四、機械能與內能的相互轉化

＞題型歸納

做功可以改變物體的內能（4題）..................................1

一機械能和內能的相互轉化機題）..................................3

三熱機工作過程中的能量轉化（4題）.................................5

四內燃機的相關計算（5題）.........................................7

五比較不同燃料的熱值（5題）.......................................9

六熱機的效率計算（4題）.........................................12

七

熱水器的效率計算（5題）........................................15

八

競賽必刷（5題）................................................17

A題型速練

一.做功可以改變物體的內能（4題）

1.（25-26九年級上?山東濟南?開學考試）學校科技節(jié)活動中，組織水火箭制作比賽。如圖甲為自制的水火

箭結構示意圖，圖乙為使用打氣筒向水火箭內不斷打氣示意圖。當水面上方壓強增大到一定程度時.，會使

水向下噴出，從而使水火箭升空,關于水火箭以下說法正確的是（）

一可樂瓶

—高壓氣體打

氣

一水筒

打氣管

接打氣筒

甲

A.利用打氣筒向水火箭內打氣，水火箭中空氣的內能減小

B.水火箭落回地面的過程中，若以水火箭為參照物，地面是向下運動的

C.水向下噴出會使水火箭升空，是由于力的作用是相互的

D.打氣筒將空氣壓入水火箭內時，能最轉化的過程與汽油機的做功沖程相同

【答案】C

【詳解】A.利用打氣筒向水火箭內打氣，壓縮筒內空氣，通過做功使水火箭中空氣的內能增加，故A錯

誤；

B.水火箭落回地面的過程中，若以水火箭為參照物，地面與火箭之間的距離變小，地面是向上運動的，

故B錯誤；

C.水火箭向下噴水，給水一個向下的力，由于物體間力的作用是相互的，水給水火箭一個向上的力，使

水火箭升空，故C正確;

