专题5内能和能量转化[回归课本＋易错压轴]——2022中考物理三轮冲刺

专题5：内能和能量转化

1.分子热运动：温度越高，热运动越剧烈。扩散现象说明分子在永不停息地做无规则运动，还说明分子之间有空隙；扩散的快慢与温度有关。分子之间同时存在着相互作用的引力和斥力。

2.温度、热量、内能的区别：

温度——表示物体的冷热程度。温度升高，内能增加，但不一定吸热（如钻木取火、摩擦生热）。

热量——是一个过程量。吸收热量，不一定升温（如晶体熔化、水沸腾），内能不一定增加（如吸收的热量全部用来对外做功，内能可能不变）。

内能——是一个状态量。内能增加，不一定升温，不一定吸热（通过做功使内能增加）。影响内能大小的因素：温度、质量、状态和材料。

3.比热容：物质的一种属性，其大小由物质本身决定，与物质的质量、温度无关，与物质的状态有关。

探究物质的比热容：（1）采用控制变量法，即让两种不同物质的质量、温度、升高的温度相同；（2）尽量让不同物质在相同的时间内吸收的热量相等，用加热时间表示物质吸收热量的多少；（3）尽量避免热量的损失。

5.热量的计算:

（1）计算公式：用c表示物质的比热容，m表示物体的质量，t0表示物体的初温，t表示物体的末温，则物体温度升高时，吸收的热量Q吸=cm（t–t0）；物体温度降低时，放出的热量Q放=cm（t0–t）；若用t表示物体温度的变化量，上述两个公式可统一表示为Q=cmΔt。

（2）应用热量的计算公式解题时，公式中各物理量的单位要统一，即比热容c的单位是J/（kg·℃），质量m的单位是㎏，温度的单位是℃，热量的单位是J。（3）要明确“初温”、“末温”、“温度升高到”、“温度升高了”、“温度降低到”、“温度降低了”的含义。

6.内燃机的工作过程：内燃机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，只有做功冲程对外提供动力，其余三个冲程都是依靠飞轮的惯性来完成。单缸四冲程内燃机的一个工作循环中，飞轮（曲轴）转两周，活塞在气缸内往复运动两次。

7.燃料燃烧放热公式：Q放=qm或Q放=qV（常对气体燃料）。

8.热机效率：（1）计算公式η=W有用/Q总。（2）热机工作时，能量损失不可避免，故热机效率总小于1。（3）提高热机效率的主要途径：A．使燃料充分燃烧；B．尽量减少各种损失；C．在热机的设计和制造上，采用先进的技术；D．保证良好的润滑，减小摩擦阻力。

9.能量的分类：

（1）按形成和来源分类有来自太阳辐射的能量；来自地球内部的能量；天体引力能。（2）按开发利用状况分类有常规能源，如煤、石油、天然气等；新能源，如核能、地热等。（3）按属性分类有可再生能源，如太阳能、地热、水能、风能等；非可再生能源，如煤、石油、天然气、核能等。（4）按转换传递过程分类有一次能源，直接来自自然界的能源，如煤、石油、天然气等；二次能源，如沼气、汽油、柴油等。

10.能量的转化和守恒：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。

分子间的作用力

物体分子间的作用力有引力和斥力，二者同时存在。对外表现出的力与分子间的距离大小有关。分子间距离较小时，表现为斥力；较大时，表现为引力；很大时，作用力可忽略。物体存在的三种状态与分子间的作用力有关：固体分子间距离最小，作用力最大。

根据汽油机的转速计算单位时间内的做功、冲程数

因为1个工作循环，飞轮转动2圈，经历4个冲程，对外做功1次。所以根据转速计算单位时间内的做功、冲程数时，关键看单位时间内飞轮转动的转数。设飞轮的转速为NR/min,则它等于。

