专题12.4 机械能与内能的相互转化【九大题型】（原卷版+解析版）

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\l "_Tc9253" 题型一、内能的改变方式 PAGEREF _Tc9253 \h 1
\l "_Tc5943" 题型二、能量的转化（内能） PAGEREF _Tc5943 \h 3
\l "_Tc22099" 题型三、热机的辨识 PAGEREF _Tc22099 \h 6
\l "_Tc6838" 题型四、冲程、圈数、工作循环的等效计算 PAGEREF _Tc6838 \h 8
\l "_Tc10328" 题型五、热值的定义 PAGEREF _Tc10328 \h 10
\l "_Tc3907" 题型六、热值的简单计算 PAGEREF _Tc3907 \h 12
\l "_Tc2687" 题型七、热平衡计算 PAGEREF _Tc2687 \h 14
\l "_Tc10883" 题型八、比较不同物质的热值 PAGEREF _Tc10883 \h 17
\l "_Tc28730" 题型九、热值的相关计算 PAGEREF _Tc28730 \h 20
\l "_Tc23806" 巩固练习 PAGEREF _Tc23806 \h 24
\l "_Tc3941" 提优练习 PAGEREF _Tc3941 \h 36
知识点01 做功-内能改变的另一种方式
通过做功可以改变物体的内能。
【微点拨】
对物体做功，物体内能增加；物体对外做功，自身内能减少，用做功的方法改变物体内能的过程，实质上是内能与其他形式的能量之间相互转化过程。
题型一、内能的改变方式
【典例1】（2024·江苏南京·二模）以下四个事例中能量转化过程与其他不相同的是（ ）
A．瓶塞冲出
B．搓手取暖
C．压缩冲程
D．钻木取火
【答案】A
【详解】A．瓶塞冲出，试管内气体对塞子做功，内能转化为机械能；
B．搓手取暖，双手克服摩擦做功，机械能转化为内能；
C．压缩冲程，活塞压缩缸内气体，对气体做功，机械能转化为内能；
D．钻木取火，钻头克服摩擦做功，机械能转化为内能；
综上所述，能量转化过程与其他不相同的是瓶塞冲出，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
【变式1-1】（2024·广西南宁·二模）下列改变内能的方式与其他三种不同的是（ ）
A．热水烫脚B．冰镇饮料C．钻木取火D．围炉煮茶
【答案】C
【详解】A．热水烫脚，脚吸收热量，温度升高，内能增大，是通过热传递改变物体内能；
B．冰镇饮料，饮料放出热量，内能减小，是通过热传递改变内能；
C．钻木取火，克服摩擦力做功，将机械能转化为内能，使木头的温度升高、内能增大，是通过做功改变内能；
D．围炉煮茶，茶吸收热量，温度升高、内能增大，是通过热传递改变物体内能，综上所述，选项C与其他项改变物体内能的方式不同，故C符合题意，ABD不符合题意。
故选C。
【变式1-2】（2024·山西朔州·二模）如图是古人发明的一种活塞式点火器，以牛角作套筒，木质推杆前端粘附艾绒。取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃，随即将杆拔出，口吹立见火苗。下列词语中与其改变内能的方式相同的是（ ）
A．釜底抽薪B．抱团取暖C．搓手取暖D．卧冰求鲤
【答案】C
【详解】封闭的气体被推杆压缩过程中，活塞对气体做功，气体内能增加，是机械能转化为内能。
ABD．釜底抽薪、抱团取暖、卧冰求鲤都属于热传递改变物体的内能，故ABD不符合题意；
C．搓手取暖属于做功改变物体的内能，故C符合题意。
故选C。
【变式1-3】（2024·甘肃临夏·二模）我们要养成“做中学”的良好学习习惯。如图甲所示，用丝绸摩擦气球后，发现气球温度升高了，这是通过 的方式改变气球的内能；摩擦过的气球靠近水平桌面上静止的另一只气球，发现另一只气球靠近摩擦过的气球滚动，如图乙所示，这是因为摩擦过的气球带了 。
【答案】 做功 电荷
【解析】【小题1】[1]用丝绸摩擦气球，需要克服摩擦做功，气球的内能增大，温度升高。这是通过做功的方式改变内能。
另一只气球靠近摩擦过的气球滚动，这是因为气球在与丝绸摩擦过程中带了电荷，而带电体具有吸引轻小物体的性质。
题型二、能量的转化（内能）
【典例2】（2024·湖南永州·二模）如图所示的实验装置中，一个装有适量水的试管通过橡胶塞密封。当水被加热一段时间后，橡胶塞被推出，同时管口出现了大量“白气”。下列说法正确的是（ ）
A．管口出现的“白气”是水蒸气
B．水蒸气推出橡胶塞导致水蒸气内能增加
C．水被加热的过程中，其内能是通过热传递的方式改变的
D．水蒸气推出橡胶塞与汽油机压缩冲程能量转化情况相同
【答案】C
【详解】A．管口出现的“白气”是水蒸气液化形成的小水滴，故A错误；
B．水蒸气推出橡胶塞，水蒸气对外做功导致水蒸气内能减少，故B错误；
C．用酒精灯给水加热，酒精燃烧时是将化学能转化为内能，是通过热传递的方式使得试管和试管内水的内能增加的，故C正确；
D．试管内水蒸气将软木塞冲出的实验过程中，利用内能做功，将水蒸气的内能转化为软木塞的机械能；汽油机的压缩冲程是将机械能转化成内能，两者的能量转化形式不同，故D错误。
故选C。
【变式2-1】（23-24九年级上·辽宁营口·阶段练习）2023年10月26日，长征二号F运载火箭将神舟十七号载人飞船发射升空，在加速升空的过程中，火箭尾部喷出的高温高压燃气的 能转化为火箭的 能。
【答案】 内 机械
【详解】[1][2]火箭尾部喷出的高温高压燃气对火箭做功，推动火箭加速升空，燃气的内能转化为火箭的机械能。
