甲圖中兩個氣閥都關(guān)閉，火花塞點火，活塞下運動，是做功沖程，此沖程將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能；乙圖中進氣門打開，活塞向下運行，氣缸容積增大，是吸氣沖程；丙圖中排氣門打開，活塞向上運動，氣缸容積減小，是排氣沖程；丁圖中兩個氣閥都關(guān)閉，活塞向上運動，所以為壓縮沖程，是機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；A、四個沖程的正確依次是乙丁甲丙，故A錯誤；B、乙圖為吸氣沖程，內(nèi)燃機在做功沖程能獲得動力，故B錯誤；C、丁圖為壓縮沖程，在該沖程中將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故C正確；D、丙圖為排氣沖程，而在做功沖程存在化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程，故D錯誤。故選：C。典例二：（2024?岳陽）下列與熱學(xué)有關(guān)敘述合理的是（）。A．年平均氣溫為-25℃的南極的冰山?jīng)]有內(nèi)能；B．烤火取暖是火焰的溫度轉(zhuǎn)移到人身上；C．內(nèi)燃機壓縮沖程將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；D．“端午佳節(jié)粽葉飄香”，人們聞到粽子的香味是升華現(xiàn)象【答案】C?！窘馕觥恳磺形矬w都有內(nèi)能；烤火取暖是通過熱傳遞的方式傳播的內(nèi)能；內(nèi)燃機壓縮沖程將機械能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能；粽葉飄香是擴散現(xiàn)象，說明構(gòu)成物質(zhì)的分子在不停息地運動。故選C。2.熱值及相關(guān)計算典例三：（2024·自貢）用煤氣灶把2kg、初溫為20℃的水加熱到70℃，消耗了20g煤氣。已知水的比熱容是4.2×103J/（kg·℃），煤氣的熱值為4.0×107J/kg，則水汲取的熱量為______J，煤氣灶燒水的效率為______?！敬鸢浮浚?）4.2×105；（2）52.5%?！窘馕觥克橙〉臒崃浚篞吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(70℃-20℃)=4.2×105J20g煤氣完全燃燒放出的熱量：Q放=mq=20×10-3kg×4.0×107J/kg=8×105J燃氣灶燒水的效率：η==52.5%。典例四：（2024·四川南充）若一輛小汽車一年行駛一萬公里，消耗1t汽油，這次汽油完全燃燒放出________J的熱量；某次行駛過程中，該汽車汽油機曲軸的轉(zhuǎn)速為3600r/min，在1s內(nèi)汽油機對外做功________次(q汽=4.6×107J/kg)。【答案】（1）；（2）30?！窘馕觥窟@次消耗的汽油為，依據(jù)公式可算出汽油完全燃燒放出的熱量為：故汽油完全燃燒放出的熱量為。該汽車汽油機曲軸的轉(zhuǎn)速為，內(nèi)燃機做一次功，曲軸轉(zhuǎn)動兩次，某次行駛過程中，該汽車汽油機曲軸1s內(nèi)轉(zhuǎn)動60次，則該汽車1s內(nèi)油機對外做功30次。3.熱機效率典例五：（2024·四川甘孜州）下列關(guān)于熱值和熱機效率說法，正確的是（）。A.使燃料燃燒更充分，可以增大熱值；B.使燃料燃燒更充分，可以提高熱機效率；C.柴油機的熱機效率通常為100%；D.燃料燃燒釋放的熱量越大，熱值越大【答案】B。【解析】A．熱值是燃料的特性，與燃燒狀況無關(guān)，故A錯誤；B．使燃料燃燒更充分，可以增大有效利用的能量，提高熱機的效率，故B正確；C．任何機器的做功時都不行避開的做額外功，效率不行能達到100%，故C錯誤；D．熱值是燃料的特性，與放出熱量的多少無關(guān)，故D錯誤。故選B。典例六：（2024·安徽）某同學(xué)家運用燃氣熱水器，平均每天需將100kg的水從18℃加熱到58℃，若自然氣完全燃燒放出熱量的70%被水汲取，則熱水器平均每天消耗自然氣________m3.[c水=4.2×103J/（kg·℃），q自然氣=4.0×107J/m3]?！敬鸢浮?.6?！窘馕觥恳罁?jù)Q=cmΔt可以算出水汲取的熱量：Q吸=c水mΔt=4.2×103J/（kg·℃）×100kg×（58℃－18℃）=1.68×107J；依據(jù)×100%可知，則自然氣完全燃燒放出的熱量Q放=2.4×107；則依據(jù)Q=Vq可知，故答案為0.6m3。典例七：（2024·山東聊城）小華家運用的是自然氣熱水器，他嘗試估測該熱水器的效率，以核對銘牌上的數(shù)值是否精確。當只有該熱水器運用自然氣時。把50kg的水從20℃加熱到54℃，自然氣表的示數(shù)由1365.05m3變?yōu)?365.17m3，已知水的比熱容c=4.2×103J/（kg·℃），自然氣的熱值q=7.0×107J/m3。求：(1)水汲取的熱量；(2)消耗的自然氣完全燃燒故出的熱量；(3)該熱水器的效率?！敬鸢浮?1)7.14×106J；(2)8.4×106J；(3)85%。【解析】(1)水汲取的熱量：(2)消耗的自然氣體積：V=1365.17m3-1365.05m3=0.12m3消耗的自然氣完全燃燒放出的熱量：(3)該熱水器的效率：。答：(1)水汲取熱量是7.14×106J；(2)消耗的自然氣完全燃燒故出的熱量是8.4×106J；(3)該熱水器的效率是85%。4.能量轉(zhuǎn)換與守恒典例八：（2024·黑龍江）目前，市區(qū)里的老舊小區(qū)正在進行水路改造，改造中用到了一種打孔工具一沖擊鉆，沖擊鉆工作時，鉆頭在電動機的帶動下，不斷沖擊墻壁打出圓孔。如圖，沖擊鉆在工作過程中，關(guān)于其能量轉(zhuǎn)化正確的是（）。A.內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能；B.內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能；C.只有機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化；D.有電能、機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化【答案】D?！窘馕觥繘_擊鉆工作時，鉆頭在電動機的帶動下轉(zhuǎn)動，該過程電能主要轉(zhuǎn)化成機械能和一少部分內(nèi)能；沖擊鉆在沖擊墻壁打圓孔時，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；故選D。典例九：（2024·安徽）在物理學(xué)習(xí)的過程中，對物理學(xué)問的正確相識是特別重要的。以下說法正確的是（）。A.物體的運動速度越大，慣性越大；B.磁場和磁感應(yīng)線都是真實存在的；C.電動機工作時消耗的電能主要轉(zhuǎn)化成機械能；D.熱機工作的實質(zhì)是把機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能【答案】C?！窘馕觥緼.物體的慣性只和質(zhì)量有關(guān)，與速度無關(guān)，故A錯誤；B.磁場是真實存在的，磁感線是為了描述磁場而假想出來的物理模型，不是真實存在的，故B錯誤；C.電動機工作時消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為機械能，一小部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故C正確；D.熱機工作的實質(zhì)是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，故D錯誤。典例十：（2024·河南）（雙選）在科學(xué)晚會上，小明所在的科技小組示了一個“隔板推物”8所示：甲、乙時，乙線圈會隨之搖擺，對于這個過程，下列說法