第十四章 内能的利用
章末总结与提升
@知识架构
@直击中考
能量的转化与守恒
1.（湖南中考）有关能量的转移、转化和利用，下列说法正确的是（ C ）
A.电烤炉取暖，是电能转移到人体
B.钻木取火，是内能转化为机械能
C.中医提倡的热水泡脚，是通过热传递的方式增大脚部的内能
D.用嘴对着手哈气取暖，主要是通过做功的方式增大手的内能
2.（多项选择）如图是小芳学了能量守恒后设计的一个小蒸汽轮机.下列说法正确的是（ ABC ）
A.管口的“白气”是水蒸气液化形成的
B.如果没有能量补充，轮子最终会停下
C.蒸汽的内能转化为轮子的机械能
D.轮子的转动说明永动机是可以实现的
3.常用打火机的打火方式有两种，一种是用一个粗糙的小轮摩擦“火石”打火；另一种是利用高压电装置打火.从能量转化角度看，前者是把 机械 能转化为内能；后者是把 电 能转化为内能.
4.用绳子把一个铁锁悬挂起来，把铁锁拉到刚好贴着自己鼻子的位置，稳定后松手，头不动（如图所示）.铁锁由开始位置a沿弧线ac向另一侧的最高点c运动，然后再从c往回运动.
（1）从能量的转化和守恒角度分析铁锁摆回时能否碰到鼻子.
（2）在此过程中，机械能是否守恒？能量的总量是否守恒？
答：（1）不能，因为铁锁从a点到c点和由c点再回摆时，要克服空气阻力做功，有一部分机械能转化为内能，机械能减小了，铁锁返回时不能到达a点，故不会碰到鼻子.
（2）由以上分析可知，铁锁在摆动的过程中有一部分机械能转化为内能，所以机械能不守恒；由能量守恒定律可知，能量的总量是守恒的.
热机及其工作原理
5.（贵州中考）内能的利用推动了工业和社会的快速发展.下列机器设备利用内能工作的是（ C ）
A.纯电动汽车 B.计算机 C.汽油机 D.照相机
6.（多项选择）氮气弹簧是一种以密闭高压氮气为工作介质的弹性组件，具有体积小、弹力大、工作平稳、使用寿命长等优点.它在生活和工业中具有广泛的应用，其工作结构简图如图.当活塞顶部受到压力向下运动时，下列说法正确的是（ ACD ）
A.缸体内氮气的密度变大
B.缸体内的气体被压紧后，氮气分子不再运动
C.缸体内的气体压强增大
D.该过程中能量的转化方式与汽油机的压缩冲程相同
7.如图所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，用力将活塞迅速下压，棉花会燃烧起来，下压活塞的过程中空气的内能 增大 .该过程中的能量转化过程与图 乙 装置相同.已知某单缸四冲程汽油机每秒完成100个冲程，则它的飞轮转速为 3 000 r/min.
8.如图所示是一个四冲程汽油机的一个工作循环四个冲程的示意图，请你在甲、丁两图中画出进气门、排气门的开闭情况，并在乙、丙两图中用箭头标出活塞的运动方向.
燃料的热值及热机效率
9.（长春中考）内燃机的能量流向图如图所示.内燃机的效率为（ D ）
A.7％ B.28％ C.31％ D.34％
10.（多项选择）我国首款百公斤级车载液氢系统“赛道1 000”的研制成功，可助力氢能重卡突破1 000公里续驶里程，这是我国将液氢应用于交通运输领域的重大技术突破（q氢＝1.4×108 J/kg）.下列说法正确的是（ BC ）
A.液氢燃烧越充分，其热值越大
B.用液氢作燃料是因为液氢的热值高
C.完全燃烧100 kg的液氢能释放1.4×1010 J的热量
D.氢能重卡的热机效率可高达100％
11.（四川达州中考）在标准大气压下，小明用天然气灶将质量为1 kg的水，从20 ℃加热到沸腾，水吸收的热量是 3.36×105 J.他家天然气热水器的热效率是70％，他某次洗澡，耗水20 kg，热水器进水温度是22 ℃，出水温度是42 ℃，他这次洗澡消耗天然气 0.075 m3.已知水的比热容是4.2×103 J/（kg·℃），天然气的热值是3.2×107 J/m3.
12.【科学探究】在“比较酒精和碎纸片燃烧时放出热量”的实验中.
