第3講內能的利用2021-2022學年九年級物理全一冊課程精煉（人教版）（原卷版）

第3講內能的利用【知識要點】一、熱機1.熱機：利用的機械叫熱機。熱機的種類：分為蒸汽機、內燃機、汽輪機、噴氣發(fā)動機。內燃機：燃料直接在發(fā)動機氣缸內燃燒產(chǎn)生動力的熱機。內燃機根據(jù)其所使用的燃料分為汽油機和柴油機兩類。內燃機的工作原理eq\x(\a\al(燃料的,化學能))燃燒eq\x(\a\al(工作物質,的內能))推動活塞或飛輪eq\x(機械能)比較柴油機汽油機燃料柴油汽油點火方式噴油嘴噴油，壓燃火花塞點火，點燃一個工作循環(huán)吸氣沖程只吸入空氣吸入汽油和空氣的混合物壓縮沖程壓縮程度較大機械能→內能壓縮程度較小機械能→內能做功沖程壓燃式（柴油遇到高溫高壓的熱空氣而燃燒）點燃式（火花塞點火）（內能→機械能）排氣沖程排出廢氣排出廢氣主要特點笨重、效率高輕巧、但效率低效率30%45%20%30%適用范圍載重汽車、火車等小汽車等相同點①都是燃料在汽缸中燃燒；②汽油機的火花塞與柴油機的噴油嘴的工作時刻都是壓縮沖程結束時；③都是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程構成一個工作循環(huán)，曲軸轉兩周，對外做功一次；③排氣沖程排出廢氣的過程相同；④啟動時都是靠外力先使曲軸轉動起來二、熱機效率3．熱值（q）：1kg某種燃料完全燃燒放出的，叫熱值；熱值單位是：。（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是質量，單位是kg。）對于熱值的概念，要注重理解三個關鍵詞：“1kg”、“某種燃料”、“完全燃燒”。①1kg是指燃料的質量，如果燃料的質量不是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；②某種燃料是指熱值與燃料的種類有關；③完全燃燒意思是燃料要完全燒盡，否則1kg燃料燃燒過程中，化學能轉變成內能就不是該熱值所確定的值。（2）熱值表示燃料在完全燃燒時把化學能轉化為內能的本領大小，是燃料本身的一種特性，只與燃料的種類有關，與燃料的質量、體積、是否完全燃燒無關．4.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，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：5.在熱機的各種損失中，廢氣帶走的能量最多，設法利用廢氣的能量，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（使用潤滑劑，減小摩擦）。三、能量轉化與守恒6.能量守恒定律：能量既不會，也不會，它只會從一種形式轉化為另一種，或者從一個物體轉移到另一個，而在轉化和轉移過程中，能量的總量?！镜湫屠}】一、熱機1．如圖為汽油機某一沖程示意圖，下列選項中與其能量轉化過程相似的是（）A．用手反復彎折鐵絲 B．用熱水壺燒水C．壓縮空氣棉花燃燒 D．開水瓶的瓶塞被水蒸氣彈出2．如圖所示是四沖程汽油機的剖面圖，關于其四個沖程的描述正確的是A．吸氣沖程中，汽油和空氣的混合物進入汽缸B．壓縮沖程中，通過做功的方式使汽缸內氣體的內能減小C．做功沖程中，燃料釋放的能量絕大部分轉化為機械能D．排氣沖程中，廢氣帶走了燃料釋放的能量的極少部分3．柴油機和汽油機在一個工作循環(huán)中的四個沖程完全相同的沖程是（）A．吸氣、壓縮 B．壓縮、排氣C．吸氣、壓縮、排氣 D．排氣4．關于四沖程汽油發(fā)動機內部工作描述正確的是（）A．吸氣沖程時，吸入的是空氣B．通過噴油嘴壓燃點火，在壓縮沖程時，將機械能轉化為內能，C．做功沖程時，若每次對外做功1000J，則2400r/min的發(fā)動機的額定功率為20kWD．排氣沖程時，排出的廢氣已經(jīng)沒有內能了全轉化為機械能了5．