专题08 机械能与内能的相互转化（9大考点）-【压轴挑战】2025-2026 学年九年级物理上册同步培优训练（苏科版2024）

专题08 机械能与内能的相互转化 9大高频考点概览 考点01 热机的定义与种类（共3小题） 考点02 内燃机的四个冲程（共4小题） 考点03 四冲程的能量转化（共5小题） 考点04 内燃机工作循环的计算（共5小题） 考点05 燃料热值的概念（共3小题） 考点06 热值的简单计算（共6小题） 考点07 比较不同燃料的热值大小（共4小题） 考点08 热机的效率公式与计算（共8小题） 考点09 提高热机效率的方法（共3小题） 地 城 考点01 热机的定义与种类 1．如图所示情景中，下列说法错误的是（　　） A．图中糖块放在热咖啡中溶解较快，说明温度越高，分子运动越剧烈 B．图中通过做功的方式改变物体的内能，下滑过程中人减少的重力势能等于人增加的内能 C．图中实验虽然简单，却展示了蒸汽机的工作原理 D．图中“？”部分表示废气带走的能量 【答案】B 【解答】解：A．温度越高，分子的热运动越剧烈，糖块溶解的就会越快，故A正确； B．做功可以改变物体的内能，根据能量转化可知，下滑过程中人减少的机械能一部分转化为人的内能，还有一部分转化为空气的内能，故B错误； C．图中将内能转化为机械能，而蒸汽机就是利用这样的工作原理，故C正确； D．图中燃料燃烧，一部分用来做有用功，一部分用来做额外功，剩余部分被废气带走，故D正确。 故选：B。 2．2023年9月27日，长征四号丙运载火箭在酒泉卫星发射中心点火起飞，随后将遥感三十三号04星送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。该火箭发动机 　属于　 （选填“属于”或“不属于”）热机。 【答案】属于。 【解答】解：火箭属于热机的一种，它利用燃料燃烧得到的燃气内能来做功，推动火箭前进。 故答案为：属于。 3．2019年1月3日，我国“嫦娥四号”探测器在月球背面成功着陆，标志着我国探月工程取得了历史性突破。 （1）“嫦娥四号”到达月球上方后，高热值燃料发动机开始点火工作，该发动机　属于　 （属于/不属于）热机。“嫦娥四号”减速落月过程中，其动能不断　减小　 （增大/减小）。 （2）“嫦娥四号”降落到距月球表面100m时，开始悬停并寻找着陆点。悬停时，“嫦娥四号”发动机的推力为2.5×103N，则“嫦娥四号”在月球上的重力为　2.5×103　 N．“嫦娥四号”从100m高竖直降落到月球表面所用的时间为80s，其重力做的功的功率　3125　 W。 【答案】见试题解答内容 【解答】解：（1）“嫦娥四号”到达月球上方后，使用高热值燃料发动机开始点火工作，该发动机将燃料燃烧产生的内能转化为发动机的机械能，是热机； “嫦娥四号”减速落月过程中，质量减小，速度减小，其动能减小； （2）悬停时，“嫦娥四号”处于平衡状态，受到重力和发动机的推力一对平衡力的作用，大小相等，即G＝F＝2.5×103N； 重力做的功为：W＝Gh＝2.5×103N×100m＝2.5×105J； 其重力做的功的功率为：P3125W。 故答案为：（1）属于；减小；（2）2.5×103；3125。 地 城 考点02 内燃机的四个冲程 4．内燃机的一个工作循环有四个冲程，图中表示的是其中的　做功　 冲程，目前利用地热的主要方法是地热发电和地热供暖。若有85℃的地热水，质量为400t，经过散热器放热后的水温为35℃，则这些地热水放出了　8.4×1010　 J的热量。（c地热水＝4.2×103J/（kg•℃）） 【答案】见试题解答内容 【解答】解：图中两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，火花塞喷出电火花，是做功冲程； 热水的质量：m＝400t＝400×103kg， 热水放出的热量： Q放＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×400×103kg×（85℃﹣35℃）＝8.4×1010J。 故答案为：做功；8.4×1010。 5．如图表示的是汽油机的　做功　 冲程；在压缩冲程中，是通过　做功　 方式增加气体内能的。一台单缸四冲程柴油机转速为1200转/min，则柴油机1s内做功　10　 次。 【答案】见试题解答内容 【解答】解：如图，进气门和排气门都是关闭的，活塞下行，可以判断是做功冲程。 在压缩冲程中，消耗机械能，产生内能，就是通过做功的方式使得气体的内能增加； 若飞轮转速是1200r/min＝20r/s，表示每秒飞轮转动20圈，要经过40个冲程，对外做功10次。 故答案为：做功；做功；10。 6．一台单缸四冲程内燃机正常工作时的转速为1800r/min，该内燃机每秒共经历了　15　 个压缩冲程。选择水作为内燃机的冷却液，是利用水　比热容　 较大的特点。 【答案】见试题解答内容 【解答】解：已知转速为1800 r/min＝30r/s，四冲程内燃机曲轴转一圈，完成2个冲程，故内燃机每秒钟转30r，故共经过30×2＝60个冲程，即共经过15个工作循环，一个工作循环压缩冲程只有一次，故该内燃机每秒共经历了15个压缩冲程； 因为水的比热容大，相同质量的水和其它物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多，所以汽车发动机用循环水冷却。 故答案为：15；比热容。 7．科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同，在第四冲程结束后，立刻向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度降低，其内能　减小　 （选填“增大”、“减小”或“不变”），这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的　效率　 。为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程应是　排气　 冲程。 【答案】见试题解答内容 【解答】解：在做功冲程中，高温气体迅速膨胀对活塞做功，气体的内能减小，转化为机械能； 在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度降低；这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的效率； 一个工作循环最后一个冲程是排气冲程，所以为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是排气冲程。 故答案为：减小；效率；排气。 地 城 考点03 四冲程的能量转化 8．如图所示，准备一个盖好瓶盖的空矿泉水瓶（瓶内稍带点水珠），用力扭转瓶身数次后，瓶内气体体积减小，压强增大；稍稍转松瓶盖，瓶盖被猛地弹出去，同时发出“砰”的一声，有时还能看到少量“白气”。瓶盖被弹出去时，与下列哪个冲程原理相同（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【解答】解：瓶盖被弹出时，瓶内气体对瓶盖做功，将内能转化为机械能，瓶内气体的内能减小，温度降低； A、两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，因此是做功冲程，此过程中将内能转化为机械能； B、两个气门都关闭，活塞向上运动，因此是压缩冲程，此过程中将机械能转化为内能； C、一个气门关闭，另一个气门打开，活塞向下运动，该冲程为吸气冲程； D、一个气门关闭，另一个气门打开，活塞向上运动，该冲程为排气冲程；综合分析可知，瓶盖被弹出时，与A中的能量转化情况相同。 故选：A。 9．如图所示的四个热现象实验，下列说法正确的是（　　） A．图甲，抽去玻璃板后，两瓶中的气体逐渐混合均匀，说明分子间有间隙 B．图乙，推动活塞向下运动时的能量转化与内燃机的做功冲程相同 C．图丙，塞子飞出去过程中机械能转化为内能 D．图丁，在玻璃试管里装上一小半沙子，用力晃动试管十余下，发现插在沙子中的温度计示数升高，这是通过做功的方式改变物体的内能 【答案】D 【解答】解：A、图甲中抽去玻璃板后，两瓶中的气体逐渐混合，这是扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动，故A错误； B、图乙中厚玻璃筒内的空气被压缩时，活塞对空气做功，瓶内空气温度升高，空气的内能增加，与内燃机的压缩冲程相同，故B错误； C、图丙中试管中的水沸腾后，水蒸气将软塞子推出，即水蒸气对塞子做功，将水蒸气的内能转化机械能，故C错误； D、将装有一小半沙子的试管用力晃动多次，观察到温度计的示数升高，是由于沙子克服摩擦做功，机械能转化为内能，使沙子的内能增大，温度升高，这是通过做功方式改变物体的内能，故D正确。 故选：D。 10．