第十四章 内能的利用（综合题30道）-【专项练习】2025-2026学年九年级物理全册热点题型专练（2024人教版）

第14章 内能的利用（综合题30道） 1．跨学科实践 制作简易热机模型 在日常生活中，我们经常利用内能转化为机械能的原理。同学们成立了制作简易热机模型的项目团队，按照“项目提出、项目分析、项目实施、展示交流”的学习流程，研究了制作一个简易热机模型的方法，收集材料并组装了如图所示的简易热机装置。 取一个空易拉罐，根据易拉罐的形状制作支架，向易拉罐内注入大约半罐水，将笔外壳的尖端朝外，另一端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封；将易拉罐放在支架上，笔外壳的尖端对准小风扇的扇叶，点燃易拉罐下方的酒精灯，罐内的水蒸气通过笔外壳喷出，推动风扇转动。这样就完成了一个简易热机模型的制作。 (1)该简易热机模型工作时，充当能量传递和转化的核心介质是 （选填“扇叶”或“水蒸气”）。 (2)这个实验基本展示了蒸汽机的工作原理，蒸汽机属于热机的一种，热机的原理是先将 能转化为内能，再将内能转化为 能。 2．请完成下列填空。 (1)如图－1，在探究物体动能的大小与哪些因素有关时，通过比较 反映钢球动能的大小。在探究动能大小与质量关系时，应让钢球从斜面的 （选填“相同”或“不同”）高度下滑； (2)如图－2，用滑轮组匀速提升物体A时，弹簧测力计的示数为 N； (3)如图－3，在“比较酒精和碎纸片的热值”实验中，应将 相同的酒精和碎纸片全部燃烧后，通过比较初温、质量相同的水吸收的热量来比较酒精和碎纸片燃烧放出热量的多少。 3．如图甲是小科制作的简易“蒸汽船”模型。将盛有一定量水的铜制容器安装在“船体”上，用蜡烛对铜制容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”就向左行驶。 (1)蜡烛对铜制容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过 的方式改变水的内能； (2)采用铜制容器来加热，是因为铜金属具有良好的 性； (3)铜管向右喷蒸汽，“船体”向左行驶，这个过程中的能量转化是 能转化为 能。这与四冲程汽油机的 （填冲程名称）冲程相同，该冲程的工作原理图为图乙中 （选填“A”“B”“C”或“D”）。 4．运动享健康，学校为提高同学们的运动激情而组织的秋季运动会正在火热地进行中。 (1)现场同学为比赛中的运动员大声呐喊“加油！加油！”，“加油”声对运动员来说属于 （选填“乐音”或“噪声”）；大声呐喊中的“大”指的是声音的 （选填“音调高”“响度大”或“音色美”）。 (2)阳光照射下，同学们感到身体暖洋洋的，这是光能转化为 能。 (3)百米赛跑中，运动员在发令枪声中快速奔跑，此时终点计时员听到发令枪声开始计时，这样记录的时间比运动员的实际跑步时间 （选填“偏多”“偏少”或“一样多少”）。 5．小高记录了如下错题，请你帮他找出错误之处和错因并写出正确解答过程。某同学在实践活动中，通过查询资料，绘制了某辆轿车行驶一段时间内的能量流向图（如图所示）。若将发动机输出的有用功与输入发动机能量的比值定义为能量转化效率，求该轿车的能量转化效率。 解：该轿车的能量转化效率 错误之处： ； 错因分析： ； 错题改正： 。 6．神舟二十号载人飞船于2025年4月24日由长征二号F遥二十运载火箭成功发射。 (1)火箭发射时，尾部喷出的高温火焰使发射台温度急剧升高，发射架下修建有巨大的水池，利用水的 （填物态变化名称）吸热来降低发射台的温度，这是通过 的方式改变发射台的内能。 (2)该火箭的第一级和二级发动机均使用偏二甲肼作为燃料，其热值为4.25×107J/kg。已知火箭发射时共携带约1.5×105kg 的偏二甲肼燃料。计算这次发射过程中，所有偏二甲肼燃料完全燃烧所能释放出的总热量Q。 7．小明在学习笔记中记录了如下错题，请你帮助他找出错误之处、分析错因并写出正确解答过程。 错题记录 某单缸四冲程内燃机每秒对外做功20次，则其飞轮转速为 r/min。 解：汽油机工作1个循环，完成4个冲程，活塞往复2次，飞轮转2圈，做功2次。汽油机1s内对外做功20次，即1s的时间内飞轮转20圈，所以其飞轮的转速为1200r/min 错题改正 错误之处： 正确解答： 8．跨学科实践 小明在学习热机知识的基础上，准备制作一个简易热机模型。以下是部分方案内容，请你补充完整。 （1）项目分析：选择适合作为热源的物质，如酒精灯，酒精燃烧时将 能转化为 。 （2）项目实施：组装铁架台，放置烧瓶和酒精灯，调试叶轮的位置，使烧瓶口的“L”形导管出口正对叶片，如图所示。点燃酒精灯，当大量白气从导管口喷出时，观察到叶轮转了起来。 （3）展示交流：汽轮机工作时，水蒸气内能减小，温度会 ；如果想提高此汽轮机效率，可以采用的方法有： （写出一条即可）。 9．阅读短文，回答问题。 热岛效应，指由于人为原因，改变了城市地表的局部温度、湿度、空气对流等因素，进而引起的城市小气候变化现象。该现象属于城市气候最明显的特征之一。由于城市化的速度加快，城市建筑群密集，柏油路和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更大的吸热率和更小的比热容，使得相同的日照情况下，城市地区升温较快，并向四周和大气中大量辐射，造成了同一时间城区气温普遍高于周围的郊区气温，高温的城区处于低温的郊区包围之中，如同汪洋大海中的岛屿，人们把这种现象称之为城市热岛效应。在热岛效应的作用下，城市中每个地方的温度并不一样，而是呈现出一个个闭合的高温中心。在这些高温区内，空气密度小，气压低，容易产生气旋式上升气流，使得周围各种废气和有害气体不断对高温区进行补充。在这些有害气体作用下，高温区的居民极易患上呼吸系统或神经系统疾病。 (1)减弱热岛效应的措施之一：增大城区的绿地、水体面积，多植树。城区的水体、绿地对减弱夏季城市热岛效应起着十分可观的作用，这主要是利用了水的 的特性。 (2)减弱热岛效应的措施之二：人工蒸发补偿。解决城市大气热污染的首要办法是增大蒸发量，受城市安装条件的限制，采用喷雾系统是一种高效且经济的办法，这是利用了水 （填物态变化名称）有 （选填“吸热”或“放热”）的作用。 (3)研究表明，现在城市机动车保有量越来越大，机动车也是造成热岛效应的因素之一。以四冲程发动机小车为例，回答下列问题： 实现机械能转化为内能的是 冲程；实现内能转化为机械能的是 冲程。 在紧急刹车时，刹车片会发烫，这是通过 的方式增加物体的内能。 10．随着人们生活水平的提高，汽车已经进入千家万户，它给我们的生活提供了便利，促进了社会的发展。请你解答： (1)汽车发动机要用水来散热主要是利用了水的 大（选填“比热容”、“密度”）这一特点； (2)汽车发动机的一个工作循环，包括如图所示的四个冲程，图 所示的冲程是给汽车提供动力的：按一个工作循环的先后顺序，最后一个冲程是图 所示的冲程； (3)国产某种型号单缸四冲程汽油机满负荷工作时，其燃料完全燃烧放出的热量流向如下图所示，该汽车的效率是 ，若每分钟消耗100g汽油，则这100g汽油完全燃烧放出 J的热量，能够提供 J的有用机械能（汽油的热值为）； 11．第一次工业革命以来，热机的广泛使用使人类摆脱了繁重的体力劳动，促进了生产力发展。 (1)若汽油机的汽缸中吸入0.2kg汽油，其完全燃烧后释放的能量约为 J[汽油热值]；若汽油没有完全燃烧，则其热值将 。（“变大”、“变小”或“不变”）； (2)如图所示是汽油机工作的四个冲程，其中做功冲程是（　　） A． B． C． D． (3)热机在做功冲程可将 能转化为 能， (4)下列危害环境的污染中可能与热机的广泛使用有关的是 （填写编号） ①酸雨；②城市光污染；③温室效应 12．目前，氢能正逐渐应用在工业、能源、建筑、交通等领域。如图所示是市场上的某品牌氢能自行车，一次性充满0.02kg氢，2h能匀速骑行50km，氢能自行车与骑行者总质量为84kg，骑行时受到的阻力为总重的0.05倍，氢气热值为1.4×108J/kg（g=10N/kg）。 (1)氢能源作为新型能源，人们看重其______（选填“热值”或“比热容”）大，所以具有巨大的开发潜力； (2)此过程自行车牵引力所做的有用功是多少？ (3)氢气完全燃烧产生的热量是多少？ (4)氢的利用效率是多少？ 13．“六代机”，即第六代喷气式战斗机，是军事航空领域中新一代战机的概念，代表了未来空战技术和战机的发展方向。假设该飞机的发动机0.5h内能够以恒定的牵引力飞行2000km，输出功率达4105W，消耗了40kg的航空燃油，已知燃油的热值q燃油=4.5107J/kg。求： (1)飞机发动机的有用功？ (2)飞机发动机的效率？ (3)若能把发动机的效率提高10%，该飞机0.5h的飞行过程可以节约多少千克燃油？ (4)最新报告显示，预计2030年全球内燃机将达到366726000台，试问提高热机效率除可以节约能源外还有哪些积极意义？ 14．汽车已经成为见代生活不可缺少的一部分： (1)如图（a）（b）（c）（d）为汽车内燃机工作四个冲程的示意图。图 是提供动力的冲程，其余三个冲程都是靠飞轮的惯性带动曲轴连杆转动。图（b）中气体的温度 （选填“升高”或“降低”）。 (2)图是某汽车发动机能量分配图，该发动机的效率是 。 (3)若汽车发动机冷却系统中质量为4kg的水经加热温度从20℃升高到50℃，求水吸收的热量。［］ (4)若某汽车以72km/h的速度匀速行驶1小时，发动机做的有用功为，消耗汽油15kg。已知汽油的热值约为，求：①汽油完全燃烧放出的热量Q放；②发动机的效率。 15．如图所示的“汉海5号”是湖北省建造的全国内河最先进、装载量最大的集装箱船，它是介于江船与海船之间的跨界船，满载时，总吨位（船体和货物的总质量），吃水（船下表面浸入水中的深度）。 (1)“汉海5号”配备两台高效电控柴油机，总功率约为，柴油机工作时将柴油燃烧产生的 能转化为 能。 (2)某集装箱质量为，长，宽，高，将其平放在水平甲板上，它对甲板的压强为多少？ (3)满载的“汉海5号”船底受到水的压强为多少？ (4)满载的“汉海5号”到达上海洋山港码头，工人卸下部分集装箱后，船体吃水深度减少了。若船体吃水与总吨位的关系如表格所示，则船体在水下的体积变化了多少立方米？ 总吨位/ 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 吃水/m 6.9 6.75 6.5 6.15 5.7 5.2 4.65 16．天然气使用方便、经济环保，已进入千家万户。如图所示，某天然气灶将一壶质量为4kg、温度为20℃的水加热到了70℃。已知水的比热容为，天然气的热值为。 (1)该过程是将 能转化为 能的过程； (2)求此过程水吸收的热量； (3)若天然气完全燃烧放出的热量只有60%被水吸收，则天然气完全燃烧放出的热量是多少？ (4)该过程至少需要消耗多少天然气？ 17．2024年11月12日，第十五届中国航展在珠海开幕。图是我国自主研制的大型水陆两栖飞机“鲲龙”，具备强大的灭火救援能力，是国家应急救援体系建设中必备的重大航空装备。航展上，“鲲龙”飞机飞行表演525s，消耗航空燃油500kg，发动机的平均功率为。 (1)飞机飞行过程中将航空燃油燃烧放出的内能转化为飞机的 能； (2)不考虑热量损失，消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量可使多少的水温度升高？ (3)发动机的效率是多少？ 18．跨学科实践 制作简易汽轮机模型 热机在工业生产和交通运输等领域发挥着巨大作用。某实验小组决定动手制作一个简易汽轮机模型，深入探究热机的工作机制。他们制定了“项目提出——项目分析——项目实施——展示交流”的学习流程，收集材料组装了如图甲所示的汽轮机模型。 实验时在试管中装入适量的水，用酒精灯加热，水沸腾后喷嘴处产生的蒸汽就能冲击叶轮转动。 (1)蒸汽对叶轮做功使得叶轮转动，其实质是蒸汽的 能转化为叶轮的 能。 (2)从牛顿提出蒸汽机模型，到瓦特将之变成现实，再到后来的内燃机，热机的发展历程倾注了无数科学家的不懈努力。内能需要依靠燃烧燃料获得，请结合内燃机和蒸汽机（外燃机的一种）燃料的燃烧位置对二者内能利用效率进行比较： 。 (3)如图乙为利用干热岩发电的示意图，人们对干热岩发电存在不同的看法，请写出一条支持我国建设干热岩发电的观点： 。 19．汽车已经成为现代生活不可缺少的一部分： (1)如图（a）（b）（c）（d）为汽车内燃机工作四个冲程的示意图。图 是提供动力的冲程，其主要是将 转化为 。其余三个冲程都是靠飞轮的惯性带动曲轴连杆转动。图（b）中气体的温度 （选填A：升高或B：降低）。 (2)某汽车在高速公路上行驶，发动机做的有用功为，消耗汽油。已知汽油的热值约为。求：【，大气压为1个标准大气压】 ①汽油完全燃烧放出的热量 ； ②若有的能量被质量为、初温为80℃的水吸收，水的温度将升高多少 ； ③该汽油机的效率为 ，下列提高热机效率的途径中，可行的有 。 A．使燃料充分更燃烧    B．增加更多的燃料    C．增大活塞和气缸的摩擦 20．图甲是柴油锤打桩机，它的主体是由汽缸和柱塞组成，其工作原理如图乙；过程1：当汽缸（也充当重锤）从一定高度静止开始下落到柱塞后，柱塞插入汽缸，开始压缩汽缸内空气，重锤下落到最底端时，汽缸内空气温度可高达800℃；过程2：紧接着，柱塞的喷油嘴喷出柴油并同时点燃，产生巨大的推力，同时把桩往下锤打，并把汽缸推向高处。过程1、2周而复始，实现不断把桩打入地下的功能。 (1)重锤下落过程中，重锤的重力势能 （选填“增大”“减小”或“不变”）；过程2相当于四冲程柴油机的 冲程； (2)若过程2中燃气对柱塞的平均压强为2.6×106Pa，柱塞的横截面积为400cm2，则过程2中燃气对柱塞的平均作用力为多大? (3)在一次作业中，打桩机把钢桩往地下打入4m，消耗柴油0.25kg，设钢桩在插入大地中的阻力大小不变，约为8.6×105N，忽略钢桩重力做的功。（柴油热值q=4.3×107J/kg） ①若0.25kg的柴油完全燃烧，求它能产生的热量Q放； ②求克服钢桩的阻力做的功（为有用功）W有； ③求这一次作业中，打桩机的效率。 21．跨学科实践。 小小汽轮机 “牛顿”学习小组的同学们在项目化学习过程中，制作了如图所示的器具研究热机原理。实验时向烧瓶内部注入适量的水，塞上带导气管的塞子。将导气管的另一端管口对准叶轮的叶片。点燃酒精灯，当导气管出气口有蒸汽喷出时，叶片就转动起来。 (1)该装置工作时，涉及多处能量转化或转移，请仿照示例写出一例。 【示例】现象：酒精灯加热水使水温升高。能量转化或转移：通过热传递使内能发生了转移。 现象： 。 能量转化或转移： 。 (2)实验时若叶轮不转动，请你写出一个解决办法： 。 (3)这种热机的效率能不能达到100％？请你说明判断的理由： 。 22．中国首次火星探索任务“天问一号”探测器的成功发射，是我国综合国力和创新能力提升的重要标志。如图所示是某火箭发射时的场景，目前运载火箭一般使用液态氢作为燃料、液态氧作为助燃剂。（氢的热值为1.4×108J/kg） (1)运载火箭使用液态氢作为燃料的主要优点是 。（写出一条即可） (2)某火箭发射时携带了3×104kg液态氢燃料，若不计热损失，这些燃料完全燃烧最多能将多少千克初温为20℃的水加热至沸腾 ？[c水=4.2×103J/（kg·℃），当地气压为标准大气压] (3)氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在汽缸中燃烧。某次测试中，一辆氢能源车以70kW的功率匀速行驶0.5h，消耗了2kg燃料，求发动机的效率 。 23．2024年4月30日，全球最大压缩空气储能项目并网发电，这是我国新型储能技术应用的一个里程碑，如图甲。该项目工作原理如图乙所东，用电低谷时段，电网多余的电能通过空气压缩机把空气压缩到地下盐穴中（地下盐层中的洞穴）；用电高峰时段，释放储存在盐穴中的高压空气，驱动空气膨胀机转动，带动发电机发电。该项目是个超级“绿色充电宝”，若按项目设计运行，每年可节约标准煤，。 (1)质量为标准煤完全燃烧，可释放多少焦的热量？ (2)地下盐穴里储存的空气初始质量为M，温度为20℃。空气压缩机工作时，可将空气压缩成120℃的高温高压空气，这些高温高压空气经过“换热器1”后，每小时向地下盐穴恒定输入质量为m、温度为50℃的常温高压空气，当空气压缩机持续工作1小时后，地下盐穴中空气的温度上升到了30℃。 ①高温高压空气经过“换热器1”后，内能 (选填“增加”、“减小”或“不变”)； ②M与m的比值为 ； ③空气压缩机再持续工作2小时，地下盐穴中空气的温度会上升到多少℃？ （此过程中，地下盐穴中空气一直没有流出，不计热损失） 24．串联式混动汽车的蓄电池可单独向电动机提供电能驱动汽车；汽油机仅带动发电机发电，产生的电能一部分输入电动机驱动汽车，另一部分还能通过发电机向蓄电池充电。 并联式混动汽车汽油机和电动机分属两套独立的工作系统，蓄电池通过电动机能单独驱动汽车，汽油机也能直接给汽车提供动力，两套系统还能同时工作驱动汽车。 (1)如图甲、乙中， 为串联式油电车， 的效率高。 某品牌并联式油电车进行性能测试，该车在汽油机单独工作时，在1600N的牵引力驱动下，沿平直路以20m/s的速度匀速行驶了4.6km，消耗了0.4kg汽油。（） (2)牵引力做的功； (3)汽油机的效率； (4)若系统提供的动力一定，油箱油量或蓄电池电量是否会影响汽车行驶路程的长短？请结合乙图的工作流程，以其中一套工作系统为例，从能量转化的角度结合功的相关知识分析说明。 25．小明记录了如下错题，请你帮助他找出错误之处、分析错因并写出正确解答过程。 错题记录 错题改正 某台四冲程汽油机飞轮的转速为3000r/min，则在1s内该汽油机完成_个工作循环。 解：该汽油机飞轮的转速为3000r/min=50r/s，表示飞轮1s转动50圈。四冲程汽油机1个工作循环飞轮转1圈，完成4个冲程，对外做功1次，则1s完成的工作循环是50个。 错误之处： 错因分析： 正确解答： 26．地效飞行器（如图）是一种可以低空高速飞行的飞机，它能停在水面或地面上。某次，该飞行器以最大速度飞行1440km，消耗燃油32t，飞行过程中发动机推力恒为，求：（燃油的热值为） (1)飞行器的发动机将燃油燃烧获得的 能转化为 能； (2)32t燃油完全燃烧放出的热量； (3)该飞行器发动机的效率。（结果精确至） 27．2025年10月31日搭载神舟二十一号载人飞船的长征二号F遥二十一运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，约10分钟后，飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，发射取得圆满成功。神舟二十一号载人飞船入轨后，于北京时间2025年11月1日3时22分，成功对接于空间站天和核心舱径向端口，380km轨道整个对接过程历时约3.5小时，创造了神舟飞船与6370km空间站交会对接的最快纪录。11月3日，中国空间站顺利“会师”的神舟二十一号航天员乘组和神舟二十号航天员乘组，正式启用随神舟二十一号飞船上行的热风烘烤机，第一次在“太空家园”吃上了烤鸡翅、烤牛排。 (1)火箭使用液态氢作为燃料，是因为液氢的 大（选填“比热容”、“热值”或“密度”）；火箭在穿越大气层时与大气摩擦，将机械能转化为 能。 (2)航天员从包装袋里取出腌制好的鸡翅，在签架上进行固定后放入热风烘烤机内进行加热，这是通过 的方式改变鸡翅的内能。 (3)神舟二十一号载人飞船成功对接空间站天和核心舱径向端口，对接完成后，以空间站为参照物，神舟二十一号载人飞船是 （选填“静止”或“运动”）的。中国空间站在轨绕着地球做匀速圆周运动时，其受 （选填“平衡力”或“非平衡力”）的作用。 (4)设中国空间站的轨道高度距地面380km，运行速度为7.5km/s，地球半径6370km。若将中国空间站的运行轨道视为圆形轨道，则中国空间站绕轨运行一周所用的时间约为 分钟（为了方便计算，取3）。 28．芒种节气一到，中国农田立刻上演南北差异大片一一“北方收麦、南方种稻”的奇观。我省也已全面进入“三夏”时间，各地正在及时抢收抢种。如图是收割麦子用的联合收割机，其参数如下表所示（忽略收割机作业过程中质量的变化）。 割幅/m 2.2/2.5 发动机效率 40% 履带接地总面积/m2 3.6 油箱容积/L 72 吸A量/(kg/s) 3/4/4.5 满油时整机质量/kg 2880 额定功率/kW 60 (1)若收割机以额定功率作业，收割过程中，为了提高牵引力，可以采取的措施是 。说出你判断的依据 。 (2)若以额定功率收割一块地，耗时0.5h，则此过程中消耗的柴油质量是多少?（设柴油的热值约为4×107J/kg） (3)若收割机在满油时匀速行驶，所受阻力约为总重的0.1倍，则在上述0.5h内，收割机收割的面积约为多少平方米（割幅取2.5m）。 29．如图是我国自主研发的大型军用运输机运-20B，飞机机翼下装有四台相同的国产发动机一涡扇-20（昵称“大酒桶”），已知航空燃油的热值为4.0×107J/kg。运-20B的主要参数如下表： 自重/t 100 最大载重/t 66 发动机 涡扇—20×4 单台发动机最大推力/N 单台发动机最大输出功率/kW 最大航程/km (1)航空燃油在涡扇-20发动机的燃烧室内燃烧，产生的气体喷出推动运-20B前进。此过程中产生的气体的 能转化为运-20B的 能； (2)某次运-20B发动机以最大输出功率持续飞行1h，发动机效率为43.2%，共消耗航空燃油10t，求： ①此过程中航空燃油完全燃烧释放的热量； ②单台发动机的最大输出功率为多少千瓦？ 30．阅读材料，回答以下问题 “台湾省是中国领土不可分割的一部分。”近日，日本首相高市早苗明确声称可能武力介入台海局势，更有人狂言，美日联军可击沉福建舰。该言论是对中国海军实力的轻蔑。如图甲所示是珠海航展上展示的大型无人作战艇，其动力系统采用柴油机及电动机双模推进。由于采用了特殊的结构设计和涂有特殊材料，使它在战区航行时敌方军舰的雷达几乎探测不到它，从而达到“隐身”效果。通过北斗卫星可遥控指挥该艇发射导弹及鱼雷进行作战。 (1)该艇采用的柴油机如乙图中的 （选填“A”或“B”）；当只采用电动模式推进时，此时主要将电能转化为 能。 (2)该艇船头的尖锐设计，是为了减小航行时的 。 (3)若该无人艇在某次直线航行动力测试中，全程采用柴油机模式，总消耗2t柴油，航行的总路程为85km。设发动机当前消耗柴油质量占总消耗柴油质量的百分比为D，图丙为D对应发动机输出功率P，图丁为D对应该艇的航行速度v，表格中数据为D相应阶段内行驶距离s。在s3和s5两段距离内该艇的发动机输出功率P相同，航行速度v也相同（图像中未画出），柴油发动机效率为35%。则在此次动力测试中，完全燃烧2t柴油放出的热量为 J，s2= km，s3= km（已知：q柴油=4.5×107 J/kg，g =10 N/kg）。 D 0-10% 10%-60% 60%-65% 65%-95% 95%-100% s 学科网（北京）股份有限公司 $ 第14章 内能的利用（综合题30道） 1．跨学科实践 制作简易热机模型 在日常生活中，我们经常利用内能转化为机械能的原理。同学们成立了制作简易热机模型的项目团队，按照“项目提出、项目分析、项目实施、展示交流”的学习流程，研究了制作一个简易热机模型的方法，收集材料并组装了如图所示的简易热机装置。 取一个空易拉罐，根据易拉罐的形状制作支架，向易拉罐内注入大约半罐水，将笔外壳的尖端朝外，另一端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封；将易拉罐放在支架上，笔外壳的尖端对准小风扇的扇叶，点燃易拉罐下方的酒精灯，罐内的水蒸气通过笔外壳喷出，推动风扇转动。这样就完成了一个简易热机模型的制作。 (1)该简易热机模型工作时，充当能量传递和转化的核心介质是 （选填“扇叶”或“水蒸气”）。 (2)这个实验基本展示了蒸汽机的工作原理，蒸汽机属于热机的一种，热机的原理是先将 能转化为内能，再将内能转化为 能。 【答案】(1)水蒸气 (2) 化学 机械 【详解】（1）该简易热机模型工作时，充当能量传递和转化的核心介质是水蒸气，给罐内的水加热，水汽化为高温的水蒸气，罐内的水蒸气通过笔外壳喷出，推动风扇转动，将内能转化为机械能。 （2）[1][2]热机的工作原理是：燃料燃烧，发生化学变化，产生大量的热，先将化学能转化为内能，高温气体在做功冲程中对外做功，将内能转化为机械能。 2．请完成下列填空。 (1)如图－1，在探究物体动能的大小与哪些因素有关时，通过比较 反映钢球动能的大小。在探究动能大小与质量关系时，应让钢球从斜面的 （选填“相同”或“不同”）高度下滑； (2)如图－2，用滑轮组匀速提升物体A时，弹簧测力计的示数为 N； (3)如图－3，在“比较酒精和碎纸片的热值”实验中，应将 相同的酒精和碎纸片全部燃烧后，通过比较初温、质量相同的水吸收的热量来比较酒精和碎纸片燃烧放出热量的多少。 【答案】(1) 木块移动的距离 相同 (2)5.4 (3)质量 【详解】（1）[1]本实验中，钢球动能的大小是通过木块被钢球撞击后移动的距离来反映，木块移动的距离越大，说明钢球的动能越大。 [2]实验中为探究动能大小与质量的关系，应控制钢球到达水平面的速度相同，让质量不同的钢球，从斜面上相同高度由静止释放。 （2）图中弹簧测力计的分度值为0.2N，读数为5.4N。 （3）“比较酒精和碎纸片的热值”实验中，需要控制燃料的质量相同，因此应将质量相同的酒精和碎纸片全部燃烧，通过比较初温、质量相同的水吸收的热量来比较酒精和碎纸片燃烧放出热量的多少。 3．如图甲是小科制作的简易“蒸汽船”模型。将盛有一定量水的铜制容器安装在“船体”上，用蜡烛对铜制容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”就向左行驶。 (1)蜡烛对铜制容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过 的方式改变水的内能； (2)采用铜制容器来加热，是因为铜金属具有良好的 性； (3)铜管向右喷蒸汽，“船体”向左行驶，这个过程中的能量转化是 能转化为 能。这与四冲程汽油机的 （填冲程名称）冲程相同，该冲程的工作原理图为图乙中 （选填“A”“B”“C”或“D”）。 【答案】(1)热传递 (2)导热 (3) 内 机械 做功 D 【详解】（1）蜡烛燃烧放出热量，铜制容器底部吸收热量，然后将热量传递给容器内的水，使水温升高，这种能量的传递是由于温度差引起的，属于热传递的方式改变水的内能。 （2）铜是一种良好的热导体，具有良好的导热性，能够快速有效地将蜡烛燃烧产生的热量传递给容器内的水，所以采用铜制容器来加热。 （3）[1][2]铜管向右喷水蒸气，力的作用是相互的，水蒸气对“船体”施加向左的力，使“船体”向左行驶，这个过程中水蒸气的内能转化为“船体”的机械能。 [3][4]观察图乙，A图中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程；B图中排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动，是排气冲程；C图中两个气门关闭，活塞向上运动，机械能转化内能，是压缩冲程；D图中两个气门关闭，火花塞点火，活塞向下运动，内能转化为机械能，是做功冲程。所以这个过程与四冲程汽油机的做功冲程相同，该冲程的工作原理图为图乙中D。 4．运动享健康，学校为提高同学们的运动激情而组织的秋季运动会正在火热地进行中。 (1)现场同学为比赛中的运动员大声呐喊“加油！加油！”，“加油”声对运动员来说属于 （选填“乐音”或“噪声”）；大声呐喊中的“大”指的是声音的 （选填“音调高”“响度大”或“音色美”）。 (2)阳光照射下，同学们感到身体暖洋洋的，这是光能转化为 能。 (3)百米赛跑中，运动员在发令枪声中快速奔跑，此时终点计时员听到发令枪声开始计时，这样记录的时间比运动员的实际跑步时间 （选填“偏多”“偏少”或“一样多少”）。 【答案】(1) 乐音 响度大 (2)内 (3)偏少 【解析】【小题1】[1]虽然“加油”声是喧闹的，但它是鼓励性的、积极的、有意义的声音，对运动员来说是激励，不是干扰或有害的，所以，“加油”声对运动员来说属于乐音。 [2]大声呐喊”中的“大”，表示声音的强弱，即人耳感觉到的响亮程度，即响度大。 【小题2】太阳光照射人体，皮肤吸收光能，转化为内能（热能），使人感觉温暖。 【小题3】百米赛跑中，发令枪一响，运动员起跑，但声音传播需要时间，所以终点计时员听到枪声时，运动员已经跑了一段距离，计时员从听到枪声才开始计时，比实际起跑晚了，因此，记录的时间比实际跑步时间偏少。 5．小高记录了如下错题，请你帮他找出错误之处和错因并写出正确解答过程。某同学在实践活动中，通过查询资料，绘制了某辆轿车行驶一段时间内的能量流向图（如图所示）。若将发动机输出的有用功与输入发动机能量的比值定义为能量转化效率，求该轿车的能量转化效率。 解：该轿车的能量转化效率 错误之处： ； 错因分析： ； 错题改正： 。 【答案】 见解析 对发动机的总功分析错误 见解析 【详解】[1][2]根据能量流向图可知，发动机的总能量为8.0×106J，即，因此错误的原因是计算式中总能量分析错误。 [3]该轿车的能量转化效率 6．神舟二十号载人飞船于2025年4月24日由长征二号F遥二十运载火箭成功发射。 (1)火箭发射时，尾部喷出的高温火焰使发射台温度急剧升高，发射架下修建有巨大的水池，利用水的 （填物态变化名称）吸热来降低发射台的温度，这是通过 的方式改变发射台的内能。 (2)该火箭的第一级和二级发动机均使用偏二甲肼作为燃料，其热值为4.25×107J/kg。已知火箭发射时共携带约1.5×105kg 的偏二甲肼燃料。计算这次发射过程中，所有偏二甲肼燃料完全燃烧所能释放出的总热量Q。 【答案】(1) 汽化 热传递 (2) 【详解】（1）[1]水池中的水由液态变成气态的水蒸气，是汽化现象，汽化需要吸热，所以发射架下修建有巨大的水池，利用水的汽化吸热来降低发射台的温度。 [2]水的汽化吸热降低发射台的温度，发射台放出热量，水吸收热量，所以是通过热传递的方式改变发射台的内能。 （2）偏二甲肼的热值为4.25×107J/kg，火箭携带约1.5×105kg的偏二甲肼燃料，则所有偏二甲肼燃料完全燃烧所能释放出的总热量 7．小明在学习笔记中记录了如下错题，请你帮助他找出错误之处、分析错因并写出正确解答过程。 错题记录 某单缸四冲程内燃机每秒对外做功20次，则其飞轮转速为 r/min。 解：汽油机工作1个循环，完成4个冲程，活塞往复2次，飞轮转2圈，做功2次。汽油机1s内对外做功20次，即1s的时间内飞轮转20圈，所以其飞轮的转速为1200r/min 错题改正 错误之处： 正确解答： 【答案】 见解析 见解析 【详解】[1][2]1个工作循环中包括4个冲程，飞轮转2圈并对外做功1次，某单缸四冲程内燃机每秒对外做功20次，则汽油机在1s内完成了20个循环，所以1s内转动的圈数为20×2=40r，则1min转动的圈数为40r/s×60s=2400r 故该内燃机工作时飞轮的转速为2400r/min。故题中错误之外为飞轮的转速为1200r/min。 8．跨学科实践 小明在学习热机知识的基础上，准备制作一个简易热机模型。以下是部分方案内容，请你补充完整。 （1）项目分析：选择适合作为热源的物质，如酒精灯，酒精燃烧时将 能转化为 。 （2）项目实施：组装铁架台，放置烧瓶和酒精灯，调试叶轮的位置，使烧瓶口的“L”形导管出口正对叶片，如图所示。点燃酒精灯，当大量白气从导管口喷出时，观察到叶轮转了起来。 （3）展示交流：汽轮机工作时，水蒸气内能减小，温度会 ；如果想提高此汽轮机效率，可以采用的方法有： （写出一条即可）。 【答案】 化学 内能 降低 给叶轮转轴部分加润滑油减小转动摩擦 【详解】（1）[1][2]酒精燃烧过程中，酒精的质量变小，产生了高温火焰，故此过程中是酒精的化学能转化为内能。 （3）[3]汽轮机工作时，水蒸气从导管口喷出推动叶轮转动，水蒸气对外做功，其内能减小，温度会降低。 [4]提高汽轮机效率，即提高能量的转化效率，减少能量损失。从结构角度考虑，给烧瓶增加保温层可以减少热量散失，使更多的内能用于产生水蒸气推动叶轮，从而提高效率；从做功角度考虑，给叶轮转轴部分加润滑油减小转动摩擦，可以减少克服摩擦力等做的功，增大有用功所占比例，也可以提高效率。 9．阅读短文，回答问题。 热岛效应，指由于人为原因，改变了城市地表的局部温度、湿度、空气对流等因素，进而引起的城市小气候变化现象。该现象属于城市气候最明显的特征之一。