第十二章 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(沪粤版2024)

31 第十二章整合拔尖 ▶ “答案与解析”见P14 考点一 内能 典例1 夏季,广西气温很高,在高速公路服务 区内,一些重型汽车停在有水的坑里,这是因为 汽车在高速行驶过程中,通过 的方式 增加轮胎的内能,使轮胎的温度 ;轮胎 停在水中,通过 的方式减少内能,降低 温度,以保证行车安全。 [跟踪训练] 1. (2024·宁夏)如图所示的实例中属于做功改 变物体内能的是 ( ) (第1题) A. 图甲中,炉火烧水 B. 图乙中,搓手取暖 C. 图丙中,用暖手宝暖手 D. 图丁中,热鸡蛋放在冷水中冷却 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第十二章　内能与热机 32 考点二 热量与热值 典例2 下列说法中正确的是 ( ) A. 没有燃烧的燃料,热值等于零 B. 减肥期间不宜吃大量巧克力,是因为巧克力 含有的热量较多 C. 把-10℃的冰块放在0℃的冰箱保鲜室中, 冰块的内能会增加 D. 将饮料放入冰箱冷藏室,温度降低,是因为饮 料的内能比冰箱中空气的内能多 [跟踪训练] 2. ★关于温度、热量、内能和热值,下列说法正确 的是 ( ) A. 温度越高的物体含有的热量越多 B. 不同燃料燃烧时,放出热量越多的热值 越大 C. 物体吸收热量,内能一定增大,温度一定 升高 D. 热量可以从内能少的物体传递给内能多的 物体 考点三 物质的比热容 典例3 为了比较水和煤油的吸热能力,小海将 适量的水和煤油分别装入完全相同的烧杯中进 行实验,实验装置如图所示,甲中的烧杯装有 100g的煤油,乙、丙中的烧杯分别装有100g、 200g的水。他用完全相同的酒精灯加热水和煤 油,每隔2min记录一次水和煤油的温度,记录 的实验数据如表所示。 (典例3图) 加热时间/min 0 2 4 6 8 10 甲中煤油的温度/℃ 20 24 28 32 36 40 乙中水的温度/℃ 20 22 24 26 28 30 丙中水的温度/℃ 20 21 22 23 24 25 (1) 在此实验中,水和煤油吸收的热量是通过 来反映的。 (2) 小海分析数据可知:质量相等的水和煤油升 高 相 同 的 温 度 时,水 比 煤 油 吸 收 的 热 量 ,说明水的吸热能力比煤油强。 (3) 小海认为即使水和煤油的质量m、加热时间 t、升高的温度ΔT 均不同,仍可以类比“密度”概 念建立的方法,定义一个量k(k用m、t、ΔT 表 示),通过比较k的大小能比较出水和煤油的吸 热能力强弱,则k= 。 [跟踪训练] 3. 如图所示为探究“不同物质的吸热能力”的实验 装置,取质量均为200g、初温均为20℃的甲、乙 两种液体,分别倒入两个完全相同的烧杯中,再 用相同的电加热器加热,实验数据记录如表所 示。(在实验过程中,甲乙两液体均未沸腾) (第3题) 温度/℃ 20 30 40 50 加热时间/s 甲 0 40 60 120 乙 0 20 40 60 (1) 选用相同电加热器加热的目的是 。实 验 中 通 过 (选填“升高的温度”或“加热的 时间”)来反映两种液体吸收热量的多少。 (2) 分析数据可知,当它们升高相同的温度 时, (选填“甲”或“乙”)液体需要吸 收的热量更多。 (3) 小明同学认为可以通过比较甲、乙两种 液体加热至沸腾的时间长短来判断哪种液体 的吸热能力更强。你认为他的方法 (选填“可行”或“不可行”)。 (4) 若在这两种液体中选出一种作为冷却 剂,则 (选填“甲”或“乙”)液体的冷 却效果更好。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(沪粤版)九年级 33 (5) 若其中一种液体是水,则另一种液体的 比热容为 J/(kg·℃),这种液体在 0~40s内吸收的热量为 J。