专题01 内能及其应用（竞赛培优精练）九年级物理上学期全国通用

专题01 内能及其应用 竞赛培优精练 一、单选题 1．如图所示是一种新型的金属冰块，既经济又耐用。现将质量为0.3kg、温度为-20°C的冷冻金属冰块放入装有0.2kg水的杯中，最终水温从30°C下降到20°C。若不计热量损失【】，下列说法错误的是（　　） A．水和金属冰块达到相同温度后，它们之间不发生热传递 B．只需将金属冰块的质量增加到0.6kg，水温就可以下降到10°C C．水与金属冰块的比热容之比为6:1 D．金属冰块吸收的热量为8.4×103J 2．质量相同的甲、乙两物体放出相同的热量后接触，热量从乙传向甲，则关于两物体的初始温度t甲、t乙，及比热容c甲、c乙，下列关系式中可以成立的是（　　） A．t甲<t乙，c甲<c乙 B．t甲>t乙，c甲>c乙 C．t甲>t乙，c甲=c乙 D．t甲<t乙，c甲>c乙 3．1kg20℃的水吸收4.2×105J的热量后，它的温度在下列给出的四个温度中，最多有几个可能的温度（   ） ①80℃；②100℃；③120℃；④140℃。 A．1 B．2 C．3 D．4 4．将一杯质量为m的热水倒入容器内质量为2m的冷水中，容器内冷水温度升高8℃。如果再把一杯相同的热水倒入这个容器中，则容器内水温会再升高多少℃?（　　）（忽略热量损失） A．2℃ B．4℃ C．6℃ D．8℃ 5．质量、温度相同的甲、乙两物体，将乙投入一杯热水中，达到热平衡时，水温下降，将乙取出，再把甲投入这杯水中，达到热平衡时，水温又下降，若热量和水的质量损失可忽略不计，则（　　） A．甲的比热容较大 B．乙的比热容较大 C．甲、乙的比热容一样大 D．无法确定哪个比热容比较大 6．一辆汽车以恒定功率在平直公路上做直线运动，该车总重为，行驶中所受阻力大小为车重的0.1倍且保持不变，其速度随时间变化的图象如图所示，在0～10s内通过的路程为150m，10～15s共燃烧了0.015kg的汽油，汽油的热值。下列说法正确的是（　　） A．汽车在0～10s内的平均速度为 B．汽车在10～15s内克服阻力做功 C．汽车在10～15s内克服阻力做功的功率为 D．汽车在10～15s内发动机的工作效率为12% 7．如图甲所示为游乐园中过山车运行的情景，图乙是用小球和轨道模拟过山车某段运行过程的示意图，小球从A点由静止释放，沿轨道先后经过B、C、D三点，最后到达E点时小球的速度为零。已知B、D两点的高度相等，下列说法正确的是（　　） A．小球在B点的机械能等于其在D点的机械能 B．小球在整个运动过程中将部分机械能转化为内能 C．小球从A点运动到C点的过程中，内能转化为机械能 D．小球从A点运动到E点的过程中，机械能保持不变 8．光发动机可用于卫星的能源补充，其工作原理如图所示。密闭气室中四氧化二氮在光照下会分解，使气室内气压增大，推动活塞右移；无光条件下发生逆反应，控制光照即可实现活塞往复运动。当装置中的活塞向左运动时，相当于汽油机四个冲程中的（　　） A．吸气冲程 B．排气冲程 C．压缩冲程 D．做功冲程 二、填空题 9．单位质量的晶体在熔化时吸收的热量固定，将50g、0℃的雪投入装有450g、40℃水的绝热容器中，发现水温下降6℃。那么在刚才已经降温的容器中再投入100g上述同样的雪，容器中的水温将又下降 。 10．如图所示是某种物质的凝固图像，分析图像可知，该种物质处在液态时与固态时的比热容之比为 。 11．两实心金属球初温、质量均相等，分别为20℃和2kg，先把甲球放入盛有热水的杯中，热平衡后水温降低了30℃，把甲球取出，再将乙球放入杯中，热平衡后水又降低了30℃，不计热量损失，则甲球的比热容和乙球的比热容的大小关系是： （选填：“大于”、“小于”或者“等于”）。 12．把温度较高的金属球放在水中，水面上方出现了“白气”，“白气”的形成需要 （填“吸热”或“放热”），现有完全相同的两高温金属球甲和乙，先将甲投入一杯冷水中，热平衡后水的温度升高了8℃；迅速取出甲球，再将乙球投入这一杯水中，热平衡后又使水的温度升高了6℃。若开始时是将两高温金属球甲和乙一起投入最初的冷水中，不计水的质量变化、状态变化和热量损失，热平衡后会使水的温度升高 ℃。 13．一台单缸四冲程柴油机汽缸内径为90mm，活塞冲程是100mm，做功冲程中汽缸内燃气的平均压强是70 N/cm2 ，飞轮的转速为2000 r/ min，则这台柴油机的功率是 kW。 三、作图题 14．质量相同、温度均为90℃的甲、乙两种液体，在常温下（25℃）放热。甲液体的比热容比乙液体的比热容小。图中已画出甲液体放热时温度随时间变化关系的大致图像，请在如图所示的坐标系中作出乙液体放热时温度随时间变化关系的大致图像。 