第十四章 内能与热机 整合拔尖-【拔尖特训】2025-2026学年新教材九年级全一册物理(沪科版2024)

35 第十四章整合拔尖 ▶ “答案与解析”见P14 第十四章　内能与热机 36 考点一 热学图像 典例1 (2024·烟台)在探究“物质的吸热能力 与哪些因素有关”的实验中,用质量是0.3kg的 水和表中等质量的另一种物质进行对比,作出 的图像如图所示。实验过程中,水和另一种物 质在相同时间内吸收的热量相等,分析图像可 以得出图线 (选填“a”或“b”)对应的物 质为水,另一种物质为 ,这种物质在 0~5min内吸收的热量为 J。 物 质 比热容 c/[J·(kg·℃)-1] 水 4.2×103 酒精 2.4×103 煤油 2.1×103 蓖麻油 1.8×103 (典例1图) [跟踪训练] 1. 小丽用相同的电加热器分别对质量 为0.2kg的水和0.3kg的另一种液 体进行加热,得到的实验数据如图所 示,则水在16min内吸收的热量为 J, 另一种液体的比热容为 J/(kg·℃)。 [c水=4.2×103J/(kg·℃)] (第1题) 考点二 热学阅读 典例2 阅读短文,回答问题。 牛顿冷却定律 当一个物体表面温度比周围环境高时,就 会向周围环境散热,散热快慢可以用单位时间 内散失热量的多少来表示。英国物理学家牛顿 提出:物体散热快慢与物体和周围环境的温度 差成正比。后人研究发现,在温度差不太大的情 况下(小于15℃),这个结论符合实际散热规律, 称为牛顿冷却定律。如果散热快慢用q 表示, 那么牛顿冷却定律可以表示为q=k(t物-t环), 其中k 是散热系数,与物体的表面性质、表面 积、周围环境性质等因素有关,和物质种类无关, 如果上述因素相同,不同物质的散热系数就相 同,由于不同物质的比热容不同,即使散热快慢 相同,它们降低相同温度需要的时间也不同,根 据降温时间可以得到两种物质比热容的大小关 系,从而可以进行比热容的测量。 (1) 物体向周围散热,内能减少,这种改变内能 的方式叫做 。 (2) 散热快慢q和下列概念中物理意义最接近 的是 (多选)。 A. 速度 B. 密度 C. 功率 D. 效率 (3) 一个物体温度为30℃,周围环境温度保持 20℃不变,此时物体的散热快慢为q。当物体温 度降低到29℃时,散热快慢为 。 (4) 如图甲所示,用两个同样的保温杯分别装满 水和盐水,水和盐水的温度都是30℃,周围环境 温度保持20℃不变。保温杯敞开口,水和盐水 温度随时间变化的图像如图乙。已知水的比热容 为4.2×103J/(kg·℃),盐水的密度为1.1× 103kg/m3,盐水的比热容为 J/(kg·℃)。 (典例2图) 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(沪科版)九年级 37 [跟踪训练] 2. 阅读短文,回答问题。 制 动 液 (第2题甲) 汽车制动液,如图甲所 示,俗称刹车油。汽车刹车 时,驾驶员踩踏板通过刹车 管线内的制动液把压力传递 到刹车块,刹车块和车轮上的鼓轮摩擦,制止 车轮转动。制动时,因摩擦产生的热量会使 制动液温度升高。如果温度过高,达到沸点, 制动液就会产生大量气体,造成制动失灵。 制动液的沸点在遇潮吸水后会下降,因此国 家规定制动液沸点不得低于140℃。 要测量制动液的沸点,可以取适量制动 液和一个质量为m1 的铜块放入加热容器, 加热至沸腾后,把铜块取出立即放入一个装 有水的保温杯中,保温杯中水的质量为m2、 温度为t1,等铜块和水的温度相同后,再测出 水温t2。若从取出铜块到测出水温过程散失 的热量为Q,铜的比热容为c1,水的比热容为 c2,就可以计算得到制动液的沸点。 如表所示为某种制动液的含水量和对应 的沸点。 含水量/% 0 1 2 3 4 5 6 沸点/℃ 210 180 158 142 132 124 120 (1) 刹车时制动液温度会升高,这是通过 的方式增加了制动液的内能。 (2) 制 动 液 沸 点 的 表 达 式 为 t = 。 (3) 利用表格中给出的数据,在图乙坐标系 中作出该制动液沸点与含水量的关系图像。 (第2题乙) (4) 当含水量增大到 时,这种制动 液就必须更换。 考点三 热机及热机效率 典例3 (2024·广安)内燃机的发明是第二次 工业革命中应用技术领域的一项重大成就。如 图所示为单缸四冲程汽油机的一个冲程示意图, 若该汽油机的效率为30%,飞轮每分钟转动 1800r(q汽油=4.6×107J/kg),则下列说法正确 的是 ( ) (典例3图) A. 图中所示冲程是做功冲程 B. 若该汽油机完全燃烧5kg汽油,则汽油机做 的有用功为6.9×107J C. 该汽油机在1s内做功30次 D. 汽油机消耗的燃料越少,效率一定越高 [跟踪训练] (第3题) 3. 如图是新农村建设中广泛使 用的一种小型农用柴油机,铭 牌部分信息如表所示,其中活 塞行程是指一个冲程活塞移 动的距离。该柴油机为单缸四冲程 内燃机,压缩冲程中气缸内气体内 能增加是通过 方式实现 的;正常工作1min,柴油机输出的有用功为 J,消耗柴油 kg,做功冲程 中燃气对活塞的平均压力为 N。 (q柴油取4.0×107J/kg) 型 号 ✕✕ 活塞行程 100mm 转 速 2400r/min 输出功率 8kW 效 率 40% 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第十四章　内能与热机 38 1. 易错题 (2023·营口)关于温度、内能、热量, 下列说法正确的是 ( ) A. 温度高的物体含有的热量多 B. 物体吸收热量,温度一定升高 C. 气体膨胀对外做功,自身内能会减少 D. 热传递过程中,温度从高温物体传递给低 温物体 2. 初温均为60℃的甲、乙两种液体在 实验室自然冷却(m甲<m乙),两种 液体每秒散出的热量相同,这两种 液体的温度—散热时间的图线如图所示,下 列说法中,正确的是 ( ) (第2题) A. 第150s时两液体温度相同,内能一定相同 B. 甲液体第30s时的分子动能大于第6s时 的分子动能 C. 乙液体向周围空气传递了热量,说明乙液 体的内能比周围空气的内能大 D. 根据图中0~60s的图线及题中信息,可 知甲液体的比热容比乙液体的大 3. 有质量相同、比热容不同、温度不同的甲、乙、 丙三种液体,甲的温度是44℃,乙的温度是 32℃,丙的温度是24℃,若将甲和乙混合后, 温度为36℃;若将乙和丙混合后,温度为 30℃;若将甲和丙混合后,温度为(不计热损失) ( ) A. 36℃ B. 34℃ C. 32℃ D. 30℃ 4. 如图所示,不旋转的铝件在强大压力作用下 顶住高速旋转的铜件,通过 的方式 使两者接触处温度急剧升高,内能增大,这样 铜和铝接触处的分子相互渗透,由于分子间 存在 力的作用,两者紧密结合在一 起,这就是先进的“旋转焊接”技术。 (第4题) (第5题) 5. (2024·大庆)如图所示是一 定质量的某种物质在熔化时 温度随时间变化的图像,则 这种物质是 (选填 “晶体”或“非晶体”),在AB 段物质处于 (选填“固态”“液态” 或“固液共存态”),t1时物质的内能 (选填“大于”“小于”或“等于”)t2时物质的内 能。若相同时间内该物质吸收热量相等,由 图像 可 知,这 种 物 质 液 态 时 的 比 热 容 (选填“大于”“小于”或“等于”)固态 时的比热容。 6. (2023·南充)某单缸四冲程汽油机,飞轮每分 钟转3000转,则每秒对外做功 次,每 次对外做功115J,该汽油机的效率为25%, 连续工作1h需消耗汽油 kg(q汽油= 4.6×107J/kg)。 7. 一 块 铅 锡 合 金 的 比 热 容 为 0.16× 103J/(kg·℃),已知铅的比热容是0.13× 103J/(kg·℃),锡的比热容是0.22× 103J/(kg·℃)。问该合金中铅和锡的质量 之比是多少? 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(沪科版)九年级 力。汽车牵引力做的功W牵=Fs= 4000N×2.5×104m=1×108J。 (2) 燃料完全燃烧放出的总热量Q= mq=8kg×4.5×107J/kg=3.6× 108J。(3) 电能增加 W电 =5.12× 108J×10%=5.12×107J。内燃机的 效率 η = W牵+W电 Q × 100% = 1×108J+5.12×107J 3.6×108J ×100%=42% 。 第十四章整合拔尖 ［高频考点突破］ 典例1 b 煤油 2.52×104 解析:时间相等时,两种物质吸收的热 量相等,由图乙可以看出,a图线物质 的温度升高得快,b图线物质温度升 高得慢;由Q吸=cmΔt可知,在质量 相等、初温相同、吸热也相同的情况 下,温度升高快的物质比热容小,所以 a图线物质比热容小,b图线物质的 比热容大,即b图线对应的物质为水; 由图可知,两种物质的初温都是20℃, 水吸热5min后的末温是40℃,则水 吸收的热量Q水=c水m水(t水-t0)= 4.2×103J/(kg·℃)×0.3kg× (40℃-20℃)=2.52×104J,a物质 吸热5min的末温是60℃,因为两种 物质吸收的热量相等,所以 Q水 = Qa=cama(ta-t0)=ca×0.3kg× (60℃-20℃);解得ca=2.1× 103J/(kg·℃),由表格可知,另一种 物质为煤油;煤油在0~5min内吸收 的热量Qa=2.52×104J。 [跟踪训练] 1. 2.52×104 1.4× 103 解析:由图可知,水在0~16min 内的初温t0=10℃,末温t=40℃, 16min内水吸收的热量Q吸水=c水m (t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)× 0.2kg×(40℃-10℃)=2.52×104J; 另一种液体加热8min吸收的热量 Q吸=12Q吸水= 1 2×2.52×10 4J= 1.26×104J;由Q吸 =c液m液 (t液 - t液0)得1.26×104J=c液×0.3kg× (50℃-20℃),解得c液 =1.4× 103J/(kg·℃)。 典例2 (1) 热传递 (2) AC (3) 9 10q (4) 3.5×103 解析:(1) 物 体向周围散热,物体的内能转移到周 围温度较低的物体上,内能减小,这种 改变内能的方式是热传递。(2) q是 表示散热快慢的物理量,速度是表示 物体运动快慢的物理量,功率是表示 做功快慢的物理量,这三者的物理意 义最接近。故选AC。(3) 当物体的 温度为30℃,周围环境温度为20℃ 时,根据牛顿冷却定律q=k(t物-t环) 可得物体的散热系数k= qt物-t环 = q 30℃-20℃= q 10℃ ,当物体温度降低 到29℃时,散热快慢q'=k(t物'- t环)= q10℃× (29℃-20℃)=910q 。 (4) 水从30℃降到25℃放出的热量 Q放=c水m水(t0水-t水)=c水ρ水V水× (30 ℃ - 25 ℃) = 4.2 × 103J/(kg·℃)×1.0×103kg/m3× V水×5℃,盐水从30℃降到25℃放 出的 热 量 Q放'=c盐水m盐水(t0盐水 - t盐水)=c盐水ρ盐水V盐水 × (30 ℃ - 25℃)=c盐水 ×1.1×103kg/m3× V盐水×5℃;由题图乙可知,水和盐水 的降温时间分别为24min和22min, V水=V盐水,故它们放出的热量之比 Q放 Q放'= 24 22 ,可 求 得 盐 水 的 比 热 容 c盐水=3.5×103J/(kg·℃)。 [跟踪训练] 2. (1) 热 传 递 (2) c2m2(t2-t1)+Q c1m1 +t2 (3) 如图 所示 (4) 3.2%(3.1%~3.3%之间) (第2题) 解析:(1) 刹车制动时,刹车块和车轮 上的鼓轮摩擦,摩擦生热,这是利用做 功的方式改变了物体的内能。热量传 给制动液后,制动液温度升高,内能增 大,这是利用热传递的方式改变了物 体的内能。(2) 水吸收的热量Q吸= c2m2·(t2-t1),铜块放出的热量 Q放=c1m1(t-t2),Q放=Q吸+Q, c2m2(t2-t1)+Q=c1m1(t-t2),铜 块的 初 温 即 制 动 液 的 沸 点t= c2m2(t2-t1)+Q c1m1 +t2 。(3) 根据表 中数据在坐标系中描出相应的坐标 点,用平滑的曲线连接即得沸点与含 水量的关系图像。(4) 观察图像可 知,含水量大约为3.2%(3.1%~ 3.3%之间)时,制动液的沸点达到 140℃,这种制动液就必须更换。 典例3 B 解析:由图可知,活塞向 上运动,进气门和排气门都关闭,因此 是压缩冲程,故 A错误;完全燃烧 5kg的汽油放出的热量Q放=mq汽油= 5kg×4.6×107J/kg=2.3×108J,由 η= W有 Q放 ×100% 可得,有用功W有= Q放η=2.3×108J×30%=6.9× 107J,故B正确;飞轮每转两圈对外 做功一次,所以1min转动1800r,汽 油机对外做功900次,则该汽油机1s 内做功15次,故C错误;汽油机消耗 的燃料越少,其效率不一定越高,故D 错误。 [跟踪训练] 3. 做功 4.8×105 0.03 4000 解析:柴油机的压缩冲 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 41 程中,活塞压缩气体做功,活塞的机械 能转化为气缸内气体的内能;根据 P=Wt 知柴油机输出的有用功W= Pt=8×103W×60s=4.8×105J;根 据效率公式η= W Q放×100% 得柴油完 全燃 烧 放 出 的 热 量 Q放 = W η = 4.8×105J 40% =1.2×10 6J;利用Q=mq 知消 耗 柴 油 的 质 量 m = Q放 q柴油 = 1.2×106J 4.0×107J/kg =0.03kg;飞轮每转两 圈对外做功一次,所以飞轮1min转 动2400r,要对外做功1200次,做一 次的功W'=Wn= 4.8×105J 1200 =400J ;做 功冲程中燃气对活塞的平均压力F= W' s = 400J 100×10-3m=4000N 。 ［综合素能提升］ 1. C 解析:热量是一个过程量,不能 说“含有”,A错误;物体吸收了热量, 温度可能不变,比如晶体熔化时,不断 吸收热量,但温度不变,B错误;气体 膨胀对外做功后,自身的内能减少,温 度降低,C正确;热传递过程中是热量 从温度高的物体传递到温度低的物 体,传递的不是温度,D错误。 对温度、内能、热量的 区别和联系的认识 温度是一个状态量,不能“传 递”和“转移”;内能是能量的一种 形式,跟温度关系密切,也是一个 状态量;热量反映了热传递过程中 内能转移的多少,是内能转移的量 度,是一个过程量,要用“吸收”或 “放出”来表示,而不能说“具有”或 “含有”。 2. D 解析:物体内能的大小与温度、 质量、状态有关,故第150s时两液体 温度相同,内能不一定相同,A错误; 分子动能与分子运动的速度有关,由 图可知,甲液体第30s时的温度小于 第6s时的温度,因温度越高分子运 动越剧烈,故甲液体第30s时的分子 动能小于第6s时的分子动能,B错 误;乙液体传递了热量给周围空气,说 明乙液体的温度比周围空气的温度 高,因物体内能的大小与温度、质量、 状态有关,故不能说明乙液体的内能 比周围空气的内能大,C错误;根据两 种液体每秒放出的热量相同,据图中 0~60s,甲、乙液体的温度—散热时 间的图线重合,说明甲、乙液体放出相 同的热量后降温相同,因m甲<m乙, 根据c= QmΔt ,甲的比热容大于乙的 比热容,D正确。 3. A 解析:甲和乙混合时,甲液体放 热,乙液体吸热,根据热平衡Q放= Q吸 得,c甲m甲 (t甲-t1)=c乙m乙(t1- t乙),即c甲m甲 ×(44℃-36℃)= c乙m乙×(36℃-32℃),则c甲m甲= 1 2c乙m乙 ① ;乙和丙混合时,乙液体 放热,丙液体吸热,根据热平衡Q放'= Q吸'得,c乙m乙(t乙-t2)=c丙m丙(t2- t丙),即c乙m乙 ×(32℃-30℃)= c丙m丙×(30℃-24℃),则c丙m丙= 1 3c乙m乙 ② ;甲和丙混合时,甲液体 放热,丙液体吸热,设热平衡时的温度 为t,根据热平衡Q放″=Q吸″得,c甲m甲 (t甲 -t)=c丙m丙(t-t丙),即c甲m甲× (44℃-t)=c丙m丙×(t-24℃) ③, 将①②代入③中可得,12c乙m乙 (44℃- t)=13c乙m乙 (t-24℃),解得t= 36℃,故A正确。 4. 做功 引 解析:改变物体内能的 方式有做功和热传递两种,铝件和铜 件间是通过克服摩擦力做功的方式使 两者接触处温度急剧升高的。温度越 高,分子运动越剧烈,铜和铝接触处的 分子相互渗透,由于分子间引力使两 者紧密结合在一起。 5. 晶体 固液共存态 小于 大于 6. 25 0.9 解析:飞轮每转动两转, 完成四个冲程,对外做功一次。飞轮 的转速n=3000r60s =50r /s,每秒对外 做功25次。连续工作1h,飞轮对外 做功W=115J×25×3600=1.035× 107J,消耗汽油放出的热量 Q放 = W η =1.035×10 7J 25% =4.14×10 7J,消 耗 汽 油 的 质 量 m = Q放 q汽油 = 4.14×107J 4.6×107J/kg =0.9kg。 7. 解析:设合金质量为m、比热容为 c;合金中铅的质量为m1、比热容为 c1;锡的质量为m2、比热容为c2;合金 升温为Δt。合金吸热Q=cmΔt ①, 铅吸 热 Q1=c1m1Δt ②,锡吸 热 Q2=c2m2Δt ③。又因为质量关系 为m=m1+m2 ④,热量关系为 Q=Q1+Q2 ⑤,将①②③三式代入 ⑤式整理得cm=c1m1+c2m2 ⑥。 将④式代入⑥式得c(m1+m2)= c1m1 +c2m2,则 m1 m2 = c2-c c-c1 = (0.22-0.16)×103J/(kg·℃) (0.16-0.13)×103J/(kg·℃) = 2 1 。该合金中铅、锡的质量之比为 2∶1。 第十五章　电与电路 第一节　静电现象 1. 电(或电荷) 吸引 2. (1) 正 (2) 排斥 吸引 同种电 荷相互排斥,异种电荷相互吸引 (3) 自然界中电荷只有两种 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 51