第十二章 第6课时 机械能与内能的相互转化-【课时提优计划作业本】2024-2025学年九年级物理上册（苏科版）

第十二章机械能和内能 第6课时 机械能与内能的相互转化 知识导引 1.改变物体内能的方式有 和 ,这两种方式在改变物体内能上是 的. 做功改变物体内能的实质是 ,热传递改变物 体内能的实质是 2.热机是将燃料燃烧产生的高温、高压燃气的 能转化为 能的装置.汽油机的 活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程叫作 ,汽油机的一个工作循环由 个冲程组成，它们分别是 和 其中将内能转化为机械 能的是 冲程，将机械能转化为内能的是 冲程。 3.汽油机的一个工作循环中活塞往返 次，曲轴转动 圈，对外做功 次.只有 冲程对外做功，其他三个冲程是靠 来完成 课堂作业 1.如图所示，将一根铁丝快速反复弯折数十次，铁丝弯折处会发热，表明铁丝弯折处的 升高，内能增大.说明 可以改变物体的内能. (第1题) (第2题) (第3题) (第4题) 2.(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。 3.如图所示是单缸四冲程汽油机的 冲程，该冲程中 能转化为机械能，汽缸内 的气体内能 (选填“增大”或“减小”).若一台汽油机飞轮的转速为2400r‘min,则 在1s内，汽油机完成 个冲程，对外做功 次。 4.如图所示是演示点火爆炸现象的实验装置，按动电火花发生器的按钮，点燃盒内酒精，盒盖 飞出去.这是因为酒精燃烧产生的燃气对外 ,将燃气的 能转化为盒盖的 能.这与四冲程汽油机的 冲程中能量转化方式相同. 5.下列实例中，改变物体内能的方式与其他三个不同的是 ( A.用力搓手，手会发热 B.把冰冷的手放到嘴边哈气，手会变暖 C.用锯条锯木头，锯条温度升高 D.用手反复弯折铁丝，铁丝弯折处会发热 《69 1课时提优计划作业本物理九年级上)》》》》 6.(2022·南通)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.喷出的气体内能诚小 C,喷出的气体热运动加剧 D.喷出的气体向外界传递热量 7.一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是800r/mi,一次做功冲程中燃气推动活塞做功1500J, 那么这台汽油机的功率为 () A.10 kW B.15 kW C.20 kW D.1200kW 8.如图所示是汽油机一个工作循环中的四个冲程，按顺序排列正确的是 甲 丙 A.甲乙丙丁 B.乙丙甲丁 C.丁丙乙甲 D.丁甲丙乙 9.(2022·营口)下列关于内能、热量和热机的说法正确的是 A.0℃物体的内能一定为0 B.物体内能增加一定是从外界吸收了热量 C.热机的功率越大效率越高 D.柴油机的压缩冲程将机械能转化为内能 课后作业 10.我国古代民间艺人发明了流行于民间的玩具式走马灯（如图所示），它的工作原理和近代的 燃气轮机相同.如果点燃走马灯内的蜡烛，燃烧产生的高温气体将 (选填“向上运 动”“绕蜡烛旋转”或“向下运动”)，运动的热空气便推动纸风车和固定在转轴上的纸马转 动，走马灯工作时将内能转化为 能 (第10题) (第11题) 11.如图所示为活塞式打气筒，打气筒活塞和筒壁之间通常都要加适量润滑油.用活塞式打气 筒为自行车轮胎打气的过程中，会发现气筒的上方筒壁只是略微发热，而气筒下方的简壁， 特别是筒壁底部附近的温度较高，甚至烫手。 (1)导致筒壁发热有两种解释：①打气时活塞压缩气体做功，使气体的内能 ,升温的 气体通过 使筒壁温度 :②打气时活塞与筒壁之间不断地 使筒壁的内能增加 升高. 70 第十二章机械能和内能 (2)根据上述筒壁发热现象的描述，解释 (选填序号)比较合理， 12.我们发现一根锯条的温度升高了，则可以确定 A.一定是其他物体对它做了功 B.一定是其他物体对它传了热 C.