四、实验题 15．小明在探究冰熔化特点时，用酒精灯加热50g的冰，每2min完全燃烧的酒精质量均为0.1g，保持加热效率不变时，冰的温度随时间变化的图像如图所示。由此可知：冰全部熔化成水后4min吸收热量为 J，该实验中酒精灯的加热效率为 %，BC过程中被加热物质的内能将增加 J，冰的比热容为 。[酒精的热值为，水的比热容为] 五、计算题 16．氢能源公交车在部分城市已投放使用。在某次测试中，一氢能源公交车以140kW的恒定功率匀速行驶5min，完全燃烧氢燃料0.6kg[已知，]，求： (1)氢燃料燃烧放出的热量； (2)该车测试过程的效率； (3)若这些热量被质量为500kg、初温15℃的水全部吸收，则水升高的温度是多少。 17．国庆期间，小明全家驾车出游，汽车以的速度在平直路面上匀速行驶，消耗汽油，若发动机的输出功率为，汽油密度为，汽油的热值为。求在这段路程中： (1)汽油完全燃烧放出的热量； (2)汽车所受的摩擦力； (3)汽车发动机的效率。 18．据统计，每燃烧1kg燃油约排放3.3kg二氧化碳，为实现碳达峰、碳中和的目标，氢能作为一种绿色低碳的清洁能源在我国交通领域的应用场景不断扩大，使用氢燃料电池的交通工具不断丰富，其应用流程如图，以氢燃料电池卡车为例，若卡车在水平路面上匀速行驶72km用时1h，功率为172kW。 (1)当储氢瓶内气体压强为3.5×107Pa时，求瓶内壁1cm2的面积上受到的压力； (2)求卡车所受的牵引力； (3)与燃油卡车相比，氢燃料电池卡车行驶72km可减排二氧化碳的质量为多少？（燃油机效率取36%，燃油的热值q取4.3×107J/kg）（写出必要的文字说明、过程及最终结果） 六、综合题 19．某排气量为V0L的家庭轿车，其发动机为四缸四冲程汽油机，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为pkPa，曲轴转速为Nr/min。汽油机工作时的最佳空燃比（即空气和燃油的质量比）为k︰1，若发动机汽油和空气的混合密度为ρkg/m3，汽油的热值为qJ/kg。当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），则一个做功冲程中燃气对活塞做的功为？该汽油机的效率为？ 20．如图所示，是两个光滑的圆弧槽和一段粗糙的水平面相连接的装置。将质量为200g的小球从左侧圆弧槽A点由静止释放，最高到达右侧圆弧槽B点处；然后再次滑下，最高到达左侧圆弧槽C点处。其中A、B两点距离水平面的高度H为0.5m、h为0.4m（忽略空气阻力） (1)小球从A点滑到水平面时，重力所做的功为 J。 (2)小球从A点滑到B点的过程中，损失的机械能转化为小球内能的效率为40%，则小球到达B点时温度升高了 ℃。（小球比热容） (3)C点距离水平面的高度为 m。 七、科普阅读题 21．阅读短文，回答问题。 涡轮喷气发动机 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，如图甲，历时2h从上海到北京，开启了首次商业载客飞行。 如图乙所示，为客机使用的轴流式涡轮喷气发动机，其结构是由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成，其中压气机与涡轮装在同一条转轴上工作，空气首先进入发动机的进气道，当飞机飞行时，由于飞机飞行的速度是变化的，而进入压气机气流速度有一定限制，使进入进气道的气体全部通过可调管道，空气流过压气机时被压气机的旋转叶片压缩后进入燃烧室，产生的高温高压气流推动涡轮，一边带动压气机正常工作，一边从尾喷管喷出高速气流推动飞机飞行。 客机搭载的涡轮喷气发动机，其部分参数如下表，其中热效率是指涡轮喷气发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比；推进效率指推力克服空气阻力所做的功与其获得的机械能之比。 热效率 40% 推进效率 60% 航空燃油热值q (1)涡轮喷气发动机在工作中，空气流过压气机时用做功方式改变空气的内能，这部分气体与燃料混合后在燃烧室中燃烧，燃烧产生的高温高压气流推动涡轮；此过程的能量转化相当于热机的 冲程； (2)关于涡轮喷气发动机，下列说法不正确的是______（多选）； A．进气道中吸入的是空气 B．燃料耗尽后还可以利用压气机压缩气体推动涡轮转动 C．燃烧室中，内能转化为机械能 D．尾喷管中喷出的高速气流对飞机做功 (3)机舱内先进的“呼吸系统”使飞机在万米高空时，能将机外-50℃下的冷空气不断压缩，使送入舱内的空气温度达到50℃以上。