1、专项二热学重难点06内能的利用【知识梳理】1.利用内能的两种方式：加热；做功。2.单杠四冲程内燃机的四个冲程冲程名称进气门排气门能量转化能量来源备注吸取冲程开闭飞轮转动的惯性1个工作循环，飞轮转动2周，经历4个冲程，对外做功1次。压缩冲程闭闭机械能转化为内能飞轮转动的惯性做功冲程闭闭内能转化为机械能燃料燃烧释放的内能排气冲程闭开飞轮转动的惯性3.汽油机与柴油机的区别比较项目结构点火方式吸气冲程吸入的物质燃料热机效率应用汽油机顶部有火花塞点燃式空气和汽油汽油26-40%轿车等较轻便的机械柴油机顶部有喷油嘴压燃式空气柴油34-45%轮船等较笨重的机械4.热机效率：热机所做的有用功与所用燃料完全燃烧
2、释放的热量之比。其值一定小于1。公式：=100%。一般用W=Fs或者W=Pt计算有用功；用Q放=mq计算Q放。提高热机效率的一些途径：让燃料燃烧更充分；减轻热机的质量；较少热机各部件之间的摩擦；废气再利用等。5.热机与环保：热机在使用过程中带来的环境污染主要是大气污染（燃烧汽油、柴油产生的大量氮氧化物，碳氧化物和铅）、排放的二氧化碳产生的温室效应、粉尘、噪声等。解决问题的方向：研究开发低能耗、少污染的热机；控制、减少污染。【易混淆点】1.压缩冲程与做功冲程的能量转化：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.吸气冲程中汽油机吸入的是空气和汽油；柴油机吸入的是空气。3.已知转速，计
3、算做功次数：先求出单位时间内转过的圈数，然后根据做功冲程数=圈数/2；冲程数=圈数2进行计算。【典例分析】【例1】（2020巴中6）下图是汽油机一个工作循环的四个冲程，不是靠飞轮惯性完成的冲程是（ ）A. B. C. D. 【答案】B【分析】在汽油机的四个冲程中只有做功冲程对外做功，其它三个冲程都是靠飞轮的惯性完成的。A图中排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，排气冲程，A错。B图中两气门都关闭，活塞向下运行，火花塞点火，气缸容积增大，做功冲程，B正确。C图中两气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，压缩冲程，C错。D图中进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，吸气冲程，D错。选B。【思路小
4、结】判断单杠四冲程汽油机的冲程。解题方法：熟记1表。观察进气门和排气门的开闭情况，进气门开是吸气冲程；排气门开是排气冲程。观察火花塞：若两门都关闭，火花塞点火的是做功冲程，没有则是压缩冲程。【例2】（2020广元13）汽油机工作时将燃料燃烧时产生的能转化为能，一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是4800r/min，该汽油机每秒对外做功次。【答案】内机械40【分析】汽油机工作时将燃料燃烧时产生的内能转化为机械能。由题意可知：单缸四冲程汽油机的飞轮转速是4800r/min，即80r/s，完成160个冲程，4个冲程对外做功一次，所以对外做功40次。【思路小结】根据转速，计算冲程或者做功次数，解题方法：牢
5、记1个工作循环，飞轮转动2周，经历4个冲程，对外做功1次。【真题操练】1.（2020南京7）如图是内燃机某冲程的工作示意图，四个事例中能量转化与之相同的是（）A. 瓶塞冲出 B搓手取暖C. 压缩气体 D. 钻木取火【答案】A【解析】根据图示可知：两个气门都关闭，活塞向下运动，因此该冲程为做功冲程，将内能转化为机械能。A试管内气体对瓶塞做功，气体的内能转化为瓶塞的机械能，A正确。B搓手取暖，克服摩擦力做功，把机械能转化为内能，内能增加，B错。C外界对筒内空气做功，空气的内能增大、温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧，此过程中机械能转化为内能，C错。D钻木取火过程中，克服摩擦力做功，机械能转