其他物体可能对它做了功，也可能对它传了热 D.其他物体不可能同时对它既做了功，又传了热 13.如图所示，礼花筒利用筒内的高压气体膨胀将彩带喷向空中，则高压气体膨胀的 过程中 A.对外做功，内能增大 B.气体分子热运动加刷 C.内能转化为机械能 D.向外界传递热量 14.我国发射的宇宙飞船在完成任务后，返回地面指定地点，宇宙飞船在下落到地面附近时，由 于受空气阻力作用做匀速直线运动，则宇宙飞船在匀速下降的过程中，它的 () A.动能不变，势能减小，内能增大 B.动能不变，势能增大，内能减小 C.动能减小，势能不变，内能增大 D.动能增大，势能减小，内能不变 15,寒假，小明在漠北参加冬令营活动.随行老师提出，在漠北这样温度低于0℃的环境里，若 不提供热源加热，用什么办法可以让冰熔化？结果小明用来回摩擦两块冰的方法使冰熔化 了，下列成语中描述的现象与小明的方法原理相同的是 () A.炙手可热 B.扬汤止沸 C.滴水成冰 D.钻木取火 16.(2023·北京)如图所示，在试管内装适量水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间后，橡 胶塞被推出，管口出现大量“白气”.下列说法正确的是 A.管口出现的“白气”是水蒸气 B.水蒸气推出橡胶塞导致水蒸气内能增加 C.水被加热的过程中，其内能是通过做功的方式改变的 D.水蒸气推出橡胶塞的过程中，橡胶塞的动能是由水蒸气的内能转化来的 经典提优 17.阅读短文，回答问题. 实际生活中的汽车往往采用多缸发动机，发动机的性能和汽缸排量有关.汽缸排量指 一个冲程中活塞在汽缸内通过的容积，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（冲程 长度)，而所有汽缸的“工作容积”之和称为发动机排量.如图所示，发动机有4个汽缸（图中 标注1、2、3、4)，通过连杆把4个汽缸的活塞连在一根曲轴上，各个汽缸的做功过程错开， 在飞轮转动的每半周里，都有1个汽缸在做功，其他3个汽缸分别在吸气、压缩和排气. 香窗窗窗 7 1课时提优计划作业本物理九年级上>))》 目前大多数汽车刹车时均采用油压制动.油压制动刹车时消耗的动能转化为内能释放 掉，导致了能源的浪费，而现在的混合动力汽车采用再生制动器，它能把汽车刹车制动时消 耗的动能转化为电能储存起来，同时产生汽车所需的制动力，从而有效减少了汽车的燃油 消耗、污染物排放和制动器摩擦片的磨损。 汽车刹车时再生制动器无法提供足够的刹车阻力，仍需要与油压制动器配合使用，产 生恒定的刹车阻力来满足刹车要求.若某汽车以72k/h的速度行驶，刹车时再生制动器 产生的阻力随时间变化的关系如下表所示 时间ts 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 再生刹车阻力f?(×10N) 8.0 8.1 8.4 9.0 10.0 10.0 10.0 7.5 5.0 再生制动器只会把一部分的动能再生使用，其余的动能转化为内能.汽车正常行驶时， 将发动机关闭直至汽车停止的过程中，通过再生制动器将动能转化为电能的效率称为储能 效率。 (1)若一个汽缸排量为V,燃气对活塞的平均压强为p,则一个做功冲程中燃气对活塞所做 的功W= (用符号表示). (2)根据上图中曲轴的位置可知，四缸发动机中4号汽缸处在做功冲程中，2号汽缸处在 冲程中 (3)当四缸发动机曲轴转速为3000r/min时，四缸发动机每秒做功 次：设做功冲程 中燃气对活塞的平均压强是p,发动机排量为V#,当发动机曲轴每秒转过n圈时，该汽 车的输出功率P与发动机排量V#的关系式为 (用符号表示) (4)根据上表在图甲中画出汽车刹车时再生制动器在0~1$内产生的刹车阻力随时间变 化的关系图像 (×10N 10.0 9.6 E/J 92 8.8 1 8.4 8.0 0 0.5 1.0t/s 1020303640s/m 甲 (5)如果汽车制动时需要产生的恒定刹车阻力为1×10N,由图甲可知，当t=0.7s时，油 压制动器大约还需产生 N的刹车阻力， (6)某次测试中，先让汽车正常行驶，然后关闭发动机，分别测出开启和关闭再生制动器的 两种情况下，汽车通过的路程s与对应的速度v,计算出动能E,画出了对应的Es图 像，如图乙所示.