专题17 内能的利用（方法与技巧）（原卷版）

专题17 内能的应用 一．汽油机和柴油机有何异同？ 二．如何识别汽油机的冲程？ 【解题技巧】首先要熟悉汽油机的主要结构以及做功冲程和压缩冲程中能量的转化。辨别冲程时，要抓住 四个冲程中的工作特点：进气门、排气门的开、闭情况以及活塞上、下运行情况。另外还要把握住吸气冲 程、做功冲程和排气冲程的显著特点：做功冲程中的显著特点是火花塞产生电火花；吸气冲程和排气冲程 有吸入物质和排出废气的箭头标识。 【典例剖析】如图所示，图、B、、D 是四冲程汽油机的工作示意图。D 图是_______冲程，图E、F 是演示 实验的示意图，与D 图原理相同的是_______图所示的演示实验（选填字母）。 ． B． ． 汽油机 柴油机 不 同 点 构造（汽缸顶部） 火花塞 喷油嘴 吸气冲程（吸入物质） 汽油与空气 空气 点燃方式 点燃式 压燃式 效率 低 高 应用 小型汽车、摩托车 载重汽车、大型 拖拉机 相同点：①吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，而做功冲程是内燃机中 唯一对外做功的冲程。②做功冲程将内能转化为机械能。压缩冲程将机械能转化为内能。③每完 成一个工作循环，曲轴和飞轮转动2 周，活塞往复2 次，对外做功1 次。 D． E． F． 拓展：通过曲轴的转动方向和转动位置是否通过汽缸最低点也可以间接判断活塞运行方向。如甲图，曲轴 沿顺时针转动，转动位置已过最低点，表明曲轴带动连杆使活塞向下运动。而乙图，曲轴位置没过汽缸最 低点，此时，曲轴带动连杆只能使活塞向上运动。 三、如何解答有关能量的相互转化问题？ 【解题技巧】自然界中各种形式的能量不能孤立的，不同形式的能量会发生相互转化，能量也会在不同的 物体间相互转移．能量转化是个普遍现象，自然界中物质运动形式的变化总伴随着能量的相互转化． 解答此类问题的关键是明确消耗了什么形式的能，而最终获得了什么形式的能。 【典例剖析】 1．下列有关能量转换的说法正确的是（ ） ．煤燃烧是化学能转化为热能的过程 B．化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能 ．动物体内葡萄糖被氧化成2是热能转变成化学能的过程 D．植物通过光合作用将2转化为葡萄糖是太阳能转变成热能的过程 2．火箭以液态氢做燃料主要原因是氢的______高，氢燃料燃烧将燃料的______能转化为______能，转化 为火箭的______能，使火箭不断上升，速度越来越大。 四．如何计算能量转化型热量计算题？ 【解题技巧】 【备注】无论是能量的转移型，还是能量的转化型，若无能量损失，则 Q 吸=Q 放=E 太=电（机） 若有能量的损失 Q 吸=ηQ 放=ηE 太=η 电（机） 上式中的η 为转移或转化的效率。 【典例剖析】 1．我国自主研制的某型新一代战斗机，它具备超音速巡航、电磁隐身、超机动性、超视距攻击等优异性 能，该飞机最大起飞质量为Mt，最大飞行高度为m，最大航行速度达3 马赫[马赫（M）是表示航空航天 飞行器速度的量词，又叫马赫数（Mumber），1M=v 声m/s]，油箱最大容积为V0L，若飞机巡航时做匀速直 线运动，巡航时所受阻力的大小与速度的关系见下表： 速度 v/（m·s-1） 100 200 300 400 500 阻力f/ 03×104 12×104 27×104 48×104 75×104 已知飞机发动机燃油完全燃烧放出的能量转化为机械能的效率是 ，飞机使用的航空燃油的密度为 ρ0kg/m3，热值为q0/kg，求： (1)飞机发动机完全燃烧一满油箱燃油获得的能量是多少焦？ (2)当飞机以最大航行速度巡航时，飞机发动机的输出功率是多少千瓦？ (3)若在飞机油箱中加满燃油，并且以最大航行速度巡航时，飞机的最大航程约是多少千米？