D.打氣筒將空氣壓入水火箭內時機械能轉化為內能，汽油機改做功沖程中內能轉化為機械能，所以兩者

能量轉化方式不相同，故D錯誤。

故選C。

2.“神舟十八號〃返回艙返問過程中，進入大氣層，與大氣摩擦形成高溫”火球下列實例中改變內能的方

式與“火球”的形成原理相同的是（）

【答案】D

【詳解】返I可艙進入大氣層后，與大氣層摩擦產生高溫形成火球，內能增加，這是通過做功的方式改變物

體內能。

A.棉被曬熱，通過熱傳遞的方式改變物體的內能，故A不符合題意；

B.燒水時，水吸收熱量，內能增大，通過熱傳遞的方式改變物體的內能，故B不符合題意；

C.雞蛋放入冷水變涼，內能減小，通過熱傳遞的方式改變物體的內能，故C不符合題意：

D.空氣被壓縮，溫度升高，機械能轉化內能，內能增大，通過做功的方式改變物體的內能，故D符合題

意,

故選D。

3.用打氣筒往瓶內打幾卜.后，看到的現象是,瓶中同時會出現白霧。這是因為瓶內空氣推動瓶

塞做功，內能,溫度降低，水蒸氣液化而形成的。

【答案】瓶塞跳起減小

【詳解】口］⑵用打氣筒往瓶內打幾下后，外界對瓶內氣體做功，瓶內氣體內能增大，瓶內氣體再對瓶塞做

功，瓶塞跳起，瓶內氣體由于對瓶塞做功，內能減小，溫度降低，空氣中的水蒸氣遇冷液化形成小水滴，

即白霧。

4.如圖所示，在一個配有活塞的厚玻璃筒里放一小團脫脂棉，把活塞迅速壓下去，可以觀察到的現象是

脫指棉。這是因為壓下活塞時活塞對空氣,使空氣的內能（選填”增大〃或"減小”），溫度一

（選填"升高"或"降低〃），達到脫脂棉的燃點。

【答案】燃燒起來做功增大升高

【詳解】［1］當把活塞迅速壓下去時，筒內空氣的內能增加，溫度升高，當溫度達到脫脂棉的燃點時，脫脂

棉就會燃燒起來。

［2］壓下活塞的過程中，活塞對筒內的空氣施加了力，并且空氣在力的方向上移動了一段距離，所以活塞對

空氣做了功。

⑶活塞對空氣做功，將活塞的機械能轉化為空氣的內能，使得空氣的內能增大。

⑷物體的內能增大時，其溫度通常會升高，這里空氣的內能增大，所以溫度隨之升高，當升高到脫脂棉的

燃點時，脫脂棉便會燃燒。

二.機械能和內能的相互轉化（5題）

5.（24-25九年級上?河北石家莊?階段練習）杭州第19屆亞運會于2023年9月23日至10月8日舉行，杭

州市民歡欣鼓舞，有的市民用禮花筒表達喜悅心情。禮花筒利用筒內的高壓空氣膨脹，將彩帶噴向空中，

產生喜慶效果。高壓空氣膨脹過程中（）

A.高壓空氣的內能轉化為機械能B.高壓空氣向外界傳遞溫度

C.高壓空氣溫度升高，內能增大D.高壓空氣所含熱量減小

【答案】A

【詳解】ABC.禮花筒內的高壓空氣膨脹對外做功，內能轉化為機械能，筒內氣體自身的內能減小、溫度

降低，故A正確，BC錯誤；

D.熱量是一個過程量，不能表述為物體含有熱量。在物理學中，熱量指的是由于溫差而導致的能量轉移

過程中的能量多少，故D錯誤。

故選Ao

6.（2024?山東棗莊?中考真題）古代的人們曾發(fā)明一種活塞式點火器，如圖所示。以牛角作套筒，木質推

桿前端粘附艾絨。取火時，一手握住套筒，另一手猛推推桿，艾絨即燃。下列事例與猛推推桿入筒的過程

中，能量轉化情況不同的是（）

（3）⑴⑵屁股有灼熱感是因摩擦生熱，機械能轉化為內能。

三.熱機工作過程中的能量轉化（4題）

9.同學們愛吃的爆米花是通過如圖所示的爆米花機制作出來的，玉米粒在密封的鍋體內被爐火加熱，這

是通過________的方法改變了玉米粒的內能；開蓋瞬間，鍋內高壓氣體迅速爆出，內能（選填“增

大""減小”或”不變〃），玉米粒內的高壓水蒸氣對外做功，玉米粒膨脹，成了胖乎乎的爆米花。

【答案】熱傳遞減小

【詳解】［1］熱傳遞是由于溫度差引起的能量傳遞現象，玉米粒在密封鍋體內被爐火加熱，爐火溫度高，玉

米粒溫度低，熱量從爐火傳遞到玉米粒，這是通過熱傳遞的方法改變了玉米粒的內能。

⑵做功可以改變物體的內能，當物體對外做功時，內能減小。開蓋瞬間，鍋內高壓氣體迅速爆出，氣體對

外做功，所以其內能減小。

10.（2025?湖南長沙?二模）2024年12月19日18時18分,我國太原衛(wèi)星發(fā)射中心在山東附近海域成功發(fā)

射谷神星一號海射型遙四運載火箭。下列說法正確的是（）

A.火箭燃料燃燒過程中，內能轉化為化學能

B.火箭升空過程中與空氣摩擦，機械能轉化為內能

C.火箭在升空過程中，機械能不變

D.火箭的燃料燃燒越充分，其熱值就越大

【答案】B

【詳解】A.燃料燃燒是將化學能轉化為內能，故A錯誤；

B.火箭與空氣摩擦時，因克服摩擦做功，機械能轉化為內能，故B正確；

C.火箭升空時速度增大，動能增大；高度增加，重力勢能增大，所以機械能增大，故C錯誤；

D.熱值是燃料的特性，與燃燒是否允分無關，故D錯誤。

故選B。

11.如圖為小明用塑料瓶制作的水火箭，其原理是打入塑料瓶的壓縮空氣使水從“火箭”尾部向下噴出，從

而推動“火箭"飛向空中。下列分析錯誤的是（）

A.使用打氣筒打氣時能量轉化情況與汽油機的壓縮沖程相同

B.水火箭升空過程中能量轉化情況與汽油機的做功沖程相同

C.升空過程中，瓶內氣體的內能減少

D.水從水火箭中噴出相當于內燃機的排氣沖程

【答案】D

【詳解】A.向打氣筒內打氣的過程是機械能轉化為內能，汽油機的壓縮沖程中機械能轉化為內能，能量

轉化方式是相同的，故A正確，不符合題意；

BCD.升空過程中，水從水火箭中噴出，是里面的壓縮空氣對外做功，瓶內氣體的內能減少，相當于內燃

機的做功沖程，故BC正確，不符合題意，D錯誤，符合題意。

故選D。

12.如圖所示是內能做功的演示實驗，向試管內倒些水，用帶玻璃管的膠塞塞住，在玻璃管口處放一個紙

做的小葉輪，加熱試管使水沸騰，一會兒，水蒸氣就沖擊小葉輪，使其旋轉。在這一現象中能量的轉化或

轉移過程為先是燃料的能轉化為能，接著是能傳遞給,最后

對做功，將能轉化為能。

【答案】化學內內水蒸氣水蒸氣葉輪內機械

【詳解】⑴⑵⑶⑷酒精燃燒，燃料（酒精）的化學能轉化為試管內水的內能，水的內能傳遞給水蒸氣.

⑸⑹⑺⑻水蒸氣對葉輪做功，葉輪轉動起來，水蒸氣的內能轉化為葉輪的機械能。

?江蘇揚州?二模）二氧化碳（）爆破技術是現代工程中非常環(huán)保的技術.起爆前高壓泵將

13.（2025CO2CO?

壓縮成高壓氣體，氣體內能（選填"增大"或"減小"），溫度______（選填"升高”或"降低〃）；液化后

輸入爆破筒內。如圖所示，爆破忖電加熱管發(fā)熱使筒內的液態(tài)CO2迅速汽化，形成高壓氣體從泄氣孔中噴

出實施爆破，噴出時的能量轉化與內燃機的沖程一致。

廣電加熱管

—液態(tài)co,

V

泄氣孔

【答案】增大升高做功

【詳解】⑴⑵將二氧化碳進行壓縮時，壓縮氣體體積，對氣體做功，內能變大，溫度升高。

⑶當壓縮氣體迅速膨脹時，對外做功，內能轉化為機械能；內燃機的做功沖程，將內能轉化為機械能，因

此C02迅速汽化，形成高壓氣體從泄氣孔中噴出實施爆破，噴出時的能量轉化與內燃機的做功沖程-致。

四.內燃機的相關計算（5題）

14.關于四沖程汽油機的工作過程有以下幾種說法：①在吸氣沖程中，吸入氣缸中的只有空氣；②在做

功沖程中，內能轉化為機械能；③只有做功沖程是燃氣對外做功；④汽油機和柴油機的點火方式相同。

以上說法正確的是（）

A.②③B.①③C.②④D.②③④

【答案】A

【詳解】①②③汽油機四沖程分別是吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程。在吸氣沖程中，吸入