某單缸四沖程汽油機的氣缸活塞面積為30cm2，一個沖程活塞在氣缸中移動的距離是50mm，滿負荷工作時做功沖程燃氣的平均壓強為9.0×l05Pa，飛輪lmin轉動1800周，當汽油機滿負荷工作時（不計摩擦），下列說法中正確的是A．汽油機每秒內完成30個沖程B．汽油機的功率為2025WC．做功沖程中燃氣對活塞的平均壓力為2.7×l07ND．一個做功沖程中燃氣對活塞做的功為1.35×l05J6．小明家的汽車發(fā)動機為四缸汽油機．該發(fā)動機在工作時氣缸內的燃氣的平均氣壓為1×106Pa，汽缸的橫截面積為50cm2，活塞的行程長10cm，轉速3600r/min．則該發(fā)動機的功率為（）A．15kW B．30kW C．60kW D．75kW7．關于在四沖程的柴油發(fā)動機內部工作描述正確的是（）A．吸氣沖程時，吸入的是柴油和空氣的混合物B．壓縮沖程時，將機械能轉換為內能，點燃方式采用壓燃式C．做功沖程時，若1000J/次對外做功，則2400r/min的發(fā)動機的額定功率為20kWD．排氣沖程時，將廢氣的內能轉化為排氣門的機械能8．如圖所示為汽油機的四個沖程，其中機械能轉化為內能的沖程是圖___________。1min內汽油機完成2400個工作循環(huán)，飛輪的轉速為___________r/s。汽油機完成一個工作循環(huán)時，需要吸入2L的燃料，其質量為___________kg，這些燃料完全燃燒放出的熱量為___________J。（ρ燃料=1.4kg/m3，q燃料=4.6×107J/kg）二、熱機效率9．甲、乙兩臺汽油機，甲的熱機效率比乙高，則下列說法中正確的是（）A．做同樣多的有用功，甲用的時間少B．做同樣多的有用功，甲消耗的汽油少C．在相同時間內，乙消耗的汽油多D．消耗同樣多的汽油，甲做的有用功比乙少10．小麗為了測試汽車發(fā)動機的效率，開車以60km/h的平均速度行駛了120km，用去汽油25L，已知汽油的密度為0.7×103kg/m3，熱值為4.6×107J/kg，發(fā)動機的功率為32.2kW，則該汽車發(fā)動機的效率為A．23.6% B．28.8% C．36.5% D．38%11．有甲、乙兩臺柴油機，在相同的時間內，它們所做的有用功之比是5：4，消耗柴油的質量之比是3：2，那么它們的效率之比是A．15：8B．5：6C．6：5D．1：112．小周駕駛一輛額定功率為21千瓦、效率為30%的汽車在一段平直的公路上勻速行駛，在額定功率下行駛30min至少需要________L汽油（汽油的熱值為3.5×107J/L）；若該汽車受到的阻力為1.05×103N，則汽車行駛的速度為________km/h。13．有甲、乙兩臺汽油機，若在同一時間內甲做的有用功是乙做的有用功的2倍，甲的效率是25%，乙的效率是20%，則在同樣時間內，甲、乙兩汽油機消耗的汽油之比為()A．5︰2B．8︰5C．5︰8D．2︰514．下列關于熱值和熱機效率的描述，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．燃料燃燒釋放的熱量越大，熱值越大D．熱值和熱機效率都是定值，與外界條件無關15．現(xiàn)有兩個使用同一種燃料的加熱器，用它們分別對甲、乙兩種不同的物質加熱。已知甲物質的比熱是乙物質的2倍，甲物質的質量是乙物質的，當甲物質升高的溫度是乙物質的時（甲、乙物質的物態(tài)都不發(fā)生改變），加熱甲物質所用燃料是加熱乙物質的，則兩加熱器利用熱能的效率之比是（）A．1：1 B．1：2 C．3：2 D．2：116．隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，小汽車成為了人們日常出行的主要交通工具之一。一輛小汽車在平直公路上勻速行駛10km，用時400s，消耗了汽油1.5kg，已知小汽車行駛過程中受到的阻力為1800N，則小汽車發(fā)動機的效率是。