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中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺
第十四章 內(nèi)能的利用
【考點(diǎn)1 汽油機(jī)與柴油機(jī)】
（一）汽油機(jī)
1.工作原理：利用氣缸內(nèi)汽油燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)鈦硗苿踊钊龉Γ瑢?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
2.構(gòu)造（1）主要結(jié)構(gòu)：如圖所示，汽油機(jī)的主體是氣缸。氣缸上部有進(jìn)氣門和排氣門，頂部有火花塞，下部有活塞，活塞通過連桿與曲軸相連。
（2）沖程：活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動時(shí)，從汽缸的一端運(yùn)動到另一端的過程，叫做一個(gè)沖程。
利用氣缸內(nèi)汽油燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)鈦硗苿踊钊龉Γ瑢?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
（3）試管實(shí)驗(yàn)與汽油機(jī)構(gòu)造比較：如上圖。
3.工作過程
（1）汽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。通過四個(gè)沖程的不斷循環(huán)來連續(xù)工作。
（2）每完成一個(gè)工作循環(huán)，曲軸和飛輪均轉(zhuǎn)動兩周，活塞往返兩次，對外做功一次。在四個(gè)沖程中，只有做功沖程對外做功，其他三個(gè)沖程是輔助沖程，要靠安裝在曲軸上的飛輪的慣性帶動活塞完成，周而復(fù)始，使汽油機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動。
（3）汽油機(jī)工作過程如下：
吸氣沖程 壓縮沖程 做功沖程 排氣沖程
1.吸氣沖程：進(jìn)氣門打開、排氣門關(guān)閉。靠慣性運(yùn)動，吸進(jìn)汽油與空氣的混合物 2.壓縮沖程：進(jìn)氣門關(guān)閉、排氣門關(guān)閉。外界對氣體做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，氣體溫度升高
3.做功沖程：進(jìn)氣門關(guān)閉、排氣門關(guān)閉。化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，氣體溫度升高，氣體對外做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 4.排氣沖程：進(jìn)氣門關(guān)閉、排氣門打開。靠慣性運(yùn)動，排出廢氣
（二）柴油機(jī)
1.工作原理：利用柴油在氣缸內(nèi)燃燒所產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)鈦硗苿踊钊龉Γ瑢?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
2.構(gòu)造：柴油機(jī)構(gòu)造和汽油機(jī)構(gòu)造相似，所不同的是柴油機(jī)氣缸頂部沒有火花塞，而有一個(gè)噴油嘴。
3.工作過程：柴油機(jī)與汽油機(jī)工作過程大致相同，也是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程構(gòu)成一個(gè)工作循環(huán)，在一個(gè)工作循環(huán)中，曲軸連續(xù)轉(zhuǎn)動兩周，活塞往復(fù)兩次，對外做功一次。見下表：
1.吸氣沖程：進(jìn)氣門打開、排氣門關(guān)閉。活塞向下運(yùn)動，吸入空氣 2.壓縮沖程：進(jìn)氣門關(guān)閉、排氣門關(guān)閉。活塞向上運(yùn)動，壓縮空氣，氣體溫度升高，超過柴油燃點(diǎn)
3.壓縮沖程：進(jìn)氣門和排氣門關(guān)閉。噴油嘴噴出霧狀柴油，遇到熱空氣立即猛烈燃燒，差高溫高壓氣體，推動活塞向下運(yùn)動 4.排氣沖程：進(jìn)氣門關(guān)閉、排氣門打開。活塞向上運(yùn)動，排出廢氣
4.汽油機(jī)與柴油機(jī)的異同
相同點(diǎn)：（1）基本構(gòu)造和主要部件作用相似。
（2）每個(gè)工作循環(huán)都一樣，有吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程組成。
（3）四個(gè)沖程中，只有做功沖程對外做功，其余三個(gè)沖程靠飛輪慣性完成。
（4）一個(gè)工作循環(huán)中，活塞往復(fù)兩次，曲軸轉(zhuǎn)動兩圈，飛輪轉(zhuǎn)兩圈，做功一次。
不同點(diǎn)：（1）構(gòu)造不同：汽油機(jī)汽缸頂部有火花塞，而柴油機(jī)汽缸頂部有噴油嘴。
（2）燃料不同：汽油機(jī)燃燒汽油，而柴油機(jī)燃燒柴油。
（3）吸氣沖程不同：汽油機(jī)吸進(jìn)汽油和空氣和燃料混合物，柴油機(jī)只吸進(jìn)空氣。
（4）點(diǎn)火方式不同：汽油機(jī)屬點(diǎn)燃式點(diǎn)火，柴油機(jī)屬壓燃式點(diǎn)火。
【考點(diǎn)2 燃料的熱值】
1.燃料
（1）燃料的種類
燃料是指可燃燒的物質(zhì)，根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)，燃料可分為不同的種類，最常見的是按其物理狀態(tài)分類。
（2）燃料燃燒時(shí)能量轉(zhuǎn)化：燃料在燃燒時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
2.燃料的熱值
燃料種類很多，由于其燃燒成分不同，相同質(zhì)量的不同燃料完全燃燒時(shí)放出的熱量不同，在物理學(xué)上用“熱值”來表示燃料燃燒的放熱本領(lǐng)。