氣缸中的是空氣和汽油的混合氣體；在做功沖程中，高溫高壓的氣體推動活塞向下運動，帶動曲軸轉動，

對外做功，是內能轉化為機械能；四個沖程中，只有做功沖程是燃氣對外做功，其它三個沖程都依靠飛輪

的慣性完成，故①錯誤，②③正確；

④汽油機頂部有火花塞，采用的是點燃式點火；而柴油機汽缸頂部沒有火花塞，而有一個噴油嘴，采用的

壓黑式點火，汽油機和柴油機的點火方式不相同，故④錯誤。

綜上所述，只有②③正確，故A正確，BCD錯誤。

故選A。

15.（2025?四川內江?一模）內燃機的發(fā)明是第二次工業(yè)革命中應用技術領域的一項重大成就。如圖所示為

單缸四沖程汽油機的一個沖程示意圖，若該汽油機的效率為30%,飛輪每分鐘轉動1800圈，則卜.列說法

正胸的是（）（＜7/^4.6x107J/kg）

A.圖中所示沖程是壓縮沖程

B.若該汽油機完全燃燒5kg汽油,則汽油機做的有用功為2.3X108J

C.該汽油機在1s內做功30次

D.汽油機消耗的燃料越少，效率一定越高

【答案】A

【詳解】A.由圖可知，兩氣門關閉，活塞向上運動，是壓縮沖程，故A正確：

B.汽油機做的有用功為%=fjQ/i=小伙油僅油=30%x5kgx4.6x107J/熾=6.9x107J

故B錯誤；

C.該汽油機飛輪每分鐘轉動1800圈，則每秒轉動301卷I，該汽油機飛輪轉動2圈對外做功一次，則在1s

內做功15次，故C錯誤；

D.根據，7=?xlOO%可知，汽油機消耗的燃料越少，燃料完全燃燒釋放的熱量越少，做的有用功未知，

B欣

故效率不一定越高，故D錯誤。

故選A。

16.某臺單缸四沖程汽油機的飛輪轉速為1200r/min,在1s內汽油機對外做功次。若該汽油機的效率

為30%,汽油機在某段時間完全燃燒了400g汽油，則汽油完全燃燒放出的熱量為J,汽油機輸出的有

用機械功為Jo（夕汽油=4.6x1O,J/kg）

【答案】10L84xl075.52xlO6

【詳解】［4單缸四沖程汽油機一個工作循環(huán)內，飛輪轉2圈，對外做功1次，某臺單缸四沖程汽油機的飛

輪轉速為1200r/min,即飛輪lmin轉1200圈，則飛輪1s轉20圈，對外做功10次。

⑵汽油完全燃燒放出的熱量為弓=〃叼汽油=0.4kgx4.6xl07J/kg=1.84xl07J

⑶汽油機輸出的有用機械功為卬="24=30%乂1.84、1（）7上5.52）＜10酎

17.（2025?黑龍江大慶?三模）隨著人民生活水平的不斷提高，汽車已經走進我們的家庭。小米最近也購買

了一輛轎車。當該轎車汽油機的轉速為3600r/min時，則在1s內汽油機對外做功的次數是次，

壓縮沖程中將能轉化為能。

【答案】30機械內

【詳解】［1］汽油機的轉速為3600r/min,即每分鐘轉3600轉，那么1秒內轉動轉數為等=60r

6（）

汽油機一個工作循環(huán)包括四個沖程，飛輪轉動2圈，對外做功1次。所以1秒內飛輪轉動60圈時，對外

做功的次數是竽=30次

［2］⑶汽油機的壓縮沖程中，活塞向上運動，壓縮氣缸內的氣體，使氣體的體積減小，壓強增大，溫度升高。

這個過程中，活塞的機械能轉化為氣體的內能。

18.（2025?甘肅武威?三模）如圖甲所示，用酒精燈加熱試管中適量水。當塞子被推開時，可以看到試管口

有“白氣〃產生,這是由于試管內氣體對塞子做功，使得試管內氣體內能,此過程發(fā)生的能量轉化與圖

乙中的內燃機在____圖所示的能量轉化是一致的，某四沖程汽車飛輪轉速為3000r/min,則每秒鐘對外做

功次。

AB

甲乙

【答案】減小A25

【詳解】⑴試管內的氣體對外界的寒子做功時，氣體的內能減小，溫度降低,將R體的內能轉化為塞子的

機械能。

⑵圖乙中的A,活塞向下運動，兩個氣門關閉，是做功沖程，這個過程將內能轉化為機械能，B的活塞向

上運動，兩個氣門關閉，是壓縮沖程，與圖甲的能量轉化一致的是A圖。

⑶汽車飛輪每轉動兩次，完成一個工作循環(huán)，對外做功一次。而某四沖程汽車飛輪轉速為3000r/min=50r/s,

所以每秒對外做功25次。

五.比較不同燃料的熱值（5題）

19.甲、乙兩種燃料完全燃燒放出的熱量與其質量的關系圖像如圖所示，卜列分析正確的是（）

