内容正文:
动机”工作时存在能量的消耗,所以该
永动机违背了能量守恒定律,不能够
永远工作下去。
10.
(1)
先变大再变小 (2)
非平衡
(3)
1 小于 [解析]
(1)
小球在下
落的过程中,从P 点到a 点,加速下
落,从a点开始,橡皮筋逐渐发生弹性
形变,橡皮筋所受弹力由小变大,当重
力大于弹力时,小球受到的合力向下,
小球加速下落;当弹力等于重力时,小
球受到的合力为0,速度达到最大;当
弹力大于小球重力时,合力向上,小球
开始做减速运动。由此可知小球下落
速度的变化情况是先变大后变小;由
于小球的质量不变,因此小球动能的
变化情况是先变大再变小。(2)
当橡
皮筋的伸长量最大即弹性势能最大
时,小球速度减小为0,小球受力不平
衡,所以处于非平衡状态。(3)
由图
乙可知,在b点时小球的速度是最大
的,重力等于弹力;此时橡皮筋的伸长
量Δh=hb-ha=0.5m-0.4m=
0.1m,橡皮筋每受到0.1N的拉力就
伸长1cm,则弹力F=0.1m0.01m×0.1N=
1N,因此小球的重力为1N。根据能
量守恒定律可知,由a点到b点,小球
减少的重力势能转化为小球的动能和
橡皮筋的弹性势能,则小球的动能变
化量小于重力势能的变化量。
第十四章复习
[知识体系构建]
内能 完全燃烧放出的热量 质量
有用功
[高频考点突破]
典例1 20000 6000 40 20
[解析]
燃气对活塞的平均推力F=
pS=5×105 Pa×400cm2=5×
105Pa×0.04m2=20000N,一个冲
程 燃 气 对 活 塞 做 功 W =FL =
20000N×0.3m=6000J,2400r1min=
2400r
60s =40r
/s,1s时间内飞轮转
40r,飞轮每转2r做1次功,故1s内
汽油机对外做功次数为40
2=20
。
[跟踪训练]
1.
900 A 内 机械 25
[解析]
氦气吸收的热量Q=cm(t-
t0)=3000J/(kg·℃)×0.03kg×
(30℃-20℃)=900J。氦气膨胀推
动活塞做功,将内能转化为机械能,与
四冲程热机中做功冲程的能量转化形
式相同。内燃机做功的冲程,两个气
门关闭,活塞向下运动。故这个过程
与A冲程的能量转化形式相同。飞
轮1s时间转动的次数为300060 =50
,
飞轮转2圈时汽油机对外做功1次,
故1s内做功的次数为502=25
。
典例2 3×104 40% [解析]
因为
汽车匀速行驶时,处于平衡状态,受到
的牵引力和阻力是一对平衡力,所以
汽车受到的牵引力F=f=1000N,
汽车速度v=108km/h=30m/s,牵
引力做功 W=Fs=1000N×9×
104m=9×107J,这时汽车牵引力做
功的功率P=Wt=
Fs
t=Fv=1000N×
30m/s=3×104W。汽油完全燃烧放
出的热量Q放 =mq=5kg×4.5×
107J/kg=2.25×108J,汽车发动机
的 效 率 η =
W
Q放 × 100% =
9×107J
2.25×108J×100%=40%
。
[跟踪训练]
2.
[解析]
(1)
由图象
得,当汽车速度达到50km/h时,汽车
受到的阻力为4000N,由二力平衡知
识得,牵引力大小F=f=4000N。
(2)
汽车匀速行驶一段路程,燃料完
全燃烧放出的热量 Q放 =mq燃料 =
14kg×4.5×107J/kg=6.3×108J。
(3)
内燃机做的有用功W有=ηQ放=
40%×6.3×108J=2.52×108J,蓄电
池充满电时获得的电能W电=η'E=
20%×7.6×108J=1.52×108J,车获
得的 机 械 能 W机械 =W有 -W电 =
2.52×108J-1.52×108J=1×108J,
内燃 机 给 车 轮 供 能 的 效 率 η″=
W机械
Q放 ×100%=
1×108J
6.3×108J×100%
≈
15.9%。
[综合素能提升]
1.