【变式2-2】（23-24九年级下·福建福州·期中）如图所示，在大口厚玻璃瓶内装入少量的水，塞紧塞子后，用气筒向瓶内打气时，活塞对瓶内气体 ，瓶内气体内能 （选填“增大”、“减小”或“不变”）。
【答案】 做功 增大
【详解】[1][2]在大口厚玻璃瓶内装入少量的水，塞紧塞子后，用气筒向瓶内打气时，活塞把气体压入活塞，活塞对瓶内气体做功，将机械能转化为瓶内气体的内能，瓶内气体内能增大，这是通过做功的方式改变物体内能。
【变式2-3】（2024·山东济宁·二模）如图所示是二氧化碳灭火器，打开阀门，按下手柄，会有大量的“白气”喷出，此时瓶内二氧化碳内能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。为了安全，灭火器应存放在阴凉干燥之处，因为灭火器在烈日下温度会升高，这是通过 方式使内能增加，具有一定的危险性。
【答案】 减小 热传递
【详解】[1]按下手柄，出气时，气体膨胀，对外做功，会有大量的“白气”喷出，此时瓶内二氧化碳内能减小。
[2]为了安全，灭火器应存放在阴凉干燥之处，因为灭火器在烈日下温度会升高，灭火器吸收热量，内能增大，这是通过热传递方式使内能增加，具有一定的危险性。
【变式2-4】如图所示的是世界上早期的蒸汽汽车模型，燃烧燃料使水温升高，水的内能增加，再转化为汽车的 能，使汽车前进。
【答案】机械
【详解】燃料燃烧放出热量，是化学能转化为内能，水吸收热量，内能增加；蒸汽通过对外做功，再将内能转化为机械能，推动蒸汽汽车前进。
知识点02 热机
利用燃料燃烧释放出能量做功的机械，叫做热机。常见的热机有：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
【微点拨】
（1）内能利用的两种方式：加热、做功。
（2）内燃机及其工作原理：
①内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。内燃机分为汽油机和柴油机，它们分别用汽油和柴油作为燃料。
②内燃机的工作原理：汽油或柴油在气缸里燃烧时生成高温高压的燃气，用来推动活塞做功。活塞通过连杆使内燃机的飞轮转动，从而带动其他机械转动。
（3）汽油机和柴油机的异同点：


汽油机 柴油机
题型三、热机的辨识
【典例3】（2024·江苏苏州·二模）柴油机的构造与汽油机类似，不同点在于柴油机有一个喷油嘴而没有火花塞，其压缩冲程结束时，气缸内气体被压缩为高温气体，温度超过柴油的燃点，此时由喷油嘴向气缸内喷入雾化的柴油，柴油迅速燃烧，从而推动活塞做功，则如图中图 是柴油机的做功冲程，柴油燃烧时将 能转化为 能。
【答案】 甲 化学 内
【详解】[1]图中甲图燃料燃烧，气体对外做功，内能转化为机械能，活塞向下移动，所以图甲表示的是做功冲程。
[2][3]柴油燃烧时向外放热，将储存的化学能转化为内能。
【变式3-1】（2024·甘肃武威·模拟预测）某同学利用塑料瓶制作的“水火箭”如图甲所示，其原理是压缩空气使水从“火箭”尾部向下 喷出，推动“火箭”飞向空中。往“水火箭”里打气相当于图乙中 （选填“A” 或“B”）所示的内燃机冲程；要使“水火箭”飞得更高，可以采取的一条措施是 （合理即可）。
【答案】 A 将“水火箭”竖起来发射
【详解】[1]往“水火箭”里打气时，压缩瓶内空气做功，空气的内能增大，温度升高，相当于图乙中A所示的内燃机压缩冲程，而B是做功冲程。
[2]要使“水火箭”飞得更高，就要使“水火箭”获得更多的能量，在质量一定时，高度越高，重力势能越大，转化的动能越多；质量越大、速度越大，动能越大，使“水火箭”获得更大的能量，则可以使“水火箭”装更多的水、将“水火箭”竖起来发射等。
【变式3-2】（2024·浙江·三模）如图甲所示为小乐制作的简易“蒸汽船”模型，将盛有一定量水的铜制容器安装在“船体”上，用蜡烛对铜制容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”向左行驶。
（1）蜡烛对铜制容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过 改变水的内能；
（2）铜管向右喷蒸汽，“蒸汽船”向左行驶，这个过程的能量转化与如图乙所示的汽油机的 （选填字母）冲程相同。
【答案】 热传递 A
【详解】（1）[1]蜡烛燃烧放出热量被水吸收而增大水的内能，这是通过热传递的方式改变水内能的。
（2）[2]当管向右喷蒸汽时“船体”向左运动，这个过程的能量转化是：内能减小，机械能增大，内能转化为机械能。这与热机的做功冲程相同，图片中A两个气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程。
【变式3-3】（2024·四川泸州·一模）如图所示是学校小制作比赛中的作品——自制蒸汽机，烧瓶瓶口的橡皮塞上插着“”型喷管，喷管的最上端通过球形磁铁吸到铁架台上，使烧瓶可以自由转动。当加热至水沸腾，温度将 ，水蒸气从喷嘴喷出，烧瓶开始向水蒸气喷出 （选填“方向”或“相反方向”）快速旋转，水蒸气推动烧瓶转动相当于内燃机 冲程。
【答案】 保持不变 相反方向 做功
【详解】[1][2]水在沸腾过程中吸收热量，温度保持不变；瓶内的水汽化变成水蒸气，当内能增大到一定程度时，水蒸气就会从喷管中向外喷出，因物体间力的作用是相互的，所以烧瓶向水蒸气喷出的反方向转动。
[3]烧瓶内水蒸气对外做功的过程中，内能转化为机械能，与内燃机的做功冲程相同。
题型四、冲程、圈数、工作循环的等效计算
