重难点06内能的利用-2022年中考物理热点及重难点专练试卷（原卷+解析）

专项二  热学

重难点06  内能的利用

【重点知识梳理】

6.1单缸四冲程汽油机的工作循环

单缸四冲程内燃机的四个冲程

汽油机与柴油机的区别

6.2热机的效率

1.热机效率：热机所做的有用功与所用燃料完全燃烧释放的热量之比。其值一定小于1。

公式：η=×100%。一般用W=Fs或者W=Pt计算有用功；用Q放=mq或Q放=vq计算Q放。

2.提高热机效率的一些途径：①让燃料燃烧更充分；②减轻热机的质量；③较少热机各部件之间的摩擦；④废气再利用等。

6.3能量守恒定律

能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其它形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。

【难点知识突破】

6.1根据汽油机的转速计算单位时间内的做功、冲程数

因为1个工作循环，飞轮转动2圈，经历4个冲程，对外做功1次。所以根据转速计算单位时间内的做功、冲程数时，关键看单位时间内飞轮转动的转数。设飞轮的转速为NR/min,则它等于。

即1s内飞轮转过N/60转，所以做功冲程数为N/120；冲程数为N/30。（即做功次数等于转数的一半，冲程数等于转数的2倍）

【例题分析】

【例1】（2021黑龙江）如果汽油机飞轮转速是2400r/min，则该汽油机每秒完成______个冲程，对外做功______次。

【答案】80    20   

【解析】汽油机飞轮转速是2400r/min，则每秒钟飞轮转的转数为：n= r=40r。飞轮转1转对应的是两个冲程，所以40r对应着是80个冲程。一个工作循环飞轮转2转，飞轮转40转是20个工作循环，一个工作循环对外做功一次，则20个工作循环对外做功20次。

6.2热机效率的计算

计算公式：η=×100%。一般用W=Fs或者W=Pt计算有用功；用Q放=mq计算Q放。注意各量的单位的统一。质量一定要用kg为单位；路程用m为单位；功率用W为单位；t用s为单位。若果q的单位是J/m3,则Q放=vq。

【例题分析】

【例2】(2020苏州19)某燃气热水器将20kg的水从10℃加热到60℃，完全燃烧了0.21m3的煤气。水吸收的热量是　   　J．热水器烧水的效率是　   　。[已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值为4×107J/m3]

【答案】4.2×106     50%

【解析】水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×20kg×（60℃﹣10℃）＝4.2×106J。

煤气完全燃烧放出的热量：Q放＝qV＝4×107J/m3×0.21m3＝8.4×106J。

热水器烧水的效率：η= ×100%= ×100%=50%。

【例3】某家用轿车，重1.5×104N,当车以72km/h的速度匀速直线行驶了0.5h，消耗汽油3kg，期间车受到的阻力为车重的0.08。求在此过程中：（1）车通过的路程；（2）牵引力做功的功率；（3）汽车发动机的效率。（q油=4.6×107J/kg）

【答案】（1）36km     （2）2.4×104W      （3）31.3%

【解析】（1）车通过的路程：S=Vt=72km/h×0.5h=36km。

（2）因为汽车匀速直线行驶，所以牵引力与阻力相等。F=f=0.08G=0.08×1.5×104N=1.2×103N。

牵引力做功的功率：P=FV=1.2×103N×20m/s=2.4×104W。

（3）牵引力所做的功：W=FS=1.2×103N×3.6×104m=4.32×107J；汽油完全燃烧放出的热量：

Q放=mq油=3kg×4.6×107J/kg=1.38×108J；汽车发动机的效率：η= ×100% = ×100% ≈ 31.3%。

【答案】（1）车通过的路程36km；  （2）牵引力做功的功率2.4×104W； （3）汽车发动机的效率31.3%。

【巩固练习】

1.（2021怀化）如图所示是某四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，它是（　　）

A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程

【答案】B

【解析】由图可知，进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，B正确。选B。

2.（2021海南）在冬天，人们常常搓手取暖，这个过程中的能量转化与四冲程内燃机的哪个冲程相同（    ）

A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程

【答案】B

【解析】人们在冬天常常搓手取暖，是通过搓手将机械能转化为内能，内能增加，温度升高，手暖和，这是通过做功的方式改变手的内能，这与汽油机工作中的压缩冲程的能量转化相同，都是将机械能转化为内能。选B。
3.（2021宁波）在如图所示的“汽油机模型”实验中，将少量的汽油喷入筒内，用软木塞塞住筒口，摇动起电机，观察到放电针放电，汽油燃烧，软木塞被高温高压的气体冲出。该实验可模拟四冲程汽油机工作时的（    ）

