2024-2025學(xué)年九年級物理03熱機熱機效率和能量的轉(zhuǎn)化與守恒考點剖析同步專題剖析2含解析新版教科版

Page9專題4熱機、熱機效率和能量的轉(zhuǎn)化與守恒考點剖析（2）學(xué)問點五：熱機的效率1.熱機的效率：熱機用來做有用功的那部分能量，與燃料完全燃燒放出的熱量之比，叫做熱機的效率。2.公式：（適用于液體、固體）、（適用于氣體）公式公式物理量的含義燃料的利用率爐子燒水的效率（以水作為代表的一類液體）水汲取的熱量：；燃料完全燃燒時放出的熱量：熱機的效率汽車做的有用功：；汽油完全燃燒放出的熱量為：3.“三率”的區(qū)分及計算要點歸納：（1）熱機的效率總小于1，即燃料燃燒釋放的熱量不行能100%用來做有用功。由于熱機在工作過程中，總有能量損失，即總小于，所以熱機的效率總小于1。通常狀況下，蒸汽機的效率為6%——15%，汽油機的效率為20%——30%，柴油機的效率為30%——45%，柴油機的效率大于汽油機主要是因為柴油機在壓縮沖程中壓縮比比汽油機的大。（2）效率凹凸的含義表示的是有用功占總功的比值大，或者是燃料的利用率高，不能代表功率大，或總功多，或有用功多等（3）效率小于1的緣由是：在燃料過程中①燃料未完全燃燒；②廢氣帶走了很大一部分熱量；③克服摩擦做功；④一部分熱量消耗在散熱上。（4）提高效率的舉措：①讓燃料充分燃燒；②把固體磨成粉；③加大送風(fēng)量；④加大受熱面積，削減煙氣帶走的熱量；⑤將廢氣熱量再次利用；⑥加潤滑油。對于燃料來說，熱值是燃料優(yōu)劣程度的體現(xiàn)，熱值高的燃料，為優(yōu)質(zhì)燃料，熱值低的燃料，為劣質(zhì)燃料。4.內(nèi)燃機燃料燃燒能量走向圖關(guān)于是否要考慮熱量損失的說明：在燃料燃燒過程中，因為有大量的熱量損失，所以要考慮熱量損失，也就是效率不行能為100%，但是在考慮對水加熱時，燃料釋放的熱量全部被水汲取了，沒有熱量損失。在效率公式中，100%這個可寫可不寫學(xué)問點六：提高熱機效率的主要途徑①使燃料充分燃燒，讓塊狀物變成顆粒或粉末，增大與空氣的接觸面積。②盡量削減各種熱量損失。③在熱機的設(shè)計和制造上，采納先進的技術(shù)。④運用時，留意保養(yǎng)，保證良好的潤滑，合理調(diào)整各零件之間的間隙，減小因克服摩擦阻力而額外消耗的功。學(xué)問點七：各種形式的能量之間相互轉(zhuǎn)化1.光能→內(nèi)能：曬東西會曬燙

，太陽能熱水器2.光能→機械能：太陽帆、用強光照耀物體使之膨脹做功3.光能→電能：太陽能電池

、硅光電池4.光能→化學(xué)能：光合作用

5.機械能→內(nèi)能：摩擦生熱、鉆木取火、內(nèi)燃機的汽缸的壓縮沖程、自行車騎久了車胎發(fā)熱、跑步可以使身體變暖、打氣筒打氣氣筒變熱、鋸木頭。6.機械能→光能：手搖發(fā)電機7.機械能→電能：水壩發(fā)電、風(fēng)車發(fā)電

8.機械能→化學(xué)能：在一個存在二氧化硫、三氧化硫和氧氣的密閉容器中，用外力壓縮容器，化學(xué)平衡向生成二氧化硫和氧氣的方向移動。機械能轉(zhuǎn)化為二氧化硫和氧氣的化學(xué)能