（）17．兩臺四沖程汽油機在相同時間內，甲做的有用功是乙的3倍，甲機的熱機效率是20%，乙機的熱機效率是25%，則甲、乙兩機消耗的汽油質量之比是________．18．某臺以汽油為燃料的汽車，發(fā)動機內有四個汽缸，其相關數(shù)據(jù)如下表所示：1min內完成的工作循環(huán)2600次92#汽油汽缸內汽油和空氣的混合密度1.35kg/m3排氣量1.8L熱值4.6×107（J/kg）發(fā)動機最大功率75kW空燃比14:1(1)汽車發(fā)動機工作時通常用水來冷卻，原因是水的______較大。(2)汽車的排氣量是指發(fā)動機汽缸的工作容積，汽車排氣量越大，功率越大?？杖急戎钙變瓤諝夂腿加偷馁|量比。當發(fā)動機1min內完成的工作循環(huán)為2600次時，發(fā)動機達到最大功率，則根據(jù)表中數(shù)據(jù)求出汽車發(fā)動機的效率是______。（計算結果保留一位小數(shù)）19．混合動力汽車具有節(jié)能、低排放等優(yōu)點，成為汽車研究與開發(fā)領域的重點，某新型混合動力汽車啟動時，內燃機不工作，蓄電池向車輪輸送能量，當需要高速行駛或蓄電池電能過低時，內燃機啟動，既可以向車輪輸送能量，又可以給蓄電池充電，車速與所受阻力的關系如圖所示。在某次測試中，蓄電池存滿電能7.6×108J，啟動時，消耗了20%電能輸送給車輪，當汽車速度達到50km/h時，由內燃機提供能量接下來汽車勻速行駛20km，共消耗燃料14kg，蓄電池充滿。已知內燃機效率為40%。（忽略蓄電池和電動機的熱損失，q燃料=4.5×107J/kg）求：（1）汽車受到的阻力f；（2）勻速行駛時，汽車牽引力所做的功；（3）內燃機給車輪供能的效率。20．如圖所示，某家庭轎車的發(fā)動機為4缸四沖程汽油機，其中一個汽缸的相關參數(shù)如右圖所示（剖面圖）．汽缸活塞面的直徑為d（cm），連桿長度為l（cm），曲軸的中心與連桿連接點之間的距離為r（cm）．滿負荷工作時，做功沖程燃氣的平均壓強為p（Pa），飛輪轉速為3600r/min．當汽油機滿負荷工作時（不計摩擦），經(jīng)歷時間t（s）消耗的汽油質量為m（g），設汽油的熱值為q（J/kg）．求汽油機的效率．（若有運算過程中題目未知但需要用到的物理量請預先設定）21．我國自主研發(fā)的某品牌汽車進行技術測試，已知該車在某段長1.2km的水平路面做勻速直線運動，用時40s，汽車在行駛過程中受到的阻力為400N，汽車在此過程中發(fā)動機熱機效率為48%，汽油的熱值q=4.6×107J/kg。在該段測試過程中：（1）汽車做的有用功是多少？（2）汽車的功率為多少？（3）汽油完全燃燒放出的熱量？（4）燃燒了多少汽油？（計算結果保留兩位小數(shù)）22．如圖所示，某單缸四沖程汽油機的氣缸活塞面積為30cm2，一個沖程活塞在氣缸中移動的距離是50cm，滿負荷工作時做功沖程燃氣的平均壓強是9.0×105Pa，飛輪1min轉動1800周，當汽油機滿負荷工作（不計摩擦），汽油的熱值為4.6×107J/kg，求：（1）汽油機每完成一次做功沖程，燃氣對活塞做的功；（2）汽油機的平均功率；（3）若此汽油機的效率為30%，求一分鐘耗油量。一單缸四沖程汽油機，飛輪的轉速為600r/min，做功沖程中燃氣對活塞的平均壓強為5×Pa(設壓強在此沖程中保持不變)，活塞行程為0.2m，活塞的橫截面積為100，求汽油機的做功功率。24．天然氣灶使用方便、經(jīng)濟環(huán)保．在標準大氣壓下，天然氣灶將一壺質量為3kg、溫度為20℃的水加熱至沸騰，大約需要10min，此時灶具釋放燃氣的速率為8×10﹣5m3/s．己知：水的比熱容為4.2×103J/（kg·℃），天然氣的熱值為3.5×107J/m3．求：(1)水吸收的熱量(2)燒開這壺水需要天然氣的量(3)天然氣完全燃燒放出的熱量被水吸收的效率．