第3讲 内能的利用九年级物理全一册课程精炼(人教版)(解析版)

第3讲 内能的利用【知识要点】一、热机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. 内燃机的工作原理工作物质的内能 二、热机效率3．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”。

①1kg 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；②某种燃料是指热值与燃料的种类有关；③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）热值表示燃料在完全燃烧时把化学能转化为内能的本领大小，是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧无关．4.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：qmW Q W 有用总有用==η5.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）。

三、能量转化与守恒6.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。

【典型例题】一、热机1．如图为汽油机某一冲程示意图，下列选项中与其能量转化过程相似的是（ ）A．用手反复弯折铁丝B．用热水壶烧水C．压缩空气棉花燃烧D．开水瓶的瓶塞被水蒸气弹出【答案】D【详解】A．图示为汽油机的做功冲程，其能量转化是内能转化为机械能。

而用手反复弯折铁丝是机械能转化为内能，故A不符合题意；B．用热水壶烧水，是电能转化为内能或燃料的化学能转化为内能，故B不符合题意；C．压缩空气棉花燃烧是机械能转化为内能，故C不符合题意；D．瓶塞被水蒸气弹出是水蒸气的内能转化为瓶塞的机械能，故D符合题意。

故选D。

2．如图所示是四冲程汽油机的剖面图，关于其四个冲程的描述正确的是A．吸气冲程中，汽油和空气的混合物进入汽缸B．压缩冲程中，通过做功的方式使汽缸内气体的内能减小C．做功冲程中，燃料释放的能量绝大部分转化为机械能D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的极少部分【答案】A【详解】汽油机在吸气冲程中，进气门打开、排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入汽缸，故A正确；在压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，此过程是机械能转化为内能的过程，故B错误；在做功冲程中，燃料燃烧释放的内能大部分需要克服摩擦、发生热传递而散失，只有一少部分转化为机械能，故C错误；在排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的大部分，故D错误．3．柴油机和汽油机在一个工作循环中的四个冲程完全相同的冲程是（）A．吸气、压缩B．压缩、排气C．吸气、压缩、排气D．排气【答案】D【详解】吸气冲程中，汽油机吸入的是汽油和空气的混合气体，柴油机吸入的只有空气，所以吸气冲程不同；柴油机属于压燃式点火，所以在压缩冲程中，柴油机比汽油机压缩程度高，所以压缩冲程不同；汽油机气缸顶部有个火花塞，柴油机气缸顶部有个喷油嘴，柴油机采用压燃式点火，汽油机采用点燃式点火，所以做功冲程不同；排气冲程只是将废气排出，所以柴油机和汽油机在一个工作循环中的四个冲程完全相同的冲程是排气冲程；通过以上分析可知，故选D。

4．关于四冲程汽油发动机内部工作描述正确的是（）A．吸气冲程时，吸入的是空气B．通过喷油嘴压燃点火，在压缩冲程时，将机械能转化为内能，C．做功冲程时，若每次对外做功1000J，则2400r/min的发动机的额定功率为20kW D．排气冲程时，排出的废气已经没有内能了全转化为机械能了【答案】C【详解】A．吸气冲程时，汽油机吸入的是汽油和空气，柴油机吸入的是空气，故A错误；B．压缩冲程结束时，汽油机是利用火花塞点火，柴油机通过压燃点火，故B错误；C．2400r/min的发动机1s转40r，而汽油机2r对外做功一次，每次对外做功1000J，故1s对外做功1000J 40r20000J 2rW ⨯==故其功率为20000J 20000W 20kW 1sW P t ==== 故C 正确；D ．排气冲程时，排出的废气温度很高，内能并没有全转化为机械能，故D 错误。

故选C 。

5．某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30 cm 2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50 mm ，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×l05 Pa ，飞轮l min 转动1 800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），下列说法中正确的是 A ．汽油机每秒内完成30个冲程 B ．汽油机的功率为2025 WC ．做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2.7×l07 ND ．一个做功冲程中燃气对活塞做的功为1.35×l05 J 【答案】B 【详解】A 、飞轮l min 转动1 800周，则1s 转30圈，一圈两个冲程，所以1s 完成60个冲程，故A 错误；C 、燃气对活塞的平均压力：5429.010Pa 3010m 2700N F pS -==⨯⨯⨯=，故C 错误；D 、一个做功冲程中燃气对活塞做的功：2700N 0.05m 135J W FS ==⨯=； B 、lmin 转动1800周，要做功900次，功率为： 135J 9002025W 60sW P t ⨯=＝＝，故B 正确； 故选B ． 【点睛】牢记四冲程内燃机的一个工作循环，曲轴转过两周，由四个冲程组成，对外做功一次，计算功率时先根据压强和面积求压力的大小，再结合活塞的行程计算一次做功的多少，进一步求功率．6．小明家的汽车发动机为四缸汽油机．该发动机在工作时气缸内的燃气的平均气压为1×106Pa ，汽缸的横截面积为50cm 2，活塞的行程长10cm ，转速3600r/min ．则该发动机的功率为（ ） A ．15kWB ．30kWC ．60kWD ．75kW【答案】C 【详解】一个气缸在一个做功冲程中燃气对活塞做的功:6422110Pa 5010m 1010m 500J W FL PSL --===⨯⨯⨯⨯⨯=，飞轮转速:3600r/min=60r/s,因为一个工作循环飞轮转2圈,完成4个冲程,做功一次,所以每秒一个气缸对外做功30次,该柴油机每秒对外做的功:130500J=15000J W =⨯,柴油机的功率为:115000J 15kW 1SW P t ===，四缸汽油机，所以功率是单缸的四倍，为60kW ，故C 正确． 故选C7．关于在四冲程的柴油发动机内部工作描述正确的是（ ） A ．吸气冲程时，吸入的是柴油和空气的混合物B ．压缩冲程时，将机械能转换为内能，点燃方式采用压燃式C ．做功冲程时，若1000J/次对外做功，则2400r/min 的发动机的额定功率为20kWD ．排气冲程时，将废气的内能转化为排气门的机械能 【答案】BC 【详解】A ．吸气冲程时，柴油机吸入的只是空气，A 错误；B ．压缩冲程时，将机械能转换为内能，点燃方式采用压燃式，B 正确；C ．该发动机1min 转2400r ，而柴油机2r 对外做功一次，而题中一次对外做功的能量1000J，即柴油机2r 对外做功的能量1000J，1min 转2400r ，1min 的能量是62400r 1000J1.210J 2rW ⨯==⨯发动机的额定功率61.210J20000W 20kW 60sW P t ⨯====发动机的额定功率是20kW ，C 正确；D ．排气冲程时，废气的内能没有转化为排气门的机械能，D 错误。

