12.4 机械能与内能的相互转化（知识解读）---2025-2026学年苏科版物理九年级上学期

12.4 机械能与内能的相互转化（知识解读）（解析版） •知识点1 做功——改变内能的另一种方式 •知识点2 热机 •知识点3 燃料的热值 •作业 巩固训练 做功——改变内能的另一种方式 知识点1 1、做功：对物体做功，物体的内能增加；物体对外做功内能减少。 2、做功使物体的内能改变的实质：其他形式的能量（如机械能）与内能之间的相互转化。 3、物体内能的改变方式：做功和热传递。 （1）做功和热传递在改变物体的内能上是等效的；   （2）做功和热传递在本质上是不同的：做功使物体的内能改变，是其他形式的能量和内能之间的转化（不同形式能量间的转化）；热传递使物体的内能改变，是物体间（或物体不同部分）内能的转移（同种形式能量的转移）。 【典例1】如图所示是古人锻造铁器的过程，加热、锻打和淬火都可以改变铁器的内能，其中加热、淬火过程是利用 的方式改变铁器内能的，锻打过程是利用 的方式改变铁器内能的，淬火过程中铁器的内能会变 。 【答案】 热传递 做功 小 【详解】[1][2]用火对铁器加热，铁器从火中吸收热量，把铁器放在水中淬火，铁器向水中放热，所以加热和淬火属于热传递改变物体内能，用铁锤锻打工件，工件会发热，属于做功改变物体内能。 [3]把烧红的铁器放到冷水中“淬火”，铁器放出热量，铁块的温度会降低，内能变小。 【变式1-1】汽车紧急刹车时，轮胎温度急剧升高，内能增大。以下四个事例中改变物体内能的方式与之相同的是（　　） A．乙、丁 B．甲、丙 C．乙、丙 D．甲、丁 【答案】A 【详解】汽车紧急刹车时，轮胎温度急剧升高，内能增大，是克服摩擦力做功改变内能； 甲是热传递改变内能，仅仅涉及能量的转移； 乙搓手取暖是做功改变内能，将机械能转化为内能； 丙取暖器取暖是热传递改变内能，仅仅涉及能量的转移； 丁酒精燃烧，盒盖飞出，将内能转化为机械能，通过做功改变内能； 故综上所述，乙、丁与题目重做功改变内能方式相同，故A符合题意；BCD不符合题意。 故选A。 【变式1-2】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 【详解】A．当把活塞迅速压下去后，活塞压缩气体做功，气体的内能增加，温度也会随之升高，当温度达到棉花的燃点时，会看到硝化棉燃烧；该现象说明了外界对物体做功，物体的内能会增加，故活塞的机械能是通过做功的形式转化为空气的内能，空气将热量传递给硝化棉，故A错误； B．塞子冲出时，瓶内气体对塞子做功，瓶内气体的内能转化为塞子的机械能；汽油机的做功冲程将内能转化为机械能，所以该过程的能量转化与汽油机的做功冲程相同，故B错误； C．图中给瓶内打气，瓶内气压增大，当气压把瓶塞从瓶口推出时，瓶内气体对瓶塞做功，使气体自身的内能减少，温度降低，瓶口周围的水蒸气液化成小水滴飘散在空中，故C错误； D．甲图说明对物体做功，机械能转化为内能，乙图说明物体对外做功，内能转化为机械能，丙图瓶内气体对塞子做功，瓶内气体的内能转化为塞子的机械能，总之做功可以改变物体的内能，故D正确。 故选D。 【变式1-3】如图所示，小明在一只空饮料瓶中装入少量的水，拧紧瓶盖，用力的旋动瓶身几下，稍稍旋开瓶盖，就发现“砰”的一声瓶盖被气体冲飞了，同时在瓶中出现白雾。出现白雾说明瓶内气体温度 （选填“升高”、“不变”或“降低”）了，能量转化情况是 转化为了瓶盖的机械能。 【答案】 降低 内能 【详解】[1][2]由实验现象可知，瓶盖被气体冲飞，同时在瓶中出现白雾，这是因为气体膨胀对外做功，将内能转化为机械能，使瓶内气体的内能减小，温度降低，水蒸气遇冷液化，所以产生白雾。 热机 知识点2 1、热机：利用内能做功的机械叫热机。 （1）热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。 （2）内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。 2、汽油机 （1）构造：进气门、排气门、气缸、火花塞、曲轴、连杆等。  （2）工作原理：在气缸内燃烧汽油，生成高温高压的燃气〔化学能→内能〕，使燃气推动活塞做功〔内能 →机械能〕。 （3）冲程：活塞在往复运动中从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程。 （4）汽油机的工作流程：内燃机通过吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环来保证连续工作的。 ①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸； ②压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩汽缸内燃料混合物，温度升高； ③做功冲程：在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，高温高压气体推动活塞向下运动，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，活塞向上运动，把废气排出气缸。 （5）工作过程中能量的转化：①压缩冲程：机械能→内能；②做功冲程：先是化学能→内能，再由内能→机械能； （6）一个工作循环中对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转2周，飞轮转2圈。 