三、能量的轉化和守恒25．如圖是皮球落地后彈跳過程中，每隔相等時間曝光一次所拍攝的照片。A、B是同一高度的兩點，則A點的重力勢能______B點的重力勢能（選填“大于”“小于”或“等于”）；A點的動能______B點的動能（選填“大于”“小于”或“等于”），此過程中，各種形式的能量的總量______（選填“增大”“減小”或“不變”）。26．某實驗小組用圖所示的裝置粗略測量蠟的熱值q，圖中A桶內裝有水，B為下部開了許多通氣孔的罩子(1)要完成本實驗，還需要的測量工具是天平、砝碼和______；(2)罩子B的主要作用是______；(3)實驗收集的數(shù)據(jù)為：A桶中水的質量為m水，水的初溫為t1，末溫為t2，蠟燭燃燒前的質量為m1，燃燒后的質量為m2。則蠟的熱值q=______（水的比熱容為c水）；(4)實驗測出的熱值會比真實值偏小，造成這一偏差的原因可能是______（至少有一個選項正確，將正確選項的字母填在橫線上）。A．蠟燭沒有完全燃燒B．桶A中水的質量太多C．桶A吸收了部分熱量D．蠟燭燃燒放出的熱量一部分散失到空氣中經(jīng)測算，太陽正射到地球上時，1m2面積上接受太陽熱量的功率為1kW。有一臺太陽能熱水器，其收集太陽熱量的集熱板面積為3×8.0m2，當太陽能轉化為水的內能時轉化效率為80%，熱量損失正比于熱水器內水溫與室溫的差。假設此熱水器的進水溫度與室溫均為25℃，當熱水器出水口關閉時，經(jīng)長時間照射，熱水器內水溫為85℃，則當熱水器以每分鐘6L的流量出水時，其穩(wěn)定的出水溫度為多少？28．邵陽市望云山開發(fā)風力發(fā)電基地，預計到2025年全部投入生產(chǎn)，如果該風力發(fā)電基地全部建成的話，風電裝機總容量可達1萬千瓦。風力發(fā)電——即是風輪機葉片不斷受到風力的推動而轉動，利用風的動能轉化成電能。若風力發(fā)電機，每片風葉的質量為6t，長為40m。下表給出了1kg空氣在不同風速下速度（ν）與動能（E）的關系（空氣密度取1.2kg/m3，圓周率π=3.0）：動能E（J）28183250風速v（m/s）246810(1)如果一臺這樣的風力發(fā)電機平均每秒可以輸出1.8×105J的電能，則50臺這樣的風力發(fā)電機，一年獲得的電能相當于完全燃燒多少千克煤所產(chǎn)生的能量？（一年工作時間按3000h計算，煤的熱值為3.0×107J/kg）(2)當風速為10m/s時，若風力發(fā)電機風輪正面迎風，這臺發(fā)電機每秒鐘能對外提供2.88×105J的電能，則它將風能轉化為電能的效率是多少？【鞏固練習】29．下列關于能源和能量說法中正確的是A．汽車散失的熱量不能收集起來再次開動汽車，說明能量的轉化或轉移具有方向性B．核電站是利用核裂變釋放的能量發(fā)電，核能是可再生的一次能源C．加油機給受油機加油的過程中一起水平勻速飛行，受油機的動能不變D．小孩從滑梯上滑下，感覺臀部很熱，他的動能增大，重力勢能減少，機械能不變30．下列關于四沖程內燃機的說法中正確的是（）A．熱機效率越高，所做的有用功就越多B．汽油機在吸氣沖程中吸入汽缸的是空氣C．汽車在行駛時，內燃機把油料中的化學能全部轉化成有用的機械能D．一單缸四沖程汽油機的飛輪轉速為3000r/min，則1s內該汽油機活塞做功25次31．小郭同學想要比較甲物質與水的吸熱本領，于是選用了兩套完全相同的酒精燈給質量同為200g的物質甲和水加熱，它們的溫度隨時間的變化關系如圖所示，已知酒精的熱值q=3.0×107J/kg，加熱時，酒精燈平均每分鐘消耗0.28g酒精。已知水的比熱容c水=4.2×103J/(kg℃)，則下列說法正確的是（）A．實驗開始時，必須控制甲和水的初溫相等B．前10min，甲吸收的熱量為2.52×103JC．酒精燈的加熱效率為30%D．甲與水的比熱容之比為2：132．