6、化为内能，内能增加，D错。选A。2.（2020衡阳8）如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是（）甲 乙 丙 丁A一个工作循环的正确顺序是：甲乙丙丁B乙图冲程能获得动力C丁图冲程有明显机械能转化为内能的过程D丙图冲程存在化学能转化为内能的过程【答案】C【解析】甲图中两个气阀都关闭，火花塞点火，做功冲程，将内能转化为机械能；乙图中进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程；丙图中排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程；丁图中两个气阀都关闭，活塞向上运动，压缩冲程，机械能转化为内能。A四个冲程的正确顺序是乙、丁、甲、丙，A错。B乙图为吸气冲程，做功冲程才能获得动力，B
7、错。C丁图为压缩冲程，该冲程中将机械能转化为内能，C正确。D丙图为排气冲程，在做功冲程中才存在化学能转化为内能的过程，D错。选C。3.（2019武汉）如图所示是四冲程汽油机的剖面图，关于其四个冲程的描述正确的是（）A吸气冲程中，汽油和空气的混合物进入汽缸B压缩冲程中，通过做功的方式使汽缸内气体的内能减小C做功冲程中，燃料释放的能量绝大部分转化为机械能D排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的极少部分【答案】A【解析】A.汽油机在吸气冲程中，吸入的是汽油和空气的混合物，A正确。B.在压缩冲程中是机械能转化为内能的过程，气缸内气体的温度升高，内能增大，B错。C.在做功冲程中，燃料燃烧释放的内能大部分
8、需要克服摩擦、发生热传递而散失，只有一少部分转化为机械能，C错。D.在排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的三分之一左右，不是极少部分，D错。选A。4.（2019常德）前不久，据河南南阳炒作很热的“水氢发动机”的宣传说，“水氢发动机”可以用水来制取氢气，从而为发动机提供高能燃料。中央电视台对此作了专题报道，认为目前的技术尚不成熟，所谓的“水氢发动机”要真正投入实用还有长的路要走。对此，下列分析不正确的是（ ）A氢气燃烧无污染是“水氢发动机”备受关注的原因之一B氢气是发动机的一种理想燃料，是因为氢气的热值大C“水氢发动机”是利用内能做功的机械D目前利用水制取氢气耗能高，因此“水氢发动机”的效率很
9、高【答案】D【解析】A.“水氢发动机”可以用水来制取氢气，将水分解成氢气和氧气，在给车辆提供动力的同时排放物是水，对环境无污染，无限循环，A正确。B.氢气的热值为1.4108J/m3，而且氢气燃烧生成水，对环境无污染，是发动机的一种理想燃料，B正确。C.“水氢发动机”是一种热机，将内能转化为机械能，C正确。D.水制取氢气目前的技术手段，对能源消耗高，转换效率很低，D错。选D。5.为缓解城市交通压力，近几年各大城市大力发展有轨交通，同时又在积极投建有轨电车，以取代部分用柴油机作动力的公交车关于电车和柴油车，下列说法不正确的是（ ）A.电车电动机工作时利用了磁场对电流的作用B.电车电动机能够将电能
10、全部转化为机械能C.一般情况下，电车电动机的效率比柴油机的效率高D.电车对环境的污染比柴油车对环境的污染小【答案】B【解析】A.电车电动机工作时利用了磁场对电流的作用，A正确。B.电车电动机能够将电能大部分转化为机械能，但也会产生一小部分内能，B错。C.一般情况下，电车电动机的能量损失较小，效率比柴油机的效率高，C正确。D.电车不存在尾气的排放、噪音小，所以对环境的污染比柴油车对坏境的污染小，D正确。选B。6.（2020巴中22）一台汽油机飞轮的转速为3600 r/min，在1s内汽油机对外做了次功。如果汽油机在一段时间内消耗了 0.5kg汽油，若这些汽油完全燃烧，可放出热量J。汽油机用水作冷