即1s内飞轮转过N/60转，所以做功冲程数为N/120；冲程数为N/30。（即做功次数等于转数的一半，冲程数等于转数的2倍）

【易错练习】

1.（2021云南）据悉，联合国《生物多样性公约》第十五次缔约方大会（COP15）将于2021年10月在云南省昆明市召开，届时远方的宾客将有机会品尝云南特色小吃“过桥米线”。以下说法正确的是（　　）

A．热汤表面的油层加快了汤汁的蒸发 

B．加入米线后，热汤从米线吸收热量 

C．放入热汤中的肉片很快熟了，是通过做功的方式增加了内能 

D．汤的香气扑鼻，说明分子在不停地做无规则运动

【答案】D

【解析】A.热汤表面的油层减小了液体的蒸发面积，减缓了液体表面上空气流动速度，所以热汤表面的油层减缓了汤汁的蒸发，A错。

B.加入米线后，米线的温度比汤汁的温度低，所以米线从汤汁中吸收热量，B错。

C.放入热汤中的肉片比汤汁温度低，肉片从汤汁中吸收热量，这是通过热传递的方法改变物体的内能，C错。

D.汤的分子扩散到空气中，说明分子不停地做无规则运动，D正确。选D。

2.（2021枣庄）在新冠肺炎疫情防控中，涉及到很多物理知识。下列说法正确的是（   ）           

A. 医务人员所戴的护目镜上经常出现水雾是汽化现象
B. 我们很远能闻到消毒液的气味是因为分子在做热运动
C. 用酒精擦拭皮肤感到凉爽是因为酒精蒸发放热
D. 用冰块给发热病人降温是因为冰块的内能为零

【答案】 B    

【解析】A．医务人员所戴的护目镜上经常出现水雾是人呼出的水蒸气液化形成的，液化现象，A错。

B．很远能闻到消毒液的气味是因为消毒液扩散到很远的空气中，扩散现象表明分子在做热运动，B正确。

C．用酒精擦拭皮肤感到凉爽是因为酒精蒸发吸收皮肤的热量，皮肤失去热量，温度降低，感觉到凉爽，C错。

D．用冰块给发热病人降温是因为冰块的温度低，能吸收人体的热量，使人体温降低；一切物体都有内能，冰的内能不为零，D错。选B。

3.（2021成都）成都正以新发展理念创建公园城市，让市民可以出门见绿意，抬头望雪山。对下列美好生活场景的分析，正确的是（　　）

A．春天，蒲江品茗春茶暖；热茶暖手，是通过做功改变手的内能 

B．夏天，龙泉戏水浸心凉；水比岸边石头凉，说明水的比热容小 

C．秋天，新都赏桂满城香；花香袭人，是分子无规则运动的结果 

D．冬天，郫都望雪西岭上；山顶积雪常年不化，积雪的内能为零

【答案】C

【解答】A.热茶暖手，手吸收热量，是通过热传递的方式改变手的内能，A错。

B.水的比热容比石头的比热容大，吸收相同的热量，水的温度变化小、石头的温度变化大，所以水比石头要凉一些，B错。

C.我们能闻到酒的花香味，是因为香味分子在做无规则运动引起的，属扩散现象，C正确。

D.任何物体都有内能，山顶的积雪也具有内能，D错。选C。

4.（2021齐齐哈尔）描述二十四节气的诗句中蕴含着丰富的物理知识，以下说法正确的是（　　）

A．立春：“大地养和暖气生”，大地内能的增加是太阳通过做功的方式实现的

B．清明：“清明时节雨纷纷”，雨的形成是凝固现象

C．秋分：“丹桂小菊万径香”，桂花飘香说明分子在永不停息地做无规则运动

D．霜降：“一朝秋暮露成霜”，霜的形成要吸热

【答案】C

【详解】A．大地内能的增加是太阳通过热传递的方式实现的，A错。

B．雨的形成是水蒸气液化为小水滴，B错。

C．“丹桂小菊万径香”，是扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动，C正确。

D．霜是空气中的水蒸气遇冷凝华为固体的冰晶，凝华放热，D错。选C。

5.（2021内江市）小丹同学在笔记本上记录了以下四条结论，其中错误的是（　　）

A．煤油温度计是根据液体热胀冷缩的性质制成的

B．家用洗衣机是典型的热机

