第10讲 机械能与内能的相互转化-【暑假自学课】2024年新九年级物理暑假提升精品讲义（苏科版）

第10讲 机械能与内能的相互转化 模块一 思维导图串知识 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 教材习题学解题 模块四 核心考点精准练（6大考点） 模块五 小试牛刀过关测 1．知道常见的热机——内燃机工作过程。 2．从能量转化的角度认识燃料的热值。 3．通过能量的转化和转移，进一步认识热机效率的概念。 1、做功——改变内能的另一种方式 （1）做功：对物体做功，物体的内能增加；物体对外做功内能减少。 （2）做功使物体的内能改变的实质：其他形式的能量（如机械能）与内能之间的相互转化。 2、内燃机的四个冲程 （1）内燃机是热机的一种，是燃料在汽缸内燃烧的热机，内燃机分为汽油机和柴油机。 （2）汽油机的工作原理：燃料在汽缸中燃烧时，将存储的化学能转变为高温高压的燃气（蒸汽）的内能， 又通过燃气（蒸汽）推动活塞做功，由内能转变为机械能； （3）汽油机的工作流程：内燃机通过吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环来保证连续工作的，如图： ①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸； ②压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩汽缸内燃料混合物，温度升高； ③做功冲程：在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功； ④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。 （4）工作过程中能量的转化：①压缩冲程：机械能→内能；②做功冲程：先是化学能→内能，再由内能→机械能； （5）一个工作循环中对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转2周，飞轮转2圈。 3、燃料的热值及其计算 （1）热值概念：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，符号时q。 ①对于气体燃料而言，热值的定义是1m3的某种燃料完全燃烧时放出的热量。 ②热值是燃料的一种属性。 （2）热值单位：焦/千克（J/kg），读作焦每千克。 （3）公式：Q=mq M——燃料的质量——单位千克（kg）； q——燃料的热值——单位焦/千克（J/kg）； Q——燃烧放出的热量——单位焦耳（J）。 （4）热值的物理意义：热值表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少，如木炭的热值为3.40×107J/kg。 （5）同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同。 4、热机的效率 （1）定义：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率， 其表达式为：，由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总 小于1； （2）热机在工作过程中造成能量损失的因素有： ①燃料很难全部燃烧； ②排出的废气带 走能量； ③热机部件要散热； ④克服运转机件之间的摩擦消耗能量。 （3）提高热机效率的方法： ①尽量让燃料充分燃烧； ②设法利用废气的能量； ③减少能 量损失； ④保证良好的润滑。 教材习题01 给你一块冰，你能用哪些方法使其熔化？这些方法中，哪些采用的是做功方式？哪些采用的是热传递方式？ 解题方法 ①改为物体内能的方法有两种：做功和热传递…… 【答案】答：要想让冰熔化，需要增大冰的内能；可以通过摩擦冰做功来增大冰的内能；用电热吹风吹冰，冰吸收热量，这是通过热传递改变冰的内能。 教材习题03 用打气筒给自行车轮胎打气打完后摸一摸打气筒底部的外壁，发现很热请用所学的物理知识解释这一现象。 解题方法 ①做功可以改变物体的内能，压缩气体做功，内能增大、温度升高。 ②摩擦生热，是克服摩擦力做功，物体内能增大、温度升高…… 【答案】向下压活塞时，活塞对筒内空气做功，筒内空气内能增大、温度升高，同时筒壁吸收热量，通过热传递的方式增加打气筒底部的内能；打气筒打气时，克服活塞与筒壁间的摩擦力做功，通过做功方式改变物体的内能，使打气筒底部升温。 教材习题04 简述汽油机工作时机械能与内能相互转化的过程，若一台四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，则该汽油机每秒钟做功多少次？ 解题方法 ①压缩冲程中机械能转化成内能，做功冲程中内能转化成机械能；在一个工作循环中飞轮转2周，做功一次…… 【答案】解：压缩冲程中机械能转化成内能，做功冲程中内能转化成机械能；汽油机的转速为1200r/min＝20r/s，说明1s内汽油机曲轴的转动20转，一个工作循环中，曲轴转动两周，对外做功一次，1s内曲轴转动20次，对外做功10次。 答：压缩冲程中机械能转化成内能，做功冲程中内能转化成机械能；该汽油机每秒钟做功10次。 教材习题05 随着“西气东输”工程的实施，我们江苏地区已经有不少城市使用天然气取代煤气和液化石油气。请根据你所学的物理知识，并查找相关资料，谈谈这样做有什么好处？ 解题方法 ①使用天然气取代煤气和液化石油气的好处，可以从环境保护、有效利用能源、节约成本的角度考虑…… 【答案】答：（1）可减轻对大气的污染；（2）既可缓解东部地区电力紧张的局面，又有利于促进西部地区经济发展。（3）可以节约成本。 考点一 做功改变物体内能 1．伐木工人在锯大树时，会留下一小部分树干不锯断，在大树树杈上拴一根绳子，绳子另一端打结后栓在远处的树桩上，通过拉动绳子来控制大树倾倒的方向，如图甲所示；图乙为栓在树桩上子的绕绳过程。下列说法正确的是（　　） A．锯树时锯条变热的原理与烧水时水变热的原理相同 B．锯条磨得更锋利是为了增大压强 C．该段绳子类似于生活中的滑轮组，可以省功 D．该段绳子类似于生活中的滑轮组，可以省距离 【答案】B 【解答】解：A、锯树时锯条变热是克服摩擦做功，机械能转化为内能，烧水时水变热是通过热传递使水的内能增加，故A错误； B、锯条磨得更锋利是在压力一定的情况下，通过减小受力面积，增大压强，故B正确； CD、打结的绳子有多股拉动大树，则相当于滑轮组，可以省力，但不能省距离，也不能省功，故CD错误。 故选：B。 2．2022年4月19日9点06分，“神舟十三号”载人飞船圆满完成各项任务后，顺利返回地面。在返回舱进入大气层时要通过一段黑障区，这段时间飞船被烧成一个大火球（如图所示），而船内的三名航天员和设备却安然无恙。飞船“燃烧”是通过 　做功　的方式增加了内能，当返回舱高速进入大气层时，速度急剧减小，宇航员由于 　惯性　保持原来的运动状态，因此会受到座椅对他巨大的压力。 