由于城市化的速度加快，城市建筑群密集，柏油路和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更大的吸热率和更小的比热容，使得相同的日照情况下，城市地区升温较快，并向四周和大气中大量辐射，造成了同一时间城区气温普遍高于周围的郊区气温，高温的城区处于低温的郊区包围之中，如同汪洋大海中的岛屿，人们把这种现象称之为城市热岛效应。在热岛效应的作用下，城市中每个地方的温度并不一样，而是呈现出一个个闭合的高温中心。在这些高温区内，空气密度小，气压低，容易产生气旋式上升气流，使得周围各种废气和有害气体不断对高温区进行补充。在这些有害气体作用下，高温区的居民极易患上呼吸系统或神经系统疾病。 (1)减弱热岛效应的措施之一：增大城区的绿地、水体面积，多植树。城区的水体、绿地对减弱夏季城市热岛效应起着十分可观的作用，这主要是利用了水的 的特性。 (2)减弱热岛效应的措施之二：人工蒸发补偿。解决城市大气热污染的首要办法是增大蒸发量，受城市安装条件的限制，采用喷雾系统是一种高效且经济的办法，这是利用了水 （填物态变化名称）有 （选填“吸热”或“放热”）的作用。 (3)研究表明，现在城市机动车保有量越来越大，机动车也是造成热岛效应的因素之一。以四冲程发动机小车为例，回答下列问题： 实现机械能转化为内能的是 冲程；实现内能转化为机械能的是 冲程。 在紧急刹车时，刹车片会发烫，这是通过 的方式增加物体的内能。 【答案】(1)比热容大 (2) 汽化 吸热 (3) 压缩 做功 做功 【详解】（1）水的比热容较大，相同质量的水和其他物质相比，吸收相同热量时温度变化较小，因此利用水的比热容大特性可有效调节城区温度。 （2）[1][2]喷雾系统中的水雾通过汽化（蒸发）过程吸收周围环境的热量，从而降低温度，汽化属于吸热过程。 （3）[1][2]压缩冲程中活塞压缩气体做功，机械能转化为内能；做功冲程中高温高压气体推动活塞做功，内能转化为机械能。 [3]刹车片与车轮摩擦时，通过做功的方式将机械能转化为内能，使刹车片温度升高。 10．随着人们生活水平的提高，汽车已经进入千家万户，它给我们的生活提供了便利，促进了社会的发展。请你解答： (1)汽车发动机要用水来散热主要是利用了水的 大（选填“比热容”、“密度”）这一特点； (2)汽车发动机的一个工作循环，包括如图所示的四个冲程，图 所示的冲程是给汽车提供动力的：按一个工作循环的先后顺序，最后一个冲程是图 所示的冲程； (3)国产某种型号单缸四冲程汽油机满负荷工作时，其燃料完全燃烧放出的热量流向如下图所示，该汽车的效率是 ，若每分钟消耗100g汽油，则这100g汽油完全燃烧放出 J的热量，能够提供 J的有用机械能（汽油的热值为）； 【答案】(1)比热容 (2) 丁 乙 (3) 【详解】（1）由于水的比热容大，升高相同的温度，吸收的热量多，因此汽车发动机要用水来散热。 （2）[1]给汽车提供动力的是做功冲程，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体。高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功，此过程内能转化为机械能，故图中丁为做功冲程。 [2]四个冲程中按一个工作循环的先后顺序最后一个完成的是排气冲程，该冲程中进气门关闭，排气门打开。活塞向上运动，故排气冲程是图中的乙。 （3）[1]由燃料完全燃料放出的热量流向图可知，汽车的效率为 [2]根据可得，这100g汽油完全燃烧放出的热量为 [3]由，可得有用机械能 11．第一次工业革命以来，热机的广泛使用使人类摆脱了繁重的体力劳动，促进了生产力发展。 (1)若汽油机的汽缸中吸入0.2kg汽油，其完全燃烧后释放的能量约为 J[汽油热值]；若汽油没有完全燃烧，则其热值将 。（“变大”、“变小”或“不变”）； (2)如图所示是汽油机工作的四个冲程，其中做功冲程是（　　） A． B． C． D． (3)热机在做功冲程可将 能转化为 能， (4)下列危害环境的污染中可能与热机的广泛使用有关的是 （填写编号） ①酸雨；②城市光污染；③温室效应 【答案】(1) 9.2×106 不变 (2)C (3) 内 机械 (4)①③ 【详解】（1）[1]已知汽油的热值，0.2kg汽油完全燃烧释放的热量 [2]因为热值是燃料的特性，只与燃料种类有关，与是否完全燃烧无关，所以汽油没有完全燃烧，其热值不变。 （2）汽油机的做功冲程的特点是进气门和排气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，观察选项中的四幅剖面图，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 （3）[1][2]热机的做功冲程是利用燃料燃烧产生的内能来推动活塞做功，从而将内能转化为机械能。 （4）热机燃烧化石燃料，产生的二氧化硫等会引发酸雨，产生的二氧化碳等会加剧温室效应，所以与热机广泛使用有关的污染是①酸雨、③温室效应。 12．目前，氢能正逐渐应用在工业、能源、建筑、交通等领域。如图所示是市场上的某品牌氢能自行车，一次性充满0.02kg氢，2h能匀速骑行50km，氢能自行车与骑行者总质量为84kg，骑行时受到的阻力为总重的0.05倍，氢气热值为1.4×108J/kg（g=10N/kg）。 (1)氢能源作为新型能源，人们看重其______（选填“热值”或“比热容”）大，所以具有巨大的开发潜力； (2)此过程自行车牵引力所做的有用功是多少？ (3)氢气完全燃烧产生的热量是多少？ (4)氢的利用效率是多少？ 【答案】(1)热值 (2) (3) (4) 【详解】（1）由于氢相比其他燃料热值大，完全燃烧相同的质量时，氢放出的热量多，因此氢能源作为新型能源，具有巨大的开发潜力。 （2）自行车与骑行者总重力为 匀速骑行时受到的牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等，则牵引力为 此过程自行车牵引力所做的有用功是 （3）氢气完全燃烧产生的热量是 （4）氢的利用效率是 13．“六代机”，即第六代喷气式战斗机，是军事航空领域中新一代战机的概念，代表了未来空战技术和战机的发展方向。假设该飞机的发动机0.5h内能够以恒定的牵引力飞行2000km，输出功率达4105W，消耗了40kg的航空燃油，已知燃油的热值q燃油=4.5107J/kg。求： (1)飞机发动机的有用功？ (2)飞机发动机的效率？ (3)若能把发动机的效率提高10%，该飞机0.5h的飞行过程可以节约多少千克燃油？ (4)最新报告显示，预计2030年全球内燃机将达到366726000台，试问提高热机效率除可以节约能源外还有哪些积极意义？ 【答案】(1)7.2×108J (2)40% (3)8kg (4)见解析 【详解】（1）飞机发动机的有用功 （2）消耗了40kg的航空燃油，放出的热量为 飞机发动机的效率 （3）若能把发动机的效率提高10%，即机械效率为 由于有用功不变，可得此时需要燃料放出的热量为 燃料的质量为 可以节约燃料的质量为 （4）提高热机效率，可以减少污染物质排放量，可以显著降低大气污染。 14．汽车已经成为见代生活不可缺少的一部分： (1)如图（a）（b）（c）（d）为汽车内燃机工作四个冲程的示意图。图 是提供动力的冲程，其余三个冲程都是靠飞轮的惯性带动曲轴连杆转动。图（b）中气体的温度 （选填“升高”或“降低”）。 (2)图是某汽车发动机能量分配图，该发动机的效率是 。 (3)若汽车发动机冷却系统中质量为4kg的水经加热温度从20℃升高到50℃，求水吸收的热量。［］ (4)若某汽车以72km/h的速度匀速行驶1小时，发动机做的有用功为，消耗汽油15kg。已知汽油的热值约为，求：①汽油完全燃烧放出的热量Q放；②发动机的效率。 【答案】(1) d 升高 (2)25% (3) (4)①，②26.1% 【详解】（1）[1]图（d）中两个气门都关闭，活塞向下运动，火花塞点火，为做功冲程，将内能转化为机械能，对外提供动力。 [2]图（b）中，进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，该冲程是压缩冲程，将机械能转化为内能，活塞对气体做功，气体的内能增大，温度升高。 （2）发动机效率是指发动机对外输出的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量之比。在本题中，来自燃料的能量为100%，发动机对外做功（提供动力）占比为25%，所以发动机效率就是25%。 （3）根据公式可知，水吸收的热量为 （4）①根据公式，汽油完全燃烧放出的热量 ②发动机的效率 15．如图所示的“汉海5号”是湖北省建造的全国内河最先进、装载量最大的集装箱船，它是介于江船与海船之间的跨界船，满载时，总吨位（船体和货物的总质量），吃水（船下表面浸入水中的深度）。 (1)“汉海5号”配备两台高效电控柴油机，总功率约为，柴油机工作时将柴油燃烧产生的 能转化为 能。 (2)某集装箱质量为，长，宽，高，将其平放在水平甲板上，它对甲板的压强为多少？ (3)满载的“汉海5号”船底受到水的压强为多少？ (4)满载的“汉海5号”到达上海洋山港码头，工人卸下部分集装箱后，船体吃水深度减少了。若船体吃水与总吨位的关系如表格所示，则船体在水下的体积变化了多少立方米？ 总吨位/ 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 吃水/m 6.9 6.75 6.5 6.15 5.7 5.2 4.65 【答案】(1) 内 机械 (2) (3) (4) 【详解】（1）[1][2]柴油机工作时，燃料燃烧的过程是将化学能转化为内能，然后内能再转化为机械能。所以柴油机工作时将柴油燃烧产生的内能转化为机械能。 （2）某集装箱质量为，长，宽，高，将其平放在水平甲板上，它对甲板的压强为 （3）满载时，吃水（船下表面浸入水中的深度），船底受到水的压强为 （4）满载时，吃水深度为6.9m，总吨位（船体和货物的总质量），卸下部分集装箱之后，吃水深度为6.9m-1.7m=5.2m，从表格可以看出此时总吨位为。 因为漂浮在水面上的船体所受的浮力与所受的总重力大小相等，即有 则船体在水下的体积变化为 16．天然气使用方便、经济环保，已进入千家万户。如图所示，某天然气灶将一壶质量为4kg、温度为20℃的水加热到了70℃。已知水的比热容为，天然气的热值为。 (1)该过程是将 能转化为 能的过程； (2)求此过程水吸收的热量； (3)若天然气完全燃烧放出的热量只有60%被水吸收，则天然气完全燃烧放出的热量是多少？ (4)该过程至少需要消耗多少天然气？ 【答案】(1) 化学 内 (2) (3) (4) 【详解】（1）[1][2]燃烧天然气加热水的过程中，天然气经过化学反应，将化学能转化为内能。 （2）此过程水吸收的热量为 （3）由知，天然气完全燃烧放出的热量 （4）由知，该过程所需天然气的体积 17．2024年11月12日，第十五届中国航展在珠海开幕。图是我国自主研制的大型水陆两栖飞机“鲲龙”，具备强大的灭火救援能力，是国家应急救援体系建设中必备的重大航空装备。航展上，“鲲龙”飞机飞行表演525s，消耗航空燃油500kg，发动机的平均功率为。 (1)飞机飞行过程中将航空燃油燃烧放出的内能转化为飞机的 能； (2)不考虑热量损失，消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量可使多少的水温度升高？ (3)发动机的效率是多少？ 【答案】(1)机械 (2) (3) 【详解】（1）飞机飞行过程中，燃油燃烧放出的内能转化为飞机的机械能，提供飞行动力。 （2）消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量为 不考虑热量损失，则 由可知，水的质量 （3）发动机做的有用功 发动机的效率 18．跨学科实践 制作简易汽轮机模型 热机在工业生产和交通运输等领域发挥着巨大作用。某实验小组决定动手制作一个简易汽轮机模型，深入探究热机的工作机制。他们制定了“项目提出——项目分析——项目实施——展示交流”的学习流程，收集材料组装了如图甲所示的汽轮机模型。 实验时在试管中装入适量的水，用酒精灯加热，水沸腾后喷嘴处产生的蒸汽就能冲击叶轮转动。 (1)蒸汽对叶轮做功使得叶轮转动，其实质是蒸汽的 能转化为叶轮的 能。 (2)从牛顿提出蒸汽机模型，到瓦特将之变成现实，再到后来的内燃机，热机的发展历程倾注了无数科学家的不懈努力。内能需要依靠燃烧燃料获得，请结合内燃机和蒸汽机（外燃机的一种）燃料的燃烧位置对二者内能利用效率进行比较： 。 (3)如图乙为利用干热岩发电的示意图，人们对干热岩发电存在不同的看法，请写出一条支持我国建设干热岩发电的观点： 。 【答案】(1) 内 机械 (2)内燃机，热损失少，效率较高；蒸汽机，热量容易散失，内能利用效率低 (3)发电时不产生二氧化硫及烟尘等，不造成大气污染 【详解】（1）[1][2]蒸汽对叶轮做功使得叶轮转动，消耗了蒸汽的内能，得到叶轮的机械能，因此是将蒸汽的内能转化为叶轮的机械能。 （2）内燃机的燃料在气缸内部燃烧，热损失少，效率相对较高；蒸汽机（外燃机）的燃料在汽缸外燃烧，热量容易散失，内能利用效率低。 （3）利用干热岩发电，可降低对石油、天然气等常规能源的依赖，优化能源结构；利用干热岩发电时不产生二氧化硫及烟尘等，不造成大气污染；利用干热岩发电生产成本较低等，合理分析即可。 19．汽车已经成为现代生活不可缺少的一部分： (1)如图（a）（b）（c）（d）为汽车内燃机工作四个冲程的示意图。图 是提供动力的冲程，其主要是将 转化为 。其余三个冲程都是靠飞轮的惯性带动曲轴连杆转动。图（b）中气体的温度 （选填A：升高或B：降低）。 (2)某汽车在高速公路上行驶，发动机做的有用功为，消耗汽油。已知汽油的热值约为。求：【，大气压为1个标准大气压】 ①汽油完全燃烧放出的热量 ； ②若有的能量被质量为、初温为80℃的水吸收，水的温度将升高多少 ； ③该汽油机的效率为 ，下列提高热机效率的途径中，可行的有 。 A．使燃料充分更燃烧    B．增加更多的燃料    C．增大活塞和气缸的摩擦 【答案】(1) （c） 内能 机械能 A (2) 20℃ 30% A 【详解】（1）[1][2][3][4]图（a）中进气门打开，排气门关闭，活塞下行是吸气冲程，是将汽油和空气的混合气体吸入气缸，靠飞轮的惯性完成，图（b）中两气门关闭，活塞上行，火花塞未点火，是压缩冲程，在这里活塞压缩气缸内混合气体，对气体做功，将活塞的机械能转化为气体的内能，使气体温度升高，同样也是靠飞轮的惯性完成，图（c）中，两气门关闭，活塞下行，火花塞点火，是做功冲程，在这里气体被点燃，迅速膨胀对活塞做功，将气体内能转化为活塞的机械能，活塞带动飞轮，从而为汽车提供动力，图（d）中，进气门关闭，排气门打开，火花塞未点火，活塞上行，将产生的废气排出气缸，是排气冲程。 （2）①[1]由题可得，10kg汽油完全燃烧放出的热量 ②[2]根据可得，0.1kg的水吸收热量后，升高的温度为 所以水的末温 由于在标准大气压下水的沸点为100℃，所以实际上水的末温只能为100℃，因此实际水升高的温度 ③[3]由①可得，该汽油机的效率 [4]要提高热机效率，可以增大有用功，减小额外功，比热使燃料燃烧更充分，这样可以减少废气带走的能量损失，或者通过涂抹润滑油减小机械摩擦，即减小额外功等，增加更多的燃料增加了燃料放出的总能量，不能提高热机的效率，故A符合题意，BC不符合题意。 故选A。 20．图甲是柴油锤打桩机，它的主体是由汽缸和柱塞组成，其工作原理如图乙；过程1：当汽缸（也充当重锤）从一定高度静止开始下落到柱塞后，柱塞插入汽缸，开始压缩汽缸内空气，重锤下落到最底端时，汽缸内空气温度可高达800℃；过程2：紧接着，柱塞的喷油嘴喷出柴油并同时点燃，产生巨大的推力，同时把桩往下锤打，并把汽缸推向高处。过程1、2周而复始，实现不断把桩打入地下的功能。 (1)重锤下落过程中，重锤的重力势能 （选填“增大”“减小”或“不变”）；过程2相当于四冲程柴油机的 冲程； (2)若过程2中燃气对柱塞的平均压强为2.6×106Pa，柱塞的横截面积为400cm2，则过程2中燃气对柱塞的平均作用力为多大? (3)在一次作业中，打桩机把钢桩往地下打入4m，消耗柴油0.25kg，设钢桩在插入大地中的阻力大小不变，约为8.6×105N，忽略钢桩重力做的功。