【中考一轮复习】2023届初三物理学案 专题14 内能及其利用（原卷版＋解析版）

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新课标对单元知识要求
1.从能量转化的角度认识燃料的热值。
2.了解热机的工作原理。知道内能的利用在人类社会发展史中的重要意义。
3.知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析问题的意识。
4.从能量转化和转移的角度认识效率。
5.列举能量转化和转移具有方向性的常见实例。
单元考点解读
考点1 热机
1.定义：热机是把内能转化为机械能的机器。使燃料在热机气缸内燃烧而获得动力的机器叫内燃机，常见的内燃机油汽油机和柴油机。
2.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。一个工作循环中对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转2周。只有做功冲程对外做功，其余的三个冲程叫辅助冲程，是靠飞轮的惯性来完成的。
考点2 热值
1.定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。
2.单位：J/kg，读作“焦耳每千克”。对于气体燃料，在生活中多以体积来计量，所以气体燃料热值的单位是J/m。
3．燃料燃烧放出热量计算：Q=qm；（Q是热量，单位是：焦耳；q是热值，单位是：焦/千克；m 是质量，单位是：千克。
4.燃烧效率：燃料燃烧时有效利用的热量与燃料完全燃烧时放出的热量之比，叫做燃料的燃烧效率。多用百分数的形式表示。
5.提高燃料的利用效率：改善燃烧条件使燃料尽可能地充分燃烧；加大受热面积，使放出的热量得到充分利用；尽可能地减少各种热损失等。
考点3 热机效率
1.概念：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的热量之比。
2.热效率公式
热机的效率是热机性能的一个重要指标。汽车发动机的效率、飞机发动机的效率、轮船发动机的效率均属于热机的效率，其公式为：η=。
3.提高热机效率的途径
a.减少各种热量损失；
b.减少摩擦，保持良好的润滑；
c.尽可能使燃料充分燃烧。
考点4 能量的转化与守恒
能量既不会消灭，也不会产生，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，而在转化和转移的过程中，能量的总量不变，这就是能量守恒定律。
单元例题解析
【例题1】（2022湖南邵阳）图是四冲程汽油机其中一个冲程的工作示意图，它表示的是（ ）
A. 吸气冲程B. 压缩冲程
C. 做功冲程D. 排气冲程
【答案】C
【解析】如图所示，进气门排气门都关闭，活塞向下运动，火花塞处有火花，是做功冲程，故C符合题意，ABD不符合题意。故选C。
【例题2】（2022贵州黔东南州）2022年2月27日11时许，伴随着一阵山呼海啸般的巨响，长征八号遥二运载火箭搭载着22颗卫星，在我国文昌航天发射场一飞冲天，创造了我国“一箭多星”即单次发射卫星数量最多的纪录，由此开启了我国新的共享火箭“拼车模式”。火箭发动机做功把燃料燃烧的内能转化为___能，若该燃料的热值为1.4×108J/kg，则完全燃烧500g该燃料放出的热量是___J。
【答案】 机械 7×107J
【解析】火箭发动机做功给火箭提供动力，使火箭加速上升，机械能增加，增加机械能是由燃料的内能转化而来，故火箭发动机做功把燃料燃烧的内能转化为机械能。
完全燃烧500g该燃料放出的热量是
【例题3】（2022湖南益阳）下列能量转化或转移的情景中，属于能量转移的是（ ）
A. 燃料燃烧时发热
B. 用热水袋取暖
C. 钻木取火
D. 电动机带动水泵把地下水送到地面
