专题12.4 机械能与内能的相互转化【九大题型】-2024-2025学年九年级物理上册举一反三系列（苏科版）

12.4 机械能与内能的相互转化【九大题型】 题型一、内能的改变方式 1 题型二、能量的转化（内能） 2 题型三、热机的辨识 5 题型四、冲程、圈数、工作循环的等效计算 6 题型五、热值的定义 8 题型六、热值的简单计算 9 题型七、热平衡计算 9 题型八、比较不同物质的热值 10 题型九、热值的相关计算 12 巩固练习 13 提优练习 19 ( 知识点01 做功-内能改变的另一种方式 ) 通过做功可以改变物体的内能。 【微点拨】 对物体做功，物体内能增加；物体对外做功，自身内能减少，用做功的方法改变物体内能的过程，实质上是内能与其他形式的能量之间相互转化过程。 题型一、内能的改变方式 【典例1】（2024·江苏南京·二模）以下四个事例中能量转化过程与其他不相同的是（　　） A．瓶塞冲出 B．搓手取暖 C．压缩冲程 D．钻木取火 【变式1-1】（2024·广西南宁·二模）下列改变内能的方式与其他三种不同的是（　　） A．热水烫脚 B．冰镇饮料 C．钻木取火 D．围炉煮茶 【变式1-2】（2024·山西朔州·二模）如图是古人发明的一种活塞式点火器，以牛角作套筒，木质推杆前端粘附艾绒。取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃，随即将杆拔出，口吹立见火苗。下列词语中与其改变内能的方式相同的是（　　） A．釜底抽薪 B．抱团取暖 C．搓手取暖 D．卧冰求鲤 【变式1-3】（2024·甘肃临夏·二模）我们要养成“做中学”的良好学习习惯。如图甲所示，用丝绸摩擦气球后，发现气球温度升高了，这是通过 的方式改变气球的内能；摩擦过的气球靠近水平桌面上静止的另一只气球，发现另一只气球靠近摩擦过的气球滚动，如图乙所示，这是因为摩擦过的气球带了 。 题型二、能量的转化（内能） 【典例2】（2024·湖南永州·二模）如图所示的实验装置中，一个装有适量水的试管通过橡胶塞密封。当水被加热一段时间后，橡胶塞被推出，同时管口出现了大量“白气”。下列说法正确的是（　　） A．管口出现的“白气”是水蒸气 B．水蒸气推出橡胶塞导致水蒸气内能增加 C．水被加热的过程中，其内能是通过热传递的方式改变的 D．水蒸气推出橡胶塞与汽油机压缩冲程能量转化情况相同 【变式2-1】（23-24九年级上·辽宁营口·阶段练习）2023年10月26日，长征二号F运载火箭将神舟十七号载人飞船发射升空，在加速升空的过程中，火箭尾部喷出的高温高压燃气的 能转化为火箭的 能。 【变式2-2】（23-24九年级下·福建福州·期中）如图所示，在大口厚玻璃瓶内装入少量的水，塞紧塞子后，用气筒向瓶内打气时，活塞对瓶内气体 ，瓶内气体内能 （选填“增大”、“减小”或“不变”）。 【变式2-3】（2024·山东济宁·二模）如图所示是二氧化碳灭火器，打开阀门，按下手柄，会有大量的“白气”喷出，此时瓶内二氧化碳内能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。为了安全，灭火器应存放在阴凉干燥之处，因为灭火器在烈日下温度会升高，这是通过 方式使内能增加，具有一定的危险性。 【变式2-4】如图所示的是世界上早期的蒸汽汽车模型，燃烧燃料使水温升高，水的内能增加，再转化为汽车的 能，使汽车前进。 ( 知识点02 热机 ) 利用燃料燃烧释放出能量做功的机械，叫做热机。常见的热机有：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 【微点拨】 （1）内能利用的两种方式：加热、做功。 （2）内燃机及其工作原理： 　 ①内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。内燃机分为汽油机和柴油机，它们分别用汽油和柴油作为燃料。 　　②内燃机的工作原理：汽油或柴油在气缸里燃烧时生成高温高压的燃气，用来推动活塞做功。活塞通过连杆使内燃机的飞轮转动，从而带动其他机械转动。 （3）汽油机和柴油机的异同点： 不同点 相同点 项目 汽油机 柴油机 （1）构造基本相同都是燃料在气缸内燃烧，都是内燃机。 （2）都将内能转化为机械能。 （3）每一个工作循环都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。 构造 气缸顶部有火花塞 气缸顶部有喷油嘴 点火方式 压缩冲程末由火花塞放出电火花点燃，称点燃式 压缩冲程末由喷油嘴向气缸内喷雾状柴油遇到高温高压的空气自动燃烧，称压燃式 燃料 汽油、吸气冲程吸进汽油和空气混合物 柴油、吸气冲程吸进气缸的只是空气 压缩比 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1／9至1／6 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1／22至1／16 做功 做功冲程初燃气压强为30至50个大气压，温度2000℃至2500℃，高温高压的气体推动活塞做功 做功冲程初燃气压强为50至100个大气压，温度1700℃至2000℃，高温高压的气体推动活塞做功 效率 效率较低20％至30％ 效率较高30％至45％ 用途 轻便，多用于汽车、飞机、小型农机具 笨重，多用于拖拉机、载重汽车、轮船等重型机械 汽油机 柴油机 题型三、热机的辨识 【典例3】（2024·江苏苏州·二模）柴油机的构造与汽油机类似，不同点在于柴油机有一个喷油嘴而没有火花塞，其压缩冲程结束时，气缸内气体被压缩为高温气体，温度超过柴油的燃点，此时由喷油嘴向气缸内喷入雾化的柴油，柴油迅速燃烧，从而推动活塞做功，则如图中图 是柴油机的做功冲程，柴油燃烧时将 能转化为 能。 【变式3-1】（2024·甘肃武威·模拟预测）某同学利用塑料瓶制作的“水火箭”如图甲所示，其原理是压缩空气使水从“火箭”尾部向下 喷出，推动“火箭”飞向空中。往“水火箭”里打气相当于图乙中 （选填“A” 或“B”）所示的内燃机冲程；要使“水火箭”飞得更高，可以采取的一条措施是 （合理即可）。 【变式3-2】（2024·浙江·三模）如图甲所示为小乐制作的简易“蒸汽船”模型，将盛有一定量水的铜制容器安装在“船体”上，用蜡烛对铜制容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”向左行驶。 （1）蜡烛对铜制容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过 改变水的内能； （2）铜管向右喷蒸汽，“蒸汽船”向左行驶，这个过程的能量转化与如图乙所示的汽油机的 （选填字母）冲程相同。 【变式3-3】（2024·四川泸州·一模）如图所示是学校小制作比赛中的作品——自制蒸汽机，烧瓶瓶口的橡皮塞上插着“”型喷管，喷管的最上端通过球形磁铁吸到铁架台上，使烧瓶可以自由转动。当加热至水沸腾，温度将 ，水蒸气从喷嘴喷出，烧瓶开始向水蒸气喷出 （选填“方向”或“相反方向”）快速旋转，水蒸气推动烧瓶转动相当于内燃机 冲程。 题型四、冲程、圈数、工作循环的等效计算 【典例4】（2024·山东德州·二模）如甲图所示的实验装置，当塞子从试管口喷出时，水蒸气的内能转化为塞子的 。这个能量转化过程与汽油机工作时图 （选填“乙”或“丙”）的能量转化过程一样，若一台单缸四冲程汽油机飞轮的转速为2400r/min，则该汽油机1s内对外做功 次。 15．一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是 1800 r／min，该汽油机每秒钟完成 个工作循环，对外做功 次，完成能量转化 次。 【变式4-1】（2024·江苏·一模）如图所示，是汽油机工作循环中的 冲程，该冲程是通过 改变燃气的内能的，若飞轮的转速为1800r/min，则汽油机每秒钟内做了 次功。 【变式4-2】（23-24九年级下·江苏徐州·阶段练习）如图甲所示，快速压下活塞，可观察到棉花着火燃烧。此过程中气体的内能 ，这与四冲程汽油机的 冲程的能量转化相同，若飞轮的转速为2400r/min，在1s内，汽油机做功 次。 热值 ( 知识点03 热值 ) 我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。单位是：J/㎏。 【微点拨】 （1）燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关： 　　①燃料的种类； 　　②燃料的质量； 　　③燃料是否充分燃烧。 （2）燃料完全燃烧放出热量的计算公式：Q放=mq。其中m为燃料的质量，q为燃料的热值。 题型五、热值的定义 【典例5】（2024·新疆·三模）一瓶酒精用去一半后，相比原来的酒精发生变化的是（　　） A．热值 B．密度 C．质量 D．比热容 【变式5-1】（23-24九年级下·江苏盐城·阶段练习）比值定义法就是用两个或多个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法。下列哪个物理量不是用这种方法建立的（　　） A．密度 B．功 C．比热容 D．热值 【变式5-2】2020年9月21日13时40分，由中国航天科技集团研制的长征四号乙运载火箭再立新功，成功将海洋二号C星送入预定轨道，实现了国内运载火箭部件首次重复使用。如图，长征四号乙运载火箭在刚发射加速升空的过程中，下列说法正确的是（　　） A．随着火箭燃料的消耗，燃料的热值变小 B．燃料燃烧得越充分，热值越大 C．燃料的机械能转化为火箭的内能 D．燃气对火箭做功，其内能会减小 【变式5-3】（2024·甘肃武威·二模）关于燃料的热值，以下说法中正确的是（　　） A．燃料燃烧时，质量越大，热值越大 B．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小 C．相同质量的不同燃料，完全燃烧时热值大的放出的热量多 D．燃烧1kg某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值 【变式5-4】（23-24九年级上·广东中山·期中）烟煤的热值比木炭的小，这表示（　　） A．燃烧烟煤比燃烧木炭放出的热量少 B．燃烧烟煤比燃烧木炭放出的热量多 C．相同质量的烟煤和木炭，完全燃烧时，木炭放出的热量少 D．相同质量的烟煤和木炭，完全燃烧时，木炭放出的热量多 题型六、热值的简单计算 【典例6】（2024·云南昆明·二模）2024年4月25日，搭载神舟十八号载人飞船的“长征二号F遥十八”运载火箭在酒泉卫星发射中心发射成功。火箭选用液态氢作为燃料，是因为液态氢的 （选填“热值”或“比热容”）较大；若想获得8.4×107J的热量，只需完全燃烧 kg的液态氢。（q氢=1.4×108J/kg） 【变式6-1】（2024·黑龙江齐齐哈尔·二模）某柴油机工作一段时间后，油箱里的柴油没有发生变化的是 （选填序号①质量②密度③比热容④热值）。完全燃烧10g柴油放出的热量 J。（） 【变式6-2】（22-23九年级上·四川德阳·阶段练习）小华在某次体育训练时，身体消耗了的热量，这些热量相当于完全燃烧 kg干木柴所释放的热量，当干木柴燃烧了一半，则剩余干木柴的热值 （变大、变小、不变）。（干木柴的热值为1.2×107J/kg） 【变式6-3】（2024·陕西西安·二模）“西气东输”工程已全线竣工，输送的燃料为天然气，“煤改气”这是利用了天然气 的特性，而且使用天然气时对环境污染 。使用天然气做饭，在1标准大气压下要想把2kg、20℃的水烧开，水吸收的热为 J，需要燃烧 的天然气，（假设天然气完全燃烧放的热全部被水吸收，，。 ( 知识点04 热机效率 ) 热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率。 【微点拨】 （1）热机的效率是热机性能的一个重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。 （2）提高热机效率的途径： 　　①在设计和制造上，要不断改进和革新，以减少各种能量损失，提高效率。 　　②在使用上，要正确使用，注意保养。 ③充分利用废气带走的能量。 题型七、热平衡计算 【典例7】（23-24九年级下·安徽芜湖·阶段练习）某些农村地区仍然利用柴火灶烧水，柴火灶以干木柴为燃料，效率较低，约为20%，若将水从加热至，需要干木柴的质量约为 【干木柴的热值为，水的比热容为】【变式7-1】（23-24九年级上·河北石家庄·阶段练习）某内燃机的能量流向是，汽缸散热损失25%，废气带走的能量是30%，摩擦等机械损耗15%，则它的效率是 。若消耗2kg的汽油，则它做的有用功是 （汽油热值4.6×107J/kg），燃料燃烧更充分时，燃料的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 【变式7-2】（23-24九年级下·云南曲靖·阶段练习）人类在原始社会就知道燃烧柴薪来取暖、烧饭。在现代社会，人类所用的能量一部分是燃烧天然气获得的。与柴薪燃料相比，天然气具有更高的 （选填“热值”或“比热容”）。某学校食堂每天需要用2m3的天然气，完全燃烧这些天然气产生的热量的42%被0.5t的水吸收，可以使初温为20℃的水升高 ℃。[，] 【变式7-3】（2024·陕西西安·二模）2023年杭州举办第 19 届亚运会，首次使用废碳再生的绿色零碳甲醇作为主火炬塔燃料，实现循环内的零排放，助力打造首届碳中和亚运会。若甲醇的热值为，则完全燃烧2kg甲醇释放的热量是 J，该热量的84%被水吸收，可以使质量为 1t、温度为25 ℃的水升高 ℃[c水=4.2×103J/（kg·℃）]。  在燃烧过程中，若甲醇燃烧不充分，则甲醇的热值将 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 【变式7-4】（2024·江苏南京·一模）如图甲所示，用力将活塞迅速下压，玻璃筒内硝化棉燃烧起来，该过程中的能量转化与四冲程汽油机的 冲程相同。某单缸四冲程汽油机飞轮转速为3000r/min，则每秒对外做功 次。若每次对外做功115J，该汽油机的效率为25%，连续工作1小时需消耗汽油 kg（）。有一种“涡轮增压”（T型）轿车，通过给发动机更足量的空气使汽油更充分地燃烧，比普通轿车（L型）更节能，同样的汽油加在T型轿车内比加在L型轿车内热值 （选填“更大”或“一样大”或“更小”）；如图乙所示，汽车尾部有一个“气流偏导器”，当轿车高速行驶时，能产生较大的抓地力，其原理是 。 