如图甲所示是一台单缸四冲程汽油机工作状态示意图，此时它正处在　做功　 冲程，其能量转化情况与　乙　 （选填“乙”或“丙”）图相同。乙图中，试管口出现的“白雾”是　液化　 （填物态变化名称）形成的。 【答案】做功；乙；液化。 【解答】解：图甲中，汽油机两个气门都关闭，活塞向下运动，因此是做功冲程，内能转化为机械能；乙图中，燃着的酒精灯对试管中的水加热，加快水的蒸发，使试管中水的内能增大，体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能；丙图是用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧，是通过对物体做功来增大物体内能的，即是将机械能转化为内能的过程；因此与做功冲程中能量转化情况相同的是乙图实验。 乙图中，试管口出现的“白雾”是水蒸气遇冷液化形成的。故答案为：做功；乙；液化。 11．为培养学生动手能力，提高物理学科素养，金初九年级物理社团李老师在社团课中带领学生们制作了水火箭，如图是某水火箭的简易原理图。使用打气筒向水火箭内不断打气，当内部气体压强增大到一定程度时，会使水从水火箭中向下喷出，从而使水火箭升空。利用打气筒向水火箭内打气的过程，水火箭中空气的内能在 　增加　 ，此过程发生的能量转化与汽油机的 　压缩　 冲程相同。 【答案】增加；压缩。 【解答】解：利用打气筒向水火箭内打气的过程，打气筒对水火箭内的空气做功，将机械能转化为内能，使水火箭中空气的内能增加，内燃机的压缩冲程中，机械能转化为内能。该能量转化与热机中压缩冲程的能量转化相同。 故答案为：增加；压缩。 12．根据如图所示的四个热学实验，回答相关问题： （1）甲图，紧压两铅柱使它们合在一起，下面可以悬挂钩码，这说明 　分子间存在引力　 。 （2）乙图，试管内的水沸腾一段时间后，水蒸气将橡胶塞推出，水蒸气的内能转化为橡胶塞的 　机械能　 。 （3）丙图，抽掉玻璃板后，两瓶中气体会混合在一起，颜色逐渐变均匀，这属于 　扩散　 现象。 （4）丁图，是四冲程汽油机工作过程中 　压缩　 冲程的示意图。 【答案】见试题解答内容 【解答】解：（1）紧压两铅柱，两块铅柱分子间距离大于分子间平衡位置，分子间产生了引力，所以紧压两铅柱能合在一起，下面可以悬挂钩码。 （2）水蒸气推动橡皮塞运动，水蒸气的内能转化为橡皮塞的机械能。 （3）二氧化氮气体比空气的密度大，空气要处于二氧化氮气体的上方，所以装二氧化氮气体的应是下方的瓶子，二氧化氮的颜色是红棕色的，作用显示分子的运动（便于观察扩散现象），扩散现象说明分子在不停地做无规则运动； （4）由图可知，进气门和排气门都是关闭的，活塞上行，因此是压缩冲程。 故答案为：（1）分子之间存在引力；（2）机械能；（3）扩散；（4）压缩。 地 城 考点04 内燃机工作循环的计算 13．图1甲为注射器，在室温恒为T1的环境中，老师快速向下推动活塞压缩针筒内的气体后松手，活塞即刻被向上弹起，此过程中针筒内均处于密封，针筒内物质均处于气态，针筒内气体温度随时间变化图像如图1乙，（由于气体分子间距比较大，此实验过程不考虑分子势能的变化），则说法正确的是（　　） ①活塞下压时，是通过热传递改变针筒内气体的内能 ②t1−t2过程的能量转化与图2乙相同 ③密封气体在t2时刻的内能小于t3时刻的内能 ④活塞静止后，密封气体的温度最终保持在T2 ⑤图2丙存在内能转化成机械能的过程 ⑥图2是四冲程柴油机的工作示意图 ⑦若图2内燃机飞轮转动速度为3600r/min，则每秒完成涉及内能和机械能相互转化的冲程有60次 A．①⑤⑦ B．②⑤⑦ C．②④⑥ D．①③④ 【答案】B 【解答】解：①活塞下压时，压缩气体做功，是通过做功改变针筒内气体的内能，故①错误； ②乙图是内燃机的压缩冲程，该过程是机械能转为内能，应该对应的是密封气体内能增加的那一段过程，即t1～t2过程，故②正确； ③由图知道，密闭气体的质量不变，t2时刻温度比t3时刻的高，因此t2时刻气体内能更大，故③错误； ④装置会与周围的空气发生热传递，最终会与室温平衡，温度相等，所以最终温度为T1，故④错误； ⑤图2丙中，两气门都关闭，活塞下行，是做功冲程，将内能转化为机械能，故⑤正确； ⑥图2顶部有火花塞，是四冲程汽油机的工作示意图，故⑥错误； ⑦若图2内燃机飞轮转动速度为3600r/min＝60r/s，表示每秒飞轮转动60周，完成30个工作循环，对外做功30次，由于做功冲程将内能转化为机械能、压缩冲程将机械能转化为内能，则每秒完成内能和机械能相互转化的冲程有60次，故⑦正确。 故选：B。 14．小明用塑料矿泉水瓶进行了如下探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（图甲）；扭转瓶子（图乙），轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，瓶内气体的内能 　减小　 （增大/减小/不变），同时瓶内出现白雾。此时能量转化与丙、丁图中汽油机 　丙　 （丙/丁）的工作过程一致，若某台汽油机1s内对外做功20次，则飞轮转速是 　2400　 r/min。 【答案】减小；丙；2400。 【解答】解：（1）当瓶盖被瓶内的气体冲出时，是瓶内气体对瓶盖做功，内能转化为机械能，瓶内气体的内能减小，这一过程与四冲程内燃机的做功冲程相似，故这个过程与图丙冲程相似； （2）如果此汽油机每秒内对外做功20次，则每秒完成20个工作循环，飞轮每秒转40圈，即每分钟转2400圈，所以，飞轮的转速为2400r/min。 故答案为：减小；丙；2400。 15．一单缸四冲程内燃机，功率为60kW，飞轮转速是3600r/min，活塞移动的距离（即冲程长）为50cm，活塞的横截面积为100cm2．则在一个工作循环中，单缸内燃机一个工作循环（活塞每次）燃气做功为　2000　 J．气缸内燃气的平均压强　4×105　 Pa。 【答案】见试题解答内容 【解答】解： （1）飞轮转速3600r/min60r/s， 每秒飞轮转动60转，内燃机经过30个工作循环，燃气对活塞做功30次； 内燃机每秒做功： W＝Pt＝60000W×1s＝60000J， 单缸内燃机一个工作循环（活塞每次）燃气做功： W′2000J， （2）由W′＝Fs可得燃气对活塞的平均压力： F4000N， 燃气对活塞的平均压强： p4×105Pa。 故答案为：2000；4×105。 16．某型号汽车在车型测试中，在一段平直的公路上以80km/h的速度匀速行驶了6km，消耗汽油1.5L．已知汽油密度为ρ汽油＝0.7×103kg/m3，汽油的热值q汽油＝4.5×107J/kg．假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为40%，则该型号汽车在以此速度匀速行驶的过程中，受到的阻力是多大？ 【答案】见试题解答内容 【解答】解：（1）汽油的质量m＝ρ汽油V＝0.7×103kg/m3×1.5×10﹣3m3＝1.05kg； Q放＝mq汽油＝1.05kg×4.5×107J/kg＝4.725×107J， 由效率公式η可得，牵引力做的功：W＝ηQ放＝40%×4.725×107J＝1.89×107J。 （2）由功的公式W＝Fs可得，汽车的牵引力：F3.15×103N， 因为汽车做匀速直线运动， 所以阻力f＝F＝3.15×103N。 答：汽车在此过程中，受到的阻力是3.15×103N。 17．某单缸汽油发动机气缸的活塞面积是100cm2，做功冲程中活塞移动的距离是0.2m，气体的平均压强是5.0×105Pa，汽油的热值是4.6×107J/kg每次做功耗油0.1g，若汽油完全燃烧。求： （1）气体一次膨胀对活塞做的功是多少？ （2）每次做功时燃烧汽油放出的热量是多少？ 【答案】见试题解答内容 【解答】解：（1）气体一次膨胀对活塞的压力： F＝PS＝5.0×105Pa×0.01m2＝5000N， 气体一次膨胀对活塞做的功： W＝FL＝5000N×0.2m＝1000J。 （2）每次做功时燃烧汽油放出的热量： Q放＝mq＝0.1×10﹣3kg×4.6×107J/kg＝4600J。 答：（1）气体一次膨胀对活塞做的功是1000J； （2）每次做功时燃烧汽油放出的热量是4600J。 地 城 考点05 燃料热值的概念 18．下列说法中错误的是（　　） A．温度为0摄氏度的物体一定有内能 B．燃料的热值越大，燃烧时放出的热量越多 C．物体内能增大，可能从外界吸收了热量，也可能外界对物体做了功 D．烈日炎炎的海边，沙子烫脚而海水凉凉的，这是由于水的比热容大于沙石的比热容 【答案】B 【解答】解： A、一切物体在任何时候都具有内能。所以0℃度以下的物体也有内能，故A正确； B、燃料燃烧放出热量的多少不但与燃料的热值有关，还与燃料燃烧的程度及其质量有关，故B错误； C、物体内能增大，可能从外界吸收了热量，也可能外界对物体做了功，故C正确； D、烈日当空的海边，沙子烫脚而海水凉凉的，这是由于水的比热容比沙子的大，吸收相等的热量，水升高的温度较小，水的温度较低，故D正确。 