12.4 机械能与内能的相互转化（分层作业）-【上好课】九年级物理上册同步高效课堂（苏科版）

12.4 机械能与内能的相互转化 一、做功—改变物体内能的另一种方式 1．在吹气球时，吹大了的气球没握住，它叫啸着飞跑了（如图所示）。从能的转化的角度来看，这是_____能转化为______能。 2．2022年12月4日晚上，神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。如图所示，飞船返回舱高速进入大气层后，因与大气发生剧烈摩擦，使其外表温度会变得很高，甚至达到而“燃烧”起来，这是通过________方式改变返回舱的内能。 3．如图所示，在用塞子封闭的瓶内装有少量的水，用打气筒往瓶内打气，瓶内空气内能_____（填“增大”或“减少”），当瓶塞跳起来时，可以看到_____出现了“白雾”，说明水蒸气遇冷 _____（填物态变化）。在这个过程中气体内能____（填“增大”或“减少”）。 4．2022年4月16日，神舟十三号载人返回舱成功着陆，返回舱与大气摩擦温度升高，内能增加。下列事例中物体内能改变方式与它相同的是（　　） A B C D A．汤勺放在热汤中温度升高 B．烧水时水温升高 C．压缩空气温度升高 D．取暖器旁的物体温度升高 二、 热机 5. 老师在课堂上做了如图所示的点火爆炸实验，他在透明塑料盒的底部钻一个孔，把电火花发生器的放电管紧紧塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒中滴入几滴酒精，再将盒盖盖紧，然后用手捂一下塑料盒，目的是使盒内的酒精 （填物态变化名称）成酒精蒸气，再按动电火花发生器的按钮，塑料盒盖喷出，燃气对外 ，其内能转化为 ，此过程的能量转化方式类似于汽油机的 冲程。    6. 如图为四冲程汽油机未按工作循环排列的各冲程示意图，工作时，属于做功冲程的是（ ） A． B． C． D． 7. 汽油机完成一个工作循环，活塞经历四个冲程，分别为______、______、______、______，其中机械能转化为内能的是______冲程；一个工作循环中，曲轴旋转____圈，活塞往复运动_____次，对外做功_____次，某单缸四冲程汽油机飞轮转速 1200r/min，则该汽油机每秒钟对外做功_____次。 三、 燃料的热值 8. 关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（　　） A．没有燃烧的燃料，其热值等于零 B．燃料的热值与其质量和燃烧状态无关 C．燃料完全燃烧时，它的热值最大 D．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多 9. 为了比较不同燃料的热值，小明设计了如图甲、乙、丙所示的三种方案。三套实验装置完全相同，燃料的质量、烧杯内液体的初温与质量也都相同。 （1）小明应选择 两图对应方案进行实验； （2）实验中还应控制燃料燃烧的 （时间/质量）相同； （3）实验完成后，画出被加热液体的温度随时间变化的关系图像如图丁所示。由此可知，燃料1燃烧2min放出的热量 （大于/等于/小于）燃料2燃烧3min放出的热量。 10. 小明将质量为20kg的水从25℃加热到75℃，【水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值为3.5×107J/m3】。求： （1）这些水吸收的热量； （2）若天然气燃烧的热量中50%被这些水吸收，则需要多少m3天然气。 11．如图所示，用充气的气球模拟“喷气火箭”，把封口的夹子松开，球内气体向后喷出，气球向前运动。此过程中（　　） A．气球的弹性势能增大 B．喷出的气体内能减小 C．喷出的气体热运动加剧 D．喷出的气体向外界传递热量 12. 如图为单缸四冲程汽油机的 冲程，该冲程活塞移动时，汽缸内燃料混合气体的压强变 。若该汽油机转速为2400r/min，则它每分钟完成 个如图所示的冲程。 13．在标准大气压下，小明使用煤气灶将1kg的水从20℃加热到100℃，则水吸收的热量是 J，若不计热量损失，此过程需要完全燃烧 m3的煤气，未使用完的煤气的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）。[c水=4.2×103J/（kg·℃）q煤气=4.2×107J/m3] 14．如图所示为某折叠卡式炉，采用丁烷气体作为燃料。水壶装入2L初温为25℃的水，用卡式炉加热至100℃，消耗了25g丁烷气体（水的比热容为，丁烷的热值为）。求： （1）壶中水的质量； （2）水吸收的热量； （3）卡式炉的加热效率。 