9.電能→內(nèi)能：電熱爐10.電能→光能：電燈

11.電能→機械能：啟動機、電動機工作12.電能→化學(xué)能：給蓄電池蓄電

13.化學(xué)能→內(nèi)能：濃硫酸稀釋放熱

14.化學(xué)能→光能：鎂燃燒發(fā)出強光、螢火蟲發(fā)光15.化學(xué)能→機械能：炸藥爆炸16.化學(xué)能→電能：電池放電

、干電池做電源17.內(nèi)能→光能：電燈泡鎢絲發(fā)熱后會發(fā)光

18.內(nèi)能→機械能：火力發(fā)電、蒸汽機

19.內(nèi)能→電能：火力發(fā)電

能量的轉(zhuǎn)化：能量的轉(zhuǎn)化是伴隨物體做功而表現(xiàn)出來的，能量的形式發(fā)生可變更。如打鐵時，鐵塊溫度上升，內(nèi)能增加，是通過做功的方法使機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的。再如，電爐發(fā)熱，是電流做功使電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的，一種形式的能增加了，則另外一種形式的能必定就削減了。能量的轉(zhuǎn)移：能量的轉(zhuǎn)移是指同一種能量從一個物體轉(zhuǎn)移到另外一個物體，或從物體的一個部分轉(zhuǎn)移到物體的另一個部分，在轉(zhuǎn)移過程中，能量的形式并沒有發(fā)生變更。如熱傳遞時內(nèi)能從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體。再如流水推動水輪機轉(zhuǎn)動，水的機械能轉(zhuǎn)移到水輪機上了?！纠}】①洗衣機工作時，電能主要轉(zhuǎn)化為機械能（）②汽車勻速下坡時，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能（）③綠色植物光合作用時將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能（）④太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能（）學(xué)問點八：能量守恒定律能量既不會憑空消逝，也不會憑空產(chǎn)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另外一種形式，或從一個物體轉(zhuǎn)移到另外一個物體，而在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化過程中，能量的總量保持不變。這就是能量守恒定律。留意：從熱傳遞的角度來說，能量是轉(zhuǎn)移，從做功的角度來說，能量是轉(zhuǎn)化。能量守恒的普遍性：能量守恒是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。這個定律與細胞的發(fā)覺、進化論一起被恩格斯譽為19世紀自然科學(xué)的三大發(fā)覺。大到天體，小到原子核，無論是物理學(xué)的問題還是化學(xué)、生物學(xué)、地理學(xué)、天文學(xué)的問題，全部的能量轉(zhuǎn)化的過程，都聽從能量守恒定律。能量守恒定律是人類相識自然、利用自然、愛護自然的有力武器。機械能守恒與能量守恒的區(qū)分①機械能守恒是有條件的——沒有能量損失或額外的能量來補充。因為機械能守恒是指一個物體假如只存在著動能和勢能之間的轉(zhuǎn)化時，機械能的總量保持不變。假如除此之外還存在著能量的轉(zhuǎn)化過程，則說明有機械能與其他形式的能之間的轉(zhuǎn)化，機械能的總量發(fā)生變更，機械能不再守恒。②能量守恒定律的成立不須要條件。這是因為能量轉(zhuǎn)化形式是多樣的，可以在機械能、內(nèi)能、化學(xué)能、電能、光能、原子能間相互轉(zhuǎn)化，不限于動能和勢能之間。在轉(zhuǎn)化過程中，一種形式的能量削減了，另一種形式的能量必定增加，能量的總量保持不變。能量守恒定律的應(yīng)用能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移是整個自然界中能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，不是局部的。在分析有關(guān)現(xiàn)象時，要整體考慮，防止得出片面的結(jié)論。如在密閉的房間里吹風(fēng)扇，人會感到?jīng)隹?，但室溫并沒有降低。人感到?jīng)隹斓木売墒秋L(fēng)扇吹出來的風(fēng)加快了人體表面汗液的蒸發(fā)，而蒸發(fā)吸熱，所以人感到?jīng)隹?而從總體上來看，電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動的過程是電流做功的過程，電流做功的過程中有一部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以室內(nèi)溫度不僅不會降低反而會上升。1.（2024·全國初三單元測試）長征二號PT2運載火箭選用液態(tài)氫做燃料，主要是因為液態(tài)氫的_____高；火箭外表涂有一層特別物質(zhì)，可利用該物質(zhì)在發(fā)生物態(tài)變更時要_____熱，從而避開高速運行的火箭溫度過高.【答案】熱值吸【解析】運載火箭采納液態(tài)氫作為火箭的燃料，緣由是液態(tài)氫具有較高的熱值，完全燃燒相同質(zhì)量的氫時，可以釋放出更多的熱量；為保證火箭平安，箭體上涂有一層特別固體物質(zhì)，在高溫下先熔化，再汽化，因為熔化、汽化時要汲取大量的熱，這樣箭體的溫度就不會太高；2.（2024·全國初三單元測試）用涼水冷卻滾燙的雞蛋，雞蛋的溫度降低，內(nèi)能削減，這是通過_____方式變更雞蛋的內(nèi)能；假如水的質(zhì)量是1kg，初溫為20℃，雞蛋取出時水溫為30℃，水汲取的熱量是_____J.[C水=4.2×103J/（kg?℃）]【答案】熱傳遞4.2×104【解析】變更物體內(nèi)能的方法有做功和熱傳遞兩種，用涼水冷卻滾燙的雞蛋，這是用熱傳遞的方法變更雞蛋的內(nèi)能；水汲取熱量Q吸＝cm（t－t0）=4.2×103J/（kg·℃）×1kg×（30℃－20℃）=4.2×104J.3.（2024·全國初三單元測試）菲菲家的下水道堵了，爸爸用固體疏通劑進行疏通。詳細操作是，先將適量的疏通劑倒入下水道，再緩慢加入清水，疏通劑與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成具高溫高壓氣體，通過高溫高壓氣體的膨脹將管道疏通。