[c水= 4.2×103J/(kg·℃),c水>c液] 考点四 热量的计算 典例4 小红用家用天然气灶烧水,在1个标准 大气压下,5kg水从20℃加热至沸腾,完全燃烧 了0.1m3的天然气,此过程中,水吸收的热量是 J,天然气灶烧水的热效率为 。 [水的比热容为4.2×103J/(kg·℃),天然气的 热值取4.0×107J/m3] [跟踪训练] 4. 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4题) 考点五 热机 典例5 ★如图所示,在四冲程内燃机工作过程 中,若燃气对活塞的平均推力为400N,活塞向下 运动的距离为30cm,内燃机的转速为600r/min, 内燃机每一个循环完成四个冲程,每分钟需要消 耗热值为4.6×107J/kg的汽油5.2g,则燃气推 动活塞向下运动一次做的功为 ,该内燃 机的效率为 (结果精确到1%)。 (典例5图) [跟踪训练] 5. 如图A所示,迅速来回拉动绳子,可以看到塞 子被顶出,塞子被顶出过程的能量转化与图 B中的 (选填“甲”“乙”“丙”或 “丁”)冲程能量转化过程相同。若图B中的 四缸四冲程柴油机中某一缸的各参数如表所 示,1s内该缸对外做功 次,在每个 做功冲程里该单缸对外做功 J,若每 个做功冲程消耗柴油0.0625g,理论上该做 功冲程的热机效率为 %。(q柴油 取 4×107J/kg) (第5题) 活塞行程 10cm 转 速 3000r/min 输出功率 25kW 效 率 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 1. (2024·福建)“煮”的篆体写法如图,表示用 火烧煮食物。下列实例与“煮”在改变物体内 能的方式上相同的是 ( ) (第1题) A. 热水暖手 B. 钻木取火 C. 搓手取暖 D. 擦燃火柴 2. 关于内能、热量和热值,下列说法正确的是 ( ) A. 0℃的物体也具有内能 B. 物体的温度越高,它所含的热量就越多 C. 热值大的燃料燃烧时放出的热量一定多 D. 若物体的机械能增加,则其内能也一定 增加 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第十二章　内能与热机 34 3. 甲、乙两容器中装有质量相等的水, 水温分别为20℃和70℃,将一温度 为80℃的金属球放入甲容器中,热 平衡后水温升高到40℃,然后迅速取出金属 球并放入乙容器中,热平衡后乙容器中水温 为(不计热量散失和水的质量的变化)( ) A. 65℃ B. 60℃ C. 55℃ D. 50℃ 4. 小莉根据下列表格中的数据,得出以下四个 结论,其中正确的是 ( ) 物 质 密度ρ/(kg·m-3) (常温、常压下) 冰(0℃) 0.9×103 铝 2.7×103 铁 7.9×103 铜 8.9×103 物 质 熔点t/℃(1个标准大气压下) 冰 0 铝 660 铁 1538 铜 1085 物 质 比热容c/[J·(kg·℃)-1] 水 4.2×103 铝 0.88×103 铁 0.46×103 铜 0.39×103 A. 用铜制成的容器可以用来熔化铁块 B. 体积相等的铝球和铁球,如果它们的质量 相等,铁球一定是空心的 C. 质量相等的实心铜块和实心铝块,放出相 等的热量,铝块温度降低得较多 D. 把-8℃的冰块投入盛有0℃水的密闭隔 热容器中一段时间后,冰的质量会减少 5. (2025·常州模拟)如图甲所示是“探究不同 物质吸热能力”的实验装置,两个相同的易拉 罐中分别装有质量相同的a、b两种液体,用 相同的装置加热,根据记录的实验数据绘制 的温度与时间的关系图像如图乙所示,下列 说法中正确的是 ( ) 甲 乙 (第5题) A. 吸收相同热量,a液体温度升得更高 B. 升高相同温度,a液体吸收的热量更多 C. a液体的比热容大于b液体的比热容 D. 