第12章 第4节 第1课时 改变内能的方式与热机2025-2026学年苏科版物理九年级上册

第12章 机械能与内能 第4节 机械能与内能的相互转化 第1课时 改变内能的方式与热机 知识点1 改变内能的方式 改变内能的方式:热传递、做功 (1)热传递:热量从高温物体向低温物体,或从同一物体的高温部分向低温部分传递的现象。 ①条件:有温差 ②方向:高温物体——>低温物体 ③结果:温度相同 ④实质:能量的转移(能量的形式不发生变化) 例:食品放入冰箱后,温度降低,内能减小;金属汤勺在热汤中,温度升高,内能增大;用热水袋暖手、煮饭煲汤等 (2)做功——改变内能的另一种方式 做功改变内能的原理: ①外界对物体做功,物体的内能会增加,如“钻木取火、摩擦生热”是机械能转化为内能;如“压缩引火仪”是机械能转化为内能; ②物体对外界做功,物体的内能会减小,如“瓶塞被水蒸气顶出”是内能转化为机械能。 做功的实质:能量的转化 总结:做功和热传递在改变物体内能上是等效的,但本质不同。 1.小明在玻璃试管内装入适量沙子,将温度计插在沙子中。用力晃动十余下,发现温度计示数变大了,这说明沙子的内能_(选填“增大”“减小”或“不变”),这主要是通过_的方式改变沙子的内能。 【答案】增大 做功 2.如图甲,在透明塑料盒的底部钻一个孔,把电子式火花发生器的放电针管紧紧地塞进孔中,打开塑料盒盖,向盒中滴入数滴酒精,再将盒盖盖紧,然后按动电火花发生器的按钮,看到盒盖_,在此过程中,酒精燃烧后燃气的_能转化为盒盖的机械能。 【答案】飞出 内 3.如图所示的事例中,改变内能的方式与其他三幅图不同的是( ) A. 冬天搓手取暖 B. 压缩空气发热 C. 烧水水温升高 D. 装置点火,塞子飞出 【答案】C 4.如图所示,在空气压缩引火仪的玻璃筒底部,放入一小团干燥的棉花,用力将活塞迅速下压,玻璃筒内的空气温度升高,空气的内能_(填“增加”或“减少”),空气的内能是通过_方式改变的;筒内的棉花由于温度升高到着火点而燃烧,棉花的内能是通过_方式改变的。 【答案】增加 做功 热传递 5.以下描述中的“发热”现象,其改变内能的方式与其他三个不同的是( ) A.锯木头锯条发热 B.铁丝反复弯折后发热 C.阳光下路面发热 D.搓手时手掌发热 【答案】C 6.大型载重货车在长距离下坡行驶时,不断进行制动以控制车速,刹车片和轮毂长时间摩擦会产生高温,为防止高温烧坏刹车片导致刹车失灵,所以要在刹车时给刹车片喷水进行降温,一方面通过_方式减少其内能,另一方面水会_(填物态变化名称)_(吸热/放热)迅速降温,以保行车安全。 【答案】热传递 汽化 吸热 7.关于温度、内能和热量,下列说法正确的是( ) A.物体内能增大,一定从外界吸收了热量 B.热传递时,能量从内能多的物体转移到内能少的物体 C.冰在熔化的过程中,温度不变,内能不变 D.锯条锯木板时,锯条的内能增加,木板的内能也增加 【答案】D 知识点2 热机 1.热机:利用内能做功的机械叫做热机(如:蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机)。 初中物理主要研究内燃机,内燃机根据所用燃料分为汽油机和柴油机 2.汽油机 (1)构造:进气门、排气门、气缸、火花塞、曲轴、连杆等。 (2)冲程:活塞从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程。 (3)汽油机的工作过程:汽油机通过吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程,这四个冲程不断循环保持连续工作。 ①吸气冲程:进气门打开,排气门关闭,活塞由上端向下移动,汽油和空气组成的燃料混合物从进气门进入气缸; ②压缩冲程:进气门、排气门都关闭,活塞由下端向上移动,压缩气缸内的燃料混合物,燃料混合物温度升高(机械能转化为内能); ③做功冲程:在压缩冲程末尾,汽油机火花塞产生电火花,导致气缸内燃料燃烧(化学能转化为内能),产生高温高压的燃气,高温高压的燃气推动活塞向下运动(内能转化为机械能),带动曲轴转动,对外做功; ④排气冲程:进气门关闭,排气门打开,活塞由下端向上移动,把废气排出气缸 3.