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第十四章 内能的利用
——划重点之精细讲义系列
知识点1：热机
1.热机：利用内能做功的机械叫热机。
（1）热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
（2）内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的
燃料分为汽油机和柴油机两类。
2.内燃机的工作原理：
（1）内燃机的每一个工作循环分为四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气
冲程。
①汽油机的工作过程
多数汽油机的一个工作循环由四
个冲程组成，这四个冲程分别是吸气
冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲
程。四个冲程不断循环来保证连续工
作，如图所示。
②柴油机的工作过程
柴油机的一个工作循环有四个冲程，包括吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程
吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程进气门打开，排气门 进气门和排气门都关 在压缩冲程结束时， 进气门关闭，排气门
关闭。活塞由上向下 闭，活塞向上运动， 从喷油嘴喷出的雾状 打开，活塞向上运
运动，将空气吸进汽 汽缸容积变小，空气 柴油遇到高温高压的 动，把废气排出汽缸
缸 被压缩，空气的压强 空气立即猛烈燃烧，
更大，温度更高。在 产生高温高压的燃
压缩冲程末，汽缸内 气，推动活塞向下运
空气的温度已达到柴 动，并通过连杆带动
油的着火点。此过程 曲轴转动。此过程将
将机械能转化为内能 内能转化为机械能
一个工作循环，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，完成四个冲程，对外做功一次，除做
功冲程外，其他冲程靠飞轮的惯性来完成
柴油机工作过程中的能量转化 压缩冲程∶机械能转化为内能
做功冲程∶内能转化为机械能
（2）四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程对做功冲程起辅助作用，靠
飞轮的惯性完成。
（3）做功冲程把内能转化为机械能；压缩冲程把机械能转化为内能。
（4）一个工作循环中对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转2周，飞轮转2圈。
3.柴油机与汽油机的对比
热机
汽油机 柴油机
对比
不同结构 火花塞 喷油嘴
点火方式 点燃式 压燃式
吸气冲程 吸入汽油和空气的混合物 吸入空气
压缩程度小，汽缸内温度没 压缩程度大，汽缸内温度达
压缩冲程
有达到汽油燃点 到柴油燃点
火花塞产生电火花，点燃汽
做功冲程 喷油嘴喷入柴油，柴油燃烧
油
燃烧程度 燃料燃烧不充分 燃料燃烧比较充分
排气冲程 排出尾气
轻巧但输出功率小，热效率 笨重但输出功率大，热效率
特点与应用 低，主要应用于摩托车、轿 高，主要应用于载重汽车、
车等 拖拉机、轮船等
【典例1】（2022•湛江模拟）如图a为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒
钟内达到起飞速度，如图b为四冲程汽油机的工作示意图。下列判断不正确的是（ ）A．图a中气缸内的蒸气体积膨胀，从而推动活塞使舰载机获得牵引力
B．气缸内的蒸汽推动活塞时，内能减小
C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图甲所示的原理相似
D．汽油机一个工作循环的正确顺序是甲、乙、丙、丁
【答案】C。
【解答】解：A、图 a 中气缸内的蒸气体积膨胀，从而推动活塞，拉动牵引绳，使舰载
机获得牵引力，故A正确；
B、气缸内的蒸汽推动活塞时，气体对外做功，内能减小，故 B正确；
C、蒸汽弹射装置是内能转化为机械能，与丙图做功冲程相似，故C错误；
D、甲是吸气冲程、乙是压缩冲程、丙是做功冲程、丁是排气冲程，故D正确。
故选：C。
【典例2】（2022•锦州）2022年6月5日10时44分，搭载着神舟十四号载人飞船的长征
二号F火箭成功发射。火箭起飞过程中，以发射塔为参照物，火箭是 运动 （选填“运
动”或“静止”）的；火箭喷气发动机将燃料燃烧后燃气的内能转化为 机械 能，此能
量转化过程与四冲程汽油机的 做功 冲程相同。
【答案】运动；机械；做功。
【解答】解：（1）火箭发射过程中，火箭与发射塔之间的相对位置发生变化，因此火
箭是运动的；
（2）火箭起飞过程中，将内能转化为火箭的机械能，四冲程汽油机做功冲程将燃料燃
烧释放的内能转化为机械能，火箭发射过程的能量转化与内燃机的做功冲程的原理是相
同的。
故答案为：运动；机械；做功。
知识点2：热机效率
1.热值：1kg（或1m3）某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。（1）热值单位：J/kg 或J/ m3
（2）公式：Q＝qm 或Q＝qV（q为热值）。