【答案】做功；惯性。 【解答】解：飞船“燃烧”是由于与空气摩擦生热导致的，是通过做功的方式增加了内能。 当返回舱高速进入大气层时，速度急剧减小，宇航员由于具有惯性，要保持原来的运动状态高速运动，因此会受到座椅对他巨大的压力。 故答案为：做功；惯性。 考点二 热机 3．小明妈妈在网上购买了一袋真空包装的大米，运输车把大米从黑龙江省五常市运输到聊城市，小明妈妈收到大米后，对快递公司进行了评价：“包装完好，货物无损，非常满意。”下列有关情形描述正确的是（ ） A．聊城市的地理纬度低于五常市的地理纬度，所以这袋大米的质量会减小 B．运输车在高速公路水平路段加速行驶过程中，其所受重力不做功 C．运输车内的热机，利用了机械能做功的原理 D．在行驶的运输车上，如果这袋大米所受外力全部消失，它将静止 【答案】B 【解答】解：A、质量大小与空间位置无关，这袋大米的质量不变，故A错误； B、运输车在高速公路水平路段加速行驶过程中，在竖直方向上没有移动距离，故地铁所受的重力不做功，故B正确； C、运输车内的热机，利用了内能做功的原理，故C错误； D、在行驶的运输车上，这袋大米处于运动状态，若所受外力全部消失，它将做匀速直线运动，故D错误。 故选：B。 考点三 四冲程内燃机的工作过程 4．如图所示，下列对热学知识进行的归纳总结中正确的是（　　） A．甲图中两个表面光滑的铅柱被压在一起能吊起重物，说明分子之间有引力 B．乙图是热机的做功冲程 C．丙图中空气被压缩时内能减小 D．丁图中当塞子冲出去时，水蒸气的内能增大 【答案】A 【解答】解：A、将两个表面光滑的铅块相互紧压后它们会粘在一起，且能吊起重物，说明分子间存在引力，故A正确； B、图中两气门关闭，活塞向上运动，是热机的压缩冲程，故B错误； C、丙图中空气被压缩时内能增大、温度升高，故C错误； D、丁图中当塞子冲出去时，水蒸气对外做功，自身的内能减小，故D错误。 故选：A。 5．2024年1月5日19时20分，“快舟一号甲”固体运载火箭在酒泉卫星发射中心点火升空（如图所示）。发射火箭时的能量转化与热机的 　做功　冲程相同。小明认为火箭发射塔周围的“白气”是扩散现象，你认为小明的观点是 　错误　（选填“正确”或“错误”）的，理由是 　“白气”是小水珠，小水珠不是分子　。 【答案】做功；错误；“白气”是小水珠，小水珠不是分子。 【解答】解：发射火箭时的能量转化与热机的做功冲程相同，将内能转化为机械能。 火箭发射塔周围的“白气”是水蒸气液化形成的小水珠，小水珠不是分子，因此“白气”不是扩散现象，小明的观点是错误的。 故答案为：做功；错误；“白气”是小水珠，小水珠不是分子。 6．世界獠猴桃故乡在中国，中国獠猴桃的原产地在陕西，为了将陕西县城的新鲜獠猴桃运输到世界各地，陕西某公司组织物流车队将农产品尽快运送到各个城市，某车早上出发，历经8h，行程700多公里，当天下午就将新鲜的猜猴桃运输到外地的超市，每个猜猴桃平均质量为0.1kg，该运输车装满货物后总质量为31t，轮子与地面的总接触面积为6200cm2，g取10N/kg。求： （1）汽油机是汽车的动力设备，四冲程中的 　做功　冲程可以使汽车获得动力； （2）果农将一箱30个狲猴桃从地面放至0.9m高的车厢上，需要克服狲猴桃重力做的功（箱子重力忽略不计）； （3）运输车对水平路面的压强； （4）在某段平直公路上，运输车匀速行驶9km用时6min，受到的阻力为2.6×103N，求运输车牵引力做功的功率。 【答案】（1）做功； （2）需要克服猕猴桃重力做的功为27J； （3）运输车对水平路面的压强为5×105Pa； （4）在某段平直公路上，运输车匀速行驶9km用时6min，受到的阻力为2.6×103N则运输车牵引力做功的功率为65000W。 【解答】解：（1）四冲程汽油机中，使汽车获得动力的冲程是做功冲程，做功冲程中高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能； （2）每个狲猴桃平均质量为0.1kg，根据G＝mg计算30个狲猴桃的重力： G＝nmg＝30×0.1kg×10N/kg＝30N， 需要克服猕猴桃重力做的功：W＝Gh＝30N×0.9m＝27J； （3）运输车的总重力：G′＝m′g＝31×1000kg×10N/kg＝3.1×105N， 运输车对水平路面的压力等于运输车的总重力，运输车对水平路面的压强： p＝＝＝5×105Pa； （4）运输车匀速行驶时受到的牵引力等于阻力，运输车做功：W′＝F′s＝2.6×103N×9000m＝2.34×107J， 运输车牵引力做功的功率：P＝＝＝65000W。 故答案为：（1）做功； （2）需要克服猕猴桃重力做的功为27J； （3）运输车对水平路面的压强为5×105Pa； （4）在某段平直公路上，运输车匀速行驶9km用时6min，受到的阻力为2.6×103N则运输车牵引力做功的功率为65000W。 考点四 有关热机的计算 7．如图甲所示是四冲程汽油机某冲程示意图，图乙为空气压缩引火仪，图丙对试管中水加热一段时间后瓶塞“飞出”。关于这三幅图，下列说法正确的是（　　） A．三幅图所示的过程改变气体内能的方式不同 B．三幅图所示的过程气体内能大小的变化情况相同 C．甲图为汽油机的做功冲程，其能量转化与图丙中的能量转化相同 D．若该汽油机每秒可完成10个图甲冲程，则其飞轮转速为1200r/min 【答案】D 【解答】解：A、三幅图所示的过程都是做功改变物体的内能，故A错误； BC、甲图是汽油机的压缩冲程，将机械能转化为内能，内能增加；乙图将机械能转化为内能，内能增加；图丙中将水的内能转化为瓶塞的机械能，内能减小，所以三幅图所示的过程气体内能大小的变化情况不相同，甲图能量转化与丙图不同，故BC错误； D、若该汽油机每秒可完成10个图甲（压缩）冲程，由于一个工作循环有一个压缩冲程，飞轮转2周，所以每秒可完成10个工作循环，每分钟可完成600个工作循环，飞轮转1200周，即飞轮转速为1200r/min，故D正确。 故选：D。 8．在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团硝化棉，用力将活塞迅速下压，筒内空气温度升高，硝化棉燃烧，筒内空气的内能改变是通过 　做功　的方式实现的，该过程能量转化的特点与汽油机 　压缩　冲程的能量转化相同，有单缸四冲程汽油机，飞轮转速3000r/min，则1s对外做功 　25　次。 【答案】做功；压缩；25。 【解答】解：用力将活塞迅速下压，活塞的机械能转化为筒内空气的内能，使空气的内能增加，温度升高，这是通过做功的方式使内能增加； 该过程能量转化的特点与汽油机压缩冲程相同； 单缸四冲程汽油机，飞轮转速3000r/min＝50r/s，即飞轮每秒转50圈， 汽油机的一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次，所以该汽油机1s对外做功25次。 