12.4机械能与内能的相互转化-2024-2025学年九年级物理上册步步为赢·课课练（苏科版）

苏 科 版 物 理 九 年 级 上 册 第十二章《机械能和内能》 12.4机械能与内能的相互转化 夯实基础 知识点一 改变物体内能的另一种方式——做功 1．对物体做功 甲 乙 丙 丁 （1）如图甲所示，将铁丝快速弯折多次，用手指触摸一下弯折处，我们会发现弯折处温度较高，这说明我们对铁丝做功铁丝的内能增加，温度升高。 （2）如图乙所示，将一个铁钉用铁锤反复敲打，一段时间后被敲打的铁钉很烫，这说明我们对铁钉做功，铁钉的内能增加，温度升高。 （3）如图丙所示，用空气压缩引火仪进行实验，我们通过活塞对筒内的封闭气体做功，气体的内能增加，温度升高，当达到棉花的着火点时，棉花燃烧了。 （4）如图丁所示，将刀在磨刀石上来回迅速摩擦，人克服摩擦做功，则刀和磨刀石的温度升高，说明它们的内能增加了。 以上实验说明，我们对物体做功时，消耗的机械能转化为内能，使物体的内能增加，温度升高。 2．物体对外做功 试管内装一些水，放在火上加热，使水沸腾，水蒸气会把木塞顶起来，水蒸气瞬间变成白气，说明物体的内能转化为了机械能，温度降低。 归根到底：做功是改变物体内能的一种方式 物体对外做功（如爆炸、膨胀） 内能→机械能 外力对物体做功（如弯折、压缩、敲打、摩擦） 机械能→内能 敲黑板：做功的实质是其他能量与内能的转化。热传递的实质是内能的转移。 趁热打铁： 例1．下列改变物体内能的方法与其他三种不同的是（　　） A．钻木取火 B．用热水袋取暖 C．压缩气体，棉花燃烧 D．锯木条时，锯条发热 例2．如图所示，在试管内装适量的水，用软木塞塞住管口，加热后水沸腾，水蒸气会把软木塞冲出。对这个实验下列说法中错误的是（　　） A．试管内水沸腾时温度不变内能增加 B．能量的转化情况是：化学能——内能——机械能 C．塞子被冲出前，塞子受到的水蒸气的压强和压力都在不断增大 D．塞子被冲出去时，试管口附近会出现白色的水蒸气 知识点二 热机 1．一种将内能（燃料产生的高温、高压燃气）转化为机械能的装置。 2．汽油机工作循环 冲程：是指活塞从汽缸的一端运动到另一端。 甲 乙 丙 丁 ①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入汽油和空气的混合气； ②压缩冲程：进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，活塞压缩缸内气体，气体温度升高，活塞的机械能转化为压缩气体的内能，当活塞运动到顶端时，混合气体温度达到最高； ③做功冲程：进气门关闭，排气门关闭，当活塞在顶端时，火花塞点火，汽油燃烧，产生高温高压的燃气，对活塞做功，活塞向下运动，气体的内能转化为活塞的机械能； ④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，排出燃烧后的废气。 3．汽油机和柴油机的不同处 项目 构造 吸入气缸的物质 点燃方式 效率 汽油机 气缸顶部有一个火花塞 空气和汽油混合物 点燃式 效率较低 柴油机 气缸顶部有一个喷油嘴 空气 压燃式 效率较高 趁热打铁： 例3．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； 若该热机 ls内对外做功15次， 则飞轮转速是 r/ min。 知识点三 燃料的热值 1．探究不同燃料放热能力的实验 【实验思路】如何评价燃料的放热能力 相等质量的不同燃料，充分燃烧后，放出的热量越多，放热能力越强。 【实验器材】铁架台、烧杯、玻璃棒、温度计、酒精灯、石棉网 【实验设计】 如图所示，用天平测出质量为10g的煤油和10g的菜籽油分别放入燃烧皿中，点燃后，给两个完全相同的烧杯和质量、温度相同的水加热，待煤油和菜籽油充分燃烧后分别记录水的温度。 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 温度变化/℃ 10g煤油 10g菜籽油 【实验方法】 ①转换法 将吸收热量的多少转化为温度计示数的变化 ②控制变量法 控制相同的被加热条件、燃料的质量相等 【实验分析】质量相等的煤油和菜籽油充分燃烧，水温的变化不同，燃烧煤油使水的温度变化较大 【实验结论】质量相等的不同燃料，充分燃烧时放出的热量一般是不相等的。 2．燃料的热值 （1）定义：燃料完全燃烧放出的热量与燃烧的质量（固体、液体）或体积（气体）之比，用q表示。 （2）定义式：(固体、液体)或 （3）单位：J/kg或J/m3 （4）物理意义：单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量。 （5）热值是燃料的属性，与质量、体积、是否完全燃烧无关，与燃料的种类有关。不同燃料的热值一般不同。 3．燃料燃烧放热的计算 公式：(固体、液体)或(气体) 趁热打铁： 例4．为比较酒精和煤油这两种燃料的热值大小关系，小明采用了如图所示的装置进行实验：他将一定质量的酒精和煤油分别加入两灯中点燃它们，分别将装有质量相等的水的两个相同烧杯加热，直至酒精和煤油燃烧完。