某品牌無人駕駛汽車在一段平直公路上勻速行駛6.9km，用時5min45s，消耗燃油1.5kg，已知汽車的牽引力是2000N，燃油的熱值為，假設燃油完全燃燒。通過計算可知，下列結果正確的是（）A．消耗的燃油完全燃燒放出的熱量是B．汽車行駛速度是C．汽車牽引力做功的功率是30kWD．汽車發(fā)動機的效率是33．有一種“渦輪增壓”（T型）轎車，通過給發(fā)動機更足量的空氣使汽油更充分地燃燒，比普通轎車（L型）更節(jié)能，排氣更清潔。同樣的汽油加在T型轎車內與加在L型轎車內相比熱值________（選填“更大”、“一樣大”或“更小”）；為防止發(fā)動機溫度過高，用水進行冷卻，這是利用水的______較大；若散熱器中裝有8kg的水，水溫升高50℃，水吸收的熱量是_________J；若汽油機曲軸的轉速為3000r/min，汽油機每秒內對外做功______次。[c水=4.2×103J/(kg?℃)]34．如圖所示，某單缸四沖程汽油機工作狀態(tài)如圖所示，此時的能量轉化是__________；若飛輪的轉速為，該汽油機每秒共經(jīng)歷了______________個沖程；汽油機工作時利用水循環(huán)將熱量從高溫的發(fā)動機自發(fā)轉移到低溫的水，這一現(xiàn)象說明_____________。35．熱機一個工作循環(huán)有四個沖程，請你判斷圖中表示的是其中的______沖程；小明通過上網(wǎng)查閱得知某款轎車發(fā)動機輸出功率與轉速的關系如圖乙所示：小明又通過父親了解到，當車速是100km/h時，發(fā)動機轉速是2000r/min。平均油耗為9L/100km。分析上述信息可知∶當這輛汽車以100km/h勻速行駛時，1小時發(fā)動機所做的有用功為______，此時發(fā)動機的效率約為______。（已知汽油的熱值為4.6×107J/kg；密度為0.8×103kg/m3）

36．某單缸四沖程汽油機在1s內完成了10個工作循環(huán)，則該汽油機工作時，飛輪的轉速為______r/min?此汽油機在一個工作循環(huán)中消耗了6g汽油（汽油的熱值為4.6×107J/kg），已知這臺汽油機的效率為30%，則它在一個工作循環(huán)中輸出的有用機械能為______J，該汽油機的輸出功率為______W。37．發(fā)動機是汽車的核心部件，發(fā)動機的質量決定了整車的性能和品質。某臺以92號汽油為燃料的汽車，其發(fā)動機的相關數(shù)據(jù)如下表所示，表中空燃比指汽缸內空氣和燃油的質量比。1min內完成的工作循環(huán)數(shù)2400個汽缸內汽油和空氣混合氣體的密度汽缸的工作容機2L汽油的熱值發(fā)動機最大功率73.6kW空燃比13:1(1)如圖所示，內燃機一個工作循環(huán)包括四個沖程，四個沖程的順序是乙____________丙；______沖程內燃氣給汽車提供動力，其它三個沖程靠______完成。(2)當發(fā)動機的功率最大時，汽車的速度為120km/h，汽車保持最大功率行駛1min內做的有用功是多少？（________）(3)汽車完成一個工作循環(huán)時，氣缸內汽油和空氣混合氣體的質量是______kg，當汽車保持發(fā)動機最大功率勻速駛時，發(fā)動機的效率是______。38．閱讀文，回答文后問題。航速優(yōu)化化石燃料的廣泛應用加快了人類文明的進程，但同時也污染了環(huán)境.因為大量燃燒化石燃料使大氣中CO2濃度增加，引起溫室效應而導致全球變暖。人們意識到環(huán)境保護的重要性，開始從各個方面著手減少碳排放．船舶航行大多使用柴油發(fā)動機，航行時受到的阻力通常和航行速度的平方成正比。降低航速可以大大減小航行阻力，發(fā)動機對推進設備做功的功率即推進功率就會大大減小，從而減少燃油消耗。但航速不是越小越好，因為船舶航行過程中除了推進設備，還有其他輔助設備工作，需要發(fā)動機做功