2020-2021学年九年级物理03热机热机效率和能量的转化与守恒考点剖析同步专题剖析1含解析新版教科版

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专题3 热机、热机效率和能量的转化与守恒考点剖析 知识点一：热机 ‎（一）热机能量转化实验 ‎（1）看到了什么现象？‎ 塞子被冲出，并且瓶口有雾生成。‎ ‎（2）整个过程中, 能量是怎样转化的：‎ 燃料燃烧将化学能转化为内能；传给水和水蒸气，水蒸气将塞子推出，将它的内能转化为塞子的机械能。‎ （3） 试管口“白雾”的形成原因。‎ 当活塞被冲出去以后，水蒸气的内能减小，温度降低，水蒸气液化为小水滴，在试管口可观察到大量的“白雾”。‎ ‎（二）热机 ‎1.定义：利用燃料的燃烧获得内能来做功的装置 ‎2.热机的工作原理：利用内能做功的一类机器。‎ ‎3.热机的能量转化：内能转化为机械能。‎ ‎4.热机的分类 利用内能做功的机器有很多，例如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机、火箭发动机等。‎ ‎5.内燃机：‎ 燃料直接在发动机汽缸中燃烧产生动力的热机，叫做内燃机 知识点二：汽油机 ‎1.工作原理：利用汽油油在汽缸中燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功 ‎2.主要构造：顶部有火花塞，没有喷油嘴 11‎ ‎3.工作过程 汽油机在工作时，活塞在汽缸内往复运动，活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程叫一个冲程。汽油机的一个工作循环由四个冲程组成，分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。‎ 次序 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ 冲程名称 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 工作 示意图 气门开闭 进开、排闭 进闭、排闭 进闭、排闭 进闭、排开 活塞运 动方向 向下 向上 向下 向上 火花塞 熄灭 熄灭 点燃 熄灭 相同原理的实验 11‎ 冲程的 作用 吸入汽油和空气的混合物 压缩空气和汽油的混合物，使其内能增加、温度升高 在压缩冲程结束后，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体，高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功 排出废气 能的转化 机械能转化成内能 内能转化成机械能 说明 ‎1个工作循环，包含4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴和飞轮运转2周，对外做功1次 要点归纳：‎ ‎（1）判断内燃机处于哪个工作冲程应抓住两点：一是气门的开与关；二是活塞的运动方向。有火花塞的就是做功冲程，两个气门都关闭，也无火花塞，就是压缩冲程，若是吸气冲程，进气门打开，排气冲程，排气门打开。‎ ‎（2）汽油机在开始工作时，要靠外力先使曲轴、连杆转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动以后，汽油机才能连续工作；‎ ‎（3）在汽油机的一个工作循环中，包含4个冲程，活塞往复运动两次（两圈），曲轴转动两周，对外做功一次；‎ ‎（4）在四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，将内能转化为机械能，其他三个冲程是靠飞轮的惯性来完成的，故飞轮的质量要足够大；‎ ‎（5）在没有特别说明情况下，四冲程指的是单缸四冲程。‎ 知识点三：柴油机 ‎1.工作原理：利用柴油在汽缸中燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功 ‎2.