为确保机舱内的温度维持体感舒适值，机上空调需要不断 （选填“加热”或“制冷”）； (4)已知，涡轮喷气发动机所受空气阻力与运行速度的关系如图丙所示，当飞机以200m/s的速度水平匀速巡航一小时的过程中，需要消耗 kg的航空燃油； (5)涡轮喷气发动机使混合气体压缩后在燃烧室燃烧直到膨胀的气体再从尾部喷出过程中，燃气的温度是不断变化的，下列能大致反映混合气体温度随时间而变化的是图______。 A． B． C． D． 22．阅读短文，回答问题： 混合动力汽车 混合动力汽车一般采用汽油机和电动机作为动力源，以同时满足环保和动力的需要。图甲为某国产混合动力汽车的结构示意图。当汽车正常行驶时，由四冲程汽油机提供动力，当汽车在关闭汽油机后，可启动小型发电机将减速运动时的部分动能转化为电能储存在蓄电池中；必要时，就可利用蓄电池给电动机供电，驱动汽车继续行驶，达到节能增效的目的。下表为该混合动力汽车汽油机工作时的部分参数。 最大转速（r/min） 4800 汽油含量（kg/L） 6×10-5 排气量（L） 1.8 压缩比 10︰1 汽油机最大输出功率（kW） 92 汽油热值（J/kg） 4.6×107 其中，排气量是指活塞从汽缸的一端运动到另一端所扫过的容积，压缩比是指汽缸容积与燃烧室容积之比，图乙为汽缸容积和燃烧室容积的示意图。汽油含量是指汽油机吸气冲程末汽缸内每升混合气体中汽油的质量。 (1)在混合动力汽车中，将电能转化为机械能的装置是_______。 A．汽油机 B．发电机 C．蓄电池 D．电动机 (2)经测试，该车正常行驶的动能Ek与其速度v的对应关系如下表所示。 v/m·s-1 1 2 4 10 20 Ek/J 6.0×102 2.4×103 9.6×103 6.0×104 2.4×105 ①该汽车的动能Ek随速度v变化的数学关系式为：Ek= 。 ②当驾驶员看到前方限速标志时，立即减速并启动发电机装置给蓄电池充电，汽车速度由20m/s减小到10m/s。若在此过程中蓄电池获得的电能为汽车减少动能的50％，则蓄电池获得的电能为 J。 (3)关闭汽油发动机后，进一步比较开启和关闭发电机两种情况，作出汽车动能Ek随通过的路程s变化的关系图象如图丙。由图可知，表示开启发电机进行测试的图线是 （选填“①”或“②”），判断依据是 。 (4)图乙中由a变化至b的过程为汽油机的 冲程；该汽油机的汽缸容积为 L。当汽油机以最大转速运转时，每秒钟能对外做功 次；若此时汽油机为最大输出功率，则这台汽油机的工作效率是 。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题01 内能及其应用 竞赛培优精练 一、单选题 1．如图所示是一种新型的金属冰块，既经济又耐用。现将质量为0.3kg、温度为-20°C的冷冻金属冰块放入装有0.2kg水的杯中，最终水温从30°C下降到20°C。若不计热量损失【】，下列说法错误的是（　　） A．水和金属冰块达到相同温度后，它们之间不发生热传递 B．只需将金属冰块的质量增加到0.6kg，水温就可以下降到10°C C．水与金属冰块的比热容之比为6:1 D．金属冰块吸收的热量为8.4×103J 【答案】B 【详解】A．热传递的条件是存在温度差，当水和金属冰块达到相同温度时，它们之间没有温度差，所以不发生热传递，故A正确，不符合题意； B．水温下降到 ， 水放出的热量 金属冰块吸收的热量 因为 ，所以水温不能下降到10℃，故B错误，符合题意； C．金属冰块吸收的热量 ，则金属冰块的比热容 水与金属冰块的比热容之比 ，故C正确，不符合题意； D．水降低温度放出的热量 因为不计热量损失，所以金属冰块吸收的热量等于水放出的热量，即 故D正确，不符合题意。 故选B。 2．质量相同的甲、乙两物体放出相同的热量后接触，热量从乙传向甲，则关于两物体的初始温度t甲、t乙，及比热容c甲、c乙，下列关系式中可以成立的是（　　） A．t甲<t乙，c甲<c乙 B．t甲>t乙，c甲>c乙 C．t甲>t乙，c甲=c乙 D．t甲<t乙，c甲>c乙 【答案】D 【详解】 质量相同的甲、乙两物体放出相同的热量后接触，热量从乙传向甲，这说明接触后乙的末温 t'乙高于甲的末温 t'甲。根据Q=cmΔt可得，和 可得，甲放出热量后的温度 乙放出热量后的温度 由于热量从乙传向甲，这说明接触后乙的末温 t'乙高于甲的末温 t'甲，即 t'乙> t'甲；代入上式可得 整理得 AD．若 t甲<t乙，则 t甲-t乙<0 则 则c甲>c乙，故A不符合题意，D符合题意； BC．若 t甲>t乙，则 t甲-t乙>0 则 则c甲<c乙，故BC不符合题意。 