A.甲燃料的熱值小于乙燃料的熱值

B.完全燃燒甲、乙兩種燃料放出相同的熱量，所需乙燃料的質量更小

C.完全燃燒相同質景的兩種燃料，甲放出的熱量更多

D.由圖像可知，燃料燃燒放出的熱量越多，其質量一定越大

【答案】C

【詳解】A.由圖像可知，質量相同時，甲完全燃燒放出的熱量大于乙完全燃燒放出的熱量，由。放=/〃可

知，甲燃料的熱值大于乙燃料的熱值，故A錯誤；

B.在圖像中取甲、乙完全燃燒放出相同的熱量的兩點，比較橫坐標，可以看出所需乙燃料的質量更大，

故B錯誤；

C.在圖像中取完全燃燒甲、乙質量相同的兩點，比較縱坐標，可以看出甲放出的熱量更多，故C正確；

D.由圖像可知，同種燃料完全燃燒放出的熱晶與質量成正比，則燃料完全燃燒放出的熱量越多，其質量

一定越大，不同燃料燃燒放出的熱量越多，其質量不一定越大。故D錯誤。

故選配

20.（2025?江蘇南京?三模）如圖所示，用完全相同的裝置加熱液體。已知燃料的質最、燒杯內的液體質量、

加執(zhí)方式均相同.不計熱損失,將燃料點燃百.至燃盡,二個燒杯中液體升高的溫度隨時間變化的圖像如丁

所示，則下列說法正確的是（）

B.甲、丙裝置中的液體在0-1內吸收的熱量之比為2團1

C.a、b兩種液體的比熱容之比為1:2

D.燃料1和燃料2的熱值之比為3:2

【答案】C

【詳解】A.比較不同燃料的熱值，需要控制被加熱的液體種類相同，燃料種類不同。乙、丙兩圖中燃料

種類不相同，液體種類也不同，所以不能比較不同燃料的熱值，故A錯誤：

B.因為加熱裝置相同，相同時間內放出的熱品相同，甲、丙裝置中的液體在0T內加熱時間相同，所以

吸收的熱量相同，吸收的熱量之比為1團1,故B錯誤；

C.根據。=cM.在質量和吸收熱量相同的情況下，比熱容與溫度變化量成反比°甲、丙中液體質量相

同，加熱相同時間吸收熱量相同，甲中液體升高的溫度是丙中液體升高溫度的2倍，所以a、b兩種液體

的比熱容之比為102,故C正確；

D.由圖丁可知，燃料燃燒完時，燃料1燃燒了tmin,燃料2燃燒了2tmin,且甲圖中液體溫度變化量為24,

乙圖中液體溫度變化量為1.57；,實驗中忽略熱量的散失，且兩杯液體的質量、比熱容均相同，則由公式

Q.cin^t.2T..4

Q=a必，可得，二者放出的熱量之比券=一^二7/二三

Q-,cmAq1.57；)3

燃料的質量相同，由公式Q=m〃可得，燃料1與燃料2的熱值之比等=.=4"

03q2m

則如=4：3

、%

故D錯誤。

故選C

21.根據下表列出的四種燃料的熱值，回答下列問題。

干木柴酒精柴油煤油

1.2X107J/kg3.0xl07J/kg4.3x101/kg4.6xl()7J/kg

(1)從表中的數二居可知，不同燃，料的熱值_____。

(2)酒精的熱值是3.0xl()7j/kg,表示的物理意義是。那么，完全燃燒1g的酒精可放出熱量____Jo

⑶表中質量相同的四種燃料完全燃燒后，放出熱量最少的是。

⑷若質量為2kg的某種燃料完全燃燒后，放出的熱量是9.2x101，則這種燃料可能是。

【答案】⑴小同

（2）1kg的酒精完全燃燒放出的熱量是3.0xl（）7j3.0X10,

⑶干木柴

⑷煤油

【詳解】（1）由表格燃料的熱值可知：干木柴、酒精、柴油、煤油的熱值不同，所以可得結論：不同燃料

的熱值不同；

（2）⑴由熱值的概念可知，酒精的熱值是3.0x10,J/kg,表示的物理意義是：1kg酒精完全燃燒放出的

熱量是30x107/；

⑵。西精=/精價淅=3.0x107J/^xlx10”依=3x10*7

所以完全燃燒1g酒精可放出熱量3x10,J；

（3）質量相同的四種燃料完全燃燒后，根據Q=〃可可知熱值小的干木柴燃料放出的熱量少，所以放出熱

量最少的是干木柴；

（4）這種燃料的熱值：

Q_9.2X107

A=4.6xl07J/kg

由熱值表可知,這種燃料可能是煤油。

22.如圖所示，甲、乙、丙三圖中裝置完全相同。燃料的質量都是10g,燒杯內液體的初溫和質量相同。

⑴為比較不同物質的比熱容，應選擇兩圖裝置進行實驗。實驗中通過比較（選填“加熱時間”或"升

高的溫度"）來比較物質吸收熱量的多少;