B
2.
A [解析]
如图甲所示,进气孔和
排气孔都关闭,活塞向上运动,压缩气
体,对气体做功,气体温度升高,这是
汽油机的压缩冲程,故A正确;由图
乙可知该汽油机的效率η=100%-
6%-30%-36%=28%,故B错误;
热值是燃料完全燃烧时放出的热量和
质量的比值,燃料的热值只与燃料的
种类和状态有关,与燃料是否完全燃
烧无关,燃料燃烧得不充分,会降低燃
料的利用率,不会降低燃料的热值;为
了节能,冬天汽车都会利用尾气中的
余热给车内供暖,该举措大大提高了
燃料的利用率,不能提高燃料的热值,
故C、D错误。
3.
C
4.
D [解析]
由于汽油容易挥发等,
其利用率只有90%,则2kg汽油能利
用的质量m=2kg×90%=1.8kg,这
部分汽油完全燃烧放出的热量Q放=
qm=4.6×107 J/kg×1.8kg=
8.28×107J,由题可知汽油机的效率
η=100%-30%-35%-10%=
25%,则获得的机械能 W=Q放η=
8.28×107J×25%=2.07×107J,故
D正确。
5.
1.68×104 测量出剩余酒精的质
量 小 [解析]
根据题意可得,水吸
收的热量Q=c水 m(t-t0)=4.2×
103J/(kg·℃)×200×10-3kg×
(43℃-23℃)=1.68×104J。根据
01
题意可知,Q放 已知,由q=
Q放
m
可知,
还需计算出燃烧酒精的质量,才能计
算酒精的热值,所以应测量出剩余酒
精的质量;由于存在热量损失,酒精燃
烧放出的热量没有被水全部吸收,即
Q<Q放,又因为燃烧酒精的质量是一
定的,根据q=
Q放
m
可知,所测算出的
热值与真实值相比偏小。
6.
丙 7200 1.38×108 [解析]
图
甲中向盒内滴入数滴酒精,再将盒盖
盖紧,然后揿动电火花发生器的按钮,
酒精气体燃烧膨胀,对外做功,内能转
化为盒盖的机械能,可以看到盒盖飞
出去了。图乙中,气门都关闭,活塞向
上运动,是汽油机的压缩冲程,此时机
械能转化为内能。图丙中,气门都关
闭,活塞向下运动,是做功冲程,这一
过程中,内能转化为机械能,故图丙中
汽油机的工作过程与电火花发生器能
量的转化是一致的。因为汽油机在
1个工作循环中,飞轮转动2圈,对外
做1次功,完成4个冲程,飞轮的转速
为3600r/min,所以每分钟完成的冲
程数为3600×2=7200,完全燃烧
10kg的汽油放出的热量Q放=qm=
4.6×107J/kg×10kg=4.6×108J,
由η=
W有
W总 ×100%
,对外做的功为
W有=ηW总 =30%×4.6×108J=
1.38×108J。
7.
A 大于 守恒 [解析]
离手后
的篮球在空中从A 点运动到D 点,在
A 点时速度最大,则在A 点时动能最
大。根据篮球在两个等高点B 和D
的能量柱状图可知,篮球在B 点和D
点时重力势能相等,在D 点的动能小
于在C点的动能,动能和势能统称为
机械能,则篮球在B 点的机械能大于
在D 点的机械能。根据能量守恒定
律可知,整个过程中能量守恒。
8.
转化 2.52×108 50.4 [解析]
氢
完全燃烧时,消耗化学能,产生内能,
将化学能转化为内能。产生的可利用
能量Q有用=ηQ放=ηm氢q氢=40%×
4.5kg×1.4×108J/kg=2.52×
108J。燃 油 释 放 的 能 量 Q油放 =
Q有用
η'
=2.52×10
8J
30% =8.4×10
8J,消
耗 燃 油 的 质 量 m油 =
Q油放
q航空燃油 =
8.4×108J
5.0×107J/kg
=16.8kg,产生的温室
气体的质量为16.8×3kg=50.4kg,
即做相同的有用功,使用氢燃料飞机
可减少约50.4kg温室气体的排放。
9.