故选：B。 19．如图所示，长征二号F遥十七运载火箭搭载神舟十七号载人飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，长征二号F遥十七运载火箭选用偏二甲肼为燃料，这是因为偏二甲肼具有较大的 　热值　 ；在发射架下方的池子里储存大量的水，原因是水的 　比热容　 比较大，升温时会吸收较多的热量，然后在汽化时又吸收热量，保护火箭发射架不被高温毁坏。 【答案】热值；比热容。 【解答】解：运载火箭用偏二甲肼为燃料是因为它有较大的热值，完全燃烧相同质量的偏二甲肼和其它燃料，偏二甲肼释放的内能较多。 因为水的比热容较大，在相同条件下，可以吸收更多的热，从而保护发射塔不被高温烧毁。 故答案为：热值；比热容。 20．火箭搭载飞船升空过程中：使用液氢做燃料最主要的原因是 　液态氢具有较高的热值　 ；火箭外壳与空气摩擦会发热，这是因为 　通过做功改变外壳的内能　 ；宇航员座椅的质量不变，是因为 　座椅所含物质的多少没有变化　 。 【答案】液态氢具有较高的热值；通过做功改变外壳的内能；座椅所含物质的多少没有变化 【解答】解：火箭采用液氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的氢时，可以放出更多的热量。 火箭外壳与空气相互摩擦，把机械能转化为内能，使火箭外壳内能增加，温度升高而发热，这是通过做功改变外壳的内能； 火箭升空过程中，宇航员座椅的位置发生变化，但所含物质的多少没有变化，所以宇航员座椅的质量不变。 故答案为：液态氢具有较高的热值；通过做功改变外壳的内能；座椅所含物质的多少没有变化。 地 城 考点06 热值的简单计算 21．如图甲、乙所示，相同烧杯装有质量相等的水，分别用a、b两种燃料进行加热，燃料完全燃烧的质量分别为ma、mb且ma：mb＝2：1。此过程中，甲、乙烧杯中水的温度与加热时间的关系如图丙所示，若同一杯水单位时间内吸收的热量相同，不计热量损失和水质量的变化，则下列说法正确的是（　　） A．甲、乙烧杯中的水从开始加热至刚沸腾时吸收的热量之比为3：5 B．整个过程中，燃料a、b完全燃烧放出的热量之比为5：3 C．甲、乙烧杯中的水在相同时间内吸收热量之比为10：9 D．燃料a、b的热值之比为5：9 【答案】D 【解答】解： A、由题意和图像可知，甲、乙两烧杯中水的质量相等，水的初温相同、其末温也相同，且两杯水的比热容相同，则两杯水升高的温度相同，所以根据Q吸＝cmΔt可知，甲、乙烧杯中的水从开始加热至刚沸腾时吸收的热量相等，即吸收的热量之比为1：1，故A错误； BC、设每杯水从开始加热至刚沸腾时吸收的热量为Q， 由图像和题意可知，甲、乙烧杯中的水从开始加热到沸腾时，甲用时3min，乙用时5min，且同一杯水单位时间内吸收的热量相同，则甲杯中的水每分钟吸热为Q，乙杯中的水每分钟吸热为Q， 由此可知，甲、乙烧杯中的水在相同时间内吸收热量之比为Q：Q＝5：3，故C错误； 又由图像可知，整个过程中，甲杯中的水被加热4min，乙杯中的水被加热6min， 则整个过程中，两杯水吸收热量之比为Q甲吸总：Q乙吸总10：9， 不计热量损失和水质量的变化，则燃料完全燃烧放出的热量等于水吸收的热量，所以整个过程中，燃料a、b完全燃烧放出的热量之比Q放a：Q放b＝10：9，故B错误； D、由B可知，整个过程中，燃料a、b完全燃烧放出的热量之比为10：9，已知ma：mb＝2：1， 则燃料a、b的热值之比为： ：5：9，故D正确。 故选：D。 22．用两套如图甲所示的相同装置，完成课本实验①“探究不同物质吸热升温现象”和实验②“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”。实验①②中燃料点燃直至燃尽，烧杯内液体的温度随时间变化的图像均如图乙所示（不计热损失）。以下判断正确的是（　　） A．实验①②都要控制燃料质量和液体质量相等 B．实验①②都通过温度计上升的示数反映吸收热量的多少 C．若图像一、二为实验①的数据所绘，则两种物质比热容之比为1：4 D．若图像一、二为实验②的数据所绘，则两种燃料的热值之比为5：4 【答案】C 【解答】解A．比较不同物质吸热升温，则需要燃料种类、加热时间相同，比较质量和初温相同的液体升高的温度；比较不同燃料燃烧热值大小，要用不同的燃料，加热质量相同的同种液体，所以两个实验中都要控制杯中液体质量相等，而燃料质量不一定相等，故A不符合题意； B．实验①使用相同的燃料（或加热器）通过加热时间的长短来比较吸热多少，而实验②用不同的燃料，加热质量相同的同种液体，通过温度计上升的示数反映吸收热量的多少。故B不符合题意； C．“不同物质吸热升温的现象”中，由探究①由绘制出的两种液体温度随时间变化的关系图像，升高10℃，图像一对应物质的加热时间为10分钟（注意是均匀升温）；而图像二对应物质的加热时间为40分钟；由转换法可知，两种物质吸收热量之比为 Q1：Q2＝10min：40min＝1：4 根据Q＝cmΔt，图像一和图像二表示两种物质的比热容之比为 c1：c2＝1：4 故C符合题意； D．不同燃料充分燃烧放热的现象中，燃料完全燃料（燃料质量相同），图像一对应的物质升高 Δt1＝50℃﹣30℃＝20℃ 图像二对应的物质升高 Δt2＝40℃﹣30℃＝10℃ 而同种液体的质量相同，根据Q＝cmΔt，吸热多少与升高的温度成正比，两种物质吸热之比为 Q1′：Q2′＝20℃：10℃＝2：1 根据，在燃料质量相同的条件下，吸热与热值成正比，故图像一和图像二表示两种燃料的热值之比为 q1：q2＝2：1 故D不符合题意。 故选C。 23．“自嗨锅”成为当下一种时尚快餐，很受年轻人喜爱。它里面的发热包在将0.5kg水从20℃加热至沸腾（标准气压下）的过程中，提供给水的热量至少为 　1.68×105J　 。如果用酒精灯给0.5kg水加热升高同样温度，需要 　0.0112　 kg酒精。[假设酒精完全燃烧有50%的热量被水吸收c水＝4.2×103J/（kg•℃），q酒精＝3×107J/kg] 【答案】1.68×105J；0.0112。 【解答】解：标准大气压下水沸腾时的温度为100℃， 则水吸收的热量为：Q吸＝c水m水（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×0.5kg×（100℃﹣20℃）＝1.68×105J； 由η可知需要酒精完全燃烧放出的热量为：Q放3.36×105J， 由Q放＝q酒精m酒精可知需要酒精的质量为：m酒精0.0112kg。 故答案为：1.68×105J；0.0112。 24．小刚同学常听大人们牢骚说天然气质量不好，他就想测一下家中使用的天然气的热值。于是，他在家里将装有5kg水的水壶放到天然气灶上去烧，用温度计测量水从20℃加热至80℃的过程中，观察到天然气表的数字变化了0.07m3。他通过上网查阅得知他家使用的天然气灶的效率约为36%，则在这个过程中水吸收的热量是 　1.26×106J　 。由此小明算出天然气的热值是 　5×107J/m3　 。 【答案】（1）在这个过程中水吸收的热量是1.26×106J； （2）天然气的热值是5×107J/m3。 【解答】解：（1）水吸收的热量：Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×5kg×（80℃﹣20℃）＝1.26×106J； （2）天然气放出的热量Q放3.5×106J， 天然气的热值q5×107J/m3。 答：（1）在这个过程中水吸收的热量是1.26×106J； （2）天然气的热值是5×107J/m3。 25．小明组装了如图所示的装置探究“煤油和菜籽油的热值大小”。 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 煤油 20 80 菜籽油 20 50 （1）为了保证实验结论可靠，小明选择了两套相同装置，在实验中要控制甲、乙两烧杯内水的初温及 　质量　 相等，煤油和菜籽油的质量相等； （2）实验中测得数据如表所示，根据数据可知 　煤油　 的热值较大； （3）小明还想利用该实验测量出煤油的热值，于是添加了天平。利用此实验方法计算出煤油的热值将比真实值 　偏小　 （选填“偏大”或“偏小”），其理由是 　存在热损失　 （写出一个即可）。 【答案】质量；煤油；偏小；存在热损失。 【解答】解：（1）要探究煤油和菜籽油热值大小，因燃料放出的热量与质量有关，必须控制燃料的质量相等，由于水吸收热量后升高的温度受水的质量的影响，所以在实验中应控制水的初温及质量相等。 （2）煤油和菜籽油的质量相同，烧杯中水的质量相同，由图表数据可知甲杯中的水温度升高的较多，吸收的热量较多，所以煤油的热值较大。 （3）由于燃料并不可能完全燃烧，燃料燃烧放出的热量一部分会散失到空气中，又或被烧杯等实验装置吸了部分热量，使Q放大于Q吸，因此计算出煤油和菜籽油的热值比实际要偏小些。 