主要构造：与汽油机大致相同，所不同的是柴油机顶部有喷油嘴无火花塞 ‎3.工作过程：和上述一致 11‎ 柴油机和汽油机的异同点 比较 柴油机 汽油机 构造 燃料 柴油 汽油 一个工作循环 吸气冲程 只吸入空气 吸入汽油和空气的混合物 压缩冲程 压缩程度较大 机械能→内能 压缩程度较小 机械能→内能 做功冲程 压燃式（柴油遇到高温高压的热空气而燃烧）‎ 点燃式（火花塞点火）（内能→机械能）‎ 排气冲程 排出废气 排出废气 主要特点 笨重、效率高 轻巧、但效率低 效率 ‎30%-45%‎ ‎20%-30%‎ 适用范围 载重汽车、火车等 小汽车等 相同点 ‎①都是燃料在汽缸中燃烧；②汽油机的火花塞与柴油机的喷油嘴的工作时刻都是压缩冲程结束时；③都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，曲轴转两周，对外做功一次；③排气冲程排出废气的过程相同；④启动时都是靠外力先使曲轴转动起来 要点归纳：‎ ‎（1）相同点 11‎ ‎①基本构造和主要部件的作用相似。‎ ‎②每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。‎ ‎③四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。‎ ‎④一个工作循环中，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次。例如：某汽油机飞轮转速为3000r/min，那么，每秒钟内完成 1000 个冲程，活塞往复 500 次，燃气推动活塞做功的次数为 250 次。‎ ‎⑤都是燃料在汽缸中燃烧。能量的转化形式：化学能→内能→机械能 ‎⑥汽油机的火花塞和柴油机的喷油嘴的工作时刻都是在压缩冲程结束以后 ‎（2）不同点 ‎①构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。‎ ‎②燃料不同：汽油机的燃料是汽油，而柴油机的燃料是柴油。③吸气不同：汽油机吸进汽油和空气的混合气体，柴油机只吸进空气。④点火方式不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。压燃式是在一定的体积里快速地压缩空气，对空气做功，空气内能增大，温度会升高，如果向空气中喷加可燃物，只要达到可燃物的着火点，就压燃了，压燃式内燃机吸入的是空气，比较常见的是四冲程柴油机，由于压缩比例高，大马力的发动机都是采用压燃式，点燃式内燃机吸入的是空气和汽油的混合物，优点是速度比较快，所以高速发动机都是采用点燃式。‎ ‎⑤压缩冲程：柴油机的压缩程度较大，汽油机的压缩程度较小。‎ ‎⑥柴油机在压缩冲程末会出现的情况是喷油嘴立即喷出雾状柴油；汽油机会出现火花塞立即点火 ‎（3）汽油机和柴油机的优缺点 汽油机转速高，结构简单，质量轻，效率低，常用在汽车、飞机和小型农业机械（如插秧机、机动喷雾器和摩托车）上面，高速发动机都是采用汽油机。‎ 柴油机比较笨重，主要用于载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮船上，效率高。柴油机热效率高，大马力发动机都是采用柴油机为30—45%与汽油机的热效率为20—30%，从节约能源、降低燃料成本角度上讲，柴油机轿车的推广使用具有重大意义。‎ 知识点四：热值 ‎1.定义：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 ‎2.单位：焦每千克，符号：‎ ‎3.能量的转化：化学能→内能 ‎4.热值的物理意义：表示燃料完全燃烧放热能力强弱的物理量。大小等于1kg的燃料完全燃烧放出的 热量。（和其他物理量例如速度、比热容等的物理意义表示方式相同）‎ 11‎ ‎5.的物理意义是：1m3的煤气完全燃烧释放出3.9×107J的热量。‎ 的物理意义是：1kg的煤气完全燃烧释放出2.9×107J的热量。‎ 说明：燃料分为固体、液体、气体燃料。‎ ‎6.计算公式：‎ ‎（固体、液体）变式：‎ 单位：‎ ‎（气体）变式：‎ 单位：‎ ‎7.