重难点06内能的利用-2022年中考物理热点及重难点专练试卷（原卷+解析）

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专项二  热学重难点06  内能的利用【重点知识梳理】6.1单缸四冲程汽油机的工作循环单缸四冲程内燃机的四个冲程冲程名称进气门排气门能量转化能量来源备注吸气冲程开闭 飞轮转动的惯性1个工作循环，飞轮转动2周，经历4个冲程，对外做功1次。压缩冲程闭闭机械能转化为内能飞轮转动的惯性做功冲程闭闭内能转化为机械能燃料燃烧释放的内能排气冲程闭开 飞轮转动的惯性汽油机与柴油机的区别比较项目结构点火方式吸气冲程吸入的物质燃料热机效率应用汽油机顶部有火花塞点燃式空气和汽油汽油26-40%轿车等较轻便的机械柴油机顶部有喷油嘴压燃式空气柴油34-45%轮船等较笨重的机械6.2热机的效率1.热机效率：热机所做的有用功与所用燃料完全燃烧释放的热量之比。其值一定小于1。公式：η=×100%。一般用W=Fs或者W=Pt计算有用功；用Q放=mq或Q放=vq计算Q放。2.提高热机效率的一些途径：①让燃料燃烧更充分；②减轻热机的质量；③较少热机各部件之间的摩擦；④废气再利用等。6.3能量守恒定律能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其它形式，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。【难点知识突破】6.1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）【例题分析】【例1】（2021黑龙江）如果汽油机飞轮转速是2400r/min，则该汽油机每秒完成______个冲程，对外做功______次。【答案】80    20    【解析】汽油机飞轮转速是2400r/min，则每秒钟飞轮转的转数为：n= r=40r。飞轮转1转对应的是两个冲程，所以40r对应着是80个冲程。一个工作循环飞轮转2转，飞轮转40转是20个工作循环，一个工作循环对外做功一次，则20个工作循环对外做功20次。6.2热机效率的计算计算公式：η=×100%。一般用W=Fs或者W=Pt计算有用功；用Q放=mq计算Q放。注意各量的单位的统一。质量一定要用kg为单位；路程用m为单位；功率用W为单位；t用s为单位。若果q的单位是J/m3,则Q放=vq。【例题分析】【例2】(2020苏州19)某燃气热水器将20kg的水从10℃加热到60℃，完全燃烧了0.21m3的煤气。水吸收的热量是　   　J．热水器烧水的效率是　   　。[已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值为4×107J/m3]【答案】4.2×106     50%【解析】水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×20kg×（60℃﹣10℃）＝4.2×106J。煤气完全燃烧放出的热量：Q放＝qV＝4×107J/m3×0.21m3＝8.4×106J。热水器烧水的效率：η= ×100%= ×100%=50%。【例3】某家用轿车，重1.5×104N,当车以72km/h的速度匀速直线行驶了0.5h，消耗汽油3kg，期间车受到的阻力为车重的0.08。求在此过程中：（1）车通过的路程；（2）牵引力做功的功率；（3）汽车发动机的效率。（q油=4.6×107J/kg）【答案】（1）36km     （2）2.4×104W      （3）31.3%【解析】（1）车通过的路程：S=Vt=72km/h×0.5h=36km。（2）因为汽车匀速直线行驶，所以牵引力与阻力相等。F=f=0.08G=0.08×1.5×104N=1.2×103N。牵引力做功的功率：P=FV=1.2×103N×20m/s=2.4×104W。（3）牵引力所做的功：W=FS=1.2×103N×3.6×104m=4.32×107J；汽油完全燃烧放出的热量：Q放=mq油=3kg×4.6×107J/kg=1.38×108J；汽车发动机的效率：η= ×100% = ×100% ≈ 31.3%。【答案】（1）车通过的路程36km；  （2）牵引力做功的功率2.4×104W； （3）汽车发动机的效率31.3%。【巩固练习】1.（2021怀化）如图所示是某四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，它是（　　）A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程【答案】B【解析】由图可知，进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，B正确。选B。2.（2021海南）在冬天，人们常常搓手取暖，这个过程中的能量转化与四冲程内燃机的哪个冲程相同（    ）A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程【答案】B【解析】人们在冬天常常搓手取暖，是通过搓手将机械能转化为内能，内能增加，温度升高，手暖和，这是通过做功的方式改变手的内能，这与汽油机工作中的压缩冲程的能量转化相同，都是将机械能转化为内能。选B。