【典例4】（2024·山东德州·二模）如甲图所示的实验装置，当塞子从试管口喷出时，水蒸气的内能转化为塞子的 。这个能量转化过程与汽油机工作时图 （选填“乙”或“丙”）的能量转化过程一样，若一台单缸四冲程汽油机飞轮的转速为2400r/min，则该汽油机1s内对外做功 次。
【答案】 机械能（或动能） 乙 20
【详解】[1][2][3]当试管内水被酒精灯加热后，水蒸气的内能逐渐增大，最后会把塞子冲出去，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，汽油机的做功冲程是汽油燃烧产生的内能转化为曲轴的机械能，因此这一现象与做功冲程能量转化相同，图乙中两气门关闭，活塞下行，火花塞有火花，是做功冲程，若一台单缸四冲程汽油机飞轮的转速为2400r/min，则1s内汽油机曲轴转动次数为40，一个工作循环中，曲轴转动两周，对外做功一次，所以汽油机1s内对外做功20次。
15．一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是 1800 r／min，该汽油机每秒钟完成 个工作循环，对外做功 次，完成能量转化 次。
【答案】 15 15 30
【详解】[1][2][3]内燃机完成1个工作循环，完成四个冲程，飞轮转2转，完成2次能量转化，对外做功1次；1800r/min=30r/s，即每秒完成15个工作循环，完成60个冲程，对外做功15次，完成能量转化30次。
【变式4-1】（2024·江苏·一模）如图所示，是汽油机工作循环中的 冲程，该冲程是通过 改变燃气的内能的，若飞轮的转速为1800r/min，则汽油机每秒钟内做了 次功。
【答案】 做功 做功 15
【详解】[1][2]根据图像可知，进气门、排气门关闭，活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功，所以为做功冲程。该冲程通过做功改变燃气的内能。
[3]一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min，说明1min飞轮转1800r，飞轮每转2周做功一次，则飞轮每分钟做功900次，每秒钟做功
（次）
【变式4-2】（23-24九年级下·江苏徐州·阶段练习）如图甲所示，快速压下活塞，可观察到棉花着火燃烧。此过程中气体的内能 ，这与四冲程汽油机的 冲程的能量转化相同，若飞轮的转速为2400r/min，在1s内，汽油机做功 次。
【答案】 增大 压缩 20
【详解】[1][2]在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小团干燥的棉花，快速压下活塞，棉花燃烧起来；该过程中压缩筒内空气做功，使空气的温度升高、内能增；该实验中，活塞的机械能转化为筒内空气的内能，与内燃机压缩冲程的能量转化相同。
[3]根据题意知道，飞轮转速为2400r/min即40r/s，即飞轮每秒钟转40圈，由于一个工作循环飞轮转2圈，完成4个冲程，做功1次，所以1s内飞轮转40圈，完成80个冲程，共做功20次。
热值
知识点03 热值
我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。单位是：J/㎏。
【微点拨】
（1）燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关：
①燃料的种类；
②燃料的质量；
③燃料是否充分燃烧。
（2）燃料完全燃烧放出热量的计算公式：Q放=mq。其中m为燃料的质量，q为燃料的热值。
题型五、热值的定义
【典例5】（2024·新疆·三模）一瓶酒精用去一半后，相比原来的酒精发生变化的是（ ）
A．热值B．密度C．质量D．比热容
【答案】C
【详解】比热容、密度、热值都是物质的特性，与物质的质量、体积大小无关，所以比热容、密度、热值都是不变的，质量是物体所含物质的多少，用去一半后，物质的多少减少一半，所以质量减少一半。故C符合题意，ABD不符合题意。
故选C。
【变式5-1】（23-24九年级下·江苏盐城·阶段练习）比值定义法就是用两个或多个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法。下列哪个物理量不是用这种方法建立的（ ）
A．密度B．功C．比热容D．热值
【答案】B
【详解】A．某种物质质量与其体积之比叫密度，故A不符合题意；
B．物体受到的力和物体在这个力的方向上通过的距离的乘积叫做功，故B符合题意；
C．某种物质温度升高时吸收的热量与其质量和升高温度的乘积的比值叫做这种物质的比热容，故C不符合题意；
D．燃料放出的热量与质量之比叫热值，故D不符合题意。
故选B。
【变式5-2】2020年9月21日13时40分，由中国航天科技集团研制的长征四号乙运载火箭再立新功，成功将海洋二号C星送入预定轨道，实现了国内运载火箭部件首次重复使用。如图，长征四号乙运载火箭在刚发射加速升空的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．随着火箭燃料的消耗，燃料的热值变小B．燃料燃烧得越充分，热值越大
C．燃料的机械能转化为火箭的内能D．燃气对火箭做功，其内能会减小
【答案】D
【详解】AB．热值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、燃烧的是否充分等无关。故AB错误；
C．燃料燃烧释放自身的化学能，将化学能转化为内能，再转化为火箭的机械能。故C错误；