故答案为：（1）质量；（2）煤油；（3）偏小；存在热损失。 26．一款无人驾驶汽车在某段公路上测试时消耗汽油2kg，废气带走的能量占汽油完全燃烧放出的热量的42%（q汽油＝4.5×107J/kg），求： （1）消耗的汽油完全燃烧放出的热量； （2）在1标准大气压下，假如这些废气带走的能量全部被质量为100kg、温度为20℃的水吸收，水升高的温度是多少。 【答案】（1）汽油完全燃烧放出的热量是9×107J； （2）水升高的温度为80℃。 【解答】解：（1）根据Q放＝m汽油q汽油得出消耗的汽油完全燃烧放出的热量Q放＝m汽油q汽油＝2kg×4.5×107J/kg＝9×107J； （2）水吸收的热量Q吸＝Q废气＝42%Q放＝42%×9×107J＝3.78×107J， 根据由Q吸＝cmΔt得出水升高的温度 ， 1个标准大气压下，水的沸点是100℃，故水的温度只能上升到100℃。 水升高的温度是Δt'＝100℃﹣20℃＝80℃。 答：（1）汽油完全燃烧放出的热量是9×107J； （2）水升高的温度为80℃。 地 城 考点07 比较不同燃料的热值大小 27．小明利用三套完全相同的装置完成如图1所示的实验，液体1和2的质量相同，燃料A和B的质量也相同，三组实验均至燃料燃尽时的液体温度变化如图所示。 （1）实验前所测液体的初温均如图2所示，示数t0为 　16　 ℃。 （2）比较不同燃料热值大小，应选择图1中的 　乙、丙　 两组实验； （3）分析图3可知：小明准备自制一支液体温度计，应选液体 　2　 （选填“1”或“2”）作为测温液体；不计热量损失，燃料A和B的热值之比为 　3：2　 。 【答案】（1）16；（2）乙、丙；（3）2；2：3。 【解答】解：（1）重新安装后，小明所测液体的初温均如图2所示，示数为24℃； （2）为了比较热值大小要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，应选择乙、丙两图进行实验； （3）相同的加热装置，加热相同时间，液体1和液体2质量和吸热相同，乙升温快，乙的比热容小，选取测温液体时，应选用比热容小的液体2； 根据图3的乙、丙两图线可知，燃料完全燃烧后，液体2升高的温度变化量之比为4℃：6℃＝2：3，根据Q吸＝cmΔt可知液体2吸收的热量之比为Q乙：Q丙＝2：3；设燃料完全燃烧且放出的热量全被液体吸收，燃料A和B的质量也相同，根据Q放＝qm可知，燃料A和B的热值之比为qA：qB＝Q丙：Q乙＝3：2。 故答案为：（1）16；（2）乙、丙；（3）2；2：3。 28．如图甲所示，小明用该装置粗测花生米的热值，过程如下：用电子秤取30g水放入烧杯中，将温度传感器插入水中，并连接电脑；取0.7g花生米穿在细铁丝上，点燃花生米，立即移到烧杯正下方，给水加热，传感器获得温度一时间的图像如图乙所示。（c水＝4.2×103J/（kg•℃）） （1）实验中花生米燃烧放出的热量是通过 　水升高的温度　 来显示； （2）①实验过程中老师提醒小明要适当转动花生米。这样做的目的是 　使花生米完全燃烧　 ； ②根据乙图像，粗略测得花生米的热值为 　5.4×106　 J/kg。在实验中小明看到花生米燃烧冒大量的黑烟，这会导致测得的热值 　小于　 真实值。 【答案】（1）水升高的温度；（2）使花生米完全燃烧；5.4×106；小于。 【解答】解：（1）本实验采用转换法，通过水升高的温度来间接表示花生米燃烧放出热量的多少； （2）实验过程中适当转动花生米，可以使花生米燃烧充分； 根据乙图像，根据Q＝cmΔt可以求得，水吸收的热量： Q＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×30×10﹣3kg×（44.6﹣14.6）℃＝3780J， Q吸＝Q放，q5.4×106J/kg； 由于热量没有全部被吸收，因此这种计算方法不准确，计算结果与真实值相比偏小。 故答案为：（1）水升高的温度；（2）使花生米完全燃烧；5.4×106；小于。 29．如图所示，小明利用甲、乙、丙三套完全相同的装置，完成下面两个热学实验。 （1）为了比较水和煤油的吸热本领的大小，他应选择 　甲、丙　 （填“甲、乙”“乙、丙”或“甲、丙”）两套装置。 ①实验应控制水和煤油的质量、初温相同，分别用两个相同的酒精灯对其加热。小明通过 　加热时间　 （填“加热时间”或“温度计上升的示数”）来比较水和煤油吸收热量的多少； ②经过实验得出了水和煤油温度随时间的变化如图丁a、b所示，根据图丁可判断出 　水　 （填“水”或“煤油”）的吸热能力强，若不计整个实验过程中的热量损失，根据图丁信息可以得到煤油的比热容是 　2.1×103　 J/（kg•℃）。 （2）为比较不同燃料的热值，小明选择了乙、丙两套装置，他分别在加热器中放入相同质量的不同燃料，同时点燃后对质量和初温相等的同种液体加热，直至燃料完全燃烧。实验通过 　温度计上升的示数　 （填“加热时间”或“温度计上升的示数”）来比较不同燃料完全燃烧放出热量多少。 【答案】（1）甲、丙；①加热时间；②水；2.1×103；（2）温度计上升的示数。 【解答】解：（1）为了比较水和煤油的吸热本领的大小，应选用相同的燃料加热（即相同的热源），目的是在相同的时间内两种物质吸收的热量相同，故选择甲、丙两套装置； ①实验时应控制水和煤油的质量和初温相同；用相同的燃料加热，液体在相等时间内吸收的热量相等，在此实验中，液体吸收热量的多少是通过加热时间来比较的； ②由图丁可知，升高的温度均为20℃时（从10℃加热到30℃），水需要的加热时间（6min）大于煤油需要的加热时间（3min），即水需吸收的热量比煤油多，由Q＝cmΔt可知，水的比热容比煤油大，因此水的吸热能力更强； 由图可知，水和煤油变化的温度均为20℃时，Q水＝2Q油，可知：c水m水Δt＝2c油m油Δt，解得煤油的比热容为2.1×103J/（kg•℃）； （2）由以上分析可知，实验时应比较相同质量的酒精与纸完全燃尽后液体升高的温度，即根据温度计上升的示数比较燃料热值的大小； 故答案为：（1）甲、丙；①加热时间；②水；2.1×103；（2）温度计上升的示数。 30．（1）为了比较水和食用油的吸热能力，小明用两个相同的装置做了如图甲所示的实验。 ①在两个相同的烧杯中应加入质量相同的水和食用油。实验中选用相同电加热器的目的是：使水和食用油在相同时间内 　吸收热量相同　 ； ②水和食用油温度随时间变化如图乙所示，根据图甲可判断出a物质是 　水　 。根据图甲、乙计算出食用油比热容是 　2.1×103　 [水的比热容为]； （2）如图丙所示，为比较酒精和碎纸片的热值，用两只同规格的烧杯装相等质量的水，取质量相等的酒精和碎纸片，分别放入两个燃烧皿中，点燃给烧杯加热，直到酒精和碎纸片完全燃烧完，通过比较 　液体升高的温度　 来比较酒精和碎纸片热值的大小。 【答案】（1）吸收的热量相同；（2）水；2.1×103；（3）液体升高的温度。 【解答】解：（1）①本实验是探究不同物质的吸热能力，所以要保持水和食用油的质量相同； 选用相同的电加热器目的是：使水和煤油在相同时间内吸收相同的热量； （2）图甲中可知：Va＜Vb，ρ水＞ρ煤油，根据ρ可知：质量相同时，V水＜V煤油，可判断出a物质是水，b物质是食用油； 根据Q＝cmΔt可知，在质量和升高的温度相同的情况下，吸热与比热容成正比，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），可得食用油的比热容为： c4.2×103J/（kg•℃）＝2.1×103J/（kg•℃）； （3）实验时为了控制变量，应用天平分别测出等质量的酒精和碎纸屑，将其放入装置中的燃烧皿内； 因燃料的热值不能直接测量，但燃料燃烧放出的热量可以被水吸收，从而使水温发生变化，所以可以通过水升高的温度来比较燃料热值的大小关系。 故答案为：（1）吸收的热量相同；（2）水；2.1×103；（3）液体升高的温度。 地 城 考点08 热机的效率公式与计算 31．如图甲、乙分别是某汽油机的某冲程及能量流向图。下列有关说法正确的是（　　） A．甲图是压缩冲程，工作时将内能转化为机械能 B．由乙图可知该汽油机的效率是30% C．汽车尾气中的“汽油味”越浓燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值 D．汽油机飞轮转速若为1200r/min，则1s内完成40个冲程，对外做功10次 【答案】D 【解答】解：A、图中两个阀门都关闭，活塞上移，表明该冲程是压缩冲程，压缩冲程中机械能转化为内能，故A错误； B、热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，由图可知，输出有用机械能所占比例为：100%﹣36%﹣30%﹣6%＝28%，即该汽油机的效率为28%，故B错误； C、热值是燃料本身的一种特性，只与燃料本身决定，和燃料的质量、放出热量的多少、燃烧是否充分、温度高低无关，故C错误； D、汽油机的飞轮转2转完成4个冲程，对外做功1次，已知汽油机飞轮转速为1200r/min＝20r/s，即ls内，汽油机的飞轮转20转，则1s内，汽油机完成40个冲程，对外做功10次，故D正确。 