中考物理二轮复习考点题型归纳与变式演练专题04 内能的利用（2份，原卷版+解析版）

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目录
一、热点题型归纳
【题型一】 热机
【题型二】 热机效率
【题型三】 能量转换与守恒
二、最新模考题组练
【题型一】热机
【典例分析】
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
【提分秘籍】
1.热机：利用内能做功的机械叫热机。
热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。
内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。
2. 内燃机的工作原理
（1）汽油机：四冲程汽油机的结构—汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。
冲程—活塞在气缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
汽油机的工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
吸气冲程—靠惯性运动，吸进汽油与空气的混合物；
压缩冲程—外界对气体做功，机械能转化为内能，气体温度升高；
做功冲程—化学能转化为内能，气体温度升高，气体对外做功，内能转化为机械能；
排气冲程—靠惯性运动，排出废气。
（2）柴油机：四冲程柴油机的结构—汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、喷油嘴。
柴油机的工作过程与汽油机几乎一样，但有三个区别：1）吸气冲程：汽油机吸进的是汽油和空气的混合物，柴油机吸进的仅仅是空气；2）压缩冲程：汽油机压缩的是汽油和空气的混合物，汽油机压缩的仅仅是空气；3）做功冲程：汽油机用火花塞点火，柴油机用喷油嘴喷油。
【变式演练】
1．（2022·湖南湘潭·统考中考真题）如图，蒸粽子时，锅盖被水蒸气顶起而发生“跳动”，下列说法正确的是（ ）
A．水沸腾时，温度继续升高
B．蒸锅烫手，因为它含有的温度多
C．闻到粽香，说明加热后分子才运动
D．水蒸气顶起锅盖过程的能量转化与内燃机做功冲程相似
2．（2022·浙江·中考真题）2022年3月，我国最大推力的氢氧发动机在北京完成首次试车。氢氧发动机为火箭腾飞提供“硬核”动力，结构简图如图。
（1）为便于运输和储存，通常采用降温和压缩体积的方式将氢气和氧气 _____（填物态变化名称）后分别储存于火箭的液氢贮箱和液氧贮箱；
（2）燃料燃烧产生的高温高压气体，使发动机对火箭持续做功，直至上升到特定轨道，该过程中能量的转化是 _____。
3．（2022·江苏扬州·统考中考真题）利用气球可以完成下列实验：

（1）在气球上粘上小塑料颗粒，代表宇宙中的天体，气球膨胀时，任意一个塑料颗粒周围的其他的塑料颗粒都与它___________，可模拟宇宙膨胀现象。
（2）如图1所示，充满气体的气球向左喷气而向右飞出，说明___________，此过程发生的能量转化与图___________（选填“2”或“3”）中的能量转化是一致的。
【题型二】 热机效率
【典例分析】
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______。
【提分秘籍】
1．热值（q）：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫热值；热值单位是：J/kg。
（1）燃料燃烧放出热量：Q放=qm；（Q放是燃料放出的热量，单位是J；q是热值，单位是J/kg；m是质量，单位是kg。）
对于热值的概念，要注重理解三个关键词：“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是指燃料的质量，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值；某种燃料是指热值与燃料的种类有关；完全燃烧意思是燃料要完全烧尽，否则1kg燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。
（2）热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小；也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。
2.热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫热机的效率。热机的效率是热机性能的一个重要指标。公式：。
3.在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
注意：热机能量的损失：①燃料未完全燃烧（完全燃烧条件：充足空气，研磨成细颗粒）；
②废气排出带走能量（废气的利用）；
③克服磨擦，消耗能量（使用润滑剂，减小摩擦）。
【变式演练】
1．（2022·山西·统考中考真题）热机的效率是衡量汽车发动机性能的关键指标。2020年9月，我国潍柴集团发布全球首款热机的效率突破50%的商业化柴油机，这一成果的意义犹如人类历史上首次百米赛跑突破10s。立志成为汽车设计师的小明，也想设计改造发动机，使热机的效率达80%。考虑影响热机效率的因素，你认为小明可以在哪些方面改进创新？___________。假如小明的设想实现了，会给我们的生活带来哪些影响？___________。（写出一条即可）