【答案】B
【解析】A．燃料燃烧时，将化学能转化为内能，属于能量的转化，故A不符合题意；
B．用热水袋取暖，是热传递过程，内能从热水袋转移到其它物体向上，属于能量的转移，故B符合题意；
C．钻木取火，是克服摩擦做功，将机械能转化为内能，属于能量转化，故C不符合题意；
D．电动机带动水泵把地下水送到地面，电动机工作时将电能转化为机械能，属于能量的转化，故D不符合题意。故选B。
内能及其利用单元核心素养精准达标检测试题
（满分100分，答题时间90分钟）
一、选择题（共10小题，每小题3分，共计30分）
1. （2022湖南湘潭）如图，蒸粽子时，锅盖被水蒸气顶起而发生“跳动”，下列说法正确的是（ ）
A. 水沸腾时，温度继续升高
B. 蒸锅烫手，因为它含有的温度多
C. 闻到粽香，说明加热后分子才运动
D. 水蒸气顶起锅盖过程的能量转化与内燃机做功冲程相似
【答案】D
【解析】A．水沸腾时，吸热温度保持不变，故A错误；
B．温度不能说“含有”，故B错误；
C．一切物质的分子都在永不停息地做无规则运动，温度越高无规则运动越剧烈，故C错误；
D．水蒸气顶起锅盖是内能转化为机械能，内燃机做功冲程也是内能转化为机械能，故D正确。故选D。
2. （2022江苏南通）如图所示，是四冲程内燃机其中一个冲程的示意图，该冲程的能量转化情况
是( )
A. 化学能转化成内能
B. 机械能转化成内能
C. 机械能转化成化学能
D. 内能转化成机械能
【答案】B
【解析】由图可知，两个气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，该过程消耗机械能获得内能，是将机械能转化为内能．故B符合题意．
3.（2022湖南衡阳）汽车的发动机大多数是内燃机，内燃机是热机的一种，下列关于热机和环境保护的说法，正确的是（ ）
A. 热机排出的尾气没有内能B. 热机的效率能达到100%
C. 热机的大量使用会造成环境污染D. 汽油机的做功冲程是将机械能转化成内能
【答案】C
【解析】A．一切物体在任何温度下都有内能，所以热机排放的尾气也有内能，故A错误；
B．热机在工作时不可避免地要损失一部分能量（如散热、克服机械部件间的摩擦），所以热机的效率不可能达到100%，故B错误；
C．热机在使用时会排放出一些有害的气体，会造成环境污染，故C正确；
D．汽油机的做功冲程对外做功，将内能转化为机械能，故D错误。故选C。
4.（2022黑龙江牡鸡）关于热现象，下列说法正确的是（ ）
A. 晶体在熔化过程中，随着持续吸收热量，温度不断升高
B. 热机的效率无法达到100%
C. 热传递的实质是热量从内能大的物体传递到内能小的物体
D. 冬天在家洗澡时，会发现浴室内出现“白气”，这些“白气”是水蒸气
【答案】B
【解析】A．晶体在熔化的过程中要持续吸热，但温度保持不变，故A错误；
B．因为总存在各种形式的能量损失，所以热机的效率是无法达到100%，故B正确；
C．热传递的过程中热量是从温度高的物体传向温度低的物体，故C错误；
D．浴室中的“白气”是水蒸气液化形成的小水珠，故D错误。故选B。
5.（2022湖北宜昌）关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（ ）
A. 没有燃烧的燃料，热值等于零
B. 燃料完全燃烧时，它的热值最大
C. 燃料的热值与质量和燃烧状态无关
D. 燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多
【答案】C
【解析】ABC．热值是燃料自身的一种属性，大小与燃料的质量、温度、燃烧情况无关，故AB错误，C正确；
D．根据公式Q=mq可知，燃料燃烧放出的热量多少与燃料的热值、燃料的质量有关，与燃烧时的温度无关，故D错误。故选C。
6.（2022梧州）2022年6月5日，中国载人航天飞船神舟十四号发射成功。如图所示，飞船在空中加速上升时的能量转化情况是（ ）