A. 吸气冲程            B. 压缩冲程           C. 做功冲程           D. 排气冲程

【答案】C

【解析】当放电针放电时，汽油燃烧，圆筒内气体的内能增加，气体对软木塞做功，软木塞被高温高压的气体冲出，而汽油机的做功冲程对外做功，因此该实验可模拟四冲程汽油机工作时的做功冲程。选C。

4.（2021菏泽）热学知识在日常生活中有广泛的应用，下列说法正确的是（   ）           

A. 四月的荷泽牡丹飘香，说明分子间有空隙
B. 摩擦生热是通过热传递改变了物体的内能
C. 热机通过压缩冲程将机械能转化为内能
D. 暖气片内用水作为导热介质是因为水的沸点较高

【答案】 C  

【解析】A．四月的荷泽牡丹飘香，说明分子在不停地坐无规则运动，A错。

B．摩擦生热，克服摩擦力做功产生热量，是通过做功改变了物体的内能，B错。

C．热机通过压缩冲程对热机内气体做功，将机械能转化为内能，C正确。

D．暖气片内用水作为导热介质是因为水的比热容较大，当质量与降低相同温度时，水比其他液体放出的热量多，D错。选C。

5.（2021广东）关于四冲程汽油机的工作过程，下列说法正确的是（     ）

A. 吸气冲程：只吸入空气 B. 压缩冲程：缸内温度降低
C. 做功冲程：气体推动活塞做功 D. 排气冲程：内能转化为机械能

【答案】C

【解析】A.汽油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物，A错。
B.在压缩冲程，活塞对气体做功，将机械能转化为内能，气体的内能变大，温度升高，B错。
C.做功冲程中，燃气对活塞做功，燃气的内能转化为活塞的机械能，C正确。
D.排气冲程中没有能量的转化，D错。选C。

6.（2021贵港）如图所示，在试管里注入少量的水，用软木塞塞紧管口，用酒精灯加热。一会儿试管里的水沸腾了，水蒸气把软木塞向上冲起。下面解释正确的是（   ） 

A. 这个过程与内燃机的做功冲程类似
B. 试管内水的内能增加是通过做功方式改变
C. 酒精燃烧时是内能转化为化学能
D. 管内水蒸气的内能减少，温度降低，在试管口变成白色的热空气

【答案】 A    

【解析】A ．在汽油机的做功冲程中，燃气膨胀做功，将内能转化为机械能，所以汽油机的做功冲程是此原理的应用，A正确。

B．用酒精灯加热，是通过热传递的方式使得水的内能增加，产生大量水蒸气，B错

C．酒精灯燃烧时，把化学能转化为内能，C错。

D．水蒸气对木塞做功，水蒸气的内能转化为木塞的机械能木塞冲出；此时水蒸气的内能减少，温度降低，液化为小水滴，即我们看到的白雾，D错。选A。

7.（2021武威）如图所示是四冲程汽油机内部剖面图，此为________冲程；汽油机需要用冷却液进行降温，是利用了冷却液的________大的特性。 

【答案】 做功    比热容     

【解析】四冲程汽油机的四个冲程分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。分析图，此时汽油机进气门、排气门都关闭，活塞向下运动，火花塞正在点火，由此判断是四冲程汽油机的做功冲程。 通常选用比热容大的物质做冷却液，相同质量的该种物质，吸收相同的热量，温度升高得少。

8.（2021广东）如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的______ 大，火箭发射升空时，燃料的化学能转化为______ 能，再转化为火箭的机械能，这个过程中火箭的机械能______（选填“守恒”或“不守恒”）。

【答案】热值  内  不守恒

【解析】运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较大的热值，完全燃烧相同质量的液态氢和其它燃料相比，液态氢可以释放出更多的热量；并且所需的液态氢的体积小，便于储存和运输。火箭发射升空时，燃料通过燃烧将化学能转化为燃气的内能，燃气对火箭做功，又将内能转化为火箭的机械能，使得火箭的机械能增大，所以机械能不守恒。
9.（2021枣庄）如图是四冲程汽油机的某个冲程，由图可看出它正处于________冲程，该冲程将机械能转化为________能，若该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功________次。 

【答案】 压缩    内   30     

【解析】【如图，进气门、排气门都关闭，活塞向上运动，它正处于压缩冲程。 此过程中活塞压缩气缸内的气体，对气体做功，使气体内能增加，将机械能转化为内能。若该汽油机飞轮的转速是60r/s，飞轮转2圈做一次功，则汽油机每秒钟对外做功30次。