C．受到平衡力作用的物体一定保持静止状态或匀速直线运动状态

D．物体是由大量分子组成的

【答案】B

【详解】A．常用的液体温度计是根据液体的热胀冷缩的性质制成的，所以，煤油温度计是根据液体热胀冷缩的性质制成的，A正确。

B．家用洗衣机是利用电动机工作的，热机会产生大量的废气，排放大量的热量，B错。

C．物体受平衡力的作用，可能处于静止状态，也可能处于匀速直线运动状态，C正确。

D．由分子动理论知道，物质是由大量分子组成，组成物质的分子在永不停息地做无规则运动， D正确。选B。

1.如图所示是四冲程汽油机内部剖面图，此为________冲程；汽油机需要用冷却液进行降温，是利用了冷却液的________大的特性。 

【答案】 做功    比热容     

【解析】四冲程汽油机的四个冲程分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。分析图，此时汽油机进气门、排气门都关闭，活塞向下运动，火花塞正在点火，由此判断是四冲程汽油机的做功冲程。 通常选用比热容大的物质做冷却液，相同质量的该种物质，吸收相同的热量，温度升高得少。

2.如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的______ 大，火箭发射升空时，燃料的化学能转化为______ 能，再转化为火箭的机械能，这个过程中火箭的机械能______（选填“守恒”或“不守恒”）。

【答案】热值  内  不守恒

【解析】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大的热值，完全燃烧相同质量的液态氢和其它燃料相比，液态氢可以释放出更多的热量；并且所需的液态氢的体积小，便于储存和运输。火箭发射升空时，燃料通过燃烧将化学能转化为燃气的内能，燃气对火箭做功，又将内能转化为火箭的机械能，使得火箭的机械能增大，所以机械能不守恒。
3.如图是四冲程汽油机的某个冲程，由图可看出它正处于________冲程，该冲程将机械能转化为________能，若该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功________次。 

【答案】 压缩    内   30     

【解析】【如图，进气门、排气门都关闭，活塞向上运动，它正处于压缩冲程。 此过程中活塞压缩气缸内的气体，对气体做功，使气体内能增加，将机械能转化为内能。若该汽油机飞轮的转速是60r/s，飞轮转2圈做一次功，则汽油机每秒钟对外做功30次。

4.如图所示是四冲程汽油机的______ 冲程，该冲程中，汽缸内燃气的内能______ （选填“变大”“变小”“不变” ）；0.5kg汽油完全燃烧后放出热量的42%被质量为100kg、初温为25kg的水吸收，可使水温升高到______℃。【q油=4.6×107J/kg；c水=4.2×103J/（kg.℃）】

【答案】做功  变小  43

【解析】图中，两个气阀关闭，火花塞喷出电火花，活塞向下运动，是做功冲程，在这一过程中化学能转化为内能再转化为机械能，汽缸内燃气的内能。
完全燃烧0.5kg汽油放出的热量Q放=mq=0.5kg×4.6×107J/kg=2.3×107J；水吸收的热量Q吸=ηQ放=

42%×2.3×107J=9.66×106J；水升高到的温度为：Δt= = =23℃；水的温度升高到：t=t初+Δt=20℃+23℃=43℃。

5.下图是新农村建设中广泛使用的一种小型农用柴油机，铭牌部分信息如下表所示，其中活塞行程是指一个冲程活塞移动的距离。该柴油机为单缸四冲程内燃机，压缩冲程中气缸内气体内能增加是通过   方式实现的；正常工作1min，柴油机输出的有用功    J，消耗柴油    kg，做功冲程中燃气对活塞的平均压力为    N。（q柴油=4.0×107J/kg）