柴油机 (1)构造:进气门、排气门、气缸、喷油嘴、曲轴、连杆等。 (2)柴油机的工作过程:与汽油机类似。 (3)应用:火车、轮船、拖拉机、发电机等。 总结:内燃机工作过程中的数量关系:1个工作循环,对外做功1次,活塞往复2次,曲轴(飞轮)转2圈,4个冲程(简记:11224)。 1.如图是四冲程汽油机的工作示意图,下列说法正确的是( ) A.图甲是压缩冲程,内能转化为机械能 B.该内燃机一个工作循环有四个冲程正确的顺序是乙、丁、甲、丙 C.甲是做功冲程,把内能转化为机械能 D.靠惯性完成的冲程是甲、乙、丙 【答案】D 2.内燃机是一种将内能转化为_能的机器。四冲程汽油机工作时,将机械能转化为内能的冲程是_冲程。 【答案】机械 压缩 3.如图所示,在试管内装适量的水,用塞子塞住管口,加热一段时间后,塞子受到水蒸气的压力而冲出,此时水蒸气的_能转化为塞子的_能,此过程中的能量转化与四冲程汽油机的_冲程相同。 【答案】内 机械 做功 4.图甲是我国古代发明的取火器的模型图,把木制推杆迅速推入牛角套筒时,杆前端的艾绒燃烧起来,这是通过_的方式,使筒内空气的_能增加,温度升高,达到艾绒的着火点,这一过程与图乙所示的内燃机工作冲程原理_(选填“相同”或“不同”)。 【答案】做功 内 不同 5.汽车发动机工作时,会产生大量的热量,为让它正常工作,需要对它进行冷却,“水冷”是冷却方式之一,这是因为水的_较大,冷却效果好;当水吸收发动机缸体热量后,水的内能_如图所示,是四冲程汽油机工作的部分冲程示意图,其中_图是做功冲程,若汽油机飞轮转速为1200r/min,则1s内汽油机对外做_次功。 6.如图所示,用酒精灯加热试管中的水,当水沸腾一段时同,塞子被试管内水蒸气推出,这与图_(选填“A”、“B”、“C”或“D”)所示汽油机_冲程的能量转化是一致的,若飞轮转速是600r/min该汽油机每秒钟内完成_个冲程,做功_次。 【答案】C 做功 20 5 7.如图所示是工业上常用的摩擦焊接技术,将两根需要焊接的同种材料金属棒表面紧压在一起,一根金属棒固定,另一根金属棒高速旋转,两根金属棒剧烈地摩擦,这是通过_的方式增大金属棒内能,金属棒接触面的温度迅速升高,接触面会熔化,再进行冷却,两根金属棒就焊接到一起,焊接前后,金属棒的比热容_(选填“变大”“变小”或“不变”)。一单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1800r/ min,则该汽油机每秒内完成_个冲程,对外做功_次。 【答案】做功 不变 60 15 8.小星在科技馆看到一种奇思妙想的设计——六冲程引擎。这种引擎在完成四冲程工作后,会把水注入汽缸,使水瞬间变成水蒸气,从而带动活塞运动,产生第五冲程,为汽车提供动力,第六冲程是让水蒸气进入冷凝器,变成可再次注入汽缸的水,则第五冲程相当于四冲程汽油机的_冲程,这种内燃机一个工作循环对外做功_次。 【答案】做功 2 9.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),做功冲程中燃气对活塞的平均压力_N;一个做功冲程中燃气对活塞做的功_J;该汽油机的功率_W。 【答案】2700 135 2025 10.某汽车以20m/s的速度在水平路面上沿直线匀速行驶5min,汽车质量为1500kg,行驶时所受阻力为车重的0.2倍,则牵引力为_N,此时汽车的功率为_kW,重力做的功为_J;该汽车的汽油机的飞轮转速是2400r/min,则它每秒钟内完成_个冲程,做功_次。(g取10N/kg) 【答案】3000 60 0 80 20 1.如图甲所示,在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉,把活塞迅速压下去,我们会看到硝化棉燃烧;如图乙所示,玻璃瓶内装有少量的水,用塞子塞紧,并用气筒往瓶内打印,会观察到瓶塞跳起来;图丙,用酒精灯给试管加热,一会儿试管里的水沸腾了,软木塞被蒸气推出.