两种液体初温不同,无法比较它们的比热 容大小 6. 某科幻大片中的主人公为了拯救人类,点燃 了木星上的可燃气体,借助其燃烧产生的高 温气体把即将与木星相撞的地球成功推开。 下列热机的四个冲程中,能量转化与上述过 程相同的是 ( ) A. B. C. D. 7. (2024·日照五莲期末)甲、乙两台汽油机使 用相同的汽油,若在同一时间内,甲、乙两汽 油机做的有用功之比为3∶2,甲的效率是 25%,乙的效率是20%,则在同样的时间内, 甲、乙两汽油机消耗汽油的质量之比为( ) A. 2∶5 B. 5∶2 C. 5∶6 D. 6∶5 8. 为了让烤肠均匀受热且不至于被烤焦,某店 主将烤肠放在石子上烤而不是放在铁锅内 烤,如图所示,这是因为石子的比热容比铁的 比热容 (选填“大”或“小”);将烤肠 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(沪粤版)九年级 35 烤熟,是通过 的方式改变烤肠的内 能的;炉子上的石子很难被压缩变形是因为 分子间存在 。 (第8题) (第9题) 9. (2024 ·洛阳洛宁段考)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内温度升高 了 ℃。 物 质 比热容c/[J/(kg·℃)] 水 4.2×103 煤油 2.1×103 食用油 1.8×103 10. 将一杯热水倒入盛有一些冷水的容器中,水 的比热容将 (选填“变大”“变小”或 “不变”),如果冷水的温度升高了10℃,又 向容器内倒入同样一杯热水,冷水的温度又 升高了6℃。如果再向容器内倒入同样一杯 热水,那么冷水温度可再升高 ℃。 (不计热量损失) 11. 有一种“涡轮增压”(T型)轿车,通过给发动 机足量的空气使汽油更充分地燃烧,比普通 轿车(L型)更节能,排气更清洁。同样的汽 油加在T型轿车内与加在L型轿车内相 比,热值 (选填“更大”“更小”或“一 样大”);为防止发动机温度过高,用水进行 冷却,这是因为水的 较大;若汽油 机曲轴的转速为3000r/min,则该汽油机每 秒内完成 个冲程。 12. 小明为比较A、B 两种液体吸热能力的差 异,设计了如图(a)所示的对比实验。实验 装置完全相同,烧杯内两种液体的液面相 平,测得实验数据如表所示。 (a) (b) (第12题) 加热时间/min 0 1 2 3 A 的温度/℃ 20 24 28 32 B 的温度/℃ 20 28 36 44 (1) 两种液体吸收热量的多少可通过 (选填“物体升高的温度”或 “加热时间”)反映。方案设计中有一处缺陷 是 。 (2) 若A、B 两种液体密度之比为2∶3,可 推测A、B 的比热容之比为 ;3min 时将两种液体混合,不计热量和质量损失, 热传递结束时混合液的温度为 ℃。 (3) 为了比较不同燃料燃烧放热能力的差 异,小明设计了如图(b)甲、乙所示的两组对 比实验,实验装置完全相同,燃料的质量、烧 杯内水的质量和初温相同。实验中忽略热 量的散失,设两种燃料燃烧时均匀放热。实 验中还应控制燃料燃烧的 (选填 “时间”或“质量”)相同,燃料燃烧完后,画出 被加热的水的温度随时间变化的图像如 图(b)丙所示,燃料1与燃料2的热值之比 为 ,燃烧率是燃料燃烧放出热量的 多少与燃烧时间的比值,则燃料1的燃烧率 为燃料2的燃烧率的 倍。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第十二章　内能与热机 36 13. 某太阳能热水器中装有50kg的水,阳光照 射一段时间后,水温从20℃升高到80℃, 已知c水=4.2×103J/(kg·℃),天然气的 热值q取3.5×107J/m3。 (1) 求热水器中的水所吸收的热量。 (2) 如果水吸收的热量用天然气来提供,天 然气完全燃烧放出热量的60%被水吸收, 需要完全燃烧多少天然气? 14. 