（1）熱值：某種燃料完全燃燒放出的熱量，與其質(zhì)量的比值叫這種燃料的熱值；用“q”表示；
（2）熱值單位：J/kg。
（3）熱值的物理意義
①1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量就等于該燃料的熱值；
②熱值反映的是某種物質(zhì)的一種燃燒特性，同時(shí)反映出不同燃料燃燒過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能的本領(lǐng)大小；也就是說，它是燃料本身的一種特性，只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積等均無關(guān)。
（4）燃料燃燒放出的熱量：熱量：Q放 ＝qm；（Q放 是燃料放出的熱量，單位是J；q是熱值，單位是J/kg；m 是質(zhì)量，單位是kg）
3.熱機(jī)的效率
（1）燃料的有效利用：用煤氣灶、鍋爐、煤爐等燒水時(shí)，燃料不能完全燃燒利用，具體原因是多樣的。如圖所示：
（2）內(nèi)燃機(jī)中熱量燃燒的能量流向圖
（3）熱機(jī)效率：
①定義：用來做有用功的熱量與燃料完全燃燒放出的熱量的比值。
②計(jì)算公式：，對熱機(jī)而言，其中用來做有用功的能量Q有用等于熱機(jī)對外的有用功W有用，故熱機(jī)的效率公式又可寫成：。
③物理意義：熱機(jī)的效率表示使用熱機(jī)時(shí)對燃料的利用率的高低，因此熱機(jī)的效率是熱機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。
④常見熱機(jī)效率：蒸汽機(jī)6%-15%，汽油機(jī)20%-30%，柴油機(jī)30%-45%。
（4）提高熱機(jī)效率的主要途徑
①改善燃燒的條件，使燃料盡可能充分燃燒（將煤磨成煤粉，用空氣吹進(jìn)爐膛，使之更充分燃燒）；
②減少各種熱量損失（I. 加大受熱面積，以減少煙塵廢氣帶走的熱量；II. 使用較好的保溫材料，減少熱損失）；
③在熱機(jī)設(shè)計(jì)和制造上，采用先進(jìn)的技術(shù)；④保障良好的潤滑，減少機(jī)械摩擦。
【考點(diǎn)3 能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移】
1.能量的存在形式
2.能量的轉(zhuǎn)化：
在一定條件下，能量可以從一種形式的能量轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量，這種現(xiàn)象叫能量的轉(zhuǎn)化。自然界轉(zhuǎn)化各種形式的能，在一定條件下都可以相互轉(zhuǎn)化。如圖為能量轉(zhuǎn)化示意圖。
3.能量的轉(zhuǎn)移
能量可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，也可以從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。如，在熱傳遞過程中，內(nèi)能從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，或從物體的高溫部分轉(zhuǎn)移到低溫部分，這屬于能量的轉(zhuǎn)移。
特別提醒：能量的“轉(zhuǎn)化”和“轉(zhuǎn)移”的區(qū)別
（1）能量的轉(zhuǎn)化：能量的轉(zhuǎn)化時(shí)能的形式發(fā)生了改變。在能量轉(zhuǎn)化過程中，一種形式的能量增加了，必然其他形式的能量減少了。
（2）能量的轉(zhuǎn)移：能量的轉(zhuǎn)移是指能量從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，能量的形式?jīng)]有改變。
【考點(diǎn)4 能量守恒定律】
1. 能量守恒定律內(nèi)容：能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變。
2. 對能量守恒定律的理解：
（1）能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天體，小到原子核，也無論是物理學(xué)問題還是化學(xué)、生物學(xué)、地理學(xué)、天文學(xué)的問題，所有能量轉(zhuǎn)化的過程，都遵從能量守恒定律。
（2）能量守恒定律包括“能量轉(zhuǎn)化”和“能量轉(zhuǎn)移”兩個(gè)方面。
特別提醒：機(jī)械能守恒和能量守恒的區(qū)別與聯(lián)系
（1）機(jī)械能守恒需要滿足一定的條件，能量守恒不需要條件。
（2）機(jī)械能守恒是能量守恒的特殊情況。
易錯(cuò)點(diǎn)辨析 內(nèi)能的利用常考易錯(cuò)分析
易錯(cuò)一：理解不清熱機(jī)轉(zhuǎn)速與沖程數(shù)及做功次數(shù)的關(guān)系易錯(cuò)？
每個(gè)工作循環(huán)有吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程組成；
四個(gè)沖程中，只有做功沖程對外做功，其余三個(gè)沖程靠飛輪慣性完成；
一個(gè)工作循環(huán)中，活塞往復(fù)兩次，曲軸轉(zhuǎn)動兩圈，飛輪轉(zhuǎn)兩圈，做功一次。
易錯(cuò)二：對熱值的概念理解不透徹易錯(cuò)？
某種燃料完全燃燒放出的熱量，與其質(zhì)量的比值叫這種燃料的熱值；用“q”表示。
熱值反映的是某種物質(zhì)的一種燃燒特性，同時(shí)反映出不同燃料燃燒過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能的本領(lǐng)大小；也就是說，它是燃料本身的一種特性，只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積等均無關(guān)。