（1）由于燃料充分燃烧放出热量的多少不是只与燃料种类这一因素有关，因此实验时必须控制酒精和碎纸片的 质量 相等；实验中还需控制被加热的水的质量和初温均相同，以便于 通过水升高的温度来反映燃料完全燃烧放出的热量 .
（2）如图是小明安装好的实验装置，其中存在的错误是 温度计的玻璃泡没有充分浸入到烧杯的水中 .
（3）小华纠正了小明的错误，又组装了一套相同的实验装置，备好秒表.在两个燃烧皿中分别加入准备好的酒精和碎纸片，读出水的初温后，进行如下操作：
①先点燃酒精，再点燃碎纸片.
②保证酒精和碎纸片燃烧时间相同，读取温度计的示数.
③待酒精和碎纸片充分燃烧结束，分别读取温度计的示数.
小红认为上述操作中，操作 ② 是错误的.小明根据正确操作获得的数据，算出了燃料的热值，发现结果小于该燃料的实际热值，原因是 燃料不完全燃烧且燃料燃烧放出的热量有一部分会散失到空气中 .
13.【开放性试题】热机的效率是衡量汽车发动机性能的关键指标.我国某集团已发布全球首款热机的效率突破50％的商业化柴油机的消息，这一成果的意义犹如人类历史上首次百米赛跑突破10 s.
（1）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进行改进创新？
（2）假如小明的设想实现了，会给我们的生活带来哪些影响？
答：（1）改良热机结构、减小摩擦、利用废气的热量等（合理即可）.
（2）节省燃料、减少有害气体的排放等.（合理即可）
14.【物理学与社会发展】（山东聊城中考）随着新能源政策的引导及风力发电、并网等技术的发展，我国风力发电开发走在了世界前列，装机容量居全球第一.某地有一风力发电站，其中一台风力发电机1 s内提供的电能约为1.8×104 J，1年内提供的电能约为4.8×1011 J.
（1）若该风力发电机1 s内提供的电能全部转化为内能，并有70％被水吸收，可以使100 g常温下的水水温升高多少摄氏度.[c水＝4.2×103 J/（kg·℃）]
（2）若该风力发电机1年内提供的电能改由火力发电机来提供，且火力发电机工作时煤炭燃烧产生的热量约40％转化为电能，则需要完全燃烧多少千克煤炭？（煤炭的热值约为q＝3.0×107 J/kg）
解：（1）根据题意得，一台风力发电机1 s内提供的电能约为1.8×104 J，
1 s内所产生的电能70％被水吸收，则水吸收的热量：Q吸＝70％W电＝70％×1.8×104 J＝1.26×104 J，
由Q吸＝cmΔt可得，水升高的温度：Δt＝＝
＝30 ℃.
（2）一台风力发电机1年内提供的电能约为4.8×1011 J，
火力发电机工作时煤炭燃烧产生的热量约40％转化为电能，则煤炭燃烧放出的热量：
Q放＝＝＝1.2×1012 J.
需要完全燃烧煤炭的质量：
m＝＝＝4×104 kg.第十四章 内能的利用
章末总结与提升
@知识架构
@直击中考
能量的转化与守恒
1.（湖南中考）有关能量的转移、转化和利用，下列说法正确的是（ ）
A.电烤炉取暖，是电能转移到人体
B.钻木取火，是内能转化为机械能
C.中医提倡的热水泡脚，是通过热传递的方式增大脚部的内能
D.用嘴对着手哈气取暖，主要是通过做功的方式增大手的内能
2.（多项选择）如图是小芳学了能量守恒后设计的一个小蒸汽轮机.下列说法正确的是（ ）
A.管口的“白气”是水蒸气液化形成的
B.如果没有能量补充，轮子最终会停下
C.蒸汽的内能转化为轮子的机械能
D.轮子的转动说明永动机是可以实现的
3.常用打火机的打火方式有两种，一种是用一个粗糙的小轮摩擦“火石”打火；另一种是利用高压电装置打火.从能量转化角度看，前者是把 能转化为内能；后者是把 能转化为内能.
4.用绳子把一个铁锁悬挂起来，把铁锁拉到刚好贴着自己鼻子的位置，稳定后松手，头不动（如图所示）.铁锁由开始位置a沿弧线ac向另一侧的最高点c运动，然后再从c往回运动.
（1）从能量的转化和守恒角度分析铁锁摆回时能否碰到鼻子.
