第十二章 四、机械能与内能的相互转化&专题特训四 热学综合计算-【拔尖特训】2025-2026学年新教材九年级上册物理(苏科版2024)

39 四、 机械能与内能的相互转化 第1课时 机械能与内能的相互转化 ▶ “答案与解析”见P19 1. 用打气筒给自行车轮胎打气,活塞压缩筒内 空气,空气的温度升高,这是通过 的 方式改变内能。打气筒外壁的下部也会发 热,这是通过 的方式改变内能。 2. 热机在人类生活中发挥着重要的作用,推动 了社会的快速发展。如图所示为热机工作过 程中的能量转化原理图,其中①②③分别代表 的是 能、 能、 能。 (第2题) 3. 下列现象中,通过做功方式改变物体内能的是 ( ) A. 光照取暖 B. 摩擦生热 C. 冰敷降温 D. 炉火加热 4. (2024·新疆)下列运载工具中,不 需要利用热机的是 ( ) A. 喷气式飞机 B. 柴油拖拉机 C. 纯电动汽车 D. 长征系列火箭 5. 关于四冲程汽油机的工作过程,下列说法中 正确的是 ( ) A. 吸气冲程:只吸入空气 B. 压缩冲程:缸内温度降低 C. 做功冲程:气体推动活塞做功 D. 排气冲程:内能转化为机械能 6. (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。 (第6题) (第7题) 7. (2023·盐城)汽油机的一个工作循环中,能量 转化方式与图示“爆炸”过程相同的是( ) A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程 8. ★(2024·临沂)2024年4月20日,我国研制 的全球首款本体热效率达53.09%的柴油机 正式亮相世界内燃机大会,刷新了柴油机热 效率的世界纪录。下列内燃机的四个冲程 中,汽缸内气体的内能最小的是 ( ) A. B. C. D. 9. 下列选项能反映汽油机做功冲程中,汽缸内 燃气压强p和温度t变化情况的是 ( ) A. B. C. D. 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第十二章　机械能和内能 40 10. (2024·兰州)如图所示,用酒精灯对试管加 热,等水沸腾后,可以看到蒸汽把软木塞顶 跑。下列说法中,正确的是 ( ) (第10题) A. 用酒精灯加热试管,水内能 的增加是通过做功的方式 实现的 B. 蒸汽把软木塞顶跑的过程, 实现了内 能 向 机 械 能 的 转化 C. 蒸汽把软木塞顶跑的过程,相当于汽油 机的排气冲程 D. 试管口出现的白雾是水汽化后形成的水 蒸气 11. 某单缸四冲程汽油机的汽缸的活 塞面积为30cm2,一个冲程中活塞 在汽缸中移动的距离为50mm,满 负荷工作时做功冲程中燃气的平均压强为 9.0×105Pa,飞轮1min转动1800r。当汽 油机满负荷工作时(不计摩擦),求: (1) 做功冲程中燃气对活塞的平均压力。 (2) 一个做功冲程中燃气对活塞做的功。 (3) 汽油机的功率。 12. 如图甲所示为四缸发动机的工作原理图,内 燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根 曲轴上,并使各汽缸的做功过程彼此错开, 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做吸气、压缩和排 气工作。 甲 乙 (第12题) (1) 发动机在做功冲程里,高温、高压的燃 气推动活塞向下运动,对外做功,同时将 能转化为 能。 (2) 有一台四缸发动机,其主要技术指标如 表所示。其中排量等于四个汽缸工作容积 的总和,汽缸工作容积是指活塞从上止点到 下止点所扫过的容积,又称单缸排量,它取 决于活塞的面积和活塞上下运动的距离(即 冲程长)。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转 的转数。 排 量 2.0L 输出功率 120kW 转 速 6000r/min ① 该发动机在1s内做功 J,单缸 排量V= L。 ② 在每个做功冲程里,发动机对外做功 J。 (3) 在做功冲程里,燃气对活塞所做的功可 表示为W=pV,式中p 表示燃气对活塞的 压强,则p= Pa。 (4) 如图乙所示为发动机在做功冲程中的 示意图。下面给出公式W=pV 的推导过 程,请将推导过程补充完整(要求各表达式 均用S、l或p 表示)。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= ,燃气对活塞所 做的功W= ,又根据数学知识可知 发动 机 的 单 缸 排 量 V = ,故 W=pV。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(苏科版)九年级上 41 第2课时 热值与热效率 ▶ “答案与解析”见P20 1. 在下面的探究实验中: (1) 如图所示的实验通过 (加热时间/温度计升高的示数)来比较两种 燃料完全燃烧放出热量的多少。 (第1题) (2) 小明认为图示实验中,两杯水的质量一 定要相同,但两杯水的初温不一定要相同。 小明的理由是 。 2. 下表中列出了某些物质的热值,下列判断中, 正确的是 ( ) 酒 精 3.0×107J/kg 液 氢 1.4×108J/kg 焦 炭 3.0×107J/kg 煤 气 4.2×107 J/m3 汽 油 4.6×107J/kg 沼 气 1.9×107J/m3 A. 火箭利用液氢作为燃料,原因之一是它的 热值较大 B. 液态物质的热值比气态的大 C. 2kg焦炭的热值是1kg焦炭的2倍 D. 所有燃料的热值都是不相等的 3. (2024·达州)在标准大气压下,小明用天然 气灶将质量为1kg的水,从20℃加热到沸 腾,水吸收的热量是 J。他家天然气 热水器的热效率是70%,他某次洗澡耗水 20kg,热水器进水温度是22℃,出水温度是 42℃,他这次洗澡消耗天然气 m3。 已知水的比热容是4.2×103J/(kg·℃),天 然气的热值是3.2×107J/m3。 4. 如图所示,用甲、乙两种燃料分别对质量和初 温相同的水进行加热,两图中的装置相同。 燃料的质量用m 表示,燃料充分燃尽时水升 高的温度用Δt表示(水未沸腾),下列说法 中,正确的是 ( ) (第4题) A. 若m 相同,则Δt越小,燃料的热值越大 B. 若Δt相同,则m 越大,燃料的热值越大 C. m Δt 的值越大,燃料的热值越大 D. Δt m 的值越大,燃料的热值越大 5. (2024·连云港)下列关于燃料的热值的说 法,正确的是 ( ) A. 燃料燃烧越充分,其热值越大 B. 燃料的热值越小,完全燃烧放出的热量 越少 C. 一瓶酒精用去三分之一,剩余酒精的热值 将减小 D. 焦炭的热值是3.0×107J/kg,完全燃烧 1kg焦炭能放出3.0×107J的热量 6. 为了比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的 热量,小明用如图甲所示的装置进行实验,图 中燃烧皿、烧杯a 和b、温度计均完全相同, 烧杯中盛有相同质量的水,实验时,分别点燃 放在两个燃烧皿中的酒精和碎纸片,通过陶 土网给烧杯加热,直至酒精和碎纸片烧尽。 (第6题) 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第十二章　机械能和内能 42 (1) 你认为图甲中实验装置的器材安装顺序 是 (由下到上/由上到下)。 (2) 小明设计了一张记录实验数据的表格, 其中①②两项内容漏写了,请你帮他补充完 整:① ;② 。 燃 料 加热前水温T1/℃ ① 10g酒精 ② (3) 实验时,小明发现两支温度计的示数变 化不明显,请你分析出现这种现象的可能原 因: (写一条),为了使 两支温度计的示数变化更明显,请提出你的 建议: 。 (4) 实验时,小明记下了各个时刻a、b烧杯 中水的温度,绘制了如图乙所示的图像,若热 损失相同,则可初步判断,充分燃烧相同质量 的酒精和碎纸片, 放出的热量多。 7. 跨学科实践·日常生活 (2024·苏州) 如图所示为某折叠卡式炉,采用丁 烷气体作为燃料。