某国产单缸四冲程汽油机满负荷工作时,一 个做功冲程对外做功120J,飞轮的转速是 1500r/min,每分钟消耗10g汽油。 (1) 满负荷工作时该汽油机的功率是多少? (2) 满负荷工作时这种汽油机把内能转化 为机械能的效率是多少? (汽油的热值取 4.5×107J/kg) (3) 将其效率提高10%,满负荷工作10h可 以节省汽油的质量是多少? 15. 阅读短文,回答问题。 四缸发动机 随着生活水平的提高,汽车逐渐走进普 通百姓家,现在汽车的发动机多是用汽油作 燃料的四缸发动机。 如图甲所示为四缸发动机工作原理图, 内燃机通过连杆把四个气缸的活塞连在一 根曲轴上,并使各气缸的做功冲程错开,在 飞轮转动的每半周里,都有一个气缸在做 功,其他三个气缸分别在做吸气、压缩和排 气工作。 (第15题) 一些汽车的尾部都标有“0.8”“1.6” “1.8”或“2.0”等字样,这是汽车发动机“排 气量”的数值,单位:L。所谓排气量就是发 动机气缸的工作容积,是指所有气缸内活塞 从下止点到达上止点所扫过的容积之和,如 图乙。一般情况下发动机的“排气量”越大, 功率越大。 如图乙,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=pS,燃气对活塞所做的功 W= FL=pSL,发动机的单缸排量V=SL,故 W=pV。 (1) 四个冲程中,不是靠飞轮的惯性完成的 冲程是 冲程。 (2) 如图甲,位于中间的两个气缸,若其中 一个气缸处在压缩冲程,则另外一个气缸所 处的是 冲程。 A. 吸气 B. 压缩 C. 做功 D. 排气 (3) 汽车行驶中,飞轮转速为3000r/min, 该发动机每秒对外做功 次。 (4) 若一台排气量为1.6L的家用小汽车, 四缸发动机工作时的功率为80kW,飞轮的 转速为3000r/min,则每个做功冲程中,燃 气对活塞的压强p= Pa。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(沪粤版)九年级 (3) 此过程中汽油机做的有用功 W有用=Pt=3×104 W×10×60s= 1.8×107J,此过程中汽油机的效率 η= W有用 Q放 ×100%= 1.8×107J 5.06×107J× 100%≈35.6%。 第十二章整合拔尖 ［高频考点突破］ 典例1 做功 升高 热传递 解析:汽车轮胎克服摩擦力做功,机械能 转化为内能;轮胎停在水中时,热量由 轮胎传递给水,从而使轮胎温度降低。 [跟踪训练] 1. B 典例2 C 解析:热值是燃料的特 性,只与燃料的种类有关,与燃料质量 的多少、是否燃烧、是否完全燃烧没有 关系,故 A错误。热量是一个过程 量,不能用“含有”“具有”表述,故B错 误。将-10℃的冰块放在0℃的冰 箱保鲜室中,由于冰块与冰箱保鲜室 存在温度差,一段时间后,冰块从冰箱 保鲜室中吸收热量,内能增加,故C 正确。饮料温度降低是因为饮料的温 度比冰箱中空气的温度高,内能的影 响因素:质量、温度和状态,无法比较 内能的多少,故D错误。 [跟踪训练] 2. D 解析:热量是一个 过程量,不能说含有多少热量,故A 错误;由Q=qm 可知,不同燃料燃烧 时,放出热量多少与燃料的热值和质 量有关,故B错误;晶体吸收热量,内能 一定增大,温度不变,故C错误;发生热 传递时,热量总是由高温物体向低温物 体传递或从一个物体的高温部分传向 低温部分,即热量可以从内能少的物体 传递给内能多的物体,故D正确。 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”。 典例3 (1) 加热时间 (2) 多 (3) t mΔT 解析:(1) 根据转换法,在 此实验中,水和煤油吸收的热量是通 过加热时间来反映的。(2) 根据表中 数据可知,质量相等的水和煤油加热 相同时间,水升温慢,故要升高相同的 温度,水加热时间长,水吸收的热量比 煤油多,说明水的吸热能力比煤油强。 (3) 物体的质量与它的体积之比叫这 种物质的密度,则k= tmΔT ,比值越 大,即表示单位质量的某种物质升高 1℃需要的时间越长,表示物质的吸 热能力越强,比值越小的吸热能力 越弱。 [跟踪训练] 3. (1) 使相同时间内, 甲、乙两种液体吸热相同 加热的时 间 (2) 甲 (3) 不可行 (4) 甲 (5) 2.1×103 8.4×103 解析:(1) 选用相同电加热器加热,相 同时间放出的热量相同,所以选用相 同电加热器加热的目的是使相同时间 内,甲、乙两种液体吸热相同。实验中 通过加热的时间来反映两种液体吸收 热量的多少。(2) 分析表中数据可 知,甲、乙两种液体温度从20℃升高 到30℃,甲用时40s,乙用时20s;由 于升高相同的温度,甲液体加热时间 较长,甲需要吸收的热量较多,因此甲 液体的比热容较大。(3) 由于甲、乙 两种液体的沸点不同,当两种液体都 沸腾 时,其 温 度 变 化 量 不 同。由 Q=cmΔt可知,通过比较甲、乙液体 加热至沸腾的时间长短来判断谁的吸 热能力强这一方法不可行。(4) 由于 甲液体的比热容较大,由Q=cmΔt可 知,质量相同的甲、乙两种液体升高相 同的温度,甲吸热较多,若在这两种液 体中选择一种作为冷却剂,甲液体冷 却效果更好。(5) 由表中数据可知, 温度升高30℃,甲液体用时120s,乙 液体用时60s,乙液体吸收的热量是 甲液体的1 2 。由Q=cmΔt可知,在 质量和升高温度相同的情况下,物体 吸热多少与比热容大小成正比,若其 中一种液体是水,且c水>c液,则另一 种液体的比热容c液=c乙=12c水= 1 2×4.2×10 3J/(kg·℃)=2.1× 103J/(kg·℃),这种液体在0~40s 内升高的温度为20℃,则其在0~ 40s内吸收的热量 Q=c液mΔt= 2.1×103 J/(kg·℃)×200× 10-3kg×20℃=8.4×103J。 典例4 1.68×106 42% 解析:1 个标准大气压下,水的沸点是100℃, 水吸收的热量Q吸 =cm(t-t0)= 4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(100℃- 20℃)=1.68×106J;由Q=qV 可 知,天 然 气 完 全 燃 烧 放 出 的 热 量 Q放=qV=4.0×107J/m3×0.1m3= 4×106J,所以天然气灶烧水的热效率 η= Q吸 Q放×100% = 1.68×106J 4×106J × 100%=42%。 [跟踪训练] 4. 2.52×104 1.4×103 解析:16min内水吸收的热量Q吸水= c水m水(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)× 0.2kg×(40℃-10℃)=2.52× 104J;由于采用相同的电加热器加 热,另一种液体加热8min吸收的热 量 Q吸'= 12Q吸水 = 1 2 ×2.52× 104J=1.26×104 J;由 Q吸'= c液m液(t液 -t0')可 得,1.26 × 104J=c液×0.3kg×(50℃-20℃), 则c液=1.4×103J/(kg·℃)。 典例5 120J 15% 解析:燃气推 动活塞向下运动一次做的功 W = Fs=400N×30×10-2m=120J;内 燃机飞轮转2r,对外做功1次,该内 燃机的转速为600r/min,则1min对 外做功300次,所以1min内燃机做 的功W有用=300×120J=3.6×104J, 5.2g汽 油 完 全 燃 烧 放 出 的 热 量 Q放=mq=5.2×10-3kg×4.6× 107J/kg=2.392×105J,所以内燃机 的 效 率 η = W有用 Q放 × 100% = 3.6×104J 2.392×105J×100% ≈15%。