10.（2021达州）如图所示是四冲程汽油机的______ 冲程，该冲程中，汽缸内燃气的内能______ （选填“变大”“变小”“不变” ）；0.5kg汽油完全燃烧后放出热量的42%被质量为100kg、初温为25kg的水吸收，可使水温升高到______℃。【q油=4.6×107J/kg；c水=4.2×103J/（kg.℃）】

【答案】做功  变小  43

【解析】图中，两个气阀关闭，火花塞喷出电火花，活塞向下运动，是做功冲程，在这一过程中化学能转化为内能再转化为机械能，汽缸内燃气的内能。
完全燃烧0.5kg汽油放出的热量Q放=mq=0.5kg×4.6×107J/kg=2.3×107J；水吸收的热量Q吸=ηQ放=

42%×2.3×107J=9.66×106J；水升高到的温度为：Δt= = =23℃；水的温度升高到：t=t初+Δt=20℃+23℃=43℃。

11.（2021·遂宁）下图是新农村建设中广泛使用的一种小型农用柴油机，铭牌部分信息如下表所示，其中活塞行程是指一个冲程活塞移动的距离。该柴油机为单缸四冲程内燃机，压缩冲程中气缸内气体内能增加是通过   方式实现的；正常工作1min，柴油机输出的有用功    J，消耗柴油    kg，做功冲程中燃气对活塞的平均压力为    N。（q柴油=4.0×107J/kg）

【答案】做功   4.8×105    0.03    4000

【解析】压缩冲程是把机械能转化为内能，即气缸内气体内能增加是通过做功方式实现的。柴油机输出的有用功W有=Pt=8000w×60s= 4.8×105 J。柴油机的总功：W总= = = 1.2×106J；

根据W总= Q放=mq知，消耗的柴油质量m= = =0.03kg。曲轴每转2圈活塞对外做功1次，所以1min转动2400周，要做功1200次，即1min活塞的行程为S=1200×0.1m=120m，做功冲程中燃气对活塞的平均压力为F= = =4000N。

12.（2021十堰）如图所示，小明在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小团硝化棉，用力将活塞迅速下压，棉花被点燃，此过程的能量转化方式与柴油机的______ 冲程相同。小明参加了一次长跑，身体消耗的能量约为8.4×105J，这些能量相当于完全燃烧______ m3的天然气，若天然气完全燃烧放出的热量有50%被水吸收，则在标准大气压下这些热量可将______kg20℃的水烧开。【q油=4.7×107J/m3；c水=4.2×103J/（kg.℃）】

【答案】压缩  0.21       12.5 
【解析】在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小团硝化棉，用力将活塞迅速向下压，棉花被点燃，这是因为压缩筒内空气做功，使空气的内能增加；该实验中，活塞的机械能转化为筒内空气的内能，与内燃机的压缩冲程的能量转化方式相同。由题可知，天然气完全燃烧放出的热量等于身体消耗的能量，由Q放=vq得，需要天然气的体积：V= = =0.21m3。水吸收的热量：

Q吸=ηQ放=50%×8.4×106J=4.2×106J ，由Q吸=cmΔt得，水的质量：

m= = =12.5℃。

13.（2021嘉兴）核能是一种高效清洁的能源。2020年11月，具有完全自主产权的“华龙一号”核电机组并网发电。如图是核电机组示意图，通过三个回路的设计有效提高了安全性。

（1）一回路：反应堆中核燃料反应产生大量的热，从而将水加热到约320℃，气压达到150多个标准大气压，此时水不会沸腾的原因是______ 。
（2）二回路：蒸汽发生器中的水被加热后______ （填物态变化名称）成水蒸气，这些水蒸气推动汽轮机带动发电机发电。

（3）三回路：核电站通常建在海边用海水作冷凝剂，原因是海水量多且______ 。

【答案】气压增大，水的沸点升高  汽化  比热容大

【解析】（1）在一个标准大气压下，水的沸点是100℃。当上方气压增加时，沸点也增加，此题中水面上方有150多个标准大气压，所以将水加热到约320℃也不会沸腾。

（2）蒸发器中的水是液体，被加热后变成了水蒸气，水蒸气是气体，水由液态变为气态是汽化。

（3）因为在质量一定的情况下，升高相同的温度，物质比热容越大，吸收的热量就越多。核电站用水做冷却剂就是应用了水的比热容较大这一特性。

14.（2021云南）中国首次火星探索任务“天问一号”探测器的成功发射，是我国综合国力和创新能力提升的重要标志。如图所示是某火箭发射时的场景，目前运载火箭一般使用液态氢作为燃料、液态氧作为助燃剂。火箭燃料的发展如表1所示，表2是一些燃料的热值。