（柴油热值q=4.3×107J/kg） ①若0.25kg的柴油完全燃烧，求它能产生的热量Q放； ②求克服钢桩的阻力做的功（为有用功）W有； ③求这一次作业中，打桩机的效率。 【答案】(1) 减小 做功 (2) (3)，， 【详解】（1）[1]重锤下落过程中，质量不变，高度降低，重力势能减小。 [2]柱塞的喷油嘴喷出柴油并同时点燃，产生巨大的推力，同时把桩往下锤打，该过程中利用内能做功，将内能转化为机械能，相当于四冲程柴油机的做功冲程。 （2）燃气对柱塞的平均作用力为 （3）①0.25kg的柴油完全燃烧产生的热量为 ②克服钢桩的阻力做的有用功为 ③打桩机的效率 21．跨学科实践。 小小汽轮机 “牛顿”学习小组的同学们在项目化学习过程中，制作了如图所示的器具研究热机原理。实验时向烧瓶内部注入适量的水，塞上带导气管的塞子。将导气管的另一端管口对准叶轮的叶片。点燃酒精灯，当导气管出气口有蒸汽喷出时，叶片就转动起来。 (1)该装置工作时，涉及多处能量转化或转移，请仿照示例写出一例。 【示例】现象：酒精灯加热水使水温升高。能量转化或转移：通过热传递使内能发生了转移。 现象： 。 能量转化或转移： 。 (2)实验时若叶轮不转动，请你写出一个解决办法： 。 (3)这种热机的效率能不能达到100％？请你说明判断的理由： 。 【答案】(1) 蒸汽喷出使叶轮转动 内能转化为机械能 (2)增大酒精灯火焰 (3)不能；存在热量损失，机械能不可能完全转化为有用功 【详解】（1）蒸汽从管口喷出具有内能，推动叶轮使其转动起来，叶轮获得了机械能，这是内能向机械能的转化过程。 现象：蒸汽推动叶轮转动。 能量转化或转移：蒸汽的内能转化为叶轮的机械能。 （2）如果叶轮不转动，可能是蒸汽产生的动力不足，增大酒精灯火焰可以使水更快地沸腾产生更多蒸汽，从而增大蒸汽的动力；检查装置气密性是因为如果装置漏气，蒸汽的压力会减小，导致无法推动叶轮转动。 （3）不能达到100%。理由：在热机工作过程中，燃料燃烧放出的能量，一部分用来做有用功推动叶轮转动，但是还有一部分能量会散失到周围环境中（如向外界散热、克服机械间的摩擦等），所以热机效率不能达到100%。 22．中国首次火星探索任务“天问一号”探测器的成功发射，是我国综合国力和创新能力提升的重要标志。如图所示是某火箭发射时的场景，目前运载火箭一般使用液态氢作为燃料、液态氧作为助燃剂。（氢的热值为1.4×108J/kg） (1)运载火箭使用液态氢作为燃料的主要优点是 。（写出一条即可） (2)某火箭发射时携带了3×104kg液态氢燃料，若不计热损失，这些燃料完全燃烧最多能将多少千克初温为20℃的水加热至沸腾 ？[c水=4.2×103J/（kg·℃），当地气压为标准大气压] (3)氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在汽缸中燃烧。某次测试中，一辆氢能源车以70kW的功率匀速行驶0.5h，消耗了2kg燃料，求发动机的效率 。 【答案】(1)热值大 (2) (3)45% 【详解】（1）液态氢作为火箭燃料，主要优点是热值大。热值大意味着单位质量的液态氢完全燃烧时能释放出更多的热量，能为火箭提供强大的动力。 （2）火箭携带的氢燃料总放热量为 不计热损失时水吸收的热量为 则水的质量为 （3）氢能源车的输出功率P=70kW=70000W 行驶时间t=0.5h，则有用输出能量为 消耗了2kg燃料放出的热量为 发动机效率为 23．2024年4月30日，全球最大压缩空气储能项目并网发电，这是我国新型储能技术应用的一个里程碑，如图甲。该项目工作原理如图乙所东，用电低谷时段，电网多余的电能通过空气压缩机把空气压缩到地下盐穴中（地下盐层中的洞穴）；用电高峰时段，释放储存在盐穴中的高压空气，驱动空气膨胀机转动，带动发电机发电。该项目是个超级“绿色充电宝”，若按项目设计运行，每年可节约标准煤，。 (1)质量为标准煤完全燃烧，可释放多少焦的热量？ (2)地下盐穴里储存的空气初始质量为M，温度为20℃。空气压缩机工作时，可将空气压缩成120℃的高温高压空气，这些高温高压空气经过“换热器1”后，每小时向地下盐穴恒定输入质量为m、温度为50℃的常温高压空气，当空气压缩机持续工作1小时后，地下盐穴中空气的温度上升到了30℃。 ①高温高压空气经过“换热器1”后，内能 (选填“增加”、“减小”或“不变”)； ②M与m的比值为 ； ③空气压缩机再持续工作2小时，地下盐穴中空气的温度会上升到多少℃？ （此过程中，地下盐穴中空气一直没有流出，不计热损失） 【答案】(1) (2) 减小 2:1 38℃ 【详解】（1）该项目每年节约的标准煤完全燃烧，释放的能量为 （2）①[1]高温高压的气体经过换热器1热传递后，空气由120℃变为50℃，温度降低，内能会减小。 ②[2]地下盐穴里储存的空气初始质量为M，温度为20℃，一小时后地下盐穴中空气的温度上升到了30℃；地下盐穴储存的空气吸收热量为 每小时向地下盐穴恒定输入质量为m、温度为50℃的常温高压空气，一小时后，地下盐穴中空气的温度上升到了30℃；即压缩空气释放的热量为 不计热损耗，岩穴空气吸收的热量等于压缩空气放出的热量，即 则 ③[3]此时地下盐穴里储存的空气初始质量为M+m，温度为30℃，2小时后地下盐穴中空气的温度上升到了t；地下盐穴储存的空气吸收热量为 每小时向地下盐穴恒定输入质量为m、温度为50℃的常温高压空气，2小时后，地下盐穴中空气的温度上升到了t；即压缩空气释放的热量为 不计热损耗，岩穴空气吸收的热量等于压缩空气放出的热量则 可得 化简方程得 由上题可知 代入数据解得 因此空气压缩机再持续工作2小时，地下盐穴中空气的温度会上升到38℃。 24．串联式混动汽车的蓄电池可单独向电动机提供电能驱动汽车；汽油机仅带动发电机发电，产生的电能一部分输入电动机驱动汽车，另一部分还能通过发电机向蓄电池充电。 并联式混动汽车汽油机和电动机分属两套独立的工作系统，蓄电池通过电动机能单独驱动汽车，汽油机也能直接给汽车提供动力，两套系统还能同时工作驱动汽车。 (1)如图甲、乙中， 为串联式油电车， 的效率高。 某品牌并联式油电车进行性能测试，该车在汽油机单独工作时，在1600N的牵引力驱动下，沿平直路以20m/s的速度匀速行驶了4.6km，消耗了0.4kg汽油。（） (2)牵引力做的功； (3)汽油机的效率； (4)若系统提供的动力一定，油箱油量或蓄电池电量是否会影响汽车行驶路程的长短？请结合乙图的工作流程，以其中一套工作系统为例，从能量转化的角度结合功的相关知识分析说明。 【答案】(1) 甲 乙 (2) (3)40% (4)会 【详解】（1）[1]由串联式混动汽车的定义（汽油机仅带动发电机发电，产生的电能一部分输入电动机驱动汽车，另一部分还能通过发电机向蓄电池充电）可知，甲为串联式油电车。 [2]并联式混动汽车中，汽油机可直接给汽车提供动力，能量转化环节更少，损耗更小，所以乙的效率高。 （2）已知牵引力，路程 根据做功公式，得牵引力做功 （3）已知汽油质量，汽油的热值，汽油完全燃烧放出的热量 汽油机的效率为 （4）油箱的油量或蓄电池的电量通过能量转化变为汽车所做的功，油量或电量越多，做的功就越多，通过公式，F一定的情况下，W越多，s就越大，所以会影响。 25．小明记录了如下错题，请你帮助他找出错误之处、分析错因并写出正确解答过程。 错题记录 错题改正 某台四冲程汽油机飞轮的转速为3000r/min，则在1s内该汽油机完成_个工作循环。 解：该汽油机飞轮的转速为3000r/min=50r/s，表示飞轮1s转动50圈。四冲程汽油机1个工作循环飞轮转1圈，完成4个冲程，对外做功1次，则1s完成的工作循环是50个。 错误之处： 错因分析： 正确解答： 【答案】 见详解 见详解 见详解 【详解】[1][2][3]由题意可知，四冲程汽油机的一个工作循环，经历四个冲程，飞轮转动两圈，对外做功1次，所以错误之处：四冲程汽油机的1个工作循环中，飞轮转动1圈。 错因分析：理解错了一个工作循环中飞轮转动的圈数。 正确解答：四冲程汽油机的一个工作循环中，经历四个冲程，飞轮转动两圈，对外做功1次，因为该汽油机飞轮的转速是3000r/min=50r/s，所以飞轮每秒转动50圈，则在1s内该汽油机完成25个工作循环。 