D．高温高压的燃气对外做功，将内能转化为火箭的机械能，因此燃气的内能减小，故D正确。
故选D。
【变式5-3】（2024·甘肃武威·二模）关于燃料的热值，以下说法中正确的是（ ）
A．燃料燃烧时，质量越大，热值越大
B．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小
C．相同质量的不同燃料，完全燃烧时热值大的放出的热量多
D．燃烧1kg某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值
【答案】C
【详解】A．热值与质量无关，只与燃料种类有关，故A错误；
B．燃料的热值与燃料的种类有关系，与燃料的质量，燃烧状况无关，是否完全燃烧无关，故B错误；
C．由可知，相同质量的不同燃料，完全燃烧时热值大的放出的热量多，故C正确；
D．燃烧1千克某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值，必须是完全燃烧放出的热量，才是燃料的热值，故D错误。
故选C。
【变式5-4】（23-24九年级上·广东中山·期中）烟煤的热值比木炭的小，这表示（ ）
A．燃烧烟煤比燃烧木炭放出的热量少
B．燃烧烟煤比燃烧木炭放出的热量多
C．相同质量的烟煤和木炭，完全燃烧时，木炭放出的热量少
D．相同质量的烟煤和木炭，完全燃烧时，木炭放出的热量多
【答案】D
【详解】相同质量的烟煤和木炭，烟煤的热值比木炭的小，由Q=qm可知，完全燃烧时，木炭放出的热量多，故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。
题型六、热值的简单计算
【典例6】（2024·云南昆明·二模）2024年4月25日，搭载神舟十八号载人飞船的“长征二号F遥十八”运载火箭在酒泉卫星发射中心发射成功。火箭选用液态氢作为燃料，是因为液态氢的 （选填“热值”或“比热容”）较大；若想获得8.4×107J的热量，只需完全燃烧 kg的液态氢。（q氢=1.4×108J/kg）
【答案】 热值 0.6
【解析】【小题1】[1]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，可以放出更多的热量。
[2]需要完全燃烧的液态氢的质量
【变式6-1】（2024·黑龙江齐齐哈尔·二模）某柴油机工作一段时间后，油箱里的柴油没有发生变化的是 （选填序号①质量②密度③比热容④热值）。完全燃烧10g柴油放出的热量 J。（）
【答案】 ②③④
【详解】[1]密度、比热容和热值都是物质的特性，只与物质的种类有关，柴油机工作一段时间后，油箱里的柴油的多少发生了变化，所以柴油的质量变小了，但是柴油这种物质的种类没有发生变化，所以柴油的密度、比热容和热值都没有发生变化，故选②③④。
[2]完全燃烧10g柴油放出的热量
Q放=mq柴油=0.01kg×4.3×107J/kg=4.3×105J
【变式6-2】（22-23九年级上·四川德阳·阶段练习）小华在某次体育训练时，身体消耗了的热量，这些热量相当于完全燃烧 kg干木柴所释放的热量，当干木柴燃烧了一半，则剩余干木柴的热值 （变大、变小、不变）。（干木柴的热值为1.2×107J/kg）
【答案】 不变
【详解】[1]这些热量相当于完全燃烧干木柴的质量为
[2]热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，当干木柴燃烧了一半，则剩余干木柴的热值大小不变。
【变式6-3】（2024·陕西西安·二模）“西气东输”工程已全线竣工，输送的燃料为天然气，“煤改气”这是利用了天然气 的特性，而且使用天然气时对环境污染 。使用天然气做饭，在1标准大气压下要想把2kg、20℃的水烧开，水吸收的热为 J，需要燃烧 的天然气，（假设天然气完全燃烧放的热全部被水吸收，，。
【答案】 热值大 小 0.0096
【详解】[1]“煤改气”这是利用了燃气热值较大的特性，相同质量的天然气和煤相比，完全燃烧时可以放出更多的热量。
[2]天然气燃料后不产生有害气体，对环境的污染较小。
[3]把2kg、20℃的水烧开，水吸收的热为
[4]需要完全燃烧的天然气体积为
知识点04 热机效率
热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率。
【微点拨】
（1）热机的效率是热机性能的一个重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。
（2）提高热机效率的途径：
①在设计和制造上，要不断改进和革新，以减少各种能量损失，提高效率。
②在使用上，要正确使用，注意保养。
③充分利用废气带走的能量。
题型七、热平衡计算
【典例7】（23-24九年级下·安徽芜湖·阶段练习）某些农村地区仍然利用柴火灶烧水，柴火灶以干木柴为燃料，效率较低，约为20%，若将水从加热至，需要干木柴的质量约为 【干木柴的热值为，水的比热容为】
【答案】0.42
【详解】[1]将水从加热至吸热的热量为
根据
需要木材的质量
【变式7-1】（23-24九年级上·河北石家庄·阶段练习）某内燃机的能量流向是，汽缸散热损失25%，废气带走的能量是30%，摩擦等机械损耗15%，则它的效率是 。若消耗2kg的汽油，则它做的有用功是 （汽油热值4.6×107J/kg），燃料燃烧更充分时，燃料的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）。
【答案】 30% 不变
【详解】[1]内燃机的效率是
[2]汽油完全燃烧放出的热量为