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 41 四冲程内燃机的工作过程 解答本题时,需要注意四冲程 内燃机一个工作循环内燃机的曲 轴转2r,对外做功1次。内燃机工 作过程中,只有做功冲程对外做 功,其余三个冲程利用飞轮的惯性 使曲轴转动。 [跟踪训练] 5. 乙 25 1000 40 解析:图A中,塞子被顶出的过程中, 内能转化为机械能,其能量转化和内 燃机的做功冲程相同;对比图B的四 个冲程,乙冲程进、排气门都关闭,活 塞向下运动,所以乙冲程是做功冲程, 故塞子被顶出过程的能量转化与图B 中的乙冲程能量转化过程相同。柴油 机在一个工作循环中,曲轴转2r,对 外做功1次;由于柴油机每分钟转 3000r,所以每秒转50r,每秒做功 25次;该 单 缸 的 输 出 功 率 P = 25kW=2.5×104 W;每个做功冲程 里,该单缸对外做功 W=Pt=2.5× 104W×125s=1000J ;每个做功冲程 消耗柴油的质量 m=0.0625g= 6.25×10-5kg,柴油完全燃烧放出的 热量 Q放 =q柴油m=4×107J/kg× 6.25×10-5kg=2500J,所以该做功 冲程的热机效率η= W Q放 ×100%= 1000J 2500J×100%=40% 。 ［综合素能提升］ 1. A 2. A 3. B 解析:当将金属球放入甲容器 中时,金属球放出的热量与水吸收的 热量相等,即Q金=Q水。设金属球的 质量为m金、比热容为c金、水的质量 为m水、水的比热容为c水,则Q金= c金m金(80℃ - 40 ℃),Q水 = c水m水(40℃-20℃),因 为 Q金 = Q水,所 以c金m金(80℃-40℃)= c水m水(40℃ - 20 ℃),化 简 得 c水m水 c金m金= 2 1 ;将金属球放入乙容器中, 热平衡后乙容器中的水放出的热量与 金属球吸收的热量相等,即Q水'= Q金',由于甲、乙容器中的水的质量相 等,又是同一个金属球,所以仍设金属 球的质量为m金、比热容为c金、水的 质量为m水、水的比热容为c水,热平 衡时两者共同的温度为t,则Q水'= c水m水(70℃-t),Q金'=c金m金(t- 40℃),因 为 Q水' = Q金',即 c水m水(70℃ -t)=c金m金(t - 40℃),由于 c水m水 c金m金 = 2 1 ,可得2× (70℃-t)=t-40℃,解得t=60℃。 故选B。 4. B 解析:铁的熔点高于铜的熔点, 故用铜制成的容器不可以用来熔化铁 块,故A错误;因铁的密度大,质量相 同的两种物质,根据V=m ρ 可知,铁 的体积小,故体积和质量均相等的铝 球和铁球,铁球一定是空心的,故B 正确;由表可知,c铜<c铝,质量相等的 实心铜块和实心铝块,放出相等的热 量,根据Δt=Qcm 得,铝块温度降低得 较少,故C错误;把-8℃的冰块投入 盛有0℃水的密闭隔热容器后,热量 会由水传递给冰块,水的内能减小,水 会结冰,冰的质量会增大,故D错误。 5. A 解析:由 图 乙 可 知,加 热 2.5min,即吸收相同热量,a 的温度 变 化 大 于 b 的 温 度 变 化,根 据 Q=cmΔt可知,a 的比热容小,故A 正确、C错误;由于a的比热容小,故 升高相同温度,a 液体吸收的热量更 少,故B错误;质量相同的不同物质, 用相同的装置加热,加热相同时间,它 们吸收的热量相同,升高温度多的比 热容小,故两种液体初温不同,可以比 较比热容大小,故D错误。 6. B 7. D 解析:已知热机效率公式η= W有用 Q总 ×100% ,那么Q总= W有用 η ;两台 汽油机使用相同的汽油,设汽油的热 值为q,已知Q总=qm,所以m= Q总 q , 那么甲、乙两台汽油机在同一时间内 消耗的汽油质量之比 m甲 m乙= Q甲总 q Q乙总 q = Q甲总 Q乙总= W甲有 η甲 W乙有 η乙 = W甲有 W乙有× η乙 η甲 =32× 20% 25%= 6 5 。故选D。 8. 大 热传递 斥力 9. b 煤油 40 解析:相同的加热 装置,加热时间相等时,两种物质吸收 的热量相等,由图可知,a物质的温度 升高得快,b 物质温度升高慢;由 Q吸=cmΔt可知,在质量相等、初温 相同、吸热也相同的情况下,谁的温度 升高得快,它的比热容小,所以b物质 的比热容大,若a、b两种物质中,一 种物质是水,则b是水。由图可知,另 一种物质和水的初温都是20℃,吸热 5min后a的末温是60℃,b的末温是 40℃;由题知,水和该物质的质量相 同、初温相同、吸收的热量相同,即 m水=ma,Q水吸=Qa吸,即c水m水Δt= camaΔta,即4.2×103J/(kg·℃)× m水×(40℃-20℃)=cama(60℃- 20℃),解得ca=2.1×103J/(kg·℃), 由表格数据知该物质为煤油;这种物 质在0~5min内升高的温度Δta= 60℃-20℃=40℃。 10. 不变 4 解析:比热容是物质的 一种特性,其大小取决于物质的种类, 还与物质的状态有关,与物体的温度、 物体的质量、吸收的热量无关,故热水 倒入冷水中,水的比热容不变。设热 水和冷水的温度差为t,一杯热水的 质量为m0,原容器中的冷水的质量 为m,把热水倒入冷水中,冷水温度升 高了10℃,根据冷水吸收的热量等于 热水放出的热量,即Q吸=Q放,c水m× 10℃=c水m0×(t-10℃) ①;又向 容器中倒入一杯同样的热水,水温又 上升了6℃,根据冷水吸收的热量等 于 热 水 放 出 的 热 量,即 Q吸'= Q放',c水(m+m0)×6℃=c水m0× (t-10℃-6℃) ②;联立①②解 得m=3m0,t=40℃;再向容器内倒 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 51 入同样一杯热水,设此时冷水的温度 升高Δt,根据冷水吸收的热量等于热 水 放 出 的 热 量,即 Q吸″=Q放″, c水(m+2m0)×Δt=c水m0×(t- 10℃-6℃-Δt),解得Δt=4℃。 11. 一样大 比热容 100 12. (1) 加热时间 两种液体的体积 相同,质量不一定相同 (2) 3∶1 36 (3) 质量 8∶3 4 解析:(1) 根据 转换法可知,两种液体吸收热量的多 少可通过加热时间反映,加热时间越 长,液体吸收的热量越多;在此实验 中,需要控制两种液体的质量和初温 相同,体积相等的A 和B 的密度不一 定相 等,所 以 质 量 不 一 定 相 等。 (2) 实验装置完全相同,烧杯内两种 液体的液面相平,即液体的体积相同, 液体的质量 mA mB = ρAV ρBV = 23 ;加热 3min后,吸收的热量相同,上升的温 度ΔtA=32℃-20℃=12℃,ΔtB= 44℃-20℃=24℃;A、B 的比热容 之比 cA cB= Q mAΔtA Q mBΔtB = mB mA× ΔtB ΔtA= 3 2× 24℃ 12℃= 3 1 ;3min时B 的温度高于A 的温度,将两种液体混合,不计热量和 质 量 损 失,有 QB放 = QA吸,即 cBmBΔtB'=cAmAΔtA',则 ΔtB' ΔtA'= cA cB× mA mB = 3 1× 2 3= 2 1 ,44℃-t t-32℃= 2 1 ,解得t=36℃。(3) 实验中应控 制燃料燃烧的质量相同,通过比较温 度计的示数来比较热量的多少;实验 中忽略热量的散失,且两杯水的质量、 比热容均相同,燃料1在燃烧时,相同 时间内放出的热量是相同的,所以燃 烧10min是燃烧5min放出热量的2 倍;由Q=cmΔt可得,二者放出的热 量 之 比 Q1 Q2 = 2cmΔt1 cmΔt2 = 2Δt1 Δt2 = 2(100℃-20℃) 80℃-20℃ = 8 3 ;燃料的质量 相同,由Q=qm 可得,二者的热值之 比等于产生的热量之比,q1∶q2=8∶ 3;由图丙可知,燃料1和燃料2燃烧 的时 间 之 比t1 ∶t2 =10min∶ 15min=2∶3;放出的热量之比Q1∶ Q2=8∶3;则燃料1的燃烧率与燃料 2的燃烧率之比 Q1 t1 Q2 t2 = Q1 Q2× t2 t1= 8 3× 3 2= 4 1 。 13. 解析:(1) 热水器中的水吸收的热 量 Q吸 =c水m(t-t0)=4.2× 103J/(kg·℃)×50kg×(80℃- 20℃)=1.26×107J。(2) 由η= Q吸 Q放×100% 可得,天然气完全燃烧放 出的热量Q放= Q吸 η =1.26×10 7J 60% = 2.1×107J,所以燃烧天然气的体积 V= Q放 q = 2.1×107J 3.5×107J/m3=0.6m 3。 14. 解析:(1) 这种单缸四冲程汽油机 满负荷工作时,一个工作循环飞轮转 2圈,做功1次。由于飞轮的转速是 1500r/min,每分钟完成750个工作 循环,对外做功750次,因此单缸四冲 程汽油机满负荷工作1min做的功 W=120J×750=9×104J,该汽油机 的功率P=Wt= 9×104J 60s =1500W 。 (2) 10g汽油完全燃烧释放的热量 Q放=mq=10×10-3kg×4.5× 107J/kg=4.5×105J,满负荷工作时 汽油机把内能转化为机械能的效率 η= W Q放 ×100% = 9×104J 4.5×105J× 100%=20%。(3) 将 其 效 率 提 高 10%,则η'=η+Δη=20%+10%= 30%,所以每分钟需要汽油完全燃烧 提供的热量Q放'=W η' =9×10 4J 30% = 3×105J,所 需 汽 油 的 质 量 m'= Q放' q = 3×105J 4.5×107J/kg = 1150kg= 20 3g ,满负荷工作10h可以节省汽油 的质量Δm=n(m-m')=10×60× 10g- 20 3g =2000g=2kg。 15. (1) 做功 (2) D (3) 100 (4) 2×106 解析:(1) 在四个冲程中 只有做功冲程做功,其他的三个冲程 都是靠飞轮的惯性完成的。(2) 由图 甲知,中间两个气缸的活塞向上运动, 一个是压缩冲程,另一个是排气冲程, 故D正确。(3) 若飞轮的转速是 3000r/min=50r/s,表示每秒飞轮转 动50r,完成25个工作循环,对外做 功25次;因为该发动机有4个气缸, 所以该发动机每秒对外做功100次。 (4) 发动机工作时的功率是80kW, 所以1s做功W=Pt=80×103 W× 1s=8×104J,单缸排量V=14× 1.6L=0.4L,因为发动机有四个缸 同时工作,所以每个缸1s内做功 W'=14×8×10 4J=2×104J,因为每 个缸1s内做功25次,所以每个做功 冲程做功W″=125×2×10 4J=800J。 因为 W =pV,V =0.4L=4× 10-4m3,所以燃气对活塞的压强p= W″ V = 800J 4×10-4m3=2×10 6Pa。 第十三章　简单电路 13.1　两种电荷 1. B 2. B 3. 电荷 餐巾纸 4. 带负电或不带电 排斥 5. C 解析:如果三个小球都带正电, 三个小球相互排斥,甲、丙不会静止, 故A错误;如果三个小球都带负电, 三个小球相互排斥,甲、丙也不会静 止,故B错误;若甲、丙带正电,要想三 个小球保持静止,乙必须带负电,故C 正确;若乙、丙带负电,丙不会静止,甲 带正 电 时,甲、乙 不 会 静 止,故 D 错误。 6. D 解析:根据题意可知,当一个带 负电的物体甲靠近置于绝缘支架上不 带电的金属导体乙时,由于同种电荷 相互排斥、异种电荷相互吸引,因此导 体乙的a 端带正电,b端带负电。若 将图中的物体甲换成用丝绸摩擦过的 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 61