热值是燃料本身的一种特性，它的大小只取决于燃料的种类，而与燃料的质量、放热
多少等无关。不同燃料的热值一般不同。热值在数值上等于1kg的某种燃料完全燃烧放出
的热量。热值反映了燃料在燃烧过程中，将化学能转化为内能的本领的大小。
2.热机效率：热机用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比叫做热机的
效率。
W W
有用 有用
η= =
Q qm
（1）公式： 总 ；
（2）提高热机效率的途径：①使燃料充分燃烧；②尽量减小各种热量损失；③机器零件
间保持良好的润滑、减小摩擦。
①热机的能量流向图
燃料很难完全燃烧，释放的热量也没有全部用来做有用功，损失了大部分，在各种能
量损失中，废气带走的能量最多。设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
②热机效率和炉具效率的求解方法
求热机的效率∶发动机的牵引力做功消耗的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比
W
η= 有 其中W = Fs或W = Pt（F 是牵引力，s是汽车行驶的距离，P是汽车发动机
Q 有 有
总
功率，t是行驶时间）， Q = mq。
总
Q
求炉具烧水的效率∶水吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比 η= 吸 ，
Q
总
其中Q =cm △t，Q =m q。
吸 水 总 燃
③提高热机效率的途径
使燃料充分燃烧;
利用废气的能量;
保证良好润滑，减少摩擦;
改进热机，减少各种能量的损失。实验 探究不同燃料的热值的大小
实验目的 比较煤油和菜籽油的热值大小
实验装置
（1）在两个相同规格的灯壶中分别加入相同质量的煤油和菜籽油;
（2）在两个相同规格的烧杯中加入质量相同、初温相同的水;
实验操作 （3）点燃煤油灯和菜籽油灯;
（4）当烧杯内水的温度升高 10 ℃时，停止加热，然后用天平分别称量两
灯的质量
实验记录 煤油灯的质量大于菜籽油的质量
因为两烧杯内水的质量相同，升高温度相同，所以两杯水吸收的热量相同，
即两种燃料放出的热量相同;开始时两灯壶的总质量相等，后来煤油灯的质
量大，说明剩余的煤油质量多，燃烧消耗的煤油质量少;根据热值公式
实验分析
Q
q= 放可知，煤油的热值大
m
实验结论 煤油的热值比菜籽油大
1.转换法∶实验中，用水吸收的热量来表示燃料燃烧放出的热量。控制变量法：实验
中，燃料燃烧释放的热量相同，通过比较消耗燃料质量的多少来比较热值的大小。
★2.实验的控制的相同量：液体的种类，质量，初温，燃料的种类，实验装置
★3.实验的控制的不同量：燃料的质量
★4.实验方法：将相等质量的然后全部耗尽，再比较液体升高的温度
5.为了使物质受热均匀，可用玻璃棒或搅拌器对物质进行搅拌。注意不能用温度计代
替搅拌器。
6.测量的热值偏小，原因：①燃料无法完全燃烧②不同物体吸收的热量不等于热源放
出的热量，存在热损失。
热值偏小的解析：若利用Q =cm△t 计算出水吸收的热量，并测出煤油灯或者菜籽油
吸
Q
灯减少的质量（即消耗燃料的质量），还可根据公式 q= 粗略计算出煤油或菜籽油的
m
热值（由于热量损失，计算出的热值偏小）。
【典例 1】（2022•长春）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%
【答案】D。
【解答】解：
由内燃机的能量流向图知，用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出能量的34%，即内
燃机的效率为34%。
故选：D。
【典例2】（2022•镇江）如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的水进行加
热，两图装置均相同。燃料的质量用m表示，燃料充分燃尽时水升高的温度用Δt表示（水
未沸腾）（ ）
A．若m相同，Δt越小，燃料的热值越大 B．若Δt相同，m越大，燃料的热值越大
C．若 的值越大，燃料的热值越大 D．若 的值越大，燃料的热值越大
【答案】D。
【解答】解：燃料的热值大小不能直接测量，需要通过水吸收热量的多少来体现燃料燃
烧放出热量的多少，而水吸收热量的多少跟水的质量和升高的温度有关，因此为了比较
热值大小可以利用Q吸 ＝Q放 ，而Q吸 ＝c水m水Δt，Q放 ＝mq，即c水m水Δt＝mq，解得：
q＝ ；
A、若m相同，Δt越小，由q＝ 可知，燃料的热值越小，故A错误；
B、若Δt相同，m越大，由q＝ 可知，燃料的热值越小，故B错误；C、若 的值越大，即 的值越小，由q＝ 可知，燃料的热值越小，故
C错误；
D、若 的值越大，由q＝ 可知，燃料的热值越大，故D正确。
故选：D。
【典例3】（2022•泰安二模）如图，是我国自主研制的实用型地效飞机，地效飞机可以低
空飞行，能停在水面或地面上，在客运、货运、旅游救护、海洋监测等方面具有广阔的应
用前景。地效飞机某次执行任务，以180km/h的速度匀速飞行了90km，消耗燃油的质量为
36kg，发动机的效率为40%，已知燃油热值为4.5×107J/kg，假设燃油完全燃烧，地效飞机
这次执行任务的过程中，下列计算正确的是（ ）
①地效飞机飞行的时间为0.5h；
