专题06 热机和能源的利用（原卷版）

专题07 热机和能源的利用（原卷版） 【内容播报】 特别说明：典例是2023 年的中考真题，即时检测是最新的全国各地的模拟题，好题冲关是 2022 年的期末考试题和2023 年的模拟考试题和2023 年的中考真题中经过多次筛选。知识点 以挖空的形式设计，便于学生提前预习，考点通过方法总结，知识加工，便于学生理解和记 忆，好题冲关分层设计，针对于不同的学生。 知识点 考点 好题冲关 热机 内燃机的工作过程（2 例题+4 即时检测） 基础过关（21） 热值 燃烧放热的计算（2 例题+4 即时检测） 能力提升（22） 能量的转换与守恒 能源的概念及分类（1 例题+3 即时检测） 真题感悟（12 题） 能源的分类 能源与可持续发展（1 例题+3 即时检测） 1. 了解热机的分类和工作原理； 2. 掌握汽油机和柴油机的工作过程，并区分柴油机和汽油机的异同点； 3. 了解燃料的热值，并掌握燃烧放热的计算； 4 . 掌握热机效率的计算； 5. 掌握能量的转化与守恒，并掌握能源的不同分类形式； 知识点1：热机 1. 热机 （1）定义：把______能转化为______能的机器； （2）原理： ； （3）种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等； 2 内燃机 （1）定义：燃料在气缸内燃烧产生动力的热机； （2）分类：汽油机和柴油机； （3）工作过程 ①每个工作循环分为四个冲程：_____冲程、______冲程、_____冲程和_____冲程； ②一个工作循环中只有_______冲程是靠燃气推动活塞做功，其他三个冲程是靠安装在曲轴上的飞轮 的_______来完成； ③压缩冲程中_______转化为______，在做功冲程中，______转化为_______； 知识点2：热值 1. 定义：燃料完全燃烧放出的热量Q 与燃料质量m 的_________，叫做这种燃料的热值； 2. 单位：_____________，符号是_____________； 3. 公式： ； 4. 理解 （1）酒精的热值是30×107 /kg，表示_____________________________； （2）热值是燃料本身的一种特性，它与燃料的________________有关，与燃料的质量、体积、是否完全 燃烧等没有关系； 【提示】对于气体燃料来说，热值q=Q/V，热值单位为“/m3” 3 热机效率 （1）定义：热机用来做____的那部分能量和燃料完全燃烧放出的热量之比； （2）公式： （3）能量流向 4 提高热机效率途径 （1）让燃料尽可能充分燃烧，如：将煤粒磨成煤粉、加大送风量等； （2）利用废气的能量； （3）机件间保持良好的润滑、减小摩擦 知识点3：能量的转化与守恒 1. 内容：能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式_______为其他形式，或者从一个物 体_________到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量______； 2 说明 （1）能量的转化和转移都是具有方向性的； （2）能的转化是通过物体做功来实现的，能的转化过程中，能量的形式发生了改变； （3）能的转移过程中能量的形式没有发生变化； 【提示】 能量守恒定律不同于机械能守恒定律所有的能量转化和转移过程，都遵循能量守恒定律，而机械能守 恒是有一定条件的 知识点4：能源的分类 分类标准 类型 定义 实例 是否要 加工 一次能源 可以_____从自然界获取的能源 风能、太阳能、核能、化石能源等 二次能源 无法从自然界直接获取，必须通 过一次能源的消耗才能得到的能 源 电能、汽油、酒精灯 可否再生 可再生 能源 可以从自然界源源____地得到的 能源 水能、风能、太阳能、生物质能等 不可再 生能源 在短期内不可能从自然界_______ ____的能源 核能、化石能源等 1. 核能 （1）定义：原子核________或________时释放的能量叫核能； （2）获得方式及应用 2. 太阳能 （1）来源：氢原子核在超高温下发生_______，释放出巨大的核能； （2）优点：取之不尽、用之不竭，环保无污染； （3）利用：间接利用：化石燃料； 直接利用： 【提示】 核电站的核心设备是核反应堆：控制链式反应的速度，使核能平缓地释放出来，便于利用 考点一 内燃机的工作过程 1. 热机：利用燃料燃烧获得内能，在利用内能做功的机械叫做热机，其能量转化是：化学能转化为内能转 化为机械能； 2. 汽油机和柴油机在吸气冲程吸入的物质不一样，汽油机吸入的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入的是 空气； 3. 压缩冲程：体积减小，温度升高，压强增大，机械能转化为内能； 4. 做功冲程：燃料燃烧，推动活塞运动，体积增大，对外做功，温度降低，压强减小，内能转化为机械能； 5. 一个完整的工作循环，活塞（曲轴或飞轮）往复运动二周，完成四个冲程，对外做功一次（1241）； 【典例1】（2023·淄博·中考真题）下列关于热和能的说法正确的是（ ） ．温度高的物体，内能不一定大 B．热传递过程中，传递的是温度 ．物体吸收热量，温度一定升高 D．内燃机工作时，压缩冲程将内能转化为机械能 【典例2】（2023·常州·中考真题）压缩空气动力车。 （1）小明将充满气的气球捆绑在小车上，制成压缩空气动力小车。当气球向右喷气时，静止的小车向左 运动起来，如图甲所示。该现象说明力的作用是 ；还说明力可以改变物体的 。 （2）为制造压缩空气动力汽车，工程师将装有压缩空气的钢瓶与空气动力发动机连接，该发动机的一个 工作循环分为进气冲程和排气冲程，如图乙所示。发动机对外做功的是 （进气/排气）冲程，此过程 中钢瓶内压缩空气的温度 。若该发动机的转速为 ，则 内发动机对外做功 次。汽车行 驶一段路程后，钢瓶内压缩空气的密度 。 【变式1】（2023·呼伦贝尔·模拟预测）如图为某汽车上四冲程汽油机的工作示意图，下列说法正确的是（ ） ．使汽车获得动力的冲程是丁 B．甲图冲程中能量转化是机械能转化为内能 ．在一个工作循环中，工作过程依次是乙、甲、丁、丙 D．飞轮转速3000r/m，则该汽油机1s 能做功25 次 【变式2】（多选）（2023·河池·一模）关于图所示的四个情景，下列说法正确的是（ ） ．图甲中的现象表明热的物体一定比冷的物体内能大 B．图乙中抽去玻璃板后，两瓶中的气体混合，这种现象表明气体分子是运动的 ．图丙是内燃机的做功冲程，机械能转化为内能 D．图丁，从加热到软木塞被推出，该过程的能量转化顺序为化学能 内能 机械能 —— —— 【变式3】（2023·银川·二模）如图甲所示，当塞子从试管口喷出时，管内水蒸气的内能 （选填 增 “ 大 减小 或 不变 ），水蒸气的内能转化成塞子的 ”“ ” “ ” 能。如图乙所示，在厚壁玻璃筒中放一小团 硝化棉，迅速向下压活塞，硝化棉就会燃烧起来，该能量转化与热机的 冲程的能量转化方式一致。 【变式4】（2023·鞍山·模拟预测）科幻大片《流浪地球》中地球为摆脱木星，主人公点燃了木星上的可燃 气体，从而将地球推离木星。在推离过程中能的转化方式，与四冲程内燃机的 冲程的能量转化方式相 同。若单缸四冲程汽油机飞轮转速为1200r/m，则1s 内完成 个冲程。汽油燃烧时将 能转化为内能。 考点二 燃烧放热的计算 1 . 燃烧放热的公式： ，在公式的选择时，看清热值q 的单位； 2 . 注意：热值是燃料的一种特征，只与物质的种类有关，与物质的多少无关； 3 . 目前为止，我们学过的密度（ρ）、比热容（）和热值（q）都是物质的一种特征，只与物质的种类有 关，与物质的多少无关。 【典例3】（2023·巴中·中考真题）小汽车是主要的交通工具，某品牌小汽车四冲程汽油机的转速为 2400r/m，则1s 内汽油机对外做功 次，当汽车在加油站加油时，司机能闻到很浓的汽油味，是 现 象。如果汽车在某段时间内消耗了210g 汽油，则汽油完全燃烧可放出热量 ，这些热量能让100kg 的 水温度升高 。（ ，不计热量损失） 【典例4】（2023·菏泽·中考真题）将质量为2kg、初始温度为25℃的一壶水加热到100℃，需要吸收 的热量，加热过程需要燃烧 的天然气，则天然气燃烧放出热量的 %被水吸收。[天然气的热值取 ，水的比热容为 ] 【变式1】（2023·楚雄·一模）周末，玲玲在家用燃气灶煮面条，燃气灶使用的天然气属于 （选填 一 “ 次 或 二次 ）能源；若天然气完全燃烧放出的热量 ” “ ” 50%被水吸收，在一标准大气压下，烧开质量为 4kg 初温为20℃的水需要 天然气。（水的比热容为 ，天然气的热值为 ） 【变式2】（2023·济宁·一模）已知水的比热容是42×103 /(kg⋅ ) ℃，天然气的热值是44×107/kg。用天然气灶 将一壶5kg 水从20℃加热到64℃时，水吸收的热量是 。若天然气灶燃烧放出热量的一半被水吸收， 则需要消耗 g 天然气。 【变式3】（2023·周口·三模）行驶在水平地面上的汽车，汽油机飞轮的转速为2400 r/m，在1s 内汽油机 完成 个冲程；已知某种汽油的热值是46×107 /kg，现有汽油002kg，完全燃烧其中的一半，汽油放出的 热量是 。 【变式4】（2023·东莞·二模） 低碳环保 是当今世界环境主题，天然气是一种低污染燃料，在我市已普 “ ” 遍使用。天然气属于 能源（选填 可再生 或 不可再生 ）。天然气热值为 “ ” “ ” ，完全燃烧 的天然气所释放的热量为 ，若这些能量 被水吸收，能使 kg 的水温度升高 。 考点三 热机效率的计算 1 . 热机效率是指热机用来做的有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出出的热量的比值； 2. 公式： 3 . 热机效率的高低是检验热机性能好坏的一个重要标志； 4 . 提高热机效率的方法 （1）让燃料尽可能充分燃烧，如：将煤粒磨成煤粉、加大送风量等； （2）利用废气的能量； （3）机件间保持良好的润滑、减小摩擦； 【典例5】（2023·呼和浩特·中考真题）小军同学周末和家人驾驶越野汽车去郊游，车和人的总质量为 24t，他们先在一段可近似看成水平直线的柏油路上匀速行驶50km，用时50m，消耗汽油5kg。假设此过 程汽车所受阻力恒为车和人总重的01 倍。然后他们又以相同功率，继续在一段可近似看成水直线的沙土路 上，以25km/的速度匀速行驶12m 后到达目的地。已知汽油的热值为 。求： （1）汽车在柏油路上匀速行驶时速度的大小； （2）汽车在柏油路上匀速行驶时的机械效率； （3）汽车在沙土路上匀速行驶时受到阻力的大小。 【变式1】（2023·宜昌·中考真题）近些年来，国家大力提倡开发各种绿色可再生能源，助力实现 碳达峰 “ 、 碳中和 的战略目标。如图所示是宜昌某风电场，总装机容量 ” 5×104k，年发电量9000 万度。问： （1）该风电场年发电时间可达多少小时？ （2）如果火电站的发电效率为40%，要得到相同的电能，每年需要多少吨煤？（煤的热值为30×107/kg） 【变式2】（2023·上饶·一模）随着国民经济的发展，汽车已走进普通家庭。一辆汽车以某一速度在平直路 面上耗时0125 匀速行驶10km，消耗汽油1L。已知汽车以该速度匀速行驶时受到的阻力为966，所用汽油 的热值为 ，密度为 。求： （1）汽车行驶的速度； （2）这些汽油完全燃烧放出的热量； （3）在这段路程中汽车的效率。 【变式3】（2023·阜新·模拟预测）一台24t 的压路机，它与水平路面的总接触面积为12m2，匀速行驶 100m，受到的阻力是车重的02 倍（g 取10/kg，柴油的热值q=43×107/kg）求： （1）压路机静止时对路面的压强时多少？ （2）压路机发动机做的功是多少？ （3）若柴油发动机的效率是40%，压路机通过这段路程需要完全燃烧多少千克柴油？（保留两位小数） 【变式4】（2023·无锡·一模）我市多措并举积极创建全国文明典范城市，意义深远。其中垃圾分类已成为 人们日常生活的一种时尚，把合理分类的垃圾利用起来可以变废为宝。如果1 吨垃圾可以榨出021 吨燃料 油，燃料油的热值为40×107/kg，水的比热容水＝42×103/(kg· ) ℃，求： （1）1 吨垃圾产生的燃料油完全燃烧释放出的热量为多少? （2）不计热量损失，1 吨垃圾产生的燃料油完全燃烧释放出的热量可以使质量为40×104kg、温度为20℃ 的水温度升高多少摄氏度? （3）若完全燃烧1×103kg 的垃圾产生的热量可发电500 k·，垃圾的热值是9×106/kg，则发电效率是多少? 考点四 能源的概念及分类 1. 能源的分类 （1）能否加工 （2）能否再生 2. 核能 （1）核聚变：制造氢弹（不可控） （2）核裂变：制造原子弹；核反应堆发电（人为可控） 3. 注意：核电站的核心设备是核反应堆：控制链式反应的速度，使核能平缓地释放出来，便于利用 【典例6】（2023·兴安盟·中考真题）关于能量和能源，下列说法正确的是（ ） ．电能是一次能源 B．太阳释放的能量是核裂变产生的 ．水力发电是将水的机械能转化为电能 D．煤、石油、天然气都是可再生能源 【变式1】（2022·株洲·一模）科普小组同学调研了我省不同的发电站，如图所示，其中利用不可再生能源 发电的是（ ） ． 太阳能发电站 B． 东山风力发电站 ． 永安燃煤发电站 D． 水口水力发电站 【变式2】（2023·上饶·一模）能源汽车走进千家万户。图示是新能源汽车的充电桩，充电电压都在220V 以上。下列说法正确的是（ ） ．这些充电桩之间都是串联在一起的 B．电属于二次能源 ．每个充电桩只需要装普通空气开关 D．万一充电桩起火，应该迅速浇水扑灭 【变式3】（2023·南阳·一模）关于信息、能源、材料的描述中，下列说法正确的是（ ） ．核电站是利用核裂变发电的 B．电饭锅的发热元件是由超导材料制成的 ．太阳能、石油、风能都属于可再生能源 D．光纤通信是靠光在光导纤维中发生多次折射来传递信息 考点五 能量与可持续发展 1. 能量的转换与守恒的理解 （1）能量的转化和转移都是具有方向性的，在转化和转移过程中，总量总是保存不变的； （2）能的转化是通过物体做功来实现的，能的转化过程中，能量的形式发生了改变； （3）能的转移过程中能量的形式没有发生变化； 【典例7】（2023·永州·中考真题）发展是人类永恒的主题，能源与社会发展关系密切。关于能源与可持续 发展，下列说法正确的是（ ） ．煤、石油属于可再生能源 B．太阳能电池可以将太阳能转化为电能 ．能量是守恒的，我们不需要节约能源 D．核电站是利用核聚变释放的能量进行发电 【变式1】（2022·天水·模拟预测）我国在城市建设和乡村振兴计划中，重视环境保护和新能源的利用。