小明设计了一张记录数据的表格，并记录了数据： 燃料 加热前的水温/℃ 加热后的水温/℃ 10g酒精 20 43 10g煤油 20 50 (1)组装仪器时，应先固定 （选填“B”或“A”）的位置； (2)分析表中数据可知，煤油和酒精两种燃料中，热值较大的是 ； (3)燃料燃烧放出的热量通过 比较； (4)实验后小明根据实验数据计算出了水吸收的热量Q，结合“10g酒精”这一数据，利用公式 ，算出酒精的热值，算出的酒精热值与真实值相比 （选填“偏大”“偏小”或“相等”），你这样判断的依据是 。 例5．秸秆可以制成秸秆煤，完全燃烧2kg秸秆煤放出热量全部被水吸收，可以使200kg水温度从20℃升高到70℃。则秸秆煤的热值是 J/kg。[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）] 融会贯通 ——打基础—— 一、单选题 1．下列实例中，与热机中做功冲程原理一样的是（    ） A．弯折铁丝发烫 B．臀部摩擦发热 C．蒸汽顶起壶盖 D．压缩点燃棉花 2．如图所示为汽油机工作过程中的一个冲程，则（　　） A．是压缩冲程，机械能转化为内能 B．是压缩冲程，内能转化为机械能 C．是做功冲程，机械能转化为内能 D．是做功冲程，内能转化为机械能 3．如图是“探究不同物质的吸热能力”和“比较不同燃料的热值大小”的甲、乙两组实验装置。下列关于该两组实验的说法正确的是（　　） A．每组实验中，燃料的质量均应相等 B．甲组实验中，沙子升温较快，说明沙子的比热容小于水 C．甲组实验中，可以根据温度计示数的变化来比较吸热的多少 D．乙组实验中，可以根据加热相同时间温度升高的多少来比较燃料燃的热值大小 4．关于比热容和热值，下列说法中正确的是（    ） A．热值是燃料燃烧放出的热量与燃料的质量之比 B．燃料越多，放出的热量越多，热值越大 C．比热容是物质自身的性质，与质量、吸收或放出的热量无关 D．比热容是物质的特性之一，只与物质的种类有关 5．如图中礼花筒利用钢瓶内的高压空气膨胀，将筒内彩带喷向空中产生喜庆效果。高压空气膨胀的过程中（　　） A．外界对礼花筒内的空气做功，使筒内空气内能增大 B．通过热传递的方式使筒内空气内能增大 C．通过做功的方式使筒内空气的内能转化为机械能 D．通过热传递的方式使筒内空气内能减小 6．如图是四冲程汽油机工作的示意图，其中表示内能转化为机械能的冲程的是（　　） A． B． C． D． 7．在单缸四冲程内燃机中，不需要依靠飞轮惯性来完成，且有能量转化的冲程是（    ） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 二、填空题 8．在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，快速压下活塞，可观察到棉花燃烧，此过程中活塞对筒内气体做功，气体的内能增加，这与四冲程汽油机的 冲程的能量转化相同，某台汽油机飞轮的转速为2400r/min，在1s内，汽油机完成 个工作循环。 9．若一辆小汽车一年行驶一万公里，消耗1t汽油，这些汽油完全燃烧放出 J的热量；某次行驶过程中，该汽车汽油机曲轴的转速为3600r/min r，1s内完成 个冲程，对外做功 次。（） 10．如图为单缸四冲程汽油机的 冲程。若该汽油机的转速为2400r/min，则它每分钟完成 个如图所示的冲程。 三、实验题 11．小明和小辉学习了燃料的热值后，他们一起设计了一个实验来探究煤油和菜籽油热值的大小关系。他们组装了如图1和图2所示的装置进行实验，记录结果见下表。 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 煤油 25 44 菜籽油 25 34 (1)为了保证实验结论的可靠性，小明和小辉选择了两套完全相同的装置，并且控制燃油的质量以及水的质量 （选填“相同”或“不同”），但对于两杯水的初温他们的看法却不同，请将下列他们的想法补充完整： ①小辉认为实验中是直接用 来表示煤油和菜籽油放出热量的多少，所以实验中两杯水的初温可以不同； ②小明认为因为探究过程中他们采用了 法，所以只有燃料的 不同，其他因素都必须控制相同；如果两杯水的初温不同，那么水的蒸发快慢以及水与周围环境的温差都不相同，于是两杯水的 就不相同，就可能出现燃料燃烧放出的热量多，而水吸收的热量少、水温变化小的情况，所以实验时必须控制水的初温相同； (2)小明和小辉在实验前用天平分别测出了烧杯中水的质量以及燃料的质量，实验结束后小辉由记录的数据计算出煤油和菜籽油的热值。小明认为他的计算结果不可靠，理由是 。 四、计算题 12．为了减少环境污染，部分农村地区改用液化气烧菜做饭。某钢瓶装有液化气10kg，已知液化气的热值为4.2×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，求： (1)这瓶液化气全部完全燃烧放出的热量是多少？ (2)若（1）中放出的热量有35%被初温为30℃的水吸收，在标准大气压下可将多少质量的水烧开？ ——提能力—— 1．