3、柴油机： （1）构造：与汽油机相似，区别在于柴油机顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。  （2）工作原理：与汽油机相同。 （3）工作过程：与汽油机相似。 （4）柴油机启动时也要靠外力使飞轮和曲轴转动起来。 （5）特点与应用： 特点：柴油比汽油便宜，但柴油机比较笨重。  应用：载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮船以及发电机。 【典例2】如图所示为一台单缸汽油机工作时四个冲程的示意图： (1)一个工作循环的四个冲程按顺序依次是：B （对图号重新排序）。 (2)该汽油机主要技术指标如下表所示，则它工作时每分钟做功 次，做功的功率为 kW。 排量 2.0L 做功冲程推动活塞一次做功 2400J 转速 6000r/min 【答案】(1)ADC (2) 3000 120 【详解】（1）图A，两气门关闭，活塞上行，为压缩冲程；图B，气门打开，排气门关闭，活塞下行，为吸气冲程；图C，进气门关闭，排气门打开，活塞上行，为排气冲程；图D两气门关闭，活塞下行，为做功冲程；一个工作循环的四个冲程按顺序依次是：BADC。 （2）[1]该汽油机飞轮转速为6000r/min，则它工作时完成3000个工作循环，每分钟做功3000次。 [2]汽油机做功的功率为 【变式2-1】如图为单缸四冲程汽油机，下列说法正确的是（      ） A．汽油机的效率能达到100％ B．图示为汽油机的压缩冲程，将机械能转化为内能 C．汽油机是把汽油的内能转化为机械能的装置 D．改进汽油机，让汽油充分燃烧，能提高汽油的热值 【答案】B 【详解】A．由于摩擦等因素的存在，汽油机的效率不可能达到100％，故A错误； B．由图可知，进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，压缩汽油和空气的混合气体，机械能转化成内能，故B正确； C．汽油机是把高温高压的燃气的内能转化为机械能的装置，故C错误； D．改进汽油机，让汽油充分燃烧，可以提高燃料的利用率，能提高汽油机的效率，无法提高汽油的热值，故D错误。 故选B。 【变式2-2】如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是（　　） A．甲图是对外输出动力的冲程 B．一个工作循环的正确顺序是：乙丁甲丙 C．乙、丙、丁图是靠飞轮惯性完成的冲程 D．乙图冲程将内能转化为机械能 【答案】D 【详解】A．由图可知，甲图中进气门和排气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，而对外输出动力的冲程是做功冲程，故A错误； B．甲图是压缩冲程，乙图中进气门和排气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程，丙图中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，丁图中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，因此一个工作循环的正确顺序是：丙、甲、乙、丁，故B错误； C．四个冲程中，吸气冲程、压缩冲程、排气冲程是靠飞轮惯性完成的冲程，所以丙、甲、丁是靠飞轮惯性完成的冲程，故C错误； D．乙图为做功冲程，此冲程中内能转化为机械能，故D正确。 故选D。 【变式2-3】下图是某单缸四冲程汽油机的 冲程。为了不让汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，气缸外有一个水套，用水来冷却气缸是因为水的 较大。若该汽油机每1秒钟对外做功15次，那么该汽油机飞轮的转速为 。 【答案】 压缩 比热容 1800 【详解】[1]图中两气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能。 [2]用水来冷却气缸，是利用了水的比热容大的特点，相同条件下水吸收的热量多，冷却效果好。 [3]因为汽油机一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周，所以每秒钟对外做功15次，完成15个工作循环，飞轮转30r，则1min飞轮转1800r，即飞轮转速为1800r/min。 燃料的热值 知识点3 1、热值概念：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，符号时q。 （1）对于气体燃料而言，热值的定义是1m3的某种燃料完全燃烧时放出的热量。 （2）热值是燃料的一种属性，同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同。 （3）热值单位：焦/千克（J/kg），读作焦每千克。 （4）热值的物理意义：热值表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少，如木炭的热值为3.40×107J/kg。 2、热值的计算公式：Q=mq M——燃料的质量——单位千克（kg）； q——燃料的热值——单位焦/千克（J/kg）； Q——燃烧放出的热量——单位焦耳（J）。 