表1

表2

（1）使用氢作为燃料的主要优点是：　　和 　　。

（2）某火箭发射时携带了3×104kg液态氢燃料，这些燃料完全燃烧最多能将多少千克初温为20℃的水加热至沸腾？[c水＝4.2×103J/（kg•℃），当地大气压为1标准大气压]

（3）氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在气缸中燃烧。某次测试中，一辆氢能源车以70kW的功率匀速行驶0.5h，消耗了2kg燃料，求该发动机的效率。

【答案】（1）热值大；无污染（2）1.25×107kg（3）45%。

【解析】（1）运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的氢时，可以释放出更多的热量，另外氢气燃烧的生成物是水，不会造成污染。

（2）3×104kg液态氢完全燃烧释放的热量：Q＝mq＝3×104kg×1.4×108J/kg＝4.2×1012J，一标准大气压下水的沸点为100℃，水的质量为：

m′= = = 1.25×107kg。

（3）氢能源车所做的功为：W＝Pt＝70000W×0.5×3600s＝1.26×108J，2kg燃料完全燃烧释放的热量：Q′＝m″q＝2kg×1.4×108J/kg＝2.8×108J，该发动机的效率为：

η= ×100% = ×100%=45%

答：（1）热值大；无污染；（2）这些燃料完全燃烧最多能将1.25×107kg初温为20℃的水加热至沸腾；（3）该发动机的效率为45%。

15.（2021张家界）汽车已经成为现代生活不可缺少的一部分，某研究小组对汽车开展调查研究。（1）图甲是汽车的刹车结构示意图，根据图片分析，这是______ 杠杆（选填“省力”、“费力”或“等臂”）；某段道路的标志牌如图乙所示，为什么同样的道路上，对不同车型设定不一样的最高行驶速度？                                

（2）（多选）汽车在行驶过程中遇到危急情况要紧急刹车。从发现情况到汽车停止的距离叫做停车距离，停车距离等于反应距离加上制动距离。下列行为会使停车距离变长的是______ 。
A.疲劳驾驶       B.酒后驾驶        C.接听电话           D.开车前系好安全带

（3）内燃机有四个工作冲程，图丙是内燃机的______ 冲程。

（4）假设某款纯电动汽车在平直公路上匀速行驶时，每百公里耗电30千瓦时，若电能转化为机械能效率为85%，则汽车匀速行驶时受到阻力为______ N。若质量和外形完全相同的燃油汽车，它的能量转化率为30%，以相同速度在同一路面上匀速行驶，每行驶百公里需要消耗的燃油为______ kg。（汽油的热值为q=4.6×107J/kg，结果保留1位小数）
（5）若电价为0.6元千瓦时，汽油价格为7.0元/升，每行驶百公里，电动汽车比燃油汽车节省______ 元。（汽油的密度ρ=0.71×103kg/m3，结果保留1位小数）

【答案】（1）省力  在相同的道路上，不同车型的机动车质量不同，速度相同时，质量大的动能大，制动距离大，质量小的动能小，制动距离小，当制动距离相同时，不同车型限速就不同 

（2） ABC     （3）压缩     （4） 918  7.8    （5）59

【解析】（1）O 点为支点，刹车油右侧的活塞对金属杆的力是阻力，脚对刹车踏板的力是动力，且动力臂大于阻力臂，所以这是一个省力杠杆。在相同的道路上，不同车型的机动车质量不同，速度相同时，质量大的动能大，制动距离大，质量小的动能小，制动距离小，当制动距离相同时，不同车型限速就不同。

（2）疲劳驾驶、酒后驾驶、打手机都会使司机反映迟钝或者注意力不集中，增加反应时间，可使停车距离变长；开车前系好安全，不会增加反应距离的大小，不会影响到反应时间，不会使停车距离变长，选ABC。

（3）由图可知，两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程。

（4）电能转化为机械能效率为85%，由公式W=FS得该电动汽车匀速行驶时受到的牵引力为：

F= =  =918N。电动汽车在平直公路上匀速行驶，阻力和牵引力是一对平衡力，大小相等，所以，f=F=918N。由公式η= ×100%得汽油释放的总能量：

Q= = =100kw.h=3.6×108J。因为Q=mq，所以需要汽油的质量：m= = ≈7.8kg。

（5）燃油汽车每百公里耗油7.8kg，汽油价格为7.0元/升，由ρ= 可得，燃油汽车每百公里耗油的体积：v= = =11×10-3m3=11L；则每百公里燃油汽车的费用为11L×7元/L=77元。每百公里电动汽车消耗的电能30kw.h，电动汽车充电价格为0.6元/kw.h，则每百公里电动汽车的费用30kw.h×0.6元、kw.h=18元，所以，每百公里电动汽车比该燃油汽车节省的费用为77元-18元=59元。