下列说法正确的是( ) A.图甲中,活塞的机械能直接转化为硝化棉的内能 B.图乙中瓶塞被冲开过程的能量转化和汽油机的压缩冲程相同 C.图丙中,蒸汽对软木塞做功,蒸汽的内能增大 D.甲、乙、丙都说明了做功可以改变物体的内能 【答案】D 2.对于图中所示的四幅图,下列说法中正确的是( ) A.甲图中软木塞飞出时,管内水蒸气的内能增加 B.乙图中两个压紧的铅块能吊起钩码,主要是因为分子间存在引力 C.丙图中活塞向下运动时,能量的转化与内燃机做功冲程的相同 D.丁图中小朋友下滑时,内能转化为机械能 【答案】B 3.如图所示,在试管内装适量的水,用软木塞塞住试管,加热使水沸腾一段时间,水蒸气会把软木塞冲开。水蒸气冲开瓶塞,水蒸气对软木塞做功,水蒸气的温度_(选填“降低”或“升高”),内能_(选填“减少”、“增加”或“不变”)。 【答案】降低 减少 4.如图所示,在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团可燃物,压下活塞,会看到可燃物燃烧。为了让实验现象明显,对于可燃物的选择以及对活塞的操作,下列说法正确的是( ) A.着火点高,迅速下压 B.着火点低,迅速下压 C.着火点高,缓慢下压 D.着火点低,缓慢下压 【答案】B 5.如图所示,在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小撮干燥的硝化棉,用力将活塞迅速向下压_(选填“硝化棉”、“活塞”或“筒内气体”)做功,它的内能会增加。实验中如果用小纸片代替棉絮,小纸片并没有燃起,则该结论_(选填“成立”或“不成立”)。 【答案】筒内气体 成立 6.如图是我国古代发明的取火器的模型图,把木制推杆迅速推入牛角套筒时,杆前端的艾绒立刻燃烧起来,这是通过_的方式,使筒内空气的内能增大,温度升高,达到艾绒的着火点。用燃烧的艾绒引燃木柴进行烤肉时,烤肉香气四溢属于_现象。 【答案】做功 扩散 7.人骑电动自行车下坡时重力势能_(选填“增大”、“减小”或“不变”)。到达坡底后在水平路面上匀速骑行过程中,机械能_(选填“增大”、“减小”或“不变”)。刹车后很快停了下来,发现刹车片很烫,这是通过_的方式改变刹车片的内能。 【答案】减小 不变 做功 8.如图,小明将测温探头置于注射器内并密封,向左推动活塞并观察温度计示数变化。关于此过程说法正确的是( ) A.温度计示数变小 B.通过热传递改变气体内能 C.保持活塞不动,取下橡皮帽,温度计示数不变 D.撤去外力,活塞快速向右运动,温度计示数减小 【答案】D 9.如图所示,将一个空易拉罐的底部钻一个小孔,从易拉罐开口端向罐内喷适量酒精喷雾,然后将一个空纸杯迅速套上。用细线将易拉罐水平悬挂在铁架台上,将点燃的打火枪靠近易拉罐底部的小孔,纸杯就会“向前”飞去。以下说法正确的是( ) A.酒精燃烧越充分,其热值越大 B.纸杯飞出去时,易拉罐对纸杯做了功 C.纸杯飞出去时,易拉罐内气体的内能减小 D.纸杯飞出过程中的能量转化,与内燃机的压缩冲程相同 【答案】C 10.如图所示是明朝的《天工开物》中关于用铜铸币的情景,下列说法正确的是( ) A.炉火加热是通过做功的方式使铜内能增大的 B.熔化的液态铜温度高因为其含有的热量多 C.熔化的液态铜倒入钱币模具,凝固过程中温度不变,内能不变 D.铜币在冷却过程中,将内能转移给模具和空气 【答案】D 11.如图是用酒精灯加热使冰熔化成水过程中温度随时间的变化图像,冰在A点内能_(选填“为”或“不为”)零,C点_(选填“大于”、“小于”或“等于”)B点内能;整个过程是通过_方式改变内能的,在日常生活中一般选择这两种物质中的_作为冷却剂,因为这种物质的_大。 【答案】不为 大于 热传递 水 比热容 12.活塞式打气筒为自行车轮胎打气的过程中,会发现气筒的筒壁发热。