⑵比較不同燃料的熱值，應選擇兩圖裝置進行實驗。實驗中，需等待燃料（選填“燃燒相同的時

間”或“燃燒相同的質量。然后通過比較（選填“加熱時間”或“升高的溫度〃）來比較熱值的大??；

⑶通過實驗得到的燃料熱值與實際相比要偏（選填"大"或"小"）。

【答案】⑴甲、丙加熱時間

（2）甲、乙燃燒相同的質量升高的溫度

⑶小

【詳解】（1）[1]比較不同物質的比熱容，應使用相同的熱源，被加熱物質的種類不同，通過溫度的變化來

判斷不同液體的吸熱能力，所以應選擇甲、丙兩圖進行實驗。

⑵根據轉換法可知，實驗通過加急時間的長短來反映液體吸收熱量的多少，加熱時間越長表示液體吸收的

熱量越多。

（2）[1]比較不同燃料的熱值，應控制被加熱液體的種類相同而燃料不同，故應選擇甲、乙兩圖進行實驗。

[2]實驗過程中應該控制燃料燃燒的質量相同，所以應該在燃料燃盡之后或燃燒相同的質量去比較液體升高

的溫度。

⑶通過比較液體升高的溫度來比較熱值的大小，即升高的溫度越高，說明燃料放出的熱最越多，熱值越大。

（3）燃料燃燒產生的熱量不能完全被水吸收，存在熱損失，即水吸收的熱量會小于燃料完全燃燒放出的

熱量，由，/曳可知，計算得出的熱值將比燃料的真實熱值偏小。

m

六.熱機的效率計算（4題）

23.下圖所示的是天然氣環(huán)保公交車。該車自身的質量為1（）3滿載乘客40人。該公交車發(fā)動機的輸出功

率為150kW,最高車速為72km/h。（g取10N/kg）

⑴若該公交車滿載乘客，每名乘客的質量為50kg,該公交車滿載時車輪與地面的總接觸面積為4008而。

該公交車滿載乘客靜止在水平地面上時對地面的壓強是多少？

（2）若該公交車以最高車速勻速直線行駛，則該公交車所受的阻力是多少？

⑶若發(fā)動機的工作效率為30%,則（2）中該公交車5min內消耗天然氣的體積是多少？（天然氣的熱值為

4xlO7J/m3）

【答案】（l）3xia5Pa

（2）7.5X103N

⑶3.75m，

【詳解】（1）該公交車滿載時的總質量：恤=〃%+〃?人=10000kg+40x50kg=1.2xl0“kg

該公交車滿載時對水平地面的壓力：F=G=w^=1.2xl04kgxl0N/kg=1.2xl05N

該公交車滿載時對水平地面的壓強：P=-=L2-1（）^=3xlO5Pa。

SOOOxlO^m2

wFs

（2）該公交車勻速行駛時，發(fā)動機的輸出功率：P=-y=y=Fv

已知輸出功率P=150kW=150000W,最高車速y=72km/h=20m/s

該公交車所受的阻力：/=F=￡==7.5X103,

v20m/s

（3）發(fā)動機在5min內輸出的機械功：W=Pr=150000Wx5x63s=4.5xlO7J

w4Sx1071

天然氣完全燃燒放出的熱量：。、=一二=L5xl（）xj

rj:J二U%

消耗天然氣的體積：丫=絲1：：1。町3.75m，。

q4x10J/m

24.小明家購置了一輛新能源轎車。假期，全家駕車從泗水到濟南游玩，愛鉆研的小明收集了下表所示的

相關數據，轎車在高速公路上勻速仃駛9()km所用的時間為lh。

轎車的質量/kg1050

車輪與地面接觸的總面積/n?C.15

泗水到濟南的距離/km170

行駛20km消耗的天然氣/n?2

勻速行駛時的牽引力/N2000

⑴求轎車(空載)停放在水平地面時對地面的壓強。(g取10N/kg)

(2)求轎車在lh內牽引力做功的功率。

⑶已知該轎車所用的天然氣的熱道是4.0x10?J/m，則從泗水到濟南轎車發(fā)動機的效率是多少？

【答案】⑴7xlO,Pa

(2)50kW

(3)50%

【詳解】(1)轎車(空載)對水平地面的壓力＜=G=mg=1050kgxl0N/kg=1.05xl()4N

轎車(空載)對水平地面的壓強尸=￡=L°5、」)：N=7xl0，a

S0.15m2

(2)轎車牽引力所做的功Wn/VuZOOONxgxKrmTSxKn

轎車牽引力做功的功率尸=肥="業(yè)U.=5xl(rw=50kW

t3600s

170

(3)根據表中數據可知，從泗水到濟南消耗的天然氣的體積丫=2乂56]以=]71-

消耗的天然氣完全燃燒放出的熱量。放=%=17皿3、4.0、10700?=6.8乂10\1

牽引力所做的功W'=￡"'=2000Nxl.7xl05m=3.4xl08J

34xI

轎車發(fā)動機的效率〃=kX100%=k^7xl°°%=50%

Q瓜6.8x10J

25.氫燃料電池汽車是利用氫與氧發(fā)生化學反應產生電能，供給電動機而驅動汽車行駛的。如圖所示，該

類型汽車中在平直公路L從A地出發(fā)，以90km/h的速度行駛lh到達B地，消耗0.8kg氫燃料，所產生電

能的80%用于維持汽車勻速行駛，所受阻力為1000N。已知每加注1kg氫燃料所需的費用為30元。(請寫

出計算推理過程)

甲車TOkm/h甲車

A地B地

⑴求此過程中產生的電能。

⑵燃油汽年乙也在該公路上從A地出發(fā)，以90km/h的速度勻速行駛.所受阻力與甲年相同，汽油在汽缸

內完全燃燒，且燃燒所釋放熱量的30%用來維持汽車勻速行駛，汽油熱值＜7=5x10'J/kg,已知每加注1kg

汽油所需的費用為12元。則在與甲車花費相同燃料費用的情況下：

①求乙車消耗的汽油完全燃燒所放出的熱量.

②請判斷乙車能否到達B地。

【答案】⑴1.125xl()8j；

(2)0lxl08J;②乙車不能到達B地。

【詳解】(1)汽車行駛的路程為s=vt=90km/hxlh=90km=9xl04m

汽車做勻速直線運動，牽引力和阻力是一對平衡力，故牽引力大小為F=f=1000N

汽車牽引力做的功為W=Fxs=l(XX)Nx9xl04m=9.()xIO'J

7

已知有80%的電能用于維持汽車勻速行駛，此過程中產生的電能于小上W=9;0二x1〉0」1=1.125x1()、J

(2)氫燃料汽車甲消耗0.8kg氫,每kg氫費用30元，總費用0.8kgx30元/kg=24元

燃油汽車乙花費相同燃料費用24元，則其汽油質量〃?尸24?7E=2kg

12兀/kg

汽油完全燃燒放出的總熱量Q=mq=2kgx5xlO7J/kg=1.0x10sJ

已知僅30%的熱量用于維持汽車勻速行駛，故實際可用做功為W'=〃'Q=30%xlxl()Kj=3xl07j

遠小于克服相同阻力所需的9.0X1()7J,故乙車不能到達B地。

26.(24-25九年級上?陜西漢中?期中)氫燃料具有清潔無污染、效率高等優(yōu)點。國家發(fā)改委、國家能源局

聯(lián)合印發(fā)《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃2021-2035年》。明確氫能是未來國家能源體系的重要組成部分。2024

年4月，據中國石化消息，兩輛以氫為燃料的汽車，實現了北京到上海1500km長距離運輸測試，這是中

國氫能車輛首次大范圍、長距離、跨區(qū)域的實際運輸測試。某氫燃料電池大巴車如圖所示。

s

[cK=4.2x10'J/(kg,℃),“履=1.4xlOJ/kg]

⑴質量為0.6kg的氫燃料完全燃燒放出的熱量為多少？

⑵若這些熱量全部被質量為400kg、溫度為65℃的水吸收，能使水的溫度升高多少？(在1標準大氣壓下)

(3)0.6kg氫燃料可供該型號氫燃料電池大巴車以140kW的恒定功率勻速行駛3(X)s,則該氫燃料電池大巴

車的效率為多少？

【答案】⑴8.4x107」

(2)350

(3)50%

87

【詳解】(1)質最為0.6kg的氫燃料完全燃燒放出的熱量為Q瀘m5rqs=0.6kgxl.4xl0J/kg=8.4xl0J

(2)水吸收的熱量為Q聲Q祈8.4x10，

水升高的溫度為*志瑞黑訴二5?！?/p>

根據上述計算結果得到水的末溫為f=fo+At=650+5O0=1150>lOOPl

而標準大氣壓下水的沸點為100團，所以水的末溫為100(3,水升高的溫度為△"10046513=350

(3)該氫燃料電池大巴車消耗0.6kg氫燃料輸出的有用功為W=Pt=140xl03Wx300s=4.2xl07J

u/42x107J

該氫燃料電池大巴車的效率為〃=或的/2方寸仙％"。％

七.熱水器的效率計算(5題)

27.(25-26九年級上?廣西南寧?開學考試)小明家用天然氣做飯時,將一壺質量為1.5kg的水由20團燒至1000

時，消耗了天然氣0.02m3,己知水的比熱容為4.2x103“(kg.囹)，天然氣的熱值為3.6xl()7j/m3,求：

⑴壺中水吸收的熱量；

⑵天然氣完全燃燒放出的熱量；

⑶用天然氣燒水時的效率。

【答案】(1)5.04x105」

⑵7.2x105j

(3)70%

【詳解】(1)質量為1.5kg的水由200燒至1000時吸收的熱量為

&=。水/珠4=4.2x1O'J/(kg℃)xl.5kgx(l00℃-20℃)=5.O4xlD5J

(2)0.02m3的天然氣完仝燃燒放出的熱量為0^-V^-O.O2m3x3.6xlO7J/m3-7.2xlO5J

(3)用天然氣燒水時的效率為〃=/幻00%=若需、100%=70%

28.如圖所示是一個容積為100L的太陽能熱水器，每平方米面積上lh得到太陽輻射的能量平均為2.5x10'」。

某次給太陽能熱水器加滿水，讓其工作一段時間后，水溫由20團上升到500。已知熱水器上集熱管接收太

陽能的有效面積為4nf，水吸收太陽能的效率為50%,水的比熱容為4.2xlO；J/(kg「C),水的密度為

1.0xl0?kg/m\求：

⑴水吸收的熱量；

(2)集熱管工作的時長；

⑶己知某天然氣灶的效率為50%.使用太陽能熱水器把同樣一箱水加熱到相同的溫度可以節(jié)約天然氣的體

積，(不計能量損耗，已知天然氣的熱值“=4.0xl0，J/n?)

【答案】⑴1.26x10,J

(2)2.52h

⑶0.63m，

【詳解】(1)水的質量為"?水=0以=以10%8/1「1100乂10，/=1001§

則水吸收的熱量。及=c水6水A/=4.2xIO3J/(kg.℃)xl(X)kgx(50℃-20℃)=1.26xlO7J

(2)得到太陽輻射的能量為石=4=空答2=2.52xl()7j

7;50%

75?x107

每平方米面積上lh得到太陽輻射的能量平均為2.5xl()6j,則集熱管工作的時長f=，222\h=Z52h

4x2.5xI06

(3)天然氣完全燃燒放出的熱量為Q放=.」2鬻'=2.52x10?J

f]50/o

則可以節(jié)約天然氣的體積力然氣="==0.63m5

q4.0x10J/m

29.某同學隨家人戶外露營時用酒精爐給10kg的水加熱，同時他繪制了如圖所示的加熱過程中水溫隨時間

變化的圖線。若在6min內完全燃燒了2kg的酒精，水的比熱容為4.2xl(yj/(kg?℃),酒精的熱值約為

7

3xl0J/kgo求：

[溫度胤

i80[/....r.......T

20LLLL__.

0246時間/min

⑴酒精完全燃燒產生的熱量；

(2)經過6min時間加熱，水所吸收的熱量；

⑶酒精爐燒水時的熱效率；

⑷若改用煤氣來加熱這些水，需要完全燃燒煤氣的質量。(煤氣的熱值為4.2xl(yj/kg,假設煤氣燃燒放出

的熱量全部被水吸收)

【答案】(l)6xl()7j

(2)2.52X106J

(3)4.2%

(4)0.06kg

【詳解】(1)酒精完全燃燒產生的熱顯Q族=叫^酒精nZkgxBxKfj/kgnGxlO’J

(2)由圖像可知，經過6min時間加熱，水的溫度從20團升高到80S),則水所吸收的熱量

,6

=^//2zK(r-/0)=4(Bcgia8a(kgW)x2.陽1GCJ-℃)=x

(3)酒精爐燒水時的熱效率〃=生=專與粵xl00%=4.2%

Q放6x10J

2

（4）改用煤氣來加熱這些水，'需要完全燃燒煤氣的質量為松氣=義―2—二；"胃?=（K）6kg

30.（2025?福建廈門?模擬預測）某物理興趣小組的同學,用天然氣給10kg的水加熱,同時繪制了如圖所

示的加熱過程中水溫隨時間變化的圖線，若在6min內完全燃燒了0.12kg的天然氣（每分鐘放熱相同）。水

的比熱容為4.2xl03j/（kg.C）,天然氣的熱值為5x107j/kg。

⑴完全燃燒012kg天然氣釋放的熱量為多少？

（2）“0~2min〃水吸收的熱量為多少？

⑶在燒水過程中，“（）~2min〃、"2~4min〃、“4?6min"請判斷哪個時間段熱效率最高？最高熱效率為多

少？

【答案】⑴0~2min,6xlOftJ

（2）1.26X106J

（3）63%

【詳解】（1）因為大然氣的質量為啊;然氣=042kg,天然氣的熱值為夕天然氣=5xl0?J/kg,所以

天然氣完全燃燒釋放的熱量為?？喝?以然氣以然氣=012kgx5xl（）7j/kg=6xl06j

（2）由題意得，。?2min內水的溫度變化度數為△/=50℃—20℃=30℃,所以水吸收的熱量為

軟=。幺4=02x1014鯉？"D261（M℃=x6

（3）由題意可知，每分鐘放熱相同，所以在相等的時間段內，天然氣放出的熱量相等，而隨著水溫的不

斷升高，溫度變化越來越慢，故可判斷0~2min時間內，在吸收熱量相同的情況下，水升高口勺溫度最大,

熱效率最局；

0~2min內，水吸收的熱量為4=1.26x10，1，天然氣完全燃燒釋放的熱量為

。貿=:。完全=；X6X106J=2X1（）6J

JJ

故最高的熱效率為〃=/xI00%JK；JX100%=63%

八.競賽必刷（5題）

31.現有兩個使用同?種燃料的加熱器，用它們分別對甲、乙兩種不同的物質加熱。已知甲物質的比熱是

乙物質的2倍，甲物質的質量是乙物質的!，當甲物質升高的溫度是乙物質的;時（甲、乙物質的物態(tài)都

34

不發(fā)生改變），加熱甲物質所用燃料是加熱乙物質的則兩加熱器利用熱能的效率之比是（）

A.3:4B.1:1C.3:2D.2:1

【答案】B

13

【詳解】由題意可知，年=2c乙，網1=5%,△加二：AL，由。聲cm廓可得，甲、乙物質吸收的熱量之

比是

Q網二——二2%?1--4-=1

2乙吸c乙m乙乙c乙加乙加乙2

兩加熱器的燃料都相同，那么燃料的熱值是相同的，加熱甲物質所用燃料是加熱乙物質的g,也就是說甲、

乙兩物質消耗燃料的質量關系是網由可得，兩加熱器消耗燃料完全燃燒釋放的熱量之比

是

2?

