备考2024年中考物理重难点精讲精练：6-热点4 热机 能量的转化和守恒（精讲）

中考物理热点复习精讲精练

热点四 热机 能量的转化和守恒（精讲）

知识梳理

能量的转化和守恒

1.在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的

2.能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，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其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变

3.能量的转移、转化具有方向性。

典例讲解

例1如图所示是某单缸四冲程汽油机的工作示意图。下列说法正确的是（　　）

A．一个工作循环的正确顺序是：丁、丙、甲、乙 

B．热机常用水做冷却剂，是因为水的沸点高 

C．丙图冲程是做功冲程，汽缸内气体的内能减小，温度降低 

D．飞轮的转速为1800r/min，则该汽油机每秒钟做功30次

【分析】（1）判断汽油机的四个冲程，先看进气门和排气门的关闭情况，进气门打开的是吸气冲程，排气门打开的是排气冲程，进气门和排气门都关闭的是压缩冲程或者做功冲程；活塞上行为压缩冲程和排气冲程；活塞下行为吸气冲程和做功冲程；在压缩冲程中机械能转化为内能；做功冲程中内能转化为机械能；对外提供内能的冲程只有做功冲程，其它三个冲程都是依靠惯性完成的；

（2）因为水的比热容较大，常用来做冷却剂；

（3）内燃机的四个冲程中有两个冲程发生了能量转化，在压缩冲程中机械能转化为内能，在做功冲程中内能转化为机械能；

（4）四冲程内燃机曲轴转一圈，完成2个冲程，活塞往复1次，1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次。

【解答】甲冲程，两气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，将机械能转化为了内能，是第二冲程；

乙冲程，排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，是第四冲程；

丙冲程，气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，将内能转化为了机械能是第三冲程；

丁冲程，进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，是第一冲程；

A、四个冲程的正确顺序是丁甲丙乙，故A错误；

B、热机常用水做冷却剂，是因为水的比热容大，吸热效果好，故B错误；

C、丙图是做功冲程，汽油机的做功冲程将内能转化为机械能，气缸内气体内能减少，温度降低，故C正确；

D、四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min，则该飞轮每秒钟转30圈，完成了60个冲程，对外做功15次，故D错误。

故选：C。

例2如图所示，是汽油机的能量流向图，对照此图，下列说法不正确的是（　　）

A．废气的排放所占的比例最大，减少该部分能量损失可以提高热机效率 

B．冷却水能量的二次利用可以提高能量的利用率 

C．增加该汽油机的工作时间会提高其机械效率 

D．该汽油机的效率为30%

【分析】（1）热机的效率是指有利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比，要提高其效率，应尽量减少能量的损失；

（2）热机效率与做功多少，工作时间无关。

【解答】A、由图示知，废气带走了很大一部分的能量，所以减少该部分的能量损失是提高热机效率的有效手段，故A正确；

B、冷却水带走的热量仅次于废气带走的热量，所以冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率，故B正确；

C、热机的效率是指有利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比，与做功多少，工作时间无关，故C错误；

D、该汽油机的热机效率为η＝100%﹣33%﹣30%﹣7%＝30%，故D正确。

故选：C。

例3下列关于热机的说法正确的是（　　）

A．甲图的工作原理与乙图相同 

B．乙图气缸内气体的温度升高 

C．丙图是吸气冲程 

D．热机是把机械能转化为内能的机械

【分析】四冲程内燃机一个工作循环有四个冲程，分别是吸气、做功、压缩和排气，根据气门的状态、活塞运动的方向确定冲程的种类；其中只有做功冲程对外做功，将内能转化为机械能，压缩冲程将机械能转化为内能。

【解答】热机是把内能转化为机械能的机械；

甲图中，水蒸气推动风车转动，是内能转化为机械能；

乙图中两个气门关闭、活塞上行，为压缩冲程，此过程中机械能转化为内能，缸内气体的温度升高，所以甲图的工作原理与乙图不相同；

丙图中两个气门关闭、活塞下行，为做功冲程，此过程中内能转化为机械能；

综上所述，B正确。

故选：B。

例4以下提高热机效率的方法中，错误的是（　　）

A．想办法把燃料燃烧放出的热量全部用来做有用功 

B．尽量使燃料充分燃烧 

C．保证转动部分良好的润滑 

D．尽量减少各种热散失

【分析】热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，提高燃料的利用率和减少能量损失可以提高热机效率。

【解答】热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，提高燃料的利用率，如使燃料充分燃烧，减少能量的散失，如减少部件的摩擦，保证良好的润滑，减少各种热散失，都可以提高热机效率；但燃料燃烧放出的热量是无法全部转化为有用功的，故B、C、D正确；A错误。

故选：A。

例5（多选）下列关于能量转化和守恒说法正确的是（　　）

A．热传递改变物体内能是相同形式的能的互相转移 

B．做功改变物体的内能是不同形式的能的相互转化 

C．在一定条件下各种形式的能量可以相互转化 

D．能量在转移和转化的过程中总会有损耗，但能量的总量总保持不变 

E．自然界任何制造永动机的设想，无论它多么巧妙，都是徒劳 

F．“摩擦生热”是创造热能的过程，说明能量可以从无到有创造出来 

G．一个单摆在来回摆动多次后总会停下来，说明能量是不守恒的

【分析】改变内能的方法有两种：做功和热传递；

自然界中存在不同形式的能量，各种不同的能量可以相互转化，同种能量也可在不同物体间进行转移，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。

【解答】A、热传递是不同物体间的内能相互转移，故A正确；

B、做功改变物体的内能是不同形式的能的相互转化，如摩擦生热中是将机械能转化为内能，故B正确；

C、自然界中存在不同形式的能量，在一定条件下各种不同形式的能量间可以相互转化，故C正确；

D、能量在转化和转移的过程中总会有损耗，例如电动机的工作原理就是电能转化为机械能，但是因为机械之间存在摩擦，摩擦生热，所以有一部分电能转化为内能，而这部分的能量转化是我们不需要的，所以可以称这部分能量损耗了，但能量的总量总保持不变，故D正确；

E、自然界任何制造永动机的设想，无论它多么巧妙，都是徒劳，因为它违背了能量守恒定律，故E正确；

F、“摩擦生热”是将机械能转化为内能，不是创造热能的过程，故F错误；

G、一个单摆在来回摆动多次后总会停下来，是因为一部分机械能转化为了内能，并不能说明能量是不守恒的，故G错误。

故选：ABCDE。

例6为保护环境，我国多个城市采用了氢燃料新能源公交车（如图所示）代替传统燃油公交车。若某氢燃料新能源公交车以140kW的恒定功率在水平道路上匀速直线行驶300s，消耗0.5kg的氢燃料。求：（q氢＝1.4×108J/kg）

（1）完全燃烧0.5kg氢燃料放出的热量。

（2）新能源公交车行驶300s所做的功。

（3）新能源公交车的热机效率。

【分析】（1）根据Q＝mq求出这些燃料完全燃烧放出的热量；

（2）根据公式W＝Pt求出公交车所做的功；

（3）根据η＝求出热机的效率。

【解答】解：（1）0.5kg的氢燃料完全燃烧放出的热量：

Q＝mq＝0.5kg×1.4×108J/kg＝7×107J；

（2）公交车行驶300s所做的功：

W＝Pt＝140×103W×300s＝4.2×107J；

（3）公交车的热机效率：

η＝＝×100%＝60%。

答：（1）完全燃烧0.5kg的氢燃料放出的热量为7×107J；

（2）新能源公交车行驶300s所做的功为4.2×107J；

（3）新能源公交车的热机效率为60%。