中考物理专题讲解第十四讲内能的利用剖析

内能利用【考纲要求】1．知道燃料的燃烧值并能进行简单的计算；2．知道热机，了解汽油机的工作原理，了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。

3．了解热机皎率，知道能的转化和守恒定律【命题趋势】本章内容在中考试题中，主要以填空、选择和综合应用题的形式出现。

主要考查热量的计算，热机的工作原理、热效率等。

考点精析一．选择题（共5小题）1．从能量转化的角度来看，下列说法错误的是（）A．电风扇工作时主要将电能转化为机械能B．铅蓄电池充电时化学能转化为电能C．发电机工作时主要将机械能转化为电能D．电热水壶工作时电能转化为内能【考点】E5：能量的转化和转移．【分析】判断能量转化时，要看消耗了什么能量，得到什么能量，消耗的能量转化为得到的能量；从能量转化的角度分析，电流做功的过程是将电能转化为其它形式能量的过程．【解答】解：A、电风扇工作时，消耗电能，得到机械能，所以将电能转化为机械能；故A 正确；B、铅蓄电池充电的过程，消耗电能，得到化学能，所以将电能转化为化学能；故B错误；C、发电机发电时，消耗了机械能，得到电能，所以将机械能转化为电能；故C正确；D、电水壶工作时消耗了电能，使水的温度升高，得到内能，故将电能转化为内能；故D正确．故选B．2．2016年8月，我国发射了全球首颗量子卫星，为了纪念墨子，这个全球首颗量子卫星被命名为“墨子号”．发射卫星的火箭常使用液态氢作为燃料，主要是因为液态氢具有（）A．较小的密度B．较大的比热容 C．较低的沸点D．较高的热值【考点】GJ：燃料的热值．【分析】热值是指1千克的某种燃料完全燃烧后释放的能量，热值越大的燃料在完全燃烧相同质量的燃料时，释放出的热量越多，所以在选择火箭燃料时首先应该考虑燃料热值的大小．【解答】解：卫星的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，故D正确．故选D．3．下列所示的工具工作过程中使用热机的是（）A．自行车B．柴油车C．脚踏车 D．皮筏艇【考点】GK：热机．【分析】热机是把内能转化为机械能的装置．【解答】解：热机是把内能转化为机械能的装置；ACD、自行车、脚踏车、皮筏艇是消耗人体的化学能转化为自行车的机械能，故ACD错误；B、柴油车是热机的一种，将内能转化为机械能，故B正确．故选B．4．如图是某内燃机工作时的能量流向图，该内燃机的热机效率是（）A．25% B．35% C．40% D．75%【考点】GL：热机的效率．【分析】燃料燃烧的内能减去机械自身消耗能量和废气带走能量的百分比，即为获得有用机械能的百分比，也就是该内燃机的热机效率．【解答】解：因热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，所以，由内燃机的能量流向图可得，内燃机的热机效率：η=1﹣25%﹣40%=35%．故选B．5．如图所示，是汽油机工作时的四个冲程，其中属于做功冲程的是（）A． B．C．D．【考点】GM：内燃机的四个冲程．【分析】解决此题要知道内燃机的四个冲程有吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，判断冲程名称可用口诀：“先看气门开关情，再看活塞上下行；开下吸气开上排，关上压缩关下功．”进行分析．【解答】解：A、进气门开启，气体流入汽缸，是吸气冲程；不符合题意；B、两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，不符合题意；C、两气门都关闭，火花塞点火，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，符合题意；D、排气门开启，气体流出汽缸，是排气冲程；不符合题意．故选C．二．填空题（共5小题）6．自然界的一些生物自身能发光，如萤火虫、水母等，这是生物通过自身化学反应将化学能转化为光能的现象．超导材料在超低温的情况下电阻会突然减小为零，如用这种材料制成输电线．将有效降低输电过程中电能的损耗．【考点】E2：能量的相互转化；44：超导体的特点．【分析】（1）分析该过程中消耗了哪种形式的能，进而产生了哪种形式的能即可判断；（2）超导材料是一种电阻为零的材料．超导体的电阻为0，不会放热，所以电能无法转化为内能．【解答】解：自然界的一些生物自身能发光，如萤火虫、水母等，这是生物通过消耗自身化学能，转化为光能，故是将化学能转化为光能的过程；超导材料在超低温的情况下电阻会突然减小为零，用超导体做输电导线，可以减小由电能到内能的损耗，提高传输效率；故答案为：光；电能．