【答案】做功   4.8×105    0.03    4000

【解析】压缩冲程是把机械能转化为内能，即气缸内气体内能增加是通过做功方式实现的。柴油机输出的有用功W有=Pt=8000w×60s= 4.8×105 J。柴油机的总功：W总= = = 1.2×106J；

根据W总= Q放=mq知，消耗的柴油质量m= = =0.03kg。曲轴每转2圈活塞对外做功1次，所以1min转动2400周，要做功1200次，即1min活塞的行程为S=1200×0.1m=120m，做功冲程中燃气对活塞的平均压力为F= = =4000N。

6.如图所示，小明在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小团硝化棉，用力将活塞迅速下压，棉花被点燃，此过程的能量转化方式与柴油机的______ 冲程相同。小明参加了一次长跑，身体消耗的能量约为8.4×105J，这些能量相当于完全燃烧______ m3的天然气，若天然气完全燃烧放出的热量有50%被水吸收，则在标准大气压下这些热量可将______kg20℃的水烧开。【q油=4.7×107J/m3；c水=4.2×103J/（kg.℃）】

【答案】压缩  0.21       12.5 
【解析】在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小团硝化棉，用力将活塞迅速向下压，棉花被点燃，这是因为压缩筒内空气做功，使空气的内能增加；该实验中，活塞的机械能转化为筒内空气的内能，与内燃机的压缩冲程的能量转化方式相同。由题可知，天然气完全燃烧放出的热量等于身体消耗的能量，由Q放=vq得，需要天然气的体积：V= = =0.21m3。水吸收的热量：

Q吸=ηQ放=50%×8.4×106J=4.2×106J ，由Q吸=cmΔt得，水的质量：

m= = =12.5℃。

7.核能是一种高效清洁的能源。2020年11月，具有完全自主产权的“华龙一号”核电机组并网发电。如图是核电机组示意图，通过三个回路的设计有效提高了安全性。

（1）一回路：反应堆中核燃料反应产生大量的热，从而将水加热到约320℃，气压达到150多个标准大气压，此时水不会沸腾的原因是______ 。
（2）二回路：蒸汽发生器中的水被加热后______ （填物态变化名称）成水蒸气，这些水蒸气推动汽轮机带动发电机发电。

（3）三回路：核电站通常建在海边用海水作冷凝剂，原因是海水量多且______ 。

【答案】气压增大，水的沸点升高  汽化  比热容大

【解析】（1）在一个标准大气压下，水的沸点是100℃。当上方气压增加时，沸点也增加，此题中水面上方有150多个标准大气压，所以将水加热到约320℃也不会沸腾。

（2）蒸发器中的水是液体，被加热后变成了水蒸气，水蒸气是气体，水由液态变为气态是汽化。

（3）因为在质量一定的情况下，升高相同的温度，物质比热容越大，吸收的热量就越多。核电站用水做冷却剂就是应用了水的比热容较大这一特性。

8.中国首次火星探索任务“天问一号”探测器的成功发射，是我国综合国力和创新能力提升的重要标志。如图所示是某火箭发射时的场景，目前运载火箭一般使用液态氢作为燃料、液态氧作为助燃剂。火箭燃料的发展如表1所示，表2是一些燃料的热值。

表1

表2

（1）使用氢作为燃料的主要优点是：　　和 　　。

（2）某火箭发射时携带了3×104kg液态氢燃料，这些燃料完全燃烧最多能将多少千克初温为20℃的水加热至沸腾？[c水＝4.2×103J/（kg•℃），当地大气压为1标准大气压]

（3）氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在气缸中燃烧。某次测试中，一辆氢能源车以70kW的功率匀速行驶0.5h，消耗了2kg燃料，求该发动机的效率。