水壶内装有2L 初温为25℃的水,用折叠卡式炉加热至 100℃,消耗了25g丁烷气体。求:[水的比 热容为4.2×103J/(kg·℃),丁烷的热值为 4.8×107J/kg] (1) 水壶中水的质量。 (2) 水吸收的热量。 (3) 折叠卡式炉的加热效率。 (第7题) 8. (2023·扬州)如图所示,在“估测薯片热值” 的实验中,小军设计了两种给水加热的方式。 方式一:薯片在烧杯中燃烧。 方式二:薯片在燃烧皿中燃烧。 (第8题) (1) 两种加热方式中合理的是 ;进 行实验时,要让薯片充分燃烧,进行的操作是 。 (2) 用天平量取100g水,并测出一片薯片的 质量,用以上选取的方式使薯片燃尽,并用温 度计测出水升高的温度,所测出的薯片热值 偏 ,原因是 。 9. 近年来,我国部分省份开始推广使用乙醇汽 油,乙醇汽油由乙醇与汽油以1∶9的体积比 混合而成,已知汽油的热值q汽油取3.3× 107J/L,乙醇的热值q乙醇 取2.4×107J/L, 设混合后总体积不变,请计算乙醇汽油的 热值。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(苏科版)九年级上 43 专题特训四　热学综合计算 ▶ “答案与解析”见P20 1. (2024·哈尔滨)完全燃烧0.1m3 的天然气 放出的热量是 J;若这些热量的20% 被4kg的液体吸收,使其温度升高50℃,则 该液体的比热容是 J/(kg·℃)。 (q天然气=3.0×107J/m3) 2. 跨学科实践·日常生活 北方冬季通常用水供 暖,家中安装由多个相同规格的单片组成的一 组暖气片。客厅内一组水流量为0.6m3/h的 暖气片中水的进户温度是70℃,回水温度是 50℃。采暖时热量利用效率为60%,供暖 5h,客厅暖气片内的热水在循环过程中释放 的有效热量为 J;完全燃烧 kg 的无烟煤放出的热量可供该组暖气片供暖 5h。[假设无烟煤燃烧放出的热量全部被水 吸收,q煤 取3.6×107J/kg,ρ水 =1.0× 103kg/m3,c水=4.2×103J/(kg·℃)] 3. (2023·成都)小美在老师的指导下 进行了以下实验:甲、乙两烧杯各装 100g水,用酒精灯加热甲烧杯,煤 油灯加热乙烧杯,直至杯内水沸腾1min,立 即熄灭灯,测得消耗酒精4g、煤油2.5g。她 根据实验数据绘制了水温与加热时间的关系 图像(如图)。若水沸腾前质量不改变,同一 杯水沸腾前后单位时间内吸收的热量相等, q酒精取3.0×107J/kg,q煤油取4.6×107J/kg, c水=4.2×103J/(kg·℃),则下列说法中, 正确的是 ( ) (第3题) A. 整个过程中,甲杯内的水吸收的热量更多 B. 前3min内,乙杯中的水吸收的热量为 3.36×104J C. 消耗的煤油完全燃烧放出的热量为 1.15×108J D. 酒精灯的加热效率为28% 4. (2024·常州)中国工程师利用焦炉气中的氢 气与工业尾气中的二氧化碳合成液态燃料, 作为杭州第19届亚运会主火炬的燃料。工 程师在科普馆用如图所示的装置为同学们演 示模拟实验,测量该燃料的热值。 ① 在空酒精灯内加入适量该液态燃料,得到 “燃料灯”。 ② 在空烧杯内加入1kg水,测得水的初温为 31℃,点燃“燃料灯”开始加热。 ③ 当水恰好沸腾时,立即熄灭“燃料灯”,测 得“燃料灯”消耗燃料30g。 已知实验时气压为标准大气压,c水=4.2× 103J/(kg·℃),用该装置加热水的效率为 42%。求: (1) 此过程中,烧杯内的水吸收的热量。 (2) 该液态燃料的热值。(假设燃料完全燃烧) (第4题) 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第十二章　机械能和内能 温只能达到100℃,则在标准大气压 下水升高的温度为100℃-35℃= 65℃ 水吸热后末温的确定 注意水沸腾时吸收热量、温度 不变,标准大气压下水的沸点为 100 ℃,避免得到末温超过100 ℃ 的错误数据。 