7．新农村建设中正在大力推广使用瓶装液化气．如果每瓶装10kg液化气，液化气的热值取4.2×107J/kg，则每瓶液化气全部完全燃烧放出的热量是 4.2×108J，若放出的热量有40%被水吸收，在标准大气压下可把500 kg的水从20℃加热至沸腾．[c水=4.2×103J/（kg•℃）]．【考点】GJ：燃料的热值；GG：热量的计算．【分析】（1）利用Q放=mq求整瓶液化气完全燃烧放出的热量；（2）已知放出的热量有40%被利用，用这些热量加热水，知道水的比热容和水的温度升高值，利用吸热公式求水的质量．【解答】解：（1）整瓶液化气完全燃烧释放热量：Q放=mq=10kg×4.2×107J/kg=4.2×108J，（2）由题知，水吸收的热量：Q吸=Q放×40%=4.2×108J×40%=1.68×108J，由Q吸=c水m水（t﹣t0）得水的质量：m水===500kg．故答案为：4.2×108；500．8．量子通信是目前世界最安全的通信，2016年8月16日，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”，在我国酒泉卫星发射中心用“长征二号丁”运载火箭成功发射升空，火箭使用的燃料主要是液态氧，这是利用了氢燃料热值大的特性，火箭加速上升过程中机械能增大（选填“增大”、“减小”或“不变”）．【考点】GJ：燃料的热值；FN：动能和势能的大小变化．【分析】（1）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；（2）物体加速上升，速度增大，动能增大，高度升高，重力势能增大．【解答】解：（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；（2）火箭在加速上升过程中，速度增大、动能增大，高度变大，重力势能变大，使得机械能增大．故答案为：热值大；增大．9．2017年5月18日，我国宣布在南海进行的可燃冰试采获得成功．可燃冰是一种固态晶体，在常温压下会迅速升华（填物态变化）为气态．它的热值约为 1.4×1010J/m3，2m3的可燃冰完全燃烧后可放出 2.8×1010J的热量，若这些热量60%被水吸收，可以将4×104kg的水从0℃加热到100℃．（C水=4.2×103J/（kg•℃））【考点】GJ：燃料的热值；1Q：生活中的升华现象；GG：热量的计算．【分析】（1）物质由固态直接变成气态的过程叫做升华，升华吸热；（2）知道可燃冰的质量和热值，根据Q放=mq求出完全燃烧释放热量的计算，根据η=×100%求出水吸收的热量，再根据Q吸=cm（t﹣t0）求出加热水的质量．【解答】解：（1）可燃冰在常温压下会迅速变为气态，此过程为升华过程；（2）2m3的可燃冰完全燃烧释放的热量：Q放=Vq=2m3×1.4×1010J/m3=2.8×1010J，由η=×100%可得，水吸收的热量：Q吸=ηQ放=60%×2.8×1010J=1.68×1010J，由Q吸=cm（t﹣t0）可得，加热水的质量：m===4×104kg．故答案为：升华；2.8×1010；4×104．10．如图所示是演示点火爆炸的实验装置，按动电火花发生器的按钮，点燃盒内酒精，盒盖被打出去，这与四冲程汽油机的做功冲程的能量转化相同．【考点】GM：内燃机的四个冲程．【分析】（1）物体对外做功，将物体的内能转化为其它形式的能，物体的内能减小，温度降低；（2）热机中的做功冲程就是利用内能来做功的冲程，将内能转化为机械能．【解答】解：当按动电火花发生器的按钮时，酒精燃烧后的燃气对盒盖做功，将燃气的内能转化为盒盖的机械能，燃气的内能减小；四冲程热机中的做功冲程就是利用内能来做功的冲程，将内能转化为机械能．故答案为：做功．三．实验探究题（共1小题）11．微波是一种很有“个性”的电磁波：微波一碰到金属就发生反射，金属根本无法吸收或传导它；微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，但不会消耗能量；微波碰到含有水分的食物，其能量大部分被食物吸收．过量的微波辐射对人体有害．微波炉的外壳用不锈钢等金属材料制成，装食物的容器则用绝缘材料制成．微波炉内的磁控管能产生振动频率为2.45×109Hz的微波，直达食物内部5cm深，使食物中的水分子也随之振动，剧烈振动产生大量的热能被食物吸收，于是食物“煮”熟了．用微波炉烹饪的速度比其它炉灶快4至10倍，热效率高达80%以上．（1）微波炉内产生的微波属于 B ．A．声波 B．电磁波 C．超声波 D．红外线（2）家庭使用微波炉工作时，实现的能量转化的过程是电能转化为内能．