12.4 机械能与内能的相互转化---2025-2026学年苏科版物理九年级暑假辅导讲义

12.4 机械能与内能的相互转化 知识梳理 要点一：改变内能的另一种形式——做功 1． 内能的改变：改变物体内能的方法有热传递和做功；热传递是能量的转移，做功是能量的转化。这两种方法对改变物体内能是等效的。 2． 做功：外界对物体做功，物体的内能会增大(例如：摩擦生热)；物体对外做功，物体内能会减小(例如：通过活塞向盛有水的烧瓶里打气，当活塞从瓶口跳起时，烧瓶中出现“白雾”)。 3． 实质：能量从一种形式的能(其它形式的能)转化为另一种形式的能(内能)。 要点二：热机 1. 热机 （1）定义：把内能转化为机械能的机器； （2）原理：； （3）种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等； 2. 内燃机 （1）定义：燃料在气缸内燃烧产生动力的热机； （2）分类：汽油机和柴油机； （3）工作过程 ①每个工作循环分为四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程； ②一个工作循环中只有做功冲程是靠燃气推动活塞做功，其他三个冲程是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成； ③压缩冲程中机械能转化为内能，在做功冲程中，内能转化为机械能； 要点三：热值 1. 定义：燃料完全燃烧放出的热量Q与燃料质量m的比值，叫做这种燃料的热值； 2. 单位：焦每千克，符号是 J/kg ； 3. 公式：； 4. 理解 （1）酒精的热值是3.0×107 J/kg，表示1 kg的酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107 J； （2）热值是燃料本身的一种特性，它与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等没有关系； 【提示】对于气体燃料来说，热值q=Q/V，热值单位为“J/m3”. 要点四、热机的效率 1． 热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫热机的效率。热机的效率是热机性能的一个重要指标。公式： 2． 在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。 注意：热机能量的损失：①燃料未完全燃烧(完全燃烧条件：充足空气，研磨成细颗粒)； ②废气排出带走能量(废气的利用)；③克服磨擦，消耗能量(使用润滑剂，减小摩擦)。 知识点一：改变内能的方式：做功 1. 用酒精灯给试管内的水加热至一定程度，发现塞在试管口的木塞被冲出，如图所示。下列描述正确的是（　　） A．试管中的水是靠做功的方式增加内能的 B．水蒸气对木塞做功，把机械能转化为内能 C．水蒸气对木塞做功，与汽油机做功冲程的原理相同 D．水蒸气对木塞做功，水蒸气内能增加 2.关于图所示的热现象，说法正确的是（　　）。 A. 图甲中炙热的铁水具有内能，冰冷的冰块没有内能； B. 图乙中冬天搓手取暖是将内能转化为机械能； C. 图丙中用湿毛巾冷敷降温是通过热传递的方式减小人体的内能； D. 图丁中能量转化与汽油机做功冲程能量转化都是机械能转化为内能 3.请你朋友到国家优秀旅游城市泸州品尝各地的传统特色美食。以下关于泸州各地美食中所涉及到的物理知识，描述正确的是( ) A．“泸州白糕”出笼时冒出的“白汽”，是笼中的水蒸气汽化吸热形成的 B．“叙永两河桃片”在制作过程中，把猪板油放入锅中，猪板油熔化时会放出热量 C．“合江烤鱼”在烤制过程中，鱼的内能增加，这是通过做功的方式改变其内能 D．“泸县太伏火腿”在烹饪过程中，散发出浓浓的香味，这是分子做无规则运动的缘故 4.下列有关热现象的说法，正确的是(　　) A．烧开水时冒出的“白气”是汽化现象 B．用久了的白炽灯内壁变黑是因为白炽灯钨丝在发光时先熔化后凝固依附在灯泡内壁 C．