故选D。 3．1kg20℃的水吸收4.2×105J的热量后，它的温度在下列给出的四个温度中，最多有几个可能的温度（   ） ①80℃；②100℃；③120℃；④140℃。 A．1 B．2 C．3 D．4 【答案】C 【详解】根据Q吸=cm(t-t0)知，吸收热量后，若水不发生沸腾，水的末温为 如果水面气压较高，则水的温度可能达到120℃，不能达到140℃；如果水面气压为标准大气压，则水在100℃便开始沸腾，且温度保持不变；如果水面气压较低，则水在80℃便开始沸腾。所以可能的温度有三个，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 4．将一杯质量为m的热水倒入容器内质量为2m的冷水中，容器内冷水温度升高8℃。如果再把一杯相同的热水倒入这个容器中，则容器内水温会再升高多少℃?（　　）（忽略热量损失） A．2℃ B．4℃ C．6℃ D．8℃ 【答案】B 【详解】忽略热量损失，第一次倒入热水时，冷水吸收的热量等于热水放出的热量。设冷水初始温度为，热水温度为，根据热平衡方程： 解得 第二次倒入热水后，总质量为 混合后温度再升高。此时热水温度变化为，原冷水温度变化为。热平衡方程为 解得。故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 5．质量、温度相同的甲、乙两物体，将乙投入一杯热水中，达到热平衡时，水温下降，将乙取出，再把甲投入这杯水中，达到热平衡时，水温又下降，若热量和水的质量损失可忽略不计，则（　　） A．甲的比热容较大 B．乙的比热容较大 C．甲、乙的比热容一样大 D．无法确定哪个比热容比较大 【答案】A 【详解】乙吸收的热量等于水放出的热量，则 ① 甲吸收的热量等于水放出的热量，则 ② 联立①②可得， 设乙的温度升高量为 甲的温度升高量为 则 代入得 由于，，因此，即。故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 6．一辆汽车以恒定功率在平直公路上做直线运动，该车总重为，行驶中所受阻力大小为车重的0.1倍且保持不变，其速度随时间变化的图象如图所示，在0～10s内通过的路程为150m，10～15s共燃烧了0.015kg的汽油，汽油的热值。下列说法正确的是（　　） A．汽车在0～10s内的平均速度为 B．汽车在10～15s内克服阻力做功 C．汽车在10～15s内克服阻力做功的功率为 D．汽车在10～15s内发动机的工作效率为12% 【答案】B 【详解】A．在0～10s内，汽车通过的路程为，所用时间为t₁=10s，根据平均速度公式可得，汽车在该时间段内的平均速度为，故A错误； B．汽车行驶中所受阻力大小为 由图像可知，在10～15s内，汽车做匀速直线运动，速度为v=20m/s，该时间段内汽车通过的路程为 汽车在10～15s内克服阻力做的功为，故B正确； C．在10～15s内，汽车克服阻力做功的功率为，故C错误； D．在10～15s内，汽车做匀速直线运动，牵引力等于阻力 发动机做的有用功即为克服阻力做的功 汽油完全燃烧放出的总热量为 汽车发动机的工作效率为，故D错误。 故选B。 7．如图甲所示为游乐园中过山车运行的情景，图乙是用小球和轨道模拟过山车某段运行过程的示意图，小球从A点由静止释放，沿轨道先后经过B、C、D三点，最后到达E点时小球的速度为零。已知B、D两点的高度相等，下列说法正确的是（　　） A．小球在B点的机械能等于其在D点的机械能 B．小球在整个运动过程中将部分机械能转化为内能 C．小球从A点运动到C点的过程中，内能转化为机械能 D．小球从A点运动到E点的过程中，机械能保持不变 【答案】B 【详解】A．小球在运动过程中受到摩擦阻力，机械能会因克服摩擦做功而转化为内能，因此机械能逐渐减小。由于B点在D点之前，小球在B点的机械能大于在D点的机械能，故A错误； B．小球运动时因摩擦阻力，部分机械能转化为内能（如轨道和小球的内能），因此整个运动过程中机械能有损耗，故B正确； C．小球从A点运动到C点的过程中，是机械能转化为内能（克服摩擦做功），而非内能转化为机械能，故C错误； D．由于存在摩擦阻力，小球的机械能会不断转化为内能，因此从A到E的过程中机械能不守恒（逐渐减小），故D错误。 故选B。 8．光发动机可用于卫星的能源补充，其工作原理如图所示。密闭气室中四氧化二氮在光照下会分解，使气室内气压增大，推动活塞右移；无光条件下发生逆反应，控制光照即可实现活塞往复运动。当装置中的活塞向左运动时，相当于汽油机四个冲程中的（　　） A．吸气冲程 B．排气冲程 C．压缩冲程 D．