（3）微波炉在使用时，食物不能用金属容器装入后放进炉内加热，试根据短文内容简述其原因：金属材料只反射，不吸收和传导微波能量，食物无法获得能量．（4）与其它灶具相比，微波炉烹饪速度快且热效率高的主要原因是：①微波可以穿过绝缘材料，不会消耗能量，直接把能量传给食物；②微波能直达食物内部5cm深，在食物内、外部同时加热，其能量大部分被食物吸收．．【考点】E5：能量的转化和转移．【分析】（1）根据题文中的信息：微波是一种很有“个性”的电磁波，可知微波炉内产生的微波属于电磁波；（2）根据题干中的信息，微波使食物中的水分子也随之振动，剧烈振动产生大量的热能被食物吸收，于是食物“煮”熟了，由此可知其工作时能量转化过程是电能转化为内能；（3）根据题干中的信息，微波一碰到金属就发生反射，金属根本无法吸收或传导它，所以食物不能用金属容器装入后放进炉内加热；（4）根据题干提供的信息：①微波炉的外壳用不锈钢等金属材料制成，装食物的容器则用绝缘材料制成，微波一碰到金属就发生反射，金属根本无法吸收或传导它，微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，但不会消耗能量②微波炉内的磁控管能产生振动频率为 2.45×109Hz的微波，直达食物内部5cm深，使食物中的水分子也随之振动，剧烈振动产生大量的热能被食物吸收，于是食物“煮”熟了，以上两点就是微波炉烹饪速度快且热效率高的主要原因．【解答】解：（1）根据题干提供的信息微波是一种很有“个性”的电磁波，可知微波是一种电磁波，了解电磁波在生活中的应用；（2）微波炉工作时，其产生的电磁波，使食物的水分子随之振动，剧烈振动产生大量的热能被食物吸收，内能增加了，所以能量转化过程是电能转化为内能；（3）根据题文中的信息可知，微波一碰到金属就发生反射，金属根本无法吸收或传导它，所以食物不能用金属容器装入后放进炉内加热；（4）由题文的信息，微波炉的外壳用不锈钢等金属材料制成，微波一碰到金属就发生反射，装食物的容器则用绝缘材料制成，所以微波在金属外壳、食物容器上几乎不消耗能量；微波能直达食物内部5cm深，食物的内部和外部几乎同时变熟，其能量大部分被食物吸收，所以微波炉烹饪速度快且热效率高．故答案为：（1）B；（2）电能转化为内能；（3）金属材料只反射，不吸收和传导微波能量，食物无法获得能量；（4）①微波可以穿过绝缘材料，不会消耗能量，直接把能量传给食物；②微波能直达食物内部5cm深，在食物内、外部同时加热，其能量大部分被食物吸收．四．计算题（共1小题）12．2017年5月18日，中国科学家首次在南海试采可燃冰取得圆满成功，实现了我国天然气水合物开发的历史性突破．可燃冰清洁无污染，储量巨大，是一种非常理想的新型能源．可燃冰的热值很大，是天然气热值的10倍以上，若按15倍计算．[c水=4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值q=7.0×107J/m3]求：（1）体积为0.0lm3的可燃冰完全燃烧放出的热量为多少？（2）若这些热量的90%被质量为100kg的水吸收，则水升高的温度是多少？【考点】GJ：燃料的热值；GG：热量的计算．【分析】（1）知道“可燃冰”体积和热值，利用Q放=Vq，求0.01m3“可燃冰”完全燃烧放出的热量；（2）知道加热效率，利用η=求被水吸收的热量；再根据Q吸=cm△t求出水升高的温度．【解答】解：（1）由题意可得，可燃冰的热值：q可燃冰=15q天然气=15×7.0×107J/m3=1.05×109J/m3；0.01m3“可燃冰”完全燃烧放出的热量：Q放=Vq可燃冰=0.01m3×1.05×109J/m3=1.05×l07J；（2）由η=得被水吸收的热量：Q吸=ηQ放=90%×1.05×l07J=9.45×106J；由Q吸=cm△t可得，水升高的温度：△t===22.5℃．答：（1）0.1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为1.05×l07J；（2）水升高度的温度是22.5℃．五．解答题（共4小题）13．各种形式的能在一定的条件下可以相互转化，请你仿照图中给出的两个示例，写出电能转化为机械能、化学能转化为电能、光能转化为内能的实例．【考点】E2：能量的相互转化．【分析】能量的转化和转移普遍存在，能量的利用和浪费实质上是能量的转化或转移过程．【解答】答：电风扇在工作过程中消耗电能，转化为机械能；干电池使用过程中消耗化学能，得到电能；太阳能热水器工作过程中将光能转化为内能．14．排球充气后，让排球从手上自由落下，排球每次弹回的高度都低于落下时的高度．