1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量就等于該燃料的熱值；對于熱值的概念，要注重理解三個(gè)關(guān)鍵詞：“1kg”、“某種燃料”、“完全燃燒”。1kg是指燃料的質(zhì)量，如果燃料的質(zhì)量不是1kg，那么該燃料完全燃燒放出的熱量就不等于熱值的數(shù)值；某種燃料是指熱值與燃料的種類有關(guān)；完全燃燒意思是燃料要完全燒盡，否則1kg燃料燃燒過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能就不是該熱值所確定的值。
易錯(cuò)三：對能量守恒定律的理解不透徹易錯(cuò)。
自然界中的能量是守恒，它既不會消滅，也不會創(chuàng)生，能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變；能量可以從某一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中能量的總量保持不變，能量轉(zhuǎn)化具有方向性。具體到某個(gè)物體，要看它的能量與其它物體的能量之間是否發(fā)生轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。
錯(cuò)題糾正
【例題1】 （2023秋 江蘇南京玄武區(qū)期末）某單缸四沖程汽油機(jī)，飛輪每分鐘轉(zhuǎn)2400轉(zhuǎn)，則每秒對外做功 　 　次，每次對外做功115J，該汽油機(jī)的效率為25%，則工作1小時(shí)需消耗汽油 　 　kg。為了提高汽油機(jī)的效率，需要在 　 　沖程讓燃料充分燃燒。（q汽油＝4.6×107J/kg）
【答案】20；0.72；做功。
【分析】（1）四沖程汽油機(jī)1個(gè)工作循環(huán)完成4個(gè)沖程，飛輪和曲軸轉(zhuǎn)2圈，對外做功1次；
（2）根據(jù)題意求出汽油機(jī)1小時(shí)對外所做的功，根據(jù)效率公式求出汽油完全燃燒放出的熱量，根據(jù)Q放＝mq求出消耗汽油的質(zhì)量；
（3）做功沖程中，燃料燃燒膨脹做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
【解析】四沖程汽油機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)速：2400r/min＝40r/s，即汽油機(jī)飛輪每秒轉(zhuǎn)40圈，
由于四沖程汽油機(jī)1個(gè)工作循環(huán)完成4個(gè)沖程，飛輪和曲軸轉(zhuǎn)2圈，對外做功1次，所以該汽油機(jī)每秒對外做功20次；汽油機(jī)1小時(shí)對外所做的功：W＝3600×20×115J＝8.28×106J，
由η＝可知，汽油完全燃燒放出的熱量：Q放＝＝＝3.312×107J，
由Q放＝mq可知，消耗汽油的質(zhì)量：m＝＝＝0.72kg；
提高熱機(jī)效率可以讓其在做功沖程燃料充分燃燒。
【例題2】（2024 連云港中考）下列關(guān)于燃料的熱值說法正確的是（　　）
A．燃料燃燒越充分，其熱值越大
B．燃料的熱值越小，完全燃燒放出的熱量越少
C．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的熱值將減小
D．焦炭的熱值是3.0×107J/kg，完全燃燒1kg焦炭能放出3.0×107J的熱量
【答案】D
【分析】（1）熱值是燃料的特性，其大小僅與燃料的種類有關(guān)，而與燃料的質(zhì)量和燃燒程度無關(guān)；（2）根據(jù)Q放＝mq分析解答；（3）知道焦炭的熱值和質(zhì)量，根據(jù)Q放＝mq求出焦炭放出的熱量。
【解析】AC、熱值是燃料的特性，其大小僅與燃料的種類有關(guān)，而與燃料的質(zhì)量和燃燒程度無關(guān)，故AC錯(cuò)誤；
B、根據(jù)Q放＝mq知在質(zhì)量相同時(shí)，燃料的熱值越小，完全燃燒放出的熱量越少，故B錯(cuò)誤；
D、焦炭放出的熱量：Q放＝mq＝1kg×3.0×107J/kg＝3.0×107J，故D正確。
故選：D。
【例題3】 （2024 河北趙縣期末）如圖是小球在地面彈跳的頻閃照片，下列說法中正確的是（　　）
A．小球彈起的高度越來越小，說明在此過程中能量不守恒
B．根據(jù)能量守恒定律，在此過程中小球的機(jī)械能總量是保持不變的
C．在小球的運(yùn)動中，有一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能
D．小球最終會靜止，這說明小球具有的機(jī)械能憑空消失了
【答案】C
【分析】（1）物體由于運(yùn)動而具有的能叫做動能，影響動能大小的因素是質(zhì)量和速度；物體由于被舉高而具有的能叫做重力勢能，影響重力勢能大小的因素是質(zhì)量和高度，機(jī)械能包括動能和勢能；在一定條件下，不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，但總量保持不變；（2）小球克服摩擦做功，使部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但在能的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能的總量保持不變。
【解析】AD、由圖可知，小球運(yùn)動過程中彈起的高度越來越小，說明重力勢能越來越小，同時(shí)速度越來越慢，也就是動能越來越小，所以小球的機(jī)械能減少；機(jī)械能減少的原因是克服與空氣摩擦做功，與地面撞擊做功，小球的機(jī)械能沒有消失，而是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了部分內(nèi)能，但能量的總量是守恒的，故AD錯(cuò)誤；
B、在小球的運(yùn)動中，與空氣摩擦做功或與地面撞擊做功，有一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，所以小球的機(jī)械能總量會減小，故B錯(cuò)誤；
C、在小球的運(yùn)動中，與空氣摩擦做功或與地面撞擊做功，有一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，故C正確。