下 列说法中正确的是（ ） ．废旧电池可以随意丢弃 B．积极利用绿地和湖泊加快城市建设 ．太阳能是不可再生能源 D．太阳能既可以转化为内能，也可以转化为电能 【变式2】（2023·泸州·模拟预测）节约资源是我国的基本国策，下列关于节约资源说法正确的是（ ） ．虽然地球储水量大，但可利用的淡水在减少，所以要节约用水 B．平时家里无人时，应该断开电冰箱电源 ．太阳能取之不尽用之不竭，所以使用太阳能热水器不必节约 D．LED 灯功率小耗电少，所以无人时也可以不关 【变式3】（2023·菏泽·二模）关于信息、能源和环境的下列说法正确的是（ ） ．电能是一次能源，它便于输送和转化 B．原子弹是根据可以控制的核聚变工作的 ．北斗卫星定位系统是利用电磁波传递信息 D．为了保护环境，提倡减排，可不必提倡节能 一、选择题 1．下列属于可再生能源的是（ ） ．太阳能 B．可燃冰 ．石油 D．天然气 2．2022 年11 月12 日，我国在海南文昌航天发射场，用长征七号遥六运载火箭成功发射天舟五号货运飞 船，长征七号遥六运载火箭采用液氧煤油作为燃料，原因是煤油具有较高的（ ） ．比热容 B．热值 ．热量 D．内能 3．关于能源、信息与材料，下列说法错误的是（ ） ．风能、水能都是可再生能源 B．半导体二极管具有单向导电性 ．为降低电能的损耗，可利用超导材料制造电饭煲的电热丝 D．北斗卫星之间利用电磁波相互传递信息 4．如图是比较燃烧皿中两种燃料热值的实验装置。下列关于该实验的操作及分析正确的是（ ） ．两个燃烧皿中应分别装入种类不同、质量相同的燃料 B．实验时应控制烧杯中的液体升高的温度相同 ．实验时应控制燃料燃烧的时间相同 D．两只烧杯中应分别装入种类不同、质量相同的液体 5．"钻木取火"的发明来源于中国古代的神话传说，自有物理知识蕴含其中，如图所示。钻木取火时能量的 转化过程与热机的哪个工作冲程中的能量转化过程相似（ ） ．吸气冲程 B．压缩冲程 ．做功冲程 D．排气冲程 6．如图所示，在试管里注入少量的水，用软木塞塞紧管口，用酒精灯加热。一会试管里的水沸腾了，水 蒸气把软木塞向上冲起。下面解释正确的是（ ） ．管内水蒸气的内能减少，温度降低，在试管口变成白色的热空气 B．试管内水的内能增加是通过做功方式改变 ．酒精燃烧时是内能转化为化学能 D．这个过程与内燃机的做功冲程类似 7．龙骨水车是我国古代最著名的水利灌溉机械之一，如图所示。它可以利用人力或风力驱动水车，方便 地将低处的水移到高处。下列说法不正确的是（ ） ．风能是一种清洁能源 B．定量的水被水车提升到高处，水的重力势能增加 ．风力驱动水车叶片旋转，风能转化为叶片的势能 D．风力驱动水车把水送到高处，风能转化为水的重力势能 8．下列有关热机的说法中不正确的是（ ） ．汽油机在吸气冲程中，将汽油和空气混合物吸入汽缸 B．减少废气带走的大量热量可以大大提高热机效率 ．选用热值大的燃料可以提高热机的效率 D．热机是将内能转化为机械能的机器 9．2021 年10 月16 日0 时23 分，搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F 遥十三运载火箭，在酒泉卫星发 射中心准时成功发射升空，下列说法不正确的是（ ） ．起飞过程加速上升时，液态氢燃烧释放的内能转化为机械能 B．火箭发射升空与汽油机做功冲程的原理相同 ．火箭选用的燃料是液态氢，因为它的热值更大 D．长征二号F 火箭性能极佳，燃料利用率达100% 10．（多选）为实现国家关于 碳达峰 碳中和 目标，东风汽车集团研发了一款新型汽车。与某款汽 “ ”“ ” 车同样油耗和使用条件下，发动