夏天电风扇吹出的风使我们感觉凉爽，是因为风加快了皮肤表面汗液的蒸发，蒸发要吸热 D．冬天，摩擦双手使手发热，是通过热传递的方式改变手的内能 5. 有关温度，热量和内能的说法中，正确的是(　　) A．0℃的物体没有内能 B．温度高，物体的热量越多 C．热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递 D．改变内能的两种方式是做功和热传递 知识点二：内燃机 6.下列有关热和能的说法中，正确的是（    ） A．发生热传递时，温度总是从高温物体传递给低温物体 B．一块 0℃的冰熔化成 0℃的水后，温度不变，内能变大 C．内燃机的压缩冲程，主要通过热传递增加了汽缸内物质的内能 D．夏天在室内洒水降温，利用了水的比热容较大的性质 7.如图所示是四冲程汽油机的剖面图，关于其四个冲程的描述正确的是 A．吸气冲程中，汽油和空气的混合物进入汽缸 B．压缩冲程中，通过做功的方式使汽缸内气体的内能减小 C．做功冲程中，燃料释放的能量绝大部分转化为机械能 D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的极少部分 8.关于温度、热量和内能，下列说法正确的是(　　) A．0℃的冰块内能为0 B．汽油机做功冲程气缸内燃气的内能增加 C．存在温度差的两个物体相接触会发生热传递 D．出笼的馒头变凉的过程中所含的热量在减少 9.据悉，联合国《生物多样性公约》第十五次缔约方大会(COP15)将于2021年10月在云南省昆明市召开，届时远方的宾客将有机会品尝云南特色小吃“过桥米线”。以下说法正确的是(　　) A．热汤表面的油层加快了汤汁的蒸发 B．加入米线后，热汤从米线吸收热量 C．放入热汤中的肉片很快熟了，是通过做功的方式增加了内能 D．汤的香气扑鼻，说明分子在不停地做无规则运动 知识点三：热值 10.如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的______大，火箭发射升空时，燃料的化学能转化为______能，再转化为火箭的机械能，这个过程中火箭的机械能______（选填“守恒”或“不守恒”）。 11.小华在燃烧皿中放入5g酒精，对300g水加热，待酒精燃尽后水温升高了50℃。已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，酒精的热值为3.0×107J/kg此过程中，酒精燃烧放出的热量为______J，水吸收的热量为______J，水的内能是通过______方式增加的。 12.小明学习了燃料的热值后，很想知道家中使用的天然气的热值是多少？但在教材的燃料热值表中没有查阅到。于是，他在家里将装有2kg水的水壶放到天然气灶上去烧，用温度计测量水从20℃加热至80℃的过程中，观察到天然气表的数字变化了0.035m3。他通过上网查阅得知天燃气灶的效率约为36%，已知水的比热容c水=4.2×103J/(kg·。求： (1)在这个过程中水吸收了多少热量? (2)请你帮小明算出天然气的热值。 13.如图所示，A、B、C三个实验装置完全相同，燃料的质量都为10g，烧杯内液体的质量都相同． （1）比较不同燃料的热值应选择_____两个装置（选填装置序号A、B、C），当温度计的示数变化相同时，燃料剩下的越多，则该燃料的热值_____。（选填“越大”或“越小”） （2）比较不同物质的吸热能力应选择_____两个装置（选填装置序号A、B、C），当燃料燃烧相同的时间，温度计示数变化越大的那杯液体的比热容_____。（选填“越大”或“越小”） 14.如图所示，甲、乙、丙三图中装置完全相同，燃料的质量相同，烧杯内的液体质量和初温也相同。 （1）比较不同燃料的热值，应选择________两图进行实验；要完成本实验，除了图中的实验器材，还必需的测量工具是________；燃料完全燃烧放出热量的多少，通过________来反映的； （2）如果质量和初始温度均相同的a、b两种液体（其中一种液体是水），采用相同的燃料和相同的加热方式供热，吸热后它们的温度随时间变化的图象如图丁所示，由图计算出，另一种液体的比热容为________。 