A. 飞船的动能转化为重力势能，动能减小
B. 飞船的重力势能转化为动能，重力势能减小
C. 燃料燃烧产生的内能转化为飞船的机械能
D. 没有发生能量的转化，飞船的机械能不变
【答案】C
【解析】AB．载人飞船加速上升时，质量不变、速度增大、高度增大，所以动能和重力势能均增大，故AB错误；
CD．载人飞船加速上升时，因为动能和重力势能均增大，所以机械能增大，是由燃料燃烧产生的内能转化而来的，故C正确，D错误。
7.（2022甘肃金昌）河北丰宁抽水蓄能电站是2022年北京冬奥会的电力保障项目之一、该电站可以利用风能和光能资源充足时发电获得的部分电能，将水抽到高处转化为水的机械能储存起来，需要时再利用水的势能发电，从而弥补了风能、光能不稳定且转化的电能难储存的不足，实现风、光与水电的互补，堪称电力系统的巨型“充电宝”。下列说法正确的是（ ）
A. 风能和光能是不可再生能源
B. 该电站抽水蓄能时可将电能转化为机械能，发电时可将机械能转化为电能
C. 根据能量守恒定律可知，该电站抽水时消耗的电能全部转化为水的机械能
D. 风能、光能、机械能、电能可以相互转化，说明能量的转化是没有方向性的
【答案】B
【解析】A．风能和光能是可再生能源，能够从自然界获得，取之不尽用之不竭，故A错误；
B．该电站抽水蓄能时，消耗电能，增大的水的机械能，故将电能转化为机械能，发电时，机械能减小，电能增加，故将机械能转化为电能，故B正确；
C．该电站抽水时消耗的电能不可能全部转化为水的机械能，会有一部分的电能转化为内能或其它形式的能，故C错误；
D．风能、光能、机械能、电能可以相互转化，但是能量转化有方向性的，比如汽车行驶时，克服摩擦力做的功，机械能转化为内能，这个内能不会自发的转化为原来的机械能，故D错误。
故选B。
8.（2022湖南湘西）以下情景中，将电能转化为机械能的是（ ）
A. 核电站利用反应堆产生内能B. 电动机通电转动的过程
C. 光伏电池充电的过程D. 汽油机的做功冲程
【答案】B
【解析】A．核电站利用反应堆产生内能，将核能转化为内能，故A不符合题意；
B．电动机通电转动的过程，将电能转化为机械能，故B符合题意；
C．光伏电池充电的过程，将光能转化为电能，故C不符合题意；
D．汽油机的做功冲程，将内能转化为机械能，故D不符合题意。故选B。
9.（2022吉林长春）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%
【答案】D
【解析】内燃机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，所以，结合能量流向图可知，该内燃机的效率为34%。故选D。
10.如图是内燃机某冲程的工作示意图，四个事例中能量转化与之相同的是（ ）

A. 瓶塞冲出 B. 搓手取暖 C. 压缩气体 D. 钻木取火
【答案】A
【解析】根据图示可知，两个气门都关闭，活塞向下运动，因此该冲程为做功冲程，将内能转化为机械能。
A．试管内气体对瓶塞做功，气体的内能转化为瓶塞的机械能，符合题意；
B．搓手取暖，克服摩擦力做功，把机械能转化为内能，内能增加，不符合题意；
C．用力将活塞压下，活塞对筒内空气做功，筒内空气的内能增大、温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧，此过程中机械能转化为内能，不符合题意；
D．钻木取火过程中，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，内能增加，不符合题意。
二、填空题（10小题，每空1分，共29分）
