第十四章 内能的利用
知识点梳理
一、热机
1.利用燃料燃烧释放出的能量做功的机械。（内能转化为机械能）
二、内燃机
1.燃料：汽油或柴油
2.分类：汽油机、柴油机
3.热机效率：汽油机效率20%~30%，柴油机效率30%~45%
4.热机的各种能量损失中，废气带走的能量最多
5.工作过程：
（1）吸气冲程：进气门打开，排气门关闭。活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入气缸。
（2）压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩。
（3）做功冲程：在压缩冲程结束时，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。
（4）排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
6.能量转化：
（1）压缩冲程： 能转化为 能；
（2）做功冲程： 能转化为 能。
三、燃料的热值
1.定义：某种燃料 放出的热量与其质量之比，用符号 表示。
2.单位：J/kg，例如：，物理意义：1千克的煤油完全燃烧放出的热量为。
3.特点：只与燃料的种类有关，与燃料的形状、体积、质量 （选填“有关”或“无关”）。
四、燃烧值的计算
1.固、液体燃料：
2.气体燃料：
五、热机的效率
1.定义：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。
2.公式：
六、效率
1.用来做有用功那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。
七、能量守恒定律
1.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。
八、常见的能量转化
1.摩擦生热：机械能转化为内能
2.发电机：机械能转化为电能
3.电动机：电能转化为机械能
4.光合作用：光能转化为化学能
5.燃料燃烧：化学能转化为内能
练习题
一、选择题
1．下列设备工作过程中使用热机的是（ ）
A．“歼20”战斗机 B．亚运会比赛帆船
C．共享单车 D．航拍无人机
2．如图所示的是汽油机工作时某个冲程的示意图。下列说法中正确的是（ ）
A．该冲程是吸气冲程 B．该冲程中汽缸内气体被压缩
C．该冲程中机械能转化为内能 D．该冲程是靠做功来完成的
3．2023年5月30日，长征二号F遥十六运载火箭搭载神舟十六号载人飞船成功发射（如图）。火箭使用一种叫做偏二甲肼的液体燃料，是因为该燃料具有较大的（ ）
A．热值 B．比热容 C．密度 D．体积
4．如图所示实验，在橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出的过程中，将内能转化为机械能，这与四冲程柴油机工作的哪个冲程能量转化相同（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
5．为减少能源消耗，保护环境，必须合理利用能源，下列方法中对提升热机效率有用的是（ ）
A．让燃料放出的热量全部用来做有用功 B．用导热性更好的材料做内燃机气缸
C．增加燃料的质量 D．尽量使燃料充分燃烧
6．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%
7．某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶9km，用时10min，消耗汽油1kg，已知汽车的牵引力是2000N，汽油的热值为4.5×107J/kg，假设汽油完全燃烧。通过计算可知，下列结果正确的有（ ）
①汽车行驶速度是90km/h
②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是4.5×107J
③汽车牵引力做功的功率是30kW
④汽车发动机的效率是40%
A．①② B．②③ C．③④ D．②③④
8．某科技小组在老师的指导下，用如图所示的同一个实验装置分别加热200g的甲、乙两种液体（其中一种是水，已知水的比热容是4.2×103J/（kg ℃），用测得的数据绘制了温度随时间变化图像如图，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了14g酒精（q酒精＝3×107J/kg）则下列说法正确的是（ ）
A．乙的比热容是1.8×103J/（kg ℃） B．该酒精灯的加热效率是25%
C．乙的吸热能力大于甲的吸热能力 D．0～4min乙吸收的热量为3.36×104J
二、填空题
9．“涡轮增压”是利用热机排出的废气带动涡轮旋转，使废气的内能转化成 能，这样做合理利用了废气所带走的能量， （选填“提高”或“降低”）热机的效率。
10．在吹气球时，吹大了的气球没握住，它叫啸着飞跑了！当及时捡起气球会发现它的嘴部温度变低。该过程的能量转化与汽油机的 冲程相同。若某单缸汽油机的飞轮转速1800r/min，则每秒完成 个工作循环。