故選：C。
舉一反三
【強(qiáng)化1】 （2024 遼寧鞍山鐵東區(qū)模擬）某單缸四沖程汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速是600r/min，則下列說法正確的是（　　）
A．1min內(nèi)燃機(jī)對外做了600次功 B．1s內(nèi)完成了10個(gè)工作循環(huán)
C．燃?xì)庾鲆淮喂Φ臅r(shí)間間隔是0.2s D．1s內(nèi)活塞共來回20次
【答案】C
【分析】內(nèi)燃機(jī)一個(gè)工作循環(huán)活塞往復(fù)2次，曲軸轉(zhuǎn)動2周，做功1次，完成4個(gè)沖程。
【解析】飛輪轉(zhuǎn)速為600R/min＝10R/s，因一個(gè)工作循環(huán)活塞往復(fù)2次，曲軸轉(zhuǎn)動2周，做功1次，完成4個(gè)沖程，每秒鐘可以完成5個(gè)工作循環(huán)，做功5次，活塞往復(fù)10次，故BD錯(cuò)誤；1min內(nèi)燃機(jī)對外做5×60s＝300次，故A錯(cuò)誤；
每秒鐘做功5次，則燃?xì)庾鲆淮喂Φ臅r(shí)間間隔為0.2s，故C正確。
故選：C。
【強(qiáng)化2】 （2023秋 江蘇南京建鄴區(qū)期末）如圖甲、乙所示，相同燒杯裝有質(zhì)量相等的水，分別用a、b兩種燃料進(jìn)行加熱，直至杯內(nèi)水沸騰1min后停止加熱，測得消耗a、b的質(zhì)量分別為ma、mb，且ma＞mb。甲、乙燒杯中水的溫度與加熱時(shí)間的關(guān)系如圖丙所示，若同一杯水單位時(shí)間內(nèi)吸收的熱量相同，不計(jì)熱量損失和水的質(zhì)量變化，a、b兩種燃料的熱值分別為qa、qb，則下列說法正確的是（　　）
A．沸騰前，乙杯中的水吸收的熱量更多
B．甲、乙兩杯水單位時(shí)間內(nèi)吸收的熱量相同
C．整個(gè)過程，甲杯中的水吸收的熱量更多
D．a(chǎn)燃料的熱值qa一定大于b燃料的熱值qb
【答案】C
【分析】（1）由題意，由于甲、乙兩燒杯各裝水的質(zhì)量相等，水的初始溫度相同，根據(jù)Q吸＝cmΔt可求出水沸騰前兩杯水吸收的熱量相等；且同一杯水沸騰前后單位時(shí)間內(nèi)吸收的熱量相等，則可分別計(jì)算出甲、乙兩杯水整個(gè)過程所吸收的熱量；
（2）根據(jù)Q＝qm可分析出燃料的熱值。
【解析】ABC、由題意，由于甲、乙兩燒杯各裝水的質(zhì)量相等，水的初始溫度相同，根據(jù)Q吸＝cmΔt可知水沸騰前，兩杯水吸收的熱量相等；所用時(shí)間不同，所以甲、乙兩杯水單位時(shí)間內(nèi)吸收的熱量不同；且同一杯水沸騰前后單位時(shí)間內(nèi)吸收的熱量相等，則整個(gè)過程甲、乙兩杯水所吸收的熱量分別為：Q甲＝，Q乙＝，所以整個(gè)過程，甲杯中的水吸收的熱量更多，故A錯(cuò)誤，B錯(cuò)誤，C正確；
D、整個(gè)過程，甲杯中的水吸收的熱量更多，a燃料放出的熱量多，由于ma＞mb，a燃料的熱值不一定大于b的，故D錯(cuò)誤。
故選：C。
【強(qiáng)化3】 （2024春 江西九江永修縣期末）下列關(guān)于內(nèi)能和能量守恒定律的說法中，正確的是（　　）
A．物體的溫度越高，含有的熱量越多
B．能量既可以憑空消失，也可以憑空產(chǎn)生
C．0℃的冰熔化成0℃的水，它的內(nèi)能沒有變化
D．能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變
【答案】D
【分析】（1）熱量是一個(gè)過程量，不能說“某物體含有或具有多少熱量”；
（2）一切物體在任何情況下都具有內(nèi)能，內(nèi)能的大小跟質(zhì)量、溫度、狀態(tài)有關(guān)；
（3）能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量不變，這就是能量守恒定律。
【解析】A、由于熱量是一個(gè)過程量，所以不能說物體含有多少熱量，故A錯(cuò)誤；
B、根據(jù)能量守恒定律可知，能量不可以憑空產(chǎn)生、也不會憑空消失，故B錯(cuò)誤；
C、冰熔化過程要吸熱，因此0℃的冰熔化成0℃的水，它的內(nèi)能變大，故C錯(cuò)誤；
D、根據(jù)能量守恒定律可知，能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變，D正確。
故選：D。
一、考點(diǎn)考向
1．熱機(jī)
（1）考向：了解熱機(jī)的種類；汽油機(jī)和柴油機(jī)的異同。
（2）常見熱機(jī)的種類有：蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、氣輪機(jī)和噴氣式發(fā)動機(jī)。
汽油機(jī)的柴油機(jī)的區(qū)別在于：
構(gòu)造不同，汽油機(jī)為火花塞，柴油機(jī)為噴油嘴；
吸入物質(zhì)不同，汽油機(jī)吸入汽油和空氣的混合物，柴油機(jī)吸入的是空氣；
汽油機(jī)為點(diǎn)燃式，柴油機(jī)為壓燃式；
效率高低不同，汽油機(jī)效率低，比較輕巧，柴油機(jī)效率高，比較笨重。
2．四沖程內(nèi)燃機(jī)的工作過程和有關(guān)計(jì)算
（1）考向：根據(jù)圖形判斷四個(gè)沖程中屬于哪個(gè)沖程；考查內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程以及沖程中壓縮沖程和做功沖程的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系；對熱機(jī)工作過程中做功次數(shù)和沖程個(gè)數(shù)的考查；熱機(jī)效率的計(jì)算。
（2）根據(jù)各沖程的特點(diǎn)確定是哪一個(gè)沖程，一般從2個(gè)方面突破：①看進(jìn)氣門和排氣門的開、閉，進(jìn)氣門開的為吸氣沖程，排氣門開的為排氣沖程，進(jìn)氣門和排氣門都閉合為壓縮或做功沖程；②看活塞的運(yùn)動方向，活塞向下運(yùn)動為吸氣或做功沖程，活塞向上運(yùn)動為壓縮或排氣沖程。