它做的有用功是
[3]热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与是否燃烧充分无关，燃料燃烧更充分时，燃料的热值不变。
【变式7-2】（23-24九年级下·云南曲靖·阶段练习）人类在原始社会就知道燃烧柴薪来取暖、烧饭。在现代社会，人类所用的能量一部分是燃烧天然气获得的。与柴薪燃料相比，天然气具有更高的 （选填“热值”或“比热容”）。某学校食堂每天需要用2m3的天然气，完全燃烧这些天然气产生的热量的42%被0.5t的水吸收，可以使初温为20℃的水升高 ℃。[，]
【答案】 热值 20
【详解】[1] 与柴薪燃料相比，天然气具有更高的热值，质量相同时完全燃烧可以放出更多的热量。
[2] 完全燃烧这些天然气产生的热量为
水吸收的热量为
水升高的温度为
【变式7-3】（2024·陕西西安·二模）2023年杭州举办第 19 届亚运会，首次使用废碳再生的绿色零碳甲醇作为主火炬塔燃料，实现循环内的零排放，助力打造首届碳中和亚运会。若甲醇的热值为，则完全燃烧2kg甲醇释放的热量是 J，该热量的84%被水吸收，可以使质量为 1t、温度为25 ℃的水升高 ℃[c水=4.2×103J/（kg·℃）]。 在燃烧过程中，若甲醇燃烧不充分，则甲醇的热值将 （选填“增大”“减小”或“不变”）。
【答案】 9.2 不变
【详解】[1]完全燃烧2kg甲醇释放的热量为
[2]该热量的84%被水吸收，水吸收的热量为
这些热量可以使1t温度25°C的水升高的温度为
[3]热值与燃料种类有关，与燃料的质量和是否完全燃烧无关，如果在燃烧的过程中甲醇燃烧不完全，甲醇的热值不变。
【变式7-4】（2024·江苏南京·一模）如图甲所示，用力将活塞迅速下压，玻璃筒内硝化棉燃烧起来，该过程中的能量转化与四冲程汽油机的 冲程相同。某单缸四冲程汽油机飞轮转速为3000r/min，则每秒对外做功 次。若每次对外做功115J，该汽油机的效率为25%，连续工作1小时需消耗汽油 kg（）。有一种“涡轮增压”（T型）轿车，通过给发动机更足量的空气使汽油更充分地燃烧，比普通轿车（L型）更节能，同样的汽油加在T型轿车内比加在L型轿车内热值 （选填“更大”或“一样大”或“更小”）；如图乙所示，汽车尾部有一个“气流偏导器”，当轿车高速行驶时，能产生较大的抓地力，其原理是 。
【答案】 压缩 25 0.9 一样大 流体流速越大的地方、压强越小
【详解】[1]用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，硝化棉吸收热量，硝化棉的温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧，机械能转化为内能，与四冲程汽油机的压缩冲程能量转化相同。
[2]已知飞轮转速为
3000r/min=50r/s
一个工作循环活塞往复2次，飞轮转动2周，对外做功1次，故该汽油机1s内对外做功25次。
[3]对外做的总功
W=25×115J×3600=1.035×107J
燃料完全燃烧放出的热量
需消耗汽油的质量
[4]热值是燃料的特性，与燃烧情况无关。因此同样的汽油加在T型轿车内与加在L型轿车内热值一样大。
[5]汽车行驶时，偏导器上方的空气流速小于下方的流速，根据流体流速越大的地方、压强越小，所以偏导器上方的压强大于下方的压强，汽车行驶时，产生向下的压力，汽车对地面的抓地力增大。
题型八、比较不同物质的热值
【典例8】（2024·江苏南京·二模）用如图所示的相同装置进行“探究不同物质吸热升温现象”和“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”两个实验，关于两实验下列说法正确的是（ ）
A．均需要计时器
B．研究对象均为烧杯中液体
C．均需控制液体和燃料的质量相同
D．均可通过液体升高的温度反映实验结果
【答案】D
【详解】A．“探究不同物质吸热升温现象”的实验中，通过加热时间比较物质吸收热量的多少，所以需要秒表，测量时间；而“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”的实验中，只要两种质量相同的不同燃料完全燃烧完即可，不需要秒表，故A错误；
B．“探究不同物质吸热升温现象”的实验中，研究对象是烧杯中的液体，而“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”的实验中，研究对象是燃料，故B错误；
C．“探究不同物质吸热升温现象”的实验中需控制不同液体的质量相同，“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”的实验中需要控制不同燃料的燃烧时间相同，故C错误；
D．“探究不同物质吸热升温现象”实验中，可以加热相同质量的物质，在相同时间内通过温度变化来比较吸热能力的大小，“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”的实验中是通过液体升高的温度比较燃料放热能力的，故D正确。
故选D。
【变式8-1】（2024·江苏无锡·二模）如图是比较燃料热值的实验装置。下列说法正确的是（ ）
A．实验时应控制燃料燃烧的时间相同
B．实验时应控制烧杯中的液体升高的温度相同
C．两燃烧皿中应分别装入种类不同、质量相同的燃料
D．两烧杯中应分别装入种类不同、质量相同的液体
【答案】C