故选：D。 32．某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9km，用时5min45s，消耗燃油1.5kg，已知汽车的质量为2t，匀速行驶时所受阻力为车重的0.1倍，燃油的热值为4.6×107J/kg，g＝10N/kg，假设燃油完全燃烧。通过计算可知，下列计算结果错误的是（　　） ①汽车行驶速度是20m/s ②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是6.9×107J ③汽车牵引力做功的功率是30kW ④汽车发动机的效率是20% A．① B．③ C．①和④ D．②和④ 【答案】B 【解答】解：①汽车行驶的时间为：t＝5min45s＝345s， 汽车的行驶速度为：v20m/s，故①正确； ②消耗的燃油完全燃烧放出的热量为： Q放＝mq＝1.5kg×4.6×107J/kg＝6.9×107J，故②正确； ③汽车匀速行驶时所受牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等， 所以汽车匀速行驶时所受牵引力为： F＝f＝0.1G＝0.1mg＝0.1×2×103kg×10N/kg＝2×103N， 汽车牵引力做功的功率是： PFv＝2×103N×20m/s＝4×104W＝40kW，故③错误； ④该汽车牵引力所做的功为： W＝Fs＝2×103N×6.9×103m＝1.38×107J， 汽车发动机的效率η100%100%＝20%，故④正确。 故选：B。 33．汽油机甲，飞轮每分钟转2400转，则1s做功 　20　 次，内能转化为机械能的冲程是 　做功　 冲程，此过程汽油机的汽缸容积为150cm3，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为2.0×106Pa，则汽油机甲做功冲程一次对外做功 　300　 J；若汽油机甲与汽油机乙的效率比值为5：2，汽油机甲的功率是乙的2.5倍，甲、乙汽油机相同时间的油耗（质量）之比为 　1：1　 （汽油的热值为4.8×107J/kg）。 【答案】20；做功；300；1：1。 【解答】解：汽油机甲，飞轮每分钟转2400转，每秒转40转，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1次，所以1s汽油机甲的对外做功次数为20次； 内能转化为机械能的冲程是做功冲程； 此过程汽油机的汽缸容积为150cm3，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为2.0×106Pa，则汽油机甲满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为2.0×106Pa， 根据压强公式p可知，燃气的平均压力为F＝pS；根据体积公式V＝SL可知，活塞冲程长为L，则做功冲程一次对外做的功： W＝FL＝pSpV＝2.0×106Pa×150×10﹣6m3＝300J； 因汽油机甲的功率是乙的2.5倍，所以相同时间内，甲乙两汽油机所做有用功之比为2.5：1、 又因汽油机甲与汽油机乙的效率比值为5：2、且汽油的热值相等； 故η甲：η乙可变为；5/2＝2.5m乙：m甲， 解之得：m甲：m乙＝1：1 故答案为：20；做功；300；1：1。 34．一款无人驾驶汽车在测试时以某一速度在平直的公路上匀速行驶了一段距离，消耗汽油1L。汽油机的效率为30%，那么，在这段行驶过程中[q油＝4.5×107J/kg，ρ汽油＝0.8×103kg/m3]。求： （1）1L汽油完全燃烧放出的热量是多少？ （2）若汽车在上述路段行驶时受到的阻力是1000N，那么汽车在这段路上行驶的路程是多少千米？ 【答案】（1）1L汽油完全燃烧放出的热量是3.6×107J； （2）汽车在这段路上行驶的路程是10.8km。 【解答】解：（1）由ρ可得，1L汽油的质量为： m＝ρV＝0.8×103kg/m3×1×10﹣3m3＝0.8kg， 1L汽油完全燃烧放出的热量： ； （2）汽油机的效率为30%，汽油机输出的机械功为： ， 汽车在上述路段匀速行驶，受到的牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等，则牵引力为： F＝f＝1000N，由W＝Fs可得，汽车在这段路上行驶的路程： 。 答：（1）1L汽油完全燃烧放出的热量是3.6×107J； （2）汽车在这段路上行驶的路程是10.8km。 35．如图所示，某新型SUV汽车在一平直公路上进行驾驶测试，以某一速度做匀速直线运动。在这段行驶中汽车共消耗汽油10L，发动机的效率为30%，ρ汽油＝0.7×103kg/m3，q汽油＝4.5×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃），求： （1）10L汽油完全燃烧放出的热量； （2）若发动机用于做有用功的那部分能量全部被水吸收，可使质量为250kg、初温20℃的水温度升高到多少摄氏度？（气压为1个标准大气压） （3）请你说出一种提高热机效率的方法。 【答案】（1）10L汽油完全燃烧放出的热量为3.15×108J； （2）可使质量为250kg、初温20℃的水温度升高到100摄氏度； （3）要提高效率，首先使燃料充分燃烧，利用尾气带走的热量，涂润滑油减小摩擦，使燃料充分燃烧。 【解答】解：（1）由ρ可得， 汽油的质量m汽油＝ρ汽油V汽油＝0.7×103kg/m3×10×10﹣3m3＝7kg； 10L汽油完全燃烧放出的热量Q放＝m汽油q汽油＝7kg×4.5×107J/kg＝3.15×108J； （2）由η可得， W有＝ηQ放＝30%×3.15×108J＝9.45×107J； 由Q＝cmΔt可得， 水升高的温度Δt90℃， t＝90℃+20℃＝110℃， 因为是在一个标准大气压下，水的沸点是100℃，所以水温升高到100℃。 （3）要提高效率，首先使燃料充分燃烧，利用尾气带走的热量，涂润滑油减小摩擦，使燃料充分燃烧。 答：（1）10L汽油完全燃烧放出的热量为3.15×108J； （2）可使质量为250kg、初温20℃的水温度升高到100摄氏度； （3）要提高效率，首先使燃料充分燃烧，利用尾气带走的热量，涂润滑油减小摩擦，使燃料充分燃烧。 36．某汽车在一段平直的公路上匀速行驶，汽车以50km/h的速度匀速直线行驶了0.6h。汽车所受的阻力与速度的图象如图所示。且行驶过程中消耗了12.5×10﹣3m3燃油（假设燃油完全燃烧）。若燃油的密度ρ＝0.8×103kg/m3，热值q＝4×107J/kg，求： （1）汽车牵引力所做的功； （2）燃油放出的总热量Q是多少？ （3）汽车的热机效率。 【答案】（1）汽车牵引力所做的功为1.2×108J； （2）燃油放出的总热量为4×108J； （3）汽车的热机效率为30%。 【解答】解：（1）当车速为50km/h时，由图可知此时汽车所受的阻力为f＝4000N， 由二力平衡的条件可知汽车的牵引力为：F＝f＝4000N， 汽车行驶的路程为：s＝vt＝50km/h×0.6h＝30km＝30000m， 则汽车牵引力做的功为：W＝Fs＝4000N×30000m＝1.2×108J； （2）已知消耗燃油的体积为V＝12.5×10﹣3m3， 则消耗燃油的质量为：m＝ρV＝0.8×103kg/m3×12.5×10﹣3m3＝10kg， 则燃油完全燃烧放出的热量为：Q放＝qm＝4×107J/kg×10kg＝4×108J； （3）汽车的热机效率为：η30%。 答：（1）汽车牵引力所做的功为1.2×108J； （2）燃油放出的总热量为4×108J； （3）汽车的热机效率为30%。 37．2023年5月28日上午，我国首架自行研制、拥有自主知识产权的喷气式客机C919如图所示，首次试飞历时2h从上海到北京，开启了商业载客飞行。 （1）已知上海到北京航程为1100km，求C919由上海飞往北京的平均速度； （2）C919飞机满载时质量为72吨，起落架轮胎和地面的总接触面积为0.4m2，则飞机静止在机场上时对地面的压强为多少？ （3）C919在高空水平定速巡航时，受到的阻力为1.15×105N，若某次飞行时定速巡航飞行了4km，已知飞机发动机的效率为25%，试求定速巡航这段过程需要消耗多少千克汽油？（已知汽油热值为4.6×107J/kg，g＝10N/kg） 【答案】（1）C919由上海飞往北京的平均速度为550km/h； （2）飞机静止在水平地面时对地面的压强为1.8×105Pa； （3）定速巡航这段过程需要消耗40kg的煤油。 