题型八、比较不同物质的热值 【典例8】（2024·江苏南京·二模）用如图所示的相同装置进行“探究不同物质吸热升温现象”和“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”两个实验，关于两实验下列说法正确的是（　　） A．均需要计时器 B．研究对象均为烧杯中液体 C．均需控制液体和燃料的质量相同 D．均可通过液体升高的温度反映实验结果 【变式8-1】（2024·江苏无锡·二模）如图是比较燃料热值的实验装置。下列说法正确的是（　　） A．实验时应控制燃料燃烧的时间相同 B．实验时应控制烧杯中的液体升高的温度相同 C．两燃烧皿中应分别装入种类不同、质量相同的燃料 D．两烧杯中应分别装入种类不同、质量相同的液体 【变式8-2】（2024·江苏南京·二模）如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量相同，烧杯内的液体质量也相同。下列说法正确的是（　　） A．比较不同液体吸热升温现象，可以选择甲丙两图 B．比较不同液体吸热升温现象，可以选择乙丙两图 C．比较不同燃料燃烧放出热量，可以选择乙丙两图 D．比较不同燃料燃烧放出热量，可以选择甲丙两图 【变式8-3】（2024·江苏常州·一模）如图所示装置甲、乙、丙完全相同，燃料质量均为10g；烧杯内液体初温和质量都相等，燃料完全燃烧完后，液体均未沸腾，液体的末温分别为、、，且。则下列说法正确的是（    ） A．燃料b放出热量最多 B．液体2体吸收的热量最少 C．燃料a的热值比燃料b的大 D．液体1的比热容比液体2的大 题型九、热值的相关计算 【典例9】（2024·山东临沂·二模）为研究酒精灯烧水的热效率，小明用酒精灯给100g、初温为20℃的水加热，消耗了4.2g的酒精时水的温度升至80℃。已知水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃），酒精的热值为3.0×107 J/kg，则酒精灯烧水的热效率是多少？ 【典例10】（23-24九年级下·山东青岛·自主招生）某同学用燃气灶烧水给餐具消毒。在标准大气压下用该燃气灶加热质量为5kg初温为15℃的水，共消耗了0.06m3的天然气，该燃气灶烧水的热效率为70%。[水的比热容为，天然气的热值为]求： （1）0.06m3的天然气完全燃烧所放出的热量； （2）加热后锅内水的温度。 【典例11】（2024·河北邯郸·一模）如图所示是一款无人驾驶巴士，其空车质量为,静止时轮胎与地面接触的总面积为，车满载并以的速度匀速直线行驶时，发动机的输出功率为。求：（取） （1）该车空载静止在水平路面上时，对路面的压强； （2）以的速度满载匀速直线行驶了，测该车做的功； （3）若该车用效率为30%的汽油机提供动力，且以的速度满载匀速直线行驶了,则需消耗汽油的质量。 【典例12】（23-24九年级上·湖南长沙·阶段练习）某新款无人驾驶的柴油机车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶5.6km，受到的阻力是3.0×103N，消耗燃油1.5×10-3 m3（假设燃油完全燃烧）。若燃油的密度ρ=0.8×103kg/m3，热值q=4×107J/kg。求： （1）柴油机车牵引力所做的功； （3）该柴油机车的热机效率是多少？ （3）如果柴油机的效率提高5%，其他条件都不变，那么柴油机车在这段路程中行驶可节约柴油多少kg？ 巩固练习 一、单选题 1．（2024·北京朝阳·二模）下列实例中，属于热传递改变物体内能的是（　　） A．用锯条锯木头时锯条的温度升高 B．两手相互摩擦时手的温度升高 C．电钻打孔时钻头温度升高 D．热鸡蛋放入冷水中温度降低 2．（2024·广西柳州·三模）图为压缩活塞中的空气使它内能增加。选项热机中能量转化与甲相同的是（　　） A． B． C． D． 3．（2024·湖南·三模）2023年12月9号，世界首枚液体甲烷火箭“朱雀2号遥三”运载火箭在我国酒泉卫星发射中心发射升空，将搭载的“天仪33”和“鸿鹄”两卫星成功送入预定轨道，下列说法正确的是（    ） A．运载火箭加速升空过程中，卫星动能转化为重力势能 B．运载火箭加速升空过程中，卫星重力势能转化为动能 C．运载火箭加速升空过程中，卫星机械能变大 D．运载火箭采用液氢为燃料是因为其比热容大 4．（2024·新疆和田·三模）汽油在使用过程中，随着质量的减小，它的（　　） A．热值不变、比热容不变 B．热值变小、比热容变小 C．热值不变、比热容变小 D．热值变小、比热容不变 5．（2024·山东济南·二模）如图所示，将一盖好瓶盖的空矿泉水瓶的下半截用力拧几圈，瓶内上半截的气体被挤压导致体积变小、压强变大，此时再缓慢拧动瓶盖，某一瞬间瓶盖突然被猛烈弹出、同时瓶内出现了白雾。对此过程的下列分析正确的是（　　） A．甲图中，用力拧瓶子下半截时，上半截的气体内能减小 B．甲图中，能量转化的过程和内燃机的做功冲程基本一致 C．乙图中，瓶盖被弹出时的原理和内燃机的排气冲程相同 D．乙图中，瓶内出现白雾是由瓶子内的水蒸气液化形成的 6．（2024·山东济南·一模）曾有人做过如图所示的实验，在一个薄铜管里装上适量的乙醚（一种沸点很低的挥发性液体），用软木塞塞紧管口，把铜管固定在底座上，用结实的软绳在铜管上绕一圈，再用两手很快地牵动绳子，让绳子跟铜管摩擦。一会儿发现铜管发热了，接着铜管内的乙醚沸腾了，沸腾的乙醚蒸气能把软木塞冲起。以下几个阶段中，与内燃机做功冲程的能量转化情况基本相同的是（    ） A．两手很快的牵动绳子 B．绳子跟铜管快速摩擦 C．铜管内的乙醚沸腾了 D．乙醚蒸气把木塞冲开 7．（2024·湖北·一模）如图为探究物质的吸热能力的实验，实验过程中，对酒精灯中的酒精而言，一定发生变化的物理量是（　　） A．密度 B．质量 C．热值 D．比热容 8．（2024·湖北·一模）如图所示，甲是汽油机某个冲程的工作示意图，乙是柴油机某个冲程的工作示意图。下列说法正确的是（　　） A．甲是汽油机的压缩冲程，此时进气门和排气门均关闭 B．甲是汽油机的做功冲程，汽缸顶部的火花塞产生电火花 C．乙是柴油机的吸气冲程，吸进汽缸的是空气和柴油的混合物 D．乙是柴油机的排气冲程，此时汽缸顶部的喷油嘴正在喷油 9．（2024·北京·模拟预测）如图甲为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，如图乙为汽油机的工作冲程。下列判断正确的是（　　） A．舰载机获得的牵引力是因为汽缸内的蒸气体积收缩，从而拉动活塞 B．汽缸内的蒸汽推动活塞时，内能减小 C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图乙中B所示的原理相似 D．图乙中，汽油机一个工作循环的正确顺序是A、D、C、B 二、填空题 10．（2024·湖北·二模）用某煤气灶将5L的水从20℃加热到100℃，水吸收的热量为 J，若消耗的煤气质量为0.16kg，煤气灶烧水时的效率为 。 11．（2024·山东济南·二模）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，如图所示。当气球向右喷气时，静止的小车向左运动起来，利用了 知识；该过程使气球内气体的内能 （选填“增大”或“减小”）。 12．（2024·安徽合肥·三模）2024 年 4月 30 日，  “神舟十七号”载人飞船返回舱成功着陆。如图是返回舱在进入大气层时要通过一段黑障区，飞船因为摩擦被烧成一个大火球，而舱内的航天员和设备却安然无恙。这一过程中，返回舱“燃烧”是通过 的方式增加了内能。 13．（2024·辽宁葫芦岛·二模）如图所示，民间有“做白粿迎新春”的传统习俗。制作白粿时，先将浸泡过的米放在木桶中蒸熟，再放入石臼中用木棰捶打，最后搓揉成形。蒸米时，完全燃烧10kg的干木柴能释放出 J的热量（干木柴的热值为）。捶打时，木棰相当于一个 杠杆。 14．（2024年河南省洛阳市中考第三次模拟考试物理试卷）2024年2月23 日“长征五号”遥七运载火箭在文昌发射中心发射成功。如图，发射火箭时，燃料燃烧释放的内能转化为火箭的 能，这与内燃机的 冲程原理相同；火箭采用液态氢做燃料，是因为它的 大。 15．（23-24九年级下·北京·阶段练习）根据如图所示的两个热学实验，回答相关问题： （1）甲图，试管内的水沸腾一段时间后，水蒸气将橡胶塞推出，水蒸气的内能转化为橡胶塞的 。 （2）乙图，抽掉玻璃板后，将会观察到 ，这属于扩散现象。 16．（2024·江苏苏州·二模）小明和小华家分别有A、B两款燃气灶，为了比较哪款更节能，他俩周末进行了研究，发现同样将1kg的水由常温（20℃）烧开（标准大气压下），A款燃气灶消耗了2.1×10-2m³的燃气，B款燃气灶消耗了2.8×10-2m³的燃气，通过比较发现 燃气灶更节能，因为它的 高，其大小为 [水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）、燃气的热值为4.0×107J/m3]。 三、实验题 17．（23-24九年级上·河北石家庄·期末）小明组装了图所示的装置探究煤油和菜籽油的热值大小。 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后水温/℃ 10g煤油 20 80 ① 20 50 （1）小明设计的实验数据表格如上表，其中①处内容漏写了，请你帮他补充完整： ； （2）为使实验现象明显，烧杯中水的质量应适当 （选填“大”或“小”）一些； （3）由表中记录数据可知， 的热值大； 【拓展】实验后小明根据实验数据，利用公式Q=cmΔt算出了A烧杯中的水吸收的热量，再结合“10g煤油”这一数据，算出的煤油热值偏小，原因是 。 18．（23-24九年级上·湖北黄冈·阶段练习）如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，图中搅拌器未画出。燃料的质量都为10g，烧杯内的液体初温相同。 （1）在实验中，三个烧杯中a、b液体的质量 （选填“必须”或“无需”）相等； （2）若要比较不同燃料的热值大小，则应选择甲图和 图进行实验；实验中，用 （选填“加热时间”或“升高温度”）来表示液体吸收热量的多少； （3）某同学选用甲、丙两图进行实验，所得数据如下表所示，分析表中数据，你认为a、b两种液体中，比热容较大的是 （选填“a”或“b”）液体。 温度 20 30 40 50 加热时间 液体a 0 40 82 126 液体b 0 18 40 64 四、计算题 19．（23-24九年级上·海南省直辖县级单位·期末）我国自主研发的首款四座氢内燃机飞机机翼展为，机身长度为，高压气态储氢罐可储氢，最大起飞质量可达；在空中以的速度匀速巡航时，前置螺旋桨提供的牵引力为。已知氢气的热值为，求： （1）高压储氢罐内的氢气完全燃烧放出的热量； （2）飞机以的速度匀速巡航行驶距离； （3）飞机以的速度匀速巡航牵引力所做的功。 20．（23-24九年级下·湖南衡阳·期中）某汽车在水平地面上以25m/s的速度匀速行驶600s，汽车发动机产生的牵引力所做的功为3×107J，消耗汽油2kg（假设汽油在发动机汽缸内完全燃烧，汽油热值q=4.6×107J/kg，g取10N/kg）。针对这一过程，求： （1）汽车行驶的路程； （2）汽车受到的阻力； （3）汽车发动机的效率（结果精确至1%）。 （3）汽车发动机的效率为33%。 21．科学家正在研制一种用水作燃料的“零排放汽车”，其工作原理是：水和硼反应产生氢，氢再进入内燃机燃烧或装入燃料电池发电；后续反应产生的水又被收集，唯一副产品“氧化硼”还可以再转变成硼并循环利用。据科学家计算，一辆汽车一次装载18kg硼和45L水，反应放出的能量与30kg汽油相当（汽油的热值为4.6×107J/kg）,如果该车以108km/h的速度在水平路面上匀速行驶，反应放出的能量转化为机械能的效率为80%，该车的质量是1.6t，车受到的阻力是车重的10%．则： （1）30kg汽油完全燃烧放出的能量是多少焦？ （2）则该车发动机的牵引力是多大？ （3）加一次硼和水可以供车行驶多少千米？ 提优练习 一、单选题 1．（23-24九年级上·江苏泰州·期末）运动员经常喝功能饮料来补充能量，有一种功能饮料标有“能量密度：”的字样。下列物理量中与“能量密度”的含义相似的是（　　） A．内能 B．热量 C．热值 D．比热容 2．（2024·广东广州·一模）如图所示，如图中阴影部分的面积与对应文字所描述的物理量不相符的是（　　） A．质量 B．路程 C．功率 D．热量 3．A、B两装置，均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同。将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中（插入过程没有空气进入管内），水银柱上升至图示位置停止。假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法正确的是（　　） A．A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量 B．B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量 C．A和B中水银体积保持不变，故内能增量相同 D．A和B中水银温度始终相同，故内能增量相同 4．如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的水进行加热，两图装置均相同。燃料的质量用m表示，燃料充分燃尽时水升高的温度用Δt表示（水未沸腾）（　　）    A．若m相同，Δt越小，燃料的热值越大 B．若Δt相同，m越大，燃料的热值越大 C．若m与Δt的比值越大，燃料的热值越大 D．若m与Δt的比值越小，燃料的热值越大 5．两台汽油机，甲的功率是乙的2倍，甲的效率为20%，乙的效率为25%，那么甲与乙每小时消耗油量之比为（　　） A．6∶5 B．5∶2 C．15∶8 D．6∶15 6．（23-24九年级下·江苏·开学考试）用如图1所示的同一个实验装置分别加热质量均为100g的甲、乙两种液体（其中一种是水）。用测得的数据绘制了温度随时间变化的图像（如图2），乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精（）。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，，则下列说法正确的是（　　） A． B．乙液体是水 C．0~8min乙吸收的热量为 D．该酒精灯的加热效率为35% 7．（23-24九年级上·安徽宣城·期末）如图为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，如图b为四冲程汽油机的工作示意图。