11、却液，是利用水的大的特点。（q汽油=4.6107J/kg）【答案】30 2.3107 比热容【解析】四冲程汽油机的飞轮转速为：3600r/min=60r/s，即在1s内飞轮转60r，汽油机完成了120个冲程，对外做功30次。这些汽油完全燃烧，可放出热量：Q=mq=0.5kg4.6107J/kg=2.3107J水比热容大，其他条件相同的情况下，可吸收更多的热量，冷却效果更好。7.（2020泰州20）如图甲所示的某品牌插秧机使用北斗导航，农民只需在作业前进行相关设定，即可实现24小时无人值守自动作业。(1)北斗导航卫星是通过_向插秧机发送位置信息的；(2)该插秧机使用四冲程汽油机，图乙中汽油机处于
12、_冲程。如果该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功_次；(3)汽油属于_（选填“清洁”或“非清洁”）能源，某段时间插秧机消耗汽油0.21kg，汽油完全燃烧放出的热量是_J；若这些热量完全被40kg初温15C的水吸收，则水温升高_C。q汽油=4.6107J/kg，c水=4.2103J/（kgC）【答案】 (1)电磁波 (2)压缩30 (3) 非清洁 9.66106J 57.5【解析】(1)电磁波可以在真空中传播，可以传递信息，北斗卫星导航系统在实现定位、导航和授时服务时，主要是利用电磁波传递信息的。(2)从图中可以看出，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为了内能。飞轮的转速是
13、60r/s，飞轮转动2圈完成一个冲程，所以1s汽油机每秒钟对外做次数是30次。(3)由于汽油燃烧后会产生污染大气的废气，所以汽油属于非清洁能源。汽油完全燃烧放出的热量：Q放=mq=0.21kg4.6107J/kg=9.66106J；由Q放=cmt得水温升高的温度为：t= = = 57.5。8.（2019扬州）如图所示是汽油机的冲程。在压缩冲程中，是通过方式增加燃气的内能。汽油机的转速为3 000 r/min，则1 s内汽油机对外做功次。【答案】做功 做功 25【解析】进气口、出气口关闭，活塞向下，为做功冲程；压缩冲程时通过做功的方式增加其他内能；3 000 r/min=3000r/60s=50
14、r/s，一个工作循环有4冲程，飞轮转2转，对外做功1次，这里1s内转了50转，所以经历了50/2=25个工作循环，多外做功25次。9.（2019苏州）如图所示，在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小团干燥的棉花，用力将活塞迅速下压，棉花被点燃，此过程的能量转化方式与汽油机的冲程相同；某效率为25%的汽油机在一次工作中消耗了体4 kg汽油，该汽油机对外做的机械功为（汽油热值为4.6107 J/kg）。【答案】压缩 4.6107J【简析】用力将活塞迅速向下压，棉絮燃烧起来，机械能转化为空气的内能，与内燃机的压缩冲程相似；汽油完全燃烧放出的热量：Q放=mq=4 kg4.6107 J/kg=1.84108
15、J；机械功w=Q放=25%1.84108 J=4.6107 J。10.某家用轿车，重1.5104N,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。求在此过程中：（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。（q油=4.6107J/kg）【答案】（1）36km （2）2.4104W （3）31.3%【解析】（1）车通过的路程：S=Vt=72km/h0.5h=36km。（2）因为汽车匀速直线行驶，所以牵引力与阻力相等。F=f=0.08G=0.081.5104N=1.2103N。牵引力做功的功率：P=FV=1.2103N20m/s=2.4104W。（3）牵引力所做的功：W=FS=1.2103N3.6104m=4.32107J；汽油完全燃烧放出的热量：Q放=mq油=3kg4.6107J/kg=1.38108J；汽车发动机的效率：= 100% = 100% 31.3%。