2．（2022·四川达州·统考中考真题）达州是全国三大气田之一和川气东送工程的起点，天然气资源总量3.8万亿立方米，探明储量7000亿立方米，年外输天然气100亿立方米以上，天然气净化附产硫磺400万吨，是亚洲最大的硫磺生产基地。天然气属于___________（选填“一次”或“二次”）能源。周末，玲玲在家用燃气灶煮煎蛋面时，她闻到煎鸡蛋的香味，这是___________现象；若天然气完全燃烧放出的热量50%被水吸收，在一标准大气压下，烧开质量为4kg初温为20℃的水需要___________m3天然气。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值为4.2×107J/m3]
3．（2022·山东日照·统考中考真题）使用天然气烧水，天然气燃烧所消耗的___________能转化为水的内能。小明想测量家中利用天然气烧开一壶水的效率，他记录了水壶的容积、水的比热容和密度、当地水的沸点、天然气的热值、燃烧的天然气体积，还应记录___________就可完成测量。
【题型三】 能量转换与守恒
【典例分析】
小汽车已成为大多数家庭出行代步的工具，其发动机大多数为汽油机，下列有关汽油机的说法正确的是（ ）。
A．汽油机的吸气冲程吸入的是空气B．汽油机的效率一般比柴油机的效率高
C．汽油机的点火方式是压燃式D．汽油机的压缩冲程是把机械能转化为内能
【提分秘籍】
1.能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。
2．能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。
【变式演练】
1．（2022·湖南益阳·统考中考真题）下列能量转化或转移的情景中，属于能量转移的是（ ）
A．燃料燃烧时发热
B．用热水袋取暖
C．钻木取火
D．电动机带动水泵把地下水送到地面
2．（2022·贵州遵义·统考中考真题）有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置开始转动后的分析正确的是（ ）
A．装置所具有的机械能始终不变
B．如果没有能量补充，装置最终会停下来
C．根据能量守恒定律，装置可以一直转动下去
D．装置中小球的动能和重力势能不会相互转化
3．（2022·山东菏泽·统考中考真题）水从高处流向低处后，无法自发回到同样的高度，说明能量的转化具有___________，所以尽管能量是守恒的，我们仍然要节约能源。请列举一例可再生能源：___________。
一、单选题
1．（2022·山东济南·统考一模）2022春节期间，济南市全域全时段禁售、禁燃、禁放烟花爆竹。燃放鞭炮实质上是鞭炮内的化学物质发生爆燃，产生高压燃气瞬间冲破鞭炮的过程。这个过程和热机哪个工作冲程的原理相似（ ）
A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程
2．（2022·广东深圳·深圳市宝安中学（集团）校考模拟预测）关于内能的利用，下列说法正确的是（ ）
A．比热容是物质的特性，跟温度上升的多少无关
B．燃料燃烧更充分，可以增大燃料的热值
C．容易燃烧的燃料，热值一定大
D．单缸四冲程柴油机，飞轮每转1圈，柴油机对外做功1次
3．（2022·江苏南通·统考一模）恩格斯曾说过：“摩擦生火第一次使人支配了一种自然力，从而最终把人和动物分开。”如图所示，“钻木取火”时（ ）
A．产生的内能无法自主转化为其他形式的能
B．能量的转换与热机的做功冲程相同
C．手握的木钻将内能转移给了木柴
D．木柴燃烧越充分，其热值越高
4．（2022·内蒙古包头·包头市第二十九中学校考三模）从物理学角度，对下列现象的解读正确的（ ）
A．炎炎夏日打开冰箱门看到白气是冰箱内的水蒸气液化放热形成
B．在室内洒水降温是因为水的比热容大
C．发生热传递时温度从高温物体传向低温物体
D．烧水时壶盖被顶起和热机的做功冲程原理相同
5．（2023·辽宁鞍山·统考一模）关于图所示的热现象，说法正确的是（ ）
A．图甲中炙热的铁水具有内能，冰冷的冰块没有内能
B．图乙中冬天搓手取暖是将内能转化为机械能
C．图丙中用湿毛巾冷敷降温是通过热传递的方式减小人体的内能
D．图丁中能量转化与汽油机做功冲程能量转化都是机械能转化为内能
二、填空题
6．（2022·云南昆明·统考一模）如图所示，2022冬奥会主火炬以“微火”取代熊熊燃烧的大火，传递低碳、环保的绿色奥运理念，实现了奥运历史上的一次点火创新。“微火”由清洁氢能源作为燃料供给。氢燃料流量约为1.2立方米/小时。与以往熊熊燃烧的火炬相比，大约能够节省99.9%的能量，充分体现了环保理念。氢气的热值为表示的物理意义是______。若氢气的密度为，每小时流过的氢气完全燃烧放出______J的热量。
7．（2022·江苏盐城·统考一模）如图是一位“发明家”设计的一种永动机。利用上水池的水使水轮发电机发电，然后，利用发电机发出的电能驱动抽水机把下水池的水再抽回上水池（一部分电能供用电器使用）。这样不断循环下去，就可以制成一个永动机。这个永动机______（能/不能）持续运转，因为它违背了______定律，实际上，抽水、发电时都有一部分能量转化为______能。