图1甲为注射器，在室温恒为T₁的环境中，老师快速向下推动活塞压缩针筒内的气体后松手，活塞即刻被向上弹起，此过程中针筒内均处于密封，针筒内物质均处于气态，针筒内气体温度随时间变化图像如图1乙，（由于气体分子间距比较大，此实验过程不考虑分子势能的变化），则说法正确的个数是（    ） ①活塞下压时，是通过做功改变针筒内气体的内能 ②t1-t2过程的能量转化与图2中丙相同 ③密封气体在t2时刻的内能小于t3时刻的内能 ④活塞静止后，密封气体的温度最终保持在 T₂ ⑤图2丙存在化学能能转化成内能的过程 ⑥若图 2 内燃机飞轮转动速度为3600r/ min，则每秒完成涉及内能和机械能相互转化的冲程有30次 A．2个 B．3 个 C．4个 D．5个 2．某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），下列说法中正确的是（　　） A．汽油机每秒内完成30个冲程 B．汽油机的功率为2025W C．做功冲程中燃气对活塞的平均压力为3600N D．一个做功冲程中燃气对活塞做的功为1.35×105J 3．如图所示：甲、乙、丙三图中的装置相同，燃料的质量都是10g，烧杯内的液体初温相同。当燃料烧完时（烧杯内液体均未沸腾），立即读取相应温度计的读数，分别为t甲，t乙和t丙，且有t甲>t乙>t丙。 (1)在安装、调整实验器材时，科学合理的顺序是（甲图中）：先调整固定 的位置（选填“A”或“B”）； (2)在实验中，三个烧杯中的液体α、b的 （选填“质量”或“体积”）必须相同； (3)实验液体a的比热容ca与实验液体b的比热容cb相比，有ca cb（选填“>”、“＜”或“=”）； (4)实验燃料1的热值q1与实验燃料2的热值q2相比，有q1 q2（选填“>”、“＜”或“=”）； (5)小明购买了一盒薯片，取出几片用上述方法测出薯片的热值为1.4×107J/kg，他又观察到包装盒上印有“质量：100g”，他据此算出了整盒薯片能提供的热量为 ，这个结果与包装盒上注明的“能量：2100kJ”不等，原因可能是 ； (6)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加充分地燃烧（L型）更加节能，排气更加清洁。同样的汽油（如97米） （选填“更大”、“一样大”或“更小”）。 4．小明发现用打气筒给篮球打气时外壁有些发热，于是他想，是什么原因导致打气筒的外壁发热呢？小明就这个问题与同学小红进行了交流，联系所学物理知识，他们提出了以下两个猜想： A．活塞在筒内往复运动时，与筒壁摩擦导致发热 B．活塞在筒内往复运动时，不断压缩气体做功导致发热 于是他们设计了实验进行探究，选用的实验器材有：打气筒、测温枪、计时器、气压不足的篮球等，分别在打气筒的上部和下部标注两个测温点，如图所示。 请回答下列问题： (1)打气筒内壁的热量是通过 的方式传递到外壁。 (2)活塞在打气筒内向下运动时，对活塞的力 （做/不做）功，这一过程相当于四冲程内燃机的压缩冲程。 (3)小明的实验方案是：用打气筒往气压不足的篮球内打气，10秒内使活塞在筒内往复运动20次，立即用测温枪测出此时两个测温点的温度。待打气筒外壁温度降至室温（25℃）后，放出篮球中的部分气体，使其内部气压与打气前相同，重复上述操作，实验数据记录如表： 实验次数 时间t/s 活塞往复次数 上部温度t/℃ 下部温度t/℃ 1 10 20 30.7 36.6 2 10 20 30.2 36.2 3 10 20 30.5 36.3 小明分析表中实验数据可以初步验证猜想 （A/B）是导致打气筒外壁发热的原因。 小红回顾整个实验过程，分析实验数据，认为小明得出的结论不够严谨，理由是在实验过程中，活塞向下运动压缩空气做功时，同时也要 做功，所以无法准确的确定外壁发热的原因。于是他们对实验进行改进，对猜想A再次进行探究，打气筒 （与/不与）篮球连接，让活塞在相同的时间内往复运动相同的次数，用测温枪测出打气筒外壁的温度，若上部和下部温度 （相同/不同），则说明猜想A是正确的。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！15 学科网（北京）股份有限公司 $$ 苏 科 版 物 理 九 年 级 上 册 第十二章《机械能和内能》 12.4机械能与内能的相互转化 夯实基础 知识点一 改变物体内能的另一种方式——做功 1．对物体做功 甲 乙 丙 丁 （1）如图甲所示，将铁丝快速弯折多次，用手指触摸一下弯折处，我们会发现弯折处温度较高，这说明我们对铁丝做功铁丝的内能增加，温度升高。 （2）如图乙所示，将一个铁钉用铁锤反复敲打，一段时间后被敲打的铁钉很烫，这说明我们对铁钉做功，铁钉的内能增加，温度升高。 （3）如图丙所示，用空气压缩引火仪进行实验，我们通过活塞对筒内的封闭气体做功，气体的内能增加，温度升高，当达到棉花的着火点时，棉花燃烧了。 （4）如图丁所示，将刀在磨刀石上来回迅速摩擦，人克服摩擦做功，则刀和磨刀石的温度升高，说明它们的内能增加了。 以上实验说明，我们对物体做功时，消耗的机械能转化为内能，使物体的内能增加，温度升高。 2．