1. （2022湖南长沙）如图所示，在配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，把活塞迅速压下去，看到的现象是______。这是因为活塞压缩空气，使空气的内能______，温度升高，这一过程与内燃机工作的_______冲程原理相同。
【答案】 硝化棉燃烧 增加 压缩
【解析】当把活塞迅速压下去后，活塞压缩气体做功，气体的内能增加，温度也会随之上升，当温度达到硝化棉的着火点时，会看到硝化棉燃烧。
活塞压缩空气使空气内能增加，这是机械能转化为内能，在内燃机四个冲程中，只有压缩冲程是机械能转化为内能，所以这一过程与内燃机工作的压缩冲程原理相同。
2. （2022湖南张家界）如图是汽油机工作过程中的_____冲程。一单缸四冲程汽油机的飞轮转速是3600r/min，则该汽油机每秒内对外做功_____次。
【答案】 做功 30
【解析】图中进气门和排气门关闭，活塞向下运动，火花塞产生电火花，故此冲程为汽油机的做功冲程。
汽油机的一个工作循环中，经历四个冲程，飞轮转动两周，对外做功一次，因为该汽油机飞轮的转速是3600r/min=60r/s，所以飞轮每秒转动60周，则汽油机每秒钟对外做功30次。
3.（2022江苏泰州）勤劳的小华发现家里电水壶中水烧开了，就将水灌入保温瓶，水未能灌满保温瓶，她塞好瓶塞没走多远，就听到“嘭”一声，转身看到：瓶塞被喷在空中，瓶口还冒着“白气”瓶塞被喷出过程中的能量转化与汽油机的_____冲程中的能量转化相同；“白气”是_____（填物态变化名称）形成的，此过程需_____热量。
【答案】 做功 液化 放出
【解析】瓶塞被喷在空中，水保温瓶中的水蒸气对瓶塞做功，将内能转化为机械能，能量转化与汽油机的做功冲程相同。
保温瓶中的水蒸气对瓶塞做功后，内能减小，温度降低，液化形成了小水珠，也就是“白气”，液化过程会放出热量。
4.（2022齐齐哈尔）一台单缸四冲程汽油机，当飞轮转速是2400r/min时，它每秒钟对外做功_____次；做功冲程是将_____转化为机械能。
【答案】 20 内能
【解析】汽油机的飞轮每转2转，会对外做功1次，已知该飞轮转速为
故每秒钟飞轮转动40转，对外做功20次。
做功冲程中，燃料燃烧产生的高温高压气体推动活塞运动，将内能转化为了机械能。
5.（2022甘肃金昌）如图所示，用酒精灯加热试管中水，当水沸腾一段时间以后，塞子被试管内水蒸气推出。这是通过_____的方式将水蒸气的内能转化为塞子的机械能（选填“做功”或“热传递”）。图_____（选填“甲”或“乙”）中汽油机的工作过程与这一实验过程中原理是一致的。
【答案】 做功 乙
【解析】塞子被试管内水蒸气推出，气体膨胀对外做功，将气体的内能转化为机械能，涉及能量的转换，故是做功。
如图甲所示，进气门关、排气门关，活塞向上，压缩气体做功，将机械能转化为内能，而乙图是进气门关、排气门关，活塞向下，高温高压气体对活塞做功，将内能转化为机械能，故图乙中能量转化与气体对活塞做功实验的原理相同。
6.（2022齐齐哈尔）某燃气热水器使用天然气作为燃料，若使用中消耗掉0.02m3的天然气，则这些天然气完全燃烧放出的热量为_____J （q天然气=3.2×107J/m3）；如果这些热量完全被水吸收，则水的内能_____（选填 “增大”、“不变” 或“减小”）。
【答案】 增大
【解析】这些天然气完全燃烧放出的热量为
不断吸收热量，则水的内能增大，通过热传递的方式增大内能。
7. （2022哈尔滨）2022年6月5日，神舟十四号完美飞天，振奋国人。火箭通常选用热值较______（选填“大”或“小”）的物质作为燃料；在飞船加速上升过程中，它的机械能________。
【答案】 大 变大
【解析】火箭常选用热值较大的物质作为燃料，因为在燃料质量相同时，热值越大的释放出的热量越多。
飞船加速升空的过程中：质量不变，速度变大，动能变大；质量不变，高度变大，重力势能变大；又因为机械能等于势能和动能之和，所以机械能变大。