15．在“比较酒精和碎纸片燃烧时放出的热量”实验中 （1）由于燃料充分燃烧放出热量的多少不仅与燃料种类这一个因素有关，因此实验时必须控制酒精和碎纸片的 相等；实验中还需控制被加热的水的质量和初温均相同，以便于 ； （2）如图是小明安装好的实验装置，其中存在的错误是 ； （3）小华纠正了小明的错误，又组装了一套相同的实验装置，备好秒表，在两燃烧皿中分别加入准备好的酒精和碎纸片，读出水的初温后，进行如下操作： ①先点燃酒精，再点燃碎纸片； ②保证酒精和碎纸片燃烧时间相同，读取温度计的示数； ③待酒精和碎纸片充分燃烧结束，分别读取温度计的示数； 小红认为上述操作中，操作 是错误的，小明根据正确操作获得的数据，算出了燃料的热值，发现结果小于该燃料的实际热值，原因是 。 16．（2024·连云港·中考真题）下列关于燃料的热值说法正确的是（　　） A．燃料燃烧越充分，其热值越大 B．燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少 C．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值将减小 D．焦炭的热值是，完全燃烧1kg焦炭能放出的热量 17.（2024·扬州·中考真题）家用燃油汽车的发动机主要是汽油机，下列说法正确的是（　　） A．汽油机的效率能达到100% B．汽油机燃烧汽油会造成环境污染 C．汽油机的一个工作循环中，对外做功4次 D．汽油机在吸气冲程中只吸入汽油 18. （2023·南京·中考真题）图示课本四个示例中的能量转化过程，与汽油机做功冲程相同的是（    ） A．甲图中反复弯折铁丝 B．乙图中压缩空气 C．丙图中盒内燃气推出盒盖 D．丁图中取暖器通电后电热丝发热 19．（2023·盐城·中考真题）氢能源作为新型能源，其热值大，有着巨大的开发使用潜力。氢能源完全燃烧放出的热量为 J。若有的热量被水吸收，可以使 kg的水从升高到。与化石能源相比，“氢能源”的优势还有 （写出一个即可）。， 20.（2023·江苏南京·中考真题）课本中做“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”实验的装置如图所示： （1）甲、乙实验中以下四个方面：①烧杯内液体种类：②烧杯内液体质量；③加热时间；④烧杯内液体温度的变化量。其中要求相等的有 （填序号）； （2）燃料燃烧过程中，其热值 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 21 / 27 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 12.4 机械能与内能的相互转化 一、做功—改变物体内能的另一种方式 1．在吹气球时，吹大了的气球没握住，它叫啸着飞跑了（如图所示）。从能的转化的角度来看，这是_____能转化为______能。 【答案】内；机械。 【解析】当球内气体喷出来时，球内喷出的气体会对外做功，发生的能量转化情况是气体的内能转化为气球的机械能，气体的内能减小、温度降低。 2．2022年12月4日晚上，神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。如图所示，飞船返回舱高速进入大气层后，因与大气发生剧烈摩擦，使其外表温度会变得很高，甚至达到而“燃烧”起来，这是通过________方式改变返回舱的内能。 【答案】做功。 【解析】飞船返回舱从太空中高速进入大气层后，返回舱与大气发生剧烈的摩擦，摩擦力对返回舱做功，使返回舱外表温度升高，甚至达到2000℃，这是通过做功的方式改变了物体的内能。 3．如图所示，在用塞子封闭的瓶内装有少量的水，用打气筒往瓶内打气，瓶内空气内能_____（填“增大”或“减少”），当瓶塞跳起来时，可以看到_____出现了“白雾”，说明水蒸气遇冷 _____（填物态变化）。在这个过程中气体内能____（填“增大”或“减少”）。 【答案】增大；瓶内；液化；减少。 【解析】做功可以改变物体的内能，外界对物体做功，物体的内能增大，用打气筒往瓶里打气，压缩气体做功，则瓶内空气的内能增大。 物体对外界做功，物体本身的内能减小,当瓶塞跳起来时，瓶内的空气对瓶塞做功，使瓶内空气的内能减少、温度降低，瓶内水蒸气遇冷液化形成小水滴，所以可看到瓶内出现白雾。 4．2022年4月16日，神舟十三号载人返回舱成功着陆，返回舱与大气摩擦温度升高，内能增加。下列事例中物体内能改变方式与它相同的是（　　） A B C D A．汤勺放在热汤中温度升高 B．烧水时水温升高 C．压缩空气温度升高 D．