物体对外做功 试管内装一些水，放在火上加热，使水沸腾，水蒸气会把木塞顶起来，水蒸气瞬间变成白气，说明物体的内能转化为了机械能，温度降低。 归根到底：做功是改变物体内能的一种方式 物体对外做功（如爆炸、膨胀） 内能→机械能 外力对物体做功（如弯折、压缩、敲打、摩擦） 机械能→内能 敲黑板：做功的实质是其他能量与内能的转化。热传递的实质是内能的转移。 趁热打铁： 例1．下列改变物体内能的方法与其他三种不同的是（　　） A．钻木取火 B．用热水袋取暖 C．压缩气体，棉花燃烧 D．锯木条时，锯条发热 【答案】B 【详解】A．钻木取火属于克服摩擦力做功，是做功改变物体的内能； B．用热水袋取暖，人体从热水袋上吸收热量，这是通过热传递改变物体的内能； C．气体被压缩过程中，机械能转化为气体的内能，气体温度升高，是通过做功的方式改变物体的内能的； D．锯木条时，克服摩擦做功，机械能转化为内能，锯条发热，通过做功的方式改变物体的内能。 故B与ACD不同，B符合题意。 故选B。 例2．如图所示，在试管内装适量的水，用软木塞塞住管口，加热后水沸腾，水蒸气会把软木塞冲出。对这个实验下列说法中错误的是（　　） A．试管内水沸腾时温度不变内能增加 B．能量的转化情况是：化学能——内能——机械能 C．塞子被冲出前，塞子受到的水蒸气的压强和压力都在不断增大 D．塞子被冲出去时，试管口附近会出现白色的水蒸气 【答案】D 【详解】A．水沸腾过程中，吸收热量，内能增大，温度不变，故A正确，不符合题意； B．木塞被冲出的整个过程中能量转化关系是：通过燃烧酒精把化学能转化为水蒸气的内能，木塞冲出时又会把水蒸气的内能转化为木塞的机械能，故B正确，不符合题意； C．随着不断的对试管加热，试管内的温度升高，分子热运动剧烈，所以塞子会受到的压力和压强都不断增大，故C正确，不符合题意； D．塞子被冲出后，气体的内能减小，温度降低，水蒸气会液化成小液滴，形成白气，选D错误，符合题意。 故选D。 知识点二 热机 1．一种将内能（燃料产生的高温、高压燃气）转化为机械能的装置。 2．汽油机工作循环 冲程：是指活塞从汽缸的一端运动到另一端。 甲 乙 丙 丁 ①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入汽油和空气的混合气； ②压缩冲程：进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，活塞压缩缸内气体，气体温度升高，活塞的机械能转化为压缩气体的内能，当活塞运动到顶端时，混合气体温度达到最高； ③做功冲程：进气门关闭，排气门关闭，当活塞在顶端时，火花塞点火，汽油燃烧，产生高温高压的燃气，对活塞做功，活塞向下运动，气体的内能转化为活塞的机械能； ④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，排出燃烧后的废气。 3．汽油机和柴油机的不同处 项目 构造 吸入气缸的物质 点燃方式 效率 汽油机 气缸顶部有一个火花塞 空气和汽油混合物 点燃式 效率较低 柴油机 气缸顶部有一个喷油嘴 空气 压燃式 效率较高 趁热打铁： 例3．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； 若该热机 ls内对外做功15次， 则飞轮转速是 r/ min。 【答案】 A 1800 【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]若该热机1s内对外做功15次，则1min对外做功900次， 由于热机在一个工作循环中，完成4个冲程，飞轮和曲轴转2周，对外做功1次，所以该热机的飞轮每分钟转1800周，即飞轮的转速为1800r/min。 知识点三 燃料的热值 1．探究不同燃料放热能力的实验 【实验思路】如何评价燃料的放热能力 相等质量的不同燃料，充分燃烧后，放出的热量越多，放热能力越强。 【实验器材】铁架台、烧杯、玻璃棒、温度计、酒精灯、石棉网 【实验设计】 如图所示，用天平测出质量为10g的煤油和10g的菜籽油分别放入燃烧皿中，点燃后，给两个完全相同的烧杯和质量、温度相同的水加热，待煤油和菜籽油充分燃烧后分别记录水的温度。 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 温度变化/℃ 10g煤油 10g菜籽油 【实验方法】 ①转换法 将吸收热量的多少转化为温度计示数的变化 ②控制变量法 控制相同的被加热条件、燃料的质量相等 【实验分析】质量相等的煤油和菜籽油充分燃烧，水温的变化不同，燃烧煤油使水的温度变化较大 【实验结论】质量相等的不同燃料，充分燃烧时放出的热量一般是不相等的。 2．燃料的热值 （1）定义：燃料完全燃烧放出的热量与燃烧的质量（固体、液体）或体积（气体）之比，用q表示。 （2）定义式：(固体、液体)或 （3）单位：J/kg或J/m3 （4）物理意义：单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量。 （5）热值是燃料的属性，与质量、体积、是否完全燃烧无关，与燃料的种类有关。不同燃料的热值一般不同。 