下列判断错误的是（    ）    A．图a中汽缸内的蒸汽体积膨胀，从而推动活塞使舰载机获得牵引力 B．图a中汽缸内的蒸汽推动活塞时，内能减小 C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图b中B图所示的工作原理相似 D．图b中汽油机一个工作循环的正确顺序是A→B→C→D 二、填空题 8．如图所示，在同一高度以大小相同的初速度v0分别竖直向上和斜向上将同一小球抛出，不计空气阻力。小球竖直向上、斜向上到达最高点时到水平地面的高度分别为h1和h2，小球又下落到与抛出点等高度时的速度大小分别为v1和v2，则h1 h2，v1 v2（大于/等于/小于）。 9．（2024·陕西西安·模拟预测）如图甲是一台单缸四冲程汽油机工作状态示意图，由图甲可以看出，它此时处在 冲程，其能量转化情况与 （选填“乙”或“丙”）图相同。若此汽油机飞轮的转速为3600r/min，汽油机1min对外做功 次；若该汽油机提供的牵引力1min内做功3.6×105J，汽油机能量转化效率为40%，则工作1min需要燃烧汽油 kg。（汽油的热值为q=4.5×107J/kg） 10．如图所示是质量是200g固体的熔化实验装置和根据实验数据绘制出的曲线图，如果从开始记录到刚沸腾时，完全燃烧了热值为3.0×107J/kg的酒精5g，假设酒精灯在相等的时间内提供的内能一样多，此过程中，则CD段吸收的热量为 J，ABCD段的热转化效率是 。[该物质液态时的比热容为1.5×103J/（kg·℃）]    11．如图所示为四缸发动机工作原理图，内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作。四缸发动机的主要技术指标如表所示，其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积是指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积与活塞上下运动的距离。当发动机以最大功率工作时，曲轴转速为6000 r/ min。当发动机以最大功率工作时，则在每一个做功冲程里，燃气对活塞所做的功W1是 J；做功冲程中燃气对活塞的平均压强 Pa。 排量 1.6L 最大功率 66kW 转速 6000r/min    12．（23-24九年级上·江苏南通·期中）阅读短文，回答问题。 多功能喷洒车 某款喷洒车的主要结构如图甲所示，配置的四冲程柴油机不仅要牵引喷洒车前行，还要带动雾炮机电气箱里的发电机发电，然后发电机供电给风机、转向机、水泵和液压泵，水泵和液压泵可独立工作。机械结构上，喷雾炮筒的转轴设计在炮筒的重心；工作时水泵通过水管将水箱中的水直接压到喷嘴处，然后被风机产生的强风喷射出去；转向机可带动喷雾炮筒左右水平旋转，液压泵撑杆可支撑并带动喷嘴上下转动，达到有效控制喷洒射程和面积的作用。 喷洒车的部分参数如下表所示，喷水最大流量：单位时间内最大喷水体积；最大能效：以最大射程和流量工作时，最大射程和最大流量的乘积与发电机输出功率的比值。 发电机输出电压 380V 柴油机效率 50% 最大能效 5L·m/kJ 发电机效率 80% 水箱容积 1.2×104L 喷水最大流量 120L/min （1）喷洒车沿水平路面水平匀速前进时，所受重力对它 （选填“做功”或“不做功”）；在喷水的过程中，其动能 （选填“变大”、“变小”或“不变”）；若一直以最大流量喷水，注满一箱水最多可喷洒 min； （2）下列关于雾炮机的说法正确的是 ； A．风机、转向机都是将机械能转化为电能； B．水泵和液压泵串联在电路中； C．雾炮机可利用家中的插座直接供电工作； D．喷水时，喷雾炮筒相当于省力杠杆。 （3）如图乙是水箱内自动测定水量的模拟电路图，R是滑动变阻器，水量表是由 （选填“电压表”或“电流表”）改装而成；若要求喷水过程中水量表的示数变小，则图中电源负极应连接R的 （选填“A”或“B”）端； （4）某次喷洒车以36km/h匀速行驶执行喷洒任务，柴油机以3000r/min的转速运行，提供4000N牵引力的同时还实现发电机输出功率24kW，使得雾炮机以最大射程和最大流量工作，已知柴油热值为4.2×107J/kg，求该过程中： ①柴油机每秒完成 个做功冲程； ②该雾炮机的最大射程为 m，喷洒车工作5min消耗柴油 kg。 三、实验题 13．（23-24九年级上·福建福州·期中）如图甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是10g。 （1）比较不同燃料的热值，应选择 两图进行实验，燃料完全燃烧放出的热量的多少是通过 （选填“温度计上升的示数”或“加热时间”）来反映的。若已知液体a是水，计算出水吸收的热量，再计算出燃料的热值，他的计算结果是 的（选填“不变”“偏大”或“偏小”），理由是 ； （2）比较不同物质的比热容，应选择在两只烧杯中应分别装入质量 （选填“相等”或“不相等”）的液体；通过观察 来反映液体吸收热量的多少。初始温度相同的a、b两种液体吸热后，它们的温度随时间变化的图像如图丁所示，求a、b两种液体的比热容之比为 ； （3）有一种“涡轮增压”（T型）轿车，通过给发动机更足量的空气使汽油更充分地燃烧，比普通轿车（L型）更节能，排气更清洁。同样的汽油（如97#）加在T型轿车内比加在L型轿车内热值 （填“更大”或“一样大”或“更小”）； （4）如图戊是某一沿海城市和某一内陆城市年气温变化曲线，根据上面探究过程中所获得的知识可知，曲线C表示的是 （选填“沿海”或“内陆”）城市。 14．科技小组许多同学都有着航天梦、中国梦，他们在老师的指导下，在学校操场做了水火箭升空实验。实验器材有：饮料瓶、气筒、自行车气门、铁丝、橡皮塞、水等。水火箭构造如图所示； 根据老师的介绍，同学们了解到水火箭升空工作过程如下：在瓶中装入适量的水，塞好瓶塞后放在发射器上，用气筒向瓶内打气，瓶内上方气体压强达到一定程度，高压气体将水和橡皮塞从瓶口压出的同时，瓶飞向高空； （1）依据 的原理，在水和橡皮塞从瓶口向下飞出的时候，水火箭会向上升空。从能量转化角度来看，水火箭升空的能量主要是由 的内能转化来的，水火箭上升前的瞬间，瓶内气压大于瓶外大气压，水火箭竖直上升到最高点时受到的 （选填“是”或“不是”）平衡力； （2）实验结束后，小辉同学提出了一个问题：水火箭上升高度与哪些因素有关呢？ 小辉猜想：可能与瓶中气体的压强有关； 小华猜想：可能与瓶中水的体积有关； 你认为影响因素还有 ；（写出一点，猜想必须合理） （3）同学们通过实验发现，瓶塞插入深度不同，瓶塞被冲出前用气筒充气次数不同（设充一次气气量相同）。他们选用同一个可乐瓶，瓶中水量为200mL。通过站在不同楼层的观察员目测进行数据记录，考虑到安全做了三次实验，实验结果如下表： 瓶塞插入深度 浅 深 更深 水火箭上升高度/m 2 5 12 可验证水火箭上升高度与 有关的猜想是正确的．实验小组经过讨论和思考发现，瓶塞插入瓶口的深度加深，其实是增大了瓶塞与瓶口的 力，从而增大了瓶塞与瓶口的摩擦力； （4）为了验证小华同学的猜想，同学们一致认为应该在控制其他所有条件相同的前提下，只改变 进行实验。 四、计算题 15．（2024·江苏宿迁·一模）图中三峡水电站是世界上最大的水力发电站，年平均发电量约为8.5×1010kW•h，据专家介绍，三峡水电站的年发电量相当于一个每年消耗5×1010kg标准煤的火力发电站的年发电量。这些电能被送往华东、华中等地区，所以人们常说“三峡可‘照亮’半个中国”。 （1）已知标准煤的热值约为3×107J/kg，则5×1010kg标准煤完全燃烧后会放出多少热量？ （2）向大气中排放过量的CO2等气体，是造成“温室效应”的主要原因。三峡水电站与同等供电量的火力发电站相比，每年少排放CO21.2×1011kg，已知在通常情况下，CO2气体的密度约为2kg/m3，这些CO2气体的体积约为多少？ （3）设火力发电站在一年内产生的电能为E，它在一年内消耗的标准煤完全燃烧后所释放的热量为Q。试根据上述资料估算火力发电站的效率。 16．如图甲所示是我国自主研发的一款油电混合动力汽车。该混合动力汽车启动时，内燃机不工作，车内蓄电池输出能量；当高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输出能量，同时又可以向蓄电池充电。为了保护蓄电池，当电池使用到剩下最大容量20%停止供电。在某次测试中，司机驾驶该车在平直公路上以50km/h的速度匀速行驶1h，观察仪表盘发现这段时间内燃机消耗燃油10kg，蓄电池储存的能量由最大值的30%增大至最大值的80%。该车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图乙所示，该汽车的某些参数如表所示。（燃油热值q＝4.0×107J/kg）求： 电机 电池 整车 输出最大功率/kW 输出电压/V 最大容量/J 质量/t 90 300 1.2×108 1 （1）在测试过程中，该车克服阻力做的功的大小？蓄电池储存的能量增加焦耳数？汽车的能量利用率？ （2）若只用蓄电池提供动力且假设电能全部转化为机械能，该车在蓄电池充满电的情况下以25km/h最多可行驶多少千米？ 17．（23-24九年级上·四川眉山·期中）氢气﹣汽油发动机采用氢气和汽油两种燃料工作，可进行自由切换，小华驾驶使用上述发动机的轿车沿平直公路从甲地至乙地，两地相距250km，出发时油箱内汽油的质量为8kg，设氢气和汽油在气缸内均完全燃烧，轿车行驶中所受阻力恒定，全程分两个阶段，如图所示。 阶段一：轿车使用氢燃料从甲地出发，以25m/s的速度匀速行驶1h到达丙地，此过程中轿车牵引力的功率为20kW，消耗了0.8kg氢气。 阶段二：从丙地开始，由于氢气不足，小华切换汽油为燃料，轿车仍以25m/s的速度匀速行驶，此过程中发动机的效率为25%。 （1）求轿车行驶过程中受到的阻力； （2）在使用氢燃料的情况下，求轿车发动机的效率； （3）请通过计算说明小华最终能否到达乙地；（q氢气=1.5×108J/kg、q汽油=4×107J/kg） ( 2 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 12.4 机械能与内能的相互转化【九大题型】 题型一、内能的改变方式 1 题型二、能量的转化（内能） 3 题型三、热机的辨识 6 题型四、冲程、圈数、工作循环的等效计算 8 题型五、热值的定义 10 题型六、热值的简单计算 12 题型七、热平衡计算 14 题型八、比较不同物质的热值 17 题型九、热值的相关计算 20 巩固练习 24 提优练习 36 ( 知识点01 做功-内能改变的另一种方式 ) 通过做功可以改变物体的内能。 【微点拨】 对物体做功，物体内能增加；物体对外做功，自身内能减少，用做功的方法改变物体内能的过程，实质上是内能与其他形式的能量之间相互转化过程。 题型一、内能的改变方式 【典例1】（2024·江苏南京·二模）以下四个事例中能量转化过程与其他不相同的是（　　） A．瓶塞冲出 B．搓手取暖 C．压缩冲程 D．钻木取火 【答案】A 【详解】A．瓶塞冲出，试管内气体对塞子做功，内能转化为机械能； B．搓手取暖，双手克服摩擦做功，机械能转化为内能； C．压缩冲程，活塞压缩缸内气体，对气体做功，机械能转化为内能； D．钻木取火，钻头克服摩擦做功，机械能转化为内能； 综上所述，能量转化过程与其他不相同的是瓶塞冲出，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 【变式1-1】（2024·广西南宁·二模）下列改变内能的方式与其他三种不同的是（　　） A．热水烫脚 B．冰镇饮料 C．钻木取火 D．围炉煮茶 【答案】C 【详解】A．热水烫脚，脚吸收热量，温度升高，内能增大，是通过热传递改变物体内能； B．冰镇饮料，饮料放出热量，内能减小，是通过热传递改变内能； C．钻木取火，克服摩擦力做功，将机械能转化为内能，使木头的温度升高、内能增大，是通过做功改变内能； D．围炉煮茶，茶吸收热量，温度升高、内能增大，是通过热传递改变物体内能，综上所述，选项C与其他项改变物体内能的方式不同，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 【变式1-2】（2024·山西朔州·二模）如图是古人发明的一种活塞式点火器，以牛角作套筒，木质推杆前端粘附艾绒。取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃，随即将杆拔出，口吹立见火苗。下列词语中与其改变内能的方式相同的是（　　） A．釜底抽薪 B．抱团取暖 C．搓手取暖 D．卧冰求鲤 【答案】C 【详解】封闭的气体被推杆压缩过程中，活塞对气体做功，气体内能增加，是机械能转化为内能。 ABD．釜底抽薪、抱团取暖、卧冰求鲤都属于热传递改变物体的内能，故ABD不符合题意； C．搓手取暖属于做功改变物体的内能，故C符合题意。 故选C。 【变式1-3】（2024·甘肃临夏·二模）我们要养成“做中学”的良好学习习惯。如图甲所示，用丝绸摩擦气球后，发现气球温度升高了，这是通过 的方式改变气球的内能；摩擦过的气球靠近水平桌面上静止的另一只气球，发现另一只气球靠近摩擦过的气球滚动，如图乙所示，这是因为摩擦过的气球带了 。 【答案】 做功 电荷 【解析】【小题1】[1]用丝绸摩擦气球，需要克服摩擦做功，气球的内能增大，温度升高。这是通过做功的方式改变内能。 [2] 另一只气球靠近摩擦过的气球滚动，这是因为气球在与丝绸摩擦过程中带了电荷，而带电体具有吸引轻小物体的性质。 [3] 题型二、能量的转化（内能） 【典例2】（2024·湖南永州·二模）如图所示的实验装置中，一个装有适量水的试管通过橡胶塞密封。当水被加热一段时间后，橡胶塞被推出，同时管口出现了大量“白气”。下列说法正确的是（　　） A．管口出现的“白气”是水蒸气 B．水蒸气推出橡胶塞导致水蒸气内能增加 C．水被加热的过程中，其内能是通过热传递的方式改变的 D．水蒸气推出橡胶塞与汽油机压缩冲程能量转化情况相同 【答案】C 【详解】A．管口出现的“白气”是水蒸气液化形成的小水滴，故A错误； B．水蒸气推出橡胶塞，水蒸气对外做功导致水蒸气内能减少，故B错误； C．用酒精灯给水加热，酒精燃烧时是将化学能转化为内能，是通过热传递的方式使得试管和试管内水的内能增加的，故C正确； D．试管内水蒸气将软木塞冲出的实验过程中，利用内能做功，将水蒸气的内能转化为软木塞的机械能；汽油机的压缩冲程是将机械能转化成内能，两者的能量转化形式不同，故D错误。 故选C。 【变式2-1】（23-24九年级上·辽宁营口·阶段练习）2023年10月26日，长征二号F运载火箭将神舟十七号载人飞船发射升空，在加速升空的过程中，火箭尾部喷出的高温高压燃气的 能转化为火箭的 能。 