（温馨提示： 在推导计算过程中需要的物理量，请提前设定） 2．一个天气晴朗的正午，阳光直射，小明同学利用实验粗略测定太阳的辐射功率．他取一个截面积 s=3×10-2m2的薄壁金属圆筒竖直在水平地面上，向筒内注入质量m=06kg 的凉水，在阳光下照射2m 后，水 的温度上升了1℃ （1）求水吸收的热量Q 吸____=42×103/ (kg· )] ℃ （2）计算在阳光直射下，地球表面1m2的面积上1s 内获得的太阳能___ （3）已知日地距离约为r=15×1011m，照射到大气顶层的太阳能只有约40%到达地面，请你估算太阳的辐 射功率 ____(半径为r 的球其表面积为4πr2) 3．太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之一．某品牌太阳能热水器每小时平均接收42×106的太阳 能，在5 小时的有效照射时间内，将热水器中质量为100kg、初温为26℃的水，温度升高到46℃．求： (1)热水器中的水吸收的热量Q 吸；[水的比热容＝42×103/(kg· )] ℃ (2)热水器5 小时有效照射时间内接收到的太阳能E； (3)热水器5 小时有效照射时间内接收到的太阳能，相当于完全燃烧多少天然气放出的热量？(天然气的热值 q＝42×107/m3) 4．如图甲所示为探究“冰的熔化特点”的实验装置 时间t 0 05 1 15 ---- 温度/℃ （1）图乙中读数方法正确的是______（填序号），温度计的示数是______℃； （2）如表所示为小明设计的数据记录表格，请你帮小明完善表格设计，补全所缺内容______； （3）如图丙所示为冰熔化时温度与时间关系的图像，由图可知，冰属于______（晶体/非晶体）； （4）除了如图甲所示的实验器材外，本实验还需要的测量器材是______； （5）为了更好地完成实验，冰块要______（大/小）些，烧杯中的水选用______（开水/温水）； （6）将试管放入装有热水的烧杯中加热的优点是______而且冰的温度升高较______（快/慢），便于记录 各个时刻的温度，同时观察试管中冰的______变化； （7）试管中的冰完全熔化后，若持续加热，烧杯中的水沸腾时，试管中的液体______（会/不会）沸腾； （8）实验中，内能从温水传递给冰，却不会反过来传递，说明能量的转移具有______性； （9）如果用该装置来探究烛蜡的熔化特点，需要改进的是______。 五．如何解答与内燃机做功冲程有关的综合计算题？ 【解题技巧】此类型题综合考查压强公式、做功公式、燃料完全燃烧释放热量公式、效率公式的应 用，难度大。思路如下： （1）首先，根据燃气的平均压强p 和活塞的面积S，利用F=pS 可求出做功冲程中燃气对活塞的平 均压力； （2）其次，根据活塞在气缸中移动的距离，利用=Fs 可求出一个做功冲程燃气对活塞做的功，根据 飞轮（曲轴）每转两圈对外做功一次，计算出飞轮转动周对外做功的次数，从而可求出燃气对活塞 做的总功总=。 （3）最后根据消耗汽油的质量，利用Q 放=mq 可求出汽油完全燃烧释放的热量，再根据 求出该汽油机的效率。 【典例剖析】 1．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）该插秧机使用四冲程汽油机，图乙中汽油机处于_____冲程。如果该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽 油机每分钟对外做功_____次； （2）某段时间插秧机消耗汽油021kg，汽油完全燃烧是把_______能转化为内能；若这些热量完全被40kg 初温45℃的水吸收，则在标准气压下水温升高_____ [ ℃q 汽油＝46×107/kg，水＝42×103/（kg•℃）]。