②消耗的燃油完全燃烧放出的热量为1.62×109J；
③飞机做的有用功为6.48×108J；
④地效飞机飞行过程中受到的阻力为7200N。
A．①② B．②③④ C．①③④ D．①②③④
【答案】D。
【解答】解：
①由v＝ 可得地效飞机飞行的时间：t＝ ＝ ＝0.5h，故①正确；
②消耗的燃油完全燃烧放出的热量为：Q放 ＝qm＝4.5×107J/kg×36kg＝1.62×109J，故②
正确；
③发动机的效率为 ＝40%，由 ＝ 可得飞机做的有用功为：W＝Q
放
＝
1.62×109J×40%＝6.48×η108J，故③正确
η
；
η
④由W＝Fs可得地效飞机飞行过程的牵引力为：F＝ ＝ ＝7200N，
因为地效飞机匀速飞行，所以飞机受到的阻力、牵引力是一对平衡力，大小相等，受到
的阻力：f＝F＝7200N，故④正确。
故选：D。
【典例4】（2022•泰州）在“比较酒精和碎纸片燃烧时放出的热量”实验中。
（1）由于燃料充分燃烧放出热量的多少不仅与燃料种类这一个因素有关，因此实验时必须控制酒精和碎纸片的 质量 相等；实验中还需控制被加热的水的质量和初温均
相同，以便于 通过水升高的温度来反映燃料完全燃烧放出的热量 。
（2）如图是小明安装好的实验装置，其中存在的错误是 温度计的玻璃泡没有充分浸
入到烧杯的水中 。
（3）小华纠正了小明的错误，又组装了一套相同的实验装置，备好秒表。在两燃烧皿
中分别加入准备好的酒精和碎纸片，读出水的初温后，进行如下操作：
①先点燃酒精，再点燃碎纸片。
②保证酒精和碎纸片燃烧时间相同，读取温度计的示数。
③待酒精和碎纸片充分燃烧结束，分别读取温度计的示数。
小红认为上述操作中，操作 ② 是错误的。小明根据正确操作获得的数据，算出了
燃料的热值，发现结果小于该燃料的实际热值，原因是 燃料不完全燃烧且燃料燃烧
放出的热量有一部分会散失到空气中 。
【答案】（1）质量；通过水升高的温度来反映燃料完全燃烧放出的热量；（2）温度计
的玻璃泡没有充分浸入到烧杯的水中；（3）②；燃料不完全燃烧且燃料燃烧放出的热
量有一部分会散失到空气中。
【解答】解：（1）由Q放 ＝mq可知，燃料充分燃烧放出热量的多少与燃料的种类和燃
料的质量有关，因此实验是必须控制酒精和碎纸片的质量相同；控制被加热的水的质量
和初温均相同，便于通过水升高的温度来反映燃料完全燃烧放出的热量；
（2）用温度计测量液体的温度时，应该让温度计的玻璃泡与被测液体充分接触，不能
碰到容器的底部和侧壁，由图可知，温度计的玻璃泡没有充分浸入到烧杯的水中；
（3）实验过程中要控制完全燃烧燃料的质量相同，燃烧时间相同并不能保证燃烧燃料
的质量相同，所以保证酒精和碎纸片燃烧时间相同，读取温度计的示数的操作是错误；
由于燃料不完全燃烧且燃料燃烧放出的热量有一部分会散失到空气中，又或被烧杯等实
验装置吸收的部分热量，使Q放 大于Q吸 ，依此计算出燃料的热值比实际要偏小些。
故答案为：（1）质量；通过水升高的温度来反映燃料完全燃烧放出的热量；（2）温度
计的玻璃泡没有充分浸入到烧杯的水中；（3）②；燃料不完全燃烧且燃料燃烧放出的
热量有一部分会散失到空气中。
【典例5】（2022•常德）某台四冲程汽油机的转速为1200r/min，在1s内汽油机对外做了
10 次功。如果汽油机在某段时间内消耗了 400g汽油，则汽油完全燃烧可放出热量为
1.84×10 7 J。（q汽 ＝4.6×107J/kg）
【答案】10；1.84×107。
【解答】解：汽油机飞轮1min转1200转，那么飞轮1s内的转数为20转；汽油机飞轮转2转就是一个工作循环，所以1s内的工作循环数：n＝10次；汽油机一个工作循环有
4个冲程，但只有1次对外做功，所以1s内对外做功数：n＝10次；
汽油完全燃烧放出的热量：Q放 ＝mq汽 ＝0.4kg×4.6×107J/kg＝1.84×107J。
故答案为：10；1.84×107。
【典例6】（2022•锦州）如图所示是我国自行设计研制的AG600全状态新构型灭火飞机。
若该飞机以270km/h的速度匀速直线航行20min，消耗航空燃油1.35t，飞机发动机的功率
为2.25×107W。（航空燃油的热值为4×107J/kg）求：
（1）消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量是多少？
（2）飞机在航行过程中的阻力是多少？
（3）发动机的效率是多少？
【解答】解：（1）已知消耗的航空燃油的质量m＝1.35t＝1350kg，航空燃油的热值q＝
4×107J/kg，
则这些燃油完全燃烧放出的热量为：Q放 ＝qm＝4×107J/kg×1350kg＝5.4×1010J；
（2）已知飞机发动机的功率 P＝2.25×107W，飞机匀速航行的速度 v＝270km/h＝
75m/s，
由 P＝ ＝ ＝Fv 可知飞机航行过程中的牵引力为：F＝ ＝ ＝
3×105N，
由二力平衡的条件可知飞机航行过程中的阻力为：f＝F＝3×105N；
（3）由P＝ 可知飞机发动机做的功为：W＝Pt＝2.25×107W×20×60s＝2.7×1010J，
则发动机的效率为： ＝ ×100%＝ ＝50%。
答：（1）消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量是5.4×1010J；
η
（2）飞机在航行过程中的阻力3×105N；