【答案】 内 机械 【详解】[1][2]火箭尾部喷出的高温高压燃气对火箭做功，推动火箭加速升空，燃气的内能转化为火箭的机械能。 【变式2-2】（23-24九年级下·福建福州·期中）如图所示，在大口厚玻璃瓶内装入少量的水，塞紧塞子后，用气筒向瓶内打气时，活塞对瓶内气体 ，瓶内气体内能 （选填“增大”、“减小”或“不变”）。 【答案】 做功 增大 【详解】[1][2]在大口厚玻璃瓶内装入少量的水，塞紧塞子后，用气筒向瓶内打气时，活塞把气体压入活塞，活塞对瓶内气体做功，将机械能转化为瓶内气体的内能，瓶内气体内能增大，这是通过做功的方式改变物体内能。 【变式2-3】（2024·山东济宁·二模）如图所示是二氧化碳灭火器，打开阀门，按下手柄，会有大量的“白气”喷出，此时瓶内二氧化碳内能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。为了安全，灭火器应存放在阴凉干燥之处，因为灭火器在烈日下温度会升高，这是通过 方式使内能增加，具有一定的危险性。 【答案】 减小 热传递 【详解】[1]按下手柄，出气时，气体膨胀，对外做功，会有大量的“白气”喷出，此时瓶内二氧化碳内能减小。 [2]为了安全，灭火器应存放在阴凉干燥之处，因为灭火器在烈日下温度会升高，灭火器吸收热量，内能增大，这是通过热传递方式使内能增加，具有一定的危险性。 【变式2-4】如图所示的是世界上早期的蒸汽汽车模型，燃烧燃料使水温升高，水的内能增加，再转化为汽车的 能，使汽车前进。 【答案】机械 【详解】燃料燃烧放出热量，是化学能转化为内能，水吸收热量，内能增加；蒸汽通过对外做功，再将内能转化为机械能，推动蒸汽汽车前进。 ( 知识点02 热机 ) 利用燃料燃烧释放出能量做功的机械，叫做热机。常见的热机有：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 【微点拨】 （1）内能利用的两种方式：加热、做功。 （2）内燃机及其工作原理： 　 ①内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。内燃机分为汽油机和柴油机，它们分别用汽油和柴油作为燃料。 　　②内燃机的工作原理：汽油或柴油在气缸里燃烧时生成高温高压的燃气，用来推动活塞做功。活塞通过连杆使内燃机的飞轮转动，从而带动其他机械转动。 （3）汽油机和柴油机的异同点： 不同点 相同点 项目 汽油机 柴油机 （1）构造基本相同都是燃料在气缸内燃烧，都是内燃机。 （2）都将内能转化为机械能。 （3）每一个工作循环都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。 构造 气缸顶部有火花塞 气缸顶部有喷油嘴 点火方式 压缩冲程末由火花塞放出电火花点燃，称点燃式 压缩冲程末由喷油嘴向气缸内喷雾状柴油遇到高温高压的空气自动燃烧，称压燃式 燃料 汽油、吸气冲程吸进汽油和空气混合物 柴油、吸气冲程吸进气缸的只是空气 压缩比 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1／9至1／6 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1／22至1／16 做功 做功冲程初燃气压强为30至50个大气压，温度2000℃至2500℃，高温高压的气体推动活塞做功 做功冲程初燃气压强为50至100个大气压，温度1700℃至2000℃，高温高压的气体推动活塞做功 效率 效率较低20％至30％ 效率较高30％至45％ 用途 轻便，多用于汽车、飞机、小型农机具 笨重，多用于拖拉机、载重汽车、轮船等重型机械 汽油机 柴油机 题型三、热机的辨识 【典例3】（2024·江苏苏州·二模）柴油机的构造与汽油机类似，不同点在于柴油机有一个喷油嘴而没有火花塞，其压缩冲程结束时，气缸内气体被压缩为高温气体，温度超过柴油的燃点，此时由喷油嘴向气缸内喷入雾化的柴油，柴油迅速燃烧，从而推动活塞做功，则如图中图 是柴油机的做功冲程，柴油燃烧时将 能转化为 能。 【答案】 甲 化学 内 【详解】[1]图中甲图燃料燃烧，气体对外做功，内能转化为机械能，活塞向下移动，所以图甲表示的是做功冲程。 [2][3]柴油燃烧时向外放热，将储存的化学能转化为内能。 【变式3-1】（2024·甘肃武威·模拟预测）某同学利用塑料瓶制作的“水火箭”如图甲所示，其原理是压缩空气使水从“火箭”尾部向下 喷出，推动“火箭”飞向空中。往“水火箭”里打气相当于图乙中 （选填“A” 或“B”）所示的内燃机冲程；要使“水火箭”飞得更高，可以采取的一条措施是 （合理即可）。 【答案】 A 将“水火箭”竖起来发射 【详解】[1]往“水火箭”里打气时，压缩瓶内空气做功，空气的内能增大，温度升高，相当于图乙中A所示的内燃机压缩冲程，而B是做功冲程。 [2]要使“水火箭”飞得更高，就要使“水火箭”获得更多的能量，在质量一定时，高度越高，重力势能越大，转化的动能越多；质量越大、速度越大，动能越大，使“水火箭”获得更大的能量，则可以使“水火箭”装更多的水、将“水火箭”竖起来发射等。 【变式3-2】（2024·浙江·三模）如图甲所示为小乐制作的简易“蒸汽船”模型，将盛有一定量水的铜制容器安装在“船体”上，用蜡烛对铜制容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”向左行驶。 （1）蜡烛对铜制容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过 改变水的内能； （2）铜管向右喷蒸汽，“蒸汽船”向左行驶，这个过程的能量转化与如图乙所示的汽油机的 （选填字母）冲程相同。 【答案】 热传递 A 【详解】（1）[1]蜡烛燃烧放出热量被水吸收而增大水的内能，这是通过热传递的方式改变水内能的。 （2）[2]当管向右喷蒸汽时“船体”向左运动，这个过程的能量转化是：内能减小，机械能增大，内能转化为机械能。这与热机的做功冲程相同，图片中A两个气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程。 【变式3-3】（2024·四川泸州·一模）如图所示是学校小制作比赛中的作品——自制蒸汽机，烧瓶瓶口的橡皮塞上插着“”型喷管，喷管的最上端通过球形磁铁吸到铁架台上，使烧瓶可以自由转动。当加热至水沸腾，温度将 ，水蒸气从喷嘴喷出，烧瓶开始向水蒸气喷出 （选填“方向”或“相反方向”）快速旋转，水蒸气推动烧瓶转动相当于内燃机 冲程。 【答案】 保持不变 相反方向 做功 【详解】[1][2]水在沸腾过程中吸收热量，温度保持不变；瓶内的水汽化变成水蒸气，当内能增大到一定程度时，水蒸气就会从喷管中向外喷出，因物体间力的作用是相互的，所以烧瓶向水蒸气喷出的反方向转动。 [3]烧瓶内水蒸气对外做功的过程中，内能转化为机械能，与内燃机的做功冲程相同。 题型四、冲程、圈数、工作循环的等效计算 【典例4】（2024·山东德州·二模）如甲图所示的实验装置，当塞子从试管口喷出时，水蒸气的内能转化为塞子的 。这个能量转化过程与汽油机工作时图 （选填“乙”或“丙”）的能量转化过程一样，若一台单缸四冲程汽油机飞轮的转速为2400r/min，则该汽油机1s内对外做功 次。 【答案】 机械能（或动能） 乙 20 【详解】[1][2][3]当试管内水被酒精灯加热后，水蒸气的内能逐渐增大，最后会把塞子冲出去，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，汽油机的做功冲程是汽油燃烧产生的内能转化为曲轴的机械能，因此这一现象与做功冲程能量转化相同，图乙中两气门关闭，活塞下行，火花塞有火花，是做功冲程，若一台单缸四冲程汽油机飞轮的转速为2400r/min，则1s内汽油机曲轴转动次数为40，一个工作循环中，曲轴转动两周，对外做功一次，所以汽油机1s内对外做功20次。 15．一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是 1800 r／min，该汽油机每秒钟完成 个工作循环，对外做功 次，完成能量转化 次。 【答案】 15 15 30 【详解】[1][2][3]内燃机完成1个工作循环，完成四个冲程，飞轮转2转，完成2次能量转化，对外做功1次；1800r/min=30r/s，即每秒完成15个工作循环，完成60个冲程，对外做功15次，完成能量转化30次。 【变式4-1】（2024·江苏·一模）如图所示，是汽油机工作循环中的 冲程，该冲程是通过 改变燃气的内能的，若飞轮的转速为1800r/min，则汽油机每秒钟内做了 次功。 【答案】 做功 做功 15 【详解】[1][2]根据图像可知，进气门、排气门关闭，活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功，所以为做功冲程。该冲程通过做功改变燃气的内能。 [3]一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min，说明1min飞轮转1800r，飞轮每转2周做功一次，则飞轮每分钟做功900次，每秒钟做功 （次） 【变式4-2】（23-24九年级下·江苏徐州·阶段练习）如图甲所示，快速压下活塞，可观察到棉花着火燃烧。此过程中气体的内能 ，这与四冲程汽油机的 冲程的能量转化相同，若飞轮的转速为2400r/min，在1s内，汽油机做功 次。 【答案】 增大 压缩 20 【详解】[1][2]在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小团干燥的棉花，快速压下活塞，棉花燃烧起来；该过程中压缩筒内空气做功，使空气的温度升高、内能增；该实验中，活塞的机械能转化为筒内空气的内能，与内燃机压缩冲程的能量转化相同。 [3]根据题意知道，飞轮转速为2400r/min即40r/s，即飞轮每秒钟转40圈，由于一个工作循环飞轮转2圈，完成4个冲程，做功1次，所以1s内飞轮转40圈，完成80个冲程，共做功20次。 热值 ( 知识点03 热值 ) 我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。单位是：J/㎏。 【微点拨】 （1）燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关： 　　①燃料的种类； 　　②燃料的质量； 　　③燃料是否充分燃烧。 （2）燃料完全燃烧放出热量的计算公式：Q放=mq。其中m为燃料的质量，q为燃料的热值。 题型五、热值的定义 【典例5】（2024·新疆·三模）一瓶酒精用去一半后，相比原来的酒精发生变化的是（　　） A．热值 B．密度 C．质量 D．比热容 【答案】C 【详解】比热容、密度、热值都是物质的特性，与物质的质量、体积大小无关，所以比热容、密度、热值都是不变的，质量是物体所含物质的多少，用去一半后，物质的多少减少一半，所以质量减少一半。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 【变式5-1】（23-24九年级下·江苏盐城·阶段练习）比值定义法就是用两个或多个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法。下列哪个物理量不是用这种方法建立的（　　） A．密度 B．功 C．比热容 D．热值 【答案】B 【详解】A．某种物质质量与其体积之比叫密度，故A不符合题意； B．物体受到的力和物体在这个力的方向上通过的距离的乘积叫做功，故B符合题意； C．某种物质温度升高时吸收的热量与其质量和升高温度的乘积的比值叫做这种物质的比热容，故C不符合题意； D．燃料放出的热量与质量之比叫热值，故D不符合题意。 故选B。 【变式5-2】2020年9月21日13时40分，由中国航天科技集团研制的长征四号乙运载火箭再立新功，成功将海洋二号C星送入预定轨道，实现了国内运载火箭部件首次重复使用。如图，长征四号乙运载火箭在刚发射加速升空的过程中，下列说法正确的是（　　） A．随着火箭燃料的消耗，燃料的热值变小 B．燃料燃烧得越充分，热值越大 C．燃料的机械能转化为火箭的内能 D．燃气对火箭做功，其内能会减小 【答案】D 【详解】AB．热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、燃烧的是否充分等无关。故AB错误； C．燃料燃烧释放自身的化学能，将化学能转化为内能，再转化为火箭的机械能。故C错误； D．高温高压的燃气对外做功，将内能转化为火箭的机械能，因此燃气的内能减小，故D正确。 故选D。 【变式5-3】（2024·甘肃武威·二模）关于燃料的热值，以下说法中正确的是（　　） A．燃料燃烧时，质量越大，热值越大 B．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小 C．相同质量的不同燃料，完全燃烧时热值大的放出的热量多 D．燃烧1kg某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值 【答案】C 【详解】A．热值与质量无关，只与燃料种类有关，故A错误； B．燃料的热值与燃料的种类有关系，与燃料的质量，燃烧状况无关，是否完全燃烧无关，故B错误； C．由可知，相同质量的不同燃料，完全燃烧时热值大的放出的热量多，故C正确； D．燃烧1千克某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值，必须是完全燃烧放出的热量，才是燃料的热值，故D错误。 故选C。 【变式5-4】（23-24九年级上·广东中山·期中）烟煤的热值比木炭的小，这表示（　　） A．燃烧烟煤比燃烧木炭放出的热量少 B．燃烧烟煤比燃烧木炭放出的热量多 C．相同质量的烟煤和木炭，完全燃烧时，木炭放出的热量少 D．相同质量的烟煤和木炭，完全燃烧时，木炭放出的热量多 【答案】D 【详解】相同质量的烟煤和木炭，烟煤的热值比木炭的小，由Q=qm可知，完全燃烧时，木炭放出的热量多，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 题型六、热值的简单计算 【典例6】（2024·云南昆明·二模）2024年4月25日，搭载神舟十八号载人飞船的“长征二号F遥十八”运载火箭在酒泉卫星发射中心发射成功。火箭选用液态氢作为燃料，是因为液态氢的 （选填“热值”或“比热容”）较大；若想获得8.4×107J的热量，只需完全燃烧 kg的液态氢。