12. b 煤油 2.52×104 解析:相同 的加热装置,加热时间相等时,两种液体 吸收的热量相等,由题图可以看出,a对 应液体的温度升高得更快,利用热量的 计算公式Q吸=cmΔt可知,在质量相 等、初温相同、吸收热量也相同的情况 下,温度升高得越快的物质的比热容越 小,所以b物质的比热容大,题表中另外 三种物质的比热容都小于水,则图线b 是水;由题图可知,水和另一种物质的 初温都是20℃,吸热5min后a的末 温是60℃,b的末温为40℃,由题知, m水=ma,Q水吸=Qa吸,即c水m水Δt水= camaΔta,则 ca = c水m水Δt水 maΔta = 4.2×103J/(kg·℃)×m水×(40-20)℃ ma×(60-20)℃ = 2.1×103J/(kg·℃),由题表数据知 此液体为煤油;煤油在0~5min内吸 收的热量为Qa吸=camaΔta=2.1× 103J/(kg·℃)×0.3kg×(60℃- 20℃)=2.52×104J。 13. 小于 2×104 2∶1 解析:该 物质凝固时温度保持0℃不变,为晶 体的凝固图像,晶体在凝固时放热,内 能变小,故第20min的内能小于第 10min的内能;液体从A 点降温到B 点用 时 5min,Δt=10 ℃,Q放 = cmΔt=2.5×103 J/(kg·℃)× 0.2kg×10℃=5×103J;因该物质均 匀放热,相同时间内,放出的热量相 等,凝固过程用了20min,Q凝固放 = 4×5×103J=2×104J;液态物质降温 10℃和固态物质降温20℃所用时间 相等,即Q放 相等,则 c液 c固 = Q mΔt1 Q mΔt2 = Δt2 Δt1= 20℃ 10℃=2∶1 。 14. C 解析:放A 物体的水吸收的 热量Q吸1=c水m水Δt=c水m水×10℃, 放B 物体的水吸收的热量Q吸2= c水m水Δt'=c水m水×20℃,所以Q吸2= 2Q吸1 ①;物体A、B 的质量相等,加 热到相同的温度 t0,放入等质量、温度 同为t的水里,不计热量损失,物体A 放出的热量等于水吸收的热量,所以 有Q放A=cAm(t0-tA)=Q吸1 ②; 物体B 放出的热量等于水吸收的 热量,可得 Q放B =cBm(t0-tB)= Q吸2 ③;由 ①②③ 式 得 Q放B = 2Q放A,即cBm(t0-tB)=2cAm(t0- tA) ④,其中tA 为A 物体使水达到 的末温,tB 为B 物体使水达到的末 温,因为tA=t+10℃,tB=t+20℃, 所以tA<tB,则t0-tB<t0-tA,结合 ④式得cB>2cA。 四、 机械能与内能的 相互转化 第1课时 机械能与内能的 相互转化 1. 做功 热传递 2. 化学 内 机械 3. B 4. C 5. C 6. 做功 内 压缩 7. C 解析:题图所示的是点火爆炸 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,是酒 精燃烧放热使气体膨胀,气体的内能 转化为盒盖的机械能,这与汽油机的 做功冲程的能量转化方式相同。C符 合题意。 8. D 解析:内燃机一个工作循环的 顺序为吸气冲程、压缩冲程、做功冲 程、排气冲程,压缩冲程后气体温度都 比吸气冲程中气体的温度高,故吸气 冲程中汽缸内气体的内能最小。选项 A中,两气门关闭,活塞下行,为做功 冲程,A不符合题意;选项B中,进气 门关闭,排气门打开,活塞上行,为排 气冲程,B不符合题意;选项C中,两 气门关闭,活塞上行,为压缩冲程,C 不符合题意;选项D中,进气门打开, 排气门关闭,活塞下行,为吸气冲程, D符合题意。 判断热机冲程的方法 (1) 看气门开闭状况。 (2) 看活塞运动的方向。 9. B 解析:汽油机做功冲程中,当活 塞到达汽缸顶端时,火花塞打火,使混 合气体剧烈燃烧,产生高温、高压的燃 气,此时汽缸内燃气压强和温度都升 高;燃气推动活塞向下运动,内能转化 为机械能,压强减小,温度降低,综上 所述,B正确。 