在疏通劑與水的化學(xué)反應(yīng)過程中，能量的轉(zhuǎn)化狀況是__________，高壓氣體疏通管道的過程相當(dāng)于四沖程汽油機的________沖程。【答案】化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能做功【解析】[1]疏通劑與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成高溫高壓氣體的過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能；[2]高溫高壓氣體的膨脹將管道疏通的過程，是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化機械能的過程，與四沖程汽油機的做功沖程類似。4.（2024·全國初三單元測試）人們常用水給汽車發(fā)動機降溫，這是因為水的_________較大.“奮進”號航天飛機用液氫作燃料，這是因為液氫的__________較大.【答案】比熱容熱值【解析】（1）單位質(zhì)量的物質(zhì)溫度每上升（或降低）1℃所汲?。ɑ蚍懦觯┑臒崃繛樵撐镔|(zhì)的比熱容，水的比熱容大，相同質(zhì)量的水和其它物質(zhì)比較，上升或降低相同的溫度，水汲取或放出的熱量多；（2）1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量叫做這種燃料的熱值，航天飛機用氫作燃料，這是因為氫的熱值較大，相同質(zhì)量的氫和其它燃料相比，氫完全燃燒放出的熱量多.解答：解：（1）因為水的比熱容較大，相同質(zhì)量的水和其它物質(zhì)比較，上升相同的溫度，水汲取的熱量多，所以常用水給汽車發(fā)動機降溫；（2）因為氫的熱值較大，相同質(zhì)量的氫和其它燃料相比，氫完全燃燒放出的熱量多，所以航天飛機用氫作燃料.5.（2024·全國初三單元測試）內(nèi)燃機一個工作循環(huán)有吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程，實現(xiàn)將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的是____沖程，選擇水作為發(fā)動機的冷卻液，是利用水的______較大的特點.【答案】做功比熱容【解析】內(nèi)燃機的四個沖程中，實現(xiàn)將機械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能的是壓縮沖程；實現(xiàn)將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的是做功沖程；由于水比熱容最大，所以相同質(zhì)量的水和其他液體相比較，在上升相同的溫度的狀況下，水汲取的熱量多，故用水做冷卻液.6.（2024·全國初三單元測試）在探討水的升溫特性過程中，小芳在燒杯中注入200g的水，用酒精燈給燒杯加熱，在水溫由20℃上升至100℃的過程中，水的內(nèi)能增加了________J，水汲取的熱量________(選填“大于”“小于”或“等于”)酒精燃燒所放出的熱量.[水的比熱容c水＝4.2×103J/(kg·℃)]【答案】6.72×104小于【解析】水汲取多少熱量，也就增加多少內(nèi)能.水汲取的熱量：Q吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg?℃）×0.2kg×（100℃-20℃）=6.72×104J；由于支架、燒杯等均汲取熱量，還有部分熱量要散失到空氣里，所以真正被水汲取的熱量小于酒精燃燒放出的全部熱量.7.（2024·全國初三單元測試）如圖所示試管內(nèi)水蒸氣將塞子推出的過程，水蒸氣的________能轉(zhuǎn)化為塞子的機械能.四沖程汽油機工作過程中的________沖程與上述能量轉(zhuǎn)化過程相同.【答案】內(nèi)做功【解析】試管內(nèi)水蒸氣將塞子推出的過程中對塞子做功，水蒸氣的內(nèi)能削減轉(zhuǎn)化為塞子的機械能，四沖程汽油機的四個沖成為：吸氣沖程，壓縮沖程，做功沖程，排氣沖程；做功沖程中高溫高壓氣體推動活塞運動，對活塞做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，與上述能量轉(zhuǎn)化過程相同.8.（2024·全國初三單元測試）某物理愛好小組的同學(xué)，用煤爐給10kg的水加熱，同時繪制了如圖所示的加熱過程中水溫隨時間變更的圖線，若在6min內(nèi)完全燃燒了0.2kg的煤，水的比熱容為4.2×103J/（kg.℃），煤的熱值為3×107J/kg.煤完全燃燒產(chǎn)生的熱量________J；在燒水過程中，________熱效率最高（選填“0～2min”、“2～4min”或“4～6min”），其值為________.【答案】6×1060～2min63%【解析】煤油完全燃燒產(chǎn)生的熱量；從圖像看出在0—2分鐘時，熱效率最高；熱效率.9.（2024·全國初三單元測試）某品牌太陽能熱水器的容積為100L，其裝滿水后在太陽的照耀下水溫從20℃的上升到40℃，不計熱量的散失.（1）求熱水器中的水汲取的熱量.［水的比熱容c=4.2×103J/(kg.℃)］（2）要完全燃燒多少體積的煤氣可以產(chǎn)生相同的熱量?（煤氣的熱值q=4.0×107J/m3）【答案】（1）8.4×106J（2）0.21m3【解析】（1）水的質(zhì)量m=ρV=103kg/m3×100×10-3m3=100kg水汲取的熱量Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg.℃)×100kg×(40℃-20℃)=8.4×106J（2）依據(jù)Q吸=Q放，Q放=qV，得到V====0.21m3答：（1)求熱水器中的水汲取的熱量是8.4×106J；(2)要完全燃燒0.21m3的煤氣可以產(chǎn)生相同的熱量。10.（2024·四川省綿陽外國語學(xué)校初三單元測試）工作人員實行了部分頁巖氣樣品，經(jīng)初步檢測該頁巖氣樣品中的自然氣含量為90%，為了確定其中是否還含有其它可燃性成分，現(xiàn)在在試驗室進一步對其進行熱值測試：假設(shè)所取樣品氣體的體積為1L，用它燒水，使得1kg的水溫度上升了5℃，已知檢測所用的燒水爐的效率為70%，天氣的熱值為4.0×107J/m3.請依據(jù)以上信息計算：（1）檢測過程中，水汲取的熱量是多少？（2）檢測過程中，頁巖氣樣品所釋放的熱量是多少？（3）該頁巖氣樣品的熱值為多少？【答案】；；【解析】（1）水汲取的熱量為：；