（2）在此过程中，机械能是否守恒？能量的总量是否守恒？
热机及其工作原理
5.（贵州中考）内能的利用推动了工业和社会的快速发展.下列机器设备利用内能工作的是（ ）
A.纯电动汽车 B.计算机 C.汽油机 D.照相机
6.（多项选择）氮气弹簧是一种以密闭高压氮气为工作介质的弹性组件，具有体积小、弹力大、工作平稳、使用寿命长等优点.它在生活和工业中具有广泛的应用，其工作结构简图如图.当活塞顶部受到压力向下运动时，下列说法正确的是（ ）
A.缸体内氮气的密度变大
B.缸体内的气体被压紧后，氮气分子不再运动
C.缸体内的气体压强增大
D.该过程中能量的转化方式与汽油机的压缩冲程相同
7.如图所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，用力将活塞迅速下压，棉花会燃烧起来，下压活塞的过程中空气的内能 .该过程中的能量转化过程与图 装置相同.已知某单缸四冲程汽油机每秒完成100个冲程，则它的飞轮转速为 r/min.
8.如图所示是一个四冲程汽油机的一个工作循环四个冲程的示意图，请你在甲、丁两图中画出进气门、排气门的开闭情况，并在乙、丙两图中用箭头标出活塞的运动方向.
燃料的热值及热机效率
9.（长春中考）内燃机的能量流向图如图所示.内燃机的效率为（ ）
A.7％ B.28％ C.31％ D.34％
10.（多项选择）我国首款百公斤级车载液氢系统“赛道1 000”的研制成功，可助力氢能重卡突破1 000公里续驶里程，这是我国将液氢应用于交通运输领域的重大技术突破（q氢＝1.4×108 J/kg）.下列说法正确的是（ ）
A.液氢燃烧越充分，其热值越大
B.用液氢作燃料是因为液氢的热值高
C.完全燃烧100 kg的液氢能释放1.4×1010 J的热量
D.氢能重卡的热机效率可高达100％
11.（四川达州中考）在标准大气压下，小明用天然气灶将质量为1 kg的水，从20 ℃加热到沸腾，水吸收的热量是 J.他家天然气热水器的热效率是70％，他某次洗澡，耗水20 kg，热水器进水温度是22 ℃，出水温度是42 ℃，他这次洗澡消耗天然气 m3.已知水的比热容是4.2×103 J/（kg·℃），天然气的热值是3.2×107 J/m3.
12.【科学探究】在“比较酒精和碎纸片燃烧时放出热量”的实验中.
（1）由于燃料充分燃烧放出热量的多少不是只与燃料种类这一因素有关，因此实验时必须控制酒精和碎纸片的 相等；实验中还需控制被加热的水的质量和初温均相同，以便于 .
（2）如图是小明安装好的实验装置，其中存在的错误是 .
（3）小华纠正了小明的错误，又组装了一套相同的实验装置，备好秒表.在两个燃烧皿中分别加入准备好的酒精和碎纸片，读出水的初温后，进行如下操作：
①先点燃酒精，再点燃碎纸片.
②保证酒精和碎纸片燃烧时间相同，读取温度计的示数.
③待酒精和碎纸片充分燃烧结束，分别读取温度计的示数.
小红认为上述操作中，操作 是错误的.小明根据正确操作获得的数据，算出了燃料的热值，发现结果小于该燃料的实际热值，原因是 .
13.【开放性试题】热机的效率是衡量汽车发动机性能的关键指标.我国某集团已发布全球首款热机的效率突破50％的商业化柴油机的消息，这一成果的意义犹如人类历史上首次百米赛跑突破10 s.
（1）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进行改进创新？
（2）假如小明的设想实现了，会给我们的生活带来哪些影响？
14.【物理学与社会发展】（山东聊城中考）随着新能源政策的引导及风力发电、并网等技术的发展，我国风力发电开发走在了世界前列，装机容量居全球第一.某地有一风力发电站，其中一台风力发电机1 s内提供的电能约为1.8×104 J，1年内提供的电能约为4.8×1011 J.
（1）若该风力发电机1 s内提供的电能全部转化为内能，并有70％被水吸收，可以使100 g常温下的水水温升高多少摄氏度.[c水＝4.2×103 J/（kg·℃）]
（2）若该风力发电机1年内提供的电能改由火力发电机来提供，且火力发电机工作时煤炭燃烧产生的热量约40％转化为电能，则需要完全燃烧多少千克煤炭？（煤炭的热值约为q＝3.0×107 J/kg）