做功冲程 【答案】C 【详解】当太阳光照射时，反应室内发生化学反应，导致室内气压增大，这时将化学能转化为机械能，从而推动活塞移动，相当于汽油机的做功冲程；而在无光条件下发生逆反应，连杆推动活塞左移，该过程中将机械能转化为内能，相当于汽油机的压缩冲程。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 二、填空题 9．单位质量的晶体在熔化时吸收的热量固定，将50g、0℃的雪投入装有450g、40℃水的绝热容器中，发现水温下降6℃。那么在刚才已经降温的容器中再投入100g上述同样的雪，容器中的水温将又下降 。 【答案】 【详解】把0°C的雪投入到40°C的水中，发现水温下降6°C。所以热平衡时的末温度为 此过程中，水放出的热量 第一次放入的雪的质量 这些雪放入水中要经过两个阶段，第一阶段，0°C的雪熔化成0°C的水，第二阶段，雪熔化成的水与原来的水混合，温度再升高到t=34°C。这两个阶段吸收的热量等于容器中原来那些水放出的热量， 雪熔化成水质量不变，50g的雪变成质量50g，温度为 0°C的水。这50g零摄氏度的水，温度升高到34°C，吸收的热量 这些雪熔化成零摄氏度的水过程中吸收的热量 由此得出1kg雪熔化过程吸收的热量 第二次放入的雪的质量 设第二次放入雪达到热平衡时，水的温度下降了。这100g的雪要经过两个阶段，第一阶段，从零摄氏度的雪变成零摄氏度的水，第二阶段雪熔化成的水温度从升高到 列出第二次热平衡方程 所以 10．如图所示是某种物质的凝固图像，分析图像可知，该种物质处在液态时与固态时的比热容之比为 。 【答案】2:1 【详解】由图像可知，该物质处于液态时降低和处于固态时降低都用时5min，所以放出热量相等，即 该物质由液态凝固为固态后质量不变，即 由热量公式，则液体5min放出的热量 固体5min放出的热量 则 该物质在液态与固态的比热容之比为 11．两实心金属球初温、质量均相等，分别为20℃和2kg，先把甲球放入盛有热水的杯中，热平衡后水温降低了30℃，把甲球取出，再将乙球放入杯中，热平衡后水又降低了30℃，不计热量损失，则甲球的比热容和乙球的比热容的大小关系是： （选填：“大于”、“小于”或者“等于”）。 【答案】 小于 【解析】【小题1】由题可知，两次热平衡中，水放出的热量相同，即甲、乙吸收的热量相等。甲乙初温和质量相同，甲的末温为第一次平衡后水温，比乙的末温为第二次平衡后水温高，因此甲的温度变化量大于乙的。由公式可知，当Q和m相同时，比热容与温度变化量成反比。故。 12．把温度较高的金属球放在水中，水面上方出现了“白气”，“白气”的形成需要 （填“吸热”或“放热”），现有完全相同的两高温金属球甲和乙，先将甲投入一杯冷水中，热平衡后水的温度升高了8℃；迅速取出甲球，再将乙球投入这一杯水中，热平衡后又使水的温度升高了6℃。若开始时是将两高温金属球甲和乙一起投入最初的冷水中，不计水的质量变化、状态变化和热量损失，热平衡后会使水的温度升高 ℃。 【答案】 放热 12.8 【详解】[1]水面上方出现的“白气”是液化现象，液化放热。 [2]甲球投入水中时，热平衡后水的温度升高8℃，则此时水的末温为，甲球的末温也为，根据热平衡方程，可得甲球放出的热量等于水吸收的热量，即……① 再将乙球投入水中时，热平衡后又使水的温度升高了6℃，则水的末温为 乙球温度的末温也是，根据热平衡方程，可得乙球放出的热量等于水吸收的热量，即……② 联立①②，可得， 甲、乙两球一起投入水中时，水升高的温度为，此时水的末温为，两球的末温也为，根据热平衡方程，可得两球放出的热量等于水吸收的热量，即 将和代入上式，解之得，故热平衡后会使水的温度升高12.8℃。 13．一台单缸四冲程柴油机汽缸内径为90mm，活塞冲程是100mm，做功冲程中汽缸内燃气的平均压强是70 N/cm2 ，飞轮的转速为2000 r/ min，则这台柴油机的功率是 kW。 【答案】7.42 【详解】四冲程柴油机飞轮每转2圈做功1次。飞轮转速为2000r/min，则每分钟做功次数为 即 由题意，汽缸内径 半径 面积 平均压强 根据，可得燃气对活塞的平均压力 活塞冲程为 则单次做功 则做功1000次 这台柴油机的功率 三、作图题 14．质量相同、温度均为90℃的甲、乙两种液体，在常温下（25℃）放热。甲液体的比热容比乙液体的比热容小。图中已画出甲液体放热时温度随时间变化关系的大致图像，请在如图所示的坐标系中作出乙液体放热时温度随时间变化关系的大致图像。 