筒壁发热现象的产生,有两个方面的原因:a、打气过程中活塞与筒壁之间不断地克服摩擦做功使筒壁的内能增加、温度升高;b、打气时活塞压缩气体做功使气体的内能增加,升温的气体通过热传递使筒壁温度升高。针对哪一个是主要原因问题,小明设计了如下实验:先测出打气前筒壁的温度为t0,再将打气筒不与轮胎相连空打气适量的n次后测出筒壁温度为t1,待筒壁温度恢复t0后,再将打气筒与轮胎相连,在相同的时间内打相同的n次后测出筒壁温度为t2。下列相关说法中正确的一项是( ) A.若t2>t1说明a是主要原因 B.若t1>t2说明a是主要原因 C.若t2-t0>t1-t0说明b是主要原因 D.若t2-t1>t1-t0说明b是主要原因 【答案】D 13.科学家焦耳为了探究做功与产生热之间的关系,设计了如下装置:在一个装满煤油的绝热桶(可保证热量不流失)里放入铜制的翼轮,多次用下落的钩码带动翼轮上的叶片转动,转动的叶片与煤油摩擦,产生的热使煤油的温度升高,并改变钩码的重力与钩码下降高度,探索这些变化对产热的影响。 序号 钩码的重力(N) 钩码下降高度(m) 温度升高( ) 1 200 1 0.1 2 200 2 0.2 3 200 3 0.3 4 300 3 0.45 5 400 3 0.6 6 800 6 —— (1)请帮科学家焦耳补齐6号实验中的煤油升高的温度_; (2)根据该实验科学家焦耳认为做功越多,产生的热多,请找到佐证焦耳结论的现象_; (3)以下哪些方法可以使科学家焦耳实验的现象更加明显,_。(多选) A.将煤油换成比热容更高的水 B.在滑轮轴上涂抹润滑油 C.将煤油质量适当减小 D.降低实验前煤油的初始温度 【答案】2.4 钩码的重力做功越多,液体升高的温度越高 BC 1.如图是小明用塑料瓶制作的水火箭。小明先在瓶里装适量水,然后将带有阀门的金属管插入瓶塞,旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气;打开阀门后,水从尾部的金属管向下喷出,水火箭向上飞向空中。下列说法正确的是( ) A.水火箭上升过程中瓶内气体温度升高 B.瓶内气体是通过热传递改变内能的 C.水火箭升空时与热机的压缩冲程工作原理相似 D.水火箭升空时的机械能由高压气体内能转化而来 【答案】D 2.光发动机是一种把光能转化为机械能的装置,主要结构如甲图所示。在太阳光照射下,化学反应室内密封着的气态物质N2O4发生反应:N2O4 O2+2NO,导致室内气压增大;在无光条件下,室内发生“逆向反应”,导致室内气压减小;这样便可通过控制窗口处射入的光能使气室中的气态物质循环反应,从而推动活塞输出机械能。则光发动机该装置中的活塞向右运动时,相当于如图汽油机四个冲程中的( ) A. B. C. D. 【答案】C 3.四冲程汽油机工作时,将机械能转化为内能的冲程是_冲程。如图所示的是汽油机正处在_冲程。如果这台汽油机的飞轮转速是1200r/min,则它每秒钟内完成_个工作循环。 【答案】压缩 做功 10 4.课外活动中,某同学将刚喝完水的空矿泉水瓶的瓶盖拧上,握住上下两部分,用力拧成如图所示的形状,会看到瓶盖被弹出,并发出爆响声,同时瓶口内出现白雾。拧瓶子过程中瓶盖未弹出前跟汽油机_冲程类似,瓶盖被弹出时,瓶内气体内能会_而导致温度降低,出现白雾。 【答案】压缩 减少 5.如图甲,在吹气球时,吹大了的气球没握住,它叫啸着飞跑了,此情景中的能量转化过程与图_(填“乙”或“丙”)所示热机工作冲程相同。若该热机的飞轮转速是1800r/min,则热机每秒完成_个冲程。 【答案】乙 60 6.如图甲所示,在透明塑料盒的底部钻一个孔,把电子式火花发生器的放电针管紧紧地塞进孔中,打开塑料盒盖,向盒中滴入数滴酒精,再将盒盖盖紧,然后按动电火花发生器的按钮,看到盒盖_,在此过程中,酒精燃烧后的燃气的_能转化为盒盖的机械能。图_(乙/丙)中汽油机的工作过程与这一实验过程中能量的转化是一致的。汽油机的一个工作循环活塞往复运动_次,对外做功_次。 【答案】飞出 内 丙 2 1 7.在吹气球时,吹大了的气球没握住,它叫啸着飞跑了!在此过程中: (1)球内气体对气球_(选填“做”或“不做”)功,球内气体的温度将_(选填“降低”、“升高”或“不变”); (2)图甲情景中的能量转化过程与图_(选填“乙”或“丙”)所示热机工作冲程相同。若此热机每秒完成15次该能量转化,则飞轮转速是_r/min。 【答案】做 降低 乙 1800 8.如图所示,在水平桌面上放置一个底部接通橡胶管的塑料小碗,其中放入适量干燥面粉,点燃蜡烛,再罩上一个透明塑料盒,从橡胶管一端快速吹气,使面粉弥漫整个塑料盒,飞扬的面粉在接触到烛焰瞬间被点燃引发爆炸,塑料盒被冲飞,面粉燃烧时将_能转化成内能,筒盖被冲起的过程与汽油机的_冲程能量转化情况相同;某四冲程汽油机飞轮的转速是30r/s,每分钟对外做_次功,若每次做功400J,则此汽油机的功率为_W。 【答案】化学 做功 900 6000 9.图A中,迅速来回拉绳子,可看到塞子被顶出。图B中是一个四缸四冲程汽油机,则图A中塞子被顶出的过程,相当于图B中的汽缸_(甲/乙/丙/丁)所处的冲程;若图B中四缸四冲程汽油机的参数如表所示,则1s内该汽油机共对外做功_次。 活塞行程 10cm 转速 3000r/min 输出功率 100kW 【答案】乙 35 10.为制造压缩空气动力汽车,工程师将装有压缩空气的钢瓶与空气动力发动机连接,该发动机的一个工作循环分为进气冲程和排气冲程,如图乙所示。发动机对外做功的是_(选填“进气”或“排气”)冲程,此过程中钢瓶内压缩空气的温度_(选填“升高”或“降低”)。若该发动机的转速为1200r/min,则1s内共有_个冲程,发动机对外做功_次。 【答案】排气 降低 40 20 11.阅读材料,回答问题 空气动力是指空气与物体相对运动时作用在物体上的力,简称气动力。经过长时间探索,人们已经成功制造出使用空气作为动力的活塞式发动机。 如图甲是某新型空气动力汽车,储气罐总容量为80L,可储存标准大气压下90m3的空气,其设计最高速度可达144km/h,平均每加满一次气能行驶200km。该车发动机的工作原理如图乙和图丙所示。由于空气发动机不直接使用燃料,因而具有体积小、结构简单和“零”排放等优点。 虽然因为技术不成熟还存在某些缺点,但是这项技术仍然具有广阔的发展前景。 (1)空气动力汽车发动机工作时,将_能转化为机械能; (2)空气发动机在工作过程中,曲轴转动一圈完成一个工作循环,当转速表显示3000r/min时,该空气发动机活塞每秒经历_个冲程,对外做功_次; (3)若该车在水平地面上以最高速度向前匀速行驶5min,受到的阻力为1000N,则牵引力对汽车做功为_J。 【答案】内能 100 25 1.2 107 12.阅读短文,回答问题。 汽车发动机 发动机是汽车的动力源。汽油机以汽油为燃料,使活塞在汽缸中往复运动,一个工作循环经历进气、压缩、做功和排气四个冲程,汽油机的性能和汽缸排量有关。汽缸排量指活塞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活塞上下运动的距离(冲程长度)。如果发动机有若干个汽缸,那么所有汽缸“工作容积”之和称为发动机排量,实际汽车往往采用多缸发动机。 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,都有一个汽缸在做功,其他三个汽缸分别在吸气,压缩和排气冲程。 (1)汽油机工作时将燃料燃烧的内能转化为_能; (2)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为_(用字母表示); (3)若汽车发动机以恒定功率输出,在爬坡的时候减慢车速,目的是_; (4)当发动机转速为3000r/min时,则发动机每个工作循环所需要的时间为_s;设做功冲程燃气对活塞的平均压强是p0,发动机排量为V排,则发动机转速为n时该轿车的输出功率P与发动机排量为V排的关系式为_。 A.np0V排/2 B.np0V排 C.2np0V排 D.4np0V排 【答案】机械 pV 增大牵引力 0.04 A 学科网(北京)股份有限公司 $$