10. B 解析:用酒精灯加热试管,水 吸收热量,水的内能增加,是通过热传 递的方式实现的,故A错误;蒸汽把 软木塞冲出去,水蒸气的部分内能转 化为软木塞的机械能,实现了内能向 机械能的转化,故B正确;这一过程, 相当于汽油机的做功冲程,故C错 误;试管口出现的白雾,是水蒸气液化 后形成的水雾,故D错误。 11. (1) F=pS=9.0×105Pa×30× 10-4 m2=2.7×103 N (2) W= Fs=2.7×103 N×50×10-3m= 135J (3) 1800r/min=30r/s,一个 工作循环中飞轮转2r,做一次功,所 用时间t=115s ,P=Wt = 135J 1 15s = 2025W 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 91 12. (1) 内 机械 (2) ① 1.2× 105 0.5 ② 600 (3) 1.2×106 (4) pS pSl Sl 解析:(1) 发动机 在做功冲程里,高温、高压的燃气推动 活塞向下运动,对外做功,同时将内能 转化为机械能。(2) ① 已知输出功 率是120kW,所以每秒做功 W= Pt=120×103W×1s=1.2×105J。 因为总排量为2.0L,所以单缸排量 V=14×2.0L=0.5L 。② 因为飞轮 转速 为6000r/min,所 以 每 秒 转 100r,由题知,每0.5r中有一个做功 冲程,故1s内做功200次,所以每个 做功冲程做的功W'= 1200×1.2× 105J=600J。(3) 由题述公式W= pV 可得,p= W' V = 600J 0.5×10-3m3= 1.2×106Pa。(4) 由p= F S 可知,活 塞受到的压力F=pS;因为在做功冲 程中活塞移动的距离为l,发动机的 单缸排量V=Sl,所以燃气对活塞所 做的功W=Fl=pSl=pV。 第2课时 热值与热效率 1. (1) 温度计升高的示数 (2) 根据 Q放=Q吸=cmΔt可知,当两杯水的 质量相同时,比较两杯水升高的温度 Δt即可比较燃料完全燃烧放出热量 的多少 2. A 3. 3.36×105 0.075 解析:标准大 气压下,水的沸点为100℃,1kg的水 吸收 的 热 量 Q吸 =cmΔt=4.2× 103J/(kg·℃)×1kg×(100℃- 20℃)=3.36×105J;20kg的水吸收 的 热 量 Q吸'=cm'Δt'=4.2× 103J/(kg·℃)×20kg×(42℃- 22℃)=1.68×106J;天然气燃烧放 出的热量Q放= Q吸' η =1.68×10 6J 70% = 2.4×106J;则消耗的天然气的体积 V= Q放 q = 2.4×106J 3.2×107J/m3=0.075m 3。 4. D 解析:根据Q=c水m水Δt,Δt越 小,Q 越小,再根据热值q= Q m ,若m 相同,则Q 越小,燃料的热值越小,A 错误;根据Q=c水m水Δt,若Δt相同, 则Q 相同,再根据热值q= Q m ,m 越 大,则燃料的热值越小,B错误;根据 Q=c水m水Δt和q= Q m 得q= c水m水Δt m 可知Δt m 的值越大,燃料的热值q就越 大,C错误,D正确。 5. D 解析:热值是燃料的属性,燃料 的热值仅与燃料的种类有关,与燃料 的燃烧程度无关,A错误;根据Q= mq可知,放出的热量与热值、质量有 关,B错误;一瓶酒精用去13 后,质量 减小,但是热值不变,C错误;焦炭的 热值是3.0×107J/kg,它表示的意思 是1kg的焦炭完全燃烧时放出的热 量是3.0×107J,D正确。 6. (1) 由下到上 (2) ① 燃料燃尽 时的水温T2/℃ ② 10g碎纸片 (3) 水的质量太大(或酒精和碎纸片 的质量太小) 减小水的质量(或增加 酒精和碎纸片的质量) (4) 酒精 解析:(1) 加热时要用外焰加热,所以 燃烧皿和烧杯之间的距离要合适,图 中器 材 的 安 装 顺 序 是 由 下 到 上。 (2) 需要记录加热前水温和燃料燃尽 时的水温,用来比较燃料燃烧放出热 量的多少;为了比较质量相等的不同 燃料燃烧时放出的热量,应使酒精和 碎纸片的质量相等,即碎纸片的质量 为10g。