【解答】解：（1）C919由上海飞往北京的平均速度为： v550km/h； （2）飞机静止在水平地面时对地面的压力： F＝G＝mg＝72×103kg×10N/kg＝7.2×105N， 对地面的压强： p1.8×105Pa； （3）C919在高空水平直线定速巡航时，牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等，即F＝f＝1.15×105N， 则牵引力做的功为： W＝Fs＝1.15×105N×4×103m＝4.6×108J， 煤油完全燃烧产生的热量为： Q放1.84×109J， 则需要消耗的煤油质量为： m40kg。 答：（1）C919由上海飞往北京的平均速度为550km/h； （2）飞机静止在水平地面时对地面的压强为1.8×105Pa； （3）定速巡航这段过程需要消耗40kg的煤油。 38．如图所示是正在耕作的稻田插秧机，它匀速直线行驶时对水平地面的压力为104N，受到的阻力为4×103N，车轮与地面的总接触面积为0.8m2。若插秧机以0.4m/s的速度匀速直线行驶5000m，并在前进过程中同时进行插秧。若插秧时所做的功和前进时牵引力所做的功均视为有用功，且大小相同。（g＝10N/kg，柴油热值取4.0×107J/kg）求： （1）插秧机匀速行驶时，对水平地面的压强； （2）插秧机匀速行驶时，牵引力做功的功率； （3）若发动机的效率为40%，这一过程中插秧机所消耗的柴油为多少kg？ 【答案】（1）插秧机匀速行驶时，对水平地面的压强为1.25×104Pa； （2）插秧机匀速行驶时，牵引力做功的功率为1600W； （3）若发动机的效率为40%，这一过程中插秧机所消耗的柴油为2.5kg。 【解答】解：（1）插秧机匀速行驶时，对水平地面的压强：p1.25×104Pa； （2）插秧机匀速行驶时，牵引力与受到的阻力是一对平衡力， 根据二力平衡条件可知，牵引力的大小F牵＝f＝4×103N， 插秧机匀速行驶时，牵引力做功的功率：P＝Fv＝4×103N×0.4m/s＝1600W； （3）牵引力所做的功：W＝Fs＝4×103N×5000m＝2×107J， 插秧时所做的功和前进时牵引力所做的功均视为有用功，且大小相同，所以W有＝2W＝2×2×107J＝4×107J， 由η可知，消耗的柴油完全燃烧放出的热量：Q放1×108J， 由Q放＝mq可知，柴油的质量：m2.5kg。 答：（1）插秧机匀速行驶时，对水平地面的压强为1.25×104Pa； （2）插秧机匀速行驶时，牵引力做功的功率为1600W； （3）若发动机的效率为40%，这一过程中插秧机所消耗的柴油为2.5kg。 地 城 考点09 提高热机效率的方法 39．如图甲、乙分别是某单缸四冲程汽油机的某冲程示意图及能量流向图，已知该汽油机的飞轮转速为2400r/min，汽油的热值为4.6×107J/kg。下列说法正确的是（　　） A．图甲是做功冲程，该冲程是依靠飞轮的惯性完成的 B．该汽油机每秒对外做功10次 C．该汽油机完全燃烧2kg汽油可输出有用机械能2.576×107J D．增加废气带走的热量可以提高热机的效率 【答案】C 【解答】解：A．图甲中，两气门关闭，活塞下行，是做功冲程，该冲程是依靠缸内气体推动活塞完成的，故A错误； B．每个工作循环曲轴转2周，活塞上下往复2次，做功1次。该汽油机的飞轮转速为 2400r/min2400r/60s＝40r/s 该汽油机每秒对外做功20次，故B错误； C．该汽油机完全燃烧2kg汽油放出的热量为 Q＝qm＝4.6×107J/kg×2kg＝9.2×107J 汽油机的效率为 η＝100%﹣6%﹣30%﹣36%＝28% 可输出有用机械能为 W＝ηQ＝28%×9.2×107J＝2.576×107J 故C正确； D．增加废气带走的热量会损失更多热量，会降低热机的效率，故D错误。 故选：C。 40．下列关于热值和热机效率的描述，正确的是（　　） A．使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率，这是因为提高了燃料的热值 B．使用热值大的燃料，就可以提高热机效率 C．汽油机工作时，做功冲程为飞轮提供动力，其它冲程的完成主要依靠飞轮的惯性力 D．甲柴油机的效率比乙的效率高，燃烧质量相同的同种燃料，甲机器对外做的功比乙大 【答案】D 【解答】解：A．热值是物质本身的一种特性，与燃料的种类有关，与燃料燃烧是否充分无关，故A错误，不符合题意； B．使燃料燃烧更充分，保证良好的润滑，减小摩擦，减少热损失，都可以提高热机效率；使用热值大的燃料，不一定能提高热机效率，故B错误，不符合题意； C．汽油机有四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，在做功冲程中把内能转化为机械能，对外提供动力，其它三个冲程要靠飞轮的惯性来完成，故C错误，不符合题意； D．燃烧质量相同的燃料，放出的热量相同，甲柴油机的效率比乙的效率高，由知道，甲柴油机将燃料燃烧放出的热量变成有用功的能量比乙大，故D正确，符合题意。 故选：D。 41．一辆汽车在某段水平公路上匀速行驶，共消耗了4kg的汽油，牵引力做功4.6×107J。已知该汽车的发动机为四冲程汽油机，汽油的热值为4.6×107J/kg，下列有关说法错误的是（　　） A．该行驶过程中汽油机的效率为25% B．使燃料燃烧的更充分，可以提高热机效率 C．四冲程汽油机的做功冲程将机械能转化为内能 D．汽车刹车时，轮胎的温度会升高，这个过程主要是通过做功改变物体的内能 【答案】C 【解答】解： A、4kg的汽油完全燃烧，放出的热量：Q＝mq汽油＝4kg×4.6×107J/kg＝1.84×108J； 汽车发动机的效率为：η25%；故A正确； B、热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，使燃料燃烧更充分，可以提高燃料的利用率，可以提高热机效率，故B正确； C、四冲程汽油机的做功冲程将内能转化为机械能，故C错误； D、汽车刹车时，克服摩擦做功，轮胎温度会升高，这个过程主要是做功改变了物体的内能，故D正确； 故选：C。 试卷第1页，共3页 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题08 机械能与内能的相互转化 9大高频考点概览 考点01 热机的定义与种类（共3小题） 考点02 内燃机的四个冲程（共4小题） 考点03 四冲程的能量转化（共5小题） 考点04 内燃机工作循环的计算（共5小题） 考点05 燃料热值的概念（共3小题） 考点06 热值的简单计算（共6小题） 考点07 比较不同燃料的热值大小（共4小题） 考点08 热机的效率公式与计算（共8小题） 考点09 提高热机效率的方法（共3小题） 地 城 考点01 热机的定义与种类 1．如图所示情景中，下列说法错误的是（　　） A．图中糖块放在热咖啡中溶解较快，说明温度越高，分子运动越剧烈 B．图中通过做功的方式改变物体的内能，下滑过程中人减少的重力势能等于人增加的内能 C．图中实验虽然简单，却展示了蒸汽机的工作原理 D．图中“？”部分表示废气带走的能量 2．2023年9月27日，长征四号丙运载火箭在酒泉卫星发射中心点火起飞，随后将遥感三十三号04星送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。该火箭发动机 　 　 （选填“属于”或“不属于”）热机。 3．2019年1月3日，我国“嫦娥四号”探测器在月球背面成功着陆，标志着我国探月工程取得了历史性突破。 （1）“嫦娥四号”到达月球上方后，高热值燃料发动机开始点火工作，该发动机　 　 （属于/不属于）热机。“嫦娥四号”减速落月过程中，其动能不断　 　 （增大/减小）。 （2）“嫦娥四号”降落到距月球表面100m时，开始悬停并寻找着陆点。悬停时，“嫦娥四号”发动机的推力为2.5×103N，则“嫦娥四号”在月球上的重力为　　 　　 N．“嫦娥四号”从100m高竖直降落到月球表面所用的时间为80s，其重力做的功的功率　 　 W。 地 城 考点02 内燃机的四个冲程 4．内燃机的一个工作循环有四个冲程，图中表示的是其中的　做功　 冲程，目前利用地热的主要方法是地热发电和地热供暖。若有85℃的地热水，质量为400t，经过散热器放热后的水温为35℃，则这些地热水放出了　 　　 J的热量。（c地热水＝4.2×103J/（kg•℃）） 5．如图表示的是汽油机的　 　 冲程；在压缩冲程中，是通过　 　 方式增加气体内能的。一台单缸四冲程柴油机转速为1200转/min，则柴油机1s内做功　 　 次。 6．一台单缸四冲程内燃机正常工作时的转速为1800r/min，该内燃机每秒共经历了　 　个压缩冲程。选择水作为内燃机的冷却液，是利用水　　 　 较大的特点。 7．科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同，在第四冲程结束后，立刻向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度降低，其内能　 　（选填“增大”、“减小”或“不变”），这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的　 　 。为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程应是 冲程。 地 城 考点03 四冲程的能量转化 8．如图所示，准备一个盖好瓶盖的空矿泉水瓶（瓶内稍带点水珠），用力扭转瓶身数次后，瓶内气体体积减小，压强增大；稍稍转松瓶盖，瓶盖被猛地弹出去，同时发出“砰”的一声，有时还能看到少量“白气”。瓶盖被弹出去时，与下列哪个冲程原理相同（　　） A． B． C． D． 9．如图所示的四个热现象实验，下列说法正确的是（　　） A．图甲，抽去玻璃板后，两瓶中的气体逐渐混合均匀，说明分子间有间隙 B．图乙，推动活塞向下运动时的能量转化与内燃机的做功冲程相同 C．图丙，塞子飞出去过程中机械能转化为内能 D．图丁，在玻璃试管里装上一小半沙子，用力晃动试管十余下，发现插在沙子中的温度计示数升高，这是通过做功的方式改变物体的内能 10．如图甲所示是一台单缸四冲程汽油机工作状态示意图，此时它正处在　 　 冲程，其能量转化情况与　 　 （选填“乙”或“丙”）图相同。乙图中，试管口出现的“白雾”是　 　 （填物态变化名称）形成的。 11．为培养学生动手能力，提高物理学科素养，金初九年级物理社团李老师在社团课中带领学生们制作了水火箭，如图是某水火箭的简易原理图。使用打气筒向水火箭内不断打气，当内部气体压强增大到一定程度时，会使水从水火箭中向下喷出，从而使水火箭升空。利用打气筒向水火箭内打气的过程，水火箭中空气的内能在 　 　 ，此过程发生的能量转化与汽油机的 　 　 冲程相同。 12．根据如图所示的四个热学实验，回答相关问题： （1）甲图，紧压两铅柱使它们合在一起，下面可以悬挂钩码，这说明 　　 　 　 。 （2）乙图，试管内的水沸腾一段时间后，水蒸气将橡胶塞推出，水蒸气的内能转化为橡胶塞的　 　 。 （3）丙图，抽掉玻璃板后，两瓶中气体会混合在一起，颜色逐渐变均匀，这属于　 　 现象。 （4）丁图，是四冲程汽油机工作过程中 　 　 冲程的示意图。 地 城 考点04 内燃机工作循环的计算 13．图1甲为注射器，在室温恒为T1的环境中，老师快速向下推动活塞压缩针筒内的气体后松手，活塞即刻被向上弹起，此过程中针筒内均处于密封，针筒内物质均处于气态，针筒内气体温度随时间变化图像如图1乙，（由于气体分子间距比较大，此实验过程不考虑分子势能的变化），则说法正确的是（　　） ①活塞下压时，是通过热传递改变针筒内气体的内能 ②t1−t2过程的能量转化与图2乙相同 ③密封气体在t2时刻的内能小于t3时刻的内能 ④活塞静止后，密封气体的温度最终保持在T2 ⑤图2丙存在内能转化成机械能的过程 ⑥图2是四冲程柴油机的工作示意图 ⑦若图2内燃机飞轮转动速度为3600r/min，则每秒完成涉及内能和机械能相互转化的冲程有60次 A．①⑤⑦ B．②⑤⑦ C．②④⑥ D．①③④ 14．小明用塑料矿泉水瓶进行了如下探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（图甲）；扭转瓶子（图乙），轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，瓶内气体的内能 　 　 （增大/减小/不变），同时瓶内出现白雾。此时能量转化与丙、丁图中汽油机　 　 （丙/丁）的工作过程一致，若某台汽油机1s内对外做功20次，则飞轮转速是 　 　 r/min。 15．一单缸四冲程内燃机，功率为60kW，飞轮转速是3600r/min，活塞移动的距离（即冲程长）为50cm，活塞的横截面积为100cm2．则在一个工作循环中，单缸内燃机一个工作循环（活塞每次）燃气做功为　 　 　 J．气缸内燃气的平均压强　 　 Pa。 16．某型号汽车在车型测试中，在一段平直的公路上以80km/h的速度匀速行驶了6km，消耗汽油1.5L．已知汽油密度为ρ汽油＝0.7×103kg/m3，汽油的热值q汽油＝4.5×107J/kg．假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为40%，则该型号汽车在以此速度匀速行驶的过程中，受到的阻力是多大？ 17．某单缸汽油发动机气缸的活塞面积是100cm2，做功冲程中活塞移动的距离是0.2m，气体的平均压强是5.0×105Pa，汽油的热值是4.6×107J/kg每次做功耗油0.1g，若汽油完全燃烧。求： （1）气体一次膨胀对活塞做的功是多少？ （2）每次做功时燃烧汽油放出的热量是多少？ 地 城 考点05 燃料热值的概念 18．下列说法中错误的是（　　） A．温度为0摄氏度的物体一定有内能 B．燃料的热值越大，燃烧时放出的热量越多 C．物体内能增大，可能从外界吸收了热量，也可能外界对物体做了功 D．烈日炎炎的海边，沙子烫脚而海水凉凉的，这是由于水的比热容大于沙石的比热容 19．如图所示，长征二号F遥十七运载火箭搭载神舟十七号载人飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，长征二号F遥十七运载火箭选用偏二甲肼为燃料，这是因为偏二甲肼具有较大的　 　 ；在发射架下方的池子里储存大量的水，原因是水的 　 　 比较大，升温时会吸收较多的热量，然后在汽化时又吸收热量，保护火箭发射架不被高温毁坏。 20．火箭搭载飞船升空过程中：使用液氢做燃料最主要的原因是 　　 　　 　　 　　 ；火箭外壳与空气摩擦会发热，这是因为 　　 　　 　　 　　 　　 　　 ；宇航员座椅的质量不变，是因为 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 。 地 城 考点06 热值的简单计算 21．如图甲、乙所示，相同烧杯装有质量相等的水，分别用a、b两种燃料进行加热，燃料完全燃烧的质量分别为ma、mb且ma：mb＝2：1。此过程中，甲、乙烧杯中水的温度与加热时间的关系如图丙所示，若同一杯水单位时间内吸收的热量相同，不计热量损失和水质量的变化，则下列说法正确的是（　　） A．甲、乙烧杯中的水从开始加热至刚沸腾时吸收的热量之比为3：5 B．整个过程中，燃料a、b完全燃烧放出的热量之比为5：3 C．甲、乙烧杯中的水在相同时间内吸收热量之比为10：9 D．燃料a、b的热值之比为5：9 22．用两套如图甲所示的相同装置，完成课本实验①“探究不同物质吸热升温现象”和实验②“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”。实验①②中燃料点燃直至燃尽，烧杯内液体的温度随时间变化的图像均如图乙所示（不计热损失）。以下判断正确的是（　　） A．实验①②都要控制燃料质量和液体质量相等 B．实验①②都通过温度计上升的示数反映吸收热量的多少 C．若图像一、二为实验①的数据所绘，则两种物质比热容之比为1：4 D．若图像一、二为实验②的数据所绘，则两种燃料的热值之比为5：4 23．“自嗨锅”成为当下一种时尚快餐，很受年轻人喜爱。它里面的发热包在将0.5kg水从20℃加热至沸腾（标准气压下）的过程中，提供给水的热量至少为 　　 　　 。如果用酒精灯给0.5kg水加热升高同样温度，需要 　 　 kg酒精。[假设酒精完全燃烧有50%的热量被水吸收c水＝4.2×103J/（kg•℃），q酒精＝3×107J/kg] 24．小刚同学常听大人们牢骚说天然气质量不好，他就想测一下家中使用的天然气的热值。于是，他在家里将装有5kg水的水壶放到天然气灶上去烧，用温度计测量水从20℃加热至80℃的过程中，观察到天然气表的数字变化了0.07m3。他通过上网查阅得知他家使用的天然气灶的效率约为36%，则在这个过程中水吸收的热量是 　　 　 。由此小明算出天然气的热值是 　 　　 。 25．小明组装了如图所示的装置探究“煤油和菜籽油的热值大小”。 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 煤油 20 80 菜籽油 20 50 （1）为了保证实验结论可靠，小明选择了两套相同装置，在实验中要控制甲、乙两烧杯内水的初温及　 　 相等，煤油和菜籽油的质量相等； （2）实验中测得数据如表所示，根据数据可知 　 　 的热值较大； （3）小明还想利用该实验测量出煤油的热值，于是添加了天平。利用此实验方法计算出煤油的热值将比真实值 　　 　 （选填“偏大”或“偏小”），其理由是 　　 　 　 （写出一个即可）。 26．一款无人驾驶汽车在某段公路上测试时消耗汽油2kg，废气带走的能量占汽油完全燃烧放出的热量的42%（q汽油＝4.5×107J/kg），求： （1）消耗的汽油完全燃烧放出的热量； （2）在1标准大气压下，假如这些废气带走的能量全部被质量为100kg、温度为20℃的水吸收，水升高的温度是多少。 地 城 考点07 比较不同燃料的热值大小 27．小明利用三套完全相同的装置完成如图1所示的实验，液体1和2的质量相同，燃料A和B的质量也相同，三组实验均至燃料燃尽时的液体温度变化如图所示。 （1）实验前所测液体的初温均如图2所示，示数t0为　 　 ℃。 （2）比较不同燃料热值大小，应选择图1中的 　 　　 两组实验； （3）分析图3可知：小明准备自制一支液体温度计，应选液体 　 　（选填“1”或“2”）作为测温液体；不计热量损失，燃料A和B的热值之比为 　 　。 28．如图甲所示，小明用该装置粗测花生米的热值，过程如下：用电子秤取30g水放入烧杯中，将温度传感器插入水中，并连接电脑；取0.7g花生米穿在细铁丝上，点燃花生米，立即移到烧杯正下方，给水加热，传感器获得温度一时间的图像如图乙所示。（c水＝4.2×103J/（kg•℃）） （1）实验中花生米燃烧放出的热量是通过 　　 　　 　　 来显示； （2）①实验过程中老师提醒小明要适当转动花生米。这样做的目的是 　　 　　 　　 ； ②根据乙图像，粗略测得花生米的热值为 　 　　 　 J/kg。在实验中小明看到花生米燃烧冒大量的黑烟，这会导致测得的热值 　 　 真实值。 29．如图所示，小明利用甲、乙、丙三套完全相同的装置，完成下面两个热学实验。 （1）为了比较水和煤油的吸热本领的大小，他应选择 　 　 （填“甲、乙”“乙、丙”或“甲、丙”）两套装置。 ①实验应控制水和煤油的质量、初温相同，分别用两个相同的酒精灯对其加热。小明通过 　　 　 （填“加热时间”或“温度计上升的示数”）来比较水和煤油吸收热量的多少； ②经过实验得出了水和煤油温度随时间的变化如图丁a、b所示，根据图丁可判断出 　 　 （填“水”或“煤油”）的吸热能力强，若不计整个实验过程中的热量损失，根据图丁信息可以得到煤油的比热容是 　　 　　 J/（kg•℃）。 （2）为比较不同燃料的热值，小明选择了乙、丙两套装置，他分别在加热器中放入相同质量的不同燃料，同时点燃后对质量和初温相等的同种液体加热，直至燃料完全燃烧。实验通过 　　 　　 　 （填“加热时间”或“温度计上升的示数”）来比较不同燃料完全燃烧放出热量多少。 30．（1）为了比较水和食用油的吸热能力，小明用两个相同的装置做了如图甲所示的实验。 ①在两个相同的烧杯中应加入质量相同的水和食用油。实验中选用相同电加热器的目的是：使水和食用油在相同时间内 　　 　　 　　 ； ②水和食用油温度随时间变化如图乙所示，根据图甲可判断出a物质是　 　 。根据图甲、乙计算出食用油比热容是 　　 　 [水的比热容为]； （2）如图丙所示，为比较酒精和碎纸片的热值，用两只同规格的烧杯装相等质量的水，取质量相等的酒精和碎纸片，分别放入两个燃烧皿中，点燃给烧杯加热，直到酒精和碎纸片完全燃烧完，通过比较 　　 　 　 　　 　　 　　 来比较酒精和碎纸片热值的大小。 地 城 考点08 热机的效率公式与计算 31．如图甲、乙分别是某汽油机的某冲程及能量流向图。下列有关说法正确的是（　　） A．甲图是压缩冲程，工作时将内能转化为机械能 B．由乙图可知该汽油机的效率是30% C．汽车尾气中的“汽油味”越浓燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值 D．汽油机飞轮转速若为1200r/min，则1s内完成40个冲程，对外做功10次 32．某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9km，用时5min45s，消耗燃油1.5kg，已知汽车的质量为2t，匀速行驶时所受阻力为车重的0.1倍，燃油的热值为4.6×107J/kg，g＝10N/kg，假设燃油完全燃烧。通过计算可知，下列计算结果错误的是（　　） ①汽车行驶速度是20m/s ②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是6.9×107J ③汽车牵引力做功的功率是30kW ④汽车发动机的效率是20% A．① B．③ C．①和④ D．②和④ 33．汽油机甲，飞轮每分钟转2400转，则1s做功　 　 次，内能转化为机械能的冲程是　 　 冲程，此过程汽油机的汽缸容积为150cm3，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为2.0×106Pa，则汽油机甲做功冲程一次对外做功　 　J；若汽油机甲与汽油机乙的效率比值为5：2，汽油机甲的功率是乙的2.5倍，甲、乙汽油机相同时间的油耗（质量）之比为　 　 （汽油的热值为4.8×107J/kg）。 34．一款无人驾驶汽车在测试时以某一速度在平直的公路上匀速行驶了一段距离，消耗汽油1L。汽油机的效率为30%，那么，在这段行驶过程中[q油＝4.5×107J/kg，ρ汽油＝0.8×103kg/m3]。求： （1）1L汽油完全燃烧放出的热量是多少？ （2）若汽车在上述路段行驶时受到的阻力是1000N，那么汽车在这段路上行驶的路程是多少千米？ 35．如图所示，某新型SUV汽车在一平直公路上进行驾驶测试，以某一速度做匀速直线运动。在这段行驶中汽车共消耗汽油10L，发动机的效率为30%，ρ汽油＝0.7×103kg/m3，q汽油＝4.5×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃），求： （1）10L汽油完全燃烧放出的热量； （2）若发动机用于做有用功的那部分能量全部被水吸收，可使质量为250kg、初温20℃的水温度升高到多少摄氏度？（气压为1个标准大气压） （3）请你说出一种提高热机效率的方法。 36．某汽车在一段平直的公路上匀速行驶，汽车以50km/h的速度匀速直线行驶了0.6h。汽车所受的阻力与速度的图象如图所示。且行驶过程中消耗了12.5×10﹣3m3燃油（假设燃油完全燃烧）。若燃油的密度ρ＝0.8×103kg/m3，热值q＝4×107J/kg，求： （1）汽车牵引力所做的功； （2）燃油放出的总热量Q是多少？ （3）汽车的热机效率。 37．2023年5月28日上午，我国首架自行研制、拥有自主知识产权的喷气式客机C919如图所示，首次试飞历时2h从上海到北京，开启了商业载客飞行。 （1）已知上海到北京航程为1100km，求C919由上海飞往北京的平均速度； （2）C919飞机满载时质量为72吨，起落架轮胎和地面的总接触面积为0.4m2，则飞机静止在机场上时对地面的压强为多少？ （3）C919在高空水平定速巡航时，受到的阻力为1.15×105N，若某次飞行时定速巡航飞行了4km，已知飞机发动机的效率为25%，试求定速巡航这段过程需要消耗多少千克汽油？（已知汽油热值为4.6×107J/kg，g＝10N/kg） 38．如图所示是正在耕作的稻田插秧机，它匀速直线行驶时对水平地面的压力为104N，受到的阻力为4×103N，车轮与地面的总接触面积为0.8m2。若插秧机以0.4m/s的速度匀速直线行驶5000m，并在前进过程中同时进行插秧。若插秧时所做的功和前进时牵引力所做的功均视为有用功，且大小相同。（g＝10N/kg，柴油热值取4.0×107J/kg）求： （1）插秧机匀速行驶时，对水平地面的压强； （2）插秧机匀速行驶时，牵引力做功的功率； （3）若发动机的效率为40%，这一过程中插秧机所消耗的柴油为多少kg？ 地 城 考点09 提高热机效率的方法 39．如图甲、乙分别是某单缸四冲程汽油机的某冲程示意图及能量流向图，已知该汽油机的飞轮转速为2400r/min，汽油的热值为4.6×107J/kg。下列说法正确的是（　　） A．图甲是做功冲程，该冲程是依靠飞轮的惯性完成的 B．该汽油机每秒对外做功10次 C．该汽油机完全燃烧2kg汽油可输出有用机械能2.576×107J D．增加废气带走的热量可以提高热机的效率 40．下列关于热值和热机效率的描述，正确的是（　　） A．使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率，这是因为提高了燃料的热值 B．使用热值大的燃料，就可以提高热机效率 C．汽油机工作时，做功冲程为飞轮提供动力，其它冲程的完成主要依靠飞轮的惯性力 D．甲柴油机的效率比乙的效率高，燃烧质量相同的同种燃料，甲机器对外做的功比乙大 41．一辆汽车在某段水平公路上匀速行驶，共消耗了4kg的汽油，牵引力做功4.6×107J。已知该汽车的发动机为四冲程汽油机，汽油的热值为4.6×107J/kg，下列有关说法错误的是（　　） A．该行驶过程中汽油机的效率为25% B．使燃料燃烧的更充分，可以提高热机效率 C．四冲程汽油机的做功冲程将机械能转化为内能 D．汽车刹车时，轮胎的温度会升高，这个过程主要是通过做功改变物体的内能 试卷第1页，共3页 / 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