（1）解释整个过程中能量是否守恒．（2）排球从接触地面到形变最大的过程中，速度v与形变大小△V之间的关系大致如图，请说明该过程中，排球受力情况与机械能变化的关系．【考点】E4：能量转化与守恒观点的应用；FT：机械能．【分析】（1）根据能量守恒定律的观点，结合机械能与内能的转化可做出解释；（2）排球从接触地面到形变最大的过程中，受到重力与弹力的作用，同时动能转化为球的弹性势能，据此分析．【解答】答：（1）整个过程中能量守恒．排球从手上自由落下，排球每次弹回的高度都低于落下时的高度，是因为由于空气的摩擦，有一部分机械能逐渐转化为内能，但能量的总量是守恒的．（2）排球从接触地面到形变最大的过程中，受到重力和地面给予的弹力的作用，开始时重力大于弹力，速度逐渐增大；当重力等于弹力时，速度达到最大值；最后重力小于弹力，速度逐渐减小，直至速度为零．同时这一过程中动能转化为排球的弹性势能．15．在中国科技馆四层“挑战与未来”A厅“新型材料”中有一件展品名为会发电的衣服，如图所示．会发电的衣服是用一种可以利用运动产生电力的新型纤维织造的．当人穿上这种纤维织成的衣服后，在身体运动过程中产生压折，或者遇上一阵微风时就能形成源源不断的电流．这种发电方式是将机械能转化为电能并加以应用的最简单也最经济的方式．【考点】E5：能量的转化和转移．【分析】能量转化要明确转化前是什么能，消耗了什么能，转化后是什么能，得到什么能．【解答】解：由题意可知，当人穿上这种纤维织成的衣物后，衣服因运动压折或者遇上一阵微风，就能够形成源源不断的电流，消耗了机械能，得到电能，所以是将人体的机械能转化为电能．故答案为：机械；电．16．小明和小辉学习了燃料的热值后，他们一起设计了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小关系．他们组装了如图1和2所示的装置进行实验，记录结果见下表：（1）为了保证实验结论的可靠性，小明和小辉选择了两套完全相同的装置，并且控制油的质量以及水的质量相等．但对于两杯水的初温他们的看法却不同．请将下列他们的想法补充完整．①小辉认为实验中是直接用水温升高的多少来表示煤油和菜籽油放出热量的多少．所以，实验中两杯水的初温可以不同．②小明认为因为探究过程中他们采用了控制变量法，所以只有燃料的种类不同，其他因素都必须控制相同．如果两杯水的初温不同，那么水的蒸发快慢以及水与周围环境的温差都不相同，于是两杯水的散热就不相同，就有可能会出现燃料燃烧放出的热量多，而水吸收的热量少、水温变化低的情况．所以，实验时必须控制水的初温相同．③你认为小明（选填“小明”或“小辉”）的想法更合理．（2）根据他们的实验记录，你认为煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大是煤油．（3）小明和小辉在实验前用天平分别测出了烧杯中水的质量以及燃油的质量．并由记录的数据，利用公式Q吸=cm（t﹣t0）计算出了水吸收的热量．小辉他想通过这些数据计算出煤油和菜籽油的热值．你认为他的计算结果是不可靠的（选填“可靠”或“不可靠”）．理由是燃油不可能完全燃烧且燃油燃烧放出的热量不能完全被水吸收．【考点】GJ：燃料的热值．【分析】本题主要考查利用控制变量法和转换法设计实验的能力，由于燃料的热值不能直接测量，所以通过水温升高的度数大小来体现燃料的热值大小，又由于燃料燃烧释放的热量既与燃料的质量多少有关，又与燃料的热值大小有关，根据此进行分析．【解答】解：（1）根据Q放=mq，燃料燃烧放出热量的多少与物体的质量和热值有关，所以要探究热值的大小，需使菜籽油和煤油的质量相等；水吸收热量后温度的变化，与吸热的多少及质量有关，所以还要控制两杯水的质量相等；①质量相同的水，温度变化越大，说明吸收热量越多，所以实验中通过水温升高的多少来表示煤油和菜籽油放出热量的多少；②要探究不同燃料热值的大小，应使其它条件相同，只有燃料的种类不同，即用到控制变量法；根据热传递的条件，水温与周围环境温度相差越大，越容易发生热传递，若水的初温不同，便可造成水的散热情况不同，所以实验中应控制水的初温相同；③由上分析知，小明的分析更加合理；（2）根据表格中数据，相同质量的两种燃料燃烧完后，煤油的水温升高较大，说明煤油放出的热量较多，即煤油的热值较大；（3）在实验过程中，燃油不可能完全燃烧，且燃料燃烧放出的热量一部分直接散失掉、一部分被烧杯吸收，同时水也会向外散热，所以不能通过水温的变化得出燃料燃烧放出的热量，计算结果不准确．故答案为：（1）相等；①水温升高的多少；②控制变量；种类；散热；③小明；（2）煤油；（3）不可靠；燃油不可能完全燃烧且燃油燃烧放出的热量不能完全被水吸收．。