变低了 内 机械 做功 600
[解析]
小明在吹气球时,没能用手握
住被吹大了的气球,导致气球飞了出
去,此时气球内的气体对外做功,把气
体的内能转化为气球的机械能,气体
的内能减小,温度降低,所以会感觉到
它的喷气嘴的温度和原来相比变低
了。汽油机在做功冲程中,高温高压
的燃气对活塞做功,将内能转化为机
械能,因此做功冲程与这一过程中能
量的转化是一致的。汽油机工作时对
外的输出功率为25kW,每分钟汽油
机对外做的功W=Pt=25×103W×
60s=1.5×106J,这台汽油机的飞轮
转速是5000r/
min,由于汽油机的
1个工作循环要完成4个冲程,飞轮
和曲轴转2转,对外做功1次,所以该
汽油机每分钟对外做功2500次,则
每个工作循环中汽油机对外做功
W'=Wn=
1.5×106J
2500 =600J
。
10.
[解析]
(1)
燃油的质量m燃油=
2.5t=2.5×103kg,消耗燃油2.5t
放出的热量Q燃油=m燃油q燃油=2.5×
103kg×5×107J/kg=1.25×1011J。
(2)
该发动机此时的热效率为50%,
热效率是指发动机获得的机械能
W机械与燃料完全燃烧产生的内能Q放
之比,则 W机械 =η热 Q燃油 =50%×
1.25×1011J=6.25×1010J。因为该
飞机的推力做功为3.375×1010J,则
此过程中发动机的推进效率η推 =
W推力
W机械 ×100% =
3.375×1010J
6.25×1010J ×
100%=54%。(3)
汽车在平直公路
上以v 的速度匀速行驶的距离s=
100km=1×105m,则汽车匀速行驶
的时间t=sv =
1×105m
v
,因为发动
机输出功率为P,所以发动机所做的
功 W = Pt = P · 1×10
5m
v =
105m×P
v
,汽车在平直公路上以v的
速度匀速行驶100km耗油量为m,
93#汽油热值为q,则燃料完全燃烧放
出的热量Q汽=mq,该汽车发动机的
效率η=
W
Q汽 ×100%=
105m×P
v
mq ×
100%=10
5m×P
qmv ×100%
。
第十五章 电流和电路
第1节 两种电荷
1.
C 2.
C 3.
B 4.
D
5.
正 带绝缘柄的铜棒 从B 到A
[解析]
用丝绸摩擦过的玻璃棒带正
电,将此玻璃棒与验电器A 的金属球
接触,则A 带上正电。要用导体将
A、B 相连,才能让电荷定向移动,所
以不能选橡胶棒,若用手直接拿金属
棒,则手会把电荷导走,所以应选用带
绝缘柄的铜棒。用铜棒将A、B 相连
后,自由电子由B 向A 移动,即负电
荷移动的方向是从B 到A。
6.
B [解析]
电荷间的相互作用规
律是同种电荷相互排斥、异种电荷相
互吸引,且带电体能吸引轻小物体。
甲带正电,甲与乙相互排斥,则甲、乙
都带正电;甲与丙相互吸引,则丙可能
带负电,也可能不带电,故B正确。
11
22
第十四章复习 ▶ “答案与解析”见P10
物理(人教版)九年级全一册
23
考点一 汽油机及柴油机
典例1 (2024·黄冈期中)一台单缸四冲程汽
油机,汽缸横截面积S 为400cm2,活塞冲程长
L 为0.3m,做功冲程中燃气的平均压强p 是
5×105Pa,飞轮转速是2400r/min。则该汽油
机对活塞的平均推力F 大小为 N,将活
塞从缸顶推到缸底需做功 J,1s的时间
飞轮转 r、对外做功 次。
跟踪训练
1.
(2024·济南期末)单位质量的气体物质,在
体积不变的条件下温度升高1℃所吸收的热
量称为该气体的定容比热容,已知氦气的定
容比热容为3000J/(kg·℃)。如图甲所示,
质量为0.03kg的氦气被密封在圆柱形汽缸
内,汽缸内氦气气压与外界大气压相同。用
力把活塞AB 固定,当氦气的温度从20℃升
高到30℃时,氦气吸收的热量是 J。
撤去力后,氦气推动活塞做功,这一过程的能
量转化形式与图乙中四冲程汽油机的其中两
个冲程的 (填“A”或“B”)冲程相同,
能量转化形式为 能转化为
能。若飞轮转速为3000r/min,则此汽油机
每秒钟对外做功 次。
(第1题)
考点二 热机效率
典例2 (2024·成都期末)国庆长假,小明家自
驾外出旅游。当汽车以108km/h的速度在高
速公路上匀速直线行驶时受到的阻力是1000N,
若汽车以这样的状态行驶90km,消耗了5kg的
汽油(汽油的热值取4.5×107J/kg),这段路程中
汽车的功率是 W,汽车的效率是 。
跟踪训练
2.
(2024·福州段考)混合动力汽车具有节能、
低排放等优点,成为汽车研究与开发领域的
重点之一。某新型混合动力汽车启动时,内
燃机不工作,蓄电池向车轮输送能量,当需要
高速行驶或蓄电池电量过低时,内燃机启动,
既可以向车轮输送能量,又可以给蓄电池充
电,车速与所受阻力的关系如图所示。在某
次测试中,蓄电池储满7.6×108J电能,启动
时,消耗了20%的电能输送给车轮。当汽车
速度达到50km/h时,由内燃机提供能量,接
下来汽车匀速行驶一段路程,共消耗燃料
14kg,蓄电池充满电,已知内燃机效率为
40%。求:(忽略蓄电池和电动机的热损失,
q燃料=4.5×107J/kg)
(1)
当汽车速度达到50km/h时,汽车受到
的牵引力大小。
(2)
汽车匀速行驶一段路程,燃料完全燃烧
放出的热量。
(3)
内燃机给车轮供能的效率。(结果保留
至0.1%)
(第2题)
第十四章 内能的利用
24
答案讲解
1.
如图所示为“探究不同物质吸热升
温现象”和“比较不同燃料燃烧时放
出的热量”的实验,关于这两个实
验,下列说法中正确的是 ( )
(第1题)
A.
研究对象都是容器中被加热的物体
B.
图甲是通过加热时间来反映物体吸收热
量的多少,图乙是通过温度计上升的示数
来比较燃料燃烧放出热量的多少
C.
甲、乙两实验中都要控制燃料的质量相
同,被加热物体的质量相同
D.
除了图中所示的测量器材,两个实验都要
用到天平和停表
2.
(2023·随州)汽车是现代生活中较为常见的
一种交通工具,如图甲、乙所示分别是某汽油
机的某冲程及能量流向图。下列说法中,正
确的是 ( )
(第2题)
A.
图甲是压缩冲程,活塞对汽缸内的气体做
功,气体的温度升高
B.
由图乙可知该汽油机的效率是30%
C.
汽车尾气中的“汽油味”越浓,燃料燃烧得
越不充分,这会降低燃料的热值
D.
为了节能,冬天汽车都会利用尾气中的余
热给车内供暖,该举措大大提高了燃料的
热值
3.
关于四冲程汽油机,下列说法中正确的是
( )
A.
吸气冲程中,只有空气进入汽缸
B.
压缩冲程中,汽缸内物体的内能不变
C.
做功冲程中,燃料释放的能量只有一小部
分转化为机械能
D.
排气冲程中,废气带走了极少部分燃料释
放的能量
4.
某型号汽油机工作时汽缸散热损失30%的能
量,废气带走35%的能量,机械摩擦损耗
10%的能量。由于汽油容易挥发等,其利用
率只有90%,则2kg能利用的汽油完全燃烧
获 得 的 机 械 能 是 (汽 油 热 值 为 4.6×
107J/kg) ( )
A.
