專題06  內(nèi)能利用（講義）一、知識(shí)梳理一、熱機(jī)1.熱機(jī)：利用內(nèi)能做功的機(jī)械叫熱機(jī)。熱機(jī)的種類：分為蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。內(nèi)燃機(jī)：燃料直接在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動(dòng)力的熱機(jī)。內(nèi)燃機(jī)根據(jù)其所使用的燃料分為汽油機(jī)和柴油機(jī)兩類。2. 內(nèi)燃機(jī)的工作原理（1）汽油機(jī)：四沖程汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)—汽缸、活塞、連桿、曲軸、進(jìn)氣門、排氣門、火花塞。沖程—活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從汽缸的一端運(yùn)動(dòng)到另一端的過程，叫做一個(gè)沖程。汽油機(jī)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(yùn)動(dòng)，吸進(jìn)汽油與空氣的混合物；壓縮沖程—外界對(duì)氣體做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，氣體溫度升高；做功沖程—化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，氣體溫度升高，氣體對(duì)外做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；排氣沖程—靠慣性運(yùn)動(dòng)，排出廢氣。（2）柴油機(jī)：四沖程柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)—汽缸、活塞、連桿、曲軸、進(jìn)氣門、排氣門、噴油嘴。柴油機(jī)的工作過程與汽油機(jī)幾乎一樣，但有三個(gè)區(qū)別：1）吸氣沖程：汽油機(jī)吸進(jìn)的是汽油和空氣的混合物，柴油機(jī)吸進(jìn)的僅僅是空氣；2）壓縮沖程：汽油機(jī)壓縮的是汽油和空氣的混合物，汽油機(jī)壓縮的僅僅是空氣；3）做功沖程：汽油機(jī)用火花塞點(diǎn)火，柴油機(jī)用噴油嘴噴油。二、熱機(jī)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）燃料燃燒放出熱量：Q放  ＝qm；（Q放 是燃料放出的熱量，單位是J；q是熱值，單位是J/kg；m 是質(zhì)量，單位是kg。）對(duì)于熱值的概念，要注重理解三個(gè)關(guān)鍵詞：“1kg”、“某種燃料”、“完全燃燒”。1kg是指燃料的質(zhì)量，如果燃料的質(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(shí)反映出不同燃料燃燒過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能的本領(lǐng)大??；也就是說，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(jī)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(jī)的效率。熱機(jī)的效率是熱機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。公式：3.在熱機(jī)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。注意：熱機(jī)能量的損失：①燃料未完全燃燒（完全燃燒條件：充足空氣，研磨成細(xì)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（使用潤(rùn)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(huì)消滅，也不會(huì)創(chuàng)生，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)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，所有能量轉(zhuǎn)化的過程，都遵從能量守恒定律。二、重點(diǎn)與難點(diǎn)★重點(diǎn)一：熱機(jī)效率1.熱機(jī)工作時(shí)，不能把燃料釋放的能量全部利用。主要原因是機(jī)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(dòng)機(jī)各部分零件相互摩擦消耗部分能量等。所以，熱機(jī)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(jī)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。由于熱損失的原因多，熱機(jī)效率一般較低。熱機(jī)是人類使用的主要?jiǎng)恿C(jī)，盡管它的效率不高，我們?nèi)匀浑x不開它。3.為了合理利用能量人類一直在努力提高熱機(jī)效率。提高熱機(jī)效率的途徑：讓燃料充分燃燒；減少發(fā)動(dòng)機(jī)各部分之間的摩擦。★重點(diǎn)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，就一定服從能量守恒的規(guī)律。