3、比较不同燃料的热值大小 （1）准备实验器材：‌需要准备铁架台、‌石棉网、‌烧杯、‌温度计各两只，‌以及适量的水和两种不同的燃料（‌如酒精和汽油）‌。‌ （2）设置实验装置：‌按照实验装置图依次将燃料盒、‌石棉网、‌烧杯、‌温度计自下而上固定好。‌ （3）控制变量：‌确保两种燃料的质量相同，‌燃烧的时间相同，‌加热相同质量的同种液体。‌ 进行实验：‌在两个烧杯中倒入质量相同、‌初温相同的水；‌在燃料盒中倒入质量相等的适量酒精和汽油；‌分（4）别点燃酒精和汽油，‌加热烧杯内的水，‌直到燃料燃尽。‌记录数据：‌燃料燃尽后，‌记录两烧杯内水升高的温度△t。‌ （5）分析结果：‌比较两装置中烧杯内水升高的温度△t，‌升高的温度越高，‌表明水吸收的热量越多，‌进而表明燃料的放热能力越强。‌ 【典例3】今年3月，我国首列氢能源列车在长春进行了满载运行试验，在本次试验过程中，列车以160km/h的速度稳定运行，列车内置的氢能动力系统使列车运行里程达到1000km，每1km消耗的能量为。［，］ (1)0.5kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？ (2)若（1）中热量的60%被质量为200kg、温度为20℃的水吸收，水升高的温度是多少？ (3)若该列车动力系统驱动列车运行的效率为50%，本次试验至少需要装载氢燃料的质量是多少kg。（保留整数） 【答案】【小题1】0.5kg的氢燃料完全燃烧放出的热量 【小题2】热量的60%被质量为200kg、温度为20℃的水吸收，水吸收的热量 水升高的温度 【小题3】列车运行里程达到1000km，列车做功 列车运行的效率为50%，需要的热量 试验至少需要装载氢燃料的质量 【变式3-1】如图所示， 2024年4月25日， 搭载着神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。下列说法正确的是（　　） A．火箭的燃料燃烧得越充分， 热值越大 B．火箭“体内”的燃料选用液氢是因为液氢的质量大 C．火箭“体内”的液氢燃料温度低至-253℃时，内能为零 D．火箭“体内”的液氢燃料在燃烧过程中，质量减少，热值不变 【答案】D 【详解】A．热值是燃料的特性，与燃烧情况无关，所以火箭的燃料燃烧得越充分，热值不变，故A错误； B．火箭“体内”的燃料选用液氢是因为液氢的热值较大，燃烧时释放的能量多，故B错误； C．一切物体在任何情况下都具有内能，所以火箭“体内”的液氢燃料温度低至-253℃，内能不为零，故C错误； D．火箭“体内”的液氢燃料在燃烧过程中，燃料的质量在变小，即质量变小，而热值是燃料的属性，因此热值不变，故D正确。 故选D。 【变式3-2】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 ℃。（[q焦炭=3.0×107J/kg，c=4.2×103J/（kg·℃），在1个标准大气压下） 【答案】 【详解】[1]焦炭完全燃烧放出的热量为 水吸收的热量为 [2]水的末温为 【变式3-3】我国自主品牌汽车通过技术革新和品质提升，越来越受到消费者的喜欢。某国产品牌汽车在平直公路上以25m/s的速度匀速行驶200s，消耗了汽油1kg。若汽车发动机的输出功率为92kW，汽油的热值。求： (1)求汽油完全燃烧放出的热量； (2)汽车牵引力所做的功； (3)发动机的效率。 【答案】【小题1】完全燃烧1kg汽油所放出的热量为 【小题2】由得，汽车牵引力所做的功为 【小题3】发动机的效率为 一、单选题 1．下列说法中，正确的是（　　） A．热量总是从内能大的物体传递给内能小的物体 B．天然气燃烧越充分，其热值越大 C．物体吸收了热量，温度一定升高，内能不一定增加 D．比热容与物体质量多少、温度变化大小、吸热或放热的多少都无关 【答案】D 【详解】A．热量总是从温度高的物体传递给温度低的物体，温度高的物体内能不一定大，温度低的物体内能不一定小，故A错误； B．热值是单位质量的某种物质完全燃烧时放出的热量，天然气的热值与是否完全燃烧无关，故B错误； C．物体吸收了热量，内能增大，温度不一定升高，如0℃的冰熔化成0℃水时，持续吸热，内能增加，温度不变，故C错误； D．比热容是物质的特性，与物质质量的多少、温度变化大小、吸热或放热的多少都无关，故D正确。 故选D。 2．长征二号F遥十九运载火箭成功将神舟十九号载人飞船送入太空。下列说法正确的是（　　） A．飞船升空的过程中，处于平衡状态 B．火箭的燃料燃烧得越充分，热值越大 C．火箭“体内”的液氢燃料温度低至℃，内能为零 D．飞船从远地点向近地点运动时，重力势能转化为动能 【答案】D 【详解】A．飞船升空的过程中，处于加速，不是平衡状态，故A错误； B．热值是燃料本身的一种特性，热值由燃料本身决定，与燃料否充分燃烧无关，故B错误； C．一切物体在任何情况下都有内能，所以液氢燃料温度低至-253℃时也有内能，故C错误； D．飞船从远地点向近地点运动时，飞船的质量不变，高度减小，速度增大，所以重力势能减小，动能增大，是重力势能转化为动能，故D正确。 故选D。 3．下列是某同学学过内能的知识后整理的部分笔记。其中说法正确的是（　　） A．当燃料充分燃烧时，热值会变大 B．四冲程汽油机的吸气冲程，吸入的是汽油 C．用水作为汽车发动机的冷却剂，主要是因为水的比热容较小 D．