内容正文:
【第十二章机械能和内能】
四、机械能与内能的相互转化
一、单选题
1.礼花筒内的高压空气膨胀,将彩带喷向空中,产生喜庆的效果。则高压空气膨胀过程中( )
A.对外做功内能增加 B.分子热运动加剧
C.内能转化为机械能 D.向外界传递能量
2.如图所示的酒精灯,酒精用去一些,有关剩余的酒精说法错误的是( )
A.密度不变 B.内能不变 C.热值不变 D.比热容不变
3.如图所示,有关这个小小蒸汽轮机的说法不正确的是( )
A.酒精燃烧时将内能转化为化学能
B.水吸热发生了汽化现象
C.蒸汽的内能转化为轮子的机械能
D.内能的一个重要应用是可以用来做功
4.小丹同学在笔记本上记录了以下四条结论,其中错误的是( )
A.煤油温度计是根据液体热胀冷缩的性质制成的
B.家用洗衣机是典型的热机
C.受到平衡力作用的物体一定保持静止状态或匀速直线运动状态
D.物体是由大量分子组成的
5.2024年3月20日,探月工程四期鹊桥二号中继通信卫星由长征八号遥三运载火箭发射升空。如图所示的是火箭加速升空时的情境,下列描述正确的是( )
A.火箭加速上升过程中受到平衡力的作用
B.中继通信卫星到达太空后失去惯性
C.中继通信卫星的机械能增加
D.火箭的动能转化为重力势能
6.利用一燃气热水器对质量为10kg、初温为20℃的水进行加热,完全燃烧了0.105m3的煤气。已知水的比热容为4.2×103J/(kg•℃),煤气的热值为4×107J/m3,该热水器烧水的效率是50%,关于上述过程,下列说法正确的是( )
①煤气完全燃烧放出的热量是4.2×106J
②水吸收的热量是4.2×106J
③水温升高了50℃
④加热过程中水的内能保持不变
A.只有①④ B.只有②④ C.只有①③ D.只有②③
7.如图所示,对于图片中所描述的物理过程,下列分析中正确的是( )
A.甲图中厚玻璃瓶内的空气被压缩,空气内能减少
B.乙图中瓶子内的空气推动塞子跳起时,瓶子内空气的内能增加
C.丙图中气缸的气体推动活塞向下运动时,气缸内气体的内能减少
D.丁甲图中试管内的水蒸气推动了塞子冲出时,水蒸气的内能增大.
8.已知物体的动能表达式为EK=mv2,其中m 为物体的质量,v 为物体的运动速度。如图所示,质量m1=8kg的平顶小车静止在光滑的水平轨道上,车顶与左侧光滑平台等高,平台上放置质量m2=2kg的小物块,小物块以5m/s 的初速度向右运动,滑上小车。最终小物块静止在小车上,并以1m/s 的速度一起向右运动。若此过程中机械能全 部转化为内能,且全部被小物块吸收,则能使小物块的温度升高多少?[小物块的比热容为2×103J/(kg·℃)] ( )
A.2.5×10-4℃ B.1×10-3℃
C.5×10-3℃ D.6.25×10-3℃
二、多选题
9.如图所示,甲、乙、丙的装置完全相同,燃料的质量相同,不考虑热量损失。下列选项正确的是( )
A.比较不同液体的比热容,可以选择甲、丙两图
B.比较不同燃料的热值,可以选择甲、乙两图
C.对比甲、丙两图,升高相同温度若液体a需要的时间长,则液体a的吸热能力弱
D.对比甲、乙两图,加热相同时间后(燃料剩余质量不相等)图甲中液体a的末温更高,则燃料1的热值更高
10.如图所示,四冲程汽油机做功冲程的示意图。汽油燃烧产生高温高压的气推动活塞向下运动。在活塞向下运动的过程中,汽缸内气体的( )
A.内能减少 B.温度降低
C.压强减小 D.分子热运动加快
11.某校初三年级的学生参观了学校锅炉房后,提出了以下几种提高炉子效率的建议,其中应采纳的是( )
A.鼓风机向炉膛内吹风,把煤粒吹起来燃烧
B.向炉内多加些煤,加大火力
C.煤磨成粉,用空气吹进炉膛
D.用各种办法增大受热面积
12.随着人们生活水平的不断提高,汽车作为常用的交通工具逐步步入寻常百姓家。有关汽车中各部件的下列说法,正确的是( )