取暖器旁的物体温度升高 【答案】C 【解析】神舟十三号载人返回舱与大气摩擦温度升高，内能增加，是通过克服摩擦做功来改变内能的。 A．汤勺放在热汤中温度升高，是通过热传递来改变物体内能的，故A不符合题意； B．烧水时水温升高，是通过热传递来改变物体内能的，故B不符合题意； C．压缩空气温度升高，是活塞对空气做功，使空气的内能增大、温度升高，故C符合题意； D．取暖器旁的物体温度升高，是通过热传递来改变物体内能的，故D不符合题意。 故选C。 二、 热机 5. 老师在课堂上做了如图所示的点火爆炸实验，他在透明塑料盒的底部钻一个孔，把电火花发生器的放电管紧紧塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒中滴入几滴酒精，再将盒盖盖紧，然后用手捂一下塑料盒，目的是使盒内的酒精 （填物态变化名称）成酒精蒸气，再按动电火花发生器的按钮，塑料盒盖喷出，燃气对外 ，其内能转化为 ，此过程的能量转化方式类似于汽油机的 冲程。    【答案】 汽化 做功 机械能 做功 【详解】向盒中滴入几滴酒精，再将盒盖盖紧，用手捂一下塑料盒，目的是使盒内的酒精汽化成酒精蒸气。 电火花打火时，酒精蒸气被点燃，燃气对外做功，使盒盖飞出去，此过程将燃气的内能转化为盒盖的机械能。 在汽油机的做功冲程中，气门关闭，活塞向下运动，高温高压的燃气推动活塞做功，燃气的内能转化为活塞的机械能，与这一实验过程中的能量转化是一致的。 6. 如图为四冲程汽油机未按工作循环排列的各冲程示意图，工作时，属于做功冲程的是（ ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．图中的排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，故A不符合题意； B．图中的气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，故B不符合题意； C．进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，故C不符合题意； D．图中的气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，故D符合题意。 故选D。 7. 汽油机完成一个工作循环，活塞经历四个冲程，分别为______、______、______、______，其中机械能转化为内能的是________冲程；一个工作循环中，曲轴旋转______圈，活塞往复运动______次，对外做功_____次，某单缸四冲程汽油机飞轮转速 1200r/min，则该汽油机每秒钟对外做功______次。 【答案】吸气冲程，压缩冲程，做功冲程，排气冲程，压缩，2，2，1，10。 【详解】汽油机的一个工作循环由四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。其中，压缩冲程中机械能转化为内能。 在内燃机的一个工作循环中，完成4个冲程，曲轴旋转2周，活塞往复2次，对外做功1次。 某单缸四冲程汽油机飞轮转速1200r/min，即每秒钟转20圈，完成40个冲程，做功10次。 三、 燃料的热值 8. 关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（　　） A．没有燃烧的燃料，其热值等于零 B．燃料的热值与其质量和燃烧状态无关 C．燃料完全燃烧时，它的热值最大 D．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多 【答案】B 【详解】ABC.1kg某种燃料完全燃烧放出的能量，叫做这种燃料的热值，热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关，故AC错误，B正确； D.由Q=mq可知，燃料燃烧放出的热量与热值和质量有关，与温度无关，故D错误。 故选B。 9. 为了比较不同燃料的热值，小明设计了如图甲、乙、丙所示的三种方案。三套实验装置完全相同，燃料的质量、烧杯内液体的初温与质量也都相同。 （1）小明应选择 两图对应方案进行实验； （2）实验中还应控制燃料燃烧的 （时间/质量）相同； （3）实验完成后，画出被加热液体的温度随时间变化的关系图像如图丁所示。由此可知，燃料1燃烧2min放出的热量 （大于/等于/小于）燃料2燃烧3min放出的热量。 【答案】 甲、乙 质量 大于 【详解】（1）根据控制变量法的要求，要探究比较不同燃料的热值，实验时只改变燃料的种类，其他条件应相同，故甲、乙两图符合要求。 （2）根据控制变量法，实验中还应控制燃料燃烧的质量相同，通过比较温度计的示数来比较热量的多少。 （3）读图丁可知，燃料1燃烧2min，甲中液体a升温15摄氏度，燃料2燃烧3min，乙中液体温度升高5℃，液体a升温更多，说明吸热更多，故燃料1燃烧2min放出的热量大于燃料2燃烧3min放出的热量。 10. 小明将质量为20kg的水从25℃加热到75℃，【水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值为3.5×107J/m3】。求： （1）这些水吸收的热量； （2）若天然气燃烧的热量中50%被这些水吸收，则需要多少m3天然气。 【答案】（1）4.2×106J；（2）0.24m3 【解析】（1）水吸收的热量 Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×20kg×(75℃-25℃)=4.2×106J （2）天然气燃烧放出的热量 Q放＝==8.4×106J 烧开这壶水需要天然气的体积 V＝==0.24 m3 11．如图所示，用充气的气球模拟“喷气火箭”，把封口的夹子松开，球内气体向后喷出，气球向前运动。此过程中（　　） A．气球的弹性势能增大 B．喷出的气体内能减小 C．喷出的气体热运动加剧 D．喷出的气体向外界传递热量 【答案】B 【解析】A．把封口的夹子松开，球内气体向外喷出，气球弹性形变变小，气球的弹性势能变小，故A不符合题意； B．喷出的气体对外做功，内能减小，故B符合题意； C．喷出的气体对外做功，内能减小，温度降低，热运动变慢，故C不符合题意； D．喷出的气体对外做功，内能减小，温度降低，从外界吸热，故D不符合题意。 故选B。 12. 如图为单缸四冲程汽油机的 冲程，该冲程活塞移动时，汽缸内燃料混合气体的压强变 。若该汽油机转速为2400r/min，则它每分钟完成 个如图所示的冲程。 【答案】 压缩 大 1200 【详解】内燃机的四个冲程有吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程；判断冲程名称可用口诀：“先看气门开关情，再看活塞上下行；开下吸气开上排，关上压缩关下功”，由图可知活塞向上运动，两气门关闭，因此是压缩冲程；压缩冲程过程中，汽缸内部体积变小，压强变大。 热机完成一个工作循环中，飞轮转动2圈，完成压缩冲程1个，若该汽油机转速是2400r/min，表示每分钟飞轮转动2400圈，它每分钟完成1200个压缩冲程。 13．在标准大气压下，小明使用煤气灶将1kg的水从20℃加热到100℃，则水吸收的热量是 J，若不计热量损失，此过程需要完全燃烧 m3的煤气，未使用完的煤气的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）。[c水=4.2×103J/（kg·℃）q煤气=4.2×107J/m3] 【答案】 3.36×105 0.008 不变 【详解】水吸收的热量 不计热量损失，则，所以需要完全燃烧煤气的体积为 热值是燃料的一种性质，其大小取决于物质的种类，与燃料的质量和燃烧程度无关，则未使用完的煤气的热值不变。 14．如图所示为某折叠卡式炉，采用丁烷气体作为燃料。水壶装入2L初温为25℃的水，用卡式炉加热至100℃，消耗了25g丁烷气体（水的比热容为，丁烷的热值为）。求： （1）壶中水的质量； （2）水吸收的热量； （3）卡式炉的加热效率。 【答案】（1）2kg；（2）；（3）52.5% 【详解】（1）壶中水的质量为 （2）水吸收的热量为 （3）丁烷放出的热量 卡式炉的加热效率为 （1）壶中水的质量为2kg； （2）水吸收的热量为6.3×105J； （3）卡式炉的加热效率为52.5%。 15．在“比较酒精和碎纸片燃烧时放出的热量”实验中 （1）由于燃料充分燃烧放出热量的多少不仅与燃料种类这一个因素有关，因此实验时必须控制酒精和碎纸片的 相等；实验中还需控制被加热的水的质量和初温均相同，以便于 ； （2）如图是小明安装好的实验装置，其中存在的错误是 ； （3）小华纠正了小明的错误，又组装了一套相同的实验装置，备好秒表，在两燃烧皿中分别加入准备好的酒精和碎纸片，读出水的初温后，进行如下操作： ①先点燃酒精，再点燃碎纸片； ②保证酒精和碎纸片燃烧时间相同，读取温度计的示数； ③待酒精和碎纸片充分燃烧结束，分别读取温度计的示数； 小红认为上述操作中，操作 是错误的，小明根据正确操作获得的数据，算出了燃料的热值，发现结果小于该燃料的实际热值，原因是 。 