则表示开启再生制动器的图线是 (选填“①”或“②”)，判断的 依据是 由图乙可知， 该次测试中储能效率为 ,若汽车正常行驶时的动能为3.75×105J,则最终有 J的动能转化为内能 7216. B 解析;若mA三m,吸收相同的热量,液体a的温度升 的温度相同,所以火焰中心的温度为752C 高幅度大,由c-可知,a的比热容较小,b的比热容较 经典提优 m△i 20. B 解析;先后将甲、乙两球投入到水中,水的质量和降 大,A错误,B正确;若c.三c..吸收相同的热量,液体a的温 低的温度相同,水放出的热量相同,由题意可知,不计热提 失,Q。一Q,甲、乙两球吸收的热量相同,而乙球的温度比 甲球少升高了,即乙球的末温低;由上述分析可知,温度和 大,C.D错误. 质量相同的甲、乙两球吸收相同的热量,乙球升高的温度少, 17.(1)热传递 (4)3.5×10” 解析: 所以乙球的比热容大,即ci<cz.B正确。 (1)物体向周围散热,物体的内能转移到周围温度较低的物 第6课时 机械能和内能的相互转化 体上,内能减小,这种改变内能的方式是热传递.(2)o是表示 知识导引 散热快慢的物理量,速度是表示物体运动快慢的物理量,功 1. 做功 热传递 等效 其他形式的能(如机械能)与内能 率是表示做功快慢的物理量,这三者的物理意义接近。(3)当 之间的转化 内能的转移 2. 内 机械 一-个冲程 过4 吸 物体的温度为30C,周围环境温度为20C时,根据牛顿冷 气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 做功 压缩 却定律a-k(ta-f)可得,物体的散热系数b-- 3.2 2 1做功 惯性 1一 课堂作业 30-20-1o.当物体温度降低到29C时.散热快慢 1. 温度 做功 解析:改变物体内能的两种方式是做功和热 ###(n-)-10v(29C-20 C)-10v.(4)水从30 C 传递,快速反复弯折铁丝,对铁丝做功,铁丝弯折处会发热, ) 其温度升高,内能增大,说明做功可以改变物体的内能. 降到25C放出的热量Q-cn(7o*-1)-cVx 2. 做功 内 压缩 解析:在空气压缩引火仪玻璃筒的底部 (30 C-25 C)-4.2t10J(k·C)t1t10mx 放一小团干燥的棉花,用力将活塞迅速向下压,棉花燃烧起 V.×5C ①,盐水从30C降到25C放出的热量Qs 来,说明活塞对简内空气做功,空气的内能增大,温度升高 n(oa*-a)-cu PaaV×(30C-25C)-caX 在压缩过程中,活塞的机械能转化为空气的内能,故该过程 1.1×10kg/m×V sx5C ②.由题图乙可知,水和盐 与汽油机的压缩冲程相同. 水的降温时间分别为24min和22min,V-V*,故它们 3. 做功 内 减小 80 20 解析:由题图可知,汽缸的进 ③,联立①②③解得盐 气门、排气门都关闭,活塞下移,是汽油机的做功冲程;在做 功冲程中内能转化为机械能;汽油机的一个工作循环中有四 水的比热容c*-3.5×10J/(kg·C). 个冲程,飞轮转2圈;单缸四冲程汽油机飞轮的转速为 18.(1)Q=cm( -t)=2.5x10J(kg·C)420$ 2400rmin一40rs.则该汽油机飞轮每秒钟转40圈,完成 $0 k$(75C-25C)-5.25$10 1 (2)Q =Q-5.25$ 20个工作循环,完成80个冲程,对外做功20次. Q 5.25×101 10]n.- 4. 做功 内 机械 做功 解析:当按动电火花发生器的按 (-74.2×10 1/(kg·C)X(95C-75C) 扭时,酒精燃烧产生的燃气对盒盖做功,是将燃气的内能转 0.625kg 解析:(1)牛奶的质量n.