A.汽油机可将内能转化为机械能
B.安全带可以防止紧急刹车时由于惯性造成的伤害
C.通过技术改进,汽油机效率可达100%
D.给汽车蓄电池充电是电能转化为化学能
13.总质量为1500kg的老四轮小汽车每条轮胎与地面的接触面积为0.03m2,该车以72km/h的速度由小明家沿水平直路行驶到学校用0.5h,消耗了2kg汽油,汽油的热值为q=4.5×107J/kg。已知汽车在行驶过程中受到的阻力是车重的0.05倍,g=10N/kg。则( )
A.汽车对地面的压强为5×104Pa
B.小明家到学校的距离36m
C.在此过程中汽车牵引力做的功2.7×107J
D.在此过程中汽车能量的利用率为30%
14.东北农村家家有“宰年猪、庆新年”的习俗。如图是小王家在院内支起铁锅,用木柴烧水烹猪肉的场景,下列说法正确的是( )
A.远远闻到猪肉的香味是扩散现象
B.锅内猪肉温度升高是通过热传递改变其内能
C.水和猪肉增加的内能等于木柴燃烧放出的热量
D.水蒸气推动锅盖的过程与汽油机做功冲程能量转化相同
15.2021年6月,搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭,在酒泉卫星发射中心点火发射。顺利将三名航天员送入太空,发射取得圆满成功。下列说法正确的是( )
A.火箭上升时,以神舟十二飞船为参照物,运载火箭是静止的
B.火箭加速上升过程中,神舟十二飞船的运动状态不变
C.火箭喷气发动机工作时将内能转化为机械能
D.火箭升空利用了物体间力的作用是相互的
16.关于如图所示的实验,下列说法正确的是( )
A.胶塞冲出时看到“白气”说明物体对外做功内能增加
B.“白气”是水蒸气液化生成,说明物体对外做功内能减小
C.胶塞冲出时看到“白气”这个过程中内能转化为机械能
D.酒精灯燃烧的过程,内能转化为化学能
三、填空题
17.一个四冲程热机飞轮的转速是2400r/min,它1s对外做功 次。除做功冲程外的其他三个冲程靠飞轮的 来完成。
18.汽油机是热机的一种,如图所示是四冲程汽油机工作状态示意图,由图可以看出,此时它正处在 冲程。某台汽油机功率2000W,一次循环对外做功200J,则飞轮的转速为 r/min。
19.2024年4月25日,我国成功发射“神舟十八号”载人航天飞船。火箭通常使用液态氢作为燃料,其原因是液态氢具有较大的 ;火箭升空时,会与大气层发生剧烈摩擦,其表面温度会升高,这是通过 的方式改变了火箭的内能;为了防止火箭温度过高,在火箭表面涂上一种易熔化、汽化的特殊涂料,涂料熔化、汽化吸热使火箭的内能减少,这是通过 的方式改变火箭的内能。
20.某同学家使用燃气热水器,平均每天需将100kg的水从18℃加热到58℃。若天然气完全燃饶放出热量的70%被水吸收,则热水器平均每天消耗天然气 m³。[c水=4.2×103J/(kg⋅℃),q天然气=4.0×107J/m³]。
21.汽车已成为大家的代步工具,已知一辆汽车在平直公路上匀速行驶10km,消耗燃油0.5kg,已知汽车的牵引力是1150N,则汽车发动机的效率是 。(燃油的热值取)
22. 我市出租车大量使用天然气为燃料,已知天然气的热值q=4×107J/m3。若出租车发动机消耗0.1m3的天然气,则可放出 J的热量,同时可对外输出1×106J的机械能,此出租车发动机的效率为 。
23.一台单缸四冲程柴油机在工作运行中,共消耗了5kg的柴油,这些柴油完全燃烧放出的热量是 J,若此柴油机只做了6.27×107J的有用功,则它的热机效率为 。(q柴油=3.3×107 J/kg)
24.如图所示是一盏“走马灯”,点燃底部蜡烛,热空气密度 (选填“变大”或“变小”)上升驱动扇叶转动,观众惊奇地看到纸片小人的影子动了起来。加热使空气上升驱动扇叶转动的能量转化过程与四冲程汽油机的 冲程相同。