故答案为：做功；压缩；25。 考点五 燃料的热值及其计算 9．随着东航MU9191航班由上海飞抵北京首都国际机场，标志着国产C919飞机的商业首飞圆满成功，正式走向全球民航市场，下列说法正确的是（　　） A．飞机在匀速缓降时机械能保持不变 B．随着飞机的升空，舱外大气压强逐渐增大 C．喷气式飞机利用力的作用是相互的获得向前的推力 D．喷气式发动机进气量很大，可以提高燃料的热值 【答案】C 【解答】解：A、飞机在匀速缓降时，质量不变、速度不变、高度变小，故动能不变、重力势能变小，机械能变小，故A错误； B、大气压随高度的增加而减小，所以随着飞机的升空，舱外大气压强逐渐减小，故B错误； C、物体间力的作用是相互的，喷气式飞机利用力的作用是相互的获得向前的推力，故C正确； D、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、燃烧程度等均无关，故D错误。 故选：C。 10．母亲节当天，小明在厨房为妈妈准备晚餐。切菜时，他发现菜刀的刀刃非常薄，“刀刃薄”是通过减少受力面积的方法增大 　压强　。炒菜时，在客厅就能闻到菜香，说明分子在 　不停地做无规则运动　。若做一顿晚饭，完全燃烧天然气0.03m3，则这些天然气完全燃烧放出的热量是 　1.2×106　J。（q天然气＝4×107J/m3） 【答案】压强；不停地做无规则运动；1.2×106。 【解答】解：莱刀的刀刃薄，是在压力一定时，通过减小受力面积来增大压强； 炒菜时在远处就能闻到菜香，是一种扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动； 天然气完全燃烧放出的热量：Q放＝q天然气V＝4×107J/m3×0.03m3＝1.2×106J。 故答案为：压强；不停地做无规则运动；1.2×106。 11．在“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”实验中，小帅选用碎纸片和酒精为燃料进行了实验。 （1）小帅将天平放在水平桌面上并将游码归零后，若指针静止时位置如图1所示，则他应将平衡螺母向 　左　端调节；图2是正确测量所用碎纸片质量时的场景，此时游码所处位置如图3所示，则他还应称量 　6.5　g的酒精； （2）小帅组装的实验装置如图4所示，他在器材安装中的一处错误是 　温度计玻璃泡与烧杯底部接触　； （3）正确组装实验装置后，小帅用（1）中所称量的碎纸片和酒精分别进行实验，正确采集的数据如表所示，根据实验数据，小帅却得出了与事实相反的实验结论：质量相同的碎纸片和酒精完全燃烧后，碎纸片放出的热量较多。你认为他在实验中最有可能遗漏的操作是未控制被加热水的 　质量　相同。 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽时的水温/℃ 水温的变化/℃ 酒精 20 65 45 碎纸片 20 80 60 【答案】（1）左；6.5；（2）温度计玻璃泡与烧杯底部接触；（3）质量。 【解答】解：（1）把天平放在水平桌面上，将游码调到标尺左端的零刻线处；此时指针偏向右侧，说明天平的左侧上翘，平衡螺母应向左移动； 如图2和3所示，碎纸片的质量m＝5g+1.5g＝6.5g； 为了比较热值大小，要用相同质量的不同的燃料，所以则他还应称量6.5g的酒精； （2）由图4知，实验中温度计的玻璃泡碰到了容器底； （3）实验中要用相同质量的不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，而小帅却得出了与事实相反的实验结论：质量相同的碎纸片和酒精完全燃烧后，碎纸片放出的热量较多，可能是没有控制被加热水的质量相等。 故答案为：（1）左；6.5；（2）温度计玻璃泡与烧杯底部接触；（3）质量。 12．为了减少环境污染，共建绿水青山的美好生态，很多地区的人们使用天然气烧水煮饭。已知天然气热值为4.2×107J/m3，求0.05m3天然气完全燃烧放出的热量。 【答案】0.05m3天然气完全燃烧放出2.1×106J的热量。 【解答】解：天然气完全燃烧放出的热量： Q放＝V天然气q天然气＝0.05m3×4.2×107J/m3＝2.1×106J。 答：0.05m3天然气完全燃烧放出的热量为2.1×106J。 考点六 热机的效率 13．某热机的能量流向图如图所示（箭头粗细不代表能量多少），已知其工作效率为80%，输出机械能为400J，以下说法中正确的是（　　） A．能量A为电能，能量B为内能 B．能量A为内能，能量B为电能 C．能量A和B均为内能，能量B为500J D．能量A和B均为内能，能量B为100J 【答案】D 【解答】解：热机是将内能转化为机械能的装置，因此能量A和B均为内能； 已知其工作效率为80%，输出机械能为400J，根据η＝可知，能量A为： Q放＝＝＝500J， 由能量流向图可知，能量B为QB＝Q放﹣W＝500J﹣400J＝100J，故ABC错误，D正确。 故选：D。 14．某拖拉机耕地时行驶一公里消耗柴油1kg，若此柴油机的效率为30%，则这些柴油完全燃烧输出的有用功为 　1.38×107　J；柴油机的水箱中装有100kg的水，每升高1℃，吸收的热量为 　4.2×105　J。【柴油的热值为4.6×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）】 【答案】1.38×107；4.2×105。 【解答】解：1kg柴油完全燃烧放出的热量为： Q放＝mq＝1kg×4.6×107J/kg＝4.6×107J， 柴油机输出的有用功为： W＝ηQ放＝30%×4.6×107J＝1.38×107J； 柴油机的水箱中装有100kg的水，每升高1℃，吸收的热量为： Q吸＝c水m水Δt＝4.2×103J/（kg•℃）×100kg×1℃＝4.2×105J。 故答案为：1.38×107；4.2×105。 15．2024年2月初湖北的冻雨天气使许多返乡的电车车主被困高速公路，燃油车重要性又引起了关注。若质量为2t的燃油汽车，在平直的公路上以100km/h的速度匀速行驶了60km，所受阻力为整车重的0.1倍。（已知汽油的热值大约为5×107J/kg）问： （1）汽车发动机的功率有多大？ （2）若发动机的转化效率为40%，则需要燃烧汽油的质量有多大？ 【答案】（1）汽车发动机输出的牵引功率为5.56×104W； （2）需要燃烧汽油6kg。 【解答】解：（1）车重G＝m车g＝2×103kg×10N/kg＝2×104N， 已知汽车在平直公路上匀速行驶时所受阻力是汽车总重的0.1倍， 阻力f＝0.1G＝2×104N×0.1＝2000N， 汽车做匀速运动时牵引力F＝f＝2000N，汽车匀速运动的速度v＝100km/h≈27.8m/s， 汽车匀速运动时的功率：P＝Fv＝2000N×27.8m/s＝5.56×104W； （2）汽车在平直公路上匀速行驶了60km牵引力做的功： W有用＝Fs＝2000N×60×1000m＝1.2×108J， 则汽油完全燃烧放出的热量：Q放＝＝＝3.0×108J， 根据Q放＝qm得需要燃烧汽油的质量： m＝＝＝6kg。 