【详解】比较不同燃料的热值，应控制被加热液体的种类、质量相同而燃料的种类不同、质量相同；质量相同的不同燃料完全燃烧释放的热量被相同质量的同种液体吸收，根据可知，实验中可以通过温度计示数变化来反应放出热量多少，从而判断两种燃料热值的大小，所以实验中不控制烧杯中的液体升高的温度，应让燃料完全燃烧，故ABD错误，C正确。
故选C。
【变式8-2】（2024·江苏南京·二模）如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量相同，烧杯内的液体质量也相同。下列说法正确的是（ ）
A．比较不同液体吸热升温现象，可以选择甲丙两图
B．比较不同液体吸热升温现象，可以选择乙丙两图
C．比较不同燃料燃烧放出热量，可以选择乙丙两图
D．比较不同燃料燃烧放出热量，可以选择甲丙两图
【答案】A
【详解】AB．比较两种液体的比热容，必须控制燃料的种类相同，改变液体的种类，控制液体的质量相同，根据温度计的示数高低得出吸热多少，从而判断两种比热容的大小关系，应选择甲、丙两图进行实验，故A正确，B错误；
CD．比较不同燃料热值大小要控制加热的液体种类、液体质量，改变燃料的种类，根据温度计的示数高低得出吸热多少，从而判断热值大小，因此选择甲、乙两图进行实验；故CD错误。
故选A。
【变式8-3】（2024·江苏常州·一模）如图所示装置甲、乙、丙完全相同，燃料质量均为10g；烧杯内液体初温和质量都相等，燃料完全燃烧完后，液体均未沸腾，液体的末温分别为、、，且。则下列说法正确的是（ ）
A．燃料b放出热量最多B．液体2体吸收的热量最少
C．燃料a的热值比燃料b的大D．液体1的比热容比液体2的大
【答案】C
【详解】AB．对比甲丙，燃料的种类相同，均为燃料a，质量相同，根据可知燃料完全燃烧完后放出的热量相同，则甲烧杯中液体1和丙烧杯中液体2吸收热量相同；对比甲乙，加热相同的液体1，液体的末温，则甲烧杯中液体1吸收的热量大于乙烧杯中液体1吸收的热量，也说明甲中燃料a放出的热量更多。所以燃料b放出热量最少，乙中液体1吸收热量最少，故AB错误；
C．对比甲乙，加热相同的液体1，液体的末温，说明甲中燃料a放出的热量多于乙中燃料b放出的热量，燃料质量均为10g，则燃料a的热值比燃料b的大，故C正确；
D．对比甲丙，用相同的燃料加热不同的液体，液体的末温，说明甲中液体1升温较快，则液体1的比热容比液体2的小，故D错误。
故选C。
题型九、热值的相关计算
【典例9】（2024·山东临沂·二模）为研究酒精灯烧水的热效率，小明用酒精灯给100g、初温为20℃的水加热，消耗了4.2g的酒精时水的温度升至80℃。已知水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃），酒精的热值为3.0×107 J/kg，则酒精灯烧水的热效率是多少？
【答案】20%
【详解】解：水吸收的热量

酒精放出的热量
酒精灯烧水的热效率
答：酒精灯烧水的热效率为20%。
【典例10】（23-24九年级下·山东青岛·自主招生）某同学用燃气灶烧水给餐具消毒。在标准大气压下用该燃气灶加热质量为5kg初温为15℃的水，共消耗了0.06m3的天然气，该燃气灶烧水的热效率为70%。[水的比热容为，天然气的热值为]求：
（1）0.06m3的天然气完全燃烧所放出的热量；
（2）加热后锅内水的温度。
【答案】（1）；（2）95℃
【详解】解：（1）0.06m3的天然气完全燃烧放出的热量
（2）水吸收的热量
加热后锅内水的温度
答：（1）0.06m3的天然气完全燃烧所放出的热量为；
（2）加热后锅内水的温度为95℃。
【典例11】（2024·河北邯郸·一模）如图所示是一款无人驾驶巴士，其空车质量为,静止时轮胎与地面接触的总面积为，车满载并以的速度匀速直线行驶时，发动机的输出功率为。求：（取）
（1）该车空载静止在水平路面上时，对路面的压强；
（2）以的速度满载匀速直线行驶了，测该车做的功；
（3）若该车用效率为30%的汽油机提供动力，且以的速度满载匀速直线行驶了,则需消耗汽油的质量。
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】解：（1）该车空载时的重力
对路面的压力
对路面的压强
（2）该车速度
由可知牵引力
该车行驶了做的功
（3）根据知，汽油完全燃烧释放的热量
需要消耗汽油的质量
答：（1）该车空载静止在水平路面上时，对路面的压强为；
（2）测该车做的功为；
（3）需消耗汽油的质量为0.1kg。
【典例12】（23-24九年级上·湖南长沙·阶段练习）某新款无人驾驶的柴油机车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶5.6km，受到的阻力是3.0×103N，消耗燃油1.5×10-3 m3（假设燃油完全燃烧）。若燃油的密度ρ=0.8×103kg/m3，热值q=4×107J/kg。求：
（1）柴油机车牵引力所做的功；
（3）该柴油机车的热机效率是多少？
（3）如果柴油机的效率提高5%，其他条件都不变，那么柴油机车在这段路程中行驶可节约柴油多少kg？
【答案】（1）1.68×107J；（2）35%；（3）0.15kg
【详解】解：（1）柴油机车做匀速直线运动，牵引力等于阻力，牵引力做的功
（2）燃油燃烧放出的热量
热机效率
（3）如果柴油机的效率提高5%，则柴油机车的机械效率为40%，在这段路程中行驶需要消耗的柴油为
可节约柴油的质量为
答：（1）柴油机车牵引力所做的功为1.68×107J；
（3）该柴油机车的热机效率是35%；
（3）如果柴油机的效率提高5%，其他条件都不变，那么柴油机车在这段路程中行驶可节约柴油0.15kg。
巩固练习
一、单选题