四、实验探究题
25.为比较酒精和汽油热值的大小,制定了以下实验方案:
(1)取质量 (选“相同”或“不相同”)的酒精和汽油作燃料,制成酒精灯和汽油灯;
(2)两灯同时点燃后分别给两杯质量和初温都相同的水加热(烧杯质量相同,如图乙所示);
(3)通过观察水温的变化,由此判断两种燃料热值的大小:
请根据上面的设计方案回答:
①如图中温度计的读数是 oC。当两灯的燃料 (选填“燃烧相同时间”或“完全燃烧完后”),甲装置中温度计读数是80 oC,而乙装置的读数是90 oC。由此判断 的热值比较大;
②根据计算出水吸收的热量,然后利用这个热量计算出汽油的热值,发现结果与资料中给出的汽油热值相比 (选填:“偏大”或“偏小”)了,结合装置图,分析原因可能是(写一条): 。
26.如图所示,无摩擦的轨道装置固定在水平桌面上。轨道前半部分是弧形的,后半部分是水平的。装置配套有三个质量不同、体积相同的金属球,把一个金属球从轨道上方某处由静止释放后,它会沿轨道一直运动到末端,离开轨道后,球会在空中继续飞行,最后掉到水平地面上。(忽略空气阻力)
请完成:
(1)金属球从4运动到B的过程中,它的 能转化为 能:
(2)小明猜想:
猜想;金属球的质量越大,它在空中运动的水平距离s就越大:
猜想二:球静止释放时的高度越高,它在空中运动的水平距离s就越大。设计实验(可自选测器材).验证猜想一是否正确,
①写出实验步骤(可图文结合)。
②验证猜想是否正确的依据。
五、计算题
27.塔里木油田是我国累计产气最多的特大型整装优质气田区.该油田向我国东部地区输送天然气超过800亿立方米,惠泽我国14个省市自治区的80多个大中型城市3亿居民.
(1)从物理角度来看,则每输送100m3的天然气就相当于输送了多少焦的能量?(天然气的热值为8.4×107J/m3).
(2)若100m3的天然气完全燃烧放出的热量的80%被水吸收,可以使多少千克的水从20℃升高到100℃?[c水=4.2×103J/(kg•℃)]
28.负压救护车能“负压隔离”,使外界环境免受污染,防止疫情进一步扩散,主要用于传染病员的安全隔离与转运。被称为“特大号的N95口罩”。如果某负压救护车沿水平路面匀速直线行驶10km,消耗柴油1.05kg,发动机做功为,求:[,]
(1)消耗的柴油完全燃烧释放的热量;
(2)救护车发动机的效率;
(3)若1.05kg柴油完全燃烧释放的热量全部被水吸收,可将多少千克的水从10℃加热到60℃。
六、作图题
29.汽油机的压缩冲程和做功冲程中,气缸内的气体的内能都在发生相应的变化。请在坐标图中画出从压缩冲程开始到做功冲程结束时,气缸内的气体内能E随时间的变化的大至图像。
七、综合题
30.物理小组的同学们组装了如图所示的装置,在完全相同的烧杯中分别装有质量相同的A、B两种液体,完全相同的燃料盒中分别装有两种不同的燃料。
(1)若要比较液体的吸热本领,应选 两图的实验装置进行实验。(在“甲、乙、丙”中选填)
(2)根据实验数据同学们绘制出如图所示的图象。由图象可知:液体 的比热容大。(选填“A”或“B”)
31.小明利用如图所示的装置测花生米的热值.
(1)实验中利用 来表示花生米燃烧放出的热量.
(2)测花生米燃烧放出热量时,应记录花生米的质量m1、水的质量m2、加热前的水温t0和 (写物理量及对应的符号),用c表示水的比热容,此过程中水吸收热量的表达式为Q=
(3)实验时发现花生米很难点燃,于是将它碾碎,并将它与酒精混合好欧充分燃烧,运用此方程 (能/不能)准确计算出花生米的热值,理由是 .(写出两点)
答案解析部分
1.【答案】C
【解答】礼花筒内的空气膨胀时,将彩带喷向高空,内能转化为机械能,C符合题意。
故答案为:C.
【分析】气体向外做功时使物体运动,是内能转化为机械能的过程。
2.【答案】B
3.【答案】A
【解答】A.酒精燃烧时,将化学能转化为内能,A符合题意;
B.水吸热变为水蒸气,是汽化现象,B不符合题意;
C.蒸气推动轮子转动,内能转化为机械能,C不符合题意;
D.内能可以转化为机械能,可以用来做功,D不符合题意。
故答案为:A.
【分析】蒸汽轮机工作时,消耗化学能转化为内能,内能做功时,内能转化为机械能。
4.【答案】B
【解答】A.常用的液体温度计是根据液体的热胀冷缩的性质制成的,所以,煤油温度计是根据液体热胀冷缩的性质制成的,A正确,不符合题意;
B.家用洗衣机是利用电动机工作的,热机会产生大量的废气,排放大量的热量,B错误,符合题意;
C.物体受平衡力的作用,可能处于静止状态,也可能处于匀速直线运动状态,C正确,不符合题意;
D.由分子动理论知道,物质是由大量分子组成,组成物质的分子在永不停息地做无规则运动, D正确,不符合题意。
故答案为:B。
【分析】内燃机是一种把内能转化为机械能的装置,内燃机的效率为机械能与燃料完全燃烧释放的热量的比值,减少能量损耗、使燃料充分燃烧可以提高效率,但效率不会达到100%。
5.【答案】C
6.【答案】C
7.【答案】C
8.【答案】C
【解答】小物块在静止时的动能
小物块移动后的动能
因为原来小车速度为零,所以原来小车的动能也为零,小车动能的增加量
小物块增加的内能
由知道,小物块升高的温度,故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
【分析】根据试题给的公式 EK=mv2 以及进行计算。
9.【答案】A,B,D
【解答】 A、比较两种液体的比热容,必须控制燃料的种类和质量相同,改变液体的种类,控制液体的质量相同,根据温度计的示数高低得出吸热多少,从而判断两种比热容的大小关系,应选择甲、丙两图进行实验,故A正确;
B、比较不同燃料热值大小要控制加热的液体种类、液体质量,改变燃料的种类,根据温度计的示数高低得出吸热多少,从而判断热值大小,因此选择甲、乙两图进行实验,故B正确;
C、对比甲、丙两图,升高相同温度若液体a需要的时间长,则液体a的吸热能力强,故C错误;
D、燃料未完全燃烧,故不能判断热值高低,故D错误;
故选:AB
【分析】 (1)为了比较两种液体的比热容,需要燃烧相同的燃料,加热不同的液体,让液体的质量相同,通过温度计的示数高低得出吸热多少,进而判断两种比热容的大小关系;
(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,通过温度计的示数高低得出吸热多少,进而判断热值大小;
(3)升高相同的温度,液体的加热时间更长,说明它的吸热能力更强;
(4)根据控制变量法的要求,根据实验目的选择符合要求的实验。
10.【答案】A,B,C
【解答】AB.图中活塞向下运动,两气门关闭,气缸内气体对活塞做功,内能转化为机械能,所以气体的内能减小,温度降低,AB符合题意;
C.气体的质量一定,体积增大,温度降低,所以气体的压强减小,C符合题意;
D.温度越低,气体分子热运动越慢,D不符合题意。
故答案为:ABC。
【分析】汽油机的气门关闭活塞下行是做功冲程,内能对外做功,内能减少,温度降低,压强减小。
11.【答案】A,C,D
12.【答案】A,B,D
【解答】A.汽油机是人们获得机械能的一种装置,汽油机获得机械能是通过燃料燃烧产生的内能转化而来的,A符合题意;
B.乘坐汽车高速行驶过程中如有紧急刹车,由于惯性人会继续向前运动,如果不系安全带可能造成伤害,B符合题意;
C.汽油机工作时由于摩擦和排气带走热量会降低效率,改进技术只能提高效率,而不能使效率达到100%,C不符合题意;
D.给汽车蓄电池充电时,是将电能转化为蓄电池的化学能,D符合题意。
故答案为:ABD。
【分析】分析能量转化时,就看什么能量减少了,什么能量增加,总是减少的能量转化为增加的能量。
惯性:物体保持运动状态不变的性质叫惯性。
改进技术只能提高效率,而不能使效率达到100%。
13.【答案】C,D
【解答】A.汽车对地面的压力
汽车对地面的压强
A不符合题意;
B.小明家到学校的距离
B不符合题意;
C.汽车受到的牵引力
在此过程中汽车牵引力做的功
C符合题意;
D.在此过程中汽油完全燃烧放出的热量为
在此过程中汽车能量的利用率为
D符合题意。
故答案为:CD。
【分析】根据质量计算重力和压力,利用压力和受力面积的比值计算压强;利用速度和时间的乘积计算路程;利用力和距离的乘积计算做功多少;根据燃料的热值和质量的乘积计算热量;根据功和热量的比值计算热机效率。
14.【答案】A,B,D
15.【答案】A,C,D
16.【答案】B,C
17.【答案】20;惯性
【解答】汽油机工作时,飞轮转2圈,做功1次,飞轮的转速是2400r/min=40r/s,则每秒做功20次。
四个冲程中,做功冲程将内能转化为机械能,产生动力,其它三个冲程是依靠飞轮的惯性来完成的。
【分析】汽油机的飞轮转2周,做功一次;做功冲程提供能量;其他冲程靠惯性完成。
18.【答案】做功;1200
19.【答案】热值;做功;热传递
【解答】火箭通常使用液态氢作为燃料,原因为氢的热值大。火箭升空时与大气层发生剧烈摩擦,通过做功改变火箭的内能。 在火箭表面涂上一种易熔化、汽化的特殊涂料,涂料熔化、汽化吸热使火箭的内能减少 ,熔化和汽化会吸收热量,降低火箭的温度,所以通过热传递改变火箭的内能。
综上 第1空、 热值;第2空、做功; 第3空、热传递。
【分析】改变物体内能的方式有做功和热传递,如钻木取火、搓手取暖属于做功改变物体内能,用酒精灯热水属于热传递改变物体内能。
20.【答案】0.6
【解答】用燃气热水器给水加热,水吸收的热量Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg⋅℃)×100kg×(58℃-18℃)=1.68×107J
燃烧天然气放出的热量
则每天消耗的天然气的质量
【分析】根据水的比热容、质量和温度差计算吸收的热量,利用热量和热值的比值计算燃料的体积。
21.【答案】50%
22.【答案】4×106;25%
【解答】天然气放出的热量Q=qV=4×107J/m3 ×0.1m3=4×106J;
则出租车发动机的效率:。
【分析】根据Q=qm计算天然气放出的热量,根据计算出租车发动机的效率。
23.【答案】1.65×108;38%
【解答】柴油完全燃烧放出的热量 热机效率
则它的热机效率为38%。
【分析】利用密度公式求解消耗汽油的质量,再利用热值公式求解汽油释放的热量;求解汽车发动机做的有用功,利用汽油燃烧释放的热量乘以发动机的机械效率即可。
24.【答案】变小;做功
25.【答案】相同;56;完全燃烧后;汽油;偏小;热量的直接散失或烧杯未加盖
26.【答案】(1)重力势;动
(2)①实验步骤:
1、让质量为m1的小钢球在轨道装置某一高度静止释放,用卷尺测出小钢球落地时离C点之间的水平距离s1;
2、再分别换用质量为m2、m3的小钢球在轨道装置同一高度静止释放,用卷尺分别测出小钢球落地时离C点之间的水平距离s2、s3;
判断依据:若 s1>s2>s3,则猜想正确,否则不正确。
②设计表格如下:
实验序号
抛出点离地面的高度H/m
小球的质量m/kg
小球释放时的高度h/m
落地点与抛出点的水平距离s/m
1
2
3
……
【解答】 (1)金属球从A运动到B的过程中,它的重力势能减小,而动能增大,因此重力势能转化为动能。
【分析】 (1)因为是光滑的曲面,所以,在曲面上滑下的小球没有能量的损耗,在能量转化过程中能量是守恒的,重力势能全部转化为动能;
(2)控制变量法是初中物理接触比较多的一种探究方法,需要掌握.控制变量法进行分析解答,知道应该控制哪些因素不变,改变哪些因素;探究性实验是指实验者在不知晓实验结果的前提下,通过自己实验、探索、分析、研究得出结论,从而形成科学概念的一种认知活动.同时要注意实验时的控制变量。
27.【答案】(1)解:每输送100m3的天然气相当于输送的能量
(2)解:由题意可知,水吸收的热量 ,
由 得水的质量:
【解析】【分析】(1)已知燃料的热值和燃料的质量(液体)或燃料的体积(气体),求放出的热量,用Q=mq或vq。
(2)物质吸收热量公式及变形式的相关计算,用Q=cm(t末-t初);
(3)在能量没有损失的情况下,燃料完全燃烧的热量等于物质吸收的热量。
28.【答案】(1)解:消耗的柴油完全燃烧释放的热量Q放=m柴油q柴油=1.05kg×4×107J/kg=4.2×107J
答:消耗的柴油完全燃烧释放的热量为4.2×107J;
(2)解:救护车发动机的效率
答:救护车发动机的效率为30%;
(3)解:根据题意可知,水吸收的热量Q吸=Q放=4.2×107J
水的质量
答:若1.05kg柴油完全燃烧释放的热量全部被水吸收,可将200kg的水从10℃加热到60℃。
【解析】【分析】(1)已知柴油热值和柴油质量,根据热值的定义式q=,可求消耗的柴油完全燃烧释放的热量;
(2)已知发动机做功和(1)中已求的热量,根据热机效率公式η=;
(3)已知水吸收的热量、初末温度、比热容,根据Q吸=cm(t2-t1),“知四求一”,可求质量。
29.【答案】
【解答】压缩过程中,机械能转换为内能,气体内能增大;做功冲程:内能转化为机械能,气缸内的气体内能减小,故气缸内的气体内能先增大后减小,且气体内能初始和结束不为零,作图如下:
【分析】1、吸气冲程特点:进气后打开,排气口关闭,活塞下移;压缩冲程:进气后关闭,排气口关闭,活塞上移,能量转化为机械能转化为内能,气缸内空气内能增加;做功冲程:进气后关闭,排气口关闭,火花塞点燃,高温高压的气体推动活塞下移,气体内能减小,能量转化为内能转化为机械能;排气冲程:进气后关闭,排气口打开,活塞上移,排除废气。
2、热机转速和做功的关系,热机转2次,对应一次做功,对应四个冲程。
30.【答案】(1)甲、丙
(2)B
【解答】解:(1)在比较液体的吸热本领时,应使质量相同的不同液体在相同时间内吸收的热量相同,所以需要的燃料的种类相同,液体的质量相同但液体种类不同,所以选择甲、丙;(2)质量和初温均相同的A、B两种液体,吸热后它们的温度随时间变化的图象如图丁所示;
由图可以看出,在相同时间内(即吸收的热量相同),B液体的温度升高得较慢,根据Q=cm△t可知,B液体的比热容较大。
故答案为:(1)甲、丙;(2)B
【分析】(1)比较不同物质的比热容应选择两种不同的物质,但要保证质量相同;
(2)比热容是描述物体吸放热能力的一个物理量,相同质量的物体上升或下降相同的温度,比热容大的物体吸收或放出的热量多。
31.【答案】(1)水升高的温度
(2)花生米燃尽后的水温t1;cm2(t1﹣t0)
(3)不能;燃料燃烧放出的热量不可能全部被水吸收
【解答】解:(1)本实验采用转换法,通过比较水升高的温度来间接比较花生米燃烧放出的热量;(2)要比较温度计升高的示数,就必须记录加热前的水温t0和花生米燃尽后的水温t1;水吸收热量的表达式Q=cm2(t1﹣t0);(3)由于燃料在燃烧过程中放出的热量不可能被水完全吸收,所以通过水吸收的热量不能准确计算出食物的热值.
故答案为:(1)水升高的温度;(2)花生米燃尽后的水温t1;cm2(t1﹣t0);(3)不能;燃料燃烧放出的热量不可能全部被水吸收.
【分析】本题主要考查运用控制变量法和转换法设计探究实验的能力,由于燃料的热值无法直接测量,则可通过比较水升高的温度的高低来体现热值的大小,由于水温的升高与吸收热量的多少以及水的质量有关,所以要控制不同燃料的质量和水的质量相同.
学科网(北京)股份有限公司
$