答：（1）汽车发动机输出的牵引功率为5.56×104W； （2）需要燃烧汽油6kg。 一．选择题（共8小题） 1．2024年春节期间多地发布了相关规定，允许在一定时间和区域内燃放烟花爆竹，以渲染过节热闹气氛。点燃爆竹后，它内部的化学物质剧烈燃烧，产生高温高压气体，冲破爆竹的外壳发爆炸。此过程与内燃机四个冲程中原理相似的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【解答】解：高压燃气瞬间冲破鞭炮的过程是将内能转化为机械能；在热机的做功冲程中，内能转化为机械能，所以与热机的做功冲程的原理相似。 A中进气门打开，排气门关闭，是吸气冲程；B中两气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程；C中进气门关闭，排气门打开，是排气冲程；D中两气门关闭，活塞向下运动，火花塞点火，是做功冲程。 故选：D。 2．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 【解答】解：汽油在使用过程中，随着质量的减小，汽油的种类和状态没有改变，它的热值不变，比热容不变。 故选：A。 3．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（　　） A．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 C．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 【答案】A 【解答】解：AD．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，故A正确、D错误； BC．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Δt＝，可以通过液体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，应让燃料燃烧完全燃烧，故BC错误。 故选：A。 4．2024年4月24日是第九个“中国航天日”。物理社团的涵涵制作了水火箭，如图是水火箭的简易原理图。使用打气筒向水火箭内不断打气，当内部气体压强增大到一定程度时，会使水从水火箭中向下喷出，从而使水火箭升空。以下说法错误的是（　　） A．打气时，水火箭内部空气的内能增大 B．水火箭头部做成流线型是为了减小空气阻力 C．水向下喷出会使水火箭升空是由于力的作用是相互的 D．打气筒打气时能量转化过程与汽油机的做功冲程相同 【答案】D 【解答】解：AD、向打气筒内打气的过程是机械能转化为内能，使得水火箭内部空气的内能变大；汽油机的压缩冲程中机械能转化为内能；能量转化方式是相同的，故A正确、D错误； B、水火箭头部做成流线型，可以减小空气阻力，故B正确； C、水火箭向下喷水，给水一个向下的力，由于物体间力的作用是相互的，水给水火箭一个向上的力，使水火箭升空，故C正确。 故选：D。 5．“鲲龙”AG600是我国自主研制的大型水陆两栖飞机，它已完成海上首飞以及灭火任务等多个重要阶段的试验，下列有关说法正确的是（　　） A．飞机停在水面静止时，它受到的浮力和重力是一对平衡力 B．飞机的升空原理是机翼上方空气流速慢压强小 C．飞机在高空所受的大气压强比水面附近的大气压强大 D．飞机在飞行过程中，剩下的燃油越多，燃油的热值越大 【答案】A 【解答】解：A．飞机静止在水面上时，飞机处于平衡状态，受平衡力作用，浮力与重力是一对平衡力，故A正确； B．飞机机翼设计成流线型，上方空气流速大、压强小，下方空气流速小、压强大，则机翼受到向上的压强差，即产生了向上的升力，故B正确； C．海拔越高，大气压强越低，鲲龙AG600水陆两栖飞机在高空所受的大气压强比水面附近的大气压强小，故C错误； D．热值是燃料的特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，所以，客机油箱中的燃油用去一半，则剩下燃油的热值不变，故D错误。 故选：A。 6．下列与热学知识相关的说法正确的是（　　） A．酒精燃烧时热值不断变化 B．“酒香不怕巷子深”说明分子间存在斥力 C．内燃机在压缩冷程中，机械能转化为内能 D．发烧时擦酒精降温是用做功的方式改变内能 【答案】C 【解答】解：A、热值是燃料本身的一种性质，与燃烧情况无关，故A错误； B、“酒香不怕巷子深”说明分子在不停地做无规则运动，不能说明分子间存在斥力，故B错误； C、热机的压缩冲程是机械能转化为内能的过程，故C正确； D、发烧时擦酒精降温，酒精蒸发吸热，是用热传递的方式改变内能，故D错误； 故选：C。 7．把一薄壁金属管固定在支架上，金属管中装一些酒精，然后用软木塞塞紧。用橡皮条缠绕在金属管上，迅速来回拉动橡皮条，过一会儿会看到软木塞被顶开，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．来回拉动橡皮条，使金属管的温度升高，这是通过热传递方式改变金属管的内能 B．酒精温度升高，这是通过做功方式改变酒精内能 C．酒精蒸汽将木塞顶开的过程，酒精蒸汽的内能减小 D．酒精蒸汽将木塞顶开的过程，酒精蒸汽的机械能转化为木塞的内能 【答案】C 【解答】解：A．来回拉动橡皮条，使金属管的温度升高，这是通过做功的方式改变金属管的内能，故A错误；B．人拉动软绳与金属管克服摩擦做功，金属管内能增加，将热量传递给酒精，这是通过热传递方式改变酒精的内能，故B错误； CD．酒精蒸汽把软木塞顶出去的过程，蒸气对塞子做功，内能减少，蒸气的一部分内能转化为塞子的机械能，故C正确，D错误； 故选：C。 8．一辆汽车在某段水平公路上匀速行驶，共消耗了4kg的汽油，牵引力做功4.6×107J。已知该汽车的发动机为四冲程汽油机，汽油的热值为4.6×107J/kg，下列有关说法错误的是（　　） A．汽车行驶过程中，以汽车为参照物，公路旁的树木是运动的 B．四冲程汽油机的做功冲程将机械能转化为内能 C．该行驶过程中汽油机的效率为25% D．使燃料燃烧的更充分，可以提高热机效率 【答案】B 【解答】解： A、以行驶的汽车为参照物，公路旁的树木与汽车之间位置发生改变，所以公路旁的树木是运动的，故A正确； B、四冲程汽油机的做功冲程将内能转化为机械能，故B错误； C、4kg的汽油完全燃烧，放出的热量：Q＝mq汽油＝4kg×4.6×107J/kg＝1.84×108J；汽车发动机的效率为：η＝＝＝25%；故C正确； D、热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，使燃料燃烧更充分，可以提高燃料的利用率，可以提高热机效率，故D正确； 故选：B。 二．填空题（共4小题） 9．载人飞船返回舱在返回降落过程中高速进入地球大气层，返回舱表面因摩擦温度升高，此过程是通过 　做功　（选填“做功”或“热传递”）的方式使返回舱表面的内能 　增大　。返回舱降至一定高度后，打开降落伞进一步减速，此过程动能 　减小　（后两空均选填“增大”、“不变”或“减小”）。 【答案】做功；增大；减小 【解答】解：返回舱进入大气层后的降落过程中，舱体表面与气体分子剧烈摩擦，克服摩擦做功，机械能转化为内能，内能增加，温度上升，这是通过做功的方式改变了舱体表面的内能； 返回舱降至一定高度后，打开降落伞进一步减速，此过程中返回舱的质量不变，速度变小，动能减小。 故答案为：做功；增大；减小。 10．已知天然气的热值为4.0×107J/m3，完全燃烧150m3天然气可以放出 　6×109　J的热量。 【答案】6×109 【解答】解：完全燃烧150m3天然气放出的热量： Q放＝vq＝150m3×4.0×107J/m3＝6×109J。 故答案为：6×109。 11．2023年10月24日，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心发射升空。如图所示，高速运动的火箭在升空过程中与空气摩擦，火箭整流罩外壳温度升高，这是通过 　做功　的方式改变内能；整流罩很好地保护了飞船，其材料具有密度小、熔点 　高　（选填“高”或“低”）等特点；飞船进入太空后，航天员携带的物品质量 　不变　（选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】做功；高；不变。 【解答】解：高速运动的火箭在升空过程中与空气摩擦，将机械能转化为内能，这是通过做功的方式使火箭整流罩外壳内能增大，温度升高； 整流罩很好地保护了飞船，其材料具有熔点高的特点； 飞船进入太空后，虽然位置发生了变化，但航天员携带的物品质量不变。 故答案为：做功；高；不变。 12．4月30日神舟十七号载人飞船返回舱将在外太空出差187天的宇航员顺利接回了家。返回舱外形在返回舱减速下降阶段，返回舱会变成一个火球以 　做功　（热传递/做功）的方式改变内能；继续下落到一定高度后主伞打开。伞表面有很多红色条纹，这是 　反射　（吸收/反射）了红光的缘故；最后距地面大约2米时，返回舱底部的反推发动机迅速启动 　向下　（向下/向上）喷火使返回舱速度降落。医生对宇航员进行体检，发现他们在失重环境下长高了。如图所示，其中一名宇航员的身高为 　1.720　m。 【答案】做功；反射；向下；1.720。 【解答】解：返回舱外形在返回舱减速下降阶段，返回舱与大气剧烈摩擦，摩擦力对返回舱做功，摩擦力做的功转化成物体的内能，此过程中是通过做功的方式改变物体的内能的； 伞表面有很多红色条纹，这是反射了红光的缘故； 着陆时，启动反推发动机，发动机向下喷气，给气体向下的推力，由于力的作用是相互的，气体向上推返回舱，可以使返回舱受到向上的制动力，这是由于物体间力的作用是相互的； 由图可知，刻度尺的分度值为1cm，宇航员的身高为172.0cm＝1.72.0m。 故答案为：做功；反射；向下；1.720。 三．实验探究题（共1小题） 13．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是10g，烧杯内的液体质量和初温也相同。 （1）实验时组装如图甲、乙、丙所示的装置时，正确的安装顺序是 　自下而上　（选填“自上而下”或“自下而上”）； （2）实验中，燃料完全燃烧放出的热量是通过液体吸热后温度的变化来反映的。本实验要比较不同燃料的热值，应选择 　甲、乙　两图进行实验；用两个相同规格的烧杯装相等质量的水，取质量 　相等　（选填“相等”或“不相等”）的酒精和碎纸片，分别放入两个燃烧皿中，分别给烧杯加热，直到酒精和碎纸片完全燃尽，最终来确定酒精和碎纸片热值的大小； （3）比较不同物质吸热升温的特点： ①应选择 　甲、丙　两图进行实验； ②在燃烧同种燃料时还需要控制火力相同，所以该实验主要用 　加热时间　（选填“温度计示数”或“加热时间”）来表示两种液体吸热的多少； ③如果质量和初始温度均相同的a、b两种液体，吸热后它们的温度随时间变化的图象如图2所示，由图可看出b液体的温度升高得较慢，则 　b　（选填“a”或“b”）液体的比热容较大。 【答案】（1）自下而上；（2）甲、乙；相等；（3）甲、丙；加热时间；b。 【解答】解：（1）酒精灯需用外焰加热，所以要先放好酒精灯，再固定铁圈的高度；而温度计的玻璃泡要全部浸没到液体中，但不能碰到容器壁和容器底，所以放好烧杯后，再调节温度计的高度，即按照自下而上的顺序进行。 （2）为了比较不同燃料的热值，应选择燃料不同但液体相同的装置，即甲、乙两图进行实验。）实验时为了控制变量，应用天平分别测出等质量的酒精和碎纸屑，将其放入装置中的燃烧皿内；别给烧杯加热，直到酒精和碎纸片完全燃尽，最终来确定酒精和碎纸片热值的大小。 （3）①为了比较不同物质吸热升温的特点，应选择相同燃料但液体不同的实验装置，即甲、丙两图进行实验。 ②该实验主要用加热时间的长短来表示两种液体吸热的多少，这种方法是转换法。 ③由图2可知，质量和初始温度均相同的a、b两种液体，温度升高慢的比热容大，所以，b液体的比热容较大。 故答案为：（1）自下而上；（2）甲、乙；相等；（3）甲、丙；加热时间；b。 四．计算题（共2小题） 14．如图所示是一款履带运输车。一次运送中，运输车在3min内沿水平路面匀速直线行驶900m，行驶中受到的阻力为104N（燃料热值q＝4.5×107J/kg）。 （1）发动机的功率； （2）若行驶中受到的阻力不变，发动机的效率是30%，则10kg的燃料可供该车沿水平路面匀速直线行驶的距离是多少千米？ 【答案】（1）发动机的功率为5×104W； （2）10kg的燃料可供该车沿水平路面匀速直线行驶的距离是1.35×104m。 【解答】解：（1）匀速行驶中受到的阻力为104N，根据二力平衡条件知， 发动机的牵引力F牵＝f＝104N， 运输车发动机做的功W＝F牵s＝104N×900m＝9×106J； 运输车发动机的功率为：P＝＝＝5×104W； （2）10kg的燃料完全燃烧放出的热量为：Q放＝m燃料q＝10kg×4.5×107J/kg＝4.5×108J， 发动机做的有用功为：W有＝Q放η＝4.5×108J×30%＝1.35×108J， 该车沿水平路面匀速直线行驶的距离为：s′＝＝＝1.35×104m。 答：（1）发动机的功率为5×104W； （2）10kg的燃料可供该车沿水平路面匀速直线行驶的距离是1.35×104m。 15．小朋的爸爸开着厢式货车满载货物从滨州开往日照，高速全程约330km，货车以100km/h的速度在高速上匀速行驶，货车受到的阻力是货车总重的0.05倍。小明家厢式货车的一些数据如表所示。g取10N/kg，求： 空车质量 2t 满载时载货量 2.8t 空载百千米油耗 15L 满载百千米油耗 20L 燃油密度 0.8×103kg/m3 燃油热值 4×107J/kg 车轮个数 6 每个轮胎与地面接触面积 2×10﹣2m2 （1）该货车满载时静止在水平路面上对地面的压强； （2）该货车在高速上行驶全程所用的时间； （3）该货车在高速上行驶全程后，消耗的燃油完全燃烧放出的热量； （4）该货车在高速上行驶时，发动机的效率。 【答案】（1）该货车满载时静止在水平路面上对地面的压强是4×105Pa； （2）货车在高速上全程行驶时用的时间是3.3h； （3）该货车在高速上全程行驶后消耗的燃油若完全燃烧能放出2.112×109J的热量； （4）该货车在高速上行驶这段路程，发动机的效率是37.5%。 【解答】解：（1）该货车满载时，静止在水平路面上对地面的压力： F压＝G总＝（m车+m货）g＝（2×103kg+2.8×103kg）×10N/kg＝4.8×104N， 对地面的压强： p＝＝＝4×105Pa； （2）由v＝可得，货车匀速行驶的时间： t＝＝＝3.3h； （3）满载百公里油耗： V＝20L＝20dm3＝2.0×10﹣2m3， 全程耗油V＝×2.0×10﹣2m3＝6.6×10﹣2m3； 由ρ＝可得，消耗汽油的质量： m′＝ρV＝0.8×103kg/m3×6.6×10﹣2m3＝52.8kg， 汽油完全燃烧释放的热量： Q放＝m′q＝52.8kg×4×107J/kg＝2.112×109J； （4）因货车匀速行驶时处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力， 所以货车牵引力的大小： F＝f＝0.05G总＝0.05×4.8×104N＝2400N， 全程牵引力做的功： W＝Fs＝2400N×330×103m＝7.92×108J， 发动机的效率： η＝×100%＝×100%＝37.5%。 答：（1）该货车满载时静止在水平路面上对地面的压强是4×105Pa； （2）货车在高速上全程行驶时用的时间是3.3h； （3）该货车在高速上全程行驶后消耗的燃油若完全燃烧能放出2.112×109J的热量； （4）该货车在高速上行驶这段路程，发动机的效率是37.5%。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！10 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第10讲 机械能与内能的相互转化 模块一 思维导图串知识 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 教材习题学解题 模块四 核心考点精准练（6大考点） 模块五 小试牛刀过关测 1．知道常见的热机——内燃机工作过程。 2．从能量转化的角度认识燃料的热值。 3．通过能量的转化和转移，进一步认识热机效率的概念。 1、做功——改变内能的另一种方式 （1）做功：对物体做功，物体的内能增加；物体对外做功内能减少。 （2）做功使物体的内能改变的实质：其他形式的能量（如机械能）与内能之间的相互转化。 2、内燃机的四个冲程 （1）内燃机是热机的一种，是燃料在汽缸内燃烧的热机，内燃机分为汽油机和柴油机。 （2）汽油机的工作原理：燃料在汽缸中燃烧时，将存储的化学能转变为高温高压的燃气（蒸汽）的内能， 又通过燃气（蒸汽）推动活塞做功，由内能转变为机械能； （3）汽油机的工作流程：内燃机通过吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环来保证连续工作的，如图： ①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸； ②压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩汽缸内燃料混合物，温度升高； ③做功冲程：在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功； ④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。 （4）工作过程中能量的转化：①压缩冲程：机械能→内能；②做功冲程：先是化学能→内能，再由内能→机械能； （5）一个工作循环中对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转2周，飞轮转2圈。 3、燃料的热值及其计算 （1）热值概念：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，符号时q。 ①对于气体燃料而言，热值的定义是1m3的某种燃料完全燃烧时放出的热量。 ②热值是燃料的一种属性。 （2）热值单位：焦/千克（J/kg），读作焦每千克。 （3）公式：Q=mq M——燃料的质量——单位千克（kg）； q——燃料的热值——单位焦/千克（J/kg）； Q——燃烧放出的热量——单位焦耳（J）。 （4）热值的物理意义：热值表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少，如木炭的热值为3.40×107J/kg。 （5）同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同。 4、热机的效率 （1）定义：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率， 其表达式为：，由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总 小于1； （2）热机在工作过程中造成能量损失的因素有： ①燃料很难全部燃烧； ②排出的废气带 走能量； ③热机部件要散热； ④克服运转机件之间的摩擦消耗能量。 （3）提高热机效率的方法： ①尽量让燃料充分燃烧； ②设法利用废气的能量； ③减少能 量损失； ④保证良好的润滑。 教材习题01 给你一块冰，你能用哪些方法使其熔化？这些方法中，哪些采用的是做功方式？哪些采用的是热传递方式？ 解题方法 ①改为物体内能的方法有两种：做功和热传递…… 【答案】 教材习题03 用打气筒给自行车轮胎打气打完后摸一摸打气筒底部的外壁，发现很热请用所学的物理知识解释这一现象。 解题方法 ①做功可以改变物体的内能，压缩气体做功，内能增大、温度升高。 ②摩擦生热，是克服摩擦力做功，物体内能增大、温度升高…… 【答案】 教材习题04 简述汽油机工作时机械能与内能相互转化的过程，若一台四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，则该汽油机每秒钟做功多少次？ 解题方法 ①压缩冲程中机械能转化成内能，做功冲程中内能转化成机械能；在一个工作循环中飞轮转2周，做功一次…… 【答案】 教材习题05 随着“西气东输”工程的实施，我们江苏地区已经有不少城市使用天然气取代煤气和液化石油气。请根据你所学的物理知识，并查找相关资料，谈谈这样做有什么好处？ 解题方法 ①使用天然气取代煤气和液化石油气的好处，可以从环境保护、有效利用能源、节约成本的角度考虑…… 【答案】 考点一 做功改变物体内能 1．伐木工人在锯大树时，会留下一小部分树干不锯断，在大树树杈上拴一根绳子，绳子另一端打结后栓在远处的树桩上，通过拉动绳子来控制大树倾倒的方向，如图甲所示；图乙为栓在树桩上子的绕绳过程。下列说法正确的是（　　） A．锯树时锯条变热的原理与烧水时水变热的原理相同 B．锯条磨得更锋利是为了增大压强 C．该段绳子类似于生活中的滑轮组，可以省功 D．该段绳子类似于生活中的滑轮组，可以省距离 2．2022年4月19日9点06分，“神舟十三号”载人飞船圆满完成各项任务后，顺利返回地面。在返回舱进入大气层时要通过一段黑障区，这段时间飞船被烧成一个大火球（如图所示），而船内的三名航天员和设备却安然无恙。飞船“燃烧”是通过 　 　的方式增加了内能，当返回舱高速进入大气层时，速度急剧减小，宇航员由于 　 　保持原来的运动状态，因此会受到座椅对他巨大的压力。 考点二 热机 3．小明妈妈在网上购买了一袋真空包装的大米，运输车把大米从黑龙江省五常市运输到聊城市，小明妈妈收到大米后，对快递公司进行了评价：“包装完好，货物无损，非常满意。”下列有关情形描述正确的是（ ） A．聊城市的地理纬度低于五常市的地理纬度，所以这袋大米的质量会减小 B．运输车在高速公路水平路段加速行驶过程中，其所受重力不做功 C．运输车内的热机，利用了机械能做功的原理 D．在行驶的运输车上，如果这袋大米所受外力全部消失，它将静止 考点三 四冲程内燃机的工作过程 4．如图所示，下列对热学知识进行的归纳总结中正确的是（　　） A．甲图中两个表面光滑的铅柱被压在一起能吊起重物，说明分子之间有引力 B．乙图是热机的做功冲程 C．丙图中空气被压缩时内能减小 D．丁图中当塞子冲出去时，水蒸气的内能增大 5．2024年1月5日19时20分，“快舟一号甲”固体运载火箭在酒泉卫星发射中心点火升空（如图所示）。发射火箭时的能量转化与热机的 　 　冲程相同。小明认为火箭发射塔周围的“白气”是扩散现象，你认为小明的观点是 　 　（选填“正确”或“错误”）的，理由是 　 　。 6．世界獠猴桃故乡在中国，中国獠猴桃的原产地在陕西，为了将陕西县城的新鲜獠猴桃运输到世界各地，陕西某公司组织物流车队将农产品尽快运送到各个城市，某车早上出发，历经8h，行程700多公里，当天下午就将新鲜的猜猴桃运输到外地的超市，每个猜猴桃平均质量为0.1kg，该运输车装满货物后总质量为31t，轮子与地面的总接触面积为6200cm2，g取10N/kg。求： （1）汽油机是汽车的动力设备，四冲程中的 　 　冲程可以使汽车获得动力； （2）果农将一箱30个狲猴桃从地面放至0.9m高的车厢上，需要克服狲猴桃重力做的功（箱子重力忽略不计）； （3）运输车对水平路面的压强； （4）在某段平直公路上，运输车匀速行驶9km用时6min，受到的阻力为2.6×103N，求运输车牵引力做功的功率。 考点四 有关热机的计算 7．如图甲所示是四冲程汽油机某冲程示意图，图乙为空气压缩引火仪，图丙对试管中水加热一段时间后瓶塞“飞出”。关于这三幅图，下列说法正确的是（　　） A．三幅图所示的过程改变气体内能的方式不同 B．三幅图所示的过程气体内能大小的变化情况相同 C．甲图为汽油机的做功冲程，其能量转化与图丙中的能量转化相同 D．若该汽油机每秒可完成10个图甲冲程，则其飞轮转速为1200r/min 8．在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团硝化棉，用力将活塞迅速下压，筒内空气温度升高，硝化棉燃烧，筒内空气的内能改变是通过 　 　的方式实现的，该过程能量转化的特点与汽油机 　 　冲程的能量转化相同，有单缸四冲程汽油机，飞轮转速3000r/min，则1s对外做功 　 　次。 考点五 燃料的热值及其计算 9．随着东航MU9191航班由上海飞抵北京首都国际机场，标志着国产C919飞机的商业首飞圆满成功，正式走向全球民航市场，下列说法正确的是（　　） A．飞机在匀速缓降时机械能保持不变 B．随着飞机的升空，舱外大气压强逐渐增大 C．喷气式飞机利用力的作用是相互的获得向前的推力 D．喷气式发动机进气量很大，可以提高燃料的热值 10．母亲节当天，小明在厨房为妈妈准备晚餐。切菜时，他发现菜刀的刀刃非常薄，“刀刃薄”是通过减少受力面积的方法增大 　 　。炒菜时，在客厅就能闻到菜香，说明分子在 　 　。若做一顿晚饭，完全燃烧天然气0.03m3，则这些天然气完全燃烧放出的热量是 　 　J。（q天然气＝4×107J/m3） 11．在“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”实验中，小帅选用碎纸片和酒精为燃料进行了实验。 （1）小帅将天平放在水平桌面上并将游码归零后，若指针静止时位置如图1所示，则他应将平衡螺母向 　 　 端调节；图2是正确测量所用碎纸片质量时的场景，此时游码所处位置如图3所示，则他还应称量 　 　g的酒精； （2）小帅组装的实验装置如图4所示，他在器材安装中的一处错误是 　 　； （3）正确组装实验装置后，小帅用（1）中所称量的碎纸片和酒精分别进行实验，正确采集的数据如表所示，根据实验数据，小帅却得出了与事实相反的实验结论：质量相同的碎纸片和酒精完全燃烧后，碎纸片放出的热量较多。你认为他在实验中最有可能遗漏的操作是未控制被加热水的 　 　相同。 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽时的水温/℃ 水温的变化/℃ 酒精 20 65 45 碎纸片 20 80 60 12．为了减少环境污染，共建绿水青山的美好生态，很多地区的人们使用天然气烧水煮饭。已知天然气热值为4.2×107J/m3，求0.05m3天然气完全燃烧放出的热量。 考点六 热机的效率 13．某热机的能量流向图如图所示（箭头粗细不代表能量多少），已知其工作效率为80%，输出机械能为400J，以下说法中正确的是（　　） A．能量A为电能，能量B为内能 B．能量A为内能，能量B为电能 C．能量A和B均为内能，能量B为500J D．能量A和B均为内能，能量B为100J 14．某拖拉机耕地时行驶一公里消耗柴油1kg，若此柴油机的效率为30%，则这些柴油完全燃烧输出的有用功为 　 　J；柴油机的水箱中装有100kg的水，每升高1℃，吸收的热量为 　 　J。【柴油的热值为4.6×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）】 15．2024年2月初湖北的冻雨天气使许多返乡的电车车主被困高速公路，燃油车重要性又引起了关注。若质量为2t的燃油汽车，在平直的公路上以100km/h的速度匀速行驶了60km，所受阻力为整车重的0.1倍。（已知汽油的热值大约为5×107J/kg）问： （1）汽车发动机的功率有多大？ （2）若发动机的转化效率为40%，则需要燃烧汽油的质量有多大？ 一．选择题（共8小题） 1．2024年春节期间多地发布了相关规定，允许在一定时间和区域内燃放烟花爆竹，以渲染过节热闹气氛。点燃爆竹后，它内部的化学物质剧烈燃烧，产生高温高压气体，冲破爆竹的外壳发爆炸。此过程与内燃机四个冲程中原理相似的是（　　） A． B． C． D． 2．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 3．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（　　） A．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 C．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 4．2024年4月24日是第九个“中国航天日”。物理社团的涵涵制作了水火箭，如图是水火箭的简易原理图。使用打气筒向水火箭内不断打气，当内部气体压强增大到一定程度时，会使水从水火箭中向下喷出，从而使水火箭升空。以下说法错误的是（　　） A．打气时，水火箭内部空气的内能增大 B．水火箭头部做成流线型是为了减小空气阻力 C．水向下喷出会使水火箭升空是由于力的作用是相互的 D．打气筒打气时能量转化过程与汽油机的做功冲程相同 5．“鲲龙”AG600是我国自主研制的大型水陆两栖飞机，它已完成海上首飞以及灭火任务等多个重要阶段的试验，下列有关说法正确的是（　　） A．飞机停在水面静止时，它受到的浮力和重力是一对平衡力 B．飞机的升空原理是机翼上方空气流速慢压强小 C．飞机在高空所受的大气压强比水面附近的大气压强大 D．飞机在飞行过程中，剩下的燃油越多，燃油的热值越大 6．下列与热学知识相关的说法正确的是（　　） A．酒精燃烧时热值不断变化 B．“酒香不怕巷子深”说明分子间存在斥力 C．内燃机在压缩冷程中，机械能转化为内能 D．发烧时擦酒精降温是用做功的方式改变内能 7．把一薄壁金属管固定在支架上，金属管中装一些酒精，然后用软木塞塞紧。用橡皮条缠绕在金属管上，迅速来回拉动橡皮条，过一会儿会看到软木塞被顶开，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．来回拉动橡皮条，使金属管的温度升高，这是通过热传递方式改变金属管的内能 B．酒精温度升高，这是通过做功方式改变酒精内能 C．酒精蒸汽将木塞顶开的过程，酒精蒸汽的内能减小 D．酒精蒸汽将木塞顶开的过程，酒精蒸汽的机械能转化为木塞的内能 8．一辆汽车在某段水平公路上匀速行驶，共消耗了4kg的汽油，牵引力做功4.6×107J。已知该汽车的发动机为四冲程汽油机，汽油的热值为4.6×107J/kg，下列有关说法错误的是（　　） A．汽车行驶过程中，以汽车为参照物，公路旁的树木是运动的 B．四冲程汽油机的做功冲程将机械能转化为内能 C．该行驶过程中汽油机的效率为25% D．使燃料燃烧的更充分，可以提高热机效率 二．填空题（共4小题） 9．载人飞船返回舱在返回降落过程中高速进入地球大气层，返回舱表面因摩擦温度升高，此过程是通过 　 　 （选填“做功”或“热传递”）的方式使返回舱表面的内能 　 　。返回舱降至一定高度后，打开降落伞进一步减速，此过程动能 　 　（后两空均选填“增大”、“不变”或“减小”）。 10．已知天然气的热值为4.0×107J/m3，完全燃烧150m3天然气可以放出 　 　J的热量。 11．2023年10月24日，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心发射升空。如图所示，高速运动的火箭在升空过程中与空气摩擦，火箭整流罩外壳温度升高，这是通过 　 　的方式改变内能；整流罩很好地保护了飞船，其材料具有密度小、熔点 　 　（选填“高”或“低”）等特点；飞船进入太空后，航天员携带的物品质量 　 　（选填“变大”“变小”或“不变”）。 12．4月30日神舟十七号载人飞船返回舱将在外太空出差187天的宇航员顺利接回了家。返回舱外形在返回舱减速下降阶段，返回舱会变成一个火球以 　 　（热传递/做功）的方式改变内能；继续下落到一定高度后主伞打开。伞表面有很多红色条纹，这是 　 　（吸收/反射）了红光的缘故；最后距地面大约2米时，返回舱底部的反推发动机迅速启动 　 　（向下/向上）喷火使返回舱速度降落。医生对宇航员进行体检，发现他们在失重环境下长高了。如图所示，其中一名宇航员的身高为 　 　m。 三．实验探究题（共1小题） 13．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是10g，烧杯内的液体质量和初温也相同。 （1）实验时组装如图甲、乙、丙所示的装置时，正确的安装顺序是 　 　（选填“自上而下”或“自下而上”）； （2）实验中，燃料完全燃烧放出的热量是通过液体吸热后温度的变化来反映的。本实验要比较不同燃料的热值，应选择 　 　两图进行实验；用两个相同规格的烧杯装相等质量的水，取质量 　 　（选填“相等”或“不相等”）的酒精和碎纸片，分别放入两个燃烧皿中，分别给烧杯加热，直到酒精和碎纸片完全燃尽，最终来确定酒精和碎纸片热值的大小； （3）比较不同物质吸热升温的特点： ①应选择 　两图进行实验； ②在燃烧同种燃料时还需要控制火力相同，所以该实验主要用 　 　（选填“温度计示数”或“加热时间”）来表示两种液体吸热的多少； ③如果质量和初始温度均相同的a、b两种液体，吸热后它们的温度随时间变化的图象如图2所示，由图可看出b液体的温度升高得较慢，则 　 　（选填“a”或“b”）液体的比热容较大。 四．计算题（共2小题） 14．如图所示是一款履带运输车。一次运送中，运输车在3min内沿水平路面匀速直线行驶900m，行驶中受到的阻力为104N（燃料热值q＝4.5×107J/kg）。 （1）发动机的功率； （2）若行驶中受到的阻力不变，发动机的效率是30%，则10kg的燃料可供该车沿水平路面匀速直线行驶的距离是多少千米？ 15．小朋的爸爸开着厢式货车满载货物从滨州开往日照，高速全程约330km，货车以100km/h的速度在高速上匀速行驶，货车受到的阻力是货车总重的0.05倍。小明家厢式货车的一些数据如表所示。g取10N/kg，求： 空车质量 2t 满载时载货量 2.8t 空载百千米油耗 15L 满载百千米油耗 20L 燃油密度 0.8×103kg/m3 燃油热值 4×107J/kg 车轮个数 6 每个轮胎与地面接触面积 2×10﹣2m2 （1）该货车满载时静止在水平路面上对地面的压强； （2）该货车在高速上行驶全程所用的时间； （3）该货车在高速上行驶全程后，消耗的燃油完全燃烧放出的热量； （4）该货车在高速上行驶时，发动机的效率。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！10 学科网（北京）股份有限公司 $$