(3) 温度计的示数变化不明 显,可能是因为水的质量太大,或酒精 和碎纸片的质量太小(燃料燃烧放出 的热量太少)。所以,为了使两支温度 计的示数变化更明显,应减小水的质 量或 增 加 酒 精 和 碎 纸 片 的 质 量。 (4) 由题图乙知,当酒精和碎纸片烧 尽时,图线a的温度变化大,水升高的 温度高,水吸收的热量多,说明相同质 量的酒精和碎纸片充分燃烧,酒精比 碎纸片放出的热量多。 7. (1) 水壶中水的质量m水=ρ水V水= 1.0×103kg/m3×2×10-3m3=2kg (2) 水吸收的热量Q水=c水m水Δt水= 4.2×103 J/(kg·℃)×2kg× (100℃-25℃)=6.3×105J (3) 丁 烷放出的热量 Q丁烷 =m丁烷q丁烷 = 2.5×10-2kg×4.8×107J/kg= 1.2×106J,折叠卡式炉的加热效率 η= Q水 Q丁烷 ×100% = 6.3×105J 1.2×106J× 100%=52.5% 8. (1) 方式二 把薯片碾碎 (2) 小 薯片燃烧放出的热量没有全部被水吸 收 解析:(1) 因为热空气上升,方式 一中薯片燃烧放出的热量有很大一部 分散失到空气中,测量结果不准,所以 两种加热方式中合理的是方式二。把 薯片碾碎,增大了与空气的接触面积, 可以使薯片充分燃烧。(2) 因为薯片 不能完全燃烧,且燃烧放出的热量不 能全部被水吸收,所以水升高的温度 偏低,计算出的热量偏小,根据公式 q= Q m 可知,所测出的薯片热值偏小。 9. 设乙醇汽油的体积为V,由于混合 后总体积不变,根据Q=qV得,汽油完 全燃烧放出的热量Q汽油=V×90%× q汽油=0.9Vq汽油,乙醇完全燃烧放出的 热量Q乙醇=V×10%×q乙醇=0.1Vq乙醇, 所以,乙 醇 汽油 的 热 值 q乙醇汽油 = Q汽油+Q乙醇 V = 0.9Vq汽油+0.1Vq乙醇 V = 0.9q汽油 +0.1q乙醇=0.9×3.3× 107J/L+0.1×2.4×107J/L= 3.21×107J/L 专题特训四　热学综合 计算 1. 3×106 3×103 解析:完全燃烧 0.1m3 的天然气放出的热量Q放= Vq天然气=0.1m3×3×107J/m3=3× 106J。这些热量的20%被4kg的液 体吸收,Q吸=20%×3×106J=6× 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 02 105 J,Q吸 =cmΔt,c = Q吸 mΔt = 6×105J 4kg×50℃=3×10 3J/(kg·℃)。 2. 1.512×108 7 解析:供暖5h 时,该组暖气片进户热水的体积V= 0.6 m3/h×5 h=3 m3,由ρ= m V 可 得,进户热水的质量 m=ρ水 V= 1.0×103 kg/m3×3 m3=3×103 kg, 这些热水放出的热量Q放=c水mΔt= 4.2×103 J/(kg·℃)×3×103 kg× (70 ℃-50 ℃)=2.52×108 J,采暖时 有效 利 用 的 热 量 Q有效 =ηQ放 = 60%×2.52×108 J=1.512×108 J;若 用无 烟 煤 供 暖,则 Q煤放 =Q放 = 2.52×108 J,由Q放=mq可得,需要 完全燃烧无烟煤的质量m煤= Q煤放 q煤 = 2.52×108 J 3.6×107 J/kg =7 kg。 3. B 解析:由题意可知,甲、乙两烧 杯装水的质量相等,水的初始温度相 同,加热后温度相同,根据Q吸=cmΔt 可知,两杯水从加热到沸腾吸收的热 量 相 等,Q吸 =c水mΔt=4.2× 103 J/(kg·℃)×0.1 kg×(98 ℃- 18 ℃)=3.36×104 J,且同一杯水沸 腾前后单位时间内吸收的热量相等, 则整个过程中甲、乙两杯内的水所吸 收的热量分别为Q甲=65Q吸= 6 5× 3.36×104 J=4.032×104 J,Q乙 = 4 3Q吸= 4 3×3.36×10 4 J=4.48× 104 J,所以整个过程中,乙杯内的水吸 收的热量更多,A错误;由图可得,第 3 min时乙杯中的水恰好沸腾,则吸 收的热量Q吸=3.36×104 J,B正确; 整个过程中消耗的煤油完全燃烧放出 的热 量 Q煤油 =q煤油m煤油 =4.6× 107 J/kg×2.5×10-3 kg=1.15× 105 J,C错误;在整个过程中,燃烧4 g 酒 精 所 释 放 的 热 量 Q酒精 = q酒精m酒精 =3.0×107 J/kg×4× 10-3 kg=1.2×105 J,可得酒精灯的 加 热 效 率 η = Q甲 Q酒精 ×100% = 4.032×104 J 1.2×105 J ×100% =33.6% ,D 错误。 4. (1) 水吸收的热量Q吸=c水m水(t- t0)=4.2×103J/(kg·℃)×1kg× (100℃-31℃)=2.898×105J (2) 燃料燃 烧 放 出 的 热 量 Q放 = Q吸 η =2.898×10 5J 42% =6.9×10 5J; q燃料= Q放 m燃料 = 6.9×105J 30×10-3kg =2.3× 107J/kg 第十二章整合拔尖 ［高频考点突破］ 典例1 B 解析:对游客分析,游客 从平台上由静止开始下落时,安全绳 对游客没有拉力,游客只受重力作用, 做加速运动,速度变大,高度降低;当 安全绳的拉力等于游客重力时,游客 受到的合力为零,速度最大,游客继续 向下运动,此时游客自身的重力小于 安全绳的拉力,合力方向与运动方向 相反,做减速运动,速度减小,高度继 续降低;当到达最低点时,游客的速度 为零,动能为零,故从刚开始下落至第 一次到达最低点的过程中,游客的动 能先增大后减小,重力势能一直减小, A错误,B正确;游客下落过程中克服 空气阻力做功,同时安全绳被拉长后, 其弹性势能增大,故游客的机械能一 直减小,C、D错误。 [跟踪训练] 1. C 典例2 D 解析:如图甲所示,物体 M 对电梯轿厢底部的压力F 与电梯 轿厢底部对物体M 的支持力F'是一 对相互作用力,F'=F。由图乙和题 意可知,在t1~t4 时间段内,M 对电 梯轿厢底部始终有压力的作用,故M 与电梯轿厢底部始终接触,又忽略M 和电梯的形变,因此弹簧的长度始终 不变,弹簧对 M 的拉力始终不变,D 对;根据力与运动的关系、图乙和题意 可知,在0~t1 时间段内,物体 M 在 竖直方向上受到的向上的支持力F' (大小为F2)、拉力F拉 和向下的重力 G 三力平衡,G=F2+F拉;在t1~ t2时间段内,支持力减小为F1,F拉 与G 不变,G>F1+F拉,电梯向下做 加速运动,A错;在t2~t3 时间段内, 支持力为 F2,F拉 与 G 不变,G= F2+F拉,M 在竖直方向上向下做匀 速直线运动,M 的动能不变,重力势 能改变,机械能改变,B错;在t3~ t4时间段内,支持力增大为F3,F拉 与G 不变,G<F3+F拉,电梯在竖直 方向上可能向上做加速运动,也可能 向下做减速运动,C错。 [跟踪训练] 2. D 解析:由题图甲 可知,滑块P 向右做匀速直线运动 时,风对滑块P 的推力F风 等于滑块 P 受到方管Q 对它的摩擦力f甲摩,滑 块P 受到方管Q 对它的摩擦力大小 等于它们之间压力大小的9 10 ,它们之 间压力大小等于滑块P 的重力大小, 则F风= f甲摩= 9 10G 。由于风力大小 和方向保持不变,则题图乙中它们之 间压力大小等于风力大小,故此时滑 块P 受到的摩擦力f乙摩= 9 10F风= 81 100G ,在竖直方向上,滑块P 受到的 竖直向下的重力G 大于竖直向上的 摩擦力f乙摩,故滑块P 一直做加速运 动,动能一直增大,D正确。 典例3 D 解析:一切物体都具有内 能,温度为0℃的冰块也有内能,A错 误;热量是一个过程量,不能说含有或 具有热量,B错误;汽油机在做功冲程 中把内能转化为机械能,使燃气的内 能减小,温度降低,C错误;存在温度 差的两个物体接触并发生热传递时, 热量总是从高温物体传到低温物体, D正确。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 12