【答案】 【详解】两种液体的初温都是90℃，所以乙液体放热图像与甲液体放热图像起点都是90℃；由于在常温下（25℃）放热，所以最终乙的末温为25℃，所以两种液体放热图像终点都是25℃；两种液体温度变化相等，由于甲液体的比热容比乙液体的比热容小，且两种液体质量相等，由Q放=cmΔt可知，则乙的温度下降的慢，即放热时间长，故作图如下： 四、实验题 15．小明在探究冰熔化特点时，用酒精灯加热50g的冰，每2min完全燃烧的酒精质量均为0.1g，保持加热效率不变时，冰的温度随时间变化的图像如图所示。由此可知：冰全部熔化成水后4min吸收热量为 J，该实验中酒精灯的加热效率为 %，BC过程中被加热物质的内能将增加 J，冰的比热容为 。[酒精的热值为，水的比热容为] 【答案】 1.05×103 17.5% 1.05×103 2.1×103J/(kg⋅℃) 【详解】[1][2]冰全部熔化成水后质量不变，为50g，4min升高5℃，吸收热量为 酒精每2min完全燃烧放出的热量 酒精每4min完全燃烧放出的热量 该实验中酒精灯的加热效率 [3][4]BC过程中用时4min，相同时间内吸收的相同热量，被加热物质的内能将增加1.05×103J。从图中可知，4min内，冰的温度升高10℃，加热效率不变，冰吸收的热量 冰的比热容 五、计算题 16．氢能源公交车在部分城市已投放使用。在某次测试中，一氢能源公交车以140kW的恒定功率匀速行驶5min，完全燃烧氢燃料0.6kg[已知，]，求： (1)氢燃料燃烧放出的热量； (2)该车测试过程的效率； (3)若这些热量被质量为500kg、初温15℃的水全部吸收，则水升高的温度是多少。 【答案】(1)8.4×107J (2)50% (3)40℃ 【详解】（1）氢燃料燃烧放出的热量 （2）该车测试过程中的有用功 该车测试过程的效率 （3）水吸收的热量 水升高的温度 17．国庆期间，小明全家驾车出游，汽车以的速度在平直路面上匀速行驶，消耗汽油，若发动机的输出功率为，汽油密度为，汽油的热值为。求在这段路程中： (1)汽油完全燃烧放出的热量； (2)汽车所受的摩擦力； (3)汽车发动机的效率。 【答案】(1)2.484×108J (2)1.15×103N (3)37% 【详解】（1）汽油的质量为 汽油完全燃烧放出的热量为 （2）汽车行驶的速度为 由可得，汽车受到的牵引力为 匀速行驶时，牵引力与阻力是一对平衡力，故汽车所受的摩擦力为 （3）发动机做的功为 汽车发动机的效率为 18．据统计，每燃烧1kg燃油约排放3.3kg二氧化碳，为实现碳达峰、碳中和的目标，氢能作为一种绿色低碳的清洁能源在我国交通领域的应用场景不断扩大，使用氢燃料电池的交通工具不断丰富，其应用流程如图，以氢燃料电池卡车为例，若卡车在水平路面上匀速行驶72km用时1h，功率为172kW。 (1)当储氢瓶内气体压强为3.5×107Pa时，求瓶内壁1cm2的面积上受到的压力； (2)求卡车所受的牵引力； (3)与燃油卡车相比，氢燃料电池卡车行驶72km可减排二氧化碳的质量为多少？（燃油机效率取36%，燃油的热值q取4.3×107J/kg）（写出必要的文字说明、过程及最终结果） 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）由题可知，瓶内壁1cm2的面积上受到的压力 （2）由题可知，卡车匀速行驶速度，根据，可得卡车所受牵引力 （3）由题可得卡车做功 若用燃油机，效率，所需燃油完全燃烧放热 燃油热值 ，则所需燃油质量 每燃烧1kg 燃油排放3.3kg的CO2，所以 CO2排放量 因为氢能是一种绿色低碳的清洁能源，不会排放CO2，因此与燃油卡车相比，氢燃料电池卡车行驶72km可减排二氧化碳的质量为132kg。 六、综合题 19．某排气量为V0L的家庭轿车，其发动机为四缸四冲程汽油机，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为pkPa，曲轴转速为Nr/min。汽油机工作时的最佳空燃比（即空气和燃油的质量比）为k︰1，若发动机汽油和空气的混合密度为ρkg/m3，汽油的热值为qJ/kg。当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），则一个做功冲程中燃气对活塞做的功为？该汽油机的效率为？ 【答案】， 【详解】四缸四冲程汽油机的排气量为V0L，则单缸工作容积为，设活塞横截面积为Sm2，做功冲程中活塞移动的距离为Lm，则一个做功冲程中燃气对每个活塞做的功为 因为汽油机工作时的最佳空燃比（即空气和燃油的质量比）为k︰1，则汽油的质量占其中的，则一个做功冲程中消耗汽油的质量为 完成一个做功冲程汽油燃烧放出的热量是 该汽油机的效率为 20．