透視與突破內(nèi)能考點

黃繼奎

內(nèi)能考查的重點：內(nèi)燃機的工作原理、熱值的理解及應用、利用能量守恒定律判斷能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移、有關(guān)熱量和熱效率的綜合計算。下面通過典例剖析，提煉解題方法，幫助同學們舉一反三、觸類旁通。

考點一：? ?內(nèi)燃機的工作原理

例1 如右圖所示是某單缸四沖程汽油機的 沖程，在此沖程中把 能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能;若該汽油機飛輪轉(zhuǎn)動的速度是3600 r/min，則汽油機每秒對外做功 次。

解析：由圖可知，汽油機的進氣門和排氣門關(guān)閉且活塞上行，因此該沖程是壓縮沖程。在壓縮沖程中，消耗了機械能，獲得了內(nèi)能，故能量轉(zhuǎn)化是機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。單缸四沖程汽油機每完成一個工作循環(huán)對外做功一次，飛輪轉(zhuǎn)2周。因為飛輪轉(zhuǎn)速是3600 r/min，則每秒鐘轉(zhuǎn)60圈，做功30次。

答案：壓縮 機械 30

解題技巧：（1）辨識沖程時，先觀察進氣門、排氣門的開、閉情況，再根據(jù)活塞上、下運行情況來判斷沖程。（2）沖程中能量轉(zhuǎn)化的判斷：要看消耗了什么能量，得到了什么能量，從而判斷能量的轉(zhuǎn)化。（3）根據(jù)飛輪轉(zhuǎn)速求做功次數(shù)：首先熟記做功和飛輪轉(zhuǎn)速的對應關(guān)系， 即每完成一個工作循環(huán)，飛輪轉(zhuǎn)兩周，對外做功一次。然后根據(jù)轉(zhuǎn)速求出t時間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)為n，則做功次數(shù)為n / 2。

考點二：? ?熱值的理解及應用

例2 長征二號運載火箭選用液態(tài)氫作燃料，主要是因為液態(tài)氫的 高;當液態(tài)氫燃燒一半后，剩余液態(tài)氫的熱值將 （選填“變大”“變小”或“不變”）。

解析：運載火箭采用液態(tài)氫作為火箭的燃料，原因是液態(tài)氫具有較高的熱值，完全燃燒相同質(zhì)量的氫，可以釋放出更多的熱量。熱值是燃料的特性，其大小與燃料的質(zhì)量無關(guān)，用掉一半后，液態(tài)氫的熱值不變。

答案：熱值 不變

解題技巧：熱值用來表示燃料在完全燃燒時放熱本領(lǐng)的大小，它反映了燃料的燃燒特性。熱值是物質(zhì)本身的一種特性，它只與物質(zhì)的種類有關(guān)，與燃料的質(zhì)量、體積、燃料燃燒的情況無關(guān)。

考點三：? ?能量的轉(zhuǎn)化和守恒

例3 某智能百葉窗的葉片上貼有太陽能板，在光照時發(fā)電，給電動機供電以調(diào)節(jié)百葉窗的開合。該過程中發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換是（ ）。

A. 電能→機械能→光能 B. 光能→機械能→電能

C. 光能→電能→機械能 D. 機械能→電能→光能

解析：太陽能板在光照時發(fā)電，即把太陽能轉(zhuǎn)化為電能;電能供給電動機轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)化為機械能，調(diào)節(jié)百葉窗的開合。所以，該過程中發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換是光能→電能→機械能。

答案：C

解題技巧：從能量的消耗和獲取兩個方面考慮：看消耗了什么形式的能，又獲得了何種形式的能，然后根據(jù)能量轉(zhuǎn)化（或轉(zhuǎn)移）的方向做出判斷。

考點四：? ?熱量和熱效率的綜合計算

例4 在“探究水沸騰時溫度變化的特點”實驗中，用酒精燈給燒杯中的水加熱，燒杯中盛有溫度為20℃、質(zhì)量為100 g的水，在一個標準大氣壓下加熱至沸騰，完全燃燒酒精3 g。[水的比熱容為4.2×103 J/（kg·℃），酒精的熱值為3.0×107 J/kg]

（1）求水吸收的熱量是多少？

（2）求此過程中酒精燈燒水的熱效率。

（3）已知1 g 100℃的水汽化成同溫度的水蒸氣需要吸收2.26×103 J的熱量。水開始沸騰后觀察沸騰現(xiàn)象，同時發(fā)現(xiàn)水的質(zhì)量減少了5 g，求此過程水汽化成水蒸氣所吸收的熱量。

解析：（1）一個標準大氣壓下水的沸點為100℃，即需將水加熱至100℃，水吸收的熱量：Q吸 = cm·（t - t0） = 4.2×103 J/（kg·℃）×0.1 kg×（100℃ - 20℃） = 3.36×104 J。

（2）3 g酒精完全燃燒釋放的熱量：Q放 = mq = 3×10-3 kg×3.0×107 J/kg = 9×104 J，

酒精燈燒水的熱效率：η = ×100% = ×100% ≈ 37.3%。

（3）1 g 100℃的水汽化成同溫度的水蒸氣需要吸收2.26×103 J的熱量，則5 g 100℃的水汽化成同溫度的水蒸氣需要吸收的熱量：Q = 5 g×2.26×103 J/g = 1.13×104 J。

答案：（1）3.36×104 J （2）37.3% （3）1.13×104 J

解題技巧：（1）對于公式η = ×100%，其中Q有為有效利用的熱量，Q總指總能量，要掌握熱效率的幾種類型：如果是用爐子給物體加熱，則Q總為燃料完全燃燒放出的熱量（Q總= mq），Q有為被加熱物體吸收的熱量;如果是太陽能熱水器，則Q總為攝入的太陽光總能量，Q有為水吸收的熱量;如果是用電熱器燒水，則Q總為電流做功放出的熱量，Q有為水吸收的熱量。（2）解題時注意文字敘述中溫度是“升高到”還是“升高了”，是“降低到”還是“降低了”，“升高了”和“降低了”對應的是溫度的改變量即Δt，而“升高到”和“降低到”對應的是物體的末溫。