【答案】（1）热值大；无污染（2）1.25×107kg（3）45%。

【解析】（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，另外氢气燃烧的生成物是水，不会造成污染。

（2）3×104kg液态氢完全燃烧释放的热量：Q＝mq＝3×104kg×1.4×108J/kg＝4.2×1012J，一标准大气压下水的沸点为100℃，水的质量为：

m′= = = 1.25×107kg。

（3）氢能源车所做的功为：W＝Pt＝70000W×0.5×3600s＝1.26×108J，2kg燃料完全燃烧释放的热量：Q′＝m″q＝2kg×1.4×108J/kg＝2.8×108J，该发动机的效率为：

η= ×100% = ×100%=45%

答：（1）热值大；无污染；（2）这些燃料完全燃烧最多能将1.25×107kg初温为20℃的水加热至沸腾；（3）该发动机的效率为45%。

9.汽车已经成为现代生活不可缺少的一部分，某研究小组对汽车开展调查研究。（1）图甲是汽车的刹车结构示意图，根据图片分析，这是______ 杠杆（选填“省力”、“费力”或“等臂”）；某段道路的标志牌如图乙所示，为什么同样的道路上，对不同车型设定不一样的最高行驶速度？                                

（2）（多选）汽车在行驶过程中遇到危急情况要紧急刹车。从发现情况到汽车停止的距离叫做停车距离，停车距离等于反应距离加上制动距离。下列行为会使停车距离变长的是______ 。
A.疲劳驾驶       B.酒后驾驶        C.接听电话           D.开车前系好安全带

（3）内燃机有四个工作冲程，图丙是内燃机的______ 冲程。

（4）假设某款纯电动汽车在平直公路上匀速行驶时，每百公里耗电30千瓦时，若电能转化为机械能效率为85%，则汽车匀速行驶时受到阻力为______ N。若质量和外形完全相同的燃油汽车，它的能量转化率为30%，以相同速度在同一路面上匀速行驶，每行驶百公里需要消耗的燃油为______ kg。（汽油的热值为q=4.6×107J/kg，结果保留1位小数）
（5）若电价为0.6元千瓦时，汽油价格为7.0元/升，每行驶百公里，电动汽车比燃油汽车节省______ 元。（汽油的密度ρ=0.71×103kg/m3，结果保留1位小数）

【答案】（1）省力  在相同的道路上，不同车型的机动车质量不同，速度相同时，质量大的动能大，制动距离大，质量小的动能小，制动距离小，当制动距离相同时，不同车型限速就不同 

（2） ABC     （3）压缩     （4） 918  7.8    （5）59

【解析】（1）O 点为支点，刹车油右侧的活塞对金属杆的力是阻力，脚对刹车踏板的力是动力，且动力臂大于阻力臂，所以这是一个省力杠杆。在相同的道路上，不同车型的机动车质量不同，速度相同时，质量大的动能大，制动距离大，质量小的动能小，制动距离小，当制动距离相同时，不同车型限速就不同。

（2）疲劳驾驶、酒后驾驶、打手机都会使司机反映迟钝或者注意力不集中，增加反应时间，可使停车距离变长；开车前系好安全，不会增加反应距离的大小，不会影响到反应时间，不会使停车距离变长，选ABC。

（3）由图可知，两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程。

（4）电能转化为机械能效率为85%，由公式W=FS得该电动汽车匀速行驶时受到的牵引力为：

F= =  =918N。电动汽车在平直公路上匀速行驶，阻力和牵引力是一对平衡力，大小相等，所以，f=F=918N。由公式η= ×100%得汽油释放的总能量：

Q= = =100kw.h=3.6×108J。因为Q=mq，所以需要汽油的质量：m= = ≈7.8kg。

（5）燃油汽车每百公里耗油7.8kg，汽油价格为7.0元/升，由ρ= 可得，燃油汽车每百公里耗油的体积：v= = =11×10-3m3=11L；则每百公里燃油汽车的费用为11L×7元/L=77元。每百公里电动汽车消耗的电能30kw.h，电动汽车充电价格为0.6元/kw.h，则每百公里电动汽车的费用30kw.h×0.6元、kw.h=18元，所以，每百公里电动汽车比该燃油汽车节省的费用为77元-18元=59元。