8. 热水器将质量为20kg、温度为15℃的水加热到65℃，消耗天然气0.15m3，在此过程中水吸收的热量是______J，热水器的热效率是______。[c水=4.2×103J/（kg·℃）；q天然气=3.2×107J/m3]
【答案】 87.5%
【解析】水吸收的热量
Q吸=cm(t-t0)= 4.2×103J/（kg·℃）×20kg×（65℃-15℃）=4.2×106J
消耗的天然气完全燃烧放出的热量为
Q放=Vq=0.15m3×3.2×107J/m3=4.8×106J
热水器的热效率为
9. （2022湖北荆州）为全面推进“乡村振兴”工程，加快农业农村绿色发展，荆州市大部分农村地区已经使用上了煤气烧水煮饭。小王同学用他家的煤气将体积为2L，初温为20℃的水加热到100℃，水吸收的热量是_____J；若此过程的热效率为40%，则消耗煤气_____m3。[水的密度为1.0×103kg/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气热值为4.0×107J/m3]
【答案】 6.72×105 0.042
【解析】由题意可知，水的质量为
m=ρV=1.0×103kg/m3×2×10-3m3=2kg
所以将初温为20℃的水加热到100℃，水吸收的热量是
若煤气灶效率为40%，则煤气完全燃烧释放的热量为
所以需要煤气的体积为
10.（2022江苏常州）天然气热水器将40kg的水从15°C加热到65°C，此过程中天然气完全燃烧释放热量的84%被水吸收，水吸收热量_______ J，天然气完全燃烧释放热量______ J，需要消耗天然气______kg，这是通过_____方式改变水的内能。[c水=4.2×103J/(kg⋅°C)，q天然气=4×107J/kg]
【答案】 8.4×106J 1×107J 0.25 热传递
【解析】将40kg的水从15°C加热到65°C，水吸收热量
Q=cm(t0-t1)=4.2×103J/(kg⋅°C)×40kg×(65°C-15°C)=8.4×106J
此过程中天然气完全燃烧释放热量的84%被水吸收，则天然气完全燃烧释放热量
需要消耗的天然气质量
改变内能方式有两种，分别是热传递和做功，用天然气烧水是通过热传递改变水的内能。
11. （2022广东）图表示四冲程汽油机处于_______冲程。汽车尾气带走的能量______（选填“能”或“不能”）自动汇集回来转化成燃料的化学能，这反映了能量的转化具有_______。
【答案】 排气 不能 方向性
【解析】由图示知，汽缸的进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程。
燃料燃烧放出的能量中有部分热散失，被尾气带走，而尾气带走的能量不会再自动变成燃料的化学能，这是因为能量的转化具有方向性。
12. （2022湖南张家界）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。
【答案】 机械 电
【解析】小轮摩擦“火石”的过程，消耗了机械能，产生了内能，将机械能转化为内能。
利用高压电装置打火时，消耗了电能，产生了内能，将电能转化为内能。
三、简答与阅读题（每小题4分，共计8分）
1.英国物理学家斯特林于1816年发明了“斯特林发动机”。斯特林发动机气缸内工作介质易汽化、易液化，该介质经过吸热膨胀，冷却压缩的循环过程输出动力，因此又被称为热气机。某工程师按照“斯特林发动机”原理设计了如图甲所示的模型机，工作过程中飞轮持续旋转如图乙。请结合所学知识解释飞轮能持续转动的工作原理。
【答案】酒精灯加热将化学能转化为内能，热气缸中的工作物质吸热汽化膨胀，推动活塞A向右运动做功，将内能转化为机械能：由于飞轮具有惯性，带动活塞A向左运动，活塞A将气缸中的工作物质推入冷气缸并液化，活塞B又将物质推回热气缸。如此反复。