3．燃料燃烧放热的计算 公式：(固体、液体)或(气体) 趁热打铁： 例4．为比较酒精和煤油这两种燃料的热值大小关系，小明采用了如图所示的装置进行实验：他将一定质量的酒精和煤油分别加入两灯中点燃它们，分别将装有质量相等的水的两个相同烧杯加热，直至酒精和煤油燃烧完。小明设计了一张记录数据的表格，并记录了数据： 燃料 加热前的水温/℃ 加热后的水温/℃ 10g酒精 20 43 10g煤油 20 50 (1)组装仪器时，应先固定 （选填“B”或“A”）的位置； (2)分析表中数据可知，煤油和酒精两种燃料中，热值较大的是 ； (3)燃料燃烧放出的热量通过 比较； (4)实验后小明根据实验数据计算出了水吸收的热量Q，结合“10g酒精”这一数据，利用公式 ，算出酒精的热值，算出的酒精热值与真实值相比 （选填“偏大”“偏小”或“相等”），你这样判断的依据是 。 【答案】(1)B (2)煤油 (3)水升高的温度 (4) 偏小 见解析 【详解】（1）为确保用酒精灯的外焰加热，组装仪器时，应按照自下而上的方式安装，所以先固定B的位置。 （2）分析表中数据可知，煤油和酒精两种燃料中，使用相同的质量，加热后的水温较大的是酒精，根据热值的定义可知，热值较大的是酒精。 （3）根据转换法，燃料燃烧放出的热量通过水升高的温度比较。 （4）[1][2][3]计算出了水吸收的热量Q后，根据热值的定义式算出酒精的热值；由于燃料燃烧放出的热量有一部分散失了，不能被水全部吸收，所以，算出的酒精热值与真实值相比偏小。 例5．秸秆可以制成秸秆煤，完全燃烧2kg秸秆煤放出热量全部被水吸收，可以使200kg水温度从20℃升高到70℃。则秸秆煤的热值是 J/kg。[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）] 【答案】2.1×107 【详解】根据可得，水吸收的热量为 由于完全燃烧2kg秸秆煤放出热量全部被水吸收，所以，完全燃烧2kg秸秆煤放出的热量为 根据可得，秸秆煤的热值是 融会贯通 ——打基础—— 一、单选题 1．下列实例中，与热机中做功冲程原理一样的是（    ） A．弯折铁丝发烫 B．臀部摩擦发热 C．蒸汽顶起壶盖 D．压缩点燃棉花 【答案】C 【详解】热机的做功冲程中，将内能转化为机械能。 A．弯折铁丝发烫，人对铁丝做功，机械能转化为内能，故A不符合题意； B．臀部摩擦发热，此过程中摩擦生热，机械能转化为内能，故B不符合题意； C．蒸汽顶起壶盖，蒸汽对壶盖做功，内能转化为机械能，故C符合题意； D．压缩点燃棉花，活塞压缩空气做功，使空气内能增大，温度升高，机械能转化为内能，故D不符合题意。 故选C。 2．如图所示为汽油机工作过程中的一个冲程，则（　　） A．是压缩冲程，机械能转化为内能 B．是压缩冲程，内能转化为机械能 C．是做功冲程，机械能转化为内能 D．是做功冲程，内能转化为机械能 【答案】D 【详解】图中的进气门和排气门都关闭，此时活塞向下运动，所以是做功冲程，把内能转化为机械能。 故选D。 3．如图是“探究不同物质的吸热能力”和“比较不同燃料的热值大小”的甲、乙两组实验装置。下列关于该两组实验的说法正确的是（　　） A．每组实验中，燃料的质量均应相等 B．甲组实验中，沙子升温较快，说明沙子的比热容小于水 C．甲组实验中，可以根据温度计示数的变化来比较吸热的多少 D．乙组实验中，可以根据加热相同时间温度升高的多少来比较燃料燃的热值大小 【答案】B 【详解】A．甲组实验中探究不同物质的吸热能力，由于加热器完全相同，利用加热时间间接反映吸热的多少，与燃料的质量无关，不必要求燃料质量相等，故A错误； B．根据比较物质吸热能力的方法，甲组实验中，加热相同时间，沙子升温较快，表明其吸热能力弱，说明沙子的比热容小于水，故B正确； C．甲组实验中，由于加热器完全相同，可以利用加热时间间接反映吸热的多少，不同物质，改变相同温度，吸热的多少并不相同，故C错误； D．乙组实验中，不同燃料燃烧速度不一定相同，加热相同时间燃料燃烧的质量不一定相同，故无法通过这种方法比较燃料的热值大小，故D错误。 故选B。 4．关于比热容和热值，下列说法中正确的是（    ） A．热值是燃料燃烧放出的热量与燃料的质量之比 B．燃料越多，放出的热量越多，热值越大 C．比热容是物质自身的性质，与质量、吸收或放出的热量无关 D．比热容是物质的特性之一，只与物质的种类有关 【答案】C 【详解】A．热值是燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，故A错误； B．热值是燃料的一种特性，热值大小仅与燃料的种类有关，而与燃料的质量、燃料的燃烧程度无关，故B错误； CD．比热容是物质的一种特性，与物质的种类和状态有关，与质量、吸收或放出的热量无关，故C正确，D错误。 故选C。 5．如图中礼花筒利用钢瓶内的高压空气膨胀，将筒内彩带喷向空中产生喜庆效果。高压空气膨胀的过程中（　　） A．外界对礼花筒内的空气做功，使筒内空气内能增大 B．通过热传递的方式使筒内空气内能增大 C．通过做功的方式使筒内空气的内能转化为机械能 D．