內(nèi)燃機(jī)的吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程合在一起叫內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)，內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程中只有做功沖程燃?xì)鈱ν庾龉Γ渌齻€(gè)沖程不做功，靠飛輪的慣性來完成，而且還要消耗做功沖程提供的機(jī)械能，內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)，活塞往復(fù)兩次，曲軸轉(zhuǎn)動2周，在各沖程的相互協(xié)助下，對外做功一次。
3．燃料的熱值及其計(jì)算
（1）考向：考查燃料的熱值的概念、燃料完全燃燒放熱公式、吸熱公式。
（2）燃料的熱值指的是1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量，是燃料本身的一種特性，它與燃料的質(zhì)量以及燃燒條件無關(guān)；燃料燃燒越充分，只能說越“接近完全燃燒”，燃燒效果越好，而不能說熱值越大；只有在完全燃燒時(shí)放出的熱量才是這種燃料的熱值，如果沒有完全燃燒，放出的熱量要比熱值小。
4．能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移與能量守恒定律
（1）考向：自然界中能量的形式很多：內(nèi)能、機(jī)械能、化學(xué)能、熱能、電能、核能、風(fēng)能等這些能量之間的轉(zhuǎn)化是考試的熱點(diǎn)。能量守恒定律一般以選擇題、填空題的形式出現(xiàn)。
（2）能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的本質(zhì)是不同的，“轉(zhuǎn)化”是指能量由一種形式變?yōu)榱硪环N形式；“轉(zhuǎn)移”只是能量由一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體，能量的形式不變；有能量轉(zhuǎn)化時(shí)，必定會有一種形式的能量減少，另一種形式的能量增加；能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化都是有方向性的，在能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中利用能量的。
知道各種形式的能是可以相互轉(zhuǎn)化的；知道能的轉(zhuǎn)化和守恒定律。
二、常考題型
（1）選擇題：常考熱點(diǎn)主要集中在熱機(jī)四沖程的工作循環(huán)、有關(guān)熱機(jī)的計(jì)算和能量的轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化。
（2）填空題：常考熱點(diǎn)集中在熱機(jī)的特點(diǎn)和燃料熱值及計(jì)算。
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第十四章 內(nèi)能的利用（原卷版）
【考點(diǎn)1 汽油機(jī)與柴油機(jī)】
（一）汽油機(jī)
1.工作原理：利用氣缸內(nèi)汽油燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)鈦硗苿踊钊龉Γ瑢?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
2.構(gòu)造（1）主要結(jié)構(gòu)：如圖所示，汽油機(jī)的主體是氣缸。氣缸上部有進(jìn)氣門和排氣門，頂部有火花塞，下部有活塞，活塞通過連桿與曲軸相連。
（2）沖程：活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動時(shí)，從汽缸的一端運(yùn)動到另一端的過程，叫做一個(gè)沖程。
利用氣缸內(nèi)汽油燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)鈦硗苿踊钊龉Γ瑢?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
（3）試管實(shí)驗(yàn)與汽油機(jī)構(gòu)造比較：如上圖。
3.工作過程
（1）汽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。通過四個(gè)沖程的不斷循環(huán)來連續(xù)工作。
（2）每完成一個(gè)工作循環(huán)，曲軸和飛輪均轉(zhuǎn)動兩周，活塞往返兩次，對外做功一次。在四個(gè)沖程中，只有做功沖程對外做功，其他三個(gè)沖程是輔助沖程，要靠安裝在曲軸上的飛輪的慣性帶動活塞完成，周而復(fù)始，使汽油機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動。
（3）汽油機(jī)工作過程如下：
吸氣沖程 壓縮沖程 做功沖程 排氣沖程
1.吸氣沖程：進(jìn)氣門打開、排氣門關(guān)閉。靠慣性運(yùn)動，吸進(jìn)汽油與空氣的混合物 2.壓縮沖程：進(jìn)氣門關(guān)閉、排氣門關(guān)閉。外界對氣體做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，氣體溫度升高
3.做功沖程：進(jìn)氣門關(guān)閉、排氣門關(guān)閉。化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，氣體溫度升高，氣體對外做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 4.排氣沖程：進(jìn)氣門關(guān)閉、排氣門打開。靠慣性運(yùn)動，排出廢氣
（二）柴油機(jī)