热值、比热容、密度对比 热值q 比热容c 密度ρ 定义式 本质 燃料的一种特性，与放热、质量、是否完全燃烧没有关系。‎ 物质的一种特性，与吸放热、质量、温度变化量无关。‎ 物质的一种特性，与质量、体积无关。‎ 决定因素 燃料的种类 物质的种类、状态 物质的种类、状态、温度 描述 不同燃料把化学能转化为内能的本领 不同物质吸热或放热的能力 单位体积的物质的质量多少 数值的物理意义 ‎。1kg的酒精完全燃烧放出的热量是3×107J C水=4.2×103J/(kg·℃)。1kg的酒精完全燃烧放出的热量4.2×103J ρ水=1×103kg/m3.表示1m3的水有103kg ‎8.8点透析燃料的热值 ‎①“某种燃料”说明热值与燃料的种类有关。每种燃料都有确定的热值，不同燃料的热值一般不同。‎ 11‎ ‎②“完全燃烧”的含义是烧完、烧尽。1kg的某种燃料，只有完全燃烧时放出的热量的大小才在数值上等于这种燃料的热值，如果没有完全燃烧，放出的热量比按热值计算出来的热量要小。‎ ‎③热值是燃料本身的一种性质，他只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧、放出热量多少没有关系。‎ ‎④对于气体而言，热值的单位还常用“焦每立方米”，符号是：。对应的计算公式为，其中体积的单位是m3 。‎ ‎⑤在常见的燃料中，氢的热值是最高的，为1.4×108J/kg，火箭的燃料。‎ ‎⑥液体燃料的热值比固体燃料的热值高。‎ ‎⑦热值反映了燃料燃烧释放热量的能力强弱。‎ ‎⑧热值、比热容、密度三者与质量、体积无关。‎ 注意：定义式仅仅反映某个物理量的基本定义，而不反映某物理量的决定性因素。关系式是直接反映某物理量决定性因素的数学表达式。‎ ‎1.（2020·全国初三单元测试）如图所示是四冲程汽油机的一个工作循环示意图，其中属于做功冲程的是（）‎ A. B. C. D.‎ ‎【答案】C ‎【解析】四冲程汽油机的四个工作冲程是：吸气、压缩、做功、排气，区分它们的依据有活塞的运动方向、进气阀和排气阀的开闭情况，如活塞向下运动、进气阀和排气阀都关闭时，是燃气推动活塞做功，是做功冲程，所以选项C正确.‎ ‎2.（2020·全国初三单元测试）四冲程内燃机工作时，机械能转化成内能的冲程是（）‎ 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】在四冲程内燃机的四个冲程中，压缩冲程中活塞压缩气体对其做功，将机械能转化为内能.故 11‎ 选B.‎ ‎3.（2019·全国初三单元测试）下列有关热和能的说法中，正确的是（）‎ A.发生热传递时，温度总是从高温物体传递给低温物体 B.一块 0℃的冰熔化成 0℃的水后，温度不变，内能变大 C.内燃机的压缩冲程，主要通过热传递增加了汽缸内物质的内能 D.夏天在室内洒水降温，利用了水的比热容较大的性质 ‎【答案】B ‎【解析】A. 发生热传递时，传递的是热量，而不是温度，所以热量总是从高温物体传递给低温物体，故A错误；‎ B. 一块 0℃的冰熔化成 0℃的水，由于熔化过程中，温度不变，但吸收了热量，内能是变大的，故B正确；‎ C. 内燃机的压缩冲程，是通过做功的方式增加了汽缸内物质的内能，故C错误；‎ D. 夏天在室内洒水降温，利用了水的汽化吸热，故D错误；‎ ‎4.（2020·全国初三单元测试）如图所示的实验或机器均改变了物体的内能，其中与另外三个改变内能方法不同的是（）‎ A.观察水的沸腾 B.空气推动塞子时，内能减少 C.空气被压缩时内能增大 D.内燃机压缩冲程 ‎【答案】A ‎【解析】改变内能的两种方法：做功和热传递.选项A是通过热传递的方式改变内能，改变了水的温度；选项B、C、D是通过做功的方式改变内能，A符合题意.‎ ‎5.（2018·吉林省初二单元测试）如图所示是一个左右对称的凹形槽，将小球从A点由静止释放，若小球由A点到B点运动过程中克服摩擦力做的功用W表示，忽略空气阻力，则下列说法正确的是（）‎ 11‎ A.小球从A点运动到B点的过程中，势能的减少量与动能的增加量之差等于W B.小球能够从A点运动到D点 C.