26．地效飞行器（如图）是一种可以低空高速飞行的飞机，它能停在水面或地面上。某次，该飞行器以最大速度飞行1440km，消耗燃油32t，飞行过程中发动机推力恒为，求：（燃油的热值为） (1)飞行器的发动机将燃油燃烧获得的 能转化为 能； (2)32t燃油完全燃烧放出的热量； (3)该飞行器发动机的效率。（结果精确至） 【答案】(1) 内 机械 (2) (3) 【详解】（1）[1][2]燃料燃烧是化学变化，将燃料的化学能转化为内能，又将内能转化为飞行器的机械能，从而获得动力。 （2）消耗的燃油完全燃烧放出的热量为 （3）飞行器发动机产生的有用机械能为 则发动机的热机效率为 27．2025年10月31日搭载神舟二十一号载人飞船的长征二号F遥二十一运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，约10分钟后，飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，发射取得圆满成功。神舟二十一号载人飞船入轨后，于北京时间2025年11月1日3时22分，成功对接于空间站天和核心舱径向端口，380km轨道整个对接过程历时约3.5小时，创造了神舟飞船与6370km空间站交会对接的最快纪录。11月3日，中国空间站顺利“会师”的神舟二十一号航天员乘组和神舟二十号航天员乘组，正式启用随神舟二十一号飞船上行的热风烘烤机，第一次在“太空家园”吃上了烤鸡翅、烤牛排。 (1)火箭使用液态氢作为燃料，是因为液氢的 大（选填“比热容”、“热值”或“密度”）；火箭在穿越大气层时与大气摩擦，将机械能转化为 能。 (2)航天员从包装袋里取出腌制好的鸡翅，在签架上进行固定后放入热风烘烤机内进行加热，这是通过 的方式改变鸡翅的内能。 (3)神舟二十一号载人飞船成功对接空间站天和核心舱径向端口，对接完成后，以空间站为参照物，神舟二十一号载人飞船是 （选填“静止”或“运动”）的。中国空间站在轨绕着地球做匀速圆周运动时，其受 （选填“平衡力”或“非平衡力”）的作用。 (4)设中国空间站的轨道高度距地面380km，运行速度为7.5km/s，地球半径6370km。若将中国空间站的运行轨道视为圆形轨道，则中国空间站绕轨运行一周所用的时间约为 分钟（为了方便计算，取3）。 【答案】(1) 热值 内 (2)热传递 (3) 静止 非平衡力 (4)90 【详解】（1）[1]完全燃烧相同质量的液态氢燃料，比其他燃料释放出的热量更多，即液氢的热值大，所以火箭使用液态氢作为燃料。 [2]火箭在穿越大气层时与大气摩擦，克服摩擦做功，将机械能转化为内能。 （2）烤鸡翅时，鸡翅吸收热量，温度升高，内能增加，这是通过热传递的方式改变物体内能。 （3）[1]对接完成后，载人飞船与空间站之间相对位置不再变化，以空间站为参照物，载人飞船是静止的。 [2]空间站在轨绕着地球做匀速圆周运动时，虽然速度不变，但方向不断变化，运动状态不断改变，空间站受非平衡力作用。 （4）若将中国空间站的运行轨道视为圆形轨道，已知空间站的轨道高度距地面380km，地球半径6370km，则运行轨道半径 空间站绕地球运行一周的路程 则中国空间站绕轨道运行一周所用的时间 28．芒种节气一到，中国农田立刻上演南北差异大片一一“北方收麦、南方种稻”的奇观。我省也已全面进入“三夏”时间，各地正在及时抢收抢种。如图是收割麦子用的联合收割机，其参数如下表所示（忽略收割机作业过程中质量的变化）。 割幅/m 2.2/2.5 发动机效率 40% 履带接地总面积/m2 3.6 油箱容积/L 72 吸A量/(kg/s) 3/4/4.5 满油时整机质量/kg 2880 额定功率/kW 60 (1)若收割机以额定功率作业，收割过程中，为了提高牵引力，可以采取的措施是 。说出你判断的依据 。 (2)若以额定功率收割一块地，耗时0.5h，则此过程中消耗的柴油质量是多少?（设柴油的热值约为4×107J/kg） (3)若收割机在满油时匀速行驶，所受阻力约为总重的0.1倍，则在上述0.5h内，收割机收割的面积约为多少平方米（割幅取2.5m）。 【答案】(1) 降低行驶速度 见解析 (2)6.75kg (3)9.375×104m2 【详解】（1）根据功率公式可得，在功率不变的情况下，牵引力与速度成反比，因此，降低速度可以提高牵引力，从而更有效地完成收割任务。 （2）收割机在0.5小时内所做的功为 由于发动机效率为40%，实际用于做功的柴油能量为 则消耗的柴油质量为 （3）收割机的满油时所受阻力为 在0.5小时内的行驶距离为 则在上述0.5h内，收割机收割的面积约为 29．如图是我国自主研发的大型军用运输机运-20B，飞机机翼下装有四台相同的国产发动机一涡扇-20（昵称“大酒桶”），已知航空燃油的热值为4.0×107J/kg。运-20B的主要参数如下表： 自重/t 100 最大载重/t 66 发动机 涡扇—20×4 单台发动机最大推力/N 单台发动机最大输出功率/kW 最大航程/km (1)航空燃油在涡扇-20发动机的燃烧室内燃烧，产生的气体喷出推动运-20B前进。此过程中产生的气体的 能转化为运-20B的 能； (2)某次运-20B发动机以最大输出功率持续飞行1h，发动机效率为43.2%，共消耗航空燃油10t，求： ①此过程中航空燃油完全燃烧释放的热量； ②单台发动机的最大输出功率为多少千瓦？ 【答案】(1) 内 机械 (2)， 【详解】（1）[1][2]航空燃油在涡扇-20发动机的燃烧室内燃烧放出热量，产生的高温气体喷出推动运-20B前进，高温气体的内能转化为运-20B的机械能。 （2）航空燃油完全燃烧释放的热量 发动机输出的有用功为 则发动机输出的总功率为 则单台发动机的最大输出功率为 30．阅读材料，回答以下问题 “台湾省是中国领土不可分割的一部分。”近日，日本首相高市早苗明确声称可能武力介入台海局势，更有人狂言，美日联军可击沉福建舰。该言论是对中国海军实力的轻蔑。如图甲所示是珠海航展上展示的大型无人作战艇，其动力系统采用柴油机及电动机双模推进。由于采用了特殊的结构设计和涂有特殊材料，使它在战区航行时敌方军舰的雷达几乎探测不到它，从而达到“隐身”效果。通过北斗卫星可遥控指挥该艇发射导弹及鱼雷进行作战。 (1)该艇采用的柴油机如乙图中的 （选填“A”或“B”）；当只采用电动模式推进时，此时主要将电能转化为 能。 (2)该艇船头的尖锐设计，是为了减小航行时的 。 (3)若该无人艇在某次直线航行动力测试中，全程采用柴油机模式，总消耗2t柴油，航行的总路程为85km。设发动机当前消耗柴油质量占总消耗柴油质量的百分比为D，图丙为D对应发动机输出功率P，图丁为D对应该艇的航行速度v，表格中数据为D相应阶段内行驶距离s。在s3和s5两段距离内该艇的发动机输出功率P相同，航行速度v也相同（图像中未画出），柴油发动机效率为35%。则在此次动力测试中，完全燃烧2t柴油放出的热量为 J，s2= km，s3= km（已知：q柴油=4.5×107 J/kg，g =10 N/kg）。 D 0-10% 10%-60% 60%-65% 65%-95% 95%-100% s 【答案】(1) B 机械 (2)阻力 (3) 42 5 【详解】（1）[1]柴油机与汽油机在结构上的区别是：柴油机有喷油嘴，汽油机有火花塞。图A中有火花塞，是汽油机；图B中有喷油嘴，故该艇采用的柴油机如图乙中的B。 [2]当只采用电动模式推进时，此时主要将电能转化为机械能。 （2）由力学知识可知，该艇船头的尖锐设计，能够减小航行时水的阻力。 （3）[1]完全燃烧2t柴油放出的热量 [2]已知柴油机效率为35%，则完全燃烧2t柴油所做的有用功 柴油机当前消耗柴油质量占总消耗柴油质量的百分比为D，当D在10~60%阶段，有用功为 该阶段的功率 该阶段的时间 该阶段的速度 该阶段的路程 [3] 当D在65~95%阶段，有用功 该阶段的功率 该阶段的时间 该阶段的速度 该阶段的路程 由题意可知，60%~65%和95%~100%阶段消耗的柴油相同，做的有用功相同，输出功率相同，由可知所用时间相同，已知这两个阶段速度相同，由可知两段通过的路程相同。则 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $