第6課機械能與內(nèi)能計算專題（原卷版）

第6課機械能與內(nèi)能計算專題學習目標學習目標進一步掌握比熱容的應用及吸放熱計算進一步掌握熱值的計算進一步掌握熱機及熱機效率計算002預習導學比熱容比熱容在熱傳遞過程中，傳遞能量的多少叫做。溫度不同的兩個物體相互接觸，高溫物體內(nèi)能，低溫物體內(nèi)能；對物體做功時，物體內(nèi)能會，物體對外做功時，物體內(nèi)能會。比熱容是物質(zhì)的一種，與物質(zhì)的種類和，與物質(zhì)的質(zhì)量、溫度和吸熱、放熱的多少無關。水的比熱容是4.2×103J/(kg·℃)，表示的物理意義是：。熱量的簡單計算熱量的計算：(1)吸熱：；(2)放熱：其中：Q吸—吸收的熱量，單位：焦(J)，Q放—放出的熱量。c—比熱容，單位：焦每千克攝氏度(J/(kg·℃))m—質(zhì)量，單位：千克(kg)△t—變化的溫度(升高或降低的溫度)，單位：攝氏度(℃)；t0—初始溫度、t—末溫。內(nèi)燃機的工作原理汽油機：四沖程汽油機的結構—汽缸、活塞、連桿、曲軸、進氣門、排氣門、火花塞。沖程—活塞在氣缸內(nèi)往復運動時，從汽缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個沖程。汽油機的工作過程：、、、。吸氣沖程—靠慣性運動，吸進汽油與空氣的混合物；壓縮沖程—外界對做功，機械能轉(zhuǎn)化為，氣體溫度；做功沖程—化學能轉(zhuǎn)化為，氣體溫度，氣體做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為；排氣沖程—靠慣性運動，排出廢氣。柴油機：四沖程柴油機的結構—汽缸、活塞、連桿、曲軸、進氣門、排氣門、噴油嘴。柴油機的工作過程與汽油機幾乎一樣，但有三個區(qū)別：1)吸氣沖程：汽油機吸進的是汽油和空氣的混合物，柴油機吸進的僅僅是空氣；2)壓縮沖程：汽油機壓縮的是汽油和空氣的混合物，汽油機壓縮的僅僅是空氣；3)做功沖程：汽油機用火花塞點火，柴油機用噴油嘴噴油。內(nèi)燃機一次工作循環(huán)包括4個沖程、飛輪轉(zhuǎn)動2圈、活塞往復2次以及1次對外做功熱值熱值(q)：1kg某種燃料完全燃燒放出的，叫熱值；熱值單位是：。對于熱值的概念，要注重理解三個關鍵詞：“1kg”、“某種燃料”、“完全燃燒”。1kg是指燃料的質(zhì)量，如果燃料的質(zhì)量不是1kg，那么該燃料完全燃燒放出的熱量就不等于熱值的數(shù)值；某種燃料是指熱值與燃料的種類有關；完全燃燒意思是燃料要完全燒盡，否則1kg燃料燃燒過程中，化學能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能就不是該熱值所確定的值。熱值反映的是某種物質(zhì)的一種燃燒特性，同時反映出不同燃料燃燒過程中，化學能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能的本領大??；也就是說，它是燃料本身的一種，只與燃料的有關，與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積等均。熱機效率熱機的效率：用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量，叫熱機的效率。熱機的效率是熱機性能的一個重要指標。公式：在熱機的各種損失中，廢氣帶走的能量最多，設法利用廢氣的能量，是提高燃料利用率的重要措施。注意：熱機能量的損失：①燃料未完全燃燒(完全燃燒條件：充足空氣，研磨成細顆粒)；②廢氣排出帶走能量(廢氣的利用)；③克服磨擦，消耗能量(使用潤滑劑，減小摩擦)能量轉(zhuǎn)化與守恒能量守恒定律：能量既不會，也不會，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量。能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天體，小到原子核，也無論是物理學問題還是化學、生物學、地理學、天文學的問題，所有能量轉(zhuǎn)化的過程，都遵從能量守恒定律。定律中能的轉(zhuǎn)化，是指通過做功，能的形式發(fā)生了變化，一種形式的能轉(zhuǎn)化為另一種形式的能。