1．（2024·北京朝阳·二模）下列实例中，属于热传递改变物体内能的是（ ）
A．用锯条锯木头时锯条的温度升高B．两手相互摩擦时手的温度升高
C．电钻打孔时钻头温度升高D．热鸡蛋放入冷水中温度降低
【答案】D
【详解】改变内能的方法有热传递和做功，锯木头时锯条的温度升高、两手相互摩擦时手的温度升高、电钻打孔时钻头温度升高都是通过做功增大了物体的内能；热鸡蛋放入冷水中温度降低是通过热传递减小了鸡蛋的内能。故ABC不符合题意，D符合题意。
故选D。
2．（2024·广西柳州·三模）图为压缩活塞中的空气使它内能增加。选项热机中能量转化与甲相同的是（ ）
A．B．C．D．
【答案】B
【详解】压缩活塞中的空气使它内能增加，将机械能转化为内能。
A．冲程的火花塞点火，为做功冲程，将内能转化为机械能，故A不符合题意；
B．两气阀关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能，故B符合题意；
C．吸气阀开启，为吸气冲程，没有能量转化，故C不符合题意；
D．排气阀开启，为排气冲程，没有能量转化，故D不符合题意。
故选B。
3．（2024·湖南·三模）2023年12月9号，世界首枚液体甲烷火箭“朱雀2号遥三”运载火箭在我国酒泉卫星发射中心发射升空，将搭载的“天仪33”和“鸿鹄”两卫星成功送入预定轨道，下列说法正确的是（ ）
A．运载火箭加速升空过程中，卫星动能转化为重力势能
B．运载火箭加速升空过程中，卫星重力势能转化为动能
C．运载火箭加速升空过程中，卫星机械能变大
D．运载火箭采用液氢为燃料是因为其比热容大
【答案】C
【详解】A．运载火箭加速升空过程中，卫星动能和重力势能都增大，不是动能转化为重力势能，故A错误；
B．运载火箭加速升空过程中，卫星动能和重力势能都增大，不是重力势能转化为动能，故B错误；
C．运载火箭加速升空过程中，卫星动能和重力势能都增大，卫星机械能变大，故C正确；
D．相同质量的液氢燃烧释放的热量更多，则运载火箭采用液氢为燃料是因为其热值大，故D错误。
故选C。
4．（2024·新疆和田·三模）汽油在使用过程中，随着质量的减小，它的（ ）
A．热值不变、比热容不变B．热值变小、比热容变小
C．热值不变、比热容变小D．热值变小、比热容不变
【答案】A
【详解】热值和比热容都是物质本身具有的性质，与质量无关，所以汽油在使用过程中，剩下汽油热值和比热容都不变，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
5．（2024·山东济南·二模）如图所示，将一盖好瓶盖的空矿泉水瓶的下半截用力拧几圈，瓶内上半截的气体被挤压导致体积变小、压强变大，此时再缓慢拧动瓶盖，某一瞬间瓶盖突然被猛烈弹出、同时瓶内出现了白雾。对此过程的下列分析正确的是（ ）
A．甲图中，用力拧瓶子下半截时，上半截的气体内能减小
B．甲图中，能量转化的过程和内燃机的做功冲程基本一致
C．乙图中，瓶盖被弹出时的原理和内燃机的排气冲程相同
D．乙图中，瓶内出现白雾是由瓶子内的水蒸气液化形成的
【答案】D
【详解】A．用力拧瓶子下半截时，外界对气体做功，上半截的气体内能增大，故A错误；
B．甲图中外界对气体做功，机械能转化为内能，能量转化的过程和内燃机的压缩冲程基本一致，做功冲程是将内能转化为机械能，故B错误；
C．瓶盖被弹出时的原理是气体对外做功，内能转化为机械能和内燃机的做功冲程相同，故C错误；
D．瓶内出现白雾是由瓶子内的水蒸气向外放热、温度降低后液化形成的，故D正确。
故选D。
6．（2024·山东济南·一模）曾有人做过如图所示的实验，在一个薄铜管里装上适量的乙醚（一种沸点很低的挥发性液体），用软木塞塞紧管口，把铜管固定在底座上，用结实的软绳在铜管上绕一圈，再用两手很快地牵动绳子，让绳子跟铜管摩擦。一会儿发现铜管发热了，接着铜管内的乙醚沸腾了，沸腾的乙醚蒸气能把软木塞冲起。以下几个阶段中，与内燃机做功冲程的能量转化情况基本相同的是（ ）
A．两手很快的牵动绳子B．绳子跟铜管快速摩擦
C．铜管内的乙醚沸腾了D．乙醚蒸气把木塞冲开
【答案】D
【详解】内燃机做功冲程的能量转化情况是内能转化为机械能。
AB．两手很快的牵动绳子，绳子跟铜管快速摩擦，能量转化情况是机械能转化为内能，故AB不符合题意；
C．铜管内的乙醚沸腾了，是通过热传递改变内能，本质是能量的转移，故C不符合题意；
D．乙醚蒸气把木塞冲开，能量转化情况是内能转化为机械能，与内燃机做功冲程的能量转化情况相同，故D符合题意。
故选D。
7．（2024·湖北·一模）如图为探究物质的吸热能力的实验，实验过程中，对酒精灯中的酒精而言，一定发生变化的物理量是（ ）
A．密度B．质量C．热值D．比热容
【答案】B
【详解】将一瓶酒精用去部分后，所含物质总量减少，所以剩余的酒精质量减少但密度、比热容、燃料的热值都属于物质的特性，它们的大小与物体的质量和体积均无关系，不会发生变化，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
8．（2024·湖北·一模）如图所示，甲是汽油机某个冲程的工作示意图，乙是柴油机某个冲程的工作示意图。下列说法正确的是（ ）
A．甲是汽油机的压缩冲程，此时进气门和排气门均关闭
B．甲是汽油机的做功冲程，汽缸顶部的火花塞产生电火花
C．乙是柴油机的吸气冲程，吸进汽缸的是空气和柴油的混合物
D．乙是柴油机的排气冲程，此时汽缸顶部的喷油嘴正在喷油
【答案】B
【详解】AB．根据图示可知，两个气门关闭，活塞下行，汽缸顶部的火花塞产生电火花，为做功冲程，故A错误、B正确；