3.（2021宁波）在如图所示的“汽油机模型”实验中，将少量的汽油喷入筒内，用软木塞塞住筒口，摇动起电机，观察到放电针放电，汽油燃烧，软木塞被高温高压的气体冲出。该实验可模拟四冲程汽油机工作时的（    ）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】当放电针放电时，汽油燃烧，圆筒内气体的内能增加，气体对软木塞做功，软木塞被高温高压的气体冲出，而汽油机的做功冲程对外做功，因此该实验可模拟四冲程汽油机工作时的做功冲程。选C。4.（2021菏泽）热学知识在日常生活中有广泛的应用，下列说法正确的是（   ）            A. 四月的荷泽牡丹飘香，说明分子间有空隙
B. 摩擦生热是通过热传递改变了物体的内能
C. 热机通过压缩冲程将机械能转化为内能
D. 暖气片内用水作为导热介质是因为水的沸点较高【答案】 C   【解析】A．四月的荷泽牡丹飘香，说明分子在不停地坐无规则运动，A错。 B．摩擦生热，克服摩擦力做功产生热量，是通过做功改变了物体的内能，B错。C．热机通过压缩冲程对热机内气体做功，将机械能转化为内能，C正确。D．暖气片内用水作为导热介质是因为水的比热容较大，当质量与降低相同温度时，水比其他液体放出的热量多，D错。选C。5.（2021广东）关于四冲程汽油机的工作过程，下列说法正确的是（     ）A. 吸气冲程：只吸入空气 B. 压缩冲程：缸内温度降低
C. 做功冲程：气体推动活塞做功 D. 排气冲程：内能转化为机械能【答案】C【解析】A.汽油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物，A错。
B.在压缩冲程，活塞对气体做功，将机械能转化为内能，气体的内能变大，温度升高，B错。
C.做功冲程中，燃气对活塞做功，燃气的内能转化为活塞的机械能，C正确。
D.排气冲程中没有能量的转化，D错。选C。6.（2021贵港）如图所示，在试管里注入少量的水，用软木塞塞紧管口，用酒精灯加热。一会儿试管里的水沸腾了，水蒸气把软木塞向上冲起。下面解释正确的是（   ）  A. 这个过程与内燃机的做功冲程类似
B. 试管内水的内能增加是通过做功方式改变
C. 酒精燃烧时是内能转化为化学能
D. 管内水蒸气的内能减少，温度降低，在试管口变成白色的热空气【答案】 A     【解析】A ．在汽油机的做功冲程中，燃气膨胀做功，将内能转化为机械能，所以汽油机的做功冲程是此原理的应用，A正确。 B．用酒精灯加热，是通过热传递的方式使得水的内能增加，产生大量水蒸气，B错C．酒精灯燃烧时，把化学能转化为内能，C错。D．水蒸气对木塞做功，水蒸气的内能转化为木塞的机械能木塞冲出；此时水蒸气的内能减少，温度降低，液化为小水滴，即我们看到的白雾，D错。选A。7.（2021武威）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。8.（2021广东）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。
9.（2021枣庄）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。10.（2021达州）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℃。11.（2021·遂宁）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）型号HR05b活塞行程100mm转速2400r/min输出功率8kW效率40%  【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。12.（2021十堰）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℃。13.（2021嘉兴）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。14.（2021云南）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 第1代第2代第3代第4代燃料氧气和汽油混合偏二甲肼煤油液态氢氧化剂四氧化二氮液态氧液态氧表2燃料热值燃料热值汽油4.6×107J/kg煤油4.6×107J/kg柴油4.3×107J/kg氢1.4×108J/kg（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%。15.（2021张家界）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。