8．（2021·新疆阿勒泰·校考二模）2020年12月30日11时32分，由中国航天科技集团有限公司四院自主研制的迄今我国直径最大、装药量最大、工作时间最长的固体分段式助推器——民用航天3.2米3分段大型固体火箭发动机地面热试车在西安取得圆满成功。火箭加速升空过程中，对于火箭搭载的卫星来说，动能_______，重力势能_______，卫星的机械能是由火箭燃料的_______能转化而来的。使用液氢作为燃料是因为液氢的_______大。
9．（2022·江苏镇江·校联考模拟预测）高速行驶的汽车突然刹车，车内的人由于________身体会向前倾，驾驶员通过踩刹车可以使行驶中的汽车突然停止，说明力可以改变汽车的_______。汽油机一个工作循环中有四个冲程，图是汽油机工作循环中的___________冲程。
10．（2022·安徽·校联考模拟预测）全球首款热效率达50%的商业化柴油机已发布，如果应用在汽车上将会节约更多的燃料。假设某辆柴油机汽车原效率为40%，每年消耗柴油1800kg，换用新的柴油机后，每年可以节约燃油______kg。
三、实验题
11．（2022·江苏镇江·统考二模）如图在“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”实验中，小华实验组选用碎纸片和酒精为燃料进行了实验：
（1）实验除了温度计，还需要的测量工具是________；
（2）烧杯中液体的种类________（选填“相同”或“不同”）质量________（选填“相等”或“可以不等”）；
（3）燃料完全燃烧后，图甲的温度计示数升高较多，则________（选填“酒精”或“碎纸片”）放出的热量更多；
（4）酒精完全燃烧后，将500g水的温度从20°C升高至70°C，则水吸收的热量为________J。[c水=4200J/（kg·°C）]
四、计算题
12．（2022·江苏常州·统考模拟预测）某品牌家用太阳能热水器的晒水箱容积为50L，装满水经2.5小时曝晒后水温能升高27℃。已知这种晒水箱的热效率是50％，太阳光垂直照射地表面时，地表吸收的热量为Q0=1.26×103J/（s·m2）；ρ水=1.0×103kg/m3、c水=4.2×103J/（kg﹒℃）；煤的热值q煤=3×107J/kg。
（1）求50L水温度升高27℃所吸收的热量；
（2）求上述热量相当于完全燃烧多少千克的煤释放的热量；
（3）求该晒水箱需要安装受阳光垂直照射的面积。
13．（2022·云南曲靖·统考模拟预测）小明家新买来一台燃气热水器，如图所示，该燃气热水器主要是利用天然气燃烧来加热水的，假设该燃气热水器每秒能放出100mL、末温为50℃的热水，水的初温为15℃，某次洗漱时小明放了10s的水，该过程消耗了0.014m3的天然气（只有有水流出时，该热水器才会工作）[q天然气=4.2×107J/m3，c水=4.2×103J/（kg•℃）]。求：
（1）10s内放出的水吸收的热量；
（2）该过程中热水器加热水的效率；（假设该过程中天然气完全燃烧）
（3）若天然气完全燃烧产生的热量全部由干木柴来提供，需要完全燃烧0.049kg干木柴，则干木柴的热值。
五、综合题
14．（2021·北京门头沟·统考二模）请阅读《热机的发展》
热机的发展
热机发明后，一直在持续的改进和发展中。所谓热机，就是一种将内能转换为机械能的机械，我国南宋出现的走马灯是世界上较早的热机（涡轮机）的雏形。在近代科技发展中，热机扮演了非常重要的角色——被称为第一次工业革命的动力源的蒸汽机就属于热机中的外燃机，而在汽车上广泛使用的汽油发动机、柴油发动机则属于热机中的内燃机。
1862年，法国工程师德罗夏在本国科学家卡诺研究热力学的基础上，提出了四冲程内燃机工作原理：活塞下移、进燃料；活塞上移，压缩气体；点火，气体迅速燃烧膨胀，活塞下移做功；活塞上移，排出废气。四个冲程周而复始，推动机器不停地运转。德罗夏只是天才地提出了四冲程的内燃机理论，而将这一理论变为现实的是德国发明家奥托。1876年，他设计制成了第一台四冲程内燃机（以煤气为燃料）。它具有体积小、转速快等优点。后来这种机械常常用汽油作燃料，所以又叫汽油机。它常应用在汽车、飞机、摩托车和小型农业机械上。随后德国人狄塞尔提出压燃式内燃机原理，1897年成功制造了以柴油为燃料的柴油机。
19世纪末，随着电力工业的发展，中心发电站迅速兴起。汽轮机因之产生和发展。20世纪初，美国人柯蒂斯制成多个速度级的汽轮机，改进了性能，并一直使用到现在。燃气轮机是发展较晚的热机。1920年德国人霍尔茨瓦兹制成第一台能实用的燃气轮机，热效率为13％，但因仍存在许多缺点而被放弃。1939年瑞士制成4兆瓦的燃气轮机发电机组，效率达18％。同年，在德国制造的喷气式飞机试飞成功，使用He－S3B涡轮喷气发动机。从此燃气轮机步入实用阶段，并开始迅速发展。
目前，在航空上普遍应用燃气轮机，有涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机等。
（1）在热机的发展过程中，出现了多种类型的热机，请写出2种热机______；
（2）四冲程循环理论提及的“巨大爆发力”由图中的______冲程实现。
A． B． C． D．
第1代
第2代
第3代
第4代
燃 料
氧气和汽油混合
偏二甲胼
煤 油
液态氢
氧化剂
四氧化二氮
液态氧
液态氧
燃料
热值
燃料
热值
汽油
4.6×107J/kg
煤油
4.6×107J/kg
柴油
4.3×107J/kg
氢
1.4×108J/kg