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第 9 课 机械能和内能的相互转化
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课程标准 课标解读
1、通过阅读了解做功可以进行内能的转化，并熟知其
1．了解内能转化的另一种方式，做功。 原理。
2．了解内燃机的四个冲程。 2、充分理解内燃机的工作原理。
3. 了解燃料的热值及其计算。 3、熟知燃料的热值概念及能运用其公式进行计算热
值。
4. 了解热机的效率。
4、了解热机的效率及如何计算。
知识精讲
知识点01 做功改变内能
做功
(1) 实质：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。
(2) 例：反复折弯的铁丝，空气压缩引火仪等。
(3) 能量守恒：能量既不会创生，也不会消灭，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转
移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变，这就是能量守恒定律。各种能量形式互相转
换是有方向和条件限制的。
【即学即练1】在进行如图所示的实验或有关装置工作时，能量转化由机械能转化为内能的是（ ）
A． B．C． D．
答案 A
解析 A、下压活塞时，活塞对封闭气体做功，机械能转化为内能，故A符合题意；
B、电风扇工作时消耗了电能，最终转化为机械能，故B不符合题意；
C、电暖器工作时，电能转化为内能，故C不符合题意；
D、水蒸气对活塞做功，水蒸气的内能转化为活塞的机械能，故D不符合题意；
故选：A。
知识点02 内燃机的工作原理
内燃机
(1) 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。
(2) 汽油机的工作循环（吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程）
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，产生高温高压的气体。高温
高压的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。
【即学即练2】如图1是四冲程汽油机循环工作过程中的某一冲程，此时活塞向上，进气
门关闭，排气门关闭，据此可以判断该冲程为（ ）A．压缩冲程 B．做功冲程 C．排气冲程 D．吸气冲程
答案 A
解析 由图可见，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，因此是压缩冲程。
故选：A。
知识点03 燃料的热值
热值
(1) 概念：1千克某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值。单位是：J/㎏。
(2) 计算公式：Q =mq。其中m为燃料的质量，q为燃料的热值。
放
(3) 影响燃料燃烧放热的因素：
①燃料的种类；
②燃料的质量；
③燃料是否充分燃烧。
【即学即练3】如图是研究“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”的实验装置，下列有关这个实
验的说法，不正确的是（ ）
A．该实验要控制水的质量相等
B．该实验要控制燃料加热时间相等
C．该实验燃料的质量要相等
D．该实验要让燃料完全燃烧
答案 B
解析 为了比较相同质量的不同燃料燃烧时放出热量，必须控制两种燃料的质量相等，且两种燃料要完全
燃烧；实验中需要控制烧杯内的水的质量相等，两个烧杯相同，通过比较升高的温度来比较两种燃料完全
燃料所放出的热量，故无需控制燃料加热的时间；故ACD是正确的，B错误。
故选：B。
知识点04 热机的效率
热机效率(1) 概念：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。
(2) 含义：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。
(3) 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。
【即学即练4】如图所示为内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为（ ）
A． ＝ ×100%
η
B． ＝ ×100%
η
C． ＝ ×100%
η
D． ＝ ×100%
η
答案 B
解析 由内燃机的能流图可知，燃料完全燃烧放出的热量为 E，有用机械能即有用功为E3，则内燃机的效
率为：η＝ ×100%。
故选：B。能力拓展
考法01 考察能量转化的应用
【典例1】核电站一旦工作，就不能随意停下来，而电网白天用电量多，深夜用电量少，为了使核电站稳
定工作，建设了抽水蓄能电站。深夜，电动水泵将山下水库的水抽到山顶水库，如图甲，白天用电高峰时，
再把山顶水库的水放下来推动水轮机发电，如图乙，下面分析深夜和白天抽水畜能电站工作过程中包含的
能的转化过程正确的是（ ）
A．白天，电能转化机械能和内能
B．夜晚，机械能转化电能和内能
C．白天，机械能转化电能和内能
D．以上说法都不对
答案 C
解析 白天用电高峰时，把山顶水库的水放下来推动水轮机发电，即将水的机械能转化为电能和水轮机的
内能；
晚上，电动水泵将山下水库的水抽到山顶水库，即消耗电能，将电能转化为水的机械能和电动水泵的内能；
分析各个选项可知，C正确；
故选：C。
考法02 考察对内燃机的四个冲程的理解
【典例2】汽车的发动机工作时，将内能转化为机械能的冲程是（ ）
A． 吸气冲程 B． 做功冲程C． 压缩冲程 D． 排气冲程
答案 B
解析 发动机工作时，将内能转化为机械能的冲程是做功冲程，故B正确。
故选：B。
考法03 考察热值的变式计算
【典例3】已知1kg无烟煤的热值是3.4×107J/kg，则2kg无烟煤不完全燃烧时的热值是（ ）
A．等于6.8×107J/kg
B．大于3.4×107J/kg 且小于6.8×107J/kg
C．等于3.4×107J/kg
D．小于3.4×107J/kg
答案 C
解析 热值是燃料的一种特性，燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，和燃料是否燃烧、
是否完全燃烧无关，则2kg无烟煤不完全燃烧时的热值还是3.4×107J/kg。故ABD错误，C正确。
故选：C。
分层提分
题组A 基础过关练
1. 如图所示，用酒精灯给试管中的水加热，一段时间后橡皮塞被冲开，关于该实验下列说法正确的是（
）
A．橡皮塞被冲开的过程与内燃机的压缩冲程的原理相同
B．酒精灯中酒精的质量越大，酒精的热值越大C．酒精燃烧放出的热量能全部被试管中的水吸收
D．酒精灯给水加热，是采用热传递的方式改变水的内能
答案 D
解析 A、塞子冲出时，是试管内气体的内能转化为塞子增加的机械能，与内燃机的做功冲程能量转化相同
故A错误；
B、燃料的热值仅与燃料的种类有关，燃料的质量无关，故B错误；
C、酒精燃烧放出的热量要散失到空气中一部分，被试管吸收一部分，所以酒精燃烧放出的热量不能全部
被试管中的水吸收，故C错误。
D、加热过程中，水吸收热量，通过热传递的方式增加水的内能，故D正确。
故选：D。
2. 关于燃料的热值，以下说法正确的（ ）
A．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小
B．0.5g汽油和2kg汽油，它们的热值是一样的
C．当燃料未燃烧时，其热值为零
D．煤油的热值比酒精大，就是说煤油完全燃烧放出的热量比酒精多
答案 B
解析 AC、燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的燃烧情况无关，故AC错误；
B、燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，所以 0.5g汽油和2kg汽油的热值是一样的，故
B正确；
D、煤油的热值比酒精大，意思是在质量相同时煤油完全燃烧放出的热量比酒精多，故D错误。
故选：B。
题组B 能力提升练
1. 两台汽油机，甲做的有用功是乙的1.5倍，甲的效率是25%，乙的效率是30%，那么甲与乙消耗的汽油
的质量之比是（ ）
A．9：5 B．5：6 C．5：9 D．6：5
答案 A
解析 甲、乙两台汽油机的效率分别是25%，30%，由热机效率公式η＝ ×100%可得：
Q甲＝ ，Q乙＝ ，所以 ＝ × ＝ × ＝ × ＝9：5，
又因为Q＝mq，在q相同时，热量与质量成正比，故甲、乙两机消耗的汽油质量之比是9：5，只有A正确。
故选：A。
2. 下列四幅图中，能说明内燃机做功冲程的是（ ）
A． 用电饭煲做红烧排骨
B． 反复弯折铁丝
C． 玻璃刚好接触水面时，测力计示数变大了
D． 试管中的高温水蒸气冲开了软木塞
答案 D
解析 内燃机的做功冲程是将燃料的内能转化为活塞的机械能。
A、用电饭煲做红烧排骨属于热传递改变物体的内能；不能说明内燃机的做功冲程，故A错误；
B、反复弯折铁丝属于做功改变物体的内能；不能说明内燃机的做功冲程，故B错误；
C、因为玻璃和水接触在一起，并且玻璃分子和水分子间的距离在引力作用的范围内，故水分子和玻璃分
子之间存在相互作用的引力，故向上拉玻璃板时，弹簧测力计的读数将变大；不能说明内燃机的做功冲程，
故C错误；D、试管内的水温度升高时，试管内的水蒸气对软木塞做功，塞子跳起，水蒸气内能转化成软木塞的机械
能，能说明内燃机的做功冲程，故D正确。
故选：D。
题组C 培优拔尖练
1. 如图所示，某学习小组设计实验来比较酒精、煤油和汽油的热值大小。甲、乙、丙三个装置中水的质
量和初温及三种燃料的质量均相同。当三种燃料完全燃烧后，水的末温（均未沸腾）关系为t ＝t ＞t ，
甲 丙 乙
由此可粗略判断出它们热值q的大小关系为（ ）
A．q ＞q ＞q B．q ＞q ＝q
甲 乙 丙 甲 乙 丙
C．q ＝q ＞q D．q ＝q ＞q
甲 乙 丙 甲 丙 乙
答案 D
解析 由题意可知，在燃烧了质量相等的酒精、煤油和汽油，加热三个烧杯中质量相等的水时，乙杯水的
温度升高的较低，即酒精燃烧产生的热量少，所以酒精的热值小，甲和丙两杯水升高的温度相同，且高于
乙杯水升高的温度，说明煤油和汽油的热值相同，且大于酒精的热值；故D正确。
故选：D。
2. 如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是10g，甲、乙烧杯内的液体质量相同。
（1）比较不同燃料的热值，应选择 两图进行实验；比较不同物质的比热容，应选择
两图进行实验。
（2）若液体a的质量为m，液体b的质量为m ，为了完成实验，则需m （选填“大于”、“小
a b a
于”、或“等于”）m。
b
（3）质量和初始温度均相同的A、B两种液体吸热后，它们的温度随时间变化的图象如图丁所示，由图可
以看出， 液体的温度升高得较慢， 液体的比热容较大。若其中比热容较大的液体是水，则另一种
液体的比热容为 J/（kg•℃）。答案 甲、乙；甲、丙；等于；B；B；2.1×103
解析 （1）为了比较热值大小要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数
高低得出吸热多少，进而判断热值大小，应选择甲和乙两图进行实验。
比较不同物质的比热容，应控制液体种类不同，燃料相同，由图可知，甲、丙两图所示实验符合要求；
比较不同物质的比热容，
（2）为了完成实验，比较质量相同的不同液体，则甲、丙两图所示实验中的液体的质量ma＝mb。
（3）如果质量和初始温度均相同的A、B两种液体，采用相同燃料供热，由图丁所示可知，吸收相等的热
量，B升高的温度低，由Q＝cm△t可知，B液体的比热容较大；
由图象知温度都升高到80℃时，A需要10min，B需要20min，故B吸收的热量是A的2倍，由Q＝cm△t
可知，B的比热容是A的2倍，则A比热容是B的 倍。
若比热容较大的液体是水，
则另一种液体的比热容为c＝ c水＝ ×4.2×103J/（kg•℃）＝2.1×103J/（kg•℃）。
故答案为：（1）甲、乙；甲、丙；（2）等于；（3）B；B；2.1×103。