（3）发动机的效率是50%。
【典例7】（2022•福清市校级二模）2022年北京冬奥会举行期间，有600辆左右氢燃料新
能源公交车投放使用。氢燃料是具有清洁无污染、效率高等优点的理想能源。[c水 ＝
4.2×103J/（kg•℃）q氢 ＝1.4×103J/kg]求：
（1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量。
（2）若这些热量全部被质量为400kg、温度为20℃的水吸收，求水升高的温度。（3）如果氢燃料公交车以 150kW恒定功率匀速直线行驶，其效率为 50%，则燃烧
0.3kg的氢燃料可使公交车行驶多少时间？
【解答】解：（1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量：
Q放 ＝m氢q氢 ＝0.3kg×1.4×108J/kg＝4.2×107J；
（2）由题知，水吸收的热量：Q吸 ＝Q放 ＝4.2×107J，
由Q吸 ＝cmΔt可得，水的升高的温度：
Δt＝ ＝ ＝25℃；
（3）由 ＝ 可得，氢燃料公交车所做的有用功：
W＝ Q放η ＝50%×4.2×107J＝2.1×107J，
η
由P＝ 可得，氢燃料公交车行驶的时间：
t′＝ ＝ ＝140s。
答：（1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量为4.2×107J；
（2）水升高的温度为25℃；
（3）燃烧0.3kg的氢燃料可使公交车行驶的时间为140s。
知识点3：能量的转化与守恒
1.能量的转移∶
能量可以从一个物体转移到另一个物体（如下左图），或者从物体的一部分转移到另
一部分（如下右图），在转移过程中能量的形式不变。
2.能量的转化∶能量从一种形式转化为其他形式，在转化过程中能量的形式发生改变。①能量转移和转化的区别
（1）能量的转移：能量的形式没有改变。
比如内能从高温物体转移到低温物体，能量的形式仍然是内能。
（2）能量的转化：能量的形式发生改变。
比如电能通过灯泡后转化为光能。能量的转化一般在一定条件下进行，比如太阳的光
能通过绿色植物的光合作用转化成化学能储存在植物体内，燃料的化学能通过燃烧转化为
内能。
②能量转化的普遍性：常见的能量形式有机械能、内能、光能、化学
能、电能等，在一定条件下，各种形式的能量之间是可以相互转化的，
如图所示。例如;燃料通过燃烧把化学能转化为内能;在热机中，内能
可以转化为机械能;通过火力发电机，内能转化为电能;通过电灯，电
能转化为光能;使用干电池时，电池内的化学能转化为电能等。
3.能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式
转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和
转移过程中，能量的总量保持不变。
（1）对能量守恒定律的理解
能量守恒定律包括能量的"转化"和"转移"两个方面。能量转化时，—种形式的能量减
少多少，其他形式的能量就会增加多少;能量转移时，—个物体的能量减少多少，另一个或
几个物体的能量就会增加多少。很多过程同时包含能量的转化和转移，在能量的转化和转
移过程中，总的能量保持不变。
比如小球在地面弹跳的过程，因为受到空气和地面的摩擦阻
力等，一部分机械能转化为内能，另外，与地相撞与会消耗一部
分能量，所以其跳起的高度逐渐降低，但总能量不变，即小球在
弹跳过程中的机械能和转化的内能之和始终等于小球开始落下瞬
间的机械能。
（2）能量守恒定律的普遍性：能量守恒定律是自然界最普遍、最
重要的基本定律之一，自然界的一切能量的转化和转移过程，都严格遵循能量守恒定律。
【典例1】（2022•上海）瀑布从高峰倾泻而下，驱动发动机转动发电，在此过程中能量转
化的顺序为（ ）
A．动能→重力势能→电能 B．重力势能→动能→电能
C．电能→重力势能→动能 D．重力势能→电能→动能【答案】B。
【解答】解：瀑布从高峰倾泻而下，将重力势能转化为动能，驱动发动机转动发电，又
将动能转化为电能，所以能量转化是重力势能→动能→电能。
故选：B。
【典例2】（2022•无锡一模）据2021年9月29日澎湃新闻，广西南宁隆生达发电力科技
有限公司声称研发出一款“突破能量守恒定律”的电机组。该公司官网称，这一技术名为
“一种电容补偿式自循环发电系统”，下列有关该装置的分析正确的是（ ）
A．根据能量守恒定律，该装置会一直转动下去
B．如果没有能量补充，该装置最终会停下来
C．发电技术突破了能量守恒定律，证明能量可以不守恒
D．不靠任何能量补充，该装置可实现1度电变为10度电
【答案】B。
【解答】解：AC、发电的过程中，其他形式的能量转化为电能，在转化过程中，会有
一部分能量转化为内能，因此，装置不能一直转动下去，但总的能量是守恒的，故 AC
错误；
B、如果没有能量补充，转化的电能会越来越少，装置最终会停下来，故B正确；
D、根据能量守恒定律可知，不靠任何能量补充，1度电可变为10度电的装置是不能实
现的，故D错误。
故选：B。
【典例3】（2022•菏泽）水从高处流向低处后，无法自发回到同样的高度，说明能量的转
化具有 方向性 ，所以尽管能量是守恒的，我们仍然要节约能源。请列举一例可再
生能源： 水能 。
【答案】方向性；水能。