通过热传递的方式使筒内空气内能减小 【答案】C 【详解】高压空气膨胀的过程中，筒内气体对外做功，将筒内空气的内能转化为彩带的机械能，使筒内空气的内能变小，通过做功的方式改变筒内空气的内能，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 6．如图是四冲程汽油机工作的示意图，其中表示内能转化为机械能的冲程的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】A．气门都关闭，活塞向上运行，是压缩冲程，机械能转化为内能，故A不符合题意； B．气门都关闭，活塞向下运行，是做功冲程，内能转化为机械能，故B符合题意； C．排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，没有能量转化，故C不符合题意； D．进气门打开，活塞向下运行，是吸气冲程，没有能量转化，故D不符合题意。 故选B。 7．在单缸四冲程内燃机中，不需要依靠飞轮惯性来完成，且有能量转化的冲程是（    ） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】C 【详解】A．吸气冲程吸入汽油和空气的混合物，需要依靠飞轮的惯性来完成，没有能量转化，故A不符合题意； B．压缩冲程活塞对混合气体做功，需要依靠飞轮的惯性来完成，机械能转化为内能，故B不符合题意； C．做功冲程气体燃烧，高温压缩气体膨胀对外做功，不需要依靠飞轮的惯性来完成，内能转化为机械能，故C符合题意； D．排气冲程排出废气，需要依靠飞轮的惯性来完成，没有能量转化，故D不符合题意。 故选C。 二、填空题 8．在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，快速压下活塞，可观察到棉花燃烧，此过程中活塞对筒内气体做功，气体的内能增加，这与四冲程汽油机的 冲程的能量转化相同，某台汽油机飞轮的转速为2400r/min，在1s内，汽油机完成 个工作循环。 【答案】 压缩 20 【详解】[1]在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小团干燥的棉花，用力将活塞迅速向下压，棉花燃烧起来；说明压缩筒内空气做功，使空气的内能增加；压火仪实验中，活塞的机械能转化为空气的内能，与四冲程汽油机的压缩冲程的能量转化相同。 [2]四冲程汽油机的飞轮转速为2400r/min，则该飞轮每秒钟转40圈。因为一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，所以，在1s内，汽油机完成20个工作循环。 9．若一辆小汽车一年行驶一万公里，消耗1t汽油，这些汽油完全燃烧放出 J的热量；某次行驶过程中，该汽车汽油机曲轴的转速为3600r/min r，1s内完成 个冲程，对外做功 次。（） 【答案】 60 120 30 【详解】[1]汽油的质量 汽油完全燃烧放出的热量 [2][3][4]四冲程内燃机的曲轴转2圈，完成4个冲程；因为曲轴的转速为3600r/min=60r/s，汽油机1s曲轴转60圈，完成120个冲程。 10．如图为单缸四冲程汽油机的 冲程。若该汽油机的转速为2400r/min，则它每分钟完成 个如图所示的冲程。 【答案】 压缩 1200 【详解】[1]由图可知，汽油机两气门关闭、火花塞未点火，活塞向上运动，该冲程是汽油机的压缩冲程，在此冲程中活塞对燃气做功，机械能转化为内能。 [2]四冲程汽油机工作时，曲轴每转2圈，完成4个冲程，完成一个工作循环，对外做功1次；由题意可知，单缸四冲程汽油机的飞轮转速是2400r/min，即每分钟转2400圈，则每分钟完成4800个冲程，完成压缩冲程1200次。 三、实验题 11．小明和小辉学习了燃料的热值后，他们一起设计了一个实验来探究煤油和菜籽油热值的大小关系。他们组装了如图1和图2所示的装置进行实验，记录结果见下表。 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 煤油 25 44 菜籽油 25 34 (1)为了保证实验结论的可靠性，小明和小辉选择了两套完全相同的装置，并且控制燃油的质量以及水的质量 （选填“相同”或“不同”），但对于两杯水的初温他们的看法却不同，请将下列他们的想法补充完整： ①小辉认为实验中是直接用 来表示煤油和菜籽油放出热量的多少，所以实验中两杯水的初温可以不同； ②小明认为因为探究过程中他们采用了 法，所以只有燃料的 不同，其他因素都必须控制相同；如果两杯水的初温不同，那么水的蒸发快慢以及水与周围环境的温差都不相同，于是两杯水的 就不相同，就可能出现燃料燃烧放出的热量多，而水吸收的热量少、水温变化小的情况，所以实验时必须控制水的初温相同； (2)小明和小辉在实验前用天平分别测出了烧杯中水的质量以及燃料的质量，实验结束后小辉由记录的数据计算出煤油和菜籽油的热值。小明认为他的计算结果不可靠，理由是 。 