Q放甲_qm1ft_呵?_2血乙_1

。放乙qm乙m乙m乙2

由熱機效率公式，7=舁乂100%可知道，兩加熱器利用熱能的效率之比是

Q儀

Qi嗖

"中_Q放甲.。颼x。?乙=。颼xQ權乙=_%—=n

n乙。乙.。成甲。乙吸Q乙吸Q成甲21

。放乙

兩加熱器利用熱能的效率之比是101O

故選Bo

32.下圖為四缸發(fā)動機工作原理：內燃機通過連桿把四個汽缸的活塞連在一根曲軸上，并使各汽缸的做功

過程錯開，在飛輪轉動的每半周里，都有一個汽缸在做功，其他三個汽缸分別在做吸氣、壓縮和排氣工作。

汽,

上止點

S、

活

::產下止點

（1）有一臺四缸發(fā)動機，其主要技術指標如表所示。其中排量等于四個汽缸工作容積的總和，汽缸工作

容積指活塞從上止點到下止點所掃過的容枳，又稱單缸排量，它取決于活塞的面枳和活塞上下運動的距離

（如沖程長）,轉速表示每分鐘曲軸或飛輪所轉的周數，單缸排品V=L,該發(fā)動機的做功

沖程每次做功J。

（2）在做功沖程里，燃氣對活塞所做的功可表示為W=p匕式中〃表示燃氣對活塞的壓強，則p=Pa0

【答案】0.7575010b

【詳解】（1）［1］由題意知，四個汽缸工作的總和3.0L,則單缸排量

V=-x3.0L=0.75L

4

⑵轉速為6000r/min,即100r/s,單缸四沖程內燃機每個工作循環(huán)曲軸轉兩周，做功一次，所以，單缸四

沖程內燃機1s內做功50次，4缸四沖程內燃機1s內做功200次。由/>=｝可得，發(fā)動機在1s內做功

lV=Pr=150xl03Wxls=1.5xl05J

則每次做功沖程做功

W1.5X105J

1W1Z.=-----=--------------=75OJ

'200200

（2）⑶燃氣對活塞所做的功可表示為W=pK則燃氣對活塞的壓強

W_750J

=10f,Pa

工-0.75x10=

33.汽油發(fā)動機工作時，汽油必須和吸進的空氣成適當的比列，才能形成可以有效燃燒的混合氣，這就是

空燃比（可燃混合氣體中空氣質量與燃油質量之比）?？杖急仁前l(fā)動機運轉時的一個重要參數，它對尾氣

排放、發(fā)動機的動力性和經濟性都有很大的影響。根據發(fā)動機的類型等因素，每種發(fā)動機的空燃比一般不

同，某汽缸總排量為2.0L的4缸發(fā)動機所需的空燃比14:1,混合燃氣的密度為1.35kg/m3,當發(fā)動機曲軸

每分鐘轉速為2600轉時，輸出功率為65kw。此時該發(fā)動機的效率是多少？（汽油的熱值為4.6xlO7J/kg）

【答案】36%

【分析】4缸發(fā)動機一個工作循環(huán)時，曲軸每轉2轉，共16個沖程，活塞上下往返8次，對外做功4次；

根據密度公式求出消耗的汽油質量；再利用熱值公式得到汽油完全燃燒釋放的熱量，根據功率的定義式得

到有用功，最后根據熱機效率公式得到答案。

【詳解】由題意知，四缸汽油發(fā)動機曲軸每轉2轉，各個汽缸均做功1次，所以1分鐘發(fā)動機做功次數1300

次，根據。=藍可得Imin內消耗的汽油質量

3-33

/n=—py=-Lxi.35kg/mx2.0x10m=0.234kg

則這些汽油完全燃燒釋放的熱晟

Q放-mq-O.23-1kgx/1.6xlO7J/kg-1.0764xlO7J

由夕=?可得發(fā)動機lmin做的有用功

=P/=65xl（X）0Wx60s=3.9xl06J

則該發(fā)動機的效率

答：此時該發(fā)動機的效率是36%,

34.如左圖所示，某家庭轎車的發(fā)動機為4缸四沖程汽油機，其中一個汽缸的相關參數如右圖所示（剖

面國)。汽缸活塞面的直徑為d(cm),連桿長度為/(cm),曲軸的中心與連桿連接點之間的距離為Mem),

滿負荷工作時，做功沖程燃氣的平均壓強為p(Pa),匕輪轉速為3600r/min,當汽油機滿負荷工作時(不

計摩擦)，經歷時間t(s)消耗的汽油質量為m(g),設汽油的熱值為q(J/kg)：求汽油機的效率。(若有

運算過程中題目未知但需要用到的物理后請預先設定)

【詳解】解：設做功沖程中燃氣對活塞平均壓力為F,因為p=5，所以

…s”上旖4高設做功沖程中活塞的行程為一個沖程燃氣對活塞做的功為此

W.=Fs=-P7t［-^\-2—=1x二設汽油機的功率為2由飛輪轉速為3600r/min可