-420g-0.42kg,牛奶升温 化为盒盖的机械能;四冲程汽油机中的做功冲程是将内能转 时吸收的热量Q=cn(1-t)-2.5x10 1/(·C)x 化为机械能的. 0.42kgX(75C-25C)-5.25×10 1.(2)水放出的热量全被 5. B 解析:A、C、D三个选项中都是通过做功的方式改变物 牛奶吸收时,需要的热水质量最少,热水放出的热量Q。一Q 体内能,B选项中是通过热传递的方式改变物体内能. 5.25×10 1.至少需要热水的质量n-(-) Q 6. B 解析:把气球封口的夹子松开,球内气体向后喷出,气 5.25×10J 球的弹性形变程度变小,则气球的弹性势能减小,A错误;略 4.2×10°J(kg·C)X(95C-75C)=0.625kg. 出的气体对外做功,故其内能减小,B正确;喷出的气体内能 19.(1)m-200g-0.2kg.Q-cs m(t-to)-4.2x 减小,温度降低,热运动减缓,C错误;喷出的气体温度降低 10* $/(kg·C)x0.2kgX(80C-20 C)-5.04x10J 低于外界温度,会从外界吸收热量,D错误 7. A 解析;汽油机飞轮转速为800rmin,即每分钟飞轮转 n 动800圈,完成400个工作循环,对外做功400次.汽油机工 5.04×101 =0.5×105/0k810)x0 15kg+80 C-752 °C 作时,推动活塞一次做功15001.则1min内做的功W 解析: (1)水的质量znt-200g-0.2kg,水吸收的热量Q - c m(t-to)-4.2×10}1(kg·C)x0.2kgx(80C- 6×101-1x10*W=10kW.A正确. 20C)-5.04×10J.(2)不计热量损失,金属块放出的热量 60s Q=Q-5.04×101.达到热平衡后,金属块的温度与水 8. D 解析:汽油机一个工作循环中的四个冲程为吸气冲 的温度相同,金属块的质量n-150g-0.15kg,由Q 程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程,题图甲是压缩冲程,题图 乙是排气冲程,题图丙是做功冲程,题图丁是吸气冲程,故正 cn(一)可知,金属块的初温。一 n{ 确的排列顺序应该为丁甲丙乙. 5.04×10] 9. D 解析:一切物体在任何情况下都有内能,0C物体的内 0.5×10(kg·)X0. 15kg+80 C=752 C.金属块放 能一定不为0,A错误;物体内能增加,可能是从外界吸收了 在火焰中心加热足够长的时间后,金属块的温度与火焰中心 热量,也可能是有物体对它做了功,B错误;功率是反映物体 .27. 做功快慢的物理量,热机的效率与功率无关,C错误;柴油机 1.发动机的单缸排量V一SL,燃气对活塞所做的功W 的压缩冲程中:活塞对气体做功;将机械能转化为内 FL.=SL-/V.(2)由题图可知,2号汽缸处在吸气冲程中. 能,D正确. (3)在单缸发动机中,飞轮转2周完成一个工作循环,当发动 课后作业 机转速为3000r/min-50r/s时,每秒钟完成25个工作循 10. 向上运动 机械 解析:点燃蜡烛时,气体的温度升高, 环,做功25次,则四缸发动机每秒做功100次;做功冲程中 气体的密度变小,热空气就会向上运动,运动的热空气推动 燃气对活塞的平均压强为)。,发动机排量为V.,则一个汽 纸风车和固定在转轴上的纸马转动;运动的热空气对外做 缸排量为-Vt,做功冲程中燃气对活塞的平均压力F= 功,将内能转化为机械能。 11.(1)增大 热传递 升高 克服摩擦做功 温度 (2)① P.S,一个做功冲程中燃气对活塞做的功W。一FL' 解析;(1)①活塞压缩气体做功,气体内能增大,温度升高,升 9SL.'s-Vt,当发动机曲轴转速为”r/s时,燃气对活 温的气体通过热传递使简壁温度升高,②打气时活塞与简壁 之间不断地克服摩擦做功,将机械能转化为内能,使简壁的 内能增加、温度升高.(2)由于打气简活塞和简壁之间通常都 2“PVa.(4)根据题表 要加适量润滑油,摩擦力较小,克服摩擦力做的功也比较少。 而打气时活塞压缩气体做的功较多,气体内能增大,温度升 中数据描点,然后用平滑的线连接起来,(5)由答图可知,当 高,被压缩的下方气体通过热传递使简壁温度升高,且气简 1-0.7s时,再生制动器产生的刹车阻力为9.4×10N,如 下方简壁温度更高,故解释①比较合理. 果汽车制动时需要产生的恒定刹车阻力为1×10N,此时油 12. C 解析:锯条的温度升高,内能增大,可能是其他物体 压制动器还需产生的利车阻力为1×10*N-9.4×10*N- 对它做了功,也可能是锯条吸收了热量,这两种方法对于改 600N.(6)关闭发动机后,关闭再生制动器,汽车克服摩擦力 变内能是等效的. 做功,动能全部转化为内能;开启再生制动器,有部分动能转 13. C 解析:礼花简内的高压气体膨胀,对外做功,其自身 化为电能,克服摩擦力做功的能量减少,所以汽车运动的距 的内能减小,温度降低,所以不是向外界传递热量,分子热运 离减小,所以开启再生制动器时,汽车动能变化曲线是②;由 动变慢:A、B、D错误;高压气体的内能转化为机械能, 题图乙可知,正常行驶的情况下,关闭再生制动器行驶的距 C正确. 离为40m一30m=10m,开启再生制动器行驶的距离为 14. A 解析;宇宙飞船在匀速下降的过程中,质量不变,高 36m一30m=6m;相当于克眼摩擦运动4m所做的功转化 E.X4m 度减小,速度不变,则重力势能减小,动能不变,B、C、D不符 为电能,所以储能效率n一 合题意;由于受到空气阻力作用,需要克服阻力做功,所以宇 --×100%-40%,则有 宙飞船的内能增大,A符合题意. 60%的动能转化为内能,故W-3.75×101×60%= 15. D 解析:来回摩擦两块冰时,克服摩擦力做功,机械能 2.25×10*1. 转化为内能,冰块的内能增加、温度升高,冰块熔化,炙手可 第7课时 热 值 热、扬汤止沸、滴水成冰均是通过热传递改变物体的内能,A B.C不符合题意;钻木取火时,克服摩擦力做功,机械能转化 知识导引 为内能,木头的内能增加、温度升高,温度达到木头的着火点 1. 化学 内 完全燃烧 Jkg 2. 质量为1kg的酒精 完全燃烧时释放出的热量为3.0x10J 不变 3. mg 时木头会燃烧,是通过做功改变物体的内能,D符合题意. 16. D 解析;管口出现的“白气”是水蒸气液化形成的小水 滴,A错误;水蒸气推出橡胶塞导致水蒸气内能减少,B错误; 课堂作业 水被加热的过程中,其内能是通过热传递的方式改变的,C错 1. 1.2×10 不变 解析:因为干木柴完全燃烧放出的热量等 误;水蒸气推出橡胶塞时,水蒸气对橡胶塞做功,水蒸气的内 能转化为橡胶塞的机械能,D正确 n 0.55kg 经典提优 1.2×10}J/kg;热值是燃料的特性,其大小与燃料的质量无 17.(1)V(2)吸气(3)100 P-Va (4)如图所 关,用掉一半后,干木柴的热值不变. 示(5)600(6)② 开启再生制动器,有部分动能转化为 2. 1.68×10 测出剩余酒精的质量 小 解析:根据题意可 得,水吸收的热量Q-c*n=4.2x10J/(kg·C)x 电能,用来克服摩擦力做功的动能减少,所以汽车运动的距 $ 0 0X10-kgX(43C-23C)-1.68X10*]:根据题意可 离减小40% 2.25×10* 知,Q-Q,由- -Q可知还需计算出燃烧的酒精的质量,才 //(×10) l00 9. 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 8. Q<Q,又因为燃烧的酒精的质量是一定的,根据y-Q可 n 8 知,所测算出的热值与真实值相比偏小. 8 10t/s 0.5 3. D 解析:燃料的热值是燃料本身的一种特性,热值的大 解析:(1)在做功冲程中,设活塞的面积为S,移动的距离为 小只与燃料的种类有关,与燃料的质量、放出热量的多少、燃 .28.