（q氢=1.4×108J/kg） 【答案】 热值 0.6 【解析】【小题1】[1]火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的氢时，可以放出更多的热量。 [2]需要完全燃烧的液态氢的质量 【变式6-1】（2024·黑龙江齐齐哈尔·二模）某柴油机工作一段时间后，油箱里的柴油没有发生变化的是 （选填序号①质量②密度③比热容④热值）。完全燃烧10g柴油放出的热量 J。（） 【答案】 ②③④ 【详解】[1]密度、比热容和热值都是物质的特性，只与物质的种类有关，柴油机工作一段时间后，油箱里的柴油的多少发生了变化，所以柴油的质量变小了，但是柴油这种物质的种类没有发生变化，所以柴油的密度、比热容和热值都没有发生变化，故选②③④。 [2]完全燃烧10g柴油放出的热量 Q放=mq柴油=0.01kg×4.3×107J/kg=4.3×105J 【变式6-2】（22-23九年级上·四川德阳·阶段练习）小华在某次体育训练时，身体消耗了的热量，这些热量相当于完全燃烧 kg干木柴所释放的热量，当干木柴燃烧了一半，则剩余干木柴的热值 （变大、变小、不变）。（干木柴的热值为1.2×107J/kg） 【答案】 不变 【详解】[1]这些热量相当于完全燃烧干木柴的质量为 [2]热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，当干木柴燃烧了一半，则剩余干木柴的热值大小不变。 【变式6-3】（2024·陕西西安·二模）“西气东输”工程已全线竣工，输送的燃料为天然气，“煤改气”这是利用了天然气 的特性，而且使用天然气时对环境污染 。使用天然气做饭，在1标准大气压下要想把2kg、20℃的水烧开，水吸收的热为 J，需要燃烧 的天然气，（假设天然气完全燃烧放的热全部被水吸收，，。 【答案】 热值大 小 0.0096 【详解】[1]“煤改气”这是利用了燃气热值较大的特性，相同质量的天然气和煤相比，完全燃烧时可以放出更多的热量。 [2]天然气燃料后不产生有害气体，对环境的污染较小。 [3]把2kg、20℃的水烧开，水吸收的热为 [4]需要完全燃烧的天然气体积为 ( 知识点04 热机效率 ) 热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率。 【微点拨】 （1）热机的效率是热机性能的一个重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。 （2）提高热机效率的途径： 　　①在设计和制造上，要不断改进和革新，以减少各种能量损失，提高效率。 　　②在使用上，要正确使用，注意保养。 ③充分利用废气带走的能量。 题型七、热平衡计算 【典例7】（23-24九年级下·安徽芜湖·阶段练习）某些农村地区仍然利用柴火灶烧水，柴火灶以干木柴为燃料，效率较低，约为20%，若将水从加热至，需要干木柴的质量约为 【干木柴的热值为，水的比热容为】 【答案】0.42 【详解】[1]将水从加热至吸热的热量为 根据 需要木材的质量 【变式7-1】（23-24九年级上·河北石家庄·阶段练习）某内燃机的能量流向是，汽缸散热损失25%，废气带走的能量是30%，摩擦等机械损耗15%，则它的效率是 。若消耗2kg的汽油，则它做的有用功是 （汽油热值4.6×107J/kg），燃料燃烧更充分时，燃料的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】 30% 不变 【详解】[1]内燃机的效率是 [2]汽油完全燃烧放出的热量为 它做的有用功是 [3]热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与是否燃烧充分无关，燃料燃烧更充分时，燃料的热值不变。 【变式7-2】（23-24九年级下·云南曲靖·阶段练习）人类在原始社会就知道燃烧柴薪来取暖、烧饭。在现代社会，人类所用的能量一部分是燃烧天然气获得的。与柴薪燃料相比，天然气具有更高的 （选填“热值”或“比热容”）。某学校食堂每天需要用2m3的天然气，完全燃烧这些天然气产生的热量的42%被0.5t的水吸收，可以使初温为20℃的水升高 ℃。[，] 【答案】 热值 20 【详解】[1] 与柴薪燃料相比，天然气具有更高的热值，质量相同时完全燃烧可以放出更多的热量。 [2] 完全燃烧这些天然气产生的热量为 水吸收的热量为 水升高的温度为 【变式7-3】（2024·陕西西安·二模）2023年杭州举办第 19 届亚运会，首次使用废碳再生的绿色零碳甲醇作为主火炬塔燃料，实现循环内的零排放，助力打造首届碳中和亚运会。若甲醇的热值为，则完全燃烧2kg甲醇释放的热量是 J，该热量的84%被水吸收，可以使质量为 1t、温度为25 ℃的水升高 ℃[c水=4.2×103J/（kg·℃）]。  在燃烧过程中，若甲醇燃烧不充分，则甲醇的热值将 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】 9.2 不变 【详解】[1]完全燃烧2kg甲醇释放的热量为 [2]该热量的84%被水吸收，水吸收的热量为 这些热量可以使1t温度25°C的水升高的温度为 [3]热值与燃料种类有关，与燃料的质量和是否完全燃烧无关，如果在燃烧的过程中甲醇燃烧不完全，甲醇的热值不变。 【变式7-4】（2024·江苏南京·一模）如图甲所示，用力将活塞迅速下压，玻璃筒内硝化棉燃烧起来，该过程中的能量转化与四冲程汽油机的 冲程相同。某单缸四冲程汽油机飞轮转速为3000r/min，则每秒对外做功 次。若每次对外做功115J，该汽油机的效率为25%，连续工作1小时需消耗汽油 kg（）。有一种“涡轮增压”（T型）轿车，通过给发动机更足量的空气使汽油更充分地燃烧，比普通轿车（L型）更节能，同样的汽油加在T型轿车内比加在L型轿车内热值 （选填“更大”或“一样大”或“更小”）；如图乙所示，汽车尾部有一个“气流偏导器”，当轿车高速行驶时，能产生较大的抓地力，其原理是 。 【答案】 压缩 25 0.9 一样大 流体流速越大的地方、压强越小 【详解】[1]用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，硝化棉吸收热量，硝化棉的温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧，机械能转化为内能，与四冲程汽油机的压缩冲程能量转化相同。 [2]已知飞轮转速为 3000r/min=50r/s 一个工作循环活塞往复2次，飞轮转动2周，对外做功1次，故该汽油机1s内对外做功25次。 [3]对外做的总功 W=25×115J×3600=1.035×107J 燃料完全燃烧放出的热量 需消耗汽油的质量 [4]热值是燃料的特性，与燃烧情况无关。因此同样的汽油加在T型轿车内与加在L型轿车内热值一样大。 [5]汽车行驶时，偏导器上方的空气流速小于下方的流速，根据流体流速越大的地方、压强越小，所以偏导器上方的压强大于下方的压强，汽车行驶时，产生向下的压力，汽车对地面的抓地力增大。 题型八、比较不同物质的热值 【典例8】（2024·江苏南京·二模）用如图所示的相同装置进行“探究不同物质吸热升温现象”和“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”两个实验，关于两实验下列说法正确的是（　　） A．均需要计时器 B．研究对象均为烧杯中液体 C．均需控制液体和燃料的质量相同 D．均可通过液体升高的温度反映实验结果 【答案】D 【详解】A．“探究不同物质吸热升温现象”的实验中，通过加热时间比较物质吸收热量的多少，所以需要秒表，测量时间；而“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”的实验中，只要两种质量相同的不同燃料完全燃烧完即可，不需要秒表，故A错误； B．“探究不同物质吸热升温现象”的实验中，研究对象是烧杯中的液体，而“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”的实验中，研究对象是燃料，故B错误； C．“探究不同物质吸热升温现象”的实验中需控制不同液体的质量相同，“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”的实验中需要控制不同燃料的燃烧时间相同，故C错误； D．“探究不同物质吸热升温现象”实验中，可以加热相同质量的物质，在相同时间内通过温度变化来比较吸热能力的大小，“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”的实验中是通过液体升高的温度比较燃料放热能力的，故D正确。 故选D。 【变式8-1】（2024·江苏无锡·二模）如图是比较燃料热值的实验装置。下列说法正确的是（　　） A．实验时应控制燃料燃烧的时间相同 B．实验时应控制烧杯中的液体升高的温度相同 C．两燃烧皿中应分别装入种类不同、质量相同的燃料 D．两烧杯中应分别装入种类不同、质量相同的液体 【答案】C 【详解】比较不同燃料的热值，应控制被加热液体的种类、质量相同而燃料的种类不同、质量相同；质量相同的不同燃料完全燃烧释放的热量被相同质量的同种液体吸收，根据可知，实验中可以通过温度计示数变化来反应放出热量多少，从而判断两种燃料热值的大小，所以实验中不控制烧杯中的液体升高的温度，应让燃料完全燃烧，故ABD错误，C正确。 故选C。 【变式8-2】（2024·江苏南京·二模）如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量相同，烧杯内的液体质量也相同。下列说法正确的是（　　） A．比较不同液体吸热升温现象，可以选择甲丙两图 B．比较不同液体吸热升温现象，可以选择乙丙两图 C．比较不同燃料燃烧放出热量，可以选择乙丙两图 D．比较不同燃料燃烧放出热量，可以选择甲丙两图 【答案】A 【详解】AB．比较两种液体的比热容，必须控制燃料的种类相同，改变液体的种类，控制液体的质量相同，根据温度计的示数高低得出吸热多少，从而判断两种比热容的大小关系，应选择甲、丙两图进行实验，故A正确，B错误； CD．比较不同燃料热值大小要控制加热的液体种类、液体质量，改变燃料的种类，根据温度计的示数高低得出吸热多少，从而判断热值大小，因此选择甲、乙两图进行实验；故CD错误。 故选A。 【变式8-3】（2024·江苏常州·一模）如图所示装置甲、乙、丙完全相同，燃料质量均为10g；烧杯内液体初温和质量都相等，燃料完全燃烧完后，液体均未沸腾，液体的末温分别为、、，且。则下列说法正确的是（    ） A．燃料b放出热量最多 B．液体2体吸收的热量最少 C．燃料a的热值比燃料b的大 D．液体1的比热容比液体2的大 【答案】C 【详解】AB．对比甲丙，燃料的种类相同，均为燃料a，质量相同，根据可知燃料完全燃烧完后放出的热量相同，则甲烧杯中液体1和丙烧杯中液体2吸收热量相同；对比甲乙，加热相同的液体1，液体的末温，则甲烧杯中液体1吸收的热量大于乙烧杯中液体1吸收的热量，也说明甲中燃料a放出的热量更多。所以燃料b放出热量最少，乙中液体1吸收热量最少，故AB错误； C．对比甲乙，加热相同的液体1，液体的末温，说明甲中燃料a放出的热量多于乙中燃料b放出的热量，燃料质量均为10g，则燃料a的热值比燃料b的大，故C正确； D．对比甲丙，用相同的燃料加热不同的液体，液体的末温，说明甲中液体1升温较快，则液体1的比热容比液体2的小，故D错误。 故选C。 题型九、热值的相关计算 【典例9】（2024·山东临沂·二模）为研究酒精灯烧水的热效率，小明用酒精灯给100g、初温为20℃的水加热，消耗了4.2g的酒精时水的温度升至80℃。已知水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃），酒精的热值为3.0×107 J/kg，则酒精灯烧水的热效率是多少？ 【答案】20% 【详解】解：水吸收的热量 酒精放出的热量 酒精灯烧水的热效率 答：酒精灯烧水的热效率为20%。 【典例10】（23-24九年级下·山东青岛·自主招生）某同学用燃气灶烧水给餐具消毒。在标准大气压下用该燃气灶加热质量为5kg初温为15℃的水，共消耗了0.06m3的天然气，该燃气灶烧水的热效率为70%。[水的比热容为，天然气的热值为]求： （1）0.06m3的天然气完全燃烧所放出的热量； （2）加热后锅内水的温度。 【答案】（1）；（2）95℃ 【详解】解：（1）0.06m3的天然气完全燃烧放出的热量 （2）水吸收的热量 加热后锅内水的温度 答：（1）0.06m3的天然气完全燃烧所放出的热量为； （2）加热后锅内水的温度为95℃。 【典例11】（2024·河北邯郸·一模）如图所示是一款无人驾驶巴士，其空车质量为,静止时轮胎与地面接触的总面积为，车满载并以的速度匀速直线行驶时，发动机的输出功率为。求：（取） （1）该车空载静止在水平路面上时，对路面的压强； （2）以的速度满载匀速直线行驶了，测该车做的功； （3）若该车用效率为30%的汽油机提供动力，且以的速度满载匀速直线行驶了,则需消耗汽油的质量。 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】解：（1）该车空载时的重力 对路面的压力 对路面的压强 （2）该车速度 由可知牵引力 该车行驶了做的功 （3）根据知，汽油完全燃烧释放的热量 需要消耗汽油的质量 答：（1）该车空载静止在水平路面上时，对路面的压强为； （2）测该车做的功为； （3）需消耗汽油的质量为0.1kg。 【典例12】（23-24九年级上·湖南长沙·阶段练习）某新款无人驾驶的柴油机车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶5.6km，受到的阻力是3.0×103N，消耗燃油1.5×10-3 m3（假设燃油完全燃烧）。若燃油的密度ρ=0.8×103kg/m3，热值q=4×107J/kg。求： （1）柴油机车牵引力所做的功； （3）该柴油机车的热机效率是多少？ （3）如果柴油机的效率提高5%，其他条件都不变，那么柴油机车在这段路程中行驶可节约柴油多少kg？ 【答案】（1）1.68×107J；（2）35%；（3）0.15kg 【详解】解：（1）柴油机车做匀速直线运动，牵引力等于阻力，牵引力做的功 （2）燃油燃烧放出的热量 热机效率 （3）如果柴油机的效率提高5%，则柴油机车的机械效率为40%，在这段路程中行驶需要消耗的柴油为 可节约柴油的质量为 答：（1）柴油机车牵引力所做的功为1.68×107J； （3）该柴油机车的热机效率是35%； （3）如果柴油机的效率提高5%，其他条件都不变，那么柴油机车在这段路程中行驶可节约柴油0.15kg。 巩固练习 一、单选题 1．