（2）頁巖氣樣品所釋放的熱量為；；

（3），所以該頁巖氣樣品的熱值：.11.（2024·全國初三單元測試）圖是某太陽能熱水器，向其中注入50kg的水，陽光照耀一段時間后，水溫從10℃上升到50℃.水的比熱容是4.2×103J／（kg·℃）.試求：（1）這段時間該熱水器中的水汲取的熱量是多少?

（2）假如這段時間該太陽能熱水器接收到太陽輻射的熱量是2.8×107J，則這段時間該熱水器的效率是多少?（3）若用煤燃燒來供應(yīng)2.8×107J的熱量，需完全燃燒多少千克煤?（煤的熱值約為3.5×107J／kg）【答案】(1)8.4×106J；(2)30%；(3)0.8kg【解析】（1）水汲取的熱量：Q吸=cm（t-t0）

代入數(shù)據(jù)Q吸=4.2×103J/（kg?℃）×50kg×（50℃-10℃）=8.4×106J.

（2）熱水器的效率：;（3）由題意得，煤完全燃燒放出的熱量Q放=Q=2.8×107J，

由Q=mq得需完全燃燒煤的質(zhì)量：.12.（2024·全國初三單元測試）某物理愛好小組的同學(xué)，用煤爐給10kg的水加熱，同時他們繪制了如圖所示的加熱過程中水溫隨時間變更的圖線.若在6min內(nèi)完全燃燒了0