【解答】解：水从高处流向低处的过程中，水的重力势能转化为动能；水从高处流向低
处后，无法自发回到同样的高度，即无法自发地将水的动能转化为重力势能，所以这一
现象说明能量的转化具有方向性；
水能、风能、太阳能等都属于可再生能源。
故答案为：方向性；水能。
【典例4】（2022•泸州模拟）各种形式的能量都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生
转化，且能量的转化是有方向的，下面几幅图按能量转化的顺序，排列正确的是（ ）①燃煤电厂 ②空调 ③树林 ④太阳
A．①②③④ B．②③④① C．④③①② D．②①③④
【答案】C。
【解答】解：
各种形式的能量都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方
向的，地球上大多数能量都直接或间接来自于太阳能，植物通过光合作用，将太阳能转
化为自身的生物质能，再经过地壳变动在地质作用下，最终形成煤炭，发电厂将煤炭的
化学能转化为电能，家用电器再将电能转化为其它形式的能，故四幅图中能量的转化顺
序为：太阳→树林→燃煤电厂→空调；即序号为④③①②，故C正确。
故选：C。
一、单选题
1．如图是四冲程内燃机其中一个冲程的示意图，该冲程的能量转化情况是（ ）
A．化学能转化成内能 B．机械能转化成内能
C．机械能转化成化学能 D．内能转化成机械能
【答案】D
【详解】如图，进气门、排气门关闭，火花塞点火，是内燃机的做功冲程，其能量转化是
内能转化为机械能，故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。2．柴油机上装有又重又大的飞轮，其作用是（ ）
A．增加柴油机的输出功率
B．增加柴油机的稳定性
C．改变柴油机的转速
D．增加柴油机转动的惯性
【答案】D
【详解】柴油机工作的时候要利用飞轮的惯性完成吸气、压缩和排气三个冲程，所以柴油
机上装有又重又大的飞轮，是为了增大惯性。故ABC不符合题意，D符合题意。
故选D。
3．关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（ ）
A．没有燃烧的燃料，其热值等于零
B．燃料的热值与其质量和燃烧状态无关
C．燃料完全燃烧时，它的热值最大
D．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多
【答案】B
【详解】ABC.1kg某种燃料完全燃烧放出的能量，叫做这种燃料的热值，热值是燃料的一
种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关，故AC错误，B正确；
D.由Q=mq可知，燃料燃烧放出的热量与热值和质量有关，与温度无关，故D错误。
故选B。
4．某品牌汽车以72km/h的速度匀速行驶时，仪表盘显示发动机转速是1800r/min，若做
功冲程每次做功6000J，则下列有关该汽车发动机的说法错误的是（ ）
A．每秒完成60个冲程 B．每秒对外做功15次
C．发动机提供的牵引力为4500N D．发动机的输出功率是80kW
【答案】D
【详解】AB．发动机转速是1800r/min，则飞轮1s转动的圈数
飞轮转动两圈对外做功一次，所以该发动机一秒对外做功15次，每对外做功一次完成四个
冲程，故一秒完成的冲程个数为
故A、B正确，不符合题意；
C．汽车的速度
1s汽车运动的路程
做功冲程每次做功6000J，发动机一秒对外做功15次，则发动机1s做功
由W=Fs可知，发动机提供的牵引力故C正确，不符合题意；
D．发动机的输出功率
故D错误，符合题意。
故选D。
5．如图甲所示是2022年2月27日11时06分“长征八号”遥二运载火箭在文昌航天发射
场点火加速升空时的情景，此次任务成功将22颗卫星送入预定轨道。如图乙所示是人造地
球卫星沿椭圆轨道绕地球运行的情景。下列说法正确的是（ ）
A．如图甲火箭加速上升的过程中，机械能转化为内能
B．如图乙人造地球卫星运行时，只有动能和势能的转化
C．如图乙人造地球卫星运行时，在近地点的动能最小
D．图甲、图乙中卫星的机械能都不变
【答案】B
【详解】A．甲火箭加速上升的过程中，火箭内的燃料燃烧时将化学能转化为内能，内能再
转化为火箭的机械能，使火箭机械能增大，A错误；
B．太空中是真空，卫星沿椭圆轨道绕地球运行的过程中，不受空气阻力，机械能守恒，只
有动能和势能的相互转化，B正确；
C．卫星在大气层外沿椭圆轨道绕地球运行，由于机械能保持不变，在近地点时重力势能最
小，动能最大，C错误；
D．图甲中卫星加速上升过程中，其质量不变，速度增大，则动能增大，同时高度增大，重
力势能增大，卫星的动能与重力势能都增大，则卫星的机械能增大，图乙中卫星的机械能
不变，D错误。
故选B。
二、多选题
6．从能量转化的角度来看，下列说法错误的是（ ）
A．电风扇工作时主要将电能转化为机械能
B．铅蓄电池充电时化学能转化为电能
C．火箭发射升空时内能转化为机械能D．钻木取火时是将内能转化为机械能
【答案】BD
【详解】A．电风扇工作时，消耗电能，得到机械能，所以将电能转化为机械能，故A正确，
不符合题意；
B．铅蓄电池充电的过程，消耗电能，得到化学能，所以将电能转化为化学能，故B错误，
符合题意；