（2024·北京朝阳·二模）下列实例中，属于热传递改变物体内能的是（　　） A．用锯条锯木头时锯条的温度升高 B．两手相互摩擦时手的温度升高 C．电钻打孔时钻头温度升高 D．热鸡蛋放入冷水中温度降低 【答案】D 【详解】改变内能的方法有热传递和做功，锯木头时锯条的温度升高、两手相互摩擦时手的温度升高、电钻打孔时钻头温度升高都是通过做功增大了物体的内能；热鸡蛋放入冷水中温度降低是通过热传递减小了鸡蛋的内能。故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 2．（2024·广西柳州·三模）图为压缩活塞中的空气使它内能增加。选项热机中能量转化与甲相同的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】压缩活塞中的空气使它内能增加，将机械能转化为内能。 A．冲程的火花塞点火，为做功冲程，将内能转化为机械能，故A不符合题意； B．两气阀关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能，故B符合题意； C．吸气阀开启，为吸气冲程，没有能量转化，故C不符合题意； D．排气阀开启，为排气冲程，没有能量转化，故D不符合题意。 故选B。 3．（2024·湖南·三模）2023年12月9号，世界首枚液体甲烷火箭“朱雀2号遥三”运载火箭在我国酒泉卫星发射中心发射升空，将搭载的“天仪33”和“鸿鹄”两卫星成功送入预定轨道，下列说法正确的是（    ） A．运载火箭加速升空过程中，卫星动能转化为重力势能 B．运载火箭加速升空过程中，卫星重力势能转化为动能 C．运载火箭加速升空过程中，卫星机械能变大 D．运载火箭采用液氢为燃料是因为其比热容大 【答案】C 【详解】A．运载火箭加速升空过程中，卫星动能和重力势能都增大，不是动能转化为重力势能，故A错误； B．运载火箭加速升空过程中，卫星动能和重力势能都增大，不是重力势能转化为动能，故B错误； C．运载火箭加速升空过程中，卫星动能和重力势能都增大，卫星机械能变大，故C正确； D．相同质量的液氢燃烧释放的热量更多，则运载火箭采用液氢为燃料是因为其热值大，故D错误。 故选C。 4．（2024·新疆和田·三模）汽油在使用过程中，随着质量的减小，它的（　　） A．热值不变、比热容不变 B．热值变小、比热容变小 C．热值不变、比热容变小 D．热值变小、比热容不变 【答案】A 【详解】热值和比热容都是物质本身具有的性质，与质量无关，所以汽油在使用过程中，剩下汽油热值和比热容都不变，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 5．（2024·山东济南·二模）如图所示，将一盖好瓶盖的空矿泉水瓶的下半截用力拧几圈，瓶内上半截的气体被挤压导致体积变小、压强变大，此时再缓慢拧动瓶盖，某一瞬间瓶盖突然被猛烈弹出、同时瓶内出现了白雾。对此过程的下列分析正确的是（　　） A．甲图中，用力拧瓶子下半截时，上半截的气体内能减小 B．甲图中，能量转化的过程和内燃机的做功冲程基本一致 C．乙图中，瓶盖被弹出时的原理和内燃机的排气冲程相同 D．乙图中，瓶内出现白雾是由瓶子内的水蒸气液化形成的 【答案】D 【详解】A．用力拧瓶子下半截时，外界对气体做功，上半截的气体内能增大，故A错误； B．甲图中外界对气体做功，机械能转化为内能，能量转化的过程和内燃机的压缩冲程基本一致，做功冲程是将内能转化为机械能，故B错误； C．瓶盖被弹出时的原理是气体对外做功，内能转化为机械能和内燃机的做功冲程相同，故C错误； D．瓶内出现白雾是由瓶子内的水蒸气向外放热、温度降低后液化形成的，故D正确。 故选D。 6．（2024·山东济南·一模）曾有人做过如图所示的实验，在一个薄铜管里装上适量的乙醚（一种沸点很低的挥发性液体），用软木塞塞紧管口，把铜管固定在底座上，用结实的软绳在铜管上绕一圈，再用两手很快地牵动绳子，让绳子跟铜管摩擦。一会儿发现铜管发热了，接着铜管内的乙醚沸腾了，沸腾的乙醚蒸气能把软木塞冲起。以下几个阶段中，与内燃机做功冲程的能量转化情况基本相同的是（    ） A．两手很快的牵动绳子 B．绳子跟铜管快速摩擦 C．铜管内的乙醚沸腾了 D．乙醚蒸气把木塞冲开 【答案】D 【详解】内燃机做功冲程的能量转化情况是内能转化为机械能。 AB．两手很快的牵动绳子，绳子跟铜管快速摩擦，能量转化情况是机械能转化为内能，故AB不符合题意； C．铜管内的乙醚沸腾了，是通过热传递改变内能，本质是能量的转移，故C不符合题意； D．乙醚蒸气把木塞冲开，能量转化情况是内能转化为机械能，与内燃机做功冲程的能量转化情况相同，故D符合题意。 故选D。 7．（2024·湖北·一模）如图为探究物质的吸热能力的实验，实验过程中，对酒精灯中的酒精而言，一定发生变化的物理量是（　　） A．密度 B．质量 C．热值 D．比热容 【答案】B 【详解】将一瓶酒精用去部分后，所含物质总量减少，所以剩余的酒精质量减少但密度、比热容、燃料的热值都属于物质的特性，它们的大小与物体的质量和体积均无关系，不会发生变化，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 8．（2024·湖北·一模）如图所示，甲是汽油机某个冲程的工作示意图，乙是柴油机某个冲程的工作示意图。下列说法正确的是（　　） A．甲是汽油机的压缩冲程，此时进气门和排气门均关闭 B．甲是汽油机的做功冲程，汽缸顶部的火花塞产生电火花 C．乙是柴油机的吸气冲程，吸进汽缸的是空气和柴油的混合物 D．乙是柴油机的排气冲程，此时汽缸顶部的喷油嘴正在喷油 【答案】B 【详解】AB．根据图示可知，两个气门关闭，活塞下行，汽缸顶部的火花塞产生电火花，为做功冲程，故A错误、B正确； CD．根据图示可知，进气门打开、排气门关闭，活塞下行，为吸气冲程；气缸的顶部有个喷油嘴，是柴油机的吸气冲程，吸入的只是空气，故CD错误。 故选B。 9．（2024·北京·模拟预测）如图甲为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，如图乙为汽油机的工作冲程。下列判断正确的是（　　） A．舰载机获得的牵引力是因为汽缸内的蒸气体积收缩，从而拉动活塞 B．汽缸内的蒸汽推动活塞时，内能减小 C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图乙中B所示的原理相似 D．图乙中，汽油机一个工作循环的正确顺序是A、D、C、B 【答案】B 【详解】AB．图甲中，汽缸内的蒸气体积膨胀，对外做功，向右推动活塞，拉动绕过滑轮的牵引索，使舰载机获得向前的牵引力。该过程中，内能转化为机械能，蒸汽内能减小，故B正确，A错误； C．图乙B中，汽油机两个气门都关闭，活塞向上运动，是汽油机的压缩冲程，即机械能转化为内能的过程，与蒸汽弹射装置工作时的原理不同，故C错误； D．图乙中，A是吸气冲程、B是压缩冲程、C是做功冲程、D是排气冲程，汽油机一个工作循环的正确顺序是A、B、C、D，故D错误。 故选B。 二、填空题 10．（2024·湖北·二模）用某煤气灶将5L的水从20℃加热到100℃，水吸收的热量为 J，若消耗的煤气质量为0.16kg，煤气灶烧水时的效率为 。 【答案】 1.68×106 25% 【详解】[1]5L的水体积为5dm3，即0.005m3，则水的质量 故将5L的水从20℃加热到100℃，水吸收的热量 [2]煤气的比热容是4.2×107J/kg，所以完全消耗0.16kg的煤气放出的热量 则煤气灶烧水时的效率 11．（2024·山东济南·二模）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，如图所示。当气球向右喷气时，静止的小车向左运动起来，利用了 知识；该过程使气球内气体的内能 （选填“增大”或“减小”）。 【答案】 力的作用是相互的 减小 【解析】【小题1】[1]气球向右喷出空气的同时由静止开始向左运动，这是因为力的作用是相互的，喷气的同时，气球也受到了气球喷出的气体（空气）对它的反作用力。 [2]气球内的气体喷出时，气体对外做功，球内气体的内能减小。 12．（2024·安徽合肥·三模）2024 年 4月 30 日，  “神舟十七号”载人飞船返回舱成功着陆。如图是返回舱在进入大气层时要通过一段黑障区，飞船因为摩擦被烧成一个大火球，而舱内的航天员和设备却安然无恙。这一过程中，返回舱“燃烧”是通过 的方式增加了内能。 【答案】做功 【解析】【小题1】改变内能的方式有两种，分别是做功和热传递。返回舱高速运动过程中，与空气摩擦而温度急剧升高，内能增大，这是以做功的方式改变返回舱的内能。 13．（2024·辽宁葫芦岛·二模）如图所示，民间有“做白粿迎新春”的传统习俗。制作白粿时，先将浸泡过的米放在木桶中蒸熟，再放入石臼中用木棰捶打，最后搓揉成形。蒸米时，完全燃烧10kg的干木柴能释放出 J的热量（干木柴的热值为）。捶打时，木棰相当于一个 杠杆。 【答案】 1.2×108 费力 【详解】[1]蒸米时，完全燃烧10kg的干木柴能释放出的热量为 [2]捶打时，动力臂小于阻力臂，所以木捶相当于一个费力杠杆。 14．（2024年河南省洛阳市中考第三次模拟考试物理试卷）2024年2月23 日“长征五号”遥七运载火箭在文昌发射中心发射成功。如图，发射火箭时，燃料燃烧释放的内能转化为火箭的 能，这与内燃机的 冲程原理相同；火箭采用液态氢做燃料，是因为它的 大。 【答案】 机械 做功 热值 【解析】【小题1】[1][2]高温高压燃气对火箭做功，将内能转化为火箭的机械能，使火箭加速升空。 内燃机在做功冲程，高温高压的燃气对活塞做功，内能减小，减小的内能转化成塞子的机械能，可知这与内燃机的做功冲程原理相同。 [3]火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的氢时，可以放出更多的热量。 15．（23-24九年级下·北京·阶段练习）根据如图所示的两个热学实验，回答相关问题： （1）甲图，试管内的水沸腾一段时间后，水蒸气将橡胶塞推出，水蒸气的内能转化为橡胶塞的 。 （2）乙图，抽掉玻璃板后，将会观察到 ，这属于扩散现象。 【答案】 机械能 两瓶中气体会混合在一起，颜色逐渐变均匀 【详解】（1）[1]图甲中，在橡胶塞被冲出试管口的过程中，水蒸气对外做功，其内能转化为橡胶塞的机械能。 （2）[2]图乙中，由于物质的分子都在不停地做无规则运动，抽掉玻璃板后，空气分子向下扩散，二氧化氮分子也会向上扩散，空气和二氧化氮将同时向对方扩散，颜色逐渐变均匀。 16．（2024·江苏苏州·二模）小明和小华家分别有A、B两款燃气灶，为了比较哪款更节能，他俩周末进行了研究，发现同样将1kg的水由常温（20℃）烧开（标准大气压下），A款燃气灶消耗了2.1×10-2m³的燃气，B款燃气灶消耗了2.8×10-2m³的燃气，通过比较发现 燃气灶更节能，因为它的 高，其大小为 [水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）、燃气的热值为4.0×107J/m3]。 【答案】 A 热效率 40% 【详解】[1][2]将同样的水烧开，水吸收的热量相同，即有用功相同，A款燃气灶消耗的燃气更少，则总功更小，由可知，A款燃气灶的热效率更高，所以A款燃气灶更节能。 [3]A款燃气灶的热效率 三、实验题 17．（23-24九年级上·河北石家庄·期末）小明组装了图所示的装置探究煤油和菜籽油的热值大小。 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后水温/℃ 10g煤油 20 80 ① 20 50 （1）小明设计的实验数据表格如上表，其中①处内容漏写了，请你帮他补充完整： ； （2）为使实验现象明显，烧杯中水的质量应适当 （选填“大”或“小”）一些； （3）由表中记录数据可知， 的热值大； 【拓展】实验后小明根据实验数据，利用公式Q=cmΔt算出了A烧杯中的水吸收的热量，再结合“10g煤油”这一数据，算出的煤油热值偏小，原因是 。 【答案】 10g菜籽油 小 煤油 燃料并不可能完全燃烧 【详解】（1）[1]因燃料放出的热量与质量有关，必须控制燃料的质量相等，因此①处应填写10g菜籽油。 （2）[2]由实验可知，是通过比较水升高的温度比较燃料放出热量的多少，从而得到燃料热值的大小，因此升高的温度越大，实验现象越明显，因此应让烧杯中水的质量小一些。 （3）[3]由图表数据知道，相同质量的燃料燃烧后，用煤油加热的烧杯中的水温度升高的快，所以煤油的热值较大。 [4]由于燃料并不可能完全燃烧，燃料燃烧放出的热会散失到空气中，又或被烧杯等实验装置吸了热，使Q放大于Q吸，依此计算出煤油的热值比实际要偏小些。 18．（23-24九年级上·湖北黄冈·阶段练习）如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，图中搅拌器未画出。燃料的质量都为10g，烧杯内的液体初温相同。 （1）在实验中，三个烧杯中a、b液体的质量 （选填“必须”或“无需”）相等； （2）若要比较不同燃料的热值大小，则应选择甲图和 图进行实验；实验中，用 （选填“加热时间”或“升高温度”）来表示液体吸收热量的多少； （3）某同学选用甲、丙两图进行实验，所得数据如下表所示，分析表中数据，你认为a、b两种液体中，比热容较大的是 （选填“a”或“b”）液体。 温度 20 30 40 50 加热时间 液体a 0 40 82 126 液体b 0 18 40 64 【答案】 必须 乙 升高温度 b 【详解】（1）[1]由图甲、丙可知，两图中燃料种类相同，探究的是不同液体的吸热能力，由可知，要控制液体的质量相同。由图甲、乙可知，在比较燃料的热值大小的实验中，是通过测量一定质量燃料燃烧放出的热量让同种液体吸收，通过液体吸热升高的温度来比较不同燃料的热值，也需要取相同质量的液体。 （2）[2]若要比较不同燃料的热值大小，则燃料种类不同而烧杯中液体种类相同，故应选择甲图和乙图进行实验。 [3]燃料燃烧放出的热量不易测量，实验时取相同质量的同种液体，通过比较液体升高的温度来反映液体吸收热量的多少，采用了转换法。 （3）[4]由表中数据可知，加热相同的时间，即吸收相同的热量，液体b温度变化量更小，由可知，液体b的比热容较大。 四、计算题 19．（23-24九年级上·海南省直辖县级单位·期末）我国自主研发的首款四座氢内燃机飞机机翼展为，机身长度为，高压气态储氢罐可储氢，最大起飞质量可达；在空中以的速度匀速巡航时，前置螺旋桨提供的牵引力为。已知氢气的热值为，求： （1）高压储氢罐内的氢气完全燃烧放出的热量； （2）飞机以的速度匀速巡航行驶距离； （3）飞机以的速度匀速巡航牵引力所做的功。 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】解：（1）氢气完全燃烧放出的热量 （2）飞机行驶距离 （3）牵引力所做的功 答：（1）氢气完全燃烧放出的热量； （2）飞机行驶距离； （3）飞机牵引力所做的功。 20．（23-24九年级下·湖南衡阳·期中）某汽车在水平地面上以25m/s的速度匀速行驶600s，汽车发动机产生的牵引力所做的功为3×107J，消耗汽油2kg（假设汽油在发动机汽缸内完全燃烧，汽油热值q=4.6×107J/kg，g取10N/kg）。针对这一过程，求： （1）汽车行驶的路程； （2）汽车受到的阻力； （3）汽车发动机的效率（结果精确至1%）。 【答案】（1）1.5×104m；（2）2×103N；（3）33% 【详解】（1）由得，汽车行驶的路程 （2）因为汽车匀速直线行驶，所以汽车受到的阻力和牵引力是一对平衡力，汽车受到的阻力 （3）2kg汽油完全燃烧放出的热量 汽车发动机的效率 答：（1）汽车行驶的路程为； （2）汽车受到的阻力为2000N； （3）汽车发动机的效率为33%。 21．科学家正在研制一种用水作燃料的“零排放汽车”，其工作原理是：水和硼反应产生氢，氢再进入内燃机燃烧或装入燃料电池发电；后续反应产生的水又被收集，唯一副产品“氧化硼”还可以再转变成硼并循环利用。据科学家计算，一辆汽车一次装载18kg硼和45L水，反应放出的能量与30kg汽油相当（汽油的热值为4.6×107J/kg）,如果该车以108km/h的速度在水平路面上匀速行驶，反应放出的能量转化为机械能的效率为80%，该车的质量是1.6t，车受到的阻力是车重的10%．则： （1）30kg汽油完全燃烧放出的能量是多少焦？ （2）则该车发动机的牵引力是多大？ （3）加一次硼和水可以供车行驶多少千米？ 【答案】（1）1.38×109J；（2）1.6×103N；（3）690km 【详解】解：（1）30kg汽油完全燃烧时放出的热量 Q放=m汽油q=30kg×4.6×107J/kg=1.38×109J （2）汽车受到的重力 G=m车g=1.6×103kg×10N/kg=1.6×104N 汽车受到的阻力 f=10%G=0.1×1.6×104N=1.6×103N 因为汽车匀速行驶，所以牵引力等于阻力 F=f=1.6×103N （3）反应放出的能量转化为机械能的效率为80%，则加一次硼和水发动机所做的功 W有＝ηQ放＝80%×1.38×109J＝1.104×109J 汽车行驶路程 答：（1）30kg汽油完全燃烧放出的热量是1.38×109J； （2）该车发动机的牵引力是1.6×103N； （3）加一次硼和水可以供车行驶690千米。 提优练习 一、单选题 1．（23-24九年级上·江苏泰州·期末）运动员经常喝功能饮料来补充能量，有一种功能饮料标有“能量密度：”的字样。下列物理量中与“能量密度”的含义相似的是（　　） A．内能 B．热量 C．热值 D．比热容 【答案】C 【详解】“能量密度：2.84kJ/mL”的意思是：饮用1mL的饮料，可以为人们提供2.84kJ的能量。这与热值表示的物理意义比较相似：单位质量的燃料完全燃烧时放出的能量的多少。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 2．（2024·广东广州·一模）如图所示，如图中阴影部分的面积与对应文字所描述的物理量不相符的是（　　） A．质量 B．路程 C．功率 D．热量 【答案】C 【详解】A．由图像可知，阴影部分的面积为密度ρ与体积V的乘积，由可知，物体的质量m＝ρV，故A不符合题意； B．由图像可知，阴影部分的面积为速度v与时间t的乘积，由可知，物体通过的路程s＝vt，故B不符合题意； C．由图像可知，横坐标表示时间t，纵坐标表示功W，横、纵坐标之积是功和时间之积，而功率是功和时间之比，故C符合题意； D．由图像可知，若横轴表示燃烧质量，纵轴表示燃烧热值，则阴影部分面积等于燃烧质量与燃烧热值的乘积，根据Q＝mq可知，此时阴影部分面积表示燃料燃烧放出的热量，故D不符合题意。 故选C。 3．A、B两装置，均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同。将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中（插入过程没有空气进入管内），水银柱上升至图示位置停止。假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法正确的是（　　） A．A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量 B．B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量 C．A和B中水银体积保持不变，故内能增量相同 D．A和B中水银温度始终相同，故内能增量相同 【答案】B 【详解】外界大气压力对水银做功，使水银进入试管内，大气压力对水银做的功一部分增加了管内水银的重力势能，另一部分增加了水银的内能；由于A管中的水银重心高，故A管中水银的重力势能增量大，则A管中水银内能的增量小，即B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量。故ACD错误，B正确。 故选B。 4．如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的水进行加热，两图装置均相同。燃料的质量用m表示，燃料充分燃尽时水升高的温度用Δt表示（水未沸腾）（　　）    A．若m相同，Δt越小，燃料的热值越大 B．若Δt相同，m越大，燃料的热值越大 C．若m与Δt的比值越大，燃料的热值越大 D．若m与Δt的比值越小，燃料的热值越大 【答案】D 【详解】燃料的热值大小不能直接测量，需要通过水吸收热量的多少来体现燃料燃烧放出热量的多少，而水吸收热量的多少跟水的质量和升高的温度有关，不考虑热量损失，液体吸收的热量Q吸=Q放，根据题意可知，液体吸收的热量Q吸=c水m水Δt，燃料完全燃烧放出的热量Q放=mq，则 c水m水Δt=mq 解得   ① A．若m相同，Δt越小，由①可知，燃料的热值越小，故A不符合题意； B．若Δt相同，m越大，由①可知，燃料的热值越小，故B不符合题意； C．若m与Δt的比值越大，即Δt与m的比值越小，由①可知，燃料的热值越小，故C不符合题意； D．若m与Δt的比值越小，即Δt与m的比值越大，由①可知，燃料的热值越大，故D符合题意。 故选D。 5．两台汽油机，甲的功率是乙的2倍，甲的效率为20%，乙的效率为25%，那么甲与乙每小时消耗油量之比为（　　） A．6∶5 B．5∶2 C．15∶8 D．6∶15 【答案】B 【详解】设甲的功率为P甲，其效率为η甲，乙的功率为P乙，其效率为η乙，汽油的热值为q，做功时间为t。由题意知 在时间t内做的有用功为W=Pt，由 可得，在时间t内消耗的油量之比为 带入数值可得，甲与乙每小时消耗油量之比为 故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 6．（23-24九年级下·江苏·开学考试）用如图1所示的同一个实验装置分别加热质量均为100g的甲、乙两种液体（其中一种是水）。用测得的数据绘制了温度随时间变化的图像（如图2），乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精（）。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，，则下列说法正确的是（　　） A． B．乙液体是水 C．0~8min乙吸收的热量为 D．该酒精灯的加热效率为35% 【答案】D 【详解】BC．由图2可知，加热相同的时间，甲和乙吸收的热量相同，甲温度变化得少，因此甲是水，0~8min内甲吸收的热量 因为单位时间内甲和乙吸收的热量相同，所以0~8min乙吸收的热量为，故BC错误； A．0~8min乙吸收的热量为，则0~4min内乙吸收的热量为 0~4min内乙温度升高了 则乙的比热容 故A错误； D．乙加热至沸腾用时10min，则10mn内乙吸收的热量 乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精，酒精燃烧释放的热量为 该酒精灯的加热效率为 故D正确。 故选D。 7．（23-24九年级上·安徽宣城·期末）如图为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，如图b为四冲程汽油机的工作示意图。下列判断错误的是（    ）    A．图a中汽缸内的蒸汽体积膨胀，从而推动活塞使舰载机获得牵引力 B．图a中汽缸内的蒸汽推动活塞时，内能减小 C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图b中B图所示的工作原理相似 D．图b中汽油机一个工作循环的正确顺序是A→B→C→D 【答案】D 【详解】A．a图中，汽缸内蒸汽体积膨胀，对外做功，其内能减小，同时推动活塞，使舰载机获得巨大的牵引力，故A正确，A不符合题意； B．图a中汽缸内的蒸汽推动活塞时，内能转化为机械能，燃气的内能减小，故B正确，B不符合题意； C．根据气门的开闭情况和活塞的运动方向可以判断出：A是吸气冲程、B是做功冲程、C是压缩冲程、D是排气冲程，蒸汽弹射装置工作时内能转化为机械能，与汽油机的做功冲程相似，与图b中B图所示的工作原理相似，故C正确，C不符合题意； D．四冲程汽油机一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，所以汽油机一个工作循环的正确顺序是A→C→B→D，故D错误，D符合题意。 故选D。 二、填空题 8．如图所示，在同一高度以大小相同的初速度v0分别竖直向上和斜向上将同一小球抛出，不计空气阻力。小球竖直向上、斜向上到达最高点时到水平地面的高度分别为h1和h2，小球又下落到与抛出点等高度时的速度大小分别为v1和v2，则h1 h2，v1 v2（大于/等于/小于）。 【答案】 大于 等于 【详解】[1]小球上升时，速度变小，高度变大，动能变小，重力势能变大，动能转化为重力势能；根据机械能守恒定律，两个完全相同的小球，在同一高度处以相同大小的初速度，他们的动能和重力势能相同，故两球抛出时的机械能相同，忽略空气阻力，两球抛出后上升到最高点时斜向上的小球运动到最高点时，动能没有全部转化为重力势能，因此两球抛出后上升到最高点时到地面的高度h1>h2。 [2]小球又下落到与抛出点等高度时，重力势能相同，不计空气阻力，机械能不变，则动能相同，所以速度也相同，即v1= v2。 9．（2024·陕西西安·模拟预测）如图甲是一台单缸四冲程汽油机工作状态示意图，由图甲可以看出，它此时处在 冲程，其能量转化情况与 （选填“乙”或“丙”）图相同。若此汽油机飞轮的转速为3600r/min，汽油机1min对外做功 次；若该汽油机提供的牵引力1min内做功3.6×105J，汽油机能量转化效率为40%，则工作1min需要燃烧汽油 kg。（汽油的热值为q=4.5×107J/kg） 【答案】 做功 丙 1800 0.02 【详解】[1]观察图甲可知，两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，因此是做功冲程。 [2]在热机的做功冲程中，高温高压燃气的内能转化为活塞的机械能；乙图是用力将活塞压下，活塞对空气做功，温度升高，棉花就会燃烧，即是将机械能转化为内能的过程；丙图对试管中的水加热，加快水的蒸发，体积膨胀，使塞子飞出去，是将内能转化为机械能；因此与做功冲程原理相同的是丙实验。 [3]汽油机的转速为3600r/min，说明1min内汽油机曲轴的转动3600r，完成7200个冲程，对外做功1800次。 [4]由得 由Q放＝mq可知，需要燃烧汽油的质量 10．如图所示是质量是200g固体的熔化实验装置和根据实验数据绘制出的曲线图，如果从开始记录到刚沸腾时，完全燃烧了热值为3.0×107J/kg的酒精5g，假设酒精灯在相等的时间内提供的内能一样多，此过程中，则CD段吸收的热量为 J，ABCD段的热转化效率是 。[该物质液态时的比热容为1.5×103J/（kg·℃）]    【答案】 1.2×104 32% 【详解】[1]从图象上可知，该物质CD段即从第6分钟至第8分钟，温度由升高到，温度升高了 该物质从第6分钟至第8分钟吸收的热量为 [2]酒精燃烧放出的总热量为 由于从第到第该物质共吸热，所以该物质每分钟吸热为，由图乙可知，从开始记录到刚沸腾共用时，所以该物质共吸热为 此过程中，热转化效率为 11．如图所示为四缸发动机工作原理图，内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作。四缸发动机的主要技术指标如表所示，其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积是指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积与活塞上下运动的距离。当发动机以最大功率工作时，曲轴转速为6000 r/ min。当发动机以最大功率工作时，则在每一个做功冲程里，燃气对活塞所做的功W1是 J；做功冲程中燃气对活塞的平均压强 Pa。 排量 1.6L 最大功率 66kW 转速 6000r/min    【答案】 330 【详解】[1]曲轴转速为6000r/min =100r/s，该内燃机在飞轮转动的每半周里，都有一个气缸在做功，则曲轴每转一周，做功两次，即每秒对外做功200次，则做一次功所需时间为 0.005s，在一个做功冲程里，燃气对活塞做的功 [2]因为四缸总排量为1.6L，单缸排量 设气缸的底面积为S，长度为s，活塞对气体的压力位F，则活塞一个冲程做的功 燃气对活塞的压强 12．（23-24九年级上·江苏南通·期中）阅读短文，回答问题。 多功能喷洒车 某款喷洒车的主要结构如图甲所示，配置的四冲程柴油机不仅要牵引喷洒车前行，还要带动雾炮机电气箱里的发电机发电，然后发电机供电给风机、转向机、水泵和液压泵，水泵和液压泵可独立工作。机械结构上，喷雾炮筒的转轴设计在炮筒的重心；工作时水泵通过水管将水箱中的水直接压到喷嘴处，然后被风机产生的强风喷射出去；转向机可带动喷雾炮筒左右水平旋转，液压泵撑杆可支撑并带动喷嘴上下转动，达到有效控制喷洒射程和面积的作用。 喷洒车的部分参数如下表所示，喷水最大流量：单位时间内最大喷水体积；最大能效：以最大射程和流量工作时，最大射程和最大流量的乘积与发电机输出功率的比值。 发电机输出电压 380V 柴油机效率 50% 最大能效 5L·m/kJ 发电机效率 80% 水箱容积 1.2×104L 喷水最大流量 120L/min （1）喷洒车沿水平路面水平匀速前进时，所受重力对它 （选填“做功”或“不做功”）；在喷水的过程中，其动能 （选填“变大”、“变小”或“不变”）；若一直以最大流量喷水，注满一箱水最多可喷洒 min； （2）下列关于雾炮机的说法正确的是 ； A．风机、转向机都是将机械能转化为电能； B．水泵和液压泵串联在电路中； C．雾炮机可利用家中的插座直接供电工作； D．喷水时，喷雾炮筒相当于省力杠杆。 （3）如图乙是水箱内自动测定水量的模拟电路图，R是滑动变阻器，水量表是由 （选填“电压表”或“电流表”）改装而成；若要求喷水过程中水量表的示数变小，则图中电源负极应连接R的 （选填“A”或“B”）端； （4）某次喷洒车以36km/h匀速行驶执行喷洒任务，柴油机以3000r/min的转速运行，提供4000N牵引力的同时还实现发电机输出功率24kW，使得雾炮机以最大射程和最大流量工作，已知柴油热值为4.2×107J/kg，求该过程中： ①柴油机每秒完成 个做功冲程； ②该雾炮机的最大射程为 m，喷洒车工作5min消耗柴油 kg。 【答案】 不做功 变小 100 D 电流表 B 25 60 1 【详解】（1）[1][2]喷洒车沿水平路面水平匀速前进时，没有在重力的方向上移动距离，故重力不做功；喷洒车在水平路面匀速前进喷水的过程中，喷洒车内的水不断减少，水的质量不断减小，速度不变，动能变小。 [3]若一直以最大流量喷水，注满一箱水1.2×104L最多可喷洒的时间 （2）[4]A．“发电机给风机、转向机、水泵和液压泵供电”，发电机是将机械能转化为电能，风机、转向机、水泵和液压泵是将电能转化为机械能的，故A错误； B．“水泵和液压泵可独立工作”，则液压泵和水泵并联在电路中，故B错误； C．家庭电路的供电电压为220V，雾炮机的工作电压为发电机的输出电压380V，所以雾炮机不能利用家中的插座直接供电工作，故C错误； D．“机械结构上，喷雾炮筒的转轴设计在炮筒的重心”，喷水工作时，动力臂大于阻力臂，则喷雾炮筒相当于省力杠杆，故D正确。 故选D。 （3）[5]由图乙可知，水量表串联在电路中，所以该水量表是电流表改装而成。 [6]喷水过程中水量减小，滑动变阻器R的滑片向上滑动，要求水量表（电流表）示数变小，根据欧姆定律可知电路中的电阻变大，所以图中电源负极应连接R的B端。 （4）[7]四冲程柴油机的飞轮转速3000r/min=50r/s，即飞轮每秒转50圈，由于柴油机每一个工作循环飞轮转两圈，完成四个冲程，做一次功，所以该柴油机在每秒钟内完成的100个冲程，完成25个做功冲程，对外做功25次。 [8]最大能效的定义为：当以最大射程和流量工作时，最大射程s和单位时间喷水体积的乘积与发电机输出功率的比值，即：最大能效=最大射程s和单位时间喷水体积的乘积与发电机输出功率的比值，喷水最大流量120L/min=2L/s，发电机输出功率 P电=24kW=24×103W 最大能效5L•m/kJ=5×10﹣3L•m/J，所以 解得最大射程s=60m。 [9]发电机输出功率：P电=24×103W，工作时间 t=5min=300s 则发电机输出的电能 W电=P电t=24×103W×300s=7.2×106J 由η=×100%得，发电机消耗的机械能 洒水车运动速度 v=36km/h=10m/s 运动时间 t=5min=300s 洒水车运动的路程 s车=vt=10m/s×300s=3×103m 则洒水车牵引力做的功 W=F牵s车=4000N×3×103m=1.2×107J 柴油机输出的机械能 W有用=W机械1+W=9×106J+1.2×107J=2.1×107J 由η=×100%可得，柴油燃烧放出的热量 由Q放=qm可知，消耗的柴油的质量 三、实验题 13．（23-24九年级上·福建福州·期中）如图甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是10g。 （1）比较不同燃料的热值，应选择 两图进行实验，燃料完全燃烧放出的热量的多少是通过 （选填“温度计上升的示数”或“加热时间”）来反映的。若已知液体a是水，计算出水吸收的热量，再计算出燃料的热值，他的计算结果是 的（选填“不变”“偏大”或“偏小”），理由是 ； （2）比较不同物质的比热容，应选择在两只烧杯中应分别装入质量 （选填“相等”或“不相等”）的液体；通过观察 来反映液体吸收热量的多少。初始温度相同的a、b两种液体吸热后，它们的温度随时间变化的图像如图丁所示，求a、b两种液体的比热容之比为 ； （3）有一种“涡轮增压”（T型）轿车，通过给发动机更足量的空气使汽油更充分地燃烧，比普通轿车（L型）更节能，排气更清洁。同样的汽油（如97#）加在T型轿车内比加在L型轿车内热值 （填“更大”或“一样大”或“更小”）； （4）如图戊是某一沿海城市和某一内陆城市年气温变化曲线，根据上面探究过程中所获得的知识可知，曲线C表示的是 （选填“沿海”或“内陆”）城市。 【答案】 甲乙 温度计上升的示数 偏小 燃料燃烧放出的热量并没有全部被水吸收 相等 加热时间 1∶2 一样大 内陆 【详解】（1）[1][2]比较不同燃料热值的实验中，应让相同质量的不同燃料充分燃烧，通过观察相同质量的同种液体升高温度的不同来比较两种燃料热值的大小，液体升高温度越高，燃料热值越大。故选择只有燃料不同的甲乙两图进行实验。 [3][4]因为燃料燃烧放出的热量并没有全部被水吸收，存在热损失，所以计算出的热值偏小。 （2）[5]根据控制变量法，比较两种液体的比热容，需要用相同的加热装置加热质量相同的两种液体，根据升高的温度进而判断两种液体比热容的大小关系。 [6]用相同的加热装置加热，两种液体相同时间内吸热相同，所以可以根据加热时间来比较吸热多少，这叫做转换法。 [7]如图丁所示，a、b两种液体都升温60℃，a液体需要加热10min，b液体需要20min，即吸收的热量之比为1∶2，根据，质量和温度变化量相同时，比热容和吸收的热量成正比，所以a、b两种液体的比热容之比也为1∶2。 （3）[8]热值是燃料的一种特性，和燃料是否充分燃烧无关，所以同样的汽油（如97#）加在T型轿车内与加在L型轿车内热值是一样大的。 （4）[9]水的比热容要大于砂石的比热容，吸收或者放出相同的热量温度变化不明显，所以沿海城市的气温年较差要比内陆城市的小，所以曲线C表示的是内陆城市。 14．科技小组许多同学都有着航天梦、中国梦，他们在老师的指导下，在学校操场做了水火箭升空实验。实验器材有：饮料瓶、气筒、自行车气门、铁丝、橡皮塞、水等。水火箭构造如图所示； 根据老师的介绍，同学们了解到水火箭升空工作过程如下：在瓶中装入适量的水，塞好瓶塞后放在发射器上，用气筒向瓶内打气，瓶内上方气体压强达到一定程度，高压气体将水和橡皮塞从瓶口压出的同时，瓶飞向高空； （1）依据 的原理，在水和橡皮塞从瓶口向下飞出的时候，水火箭会向上升空。从能量转化角度来看，水火箭升空的能量主要是由 的内能转化来的，水火箭上升前的瞬间，瓶内气压大于瓶外大气压，水火箭竖直上升到最高点时受到的 （选填“是”或“不是”）平衡力； （2）实验结束后，小辉同学提出了一个问题：水火箭上升高度与哪些因素有关呢？ 小辉猜想：可能与瓶中气体的压强有关； 小华猜想：可能与瓶中水的体积有关； 你认为影响因素还有 ；（写出一点，猜想必须合理） （3）同学们通过实验发现，瓶塞插入深度不同，瓶塞被冲出前用气筒充气次数不同（设充一次气气量相同）。他们选用同一个可乐瓶，瓶中水量为200mL。通过站在不同楼层的观察员目测进行数据记录，考虑到安全做了三次实验，实验结果如下表： 瓶塞插入深度 浅 深 更深 水火箭上升高度/m 2 5 12 可验证水火箭上升高度与 有关的猜想是正确的．实验小组经过讨论和思考发现，瓶塞插入瓶口的深度加深，其实是增大了瓶塞与瓶口的 力，从而增大了瓶塞与瓶口的摩擦力； （4）为了验证小华同学的猜想，同学们一致认为应该在控制其他所有条件相同的前提下，只改变 进行实验。 【答案】 力的作用是相互的（相互作用力） 瓶内高压气体 不是 瓶子的质量（或橡皮塞的松紧程度） 瓶塞插入深度 压 瓶中水的体积 【详解】（1）[1][2][3]高压气体给水和橡皮塞一向下的力，由于力的作用是相互的，水和橡皮塞给瓶向上的力使瓶升空；由于瓶内气压大于瓶外大气压，所以在此过程中，将高压气体的内能转化为水火箭的机械能，所以水火箭上升，上升到最高点时，只受到重力的作用，所以不是平衡力。 （2）[4]分析影响水火箭上升的高度即可，填瓶子的质量、形状或橡皮塞的松紧程度都可。 （3）[5][6]从表中数据可知，瓶塞插入深度越深，水火箭上升高度越高，由此可验证水火箭上升高度与瓶塞插入深度有关的猜想是正确的：影响摩擦力大小的因素主要有压力和接触面的粗糙程度，瓶塞塞入越深，说明瓶塞对瓶口的压力越大。 （4）[7]小华的猜想是水火箭上升高度与瓶中水的体积有关，根据控制变量法可知实验时我们只需要改变瓶子中水的体积，重复比较水火箭上升高度即可。 四、计算题 15．（2024·江苏宿迁·一模）图中三峡水电站是世界上最大的水力发电站，年平均发电量约为8.5×1010kW•h，据专家介绍，三峡水电站的年发电量相当于一个每年消耗5×1010kg标准煤的火力发电站的年发电量。这些电能被送往华东、华中等地区，所以人们常说“三峡可‘照亮’半个中国”。 （1）已知标准煤的热值约为3×107J/kg，则5×1010kg标准煤完全燃烧后会放出多少热量？ （2）向大气中排放过量的CO2等气体，是造成“温室效应”的主要原因。三峡水电站与同等供电量的火力发电站相比，每年少排放CO21.2×1011kg，已知在通常情况下，CO2气体的密度约为2kg/m3，这些CO2气体的体积约为多少？ （3）设火力发电站在一年内产生的电能为E，它在一年内消耗的标准煤完全燃烧后所释放的热量为Q。试根据上述资料估算火力发电站的效率。 【答案】（1）1.5×1018J；（2）6×1010m3；（3）20.4% 【详解】解：（1）5×1010kg标准煤完全燃烧后会放出的热量为 Q=qm=3×107J/kg×5×1010kg=1.5×1018J （2）由题知，三峡水电站与同等供电量的火力发电站相比，每年少排放CO21.2×1011kg，且在通常情况下CO2气体的密度约为2kg/m3，根据公式可知，这些CO2气体的体积为 （3）由题意可知，该火力发电站年平均发电量约为 E=8.5×1010kW•h=8.5×1010×3.6×106J=3.06×1017J 则火力发电站的效率为 答：（1）5×1010kg标准煤完全燃烧后会放出1.5×1018J的热量； （2）这些CO2气体的体积约为6×1010m3； （3）火力发电站的效率为20.4%。 16．如图甲所示是我国自主研发的一款油电混合动力汽车。该混合动力汽车启动时，内燃机不工作，车内蓄电池输出能量；当高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输出能量，同时又可以向蓄电池充电。为了保护蓄电池，当电池使用到剩下最大容量20%停止供电。在某次测试中，司机驾驶该车在平直公路上以50km/h的速度匀速行驶1h，观察仪表盘发现这段时间内燃机消耗燃油10kg，蓄电池储存的能量由最大值的30%增大至最大值的80%。该车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图乙所示，该汽车的某些参数如表所示。（燃油热值q＝4.0×107J/kg）求： 电机 电池 整车 输出最大功率/kW 输出电压/V 最大容量/J 质量/t 90 300 1.2×108 1 （1）在测试过程中，该车克服阻力做的功的大小？蓄电池储存的能量增加焦耳数？汽车的能量利用率？ （2）若只用蓄电池提供动力且假设电能全部转化为机械能，该车在蓄电池充满电的情况下以25km/h最多可行驶多少千米？ 【答案】（1）1×108J，6×107J，40%；（2）96km 【详解】解：（1）由题意可知，测试人员驾驶该车在平直公路上以50km/h的速度匀速行驶1h，内燃机消耗燃油10kg，10kg汽油完全燃烧放出的热量为 汽车匀速行驶1h通过的路程为 s=vt=50km/h×1h=50km汽车行驶时，燃烧汽油放出的热量，一部分转化成机械能，还有一部分转化成电能，这两部分能量是有效利用的能量；测试过程中汽车的速度为50km/h，由图乙可知，此时的阻力为2000N，克服阻力做的机械功为 W机械=fs=2000N×50×103m=1×108J由于汽车行驶时，蓄电池储存的能量由最大值的30%增大至最大值的80%，所以蓄电池增加储存的电能 汽车的能量利用率 （2）由图乙知，蓄该车行驶时所受阻力f和车速v成正比，设 f=kv当车速为50km/h时，阻力为2000N，即 2000N=k×50km/h解得 k=40N·h/km所以车速为25km/h时，阻力大小为 由于汽车匀速行驶，此时牵引力大小为 为了保护蓄电池，当电池使用到剩下最大容量20%停止供电，所以牵引力做的功 汽车在电池充满电的情况下以25km/h最多可行驶的路程为 答：（1）在测试过程中，该车克服阻力做的功的大小为1×108J；蓄电池储存的能量增加6×107J，汽车的能量利用率40%； （2）若只用蓄电池提供动力且假设电能全部转化为机械能，该车在蓄电池充满电的情况下以25km/h最多可行驶96千米。 17．（23-24九年级上·四川眉山·期中）氢气﹣汽油发动机采用氢气和汽油两种燃料工作，可进行自由切换，小华驾驶使用上述发动机的轿车沿平直公路从甲地至乙地，两地相距250km，出发时油箱内汽油的质量为8kg，设氢气和汽油在气缸内均完全燃烧，轿车行驶中所受阻力恒定，全程分两个阶段，如图所示。 阶段一：轿车使用氢燃料从甲地出发，以25m/s的速度匀速行驶1h到达丙地，此过程中轿车牵引力的功率为20kW，消耗了0.8kg氢气。 阶段二：从丙地开始，由于氢气不足，小华切换汽油为燃料，轿车仍以25m/s的速度匀速行驶，此过程中发动机的效率为25%。 （1）求轿车行驶过程中受到的阻力； （2）在使用氢燃料的情况下，求轿车发动机的效率； （3）请通过计算说明小华最终能否到达乙地；（q氢气=1.5×108J/kg、q汽油=4×107J/kg） 【答案】（1）800N；（2）60%；（3）不能 【详解】解：（1）轿车行驶过程中受到的牵引力 因为匀速直线行驶，牵引力与阻力大小相等，则阻力也为800N。 （2）轿车发动机的效率 （3）第二阶段行驶的路程为 第二阶段牵引力做的功 需要汽油的质量为 故小华最终不能否到达乙地。 答：（1）轿车行驶过程中受到的阻力为800N； （2）在使用氢燃料的情况下，轿车发动机的效率为60%； （3）通过计算小华最终不能到达乙地。 ( 2 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$