煤的热值比干木柴的大，煤燃烧时放出的热量不一定比干木柴燃烧时放出的热量多 【答案】D 【详解】A．热值是燃料的特性，只与燃料种类有关，与燃料是否充分燃烧无关，故A错误； B．四冲程汽油机的吸气冲程，吸入的是汽油和空气的混合物，故B错误； C．用水作为汽车发动机的冷却剂，主要是因为水的比热容较大，和相同质量的其它物质相比，升高相同温度时可以吸收更多热量，故C错误； D．煤的热值比干木柴的大，质量和燃烧状况未知，煤燃烧时放出的热量不一定比干木柴燃烧时放出的热量多，故D正确。 故选D。 4．物理学是有趣的实验科学，估算是同学们必备的一种能力，如果将刚烧开的水倒入一次性杯子（装满），从倒入到可以喝的这一段时间内，水放出的热量大约是[c水=4.2×103J/（kg·℃）]（ ） A．500J B．5000J C．5×104J D．5×105J 【答案】C 【详解】一次性杯子中水的质量约0.2kg，开水的温度大约是100℃，水温约为40℃时可以喝；则水放出的热量 与C选项比较接近，故ABD不符合题意，故C符合题意。 故选C。 5．周末，小明在某山景公园匀速登山，如图是公园的等高线图。以下解释正确的是（　　） A．从A点到达B点的过程中，小明上升的高度大于100 m B．从A点到达B点的过程中，小明的动能逐渐转化为势能 C．从A点绕100 m等高线匀速观光时，小明的机械能不变 D．在登顶过程中，小明位于200m等高线时的重力势能最大 【答案】C 【详解】A.有题图可知，从A点到达B点的竖直高度为 h=200m-00m=100m 故小明上升的高度为100m，故A错误； B. 小明从A点到达B点是匀速登山的过程，小明质量不变，速度不变，动能不变，高度增大，重力势能增大，克服重力做功，则机械能增大。故B错误； C. 从A点绕100 m等高线匀速观光时,小明质量不变，速度不变，动能不变，高度不变，重力势能不变，则机械能不变。故C正确； D. 在登顶过程中，小明位于200m等高线时，没有在山的最高点，此时小明的重力势能不是最大。故D错误。 故选C。 6．小明用饮料瓶制作水火箭，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（如图），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，下列分析正确的是（　　） A．往水火箭里打气相当于内燃机的做功冲程 B．上升过程中，水火箭瓶内气体的内能减少 C．水从水火箭中喷出相当于内燃机的压缩冲程 D．该水火箭上升时，效率可达到100% 【答案】B 【详解】A．往水火箭里打气，相当于内燃机压缩冲程，压缩气体做功，机械能转化为内能，故A错误； B．上升过程中，水火箭瓶内气体对外做功，将水推出，故水火箭瓶内气体的内能减少，故B正确； C．水从水火箭中喷出时水火箭瓶内气体对水做功，将水推出，相当于内燃机的做功冲程，内能转化为机械能，故C错误； D．该水火箭上升时，总存在能量的损耗，效率不可能达到100%，故D错误。 故选B。 7．某汽车集团研发了一款汽车。该汽车发动机工作时，效率更高，动力更强劲。如图为其发动机某一冲程的示意图，下列说法正确的是（　　） A．该款汽车发动机使用的汽油的热值更大 B．如图所示为压缩冲程，内能转化为机械能，需要靠飞轮的惯性来完成 C．该款汽油机的吸气冲程，只用吸入汽油 D．若该汽油机飞轮的转速为1200/min，则在1s内汽油机对外做了10次功 【答案】D 【详解】A．热值是燃料的属性只与燃料的种类有关，与热机的种类无关，故A错误； B．由图可知，汽油机的进气门和排气门关闭，活塞向下运动，此时为汽油机的做功冲程，将内能转 化为机械能，此冲程可以获取动力，不需要靠惯性完成，故B错误； C．汽油机的吸气冲程吸入空气和汽油的混合物，故C错误； D．该汽油机飞轮的转速为1200/min=20r/s，即汽油机飞轮每秒转20圈，由于汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功一次， 则在1s内汽油机对外做了10次功，故D正确。 故选D。 8．根据表中提供的信息，下列判断正确的是（   ） 物质 比热容/［J/（kg·℃）］ 热值/（J/kg） 酒精 煤油 A．酒精和煤油吸收相同的热量，升高的温度可能相同 B．质量相同的酒精和煤油，升高相同的温度，酒精吸收的热量少 C．酒精不完全燃烧时，热值将变小 D．完全燃烧放出相同的热量，所需煤油的质量比酒精大 【答案】A 【详解】A．根据可知，酒精和煤油吸收相同的热量，由于比热容不同，则质量和升高的温度的乘积不同，由于不确定质量关系，所以升高的温度可能相同，故A正确； B．根据可知，质量相同的酒精和煤油，升高相同的温度，由于酒精的比热容比煤油大，所以酒精吸收的热量多，故B错误； C．热值是燃料本身具有的性质，与是否完全燃烧无关，所以酒精不完全燃烧时，热值将不变，故C错误； D．根据可知，完全燃烧放出相同的热量，由于酒精的热值比煤油小，则所需酒精的质量比煤油大，故D错误。 故选A。 9．中国“天问一号”火星探测团队在2022年9月18日—22日国际宇航联合会上获“世界航天奖”。 “天问一号”火星探测器于2021年5月15日从距离火星表面125千米的高度，约2万千米/时的速度，经过三个减速阶段，距离火星表面100米时，反冲火箭启动，探测器处于悬停状态，完成精准避障后再打开降落伞缓速下降，成功登陆火星。以下说法正确的是（　　） A．