小球从A点运动到B点的过程中，势能的减少量等于动能的增加量 D.小球从A点运动到C点的过程中，机械能的减少量等于动能的增加量 ‎【答案】A ‎【解析】A.从A点向B点运动过程中，重力势能大部分转化成动能，因为有滑动摩擦，少部分转化成内能，故A正确；‎ B.因为有滑动摩擦，少部分转化成内能.小球不能够从A点运动到D点，故B错误；‎ C.小球从A点运动到B点的过程中，势能的减少量等于动能的增加量和克服摩擦做的功，故C错误；‎ D.小球从A点运动到C点的过程中，机械能的减少量等于克服摩擦做的功，故D错误。‎ ‎6.（2020·全国初三单元测试）1964年人类制成了世界上第一盏用海浪发电的航标灯.它的气室示意图如图所示，其工作原理是利用海浪上下起伏的力量将空气吸入气室，压缩后再推入工作室，然后推动涡轮机带动发电机发电.那么（）‎ A.当海水下降时，阀门K1开启，阀门K2关闭 B.当海水上升时，阀门K1关闭，阀门K2开启 C.航标灯消耗的电能是空气的机械能转化来的 D.航标灯消耗的电能是海水的机械能转化来的 ‎【答案】D ‎【解析】海水下降时，气室内气压减小，小于外界大气压及工作室的气压，在压力差的作用下，K2打开，K1关闭，空气由外界进入气室；海水上升时相反，K2关闭，K1打开，A、B错；航标灯消耗的电能是由于海浪上下起伏推动空气带动涡轮发电机发电的，是由海水的机械能转化成电能.答案选D。‎ 11‎ ‎7.（2020·全国初三单元测试）四冲程汽油机在工作过程中，将内能转化为机械能的冲程是（）‎ 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】吸气冲程、排气冲程都是消耗机械能的冲程，压缩冲程是把机械能转化为内能，而做功冲程是把内能转化为机械能.‎ ‎8.（2019·全国初三单元测试）下列有关热现象，说法正确的是（）‎ A.1kg酒精比1g酒精的热值大 B.夏日荷塘里荷花盛开，花香四溢说明分子在不停地做无规则运动 C.用锯条锯木板，锯条的温度升高是由于锯条从木板中吸收了热量 D.用水作为汽车发动机散热器的冷却剂，其主要原因是水的比热容较小 ‎【答案】B ‎【解析】A.1kg酒精和1g酒精虽然质量不同，但是同一种燃料，所以热值相同，故A错误；‎ B.我们闻到花香，是发生了扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动，故B正确；‎ C.用锯条锯木板，对锯条做功，机械能转化为内能，锯条的温度升高，是通过做功的方式增加了内能，故C错误；‎ D.用水作汽车发动机的冷却剂，是因为水的比热容大，与其它液体相比较，相同条件下水带走的热量最多，致冷效果最好，故D错误.‎ ‎9.（2019·全国初二单元测试）如图所示，是小球在地面弹跳的情景.小球在A点的机械能为120J，当小球由A点运动到B点时，机械能变为100J，则小球由B点运动到C点时，其机械能可能为（）‎ A.120J B.100J C.90J D.80J ‎【答案】C ‎【解析】小球从A到B时弹跳的高度大于从B到C时弹跳的高度，从A到B克服空气阻力做的功大，机械能损失多；从A到B的过程中机械能减少20J，故小球从B到C损失的机械能应该小于20J，C选项符合题意，选填C.答案：C ‎10.（2020·全国初三单元测试）甲、乙两物体质量都为1 kg，丙物体质量为2 kg，三个物体温度都升 11‎ 高1 ℃，吸收热量如图所示，以下说法正确的是（）‎ A.乙的比热容与丙的相等 B.甲的比热容比乙的大 C.甲的温度升高1 ℃，需吸收2 000 J的热量 D.甲、乙的温度都降低1 ℃，乙比甲放出的热量多 ‎【答案】B ‎【解析】A.根据Q=cm△t，乙丙的质量和吸收的热量相同，比热容与温度变化成反比，乙的温度变化小，乙的比热容比丙的大，A错误；‎ B. 根据Q=cm△t，甲乙质量相等，温度变化相同，比热容与吸收热量成正比.甲吸收热量比乙多，因此甲的比热容与乙的大，B正确；‎ C. 从图像看出，甲的温度升高1℃，需吸收3000J的热量，C错误；‎ D.根据B选项分析，甲、乙的温度都降低1℃，甲比乙放出的热量多，D错误；‎ 11‎