CD．根据图示可知，进气门打开、排气门关闭，活塞下行，为吸气冲程；气缸的顶部有个喷油嘴，是柴油机的吸气冲程，吸入的只是空气，故CD错误。
故选B。
9．（2024·北京·模拟预测）如图甲为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，如图乙为汽油机的工作冲程。下列判断正确的是（ ）
A．舰载机获得的牵引力是因为汽缸内的蒸气体积收缩，从而拉动活塞
B．汽缸内的蒸汽推动活塞时，内能减小
C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图乙中B所示的原理相似
D．图乙中，汽油机一个工作循环的正确顺序是A、D、C、B
【答案】B
【详解】AB．图甲中，汽缸内的蒸气体积膨胀，对外做功，向右推动活塞，拉动绕过滑轮的牵引索，使舰载机获得向前的牵引力。该过程中，内能转化为机械能，蒸汽内能减小，故B正确，A错误；
C．图乙B中，汽油机两个气门都关闭，活塞向上运动，是汽油机的压缩冲程，即机械能转化为内能的过程，与蒸汽弹射装置工作时的原理不同，故C错误；
D．图乙中，A是吸气冲程、B是压缩冲程、C是做功冲程、D是排气冲程，汽油机一个工作循环的正确顺序是A、B、C、D，故D错误。
故选B。
二、填空题
10．（2024·湖北·二模）用某煤气灶将5L的水从20℃加热到100℃，水吸收的热量为 J，若消耗的煤气质量为0.16kg，煤气灶烧水时的效率为 。
【答案】 1.68×106 25%
【详解】[1]5L的水体积为5dm3，即0.005m3，则水的质量
故将5L的水从20℃加热到100℃，水吸收的热量
[2]煤气的比热容是4.2×107J/kg，所以完全消耗0.16kg的煤气放出的热量
则煤气灶烧水时的效率
11．（2024·山东济南·二模）小明将充满气的气球捆绑在小车上，制成压缩空气动力小车，如图所示。当气球向右喷气时，静止的小车向左运动起来，利用了 知识；该过程使气球内气体的内能 （选填“增大”或“减小”）。
【答案】 力的作用是相互的 减小
【解析】【小题1】[1]气球向右喷出空气的同时由静止开始向左运动，这是因为力的作用是相互的，喷气的同时，气球也受到了气球喷出的气体（空气）对它的反作用力。
[2]气球内的气体喷出时，气体对外做功，球内气体的内能减小。
12．（2024·安徽合肥·三模）2024 年 4月 30 日， “神舟十七号”载人飞船返回舱成功着陆。如图是返回舱在进入大气层时要通过一段黑障区，飞船因为摩擦被烧成一个大火球，而舱内的航天员和设备却安然无恙。这一过程中，返回舱“燃烧”是通过 的方式增加了内能。
【答案】做功
【解析】【小题1】改变内能的方式有两种，分别是做功和热传递。返回舱高速运动过程中，与空气摩擦而温度急剧升高，内能增大，这是以做功的方式改变返回舱的内能。
13．（2024·辽宁葫芦岛·二模）如图所示，民间有“做白粿迎新春”的传统习俗。制作白粿时，先将浸泡过的米放在木桶中蒸熟，再放入石臼中用木棰捶打，最后搓揉成形。蒸米时，完全燃烧10kg的干木柴能释放出 J的热量（干木柴的热值为）。捶打时，木棰相当于一个 杠杆。
【答案】 1.2×108 费力
【详解】[1]蒸米时，完全燃烧10kg的干木柴能释放出的热量为
[2]捶打时，动力臂小于阻力臂，所以木捶相当于一个费力杠杆。
14．（2024年河南省洛阳市中考第三次模拟考试物理试卷）2024年2月23 日“长征五号”遥七运载火箭在文昌发射中心发射成功。如图，发射火箭时，燃料燃烧释放的内能转化为火箭的 能，这与内燃机的 冲程原理相同；火箭采用液态氢做燃料，是因为它的 大。
【答案】 机械 做功 热值
【解析】【小题1】[1][2]高温高压燃气对火箭做功，将内能转化为火箭的机械能，使火箭加速升空。 内燃机在做功冲程，高温高压的燃气对活塞做功，内能减小，减小的内能转化成塞子的机械能，可知这与内燃机的做功冲程原理相同。
[3]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，可以放出更多的热量。
15．（23-24九年级下·北京·阶段练习）根据如图所示的两个热学实验，回答相关问题：
（1）甲图，试管内的水沸腾一段时间后，水蒸气将橡胶塞推出，水蒸气的内能转化为橡胶塞的 。
（2）乙图，抽掉玻璃板后，将会观察到 ，这属于扩散现象。不同点
相同点
项目
汽油机
柴油机
（1）构造基本相同都是燃料在气缸内燃烧，都是内燃机。
（2）都将内能转化为机械能。
（3）每一个工作循环都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。
构造
气缸顶部有火花塞
气缸顶部有喷油嘴
点火方式
压缩冲程末由火花塞放出电火花点燃，称点燃式
压缩冲程末由喷油嘴向气缸内喷雾状柴油遇到高温高压的空气自动燃烧，称压燃式
燃料
汽油、吸气冲程吸进汽油和空气混合物
柴油、吸气冲程吸进气缸的只是空气
压缩比
压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1／9至1／6
压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1／22至1／16
做功
做功冲程初燃气压强为30至50个大气压，温度2000℃至2500℃，高温高压的气体推动活塞做功
做功冲程初燃气压强为50至100个大气压，温度1700℃至2000℃，高温高压的气体推动活塞做功
效率
效率较低20％至30％
效率较高30％至45％
用途
轻便，多用于汽车、飞机、小型农机具
笨重，多用于拖拉机、载重汽车、轮船等重型机械