【解析】气体对外做功，气体的内能转化为机械能，根据图示可知，酒精灯加热将化学能转化为内能，热气缸中的工作物质吸热汽化膨胀，推动活塞A向右运动做功，将内能转化为机械能：由于飞轮具有惯性，带动活塞A向左运动，活塞A将气缸中的工作物质推入冷气缸并液化，活塞B又将物质推回热气缸。如此反复。
2．如图展示了一个极具想象力的设想，其大意是：上面水池中的水流下来，冲击叶轮转动；叶轮带动打磨轮和水泵的轴转动；人利用打磨轮打磨工件，同时，运转的水泵又把流到下面水池中的水抽到上面的水池中…，只要一开始在上面水池中注满水，就能通过水的上下循环，使机器不停地工作．
①你认为，上面水池中流下来的水，能否被水泵全部抽送到上面水池中？并说明理由．
②这个设想曾得到不少人的赞许，并把这个装置誉为“永动机”．请运用你掌握的知识，说明这个装置是否真能“永动”？

【答案】见解析。
【解析】①不能。因为，高处水池中水的重力势能，只有部分转化为叶轮的动能；而叶轮的动能部分用来打磨物体及转动部分摩擦做功，不会全部提供给水泵用来提升水。或简答为“用于水泵提升水的能量只是从上面流下的水的动能的一部分”。
②不能。 由于从上面流到下面水池中的水不能全部被抽送到上面的水池中（或“对外做功消耗能量”、“用来打磨物体消耗能量”、“克服装置的摩擦要消耗能量”）。
四、实验探究题（本大题有1小题，共计10分）
1. （2022江苏泰州）在“比较酒精和碎纸片燃烧时放出的热量”实验中
（1）由于燃料充分燃烧放出热量的多少不仅与燃料种类这一个因素有关，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______。
【答案】 （1）质量 根据温度计示数确定水吸收热量的多少 （2）温度计液泡没有浸没在水中 （3）① 燃烧过程中有热量损失
【解析】（1）燃料充分燃烧放出热量的多少还与燃料的质量有关，所以要控制质量相等。
根据，实验中还需控制被加热的水的质量和初温均相同，观察末态温度，末态温度高说明吸收热量多，反之，吸收热量少。
（2）使用温度计测量液体，应将温度计液泡完全浸没在液体中。
（3）应当同时点燃酒精和碎纸片，保证燃烧时间相同。
燃烧过程中有热量损失，水吸收的热量小于燃料燃烧放出的热量。
五、综合应用题（本大题有3小题，共计23分）
1.（6分）（2022广西贵港）某学校，需要把1000kg的水从20℃加热到80℃，[q天然气=4×107J/m3，c水=4.2×103J/（kg•℃）]求：
（1）这些水吸收的热量；
（2）若用天然气加热，不计热量损失，需要完全燃烧多少m3的天然气？
【答案】（1）2.52×108J；（2）6.3m3
【解析】（1）根据吸热的计算公式可得，这些水吸收的热量为
（2）由题意可知，不计热量损失，天然气完全燃烧放出的热量为
根据
可得，加热这些水所需要天热气的体积为
2. （8分）（2022广西桂林）用天然气灶烧水时，把质量为、初温为的水，加热到，此过程中天然气完全燃烧放出的热量为。已知水的比热容为。求：
（1）水吸收的热量是多少J？
（2）天然气灶烧水时的热效率是多少？
【答案】（1）；（2）20%
【解析】（1）水吸收的热量是
（2）天然气灶烧水时的热效率是
3. （9分）（2022湖北天门）同学们到研学基地开展实践活动。小明垒好柴火灶为大家煮饭，为了测试柴火灶的效率，他用1kg的干木柴给5kg的水加热，烧完木柴时，水温从20°C升高到60°C。（干木柴的热值
（1）1kg 的干木柴完全燃烧放出的热量是______J：干木柴是_____能源（选填“一次”或“二次”）。
（2）水吸收的热量为多少J？
（3） 该柴火灶的效率为多少？
【答案】（1）J 一次 （2） （3）
【解析】（1）1kg的干木柴完全燃烧放出的热量
1kg的干木柴完全燃烧放出的热量为。
木柴从自然界取得后可以直接利用，是一次能源。
（2）由可知，水吸收的热量
（3）该柴火灶的效率