【答案】(1) 相同 水温升高的多少 控制变量 种类 散热 (2)燃油不可能完全燃烧且燃油放出的热量不能完全被水吸收 【详解】（1）[1]根据，燃料燃烧放出热量的多少与物体的质量和热值有关，所以要探究热值的大小，需使菜籽油和煤油的质量相等。水吸收热量后温度的变化，与吸热的多少及质量有关，所以还要控制两杯水的质量相同。 ①[2]质量相同的水，温度变化越大，说明吸收热量越多，所以实验中通过水温升高的多少来表示煤油和菜籽油放出热量的多少。 ②[3][4]要探究不同燃料热值的大小，应使其它条件相同，只有燃料的种类不同，即用到控制变量法。 [5]根据热传递的条件，水温与周围环境温度相差越大，越容易发生热传递，若水的初温不同，便可造成水的散热情况不同，所以实验中应控制水的初温相同。 （2）[1][2]在实验过程中，燃油不可能完全燃烧，且燃料燃烧放出的热量一部分直接散失掉、一部分被烧杯吸收，同时水也会向外散热，所以不能通过水温的变化得出燃料燃烧放出的热量，计算结果不可靠。 四、计算题 12．为了减少环境污染，部分农村地区改用液化气烧菜做饭。某钢瓶装有液化气10kg，已知液化气的热值为4.2×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，求： (1)这瓶液化气全部完全燃烧放出的热量是多少？ (2)若（1）中放出的热量有35%被初温为30℃的水吸收，在标准大气压下可将多少质量的水烧开？ 【答案】(1)4.2×108J (2)500kg 【详解】（1）这瓶液化气完全燃烧放出的热量 Q放=mq=10kg×4.2×107J/kg=4.2×108J （2）水吸收的热量 Q吸=Q放×35%=4.2×108J×35%=1.47×108J 水的质量 ——提能力—— 1．图1甲为注射器，在室温恒为T₁的环境中，老师快速向下推动活塞压缩针筒内的气体后松手，活塞即刻被向上弹起，此过程中针筒内均处于密封，针筒内物质均处于气态，针筒内气体温度随时间变化图像如图1乙，（由于气体分子间距比较大，此实验过程不考虑分子势能的变化），则说法正确的个数是（    ） ①活塞下压时，是通过做功改变针筒内气体的内能 ②t1-t2过程的能量转化与图2中丙相同 ③密封气体在t2时刻的内能小于t3时刻的内能 ④活塞静止后，密封气体的温度最终保持在 T₂ ⑤图2丙存在化学能能转化成内能的过程 ⑥若图 2 内燃机飞轮转动速度为3600r/ min，则每秒完成涉及内能和机械能相互转化的冲程有30次 A．2个 B．3 个 C．4个 D．5个 【答案】A 【详解】塞下压时，压缩气体做功，是通过做功改变针筒内气体的内能，故①正确； ②乙图是内燃机的压缩冲程，该过程是机械能转为内能，应该对应的是密封气体内能增加的那一段过程，即t1～t2过程，故②错误； ③由图知道，密闭气体的质量不变，t2时刻温度比t3时刻的高，因此t2时刻气体内能更大，故③错误； ④装置会与周围的空气发生热传递，最终会与室温平衡，温度相等，所以最终温度为T1，故④错误； ⑤图2丙中，两气门都关闭，活塞下行，是做功冲程，将内能转化为机械能，故⑤正确； ⑥若图2内燃机飞轮转动速度为 3600r/min=60r/s 表示每秒飞轮转动60周，完成30个工作循环，对外做功30次，由于做功冲程将内能转化为机械能、压缩冲程将机械能转化为内能，则每秒完成内能和机械能相互转化的冲程有60次，故⑦错误。 故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 2．某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），下列说法中正确的是（　　） A．汽油机每秒内完成30个冲程 B．汽油机的功率为2025W C．做功冲程中燃气对活塞的平均压力为3600N D．一个做功冲程中燃气对活塞做的功为1.35×105J 【答案】B 【详解】A．由汽油机工作时，完成一个工作循环，飞轮转动2周，完成4个冲程，对外做功1次，可知当飞轮转动1800周，即每秒钟转动30周，完成60个冲程，故A错误； BCD．由题可知，汽油机的汽缸活塞面积为 燃气对活塞的平均压力为 一个冲程活塞在汽缸中移动的距离为 一个做功冲程中燃气对活塞做的功 飞轮每转两圈对外做功一次，所以飞轮转动1800周，要对外做功900次，燃气对活塞做的总功为 汽油机的功率为 故B正确，CD错误。 故选B。 3．如图所示：甲、乙、丙三图中的装置相同，燃料的质量都是10g，烧杯内的液体初温相同。当燃料烧完时（烧杯内液体均未沸腾），立即读取相应温度计的读数，分别为t甲，t乙和t丙，且有t甲>t乙>t丙。 (1)在安装、调整实验器材时，科学合理的顺序是（甲图中）：先调整固定 的位置（选填“A”或“B”）； (2)在实验中，三个烧杯中的液体α、b的 （选填“质量”或“体积”）必须相同； (3)实验液体a的比热容ca与实验液体b的比热容cb相比，有ca cb（选填“>”、“＜”或“=”）； (4)实验燃料1的热值q1与实验燃料2的热值q2相比，有q1 q2（选填“>”、“＜”或“=”）； (5)小明购买了一盒薯片，取出几片用上述方法测出薯片的热值为1.4×107J/kg，他又观察到包装盒上印有“质量：100g”，他据此算出了整盒薯片能提供的热量为 ，这个结果与包装盒上注明的“能量：2100kJ”不等，原因可能是 ； (6)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加充分地燃烧（L型）更加节能，排气更加清洁。