打开降落伞减速下降时，探测器的动能不断减小，重力势能不断增加 B．打开降落伞减速下降时，探测器的动能不断减小，重力势能不断减小 C．发动机燃料燃烧不充分时燃料热值减小 D．反冲火箭的原理是将机械能转化为内能 【答案】B 【详解】AB．打开降落伞减速下降时，质量不变，速度变小，探测器的动能不断减小，高度不断降低，重力势能不断减小，故A错误，B正确； C．热值是燃料的属性，与燃料燃烧是否充分无关，故C错误； D．反冲火箭的原理是：将燃料燃烧产生的内能转化为火箭上升的机械能，故D错误。 故选B。 二、填空题 10．某四冲程汽油机，若1分钟曲轴转动2400转，完成 个冲程，该汽油机每秒钟对外做功 次，做功冲程将内能转化为 能。 【答案】 4800 20 机械 【详解】[1][2]热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，曲轴转动2周。所以某四冲程汽油机，若1分钟曲轴转动2400转，完成4800个冲程，该汽油机每秒钟曲轴转动转，每秒钟对外做功20次。 [3]做功冲程中，高温燃气推动活塞带动曲轴旋转，将内能转化为机械能。 11．2024年9月25日，中国人民解放军火箭军向太平洋相关公海海域，成功发射一枚携载训练模拟弹头的洲际弹道导弹，准确落入预定海域。导弹升空时，燃料通过燃烧，燃气对导弹做功，将内能转化为导弹的 能，在导弹加速升空的过程中，导弹的动能 重力势能 。（选填“增大”“减小”或“不变”） 【答案】 机械 增大 增大 【详解】[1]火箭发动机在工作时燃烧燃料，燃料燃烧时，消耗化学能，产生内能，将燃料的化学能转化为内能，再将内能转化为导弹的机械能，使导弹发射升空。 [2][3]导弹在加速升空时，导弹的质量不变，速度增大，动能增大，高度变大，重力势能增大。 12．小霖利用图示装置测算酒精的热值。燃烧皿中酒精的质量为6g，烧杯中水的质量为200g，初温为23℃，点燃酒精，当水温升高到43℃时，酒精刚好燃烧完。该过程水吸收的热量 J。他想利用计算酒精的热值，他所测算出的热值与真实值相比偏 。（选填“大”或“小”）［］ 【答案】 1.68×104 小 【详解】[1]水吸收的热量 Q吸=c水m水(t−t0)=4.2×103J/(kg•℃)×200×10-3kg×(43℃−23℃)=1.68×104J [2]由于酒精燃烧放出的热量不可能全部被水吸收，导致酒精燃烧放出的热量测量值偏小，所以测算出的热值会偏小。 13．礼花喷射器结构如图所示，气罐内有高压气体，气罐通过气阀与纸筒相连。使用时，李明浩同学转动纸筒打开气阀，气体将纸筒内的礼花快速喷向远处。罐内气体内能 ，该过程能量转化方式与汽油机 冲程相同，射出的礼花受到 作用，在空中飘舞。 【答案】 减少 做功 重力 【详解】[1][2]在喷出礼花的过程中，罐内的压缩空气对礼花做功，空气内能转化为礼花的机械能，罐内气体内能减少；汽油机的做功冲程中将内能转化为机械能，所以与做功冲程能量转化相同。 [3]射出的礼花受到重力的作用，在空中飘舞下落。 14．野外生存取火时，可用随身携带的引燃装置，在铜制活塞上放少量易燃物，将金属筒套在活塞上迅速下压，即可点燃易燃物，当用竖直向下、大小为200N的压力将筒套从如图所示位置迅速下压至最底端过程中，筒套压下的距离约0.05m，则压力做的功约为 J，活塞迅速下压过程中，活塞内的封闭气体内能 （选填“增加”或“减少”），此过程是 能转化为 能。 【答案】 10 增加 机械 内 【详解】[1]根据计算压力做的功约为 [2][3][4]活塞迅速下压过程中,活塞对封闭气体做功，封闭气体内能增加，此过程中活塞的机械能转化为气体的内能，相当于内燃机的压缩冲程。 三、实验题 15．图甲、乙、丙为完全相同的装置，烧杯内液体的初温和质量相同。 (1)为比较不同燃料的放热本领，应选择 两图进行实验。在此实验中通过比较 （选填“加热时间”或“升高的温度”）来反映不同燃料放出热量的多少。 (2)为比较不同液体的比热容，应选择 两图进行实验。加热相同时间，温度升高 （选填“多”或“少”）的液体比热容大。 (3)图丁是比较a、b两种液体比热容实验中获得的图像，若不计热量的损失，a、b两种液体的比热容之比ca∶cb等于 。 【答案】(1) 甲、乙 升高的温度 (2)甲、丙 少 (3) 【详解】（1）[1]要比较不同燃料的放热本领，根据控制变量法，应控制被加热的液体相同，燃料不同，所以应选择甲、乙两图进行实验。 [2]燃料燃烧放出的热量被液体吸收，质量相同的同种液体，吸收的热量越多，升高的温度越高，所以在此实验中通过比较升高的温度来反映不同燃料放出热量的多少。 （2）[1]要比较不同液体的比热容，根据控制变量法，应控制燃料相同，被加热的液体不同，所以应选择甲、丙两图进行实验。 [2]根据比热容的定义式，加热相同时间，即两种液体吸收相同的热量，质量相同，温度升高少的液体，比热容大。 （3）a、b两种液体质量相等，从图像中可以看出，当加热时间相同90min，即液体吸收热量相同，a，b两种液体的比热容之比 四、计算题 16．如图是燃气灶烧水的情境，用此燃气灶加热温度为30℃质量为2kg的水，燃烧了1.0×102m3的天然气。【天然气热值q=4.2×102J/m3，比热容为4.2×103J/（kg·℃）】 求： (1)天然气完全燃烧放出的热量是多少？ (2)若天然气完全燃烧放出的热量有40%被水吸收，水的温度可升高多少℃？ 