如鉆木取火，就是通過克服摩擦做功，使機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。能的轉(zhuǎn)移，是指同一種能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體上，能的形式?jīng)]有變化，如熱傳遞過程中，內(nèi)能從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體。003探究提升知識點一：比熱容特性及計算熱量公式Q＝cmΔt適用于物體溫度變化過程中，物體所吸收或放出熱量的計算，物態(tài)變化過程中，物體所吸收或放出的熱量不能用Q＝cmΔt計算。運用熱量計算公式解題時要注意明確“初溫”、“末溫”、“溫度升高到”、“溫度升高了”、“溫度降低到”、“溫度降低了”的含義?！咎骄恐攸c】比熱容定義式：比熱容是物質(zhì)的一種特性，與物質(zhì)的種類和狀態(tài)有關，與物質(zhì)的質(zhì)量、溫度和吸熱、放熱的多少無關?！纠}精講】(2023年泰安)13.質(zhì)量均為的水和另一種液體在相同時間內(nèi)放出的熱量相等，它們溫度隨時間變化的關系如圖所示。已知水的比熱容c水=4.2×103J/（kg﹒℃），c水>c液。下列說法中（）①甲物質(zhì)是水②0~12min乙溫度降低了20℃③0~12min甲放出了×104J的熱量④乙物質(zhì)的比熱容為2.1×103J/（kg﹒℃）A.只有①②正確 B.只有②④正確C.只有①③正確 D.只有①④正確【鞏固訓練】(2021年貴州省遵義市中考物理試題)如圖所示是某種固態(tài)物質(zhì)加熱變成液態(tài)時溫度隨時間變化的曲線，由圖可知，該物是___________(選填“晶體”或“非晶體”)，該物質(zhì)在CD段的比熱容___________AB段的比熱容。知識點二：物質(zhì)吸放熱計算熱量的計算公式：用c表示物質(zhì)的比熱容，用m表示物體的質(zhì)量，用t表示物體的末溫，用t0表示物體的初溫，則物體溫度升高時，所吸收的熱量Q吸=cm(t–t0)：物體溫度降低時，所放出的熱量Q放=cm(t0–t)，若用Δt表示物體溫度的變化，則上述兩個公式可統(tǒng)一表示為Q＝cmΔt。應用熱量的計算公式解題時，公式中各物理量的單位要統(tǒng)一，即比熱容c的單位是J/(kg·℃)，質(zhì)量m的單位是kg，溫度的單位是℃，熱量的單位是J?！咎骄恐攸c】熱量的計算公式：用c表示物質(zhì)的比熱容，用m表示物體的質(zhì)量，用t表示物體的末溫，用t0表示物體的初溫，則物體溫度升高時，所吸收的熱量Q吸=cm(t–t0)：物體溫度降低時，所放出的熱量Q放=cm(t0–t)，若用Δt表示物體溫度的變化，則上述兩個公式可統(tǒng)一表示為Q＝cmΔt?！纠}精講】小葉同學用酒精燈對冰塊加熱，研究冰的熔化現(xiàn)象。圖中，甲乙兩條圖線中的一條，是他依據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制而成。已知m冰=0.1kg，c水=4.2×103J/(kgoC)，c冰=2.1×103J/(kgoC)。下列分析正確的是()A．小葉繪制的是乙圖線B．0~1min內(nèi)冰塊吸收的熱量為2.1×103JC．1~3min內(nèi)溫度不變，說明冰塊沒有吸收熱量D．如果酒精完全燃燒，酒精燈的加熱效率可以達到100%【鞏固訓練】在燒瓶中盛有初溫為10℃，質(zhì)量是0.5kg的某種液體，用酒精燈加熱，液體吸收了4.2×104J的熱量，此時液體的溫度升高到________℃[液體比熱容為2.8×103J/(kg?℃)]。若將燒瓶中的液體倒去一半，其液體的比熱容________(選填“變小”、“不變”或“變大”)。這種液體的吸熱能力比水________(選填“強”或“弱”)。知識點三：熱值計算內(nèi)能的獲得——燃料的燃燒——化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。熱值定義：1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量，叫做這種燃料的熱值。單位：J/kg公式：Q＝mq(q為熱值)。煤氣的熱值是3.9×107J/m3，它表示：1m3煤氣完全燃燒放出的熱量是3.9×107J。火箭常用液態(tài)氫做燃料，是因為：液態(tài)氫的熱值大，體積小便于儲存和運輸?！咎骄恐攸c】燃料完全燃燒釋放出的熱量公式為：Q放=mq。氣體燃料完全燃燒釋放出的熱量公式也可為：Q放=qV。推導過程如下：說明：①Q(mào)放=mq對固體、液體、氣體、均適用；Q放=qV只對氣體適用。②兩個公式的得出都是根據(jù)熱值的定義式得到的。其中，Q放表示燃料完全燃燒放出的熱量，單位是J；q表示燃料的熱值，單位是J/kg；m表示質(zhì)量，單位是kg。V表示體積，單位是ｍ3?！纠}精講】（2022·四川德陽）100g水溫度從20℃升高到70℃需要吸收___________J的熱量；汽油機燃氣缸內(nèi)完全燃燒10kg汽油可以放出___________J的熱量（水的比熱，汽油的熱值）。【鞏固訓練】（2022·四川德陽）100g水溫度從20℃升高到70℃需要吸收___________J的熱量；汽油機燃氣缸內(nèi)完全燃燒10kg汽油可以放出___________J的熱量（水的比熱，汽油的熱值）。知識點四：內(nèi)燃機計算燃料的利用率：被我們利用了的熱量與燃料完全燃燒釋放出的總能量的比值。公式：η=影響燃料利用率的因素有：一是燃料不可能完全充分燃燒，二是燃料燃燒放出的熱量大部分被散失掉了，只有一小部分被有效利用。熱機的效率：用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的熱量之比，η=<1。提高熱機效率的主要途徑：①使燃料充分燃燒；②盡量減少各種損失；③在熱機的時間和制造上，采用先進的技術；④保證良好的潤滑，較小摩擦阻力?！咎骄恐攸c】內(nèi)燃機一次工作循環(huán)包括4個沖程、飛輪轉(zhuǎn)動2圈、活塞往復2次以及1次對外做功口訣“4221”【例題精講】（2023年棗莊）14.為全面推進“鄉(xiāng)村振興”工程，加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村綠色發(fā)展，我市部分農(nóng)村地區(qū)已經(jīng)使用上了天然氣燒水煮飯。小明同學用他家的天然氣灶將質(zhì)量為2kg，初溫為20℃的水加熱到100℃，水吸收的熱量是__________J；消耗了3的天然氣，則此天然氣灶的熱效率為__________?！舅谋葻崛輈×103J/（kg·℃），天然氣的熱值q×107J/m3】【鞏固訓練】（2022·湖南郴州）3，在此過程中水吸收的熱量是______J，熱水器的熱效率是______。[c水=4.2×103J/（kg·℃）；q天然氣=3.2×107J/m3]知識點五：能量守恒各種形式的能量有：電能、熱能、化學能、生物能，機械能(包括動能和勢能)、光能、太陽能、水能、風能，原子核能、地熱能、潮汐能等。能量的相互轉(zhuǎn)化實質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化過程，包括“消耗能量”“利用能量”和“獲得能量”。能量的轉(zhuǎn)化普遍存在，如動能轉(zhuǎn)化為勢能，化學能轉(zhuǎn)化為電能，生物能轉(zhuǎn)化為勢能，電能轉(zhuǎn)化為光能和熱能等。在一定條件下，各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。在熱傳遞過程中，高溫物體的內(nèi)能轉(zhuǎn)移到低溫物體。運動的甲鋼球碰擊靜止的乙鋼球，甲球的機械能轉(zhuǎn)移到乙球。在自然界中能量的轉(zhuǎn)化也是普遍存在的。小朋友滑滑梯，由于摩擦而使機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；在氣體膨脹做功的現(xiàn)象中，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能；在水力發(fā)電中，水的機械能轉(zhuǎn)化為電能；在火力發(fā)電廠，燃料燃燒釋放的化學能，轉(zhuǎn)化成電能；在核電站，核能轉(zhuǎn)化為電能；電流通過電熱器時，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；電流通過電動機，電能轉(zhuǎn)化為機械能。能量守恒定律：能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。【探究重點】如果物體吸收的熱量只吸收了燃料完全燃燒的80%，則可列方程Q吸=80%Q放，燃料的熱效率問題也可迎刃而解。熱機的效率：用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量之比。熱機的效率是熱機性能的一個重要指標。汽車發(fā)動機的效率、飛機發(fā)動機的效率、輪船發(fā)動機的效率均屬于熱機的效率，其公式為：η=。爐具的熱效率：天然氣燃燒放出的熱量是爐具提供的總熱量，Q總=Q放，水吸收的熱量是有用的熱量Q有=Q吸，則η=。電熱水器的效率：電熱絲所產(chǎn)生熱量為Q總，總=Q放，水需要吸收熱量為Q有，有=Q吸，則η=。熱機效率較低的原因：①燃料在氣缸中不可能完全燃燒，燃料的化學能不能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，②在排氣沖程時廢氣帶走了大部分的熱量，③機器發(fā)熱要散失一部分熱量，④熱機在運轉(zhuǎn)時各部件之間存在摩擦，克服摩擦做功消耗一部分能量?！纠}精講】（2023年成都）29.小美在老師指導下進行了以下實驗：甲、乙兩燒杯各裝100g水，用酒精燈加熱甲燒杯，煤油燈加熱乙燒杯，直至杯內(nèi)水沸騰1分鐘即熄滅該燈，測得消耗酒精4g、煤油。她根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制了水溫與加熱時間關系的圖像（如圖）。若水沸騰前質(zhì)量不改變，同一杯水沸騰前后單位時間內(nèi)吸收的熱量相等，q酒精=3×107J/kg，q煤油×107J/kg，c水=4.2×103J/（kg﹒℃），則下列說法正確的是（）A.整個過程，甲杯中的水吸收的熱量更多B.前3分鐘，乙杯中的水吸收的熱量為×104JC.消耗的煤油完全燃燒放出的熱量為1.15×108JD.酒精燈加熱的效率為28%【鞏固訓練】如圖所示，是汽油機的能量流向圖，對照此圖，下列說法不正確的是()A．廢氣的排放所占的比例最大，減少該部分能量損失是提高熱機效率的有效手段B．冷卻水能量的二次利用可以提高能量的利用率C．該汽油機工作時汽油沒有完全燃燒，則汽油的熱值會減小D．該汽油機的熱機效率為28%00601強化訓練合理分類和利用垃圾可以保護環(huán)境、變廢為寶。在一定條件下，1t生活垃圾“榨”出140kg燃料油。若燃料油的熱值為4.0×107J/kg，某城鎮(zhèn)每天產(chǎn)生50t生活垃圾，則這些垃圾“榨”出的燃料油完全燃燒釋放出的熱量為______J。在標準大氣壓下，這些熱量的30%被初溫為25℃、質(zhì)量250t的水吸收，則水吸收的熱量是______J，水溫能升高______℃。[c水＝4.2×103J/（kg?℃）]（2022·江蘇·蘇州市振華中學校模擬預測）生活垃圾的熱值為3×106J/kg，位于武進區(qū)遙觀鎮(zhèn)的垃圾焚燒發(fā)電廠每天完全燃燒800t生活垃圾，放出熱量___________J，放出熱量的30%用來發(fā)電，每天可發(fā)電___________kW·h，放出熱量的42%用來加熱水供給附近小區(qū)，1標準大氣壓下，每天可將___________kg的水由20℃恰好加熱至沸騰。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]小明在“探究不同物質(zhì)吸熱升溫現(xiàn)象”時，分別用質(zhì)量均為的甲、乙兩種液體進行對比實驗，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了如圖所示的圖像。實驗過程中，甲、乙兩種液體在相同時間內(nèi)放出的熱量相等，分析圖像可以得出：甲、乙兩種液體的比熱容大小關系是c甲______c乙（選填“＞”、“＜”或“＝”），若乙液體的比熱容為（2.1×103J/（kg?℃），則甲液體的比熱容大小是______J/（kg?℃）；甲液體在0～12min內(nèi)放出的熱量與完全燃燒______kg的干木柴放出的熱量相同。（q干木柴＝1.2×107J/kg）

(2023年南充)14.某單缸四沖程汽油機，飛輪每分鐘轉(zhuǎn)3000轉(zhuǎn)，則每秒對外做功_______次，每次對外做功115J，該汽油機的效率為25%，連續(xù)工作1小時需消耗汽油________kg（q汽油×107J/kg）。隨著國家對環(huán)境保護的投入，氫燃料新能源公交車逐漸在各地投放使用。氫燃料具有清潔無污染、效率高等優(yōu)點，被認為是21世紀最理想的能源，[c水＝×103J/(kg?℃)；q氫＝×108J/kg]求：(1)質(zhì)量為的氫燃料完全燃燒放出的熱量。(2)若這些熱量全部被質(zhì)量為400kg，25℃的水吸收，則水溫度會升高到多少攝氏度。(3)某氫能源公交車以140kW的恒定功率做勻速行駛，如果的氫燃料完全燃燒獲得熱量的焦耳數(shù)和公交車所做的功相等，則這些熱量能讓該公交車勻速行駛多長時間。（2022·江蘇2的天然氣可放出_______J的熱量，這些熱量若全部被水吸收，可讓_______kg的水溫度升高20°C[已知天然氣熱值q=3.0×107J/m3，水的比熱容c=4.2×103]/（kg．°C）]。（2023年廣元）16.某研學活動小組在實踐活動期間，粗略測量了一農(nóng)家柴火灶的熱效率。同學們在柴火灶的鐵鍋里倒入5kg水。蓋上鍋蓋，完全燃燒了1kg干木柴使水溫從升高到，水吸收的熱量為___________J，該柴火灶的熱效率為___________。[水的比熱容是c水=4.2×103J/（kg·℃），這種千木柴的熱值是×107J/kg]（2022·江蘇無錫·二模）在“比較不同物質(zhì)吸熱能力”的實驗中，將甲、乙兩種不同的液體分別放入兩個相同的燒杯內(nèi)，用相同的電加熱器同時加熱．記錄相關數(shù)據(jù)，并繪制出如圖所示的圖象．（不計熱量損失）（1）實驗時，選用初溫和______均相等的甲、乙兩種液體．（2）加熱10min，甲吸收的熱量______（選填“大于”、“小于”或“等于”）乙吸收的熱量，甲液體的沸點是______℃．（3）乙液體的比熱容是甲液體比熱容的_____倍．如下圖所示，小明將氣球吹大后，讓氣球自行飛出，若及時撿拾起氣球，將會感覺到氣球球身的溫度和原來相比______（選填“變高”“變低”或“沒有變化”），此過程發(fā)生的能量轉(zhuǎn)化與______（選填“甲”、“乙”、“丙”、“丁”）圖中的能量轉(zhuǎn)化是一致的。1min內(nèi)汽油機完成2400個工作循環(huán)，飛輪的轉(zhuǎn)速為______r/s。汽油機完成一個工作循環(huán)時，需要吸入2L的燃料，其質(zhì)量為______kg，這些燃料完全燃燒放出的熱量為______J。若這些熱量有84%被質(zhì)量為10kg的水吸收，水的溫度能夠上升______℃。（燃料3，q燃料4.6107J/kg，c水4.2103J/（kgC））

(2021·廣西南寧市·中考真題)若汽車在平直公路上內(nèi)勻速行駛了，消耗汽油。發(fā)動機的輸出功率為。汽油熱值為。求：(1)汽車行駛的速度；(2)汽車牽引力做的功；(3)汽車發(fā)動機的效率。某品牌汽車的質(zhì)量為M（含駕乘人員），車的鋼質(zhì)外殼密度為ρ1、質(zhì)量為m，發(fā)動機的效率為。若該車在平直道路上勻速行駛受到地面的摩擦力為車總重的k倍（k<1，為常數(shù)），受到的空氣阻力為f，忽略其它摩擦阻力。經(jīng)過技術革新，廠家將車外殼換成了等體積，密度為ρ2的新材料（ρ2<ρ1），并對車子的流線型進行了優(yōu)化，使車子受到的空氣阻力降低了2%，還將車子的發(fā)動機效率提高到了，改進后汽車以相同的速度勻速行駛。設改進前后汽車行駛的路況、路程、駕乘人員相同，改進前的耗油量m1，改進后汽車的耗油量m2，在滿足上述條件下說法正確的是（）A．在消耗等量燃油的情況下，改進后汽車的行駛路程更長B．改進后汽車以相同的速度勻速行駛時，有用功的功率變小C．若燃油的熱值為q，汽車勻速行駛的路程為s，則D．改進后汽車的耗油量m2與