0.09×107J B.
3.39×107J
C.
0.88×107J D.
2.07×107J
(第5题)
5.
(2023·镇江)小兵利用图示装
置来测算酒精的热值。燃烧皿
中酒精的质量为12g,烧杯中
水的 质 量 为200g,初 温 为
23℃,点燃酒精,当水温升高
到43℃时,立即熄灭火焰。该过程中水吸收
的热量Q= J。他想利用Q放=Q 来
计算酒精的热值,还需进行的实验操作是
,他所测算出的热值
与真实值相比偏 (填“大”或“小”)。
[c水=4.2×103J/(kg·℃)]
6.
如图甲所示,向盒内滴入数滴酒精,再将盒盖
盖紧,然后揿动电火花发生器的按钮,看到盒
盖飞出去了。图 (填“乙”或“丙”)中
汽油机的工作过程与这个过程中能量的转化
是一致的。
(第6题)
物理(人教版)九年级全一册
25
若某汽油机在工作时飞轮转速为3600r/min,
则每分钟完成 个冲程。若该汽油机
的效率为30%,则完全燃烧10kg的汽油可
以对外做功 J。(汽油的热值为
4.6×107J/kg)
7.
(2024·温州模考)如图甲所示,离手后的篮
球在 空 中 依 次 从 A 点 运 动 到 D 点,在
点时动能最大。图乙为它在两个等
高点B 和D 的能量柱状图,则篮球在B 点的
机械能 (填“大于”“小于”或“等于”)
在 D 点 的 机 械 能。整 个 过 程 中 能 量
(填“守恒”或“不守恒”)。
(第7题)
8.
(2024·乌鲁木齐期末)某款氢燃料飞机的储
氢质量为4.5kg,氢内燃机效率为40%,所储
氢完全燃烧时将化学能 (填“转化”
或“转移”)为内能,产生的可利用能量为
J。燃油飞机的发动机每燃烧1kg
燃油排放约3kg的温室气体,若质量和外观
与该氢燃料飞机相同的燃油飞机,它的能量
转化效率为30%,做相同的有用功,使用氢
燃料飞机可减少约 kg温室气体的
排放。(q氢=1.4×108J/kg,q航空燃油取5.0×
107J/kg)
(第9题)
9.
(2024·宿迁期末)如图所
示,小明在吹气球时,没用
手握住被吹大了的气球,
导致气球飞了出去。他及时捡起气球,感觉
到它的喷气嘴的温度和原来相比
(填“变高了”“变低了”或“没有变化”),这是
因为当球内气体喷出来时,发生的能量转化
情况是 能转化为 能。汽油
机在工作时, 冲程与这一过程中能
量的转化是一致的。汽油机工作时对外的输
出功率为25kW,飞轮转速为5000r/min,则
每个工作循环中汽油机对外做功 J。
答案讲解
10.
某战斗机最大起飞质量为37t,最
大飞行高度达20000m,该飞机发
动机的热效率和推进效率都较高,
所谓热效率是指发动机获得的机械能W机械
与燃料完全燃烧产生的内能Q放 之比,而推
进效率是指发动机传递给飞机的推进功(推
力所做的功W推力)与其获得的机械能之比,
飞 机 使 用 的 航 空 燃 油 的 热 值 取 5×
107J/kg。该 飞 机 的 推 力 做 功 3.375×
1010J消耗了燃油2.5t。
(1)
消耗燃油2.5t放出多少热量?
(2)
若该发动机此时的热效率为50%,则此
过程中发动机的推进效率为多大?
(3)
汽车发动机的效率也是汽车的经济性
能指标之一。厂家提供的某汽车出厂的部
分参数如下:
①
测试数据:汽车在平直公路上以v的速
度匀速行驶时,100km耗油量为m,发动机
输出功率为P。
②
使用燃料:93#汽油,热值为q。
请用以上参数推算出在测试条件下,该汽车
发动机的效率(以上各量均为国际单位)。
第十四章 内能的利用