【答案】（1）天然气完全燃烧放出的热量是 （2）若天然气完全燃烧放出的热量有40%被水吸收，则水吸收的热量为 水升高的温度为 17．如图甲所示的轿车，采用氢气燃料工作，发动机的效率为50%。某次，该轿车在水平路面上以恒定功率P做直线运动，v-t图像如图乙所示。已知汽车（包括司乘人员）的总质量为1500kg，汽车行驶过程中所受阻力大小平均为车重的0.1倍，氢气的热值，取。求： (1)汽车所受阻力的大小： (2)在10~15s内汽车牵引力做的功； (3)该轿车保持此功率持续行驶1h，需要消耗多少氢气？ 【答案】（1）汽车行驶过程中所受阻力大小平均为车重的0.1倍，汽车所受阻力的大小为 （2）由图知在10~15s内汽车做匀速直线运动，牵引力等于阻力，牵引力为1500N,根据计算行驶路程为 在10~15s内汽车牵引力做的功为 （3）该轿车功率为 该轿车保持此功率持续行驶1h有用功为 根据计算氢气燃烧释放热量为 需要消耗氢气质量为 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 12.4 机械能与内能的相互转化（知识解读）（原卷版） •知识点1 做功——改变内能的另一种方式 •知识点2 热机 •知识点3 燃料的热值 •作业 巩固训练 做功——改变内能的另一种方式 知识点1 1、做功：对物体做功，物体的内能增加；物体对外做功内能减少。 2、做功使物体的内能改变的实质：其他形式的能量（如机械能）与内能之间的相互转化。 3、物体内能的改变方式：做功和热传递。 （1）做功和热传递在改变物体的内能上是等效的；   （2）做功和热传递在本质上是不同的：做功使物体的内能改变，是其他形式的能量和内能之间的转化（不同形式能量间的转化）；热传递使物体的内能改变，是物体间（或物体不同部分）内能的转移（同种形式能量的转移）。 【典例1】如图所示是古人锻造铁器的过程，加热、锻打和淬火都可以改变铁器的内能，其中加热、淬火过程是利用 的方式改变铁器内能的，锻打过程是利用 的方式改变铁器内能的，淬火过程中铁器的内能会变 。 【变式1-1】汽车紧急刹车时，轮胎温度急剧升高，内能增大。以下四个事例中改变物体内能的方式与之相同的是（　　） A．乙、丁 B．甲、丙 C．乙、丙 D．甲、丁 【变式1-2】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 【变式1-3】如图所示，小明在一只空饮料瓶中装入少量的水，拧紧瓶盖，用力的旋动瓶身几下，稍稍旋开瓶盖，就发现“砰”的一声瓶盖被气体冲飞了，同时在瓶中出现白雾。出现白雾说明瓶内气体温度 （选填“升高”、“不变”或“降低”）了，能量转化情况是 转化为了瓶盖的机械能。 热机 知识点2 1、热机：利用内能做功的机械叫热机。 （1）热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。 （2）内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。 2、汽油机 （1）构造：进气门、排气门、气缸、火花塞、曲轴、连杆等。  （2）工作原理：在气缸内燃烧汽油，生成高温高压的燃气〔化学能→内能〕，使燃气推动活塞做功〔内能 →机械能〕。 （3）冲程：活塞在往复运动中从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程。 （4）汽油机的工作流程：内燃机通过吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环来保证连续工作的。 ①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸； ②压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩汽缸内燃料混合物，温度升高； ③做功冲程：在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，高温高压气体推动活塞向下运动，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，活塞向上运动，把废气排出气缸。 （5）工作过程中能量的转化：①压缩冲程：机械能→内能；②做功冲程：先是化学能→内能，再由内能→机械能； （6）一个工作循环中对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转2周，飞轮转2圈。 3、柴油机： （1）构造：与汽油机相似，区别在于柴油机顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。  （2）工作原理：与汽油机相同。 （3）工作过程：与汽油机相似。 （4）柴油机启动时也要靠外力使飞轮和曲轴转动起来。 （5）特点与应用： 特点：柴油比汽油便宜，但柴油机比较笨重。  应用：载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮船以及发电机。 【典例2】如图所示为一台单缸汽油机工作时四个冲程的示意图： (1)一个工作循环的四个冲程按顺序依次是：B （对图号重新排序）。 (2)该汽油机主要技术指标如下表所示，则它工作时每分钟做功 次，做功的功率为 kW。 