1.工作原理：利用柴油在氣缸內(nèi)燃燒所產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)鈦硗苿踊钊龉Γ瑢?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
2.構(gòu)造：柴油機(jī)構(gòu)造和汽油機(jī)構(gòu)造相似，所不同的是柴油機(jī)氣缸頂部沒有火花塞，而有一個(gè)噴油嘴。
3.工作過程：柴油機(jī)與汽油機(jī)工作過程大致相同，也是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程構(gòu)成一個(gè)工作循環(huán)，在一個(gè)工作循環(huán)中，曲軸連續(xù)轉(zhuǎn)動兩周，活塞往復(fù)兩次，對外做功一次。見下表：
1.吸氣沖程：進(jìn)氣門打開、排氣門關(guān)閉。活塞向下運(yùn)動，吸入空氣 2.壓縮沖程：進(jìn)氣門關(guān)閉、排氣門關(guān)閉。活塞向上運(yùn)動，壓縮空氣，氣體溫度升高，超過柴油燃點(diǎn)
3.壓縮沖程：進(jìn)氣門和排氣門關(guān)閉。噴油嘴噴出霧狀柴油，遇到熱空氣立即猛烈燃燒，差高溫高壓氣體，推動活塞向下運(yùn)動 4.排氣沖程：進(jìn)氣門關(guān)閉、排氣門打開。活塞向上運(yùn)動，排出廢氣
4.汽油機(jī)與柴油機(jī)的異同
相同點(diǎn)：（1）基本構(gòu)造和主要部件作用相似。
（2）每個(gè)工作循環(huán)都一樣，有吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程組成。
（3）四個(gè)沖程中，只有做功沖程對外做功，其余三個(gè)沖程靠飛輪慣性完成。
（4）一個(gè)工作循環(huán)中，活塞往復(fù)兩次，曲軸轉(zhuǎn)動兩圈，飛輪轉(zhuǎn)兩圈，做功一次。
不同點(diǎn)：（1）構(gòu)造不同：汽油機(jī)汽缸頂部有火花塞，而柴油機(jī)汽缸頂部有噴油嘴。
（2）燃料不同：汽油機(jī)燃燒汽油，而柴油機(jī)燃燒柴油。
（3）吸氣沖程不同：汽油機(jī)吸進(jìn)汽油和空氣和燃料混合物，柴油機(jī)只吸進(jìn)空氣。
（4）點(diǎn)火方式不同：汽油機(jī)屬點(diǎn)燃式點(diǎn)火，柴油機(jī)屬壓燃式點(diǎn)火。
【考點(diǎn)2 燃料的熱值】
1.燃料
（1）燃料的種類
燃料是指可燃燒的物質(zhì)，根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)，燃料可分為不同的種類，最常見的是按其物理狀態(tài)分類。
（2）燃料燃燒時(shí)能量轉(zhuǎn)化：燃料在燃燒時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
2.燃料的熱值
燃料種類很多，由于其燃燒成分不同，相同質(zhì)量的不同燃料完全燃燒時(shí)放出的熱量不同，在物理學(xué)上用“熱值”來表示燃料燃燒的放熱本領(lǐng)。
（1）熱值：某種燃料完全燃燒放出的熱量，與其質(zhì)量的比值叫這種燃料的熱值；用“q”表示；
（2）熱值單位：J/kg。
（3）熱值的物理意義
①1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量就等于該燃料的熱值；
②熱值反映的是某種物質(zhì)的一種燃燒特性，同時(shí)反映出不同燃料燃燒過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能的本領(lǐng)大小；也就是說，它是燃料本身的一種特性，只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積等均無關(guān)。
（4）燃料燃燒放出的熱量：熱量：Q放 ＝qm；（Q放 是燃料放出的熱量，單位是J；q是熱值，單位是J/kg；m 是質(zhì)量，單位是kg）
3.熱機(jī)的效率
（1）燃料的有效利用：用煤氣灶、鍋爐、煤爐等燒水時(shí)，燃料不能完全燃燒利用，具體原因是多樣的。如圖所示：
（2）內(nèi)燃機(jī)中熱量燃燒的能量流向圖
（3）熱機(jī)效率：
①定義：用來做有用功的熱量與燃料完全燃燒放出的熱量的比值。
②計(jì)算公式：，對熱機(jī)而言，其中用來做有用功的能量Q有用等于熱機(jī)對外的有用功W有用，故熱機(jī)的效率公式又可寫成：。
③物理意義：熱機(jī)的效率表示使用熱機(jī)時(shí)對燃料的利用率的高低，因此熱機(jī)的效率是熱機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。
④常見熱機(jī)效率：蒸汽機(jī)6%-15%，汽油機(jī)20%-30%，柴油機(jī)30%-45%。
（4）提高熱機(jī)效率的主要途徑
①改善燃燒的條件，使燃料盡可能充分燃燒（將煤磨成煤粉，用空氣吹進(jìn)爐膛，使之更充分燃燒）；
②減少各種熱量損失（I. 加大受熱面積，以減少煙塵廢氣帶走的熱量；II. 使用較好的保溫材料，減少熱損失）；
③在熱機(jī)設(shè)計(jì)和制造上，采用先進(jìn)的技術(shù)；④保障良好的潤滑，減少機(jī)械摩擦。
【考點(diǎn)3 能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移】
1.能量的存在形式
2.能量的轉(zhuǎn)化：
在一定條件下，能量可以從一種形式的能量轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量，這種現(xiàn)象叫能量的轉(zhuǎn)化。自然界轉(zhuǎn)化各種形式的能，在一定條件下都可以相互轉(zhuǎn)化。如圖為能量轉(zhuǎn)化示意圖。
3.能量的轉(zhuǎn)移
能量可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，也可以從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。如，在熱傳遞過程中，內(nèi)能從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，或從物體的高溫部分轉(zhuǎn)移到低溫部分，這屬于能量的轉(zhuǎn)移。
特別提醒：能量的“轉(zhuǎn)化”和“轉(zhuǎn)移”的區(qū)別
（1）能量的轉(zhuǎn)化：能量的轉(zhuǎn)化時(shí)能的形式發(fā)生了改變。在能量轉(zhuǎn)化過程中，一種形式的能量增加了，必然其他形式的能量減少了。
（2）能量的轉(zhuǎn)移：能量的轉(zhuǎn)移是指能量從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，能量的形式?jīng)]有改變。
【考點(diǎn)4 能量守恒定律】
1. 能量守恒定律內(nèi)容：能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變。
2. 對能量守恒定律的理解：
（1）能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天體，小到原子核，也無論是物理學(xué)問題還是化學(xué)、生物學(xué)、地理學(xué)、天文學(xué)的問題，所有能量轉(zhuǎn)化的過程，都遵從能量守恒定律。
（2）能量守恒定律包括“能量轉(zhuǎn)化”和“能量轉(zhuǎn)移”兩個(gè)方面。
特別提醒：機(jī)械能守恒和能量守恒的區(qū)別與聯(lián)系
（1）機(jī)械能守恒需要滿足一定的條件，能量守恒不需要條件。
（2）機(jī)械能守恒是能量守恒的特殊情況。
易錯(cuò)點(diǎn)辨析 內(nèi)能的利用常考易錯(cuò)分析
易錯(cuò)一：理解不清熱機(jī)轉(zhuǎn)速與沖程數(shù)及做功次數(shù)的關(guān)系易錯(cuò)？
每個(gè)工作循環(huán)有吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程組成；
四個(gè)沖程中，只有做功沖程對外做功，其余三個(gè)沖程靠飛輪慣性完成；
一個(gè)工作循環(huán)中，活塞往復(fù)兩次，曲軸轉(zhuǎn)動兩圈，飛輪轉(zhuǎn)兩圈，做功一次。
易錯(cuò)二：對熱值的概念理解不透徹易錯(cuò)？
某種燃料完全燃燒放出的熱量，與其質(zhì)量的比值叫這種燃料的熱值；用“q”表示。
熱值反映的是某種物質(zhì)的一種燃燒特性，同時(shí)反映出不同燃料燃燒過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能的本領(lǐng)大小；也就是說，它是燃料本身的一種特性，只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積等均無關(guān)。
1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量就等于該燃料的熱值；對于熱值的概念，要注重理解三個(gè)關(guān)鍵詞：“1kg”、“某種燃料”、“完全燃燒”。1kg是指燃料的質(zhì)量，如果燃料的質(zhì)量不是1kg，那么該燃料完全燃燒放出的熱量就不等于熱值的數(shù)值；某種燃料是指熱值與燃料的種類有關(guān)；完全燃燒意思是燃料要完全燒盡，否則1kg燃料燃燒過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能就不是該熱值所確定的值。
易錯(cuò)三：對能量守恒定律的理解不透徹易錯(cuò)。
自然界中的能量是守恒，它既不會消滅，也不會創(chuàng)生，能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變；能量可以從某一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中能量的總量保持不變，能量轉(zhuǎn)化具有方向性。具體到某個(gè)物體，要看它的能量與其它物體的能量之間是否發(fā)生轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。
錯(cuò)題糾正
【例題1】 （2023秋 江蘇南京玄武區(qū)期末）某單缸四沖程汽油機(jī)，飛輪每分鐘轉(zhuǎn)2400轉(zhuǎn)，則每秒對外做功 　 　次，每次對外做功115J，該汽油機(jī)的效率為25%，則工作1小時(shí)需消耗汽油 　 　kg。為了提高汽油機(jī)的效率，需要在 　 　沖程讓燃料充分燃燒。（q汽油＝4.6×107J/kg）
【例題2】（2024 連云港中考）下列關(guān)于燃料的熱值說法正確的是（　　）
A．燃料燃燒越充分，其熱值越大
B．燃料的熱值越小，完全燃燒放出的熱量越少
C．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的熱值將減小
D．焦炭的熱值是3.0×107J/kg，完全燃燒1kg焦炭能放出3.0×107J的熱量
【例題3】 （2024 河北趙縣期末）如圖是小球在地面彈跳的頻閃照片，下列說法中正確的是（　　）
A．小球彈起的高度越來越小，說明在此過程中能量不守恒
B．根據(jù)能量守恒定律，在此過程中小球的機(jī)械能總量是保持不變的
C．在小球的運(yùn)動中，有一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能
D．小球最終會靜止，這說明小球具有的機(jī)械能憑空消失了
舉一反三
【強(qiáng)化1】 （2024 遼寧鞍山鐵東區(qū)模擬）某單缸四沖程汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速是600r/min，則下列說法正確的是（　　）
A．1min內(nèi)燃機(jī)對外做了600次功 B．1s內(nèi)完成了10個(gè)工作循環(huán)
C．燃?xì)庾鲆淮喂Φ臅r(shí)間間隔是0.2s D．1s內(nèi)活塞共來回20次