從日常生活到科學(xué)研究、工程技術(shù)，這一規(guī)律都發(fā)揮著重要的作用。人類對(duì)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(shí)現(xiàn)的。能量守恒定律是人們認(rèn)識(shí)自然和利用自然的有力武器。三、考查方向1.熱機(jī)及其內(nèi)能轉(zhuǎn)化典例一：（2020·衡陽）如圖所示為內(nèi)燃機(jī)四沖程工作示意圖，下列說法正確的是（　?。?。A．一個(gè)工作循環(huán)的正確順序是：甲乙丙丁；B．乙圖沖程能獲得動(dòng)力；C．丁圖沖程有明顯機(jī)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(gè)氣閥都關(guān)閉，火花塞點(diǎn)火，活塞下運(yùn)動(dòng)，是做功沖程，此沖程將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；乙圖中進(jìn)氣門打開，活塞向下運(yùn)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(yùn)動(dòng)，氣缸容積減小，是排氣沖程；丁圖中兩個(gè)氣閥都關(guān)閉，活塞向上運(yùn)動(dòng)，所以為壓縮沖程，是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；A、四個(gè)沖程的正確順序是乙丁甲丙，故A錯(cuò)誤；B、乙圖為吸氣沖程，內(nèi)燃機(jī)在做功沖程能獲得動(dòng)力，故B錯(cuò)誤；C、丁圖為壓縮沖程，在該沖程中將機(jī)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(cuò)誤。故選：C。典例二：（2020?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(jī)壓縮沖程將機(jī)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。【解析】一切物體都有內(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(jī)壓縮沖程將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能；粽葉飄香是擴(kuò)散現(xiàn)象，說明構(gòu)成物質(zhì)的分子在不停息地運(yùn)動(dòng)。故選C。2.熱值及相關(guān)計(jì)算典例三：（2020·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，則水吸收的熱量為______J，煤氣灶燒水的效率為______。【答案】（1）4.2×105 ；（2）52.5%。【解析】水吸收的熱量：Q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?xì)庠顭男剩?/span>η==52.5%。典例四：（2020·四川南充）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(jī)曲軸的轉(zhuǎn)速為3600r/min，在1s內(nèi)汽油機(jī)對(duì)外做功________次(q汽=4.6×107J/kg)。【答案】（1） ；（2）30。【解析】這次消耗的汽油為，根據(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(jī)曲軸的轉(zhuǎn)速為，內(nèi)燃機(jī)做一次功，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩次，某次行駛過程中，該汽車汽油機(jī)曲軸1s內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)60次，則該汽車1s內(nèi)油機(jī)對(duì)外做功30次。3.熱機(jī)效率典例五：（2020·四川甘孜州）下列關(guān)于熱值和熱機(jī)效率說法，正確的是（　?。?/span>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(jī)效率；C. 柴油機(jī)的熱機(jī)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，與燃燒情況無關(guān)，故A錯(cuò)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(jī)的效率，故B正確；C．任何機(jī)器的做功時(shí)都不可避免的做額外功，效率不可能達(dá)到100%，故C錯(cuò)誤；D．熱值是燃料的特性，與放出熱量的多少無關(guān)，故D錯(cuò)誤。故選B。典例六：（2020·安徽）某同學(xué)家使用燃?xì)鉄崴?，平均每天需?100kg 的水從 18℃加熱到 58℃，若天然氣完全燃燒放出熱量的 70%被水吸收，則熱水器平均每天消耗天然氣________m3. [c 水=4.2×103J/（kg·℃），q天然氣=4.0×107J/m3]。【答案】0.6。【解析】根據(jù) Q=cmΔt 可以算出水吸收的熱量：Q 吸=c 水 mΔt =4.2×103J/（kg·℃）×100kg×（58℃－18℃）=1.68×107J；根據(jù)×100%可知，則天然氣完全燃燒放出的熱量Q放 = 2.4 × 107；則根據(jù) Q=Vq 可知，故答案為 0.6m3。