故选BC 。

8．如图所示为汽油机的四个冲程，其中机械能转化为内能的冲程是图___________。

1min 内汽油机完成2400个工作循环，飞轮的转速为___________r/s 。

汽油机完成一个工作循环时，需要吸入2L 的燃料，其质量为___________kg ，这些燃料完全燃烧放出的热量为___________J 。

（ρ燃料=1.4kg/m 3，q 燃料=4.6×107J/kg ）【答案】甲 80 2.8×10-3 1.288×105 【详解】[1]汽油机机械能转化为内能的冲程是压缩冲程，图甲的两个气门均关闭，活塞向上运动，是压缩冲程；图乙的进气门关闭，排气门打开，是排气冲程；图丙的两个气门都关闭，活塞向下运动，是做功冲程；图丁的进入门打开，排气门关闭，是吸气冲程。

所以应选图甲。

[2]由题意知，1s 内汽油机完成的工作循环为24004060s=个个 一个工作循环飞轮转动两圈，那么飞轮转速2×40r×1s=80r/s[3]2L 燃料的质量m =ρ燃料V =1.4kg/m 3×2×10-3m 3=2.8×10-3kg[4]完全燃烧这些燃料放出的热量Q 放=mq 燃料=2.8×10-3kg×4.6×107J/kg=1.288×105J二、热机效率9．甲、乙两台汽油机，甲的热机效率比乙高，则下列说法中正确的是（ ） A ．做同样多的有用功，甲用的时间少 B ．做同样多的有用功，甲消耗的汽油少 C ．在相同时间内，乙消耗的汽油多D ．消耗同样多的汽油，甲做的有用功比乙少 【答案】B 【详解】AB ．甲的热机效率比乙高，做同样多的有用功，甲的燃料完全燃烧时放出的能量较小，但是由于不知道功率大小，不能比较时间的多少，根据Q qm =可知，同样是汽油，热值相同，甲消耗的汽油质量较小，即甲消耗的汽油少，A 错误、B 正确；C ．甲的热机效率比乙高，说明做相同的有用功，甲消耗的汽油少，但不知道相同时间做功的多少，即无法比较甲和乙在相同时间内做功的多少，也就无法比较甲和乙消耗汽油的多少，C 错误；D ．消耗同样多的汽油，即燃料完全燃烧时放出的能量相同，但是甲的热机效率比乙高，那么甲做的有用功比乙的多，D 错误。

故选B 。

10．小丽为了测试汽车发动机的效率，开车以60km/h 的平均速度行驶了120km ，用去汽油25L ，已知汽油的密度为0.7×103kg/m 3 ， 热值为4.6×107J/kg ，发动机的功率为32.2kW ，则该汽车发动机的效率为 A ．23.6% B ．28.8% C ．36.5% D ．38%【答案】B 【详解】 汽车行驶时间：120km2720060km/hs t h s v ==== 汽车发动机做功：832200W 7200s=2.318410J W Pt ==⨯⨯ 用去汽油质量：33330.710kg/m 251017.5m V m kg ρ-==⨯⨯⨯= 汽油完全燃烧放出热量：784.610J/kg 1.75kg=8.0510J Q qm ==⨯⨯⨯ 发动机效率：882.318410J 100%=28.8%8.0510JW Q η⨯===⨯ 故选B11．有甲、乙两台柴油机，在相同的时间内，它们所做的有用功之比是5：4，消耗柴油的质量之比是3：2，那么它们的效率之比是 A ．15：8 B ．5：6 C ．6：5 D ．1：1 【答案】B 【详解】根据Q=mq 求出燃料完全燃烧放出的热量．它们的效率之比：m 525m q====m 436m qW W Q W Q W W Q W Q =⨯⨯甲甲甲甲乙甲甲乙乙乙乙甲乙乙【点睛】此题主要考查的是学生对热机效率、热值计算公式的理解和掌握12．小周驾驶一辆额定功率为21千瓦、效率为30%的汽车在一段平直的公路上匀速行驶，在额定功率下行驶30min 至少需要________L 汽油（汽油的热值为3.5×107J/L ）；若该汽车受到的阻力为1.05×103N ，则汽车行驶的速度为________km/h 。