排量 2.0L 做功冲程推动活塞一次做功 2400J 转速 6000r/min 【变式2-1】如图为单缸四冲程汽油机，下列说法正确的是（      ） A．汽油机的效率能达到100％ B．图示为汽油机的压缩冲程，将机械能转化为内能 C．汽油机是把汽油的内能转化为机械能的装置 D．改进汽油机，让汽油充分燃烧，能提高汽油的热值 【变式2-2】如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是（　　） A．甲图是对外输出动力的冲程 B．一个工作循环的正确顺序是：乙丁甲丙 C．乙、丙、丁图是靠飞轮惯性完成的冲程 D．乙图冲程将内能转化为机械能 【变式2-3】下图是某单缸四冲程汽油机的 冲程。为了不让汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，气缸外有一个水套，用水来冷却气缸是因为水的 较大。若该汽油机每1秒钟对外做功15次，那么该汽油机飞轮的转速为 。 燃料的热值 知识点3 1、热值概念：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，符号时q。 （1）对于气体燃料而言，热值的定义是1m3的某种燃料完全燃烧时放出的热量。 （2）热值是燃料的一种属性，同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同。 （3）热值单位：焦/千克（J/kg），读作焦每千克。 （4）热值的物理意义：热值表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少，如木炭的热值为3.40×107J/kg。 2、热值的计算公式：Q=mq M——燃料的质量——单位千克（kg）； q——燃料的热值——单位焦/千克（J/kg）； Q——燃烧放出的热量——单位焦耳（J）。 3、比较不同燃料的热值大小 （1）准备实验器材：‌需要准备铁架台、‌石棉网、‌烧杯、‌温度计各两只，‌以及适量的水和两种不同的燃料（‌如酒精和汽油）‌。‌ （2）设置实验装置：‌按照实验装置图依次将燃料盒、‌石棉网、‌烧杯、‌温度计自下而上固定好。‌ （3）控制变量：‌确保两种燃料的质量相同，‌燃烧的时间相同，‌加热相同质量的同种液体。‌ 进行实验：‌在两个烧杯中倒入质量相同、‌初温相同的水；‌在燃料盒中倒入质量相等的适量酒精和汽油；‌分（4）别点燃酒精和汽油，‌加热烧杯内的水，‌直到燃料燃尽。‌记录数据：‌燃料燃尽后，‌记录两烧杯内水升高的温度△t。‌ （5）分析结果：‌比较两装置中烧杯内水升高的温度△t，‌升高的温度越高，‌表明水吸收的热量越多，‌进而表明燃料的放热能力越强。‌ 【典例3】今年3月，我国首列氢能源列车在长春进行了满载运行试验，在本次试验过程中，列车以160km/h的速度稳定运行，列车内置的氢能动力系统使列车运行里程达到1000km，每1km消耗的能量为。［，］ (1)0.5kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？ (2)若（1）中热量的60%被质量为200kg、温度为20℃的水吸收，水升高的温度是多少？ (3)若该列车动力系统驱动列车运行的效率为50%，本次试验至少需要装载氢燃料的质量是多少kg。（保留整数） 【变式3-1】如图所示， 2024年4月25日， 搭载着神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。下列说法正确的是（　　） A．火箭的燃料燃烧得越充分， 热值越大 B．火箭“体内”的燃料选用液氢是因为液氢的质量大 C．火箭“体内”的液氢燃料温度低至-253℃时，内能为零 D．火箭“体内”的液氢燃料在燃烧过程中，质量减少，热值不变 【变式3-2】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 ℃。（[q焦炭=3.0×107J/kg，c=4.2×103J/（kg·℃），在1个标准大气压下） 【变式3-3】我国自主品牌汽车通过技术革新和品质提升，越来越受到消费者的喜欢。某国产品牌汽车在平直公路上以25m/s的速度匀速行驶200s，消耗了汽油1kg。若汽车发动机的输出功率为92kW，汽油的热值。求： (1)求汽油完全燃烧放出的热量； (2)汽车牵引力所做的功； (3)发动机的效率。 一、单选题 1．下列说法中，正确的是（　　） A．热量总是从内能大的物体传递给内能小的物体 B．天然气燃烧越充分，其热值越大 C．物体吸收了热量，温度一定升高，内能不一定增加 D．比热容与物体质量多少、温度变化大小、吸热或放热的多少都无关 2．长征二号F遥十九运载火箭成功将神舟十九号载人飞船送入太空。下列说法正确的是（　　） A．飞船升空的过程中，处于平衡状态 B．火箭的燃料燃烧得越充分，热值越大 C．火箭“体内”的液氢燃料温度低至℃，内能为零 D．飞船从远地点向近地点运动时，重力势能转化为动能 3．下列是某同学学过内能的知识后整理的部分笔记。其中说法正确的是（　　） A．当燃料充分燃烧时，热值会变大 B．四冲程汽油机的吸气冲程，吸入的是汽油 C．用水作为汽车发动机的冷却剂，主要是因为水的比热容较小 D．煤的热值比干木柴的大，煤燃烧时放出的热量不一定比干木柴燃烧时放出的热量多 4．物理学是有趣的实验科学，估算是同学们必备的一种能力，如果将刚烧开的水倒入一次性杯子（装满），从倒入到可以喝的这一段时间内，水放出的热量大约是[c水=4.2×103J/（kg·℃）]（ ） A．500J B．5000J C．5×104J D．5×105J 5．周末，小明在某山景公园匀速登山，如图是公园的等高线图。以下解释正确的是（　　） A．从A点到达B点的过程中，小明上升的高度大于100 m B．从A点到达B点的过程中，小明的动能逐渐转化为势能 C．从A点绕100 m等高线匀速观光时，小明的机械能不变 D．在登顶过程中，小明位于200m等高线时的重力势能最大 6．小明用饮料瓶制作水火箭，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（如图），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，下列分析正确的是（　　） A．往水火箭里打气相当于内燃机的做功冲程 B．上升过程中，水火箭瓶内气体的内能减少 C．水从水火箭中喷出相当于内燃机的压缩冲程 D．该水火箭上升时，效率可达到100% 7．某汽车集团研发了一款汽车。该汽车发动机工作时，效率更高，动力更强劲。如图为其发动机某一冲程的示意图，下列说法正确的是（　　） A．该款汽车发动机使用的汽油的热值更大 B．如图所示为压缩冲程，内能转化为机械能，需要靠飞轮的惯性来完成 C．该款汽油机的吸气冲程，只用吸入汽油 D．若该汽油机飞轮的转速为1200/min，则在1s内汽油机对外做了10次功 8．根据表中提供的信息，下列判断正确的是（   ） 物质 比热容/［J/（kg·℃）］ 热值/（J/kg） 酒精 煤油 A．酒精和煤油吸收相同的热量，升高的温度可能相同 B．质量相同的酒精和煤油，升高相同的温度，酒精吸收的热量少 C．酒精不完全燃烧时，热值将变小 D．完全燃烧放出相同的热量，所需煤油的质量比酒精大 9．中国“天问一号”火星探测团队在2022年9月18日—22日国际宇航联合会上获“世界航天奖”。 “天问一号”火星探测器于2021年5月15日从距离火星表面125千米的高度，约2万千米/时的速度，经过三个减速阶段，距离火星表面100米时，反冲火箭启动，探测器处于悬停状态，完成精准避障后再打开降落伞缓速下降，成功登陆火星。以下说法正确的是（　　） A．打开降落伞减速下降时，探测器的动能不断减小，重力势能不断增加 B．打开降落伞减速下降时，探测器的动能不断减小，重力势能不断减小 C．发动机燃料燃烧不充分时燃料热值减小 D．反冲火箭的原理是将机械能转化为内能 二、填空题 10．某四冲程汽油机，若1分钟曲轴转动2400转，完成 个冲程，该汽油机每秒钟对外做功 次，做功冲程将内能转化为 能。 11．2024年9月25日，中国人民解放军火箭军向太平洋相关公海海域，成功发射一枚携载训练模拟弹头的洲际弹道导弹，准确落入预定海域。导弹升空时，燃料通过燃烧，燃气对导弹做功，将内能转化为导弹的 能，在导弹加速升空的过程中，导弹的动能 重力势能 。（选填“增大”“减小”或“不变”） 12．小霖利用图示装置测算酒精的热值。燃烧皿中酒精的质量为6g，烧杯中水的质量为200g，初温为23℃，点燃酒精，当水温升高到43℃时，酒精刚好燃烧完。该过程水吸收的热量 J。他想利用计算酒精的热值，他所测算出的热值与真实值相比偏 。（选填“大”或“小”）［］ 13．礼花喷射器结构如图所示，气罐内有高压气体，气罐通过气阀与纸筒相连。使用时，李明浩同学转动纸筒打开气阀，气体将纸筒内的礼花快速喷向远处。罐内气体内能 ，该过程能量转化方式与汽油机 冲程相同，射出的礼花受到 作用，在空中飘舞。 14．野外生存取火时，可用随身携带的引燃装置，在铜制活塞上放少量易燃物，将金属筒套在活塞上迅速下压，即可点燃易燃物，当用竖直向下、大小为200N的压力将筒套从如图所示位置迅速下压至最底端过程中，筒套压下的距离约0.05m，则压力做的功约为 J，活塞迅速下压过程中，活塞内的封闭气体内能 （选填“增加”或“减少”），此过程是 能转化为 能。 三、实验题 15．图甲、乙、丙为完全相同的装置，烧杯内液体的初温和质量相同。 (1)为比较不同燃料的放热本领，应选择 两图进行实验。在此实验中通过比较 （选填“加热时间”或“升高的温度”）来反映不同燃料放出热量的多少。 (2)为比较不同液体的比热容，应选择 两图进行实验。加热相同时间，温度升高 （选填“多”或“少”）的液体比热容大。 (3)图丁是比较a、b两种液体比热容实验中获得的图像，若不计热量的损失，a、b两种液体的比热容之比ca∶cb等于 。 四、计算题 16．如图是燃气灶烧水的情境，用此燃气灶加热温度为30℃质量为2kg的水，燃烧了1.0×102m3的天然气。【天然气热值q=4.2×102J/m3，比热容为4.2×103J/（kg·℃）】 求： (1)天然气完全燃烧放出的热量是多少？ (2)若天然气完全燃烧放出的热量有40%被水吸收，水的温度可升高多少℃？ 17．如图甲所示的轿车，采用氢气燃料工作，发动机的效率为50%。某次，该轿车在水平路面上以恒定功率P做直线运动，v-t图像如图乙所示。已知汽车（包括司乘人员）的总质量为1500kg，汽车行驶过程中所受阻力大小平均为车重的0.1倍，氢气的热值，取。求： (1)汽车所受阻力的大小： (2)在10~15s内汽车牵引力做的功； (3)该轿车保持此功率持续行驶1h，需要消耗多少氢气？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $