12.4 第1课时 机械能与内能的相互转化-【拔尖特训】2024-2025学年九年级上册物理(苏科版)

44 四、 机械能与内能的相互转化 第1课时 机械能与内能的相互转化 ▶ “答案与解析”见P24 1. (2022·牡丹江)用打气筒给自行车轮胎打 气,活塞压缩筒内空气,空气的温度升高,这 是通过 的方式改变内能.打气筒外 壁的下部也会发热,这是通过 的方 式改变内能. 2. 热机在人类生活中发挥着重要的作用,推动 了社会的快速发展.如图所示为热机工作过 程中的能量转化原理图,其中①②③分别代表 的是 能、 能、 能. (第2题) 答案讲解 3. (2022·兰州)一台单缸四冲程汽油 机,只有第三个冲程中燃气对外做 功,其他冲程都是靠飞轮的 来完成的;若飞轮的转速为1200r/min,则 该汽油机每秒钟对外做功 次. 4. (2022·淮安)下列现象中,通过做功方式改 变物体内能的是 ( ) A. 光照取暖 B. 摩擦生热 C. 冰敷降温 D. 炉火加热 5. 关于四冲程汽油机的工作过程,下列说法中 正确的是 ( ) A. 吸气冲程:只吸入空气 B. 压缩冲程:缸内温度降低 C. 做功冲程:气体推动活塞做功 D. 排气冲程:内能转化为机械能 6. (2023·无锡)如图所示,在空气压缩引火仪 的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花,用力将 活塞迅速下压,棉花会立即燃烧.下压过程中 活塞对筒内空气 ,空气的 能增大,该能量转化过程与汽油机的 冲程相同. (第6题) (第7题) 7. (2023·盐城)汽油机的一个工作循环中,能量 转化方式与图示“爆炸”过程相同的是( ) A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程 8. ★如图所示为内燃机的四冲程工作示意图,下 列说法中,正确的是 ( ) (第8题) A. 一个工作循环的正确顺序是甲、乙、丙、丁 B. 图乙冲程能获得动力 C. 图丁冲程有明显的机械能转化为内能的 过程 D. 图丙冲程存在化学能转化为内能的过程 9. (2023·扬州江都期末)下列图像能反映汽油 机做功冲程中,汽缸内燃气压强p 和温度t 变化情况的是 ( ) A. B. C. D. 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(苏科版)九年级上 知 识 讲 解 45 (第10题) 10. (2022·内江)如图所示,在试 管里盛适量的水,用带玻璃管 的橡胶塞塞住试管口,加热试 管使水沸腾,玻璃管口冒出的 “白气”推动管口处的小风车转 动.下列说法中,正确的是 ( ) A. 水在沸腾过程中,不断吸收热量,温度升高 B. 实验过程中通过热传递使试管内水的内 能增大 C. 玻璃管口冒出的“白气”是水汽化形成的 水蒸气 D. “白气”使小风车转动的过程相当于汽油 机的压缩冲程 答案讲解 11. 某单缸四冲程汽油机的汽缸的活 塞面积为30cm2,一个冲程中活塞 在汽缸中移动的距离为50mm,满 负荷工作时做功冲程中燃气的平均压强为 9.0×105Pa,飞轮1min转动1800r.当汽 油机满负荷工作时(不计摩擦),求: (1) 做功冲程中燃气对活塞的平均压力. (2) 一个做功冲程中燃气对活塞做的功. (3) 汽油机的功率. 12. 如图甲所示为四缸发动机的工作原理图,内 燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根 曲轴上,并使各汽缸的做功过程彼此错开, 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. 甲 乙 (第12题) (1) 发动机在做功冲程里,高温、高压的燃 气推动活塞向下运动,对外做功,同时将 能转化为 能. (2) 有一台四缸发动机,其主要技术指标如 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 于活塞的面积和活塞上下运动的距离(即冲 程长).转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的 转数. 排 量 2.0L 输出功率 120kW 转 速 6000r/min ① 该发动机在1s内做功 J,单缸 排量V= L. ② 在每个做功冲程里,发动机对外做功 J. (3) 在做功冲程里,燃气对活塞所做的功可 表示为W=pV,式中p 表示燃气对活塞的 压强,则p= Pa. (4) 如图乙所示为发动机在做功冲程中的 示意图.下面给出公式W=pV 的推导过 程,请将推导过程补充完整(要求各表达式 均用S、l或p表示).设活塞的面积为S,冲 程长为l,燃气对活塞的压强为p,则燃气对 活塞的压力F= ,燃气对活塞所做 的功W= ,又根据数学知识可知发 动机的单缸排量V= ,故W=pV. 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第十二章　机械能和内能 c甲Δt甲 c乙Δt乙= 1 3× 9 4= 3 4. 比例法及运用比例法解题的 一般程序 根据题意,运用物理规律,公 式或某些量相等、成比例(正比、反 比)等,用比例式建立未知量与已 知量之间的关系,再运用比例的性 质解决物理问题的方法,称为比例 法.运用比例法解题的一般程序是 先通过公式变形得出待求量的表 达式,再根据待求量的表达式写出 对应的比例式(即用待求量表达式 中的分子之比乘分母的反比),最 后代入已知量并求解. 11. [解析](1) 金属块在冷却过程中 放出的热量Q放=c金属m金属(t0-t)= 0.49×103J/(kg·℃)×1.5kg× (420℃-20℃)=2.94×105J. (2) 由题意知,水吸收的热量Q吸= Q放=2.94×105J,由Q吸=cmΔt可 得,水理论上可以升高的温度Δt水= Q吸 c水m水= 2.94×105 J 4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg = 70 ℃,此时水的末温t水=Δt水+t0'= 70℃+35℃=105℃,由于标准大气 压下水的沸点为100℃,水沸腾后吸 热,温度保持100℃不变,所以水的末 温只能达到100℃,则在标准大气压 下水升高的温度为100℃-35℃= 65℃. 水吸热后末温的确定 注意水沸腾时吸收热量、温度 不变,标准大气压下水的沸点为 100 ℃,避免得到末温超过100 ℃ 的错误数据. 12. 小于 2 [解析]晶体熔化时要 吸收热量,内能增加,故第6 min时的 内能小于第8 min时的内能;都加热 4 min,该物质在AB 段和CD 段吸收 的热 量 相 同,在 AB 段 温 度 升 高 10 ℃,在CD 段温度升高5 ℃,则 c2 c1= Q2 mΔt2 Q1 mΔt1 = Δt1 Δt2= 10℃ 5℃ =2. 13. D [解析]时间相等时,两种液体 放出的热量相等,由图示可以看出,乙 液体的温度降低得快,甲液体的温度 降低 得 慢,根 据 热 量 的 计 算 公 式 Q放=cmΔt可知,在质量相等、初温 相同、放出的热量也相同的情况下,谁 的温度降低得快,谁的比热容小,所 以,甲液体的比热容大,所以若甲、乙 两种液体中有一种是水,则一定是甲 液体,故①正确;由图可知,乙液体的 初温是60℃,放热12 min后乙液体 的末温是20℃,乙液体的温度降低了 40℃.故②错误; 读图可得,甲在 12 min内温度由60℃降低到40℃, 降低的温度是60℃-40℃=20℃, 已判断出甲液体是水,所以甲放出 的热量 Q放水 =c水m水Δt=4.2× 103 J/(kg·℃)×0.5 kg×20 ℃= 4.2×104 J,故③错误;由③知,0~ 12 min内水放出的热量Q放水=4.2× 104 J,0~12 min内乙液体放出的热 量Q放乙=Q放水,即c乙m乙Δt乙=Q放水, c乙×0.5 kg×40 ℃=4.2×104 J,解 得c乙=2.1×103 J/(kg·℃),故④正 确.故选D. 14. C [解析]放A 物体的水吸收的 热量Q吸1=c水m水Δt=c水m水×10℃, 放B 物体的水吸收的热量Q吸2= c水m水Δt'=c水m水×20℃,所以Q吸2= 2Q吸1 ①;物体A、B 的质量相等,加 热到相同的温度 t0,放入等质量、温 度同为t的水里,不计热量损失,物体 A 放出的热量等于水吸收的热量,所 以有Q放A=cAm(t0-tA)=Q吸1 ②; 物体B 放出的热量等于水吸收的 热量,可得 Q放B =cBm(t0-tB)= Q吸2 ③;由 ①②③ 式 得 Q放B = 2Q放A,即cBm(t0-tB)=2cAm(t0- tA) ④,其中tA 为A 物体使水达到 的末温,tB 为B 物体使水达到的末 温,因为tA=t+10℃,tB=t+20℃, 所以tA<tB,则t0-tB<t0-tA,结合 ④式得cB>2cA.故选C. 四、 机械能与内能的 相互转化 第1课时 机械能与内能的 相互转化 1. 做功 热传递 2. 化学 内 机械 3. 惯性 10 4. B 5. C 6. 做功 内 压缩 7. C [解析]题图所示的是点火爆炸 的实验装置,按动电火花发生器的按 钮,点燃盒内酒精,盒盖飞出去,是酒 精燃烧放热使气体膨胀,气体的内能 转化为盒盖的机械能,这与汽油机的 做功冲程的能量转化方式相同.C符 合题意. 8. C [解析]图甲中,进气门和排气 门都关闭,活塞向下运动,是做功冲 程.图乙中,进气门打开,排气门关闭, 活塞向下运动,是吸气冲程.图丙中, 进气门关闭,排气门打开,活塞向上运 动,是排气冲程.图丁中,进气门和排 气门都关闭,活塞向上运动,是压缩冲 程.内燃机的一个工作循环是吸气、压 缩、做功、排气,因此正确的顺序应是 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 42 乙、丁、甲、丙,故A错;获得动力的冲 程是做功冲程,即图甲所示冲程,故B 错;将机械能转化为内能的冲程是压 缩冲程,即图丁所示冲程,故C对;排 气冲程中将废气排出,不存在将化学 能转化为内能的过程,故D错. 判断热机冲程的方法 (1) 看气门开闭状况. (2) 看活塞运动的方向. 9. B [解析]汽油机做功冲程中,当 活塞到达汽缸顶端时,火花塞打火,使 混合气体剧烈燃烧,产生高温、高压的 燃气,此时汽缸内燃气压强和温度都 升高;燃气推动活塞向下运动,内能转 化为机械能,压强减小,温度降低,综 上所述,B正确. 10. B [解析]水在沸腾过程中,不断 吸收热量,温度保持不变,故A错误; 实验过程中通过加热试管使水沸腾, 这是通过热传递的方式使试管内水的 内能增大的,故B正确;玻璃管口冒 出的“白气”是水蒸气液化形成的小水 珠,故C错误;“白气”使小风车转动 的过程中将内能转化为机械能,相当 于汽油机的做功冲程,故D错误. 11. [解析](1) F=pS=9.0× 105Pa×30×10-4 m2=2.7×103 N. (2) W=Fs=2.7×103 N×50× 10-3m=135J.(3) 1800r/min= 30r/s,一个工作循环中飞轮转2r,做 一次功,所用时间t=115s ,P=Wt= 135J 1 15s =2025W. 12. (1) 内 机械 (2) ① 1.2× 105 0.5 ② 600 (3) 1.2×106 (4) pS pSl Sl [解析](1) 发动 机在做功冲程里,高温、高压的燃气推 动活塞向下运动,对外做功,同时将内 能转化为机械能.(2) ① 已知输出功 率是120kW,所以每秒做功 W= Pt=120×103W×1s=1.2× 105J.因为总排量为2.0L,所以单缸 排量V=14×2.0L=0.5L.② 因为 飞轮转速为6000r/min,所以每秒转 100r,由题知,每0.5r中有一个做功 冲程,故1s内做功200次,所以每个 做功冲程做的功W'= 1200×1.2× 105J=600J.(3) 由题述公式W=pV 可 得,p = W' V = 600J 0.5×10-3m3 = 1.2×106Pa. (4) 由p= F S 可知,活 塞受到的压力F=pS;因为在做功冲 程中活塞移动的距离为l,发动机的 单缸排量V=Sl,所以燃气对活塞所 做的功W=Fl=pSl=pV. 第2课时 热值与热效率 1. (1) 温度计升高的示数 (2) 根据 Q放=Q吸=cmΔt可知,当两杯水的 质量相同时,比较两杯水升高的温度 Δt即可比较燃料完全燃烧放出热量 的多少 2. A 3. 1.43×108 143 清洁无污染(答 案不唯一) [解析]1kg氢气完全燃 烧放出的热量Q放=m氢q氢=1 kg× 1.43×108 J/kg=1.43×108 J;若有 21%的热量被水吸收,则Q吸=ηQ放= c水m水(t2-t1),故m水= η Q放 c水(t2-t1)= 21%×1.43×108 J 4.2×103J/(kg·℃)×(70℃-20℃) = 143 kg;氢能源燃烧后只生成水,对环 境无污染. 4. D [解析]根据Q=c水m水Δt,Δt 越小,Q 越小,再根据热值q= Q m ,若 m 相同,则Q 越小,燃料的热值越小, A错误;根据Q=c水m水Δt,若Δt相 同,则Q 相同,再根据热值q= Q m ,m 越大,则燃料的热值越小,B错误;根 据 Q=c水m水Δt 和q= Q m 得q= c水m水Δt m 可知Δt m 的值越大,燃料的热 值q就越大,C错误,D正确. 5. C [解析]热值是燃料自身的一种 属性,其大小与燃料的质量、温度、燃 烧状态无关,A、B错误,C正确;根据 公式Q=mq可知,燃料燃烧放出的热 量多少与燃料的热值、燃料的质量有 关,与燃烧时的温度无关,D错误. 6. (1) 由下到上 (2) ① 燃料燃尽 时的水温T2/℃ ② 10g碎纸片 (3) 水的质量太大(或酒精和碎纸片 的质量太小) 减小水的质量(或增加 酒精和碎纸片的质量) (4) 酒精 [解析](1) 加热时要用外焰加热,所 以燃烧皿和烧杯之间的距离要合适, 图中器材的安装顺序是由下到上. (2) 需要记录加热前水温和燃料燃尽 时的水温,用来比较燃料燃烧放出热 量的多少;为了比较质量相等的不同 燃料燃烧时放出的热量,应使酒精和 碎纸片的质量相等,即碎纸片的质量 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 52