知识点四：热机的效率 15.生活垃圾的热值为3×106J/kg，位于武进区遥观镇的垃圾焚烧发电厂每天完全燃烧800t生活垃圾，放出热量 ___________J，放出热量的30%用来发电，每天可发电 ___________kW·h，放出热量的42%用来加热水供给附近小区，1标准大气压下，每天可将___________kg的水由20℃恰好加热至沸腾。[c水=4.2×103J/(kg·℃)] 16.小明一家驾车旅行，(1)加油时，闻到汽油味，说明分子在__ _ ___； (2)图示为车发动机的一个冲程，其能量转化情况是___ __ _； (3)若车的总质量为1.5t，匀速直线行驶9km，所受阻力为车重的0.1倍，完全燃烧汽油1L，则1L汽油完全燃烧放出的热量是______J，车所受牵引力是______N，车的工作效率是______%。(ρ汽油=0.8×103kg/m3；q汽油=4.5×107J/kg；g取10N/kg) 17.某燃气热水器将的水从加热到，完全燃烧了的煤气。水吸收的热量是_ _J。热水器烧水的效率是_ _。（已知水的比热容为，煤气的热值为） 课后练习 1. 下列实例中，改变物体内能的途径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 2. 小丹同学在笔记本上记录了以下四条结论，其中错误的是(　　)。 A．煤油温度计是根据液体热胀冷缩的性质制成的； B．家用洗衣机是典型的热机； C．受到平衡力作用的物体一定保持静止状态或匀速直线运动状态； D．物体是由大量分子组成的 3. 如图是小明同学设计的简易实验装置，用手握住烧瓶的外壁，会看到液柱向左移动。这是因为空气受热膨胀对液柱做功，将　 　能转化为机械能，此时瓶中空气的密度　 　。 4. 完全燃烧140g焦炭所放出的热量有60%被初始温度是10、质量为10kg的水吸收，则水吸收的热量为______J，水温将升高到______℃。([，]，在1个标准大气压下) 5. 安全、清洁、方便的太阳能越来越受到人们的重视和广泛利用。某太阳能热水器内装有质量为100kg、温度为20℃的水，在太阳照射一段时间后，水温升高到60℃，则水吸收的热量是______J，这些能量相当于完全燃烧______m3天然气放出的热量。[，] 6. 如图所示是四冲程汽油机内部剖面图，此为______冲程；汽油机需要用冷却液进行降温，是利用了冷却液的______大的特性。 7. 汽油机工作时将燃料燃烧时产生的______能转化为______能，一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是4800r/min，该汽油机每秒对外做功______次。 8. 、某四冲程汽油机的转速为3000r/min，则 （ 　） A. 该汽油机每秒钟对外做功50次                            B. 该汽油机每秒钟活塞完成50个冲程 C. 压缩冲程中，内能能转化为机械能                      D. 一般来说，汽油机的效率低于柴油机 9. 汽油机飞轮的转速是3000 r/min，则可知每分钟内一个汽缸里燃气推动活塞做功的次数是 ( ) A．1500次 B．3000次 C．6 000次 D．750次 10. 司机在加油站给小轿车加油时闻到汽油味，这是______现象，小轿车汽油机在______冲程中将机械能转化为内能。 11. 如图所示试管内水蒸气将塞子推出的过程，水蒸气的________能转化为塞子的机械能.四冲程汽油机工作过程中的________冲程与上述能量转化过程相同。 12. 小明设计了如图1所示实验，在试管内装入适量的水，用橡皮塞塞住，用酒精灯加热至水沸腾，会看到橡皮塞被弹出。请回答以下问题： (1)在加热的过程中，是通过 ___________方式增加水的内能的； (2)在橡皮塞被弹出时，水蒸气的内能转化成橡皮塞的 ___________能； (3)该实验中能的转化与图2哪个冲程相同 ___________。 13. 小明和小华一起进行了“不同物质吸热升温的现象”和“不同燃料燃烧放热能力”两项探究，他们设计的两组实验装置如图所示． （1）探究“不同燃料燃烧放热能力”应选用______（甲/乙）组器材； （2）实验需要用到一些测量工具，除了图中已经呈现的，你认为两个实验都要用到的测量工具是______；甲组实验还需要的测量工具是______； （3）甲组实验是通过______来比较不同物质吸收热量的多少，乙组是通过______来比较不同燃料放出热量的多少； （4）小明通过乙组实验中酒精燃烧结束后水温的变化，根据测量所得数据，利用公式______计算出水吸收的热量，进而计算出酒精的热值，小华认为该方法不合理，理由是___ ___。 14. 某同学估算煤气灶烧水时的效率，他在烧水壶中装入水，烧水前的水为20℃，将水加热至100℃，立即关闭煤气，烧水前、后燃气表的示数变化“”，该同学查得煤气的热值，水的密度，水的比热容为，求： (1)水吸收的热量； (2)燃气灶烧水效率。 提升练习 1. 下列说法中正确的是(　　) A．敲碎煤块使煤充分燃烧能提高煤的热值 B．汽车在减速过程中，惯性减小，动能减小 C．当仅有热传递时，物体吸收热量时内能增加，放出热量时内能减小 D．与丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，是因为丝绸的正电荷转移到玻璃棒上 2. 下列实例，通过做功改变物体内能的是(　　)。 A．晒太阳 B．搓手取暖 C．用电褥子取暖 D．向双手哈气取暖 3. 西昌卫星发射中心用长征三号运载火箭，于2019年4月20日将第44颗北斗导航卫星成功送上太空｡下列说法中正确的是(　　) A．火箭升空过程中，将机械能转化为内能 B．燃料燃烧时将内能转化为化学能 C．火箭使用液氢燃料，主要是因为液氢的比热容较大 D．火箭使用液氢燃料，主要是因为液氢的热值较大 4. 汽车已经成为现代生活不可缺少的一部分，汽车多数采用汽油机作为发动机，如图是四冲程汽油机的工作循环示意图，下列说法中不正确的是 （ ） ​ A. 甲冲程是把机械能转化为内能                            B. 乙冲程是排气冲程 C. 丙冲程是把机械能转化为内能                             D. 丁冲程是吸气冲程 5. 下列通过做功方式改变物体内能的是( ) A．双手互搓手掌变热 B．烤火时手掌变热 C．用热水洗手时手掌变热 D．抱热水袋手掌变热 6. 物体的温度升高了，那么物体 （　 ） A．一定吸收了热量　　　　 　 B．一定是物体对外做功　 C．一定是外界对物体做了功　 D．可能是物体吸收了热量，也可能是外界对物体做了功 7. 小汽车已成为大多数家庭出行代步的工具，其发动机大多数为汽油机，下列有关汽油机的说法正确的是(　　) A．汽油机的吸气冲程吸入的是空气 B．汽油机的效率一般比柴油机的效率高 C．汽油机的点火方式是压燃式 D．汽油机的压缩冲程是把机械能转化为内能 8. 关于燃料的热值，下列说法正确的是 （　 ） 　A．燃料的热值越大，燃烧时达到的温度就越高　 　B．燃料的热值越大，燃烧时放出的热量就越多 　C．燃料燃烧越充分，则燃料的热值就越大　 　D．燃料的热值与燃料的质量及燃烧情况无关 9. 面点师傅炸油条时，用天然气将油加热至沸腾，把和好的面拉成长条放入油中炸至金黄。关于涉及的物理知识，下列说法正确的是(　　) A．油沸腾过程中继续加热，内能不变，温度升高 B．面被拉长未断，说明分子间存在引力 C．刚出锅的油条烫手，是由于油条含有的热量多 D．天然气燃烧越充分，放出的热量越多，热值越大 10. 2021年1月，使用中国自主研发核电技术的“华龙一号”5号机组正式投入运行。核反应堆内发生核反应后产生大量的热，使第一回路中的水成为高温高压水后进入蒸汽发生器，在其中将第二回路中的水加热成为高温高压水蒸气，驱动汽轮机运转，汽轮机带动发电机发电。下列说法不正确的是(　　)。 A．核反应堆是利用核裂变产生核能的 B．蒸汽发生器内通过热传递改变水的内能 C．汽轮机工作时将机械能转化为内能 D．发电机的工作原理是电磁感应 11. 燃油汽车的核心部件是热机，通过______冲程将废气排出气缸，造成大气污染，电动汽车正逐步替代燃油汽车。一辆电动汽车在平直的公路上以54km/h的速度匀速行驶10min，通过的路程是______km。关闭电源后，由于______电动汽车还要继续向前滑行一段距离。 12. 一台汽油机飞轮的转速为3600 r/min， 在1s内汽油机对外做了_______ 次功。如果汽油机在一段时间内消耗了 0.5kg汽油，若这些汽油完全燃烧，可放出热量______ J。汽油机用水作冷却液，是利用水的_______大的特点。(q汽油=4.6×107J/kg) 13. 完全燃烧20g热值为2.1×107J/kg的某种燃料，放出的热量可以使质量10kg，温度25℃的水，温度升高______℃。四冲程汽油机，把机械能转化成内能的是______冲程。[水的比热容c水＝4.2×103J/(kg·℃)] 14. 厉害了，我的国！2020年我国开启了航天新征程，嫦娥五号成功登月并顺利取回1731g月壤样品，样品的质量不会随它的形状、状态、温度和___________的改变而改变；如图所示，返回舱穿越大气层时温度升高，这是通过___________的方式使其内能增加而导致的。 15. 汽油机在工作过程中将机械能转化为内能的冲程是______﹔汽油的热值是，完全燃烧40g的汽油所释放的热量为______J。 16. (1)究全燃烧1.4g酒精释放的热量是完全燃烧0.7g酒精释放热量的　　倍。0.7g酒精 全燃烧释放的热量是2.1×104J．这些热量全部被100g的液体A吸收，液体的温度升高了50℃；完全燃烧1.4g酒精释放的热量全部被200g的液体A吸收，液体的温度升高了△t＝　　℃(不考虑散热)。 (2)现用如图所示装置加热200g的液体A，燃烧了1.4g酒精，液体升高的温度小于△t，有哪些原因会导致这个结果？　 　 17.某物理兴趣小组的同学，用煤炉给20kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6min内完全燃烧了2kg的煤，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤的热值约为3×107J/kg。求： （1）煤完全燃烧产生的热量。 （2）经过6min时间加热，水所吸收的热量。 （3）煤炉烧水时的热效率。 参考答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 C C D C D B A C D 10、热值 内 不守恒 11、1.5×105 6.3×104 热传递 12、5.04×105 4×107 13、BC 越大 AB 越小 14、甲丙 天平 温度计上升的示数 2.1×103 15、2.4×1012 2×105 3×106 16、永不停息的无规则运动 机械能---内能 3.6×107 1.5×103 37.5 17、4.2×106 50% 课后练习 1、B 2、B 3、内 变小 4、2.52×106 70 5、1.68×107 0.4 6、做功 比热容 7、内 机械 40 8、D 9、A 10、扩散 压缩 11、内 做功 12、热传递 机械 C 13、乙 天平 秒表 加热时间 升高的温度 Q＝cm(t－t0) 酒精燃烧的热量没有完全被水好和空气吸收 14、8.4×105 20% 提升练习 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 C B D C A D D D B C 11、排气 9 惯性 12、30 2.3×107 比热容 13、10 压缩 14、位置 做功 15、压缩冲程 1.84×105 16、2 50 加热过程中有热量损失 17、6×107 2.52×106 4.2% 11 学科网（北京）股份有限公司 $$