C．火箭发射升空时，燃料燃烧释放的内能转化为机械能，故C正确，不符合题意；
D．钻木取火时克服摩擦做功，机械能转化为内能，故D错误，符合题意。
故选BD。
7．关于分子和物体内能，下列说法正确的是（ ）
A．杯子里的水可以任意倒出，说明水分子间没有引力
B．汽油机的压缩冲程中，汽缸内气体分子热运动加快
C．温度为0℃的冰块也有内能
D．温度高的物体含有的热量多
【答案】BC
【详解】A．杯子里的水可以任意倒出是由于重力的作用，且分子之间存在引力，故A错误；
B．汽油机的压缩冲程中，机械能转化为内能，气缸内气体温度升高，汽缸内气体分子热运
动加快，故B正确；
C．因为一切物体的分子都在不停地无规则运动，所以0℃的冰块也有内能，故C正确；
D．热量是一个过程量，不能用“含有热量”来修饰，故D错误。
故选BC。
8．下列有关说法正确的是（ ）
A．做功冲程中柴油机气缸里的气体内能减小
B．物体吸收热量后，内能增大，温度一定升高
C．搓手时感到暖和是因为产生了热量
D．给手机充电时是将电能转化为化学能
【答案】AD
【详解】A．做功冲程中柴油机气缸里的气体的内能转化为机械能，所以内能减小，故A正
确；
B．物体吸收热量后，内能增大，但温度不一定升高，如晶体在熔化时，吸收热量，温度不
变，故B错误；
C．搓手时感到暖和，这是克服摩擦做功，机械能转化为内能，内能增加，但并不是产生了
热量，热量只能说吸收或放出，故C错误；
D．给手机充电时是将电能转化为化学能储存起来，故D正确。
故选AD。
9．如图所示为生活中常用的热水瓶，注入一定量的热水后，立即盖上软木塞，软木塞常会
跳起来。以下说法正确的是（ ）A．这过程相当于压缩冲程 B．过程中把内能转化为机械能
C．这过程相当于做功冲程 D．过程中把机械能转化为内能
【答案】BC
【详解】瓶内热水蒸发会产生大量水蒸气，瓶塞跳起来，则瓶塞机械能增大，这是由于瓶
内气体膨胀做功造成的，即水蒸气的内能转化成瓶塞的机械能；内燃机的四个冲程中，压
缩冲程是机械能转化为内能，做功冲程是内能转化为机械能，内燃机在做功冲程中，气缸
内产生的高温气体膨胀推动活塞做功，即内能转化为机械能。
故选BC。
三、填空题
10．汽车发动机一般是柴油机或汽油机，它把燃料燃烧放出的_______能转化为机械能。完
全燃烧0.5kg的汽油（ =4.6×107J/kg）能够获得______J能量。小明同学阅读了汽车
发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图所示的图表，则该内燃机的效率为
______。
【答案】 内 2.3×107 30％
【详解】[1]汽车发动机把燃料燃烧放出的内能转化为机械能。
[2]完全燃烧0.5kg的汽油能够获得的能量为
[3]由图可知，该内燃机的效率为
11．汽油机是热机的一种，如图甲所示是一台单缸四冲程汽油机工作状态示意图，由图可
以看出，此冲程是_________冲程，能量转化情况与_________（选填“乙”或“丙”）图
相同；若该汽油机飞轮的转速是2400r/min，则汽油机每秒钟对外做功_________次。【答案】 做功 乙 20
【详解】[1][2]图甲所示冲程中，进气门和排气门关闭，活塞向下运动，火花塞产生电火
花，故此冲程为汽油机的做功冲程，在此过程中，燃气的内能转化为活塞的机械能；图乙
中，高温水蒸气将塞子冲出时，将内能转化为机械能；图丙中，活塞压缩筒内气体，机械
能转化为内能，使气体内能增加，温度升高。对比三图所示情景的能量转化情况可知，图
甲所示冲程的能量转化情况与乙图所示情景的能量转化相同。
[3]汽油机的一个工作循环中，经历四个冲程，飞轮转动两周，对外做功一次，因为该汽油
机飞轮的转速是2400r/min=40r/s，所以飞轮每秒转动40周，则汽油机每秒钟对外做功20
次。
12．电火花发生器点燃塑料盒内的酒精气体能将盒盖喷出很远，如图所示，此过程中能量
转化方式与汽油机的________冲程相类似，实验时在盒内滴入2×10-4kg酒精，这些酒精完
全燃烧放出的热量是_______J（q =3×107J/kg）
酒精
【答案】 做功 6 103
【详解】[1]电火花发生器点燃塑料盒内的酒精气体，酒精气体燃烧将内能转化为盒盖的机
械能，汽油机做功冲程燃料猛烈燃烧，将内能转化为机械能推动活塞向下运动，所以这两
个过程能量转化方式相同。
[2]酒精完全燃烧放出的热量
13．小明用相同的酒精灯给质量相等的甲、乙两种物质加热，升高相同的温度，给乙物质
加热的时间是甲物质的2倍，由此可知，两种物质中比热容较大的是______ ；实验完成后，
酒精灯中剩余酒精的热值______ （选填“变大”“变小”或“不变”）。
【答案】 乙 不变
【详解】[1]用相同的酒精灯给甲、乙两种物质加热，加热时间越长，物质吸收的热量越多。
升高相同的温度，给乙物质加热的时间是甲物质的2倍，则乙物质吸收的热量比甲多，又
因为甲乙质量相同，根据公式 可知，乙物质的比热容大于甲物质的比热容。
[2]热值是燃料自身的一种特性，与质量无关，所以剩余的酒精热值不变。
14．10g煤气完全燃烧放出的热量为________J，若烧水时煤气放出总热量的50%被水吸收，则能够把1kg初温为15℃的水加热到_______℃。[ ，煤气的热值
]。
【答案】 4.2×105 65
【详解】[1]10g煤气完全燃烧放出的热量