11． 汽油机在 冲程中将内能转化为机械能。若某汽车的汽油机在一段时间内所做的有用功为，效率为25%，则该汽油机在这段时间内消耗 kg的汽油（汽油的热值取）。
12．学校组织学生到桐洲岛进行社会实践活动，小明携带一个便携式丁烷气炉，完全燃烧0.05kg的丁烷气体可以放出热量 ；爱探究的小明通过手机上网查到便携式燃气炉的热效率为42%，这样能够把10kg初温为20℃的水温度升高 ℃。（丁烷气体的热值为，水的比热容为）
13．某家用燃气热水器将2kg的水从20℃加热到100℃，燃烧了的天然气，水吸收的热量是 J，燃气热水器的热效率是 。[，]
三、实验探究题
14．为“比较不同物质吸热的情况”和“探究煤油和菜籽油的热值大小关系”，小依同学组装了如图所示的实验装置。
（1）在安装、调整实验器材时，应先调节 （选填“A”或“B”）；
（2）若要“比较不同物质吸热的情况”应选择 两图的装置进行实验，为完成该实验，还需要的测量仪器是 ，实验中用 来间接反映物质吸收热量的多少（选填“温度计示数的变化”或“加热时间”）；
（3）小依同学在老师指导下进行实验，收集的实验数据记录如下表：
物质 质量m/g 初温/℃ 加热时间t/min 末温/℃
水 100 25 10 50
色拉油 100 25 10 78
通过分析表中数据可知， 的吸热能力较强（选填“水”或“色拉油”）。物理学中引入了 这个物理量来描述物质的吸热能力；
（4）若要“探究煤油和菜籽油的热值大小关系”应选择 两图的装置进行实验，实验中用 来间接反映燃料热值的大小（选填“温度计示数的变化”或“加热时间”）。
四、计算题
15．小明家新买来一台天然气热水器。小明学习了热效率的知识后，尝试估测该热水器的热效率，他把“进水量”设置为40kg，“出水温度”设置为40℃后，开始加热。当水温达到40℃时，自动停止加热。已知当时自来水的温度是20℃，加热前天然气表的示数为129.96m3，停止加热后变为130.06m3，天然气的热值q天然气＝4.2×107J/m3，求：
（1）天然气放出的热量；
（2）水箱中水吸收的热量；
（3）该热水器的热效率。
16．某家用轿车，重为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倍．已知汽油的热值为4.6×107J/kg，在此过程中，求：
（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。
17．如图所示，某同学用燃气灶烧水给餐具消毒。已知密闭锅内水的质量为5kg，水的初温为22℃，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4.2×103J/（kg ℃），天然气的热值为4.0×107J/m3]求：
（1）0.06m3的天然气完全燃烧所放出的热量；
（2）以上过程中，水吸收的热量；
（3）密闭的锅内水烧开时的温度。
参考答案
1．A
2．D
3．A
4．C
5．D
6．D
7．D
8．D
9．机械；提高
10．做功；15
11．做功；2
12．；45
13．；64％
14．B；甲、乙；秒表；加热时间；水；比热容；甲、丙；温度计示数的变化
15．（1）使用天然气的体积：V＝130.06m3﹣129.96m3＝0.1m3，
天然气完全燃烧释放的热量：Q放＝Vq天然气＝0.1m3×4.2×107J/m3＝4.2×106J
（2）水吸收的热量：Q吸＝c水m水（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg ℃）×40kg×（40℃﹣20℃）＝3.36×106J
（3）该热水器的热效率：η100%100%＝80%
16．（1）解： 由速度公式可得s=vt=72km/h×0.5h=36km
答：车通过的路程是36km；
（2）解： 由于车受到的阻力为车重的0.08倍，可得阻力f=0.08G=0.08×1.5×104N=1.2×103N
又因为车匀速行驶，得牵引力大小等于阻力大小，即F=f=12×103N
做功功率
答：牵引力做功的功率是2.4×104W；
（3）解： 车牵引力做功W有=Pt=2.4×104W×0.5×3600s=4.32×107J
车消耗汽油能量W=Q=qm=4.6×107J/kg×3kg=1.38×108J
得汽车发动机的效率
答：汽车发动机的效率是31.3％
17．（1）解： 0.06m3的天然气完全燃烧放出的热量：Q放=Vq=0.06m3×4×107J/m3=2.4×106J；
答：0.06m3的天然气完全燃烧所放出的热量为2.4×106J；
（2）解： 水吸收的热量：Q吸=ηQ放=70%×2.4×106J=1.68×106J；
答：以上过程中，水吸收的热量为1.68×106J；
（3）解： 根据Q吸＝cm（t﹣t0）可知，密闭的锅内水烧开时的温度为：。
答：密闭的锅内水烧开时的温度为102℃。