同样的汽油（如97米） （选填“更大”、“一样大”或“更小”）。 【答案】(1)B (2)质量 (3)＜ (4)> (5) 1.4×106J 实验中存在热量的损失，或实验时薯片没有完全燃烧 (6)一样大 【详解】（1）在安装、调整实验器材时，科学合理的顺序是（甲图中）：先调整固定B的位置，再调整固定A的位置。 （2）根据控制变量法的要求知道，在实验中，三个烧杯中a、b液体的质量必须相同。 （3）为了比较两种液体的比热容，需要燃烧相同的燃料，加热不同的液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断两种液体比热容的大小关系，应选择甲、丙两图进行实验；甲、丙所示实验中所用燃料种类与质量相同，则燃料燃烧释放的热量相等，即 燃料燃烧释放的热量被烧杯中的液体吸收，则 甲、丙两实验烧杯中液体的初温相等，末温t甲＞t丙，则 即 所以，由知道 （4）为了比较热值大小，要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小，应选择甲、乙两图进行实验；由题意知甲、乙两实验烧杯中液体的初温相等，末温t甲＞t乙，则 由图甲、乙所示实验知道，两烧杯中的液体种类即比热容c、质量m都相等，由热量公式知道 燃料燃烧释放的热量被烧杯中的液体吸收，则燃料释放的热量 由于甲、乙两实验所使用的燃料质量m相同而种类不同，由Q=mq知道 （5）[1][2]薯片的质量 100g=0.1kg 整盒薯片能提供的热量为 用实验中测得的薯片的热值计算出整盒薯片能提供的热量小于包装盒上注明的能量，原因可能是实验中存在热量的损失，或实验时薯片没有完全燃烧。 （6）热值只与燃料的种类有关，与燃烧情况无关，因此同样的汽油（如97#）加在T型轿车内比加在L型轿车内热值一样大。 4．小明发现用打气筒给篮球打气时外壁有些发热，于是他想，是什么原因导致打气筒的外壁发热呢？小明就这个问题与同学小红进行了交流，联系所学物理知识，他们提出了以下两个猜想： A．活塞在筒内往复运动时，与筒壁摩擦导致发热 B．活塞在筒内往复运动时，不断压缩气体做功导致发热 于是他们设计了实验进行探究，选用的实验器材有：打气筒、测温枪、计时器、气压不足的篮球等，分别在打气筒的上部和下部标注两个测温点，如图所示。 请回答下列问题： (1)打气筒内壁的热量是通过 的方式传递到外壁。 (2)活塞在打气筒内向下运动时，对活塞的力 （做/不做）功，这一过程相当于四冲程内燃机的压缩冲程。 (3)小明的实验方案是：用打气筒往气压不足的篮球内打气，10秒内使活塞在筒内往复运动20次，立即用测温枪测出此时两个测温点的温度。待打气筒外壁温度降至室温（25℃）后，放出篮球中的部分气体，使其内部气压与打气前相同，重复上述操作，实验数据记录如表： 实验次数 时间t/s 活塞往复次数 上部温度t/℃ 下部温度t/℃ 1 10 20 30.7 36.6 2 10 20 30.2 36.2 3 10 20 30.5 36.3 小明分析表中实验数据可以初步验证猜想 （A/B）是导致打气筒外壁发热的原因。 小红回顾整个实验过程，分析实验数据，认为小明得出的结论不够严谨，理由是在实验过程中，活塞向下运动压缩空气做功时，同时也要 做功，所以无法准确的确定外壁发热的原因。于是他们对实验进行改进，对猜想A再次进行探究，打气筒 （与/不与）篮球连接，让活塞在相同的时间内往复运动相同的次数，用测温枪测出打气筒外壁的温度，若上部和下部温度 （相同/不同），则说明猜想A是正确的。 【答案】(1)热传递 (2)做 (3) B 克服摩擦 不与 相同 【详解】（1）改变物体内能的两种方法：做功、热传递。打气筒内壁的热量是通过热传递的方式传递到外壁。 （2）活塞在打气筒内向下运动时，对活塞的力向下，活塞在力的方向移动了距离，故对活塞的力做功。 （3）[1]由表中数据知道，打气筒下部温度高于上部温度，说明活塞在打气筒内向下运动时，活塞对筒内的空气做功，空气内能增加，温度升高，造成下部温度高于上部温度，故导致打气筒外壁发热的原因是活塞在筒内往复运动时，不断压缩气体做功导致发热，故表中实验数据可以初步验证猜想B是导致打气筒外壁发热的原因。 [2]在实验过程中，活塞向下运动时既克服摩擦做功，又压缩空气做功，无法准确的确定外壁发热的原因。 [3][4]根据控制变量法，要探究猜想A，应让活塞只克服摩擦做功，而不压缩空气做功，故他们的改进方法是让打气筒不与篮球连接，让活塞在相同的时间内往复运动相同的次数，此时，活塞在打气筒上半部分克服摩擦做的功和在下半部分克服摩擦做的功相等，所以上下筒壁的温度应相同，由此可知，若测得上部和下部的温度相同，则说明猜想A是正确的。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！15 学科网（北京）股份有限公司 $$