如图所示，是两个光滑的圆弧槽和一段粗糙的水平面相连接的装置。将质量为200g的小球从左侧圆弧槽A点由静止释放，最高到达右侧圆弧槽B点处；然后再次滑下，最高到达左侧圆弧槽C点处。其中A、B两点距离水平面的高度H为0.5m、h为0.4m（忽略空气阻力） (1)小球从A点滑到水平面时，重力所做的功为 J。 (2)小球从A点滑到B点的过程中，损失的机械能转化为小球内能的效率为40%，则小球到达B点时温度升高了 ℃。（小球比热容） (3)C点距离水平面的高度为 m。 【答案】(1)1 (2)0.001 (3)0.3 【详解】（1）A点距水平面的高度H=0.5m，小球从A点滑到水平面时，重力所做的功为WA =GH=mgH=200×10-3kg×10N/kg×0.5m=1J （2）小球到达B点具有的重力势能为WB=Gh=mgh=200×10-3kg×10N/kg×0.4m=0.8J 小球在A、B两点都静止，动能为0，所以小球在A、B两点的机械能等于A、B两点的重力势能，分别为1J、0.8J，小球从A点滑到B点的过程中，损失的机械能转化为ΔE=WA-WB=1J-0.8J=0.2J 根据题意可知，机械能转化为小球的内能为E内=ηΔE=40%×0.2J=0.08J 忽略空气阻力，小球增加的内能即吸收的热量为Q吸=E内=0.08J 由Q吸=cmΔt可得，小球升高的温度为 （3）根据题意可知，小球由B点到C点，损失的机械能与A点到B点损失的机械能相等，小球到达B点具有的重力势能为0.8J，故小球到达C点具有的机械能为Wc=WB-ΔE=0.8J-0.2J=0.6J C点距离水平面的高度为 七、科普阅读题 21．阅读短文，回答问题。 涡轮喷气发动机 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，如图甲，历时2h从上海到北京，开启了首次商业载客飞行。 如图乙所示，为客机使用的轴流式涡轮喷气发动机，其结构是由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成，其中压气机与涡轮装在同一条转轴上工作，空气首先进入发动机的进气道，当飞机飞行时，由于飞机飞行的速度是变化的，而进入压气机气流速度有一定限制，使进入进气道的气体全部通过可调管道，空气流过压气机时被压气机的旋转叶片压缩后进入燃烧室，产生的高温高压气流推动涡轮，一边带动压气机正常工作，一边从尾喷管喷出高速气流推动飞机飞行。 客机搭载的涡轮喷气发动机，其部分参数如下表，其中热效率是指涡轮喷气发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比；推进效率指推力克服空气阻力所做的功与其获得的机械能之比。 热效率 40% 推进效率 60% 航空燃油热值q (1)涡轮喷气发动机在工作中，空气流过压气机时用做功方式改变空气的内能，这部分气体与燃料混合后在燃烧室中燃烧，燃烧产生的高温高压气流推动涡轮；此过程的能量转化相当于热机的 冲程； (2)关于涡轮喷气发动机，下列说法不正确的是______（多选）； A．进气道中吸入的是空气 B．燃料耗尽后还可以利用压气机压缩气体推动涡轮转动 C．燃烧室中，内能转化为机械能 D．尾喷管中喷出的高速气流对飞机做功 (3)机舱内先进的“呼吸系统”使飞机在万米高空时，能将机外-50℃下的冷空气不断压缩，使送入舱内的空气温度达到50℃以上。为确保机舱内的温度维持体感舒适值，机上空调需要不断 （选填“加热”或“制冷”）； (4)已知，涡轮喷气发动机所受空气阻力与运行速度的关系如图丙所示，当飞机以200m/s的速度水平匀速巡航一小时的过程中，需要消耗 kg的航空燃油； (5)涡轮喷气发动机使混合气体压缩后在燃烧室燃烧直到膨胀的气体再从尾部喷出过程中，燃气的温度是不断变化的，下列能大致反映混合气体温度随时间而变化的是图______。 A． B． C． D． 【答案】(1)做功 (2)BC (3)制冷 (4)2160 (5)B 【详解】（1）空气流过压气机时，被压气机的旋转叶片压缩后进入燃烧室，因此旋转叶片对气体做功，气体的内能增大，所以用做功的方式改变空气的内能，这部分气体与燃料混合后在燃烧室中燃烧，产生的高温高压气流推动涡轮，这一过程的能量转化，相当于热机工作时的做功冲程；四冲程热机中的做功冲程就是利用内能来做功的冲程，将内能转化为机械能。 （2） A．根据题中信息可知进气道中吸入的气体是空气，故A正确，不符合题意； B．燃料耗尽后，不会产生高温高压气流，无法推动涡轮，故B错误，符合题意； C．燃烧室中，燃料燃烧，将化学能转化为内能，故C错误，符合题意； D．尾喷管中喷出的高速气流推进飞机前进，对飞机做功，故D正确，不符合题意。 故选BC。 （3）能将机外-50℃以下的冷空气不断压缩，导致送入舱内的空气温度达到50℃以上，由于人体正常体温约为37℃，人体感觉舒适的温度约25℃，所以机体上的空调要不断制冷，使舱内气压和温度达到舒适值。 （4） 由图可知，当飞机以200m/s的水平速度匀速巡航时，受到的阻力为3.6×104N，飞机受到推力和阻力是平衡力，所以推力F=f=3.6×104N 在巡航1h的过程中克服阻力做的功 推进效率为60%，获得的机械能 热效率为40%，航空燃油完全燃烧放出的热量 需要航空燃油的质量 （5） 从能量转化的角度看，内燃机在压缩冲程中，将机械能转化为内能，所以燃气的温度升高；在做冲程中，气体推动活塞对外做功，将气体的内能转化为活塞的机械能，燃气温度降低，所以混合气体温度随时间而变化先升高后降低，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 22．阅读短文，回答问题： 混合动力汽车 混合动力汽车一般采用汽油机和电动机作为动力源，以同时满足环保和动力的需要。图甲为某国产混合动力汽车的结构示意图。当汽车正常行驶时，由四冲程汽油机提供动力，当汽车在关闭汽油机后，可启动小型发电机将减速运动时的部分动能转化为电能储存在蓄电池中；必要时，就可利用蓄电池给电动机供电，驱动汽车继续行驶，达到节能增效的目的。下表为该混合动力汽车汽油机工作时的部分参数。 最大转速（r/min） 4800 汽油含量（kg/L） 6×10-5 排气量（L） 1.8 压缩比 10︰1 汽油机最大输出功率（kW） 92 汽油热值（J/kg） 4.6×107 其中，排气量是指活塞从汽缸的一端运动到另一端所扫过的容积，压缩比是指汽缸容积与燃烧室容积之比，图乙为汽缸容积和燃烧室容积的示意图。汽油含量是指汽油机吸气冲程末汽缸内每升混合气体中汽油的质量。 (1)在混合动力汽车中，将电能转化为机械能的装置是_______。 A．汽油机 B．发电机 C．蓄电池 D．电动机 (2)经测试，该车正常行驶的动能Ek与其速度v的对应关系如下表所示。 v/m·s-1 1 2 4 10 20 Ek/J 6.0×102 2.4×103 9.6×103 6.0×104 2.4×105 ①该汽车的动能Ek随速度v变化的数学关系式为：Ek= 。 ②当驾驶员看到前方限速标志时，立即减速并启动发电机装置给蓄电池充电，汽车速度由20m/s减小到10m/s。若在此过程中蓄电池获得的电能为汽车减少动能的50％，则蓄电池获得的电能为 J。 (3)关闭汽油发动机后，进一步比较开启和关闭发电机两种情况，作出汽车动能Ek随通过的路程s变化的关系图象如图丙。由图可知，表示开启发电机进行测试的图线是 （选填“①”或“②”），判断依据是 。 (4)图乙中由a变化至b的过程为汽油机的 冲程；该汽油机的汽缸容积为 L。当汽油机以最大转速运转时，每秒钟能对外做功 次；若此时汽油机为最大输出功率，则这台汽油机的工作效率是 。 【答案】(1)D (2) 600v2 9×104J (3) ② 见解析 (4) 压缩 2 40 41.7% 【详解】（1）电动机的工作过程中将电能转化为机械能，在混合动力汽车中，将电能转化为机械能的装置是电动机，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 （2）[1]①由表格中的数据可以看出，汽车的动能与速度的平方的比值为 故 [2]②汽车速度由20m/s减小到10m/s，减少的动能为 依题意此过程中蓄电池获得的电能为汽车所减少动能的50%，则蓄电池获得的电能为 （3）[1][2]关闭发动机后,若开启发电机，则动能会有一部分转化为电能，一部分动能用于克服摩擦做功；而关闭发电机时，动能全部用于克服摩擦做功。因此开启发电机时运动的路程会较短，动能与路程的图象是②。 （4）[1][2]图甲中汽油机的进气门和排气门关闭，活塞向上运动，说明是压缩冲程，对气体做功，气体的内能增大；因为压缩比是10∶1（即气缸总容积与燃烧室容积的比值），排气量为1.8L的汽车，汽缸容积为V=1.8L×=2L [3]汽油机的飞轮每转动两圈，对外做功一次。最大转速为4800r/min=80r/s，每秒钟能对外做功40次。 [4]汽油完全燃烧放出的热量Q=nmq=40×2L×6×10-5kg/L×4.6×107J/kg=220800J 汽油机对外做的功W=Pt=92000W×1s=92000J 汽油机的工作效率 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 $