【答案】 质量 根据温度计示数确定水吸收热量的多少 温度计液泡没有浸没在水中 ② 燃烧过程中有热量损失 【详解】（1）燃料充分燃烧放出热量的多少还与燃料的质量有关，所以要控制质量相等。 根据Q=cm Δt，实验中还需控制被加热的水的质量和初温均相同，观察末态温度，末态温度高说明吸收热量多，反之，吸收热量少。 （2）使用温度计测量液体，应将温度计液泡完全浸没在液体中。 （3）保证酒精和碎纸片燃烧时间相同，但燃料燃烧速度未知，被燃烧的燃料质量不一定相等，故②错误。 燃烧过程中有热量损失，水吸收的热量小于燃料燃烧放出的热量。 16．（2024·连云港·中考真题）下列关于燃料的热值说法正确的是（　　） A．燃料燃烧越充分，其热值越大 B．燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少 C．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值将减小 D．焦炭的热值是，完全燃烧1kg焦炭能放出的热量 【答案】D 【详解】A．燃料的热值仅与燃料的种类有关，而与燃料的燃烧程度无关，故A错误； B．根据Q=mq可知，放出的热量与热值、质量有关，故B错误； C．一瓶酒精用去三分之一后，质量变化、热值不变，故C错误； D．焦炭的热值是3.0×107J/kg，它表示的意思是1kg的焦炭完全燃烧时放出的热量是3.0×107J，故D正确。 故选D。 17.（2024·扬州·中考真题）家用燃油汽车的发动机主要是汽油机，下列说法正确的是（　　） A．汽油机的效率能达到100% B．汽油机燃烧汽油会造成环境污染 C．汽油机的一个工作循环中，对外做功4次 D．汽油机在吸气冲程中只吸入汽油 【答案】B 【详解】A．由于摩擦等因素的存在，汽油机的效率不可能达到100%，故A错误； B．汽油机燃烧汽油时排放的尾气含有有害气体，会造成环境污染，故B正确； C．汽油机的一个工作循环中包含四个冲程，只有做功冲程对外做功1次，故C错误； D．油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物，故D错误。 故选B。 18. （2023·南京·中考真题）图示课本四个示例中的能量转化过程，与汽油机做功冲程相同的是（    ） A．甲图中反复弯折铁丝 B．乙图中压缩空气 C．丙图中盒内燃气推出盒盖 D．丁图中取暖器通电后电热丝发热 【答案】C 【详解】汽油机做功冲程中，缸内高温高压的燃气推动活塞对外做功，将内能转化为机械能。 A．甲图中反复弯折铁丝，人对铁丝做功，使铁丝内能增大，温度升高，将机械能转化为内能，故A不符合题意； B．乙图中压缩空气，此时活塞对气体做功，使气体内能增大，温度升高，将机械能转化为内能，故B不符合题意； C．丙图中盒内燃气推出盒盖，燃气对盒盖做功，将燃气的内能转化为盒盖的机械能，故C符合题意； D．丁图中取暖器通电后电热丝发热，电流做功，将电能转化为内能，故D不符合题意。 故选C。 19．（2023·盐城·中考真题）氢能源作为新型能源，其热值大，有着巨大的开发使用潜力。氢能源完全燃烧放出的热量为 J。若有的热量被水吸收，可以使 kg的水从升高到。与化石能源相比，“氢能源”的优势还有 （写出一个即可）。， 【答案】 1.43×108 143 清洁无污染 【详解】完全燃烧1kg氢放出的热量 完全燃烧1kg氢放出的热量为 1.43×108。 由题知，水吸收的热量 由Q=cmΔt可得，水的质量 水的质量为143kg。 [3]通常情况下，氢气与氧气燃烧后只生成水，对环境非常友好，清洁无污染。 20.（2023·江苏南京·中考真题）课本中做“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”实验的装置如图所示： （1）甲、乙实验中以下四个方面：①烧杯内液体种类：②烧杯内液体质量；③加热时间；④烧杯内液体温度的变化量。其中要求相等的有 （填序号）； （2）燃料燃烧过程中，其热值 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答案】 ①② 不变 【详解】（1）在比较不同燃料热值的实验中，应控制燃料燃烧的质量相同，因为燃料的热值指的是单位质量的某种燃料完全燃烧时放出的热量；通过升高温度显示热量，必须控制烧杯内液体种类和烧杯内液体质量相同，故选①②。 （2）热值是燃料的一种特性，与燃料质量无关，因此燃烧时质量减小，热值不变。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 21 / 27 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