【強(qiáng)化2】 （2023秋 江蘇南京建鄴區(qū)期末）如圖甲、乙所示，相同燒杯裝有質(zhì)量相等的水，分別用a、b兩種燃料進(jìn)行加熱，直至杯內(nèi)水沸騰1min后停止加熱，測得消耗a、b的質(zhì)量分別為ma、mb，且ma＞mb。甲、乙燒杯中水的溫度與加熱時(shí)間的關(guān)系如圖丙所示，若同一杯水單位時(shí)間內(nèi)吸收的熱量相同，不計(jì)熱量損失和水的質(zhì)量變化，a、b兩種燃料的熱值分別為qa、qb，則下列說法正確的是（　　）
A．沸騰前，乙杯中的水吸收的熱量更多
B．甲、乙兩杯水單位時(shí)間內(nèi)吸收的熱量相同
C．整個(gè)過程，甲杯中的水吸收的熱量更多
D．a(chǎn)燃料的熱值qa一定大于b燃料的熱值qb
【強(qiáng)化3】 （2024春 江西九江永修縣期末）下列關(guān)于內(nèi)能和能量守恒定律的說法中，正確的是（　　）
A．物體的溫度越高，含有的熱量越多
B．能量既可以憑空消失，也可以憑空產(chǎn)生
C．0℃的冰熔化成0℃的水，它的內(nèi)能沒有變化
D．能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變
一、考點(diǎn)考向
1．熱機(jī)
（1）考向：了解熱機(jī)的種類；汽油機(jī)和柴油機(jī)的異同。
（2）常見熱機(jī)的種類有：蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、氣輪機(jī)和噴氣式發(fā)動機(jī)。
汽油機(jī)的柴油機(jī)的區(qū)別在于：
構(gòu)造不同，汽油機(jī)為火花塞，柴油機(jī)為噴油嘴；
吸入物質(zhì)不同，汽油機(jī)吸入汽油和空氣的混合物，柴油機(jī)吸入的是空氣；
汽油機(jī)為點(diǎn)燃式，柴油機(jī)為壓燃式；
效率高低不同，汽油機(jī)效率低，比較輕巧，柴油機(jī)效率高，比較笨重。
2．四沖程內(nèi)燃機(jī)的工作過程和有關(guān)計(jì)算
（1）考向：根據(jù)圖形判斷四個(gè)沖程中屬于哪個(gè)沖程；考查內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程以及沖程中壓縮沖程和做功沖程的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系；對熱機(jī)工作過程中做功次數(shù)和沖程個(gè)數(shù)的考查；熱機(jī)效率的計(jì)算。
（2）根據(jù)各沖程的特點(diǎn)確定是哪一個(gè)沖程，一般從2個(gè)方面突破：①看進(jìn)氣門和排氣門的開、閉，進(jìn)氣門開的為吸氣沖程，排氣門開的為排氣沖程，進(jìn)氣門和排氣門都閉合為壓縮或做功沖程；②看活塞的運(yùn)動方向，活塞向下運(yùn)動為吸氣或做功沖程，活塞向上運(yùn)動為壓縮或排氣沖程。
內(nèi)燃機(jī)的吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程合在一起叫內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)，內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程中只有做功沖程燃?xì)鈱ν庾龉Γ渌齻€(gè)沖程不做功，靠飛輪的慣性來完成，而且還要消耗做功沖程提供的機(jī)械能，內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)，活塞往復(fù)兩次，曲軸轉(zhuǎn)動2周，在各沖程的相互協(xié)助下，對外做功一次。
3．燃料的熱值及其計(jì)算
（1）考向：考查燃料的熱值的概念、燃料完全燃燒放熱公式、吸熱公式。
（2）燃料的熱值指的是1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量，是燃料本身的一種特性，它與燃料的質(zhì)量以及燃燒條件無關(guān)；燃料燃燒越充分，只能說越“接近完全燃燒”，燃燒效果越好，而不能說熱值越大；只有在完全燃燒時(shí)放出的熱量才是這種燃料的熱值，如果沒有完全燃燒，放出的熱量要比熱值小。
4．能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移與能量守恒定律
（1）考向：自然界中能量的形式很多：內(nèi)能、機(jī)械能、化學(xué)能、熱能、電能、核能、風(fēng)能等這些能量之間的轉(zhuǎn)化是考試的熱點(diǎn)。能量守恒定律一般以選擇題、填空題的形式出現(xiàn)。
（2）能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的本質(zhì)是不同的，“轉(zhuǎn)化”是指能量由一種形式變?yōu)榱硪环N形式；“轉(zhuǎn)移”只是能量由一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體，能量的形式不變；有能量轉(zhuǎn)化時(shí)，必定會有一種形式的能量減少，另一種形式的能量增加；能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化都是有方向性的，在能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中利用能量的。
知道各種形式的能是可以相互轉(zhuǎn)化的；知道能的轉(zhuǎn)化和守恒定律。
二、常考題型
（1）選擇題：常考熱點(diǎn)主要集中在熱機(jī)四沖程的工作循環(huán)、有關(guān)熱機(jī)的計(jì)算和能量的轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化。
（2）填空題：常考熱點(diǎn)集中在熱機(jī)的特點(diǎn)和燃料熱值及計(jì)算。
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