[2]被水吸收的热量
水吸收热量后的温度变化
能够把1kg初温为15℃的水加热到的温度
15．小明用燃气灶加热质量为2 kg的水，水温从20 ℃升高到40 ℃时完全燃烧了0.01 m3
天然气，若天然气的热值为4.0107J/m3，则天然气完全燃烧放出的热量是_______J，此次
燃气灶烧水的效率为____________。[水的比热容c =4.2×103J/(kg℃)]
水
【答案】 4×105 42%
【详解】[1]由题可知，燃烧天然气的体积V=0.01 m3，天然气的热值为q=4.0107J/m3，根
据燃烧燃烧放热公式，天然气完全燃烧放出的热量
Q =Vq=0.01 m3×4.0107J/m3=4×105J
放
[2]由题可知，水的质量m=2kg，水温从20 ℃升高到40 ℃，水的比热容c
水
=4.2×103J/(kg℃)，可知水吸收的热量
燃气灶烧水的效率
16．一单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3000r/min，则1s对外做功______次；若某型号汽
车行驶一段路程消耗了汽油0.5kg，这些汽油完全燃烧放出的热量为______J；在这段路程
中，已知汽车牵引力做的功为 ，汽油机的效率为______。（汽油的热值为
）
【答案】 25 40%
【详解】[1]1s飞轮转的圈数为
1s共做25个工作循环，对外25次功。
[2]这些汽油完全燃烧放出的热量为[3]汽油机的效率为
四、实验题
17．小明同学学习了燃料的热值后，考虑到燃料燃烧放出的热量可以被水吸收，就设计一
个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小关系，他和同学组装了如图所示的装置进行实验，
记录结果如表。
燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃
煤油 25 44
菜籽油 25 34
（1）小明认为煤油和菜籽油的质量可取相等也可取不相等，小华认为应该取相等质量的煤
油和菜籽油，根据他们的实验记录表格，你认为 _____（选填“小明”或“小华”）的想
法是正确的；
（2）安装实验器材时，应按照 _____（选填“自下而上”或“自上而下”）的顺序安装。
为了保证实验结论的可靠，小明同学应该选择两套完全相同的装置，在实验中还应控制两
杯水的初温和 _____相等；
（3）分析得出：煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是 _____；
（4）同学们测出烧杯中水的质量及燃烧掉燃料的质量，利用实验中测得的数据，算出了煤
油和菜籽油的热值，和燃料热值表中的数值相比较发现偏小了很多，不可能的原因是
_____；
A．煤油和菜籽油没有完全燃烧
B．烧杯吸收了部分热量
C．测出的煤油和菜籽油的质量偏小
D．煤油和菜籽油燃烧放出的热散失到空气中一部分（5）另一组同学分别燃烧A、B两种燃料，将初温和质量相同的水加热至刚好沸腾，发现
A燃料消耗的质量小，说明A燃料的热值更 _____。
【答案】 小华 自下而上 质量 煤油 C 大
【详解】（1）[1]根据控制变量的思想，应该取相等质量的煤油和菜籽油，故小华正确。
（2）[2]为保证用火焰的外焰加热，且温度计的玻璃泡不能接触容器底和容器壁，所以先
安装下面器材，再安装上面器材，按照自下而上的顺序安装。
[3]实验时需要控制甲、乙两杯水的初温和质量相同，比较升高的温度。
（3）[4]质量相同的煤油和菜籽油完全燃烧后，水升高的温度越高，水吸收的热量越多，
表明燃料放出的热量越多，根据 可知，燃料的热值越大，根据表格中的数据可知，
煤油烧水时水的温度高，则煤油的热值大。
（4）[5]实验过程中，燃料没有完全燃烧或燃料燃烧产生的热量有部分散失于空气中，燃
料燃烧放出的热量没有全部被水吸收，加热装置也会吸收一部分热量，这些因素会使水吸
收的热量偏小，由Q =Q =mq可知，测出的热值比真实值小，故C符合题意，ABD不符合题
吸 放
意。
故选C。
（5）[6]另一组同学分别燃烧甲、乙两种燃料将初温和质量相同的水加热至刚好沸腾，则
水吸收的热量相同，燃料燃烧放出的热量相同，发现甲燃料消耗的质量小，根据 可
知甲燃料的热值更大。
18．在“比较不同燃料的热值”的实验中，如图所示，甲、乙、丙三个实验装置完全相同，
燃料的质量均为10g，烧杯内液体的质量都相同。
（1）若比较不同燃料的热值应选择______两个装置（选填：甲、乙、丙）；
（2）实验中，通过观察______比较燃料燃烧放出热量的多少（选填“温度计升高的示数”
或“加热时间”）；
（3）实验中需要的测量工具有温度计和______；
（4）在甲装置中，若燃料为酒精（q ＝3×107J/kg），烧杯内的液体为水，其质量为
酒精
200g，点燃燃料直至燃料烧完，温度计的示数由20℃上升到70℃，再结合“10g”燃料这
一数据，计算出燃料的热值，通过实验算出的热值与实际相比______（选填“偏大”或
“偏小”），理由是______。
【答案】 乙、丙 温度计升高的示数 秒表 偏小 燃料燃烧放出的热
量没有全部被水吸收或燃料燃烧不完全，存在热散失【详解】（1）[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，通过温度计的示数的变化得出吸热多少，进而判断热值大小，应选择乙、丙两图进行
实验。
（2）[2]为了比较不同燃料燃烧时放出热量，要选择不同燃料，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，进而来比较燃料燃烧放出的热量多少。
（3）[3]实验中需要测量加热的时间，故需要用到秒表。
（4）[4][5]水吸收的热量为
水吸收的热量等于酒精燃烧释放的热量
则酒精的热值为
这是因为燃料燃烧放出的热量没有全部被水吸收或燃料燃烧不完全，存在热散失，所以测
得的热值会偏小。
19．如图所示，用甲、乙、丙三套装置完成如下两个实验：实验一是探究不同物质吸热升
温的现象：实验二是比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量。
提供：三种供选择的液体分别用a、b、c表示，三种燃料分别用1、2、3表示。
（1）为了两个实验都完成，对图中器材进行以下几种调整，其中可行的有______。
A．将甲图中的液体换成c
B．将乙图中的燃料换成1
C．将乙图中的燃料换成3
D．将丙图中的液体换成b（2）为了完成实验二，应选用______两套装置，实验时通过比较______来反映燃料燃烧放
热多少；
（3）小明使用未调整的甲、乙图示装置进行实验，收集数据并作出液体a、b的温度随加
热时间的变化图线如图丁所示（两燃料充分燃烧均用时5分钟）。若燃料充分燃烧放出的
热量全部被液体吸收，燃料1热值是燃料2的0.2倍，则液体a比热容是液体b的______倍。
【答案】 BC##CB 甲丙##丙甲 液体升高的温度 0.4
【详解】（1）[1]实验一是探究不同物质吸热升温的现象，需要选取相同质量的相同燃料；
实验二是比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量。
A．将甲图中的液体换成c，甲、乙、丙三套装置的燃料都不相同，不能完成实验二，故A
不符合题意；
B．将乙图中的燃料换成1，甲、乙两套装置中，燃料的质量相同、种类相同液体的种类不
同；可以完成实验一；甲、丙两套装置中，燃料的质量相同、种类不同，液体的质量、种
类相同，可以完成实验二，故B符合题意；
C．将乙图中的燃料换成3，乙、丙两套装置中，燃料的质量相同，液体的种类不同，可以
完成实验一，甲、丙两套装置中，燃料的质量相同、种类不同，液体的质量、种类相同，
可以完成实验二，故C符合题意；
D．将丙图中的液体换成b，甲、乙、丙三套装置的燃料都不相同，不能完成实验二，故D
不符合题意。
故选BC。
（2）[2][3]实验二是比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量，要保证选取相同质量的
相同液体和相同质量的不同燃料进行实验，为了完成实验二，应选用甲、丙两套装置，实
验时通过比较液体升高的温度来反映燃料燃烧释放的能量。
（3）[4]因Q ＝Q ，所以，燃料1有
放 吸
则
燃料2有
则
可得五、计算题
20．某企业研发了一款飞行汽车，车头模仿飞机的机头且显得较为圆润一些，当它在陆地
上行驶时，车身两边的机翼呈收缩状态，在空中飞行时，翅膀张开。地面最大行驶速度可
达 ，空中最大飞行速度可达 ，发动机功率为 ，每小时消耗汽油
。（汽油的热值为 ，g取 ）求：
（1）该汽车在地面以最大行驶速度匀速行驶 通过的距离；
（2）若该汽车在空中以最大飞行速度匀速飞行 ，汽车受到的牵引力；
（3）该汽车以最大速度飞行时，发动机的效率。（结果保留三位有效数字）
【答案】（1） ；（2）1350N；（3）29.3%
【详解】解：（1）该汽车在地面以最大行驶速度匀速行驶 通过的距离
（2）该汽车在空中的飞行速度
由 可得，汽车的牵引力
（3）该汽车飞行 所做的功
燃油完全燃烧放出的热量
汽车发动机的效率
答：（1）该汽车在地面以最大行驶速度匀速行驶 通过的距离是 ；
（2）若该汽车在空中以最大飞行速度匀速飞行 ，汽车受到的牵引力是1350N；
（3）该汽车以最大速度飞行时，发动机的效率是29.3%。
21．负压救护车能“负压隔离”，使外界环境免受污染，防止疫情进一步扩散，主要用于传染病员的安全隔离与转运。被称为“特大号的N95口罩”，如图所示的负压救护车，该
车沿水平路面匀速直线行驶200s，发动机做功为1.68×107J，消耗柴油1.05kg，求：[c
水
=4.2×103J/(kg⋅℃），q
柴油
=4×107J/kg]
（1）消耗的柴油完全燃烧释放的热量；
（2）救护车发动机的效率；
（3）若1.05kg柴油完全燃烧释放的热量全部被水吸收，可将多少千克的水从20℃加热到
70℃。
【答案】（1）4.2×107J；（2）40%；（3）200kg
【详解】解：（1）消耗的柴油完全燃烧释放的热量
Q =m q =1.05kg×4×107J/kg=4.2×107J
放 柴油 柴油
（2）救护车发动机的效率
（3）根据题意可知，水吸收的热量
Q =Q =4.2×107J
吸 放
由Q =cm(t-t)可知，水的质量
吸 0
答：（1）消耗的柴油完全燃烧释放的热量为4.2×107J；
（2）救护车发动机的效率为40%；
（3）若1.05kg柴油完全燃烧释放的热量全部被水吸收，可将200kg的水从20℃加热到
70℃。