典例七：（2020·山東聊城）小華家使用的是天然氣熱水器，他嘗試估測(cè)該熱水器的效率，以核對(duì)銘牌上的數(shù)值是否準(zhǔn)確。當(dāng)只有該熱水器使用天然氣時(shí)。把50kg的水從20℃加熱到54℃，天然氣表的示數(shù)由1365.05m3變?yōu)?365.17m3，已知水的比熱容c=4.2×103J/（kg·℃），天然氣的熱值q=7.0×107J/m3。求：(1)水吸收的熱量；(2)消耗的天然氣完全燃燒故出的熱量；(3)該熱水器的效率。【答案】(1)7.14×106J；(2)8.4×106J；(3)85%。【解析】(1)水吸收的熱量：(2)消耗的天然氣體積：V=1365.17m3-1365.05m3=0.12m3消耗的天然氣完全燃燒放出的熱量：(3)該熱水器的效率：。答：(1)水吸收熱量是7.14×106J；(2)消耗的天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：（2020·黑龍江）目前，市區(qū)里的老舊小區(qū)正在進(jìn)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(shí)，鉆頭在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)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(jī)械能；B.內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能；C.只有機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化；D.有電能、機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化【答案】D。【解析】沖擊鉆工作時(shí)，鉆頭在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，該過程電能主要轉(zhuǎn)化成機(jī)械能和一少部分內(nèi)能；沖擊鉆在沖擊墻壁打圓孔時(shí)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；故選D。典例九：（2020·安徽）在物理學(xué)習(xí)的過程中，對(duì)物理知識(shí)的正確認(rèn)識(shí)是非常重要的。以下說法正確的是（ ）。A. 物體的運(yùn)動(dòng)速度越大，慣性越大；B. 磁場(chǎng)和磁感應(yīng)線都是真實(shí)存在的 ；C. 電動(dòng)機(jī)工作時(shí)消耗的電能主要轉(zhuǎn)化成機(jī)械能 ；D. 熱機(jī)工作的實(shí)質(zhì)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能【答案】C。【解析】A.物體的慣性只和質(zhì)量有關(guān)，與速度無關(guān)，故 A 錯(cuò)誤；B.磁場(chǎng)是真實(shí)存在的，磁感線是為了描述磁場(chǎng)而假想出來的物理模型，不是真實(shí)存在的，故 B 錯(cuò)誤；C.電動(dòng)機(jī)工作時(shí)消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，一小部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故 C 正確；D.熱機(jī)工作的實(shí)質(zhì)是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故 D 錯(cuò)誤。典例十：（2020·河南）（雙選）在科學(xué)晚會(huì)上，小明所在的科技小組示了一個(gè)“隔板推物”的節(jié)日，其原理如圖 8 所示：甲、乙兩線圈分別懸掛在兩個(gè)蹄形磁鐵的磁場(chǎng)中，兩線圈通過導(dǎo)線連接構(gòu)成一個(gè)閉合電路，用手推動(dòng)甲線圈擺動(dòng)時(shí)，乙線圈會(huì)隨之?dāng)[動(dòng)，對(duì)于這個(gè)過程，下列說法正確的是（ ）A.甲線圖相當(dāng)于電源，乙線圈相當(dāng)于用電器；B.推動(dòng)甲線圈擺動(dòng)時(shí)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；C.乙線圈隨之?dāng)[動(dòng)時(shí)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；D.乙線圈擺動(dòng)是因?yàn)橥妼?dǎo)線在測(cè)場(chǎng)中受力【答案】AD。【解析】A 選項(xiàng)，推動(dòng)甲線圈，乙線圈隨之?dāng)[動(dòng)，甲線圈是發(fā)電機(jī)，乙線圈是電動(dòng)機(jī)，故 A 正確；B 選項(xiàng)，甲線圈是發(fā)電機(jī)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，故 B 錯(cuò)誤；C 選項(xiàng)，乙線圈是電動(dòng)機(jī)，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故 C 錯(cuò)誤；D 選項(xiàng)，乙線圈是電動(dòng)機(jī)，其原理為通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力。 

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