12.4 机械能与内能的相互转化 同步练习-2026-2027学年九年级上册物理苏科版

**基本信息** 聚焦机械能与内能转化，通过基础概念辨析、实验探究设计及综合计算应用，构建“基础巩固-能力提升-综合拓展”三阶分层路径，强化物理观念与科学思维培养。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础层|能量转化、热值、热机冲程等核心概念|以选择填空为主，如判断内能变化（选择1）、热值特性（填空3），夯实物理观念| |能力层|热机效率计算、实验变量控制|结合图像分析（选择9）、实验探究（实验1），培养科学思维与探究能力| |拓展层|综合效率计算、实际问题应用|通过设备效率计算（计算1）、筒车能量转化（计算2），体现科学态度与社会责任|

12.4 机械能与内能的相互转化 一．选择题 1．下列说法中正确的是（　　） A．把零下10℃的冰块放在0℃的冰箱保鲜室中，一段时间后，冰块的内能会增加 B．在汽油机的压缩冲程中，内能转化为机械能 C．用锯条锯木板，锯条的温度升高，是由于锯条从木板吸收了热量 D．我们不敢大口地喝热气腾腾的汤，是因为汤含有的热量较多 2．如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（　　） A．压缩冲程，将化学能转化成内能 B．压缩冲程，将机械能转化成内能 C．做功冲程，将内能转化成机械能 D．做功冲程，将机械能转化成内能 3．关于热机，下列说法中正确的是（　　） A．效率越高的热机功率也越大 B．汽油机和柴油机均属于内燃机，工作时它们点火的方式也相同 C．汽油机工作时汽油在汽缸里燃烧，汽油属于二次能源 D．使用热值高的燃料可提高热机的效率 4．为了节约能源，需要提高热机的效率，下列措施不能提高热机效率的是（　　） A．让燃料与空气混合充分，使燃料燃烧得比较完全 B．在设计与制造热机时要不断改进与创新，以减少能量的损失 C．尽量减少热机内部各部件间的摩擦 D．尽量增加热机的工作时间 5．下列事例中，属于内能转化为机械能的是（　　） A．用气筒给自行车打气时、气筒会发热 B．两手互相摩擦，手心变热 C．水壶中水沸腾后，壶盖被水蒸气顶起 D．流星与空气摩擦生热发光 6．单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1800r/min，此汽油机在每秒钟内（　　） A．完成120个冲程，对外做功30次 B．完成60个冲程，对外做功15次 C．完成30个冲程，对外做功15次 D．完成60个冲程，对外做功30次 7．下列关于燃料的热值说法正确的是（　　） A．燃料燃烧越充分，其热值越大 B．燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少 C．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值将减小 D．焦炭的热值是3.0×107J/kg，完全燃烧1kg焦炭能放出3.0×107J的热量 8．有甲、乙两台柴油机，在相同的时间内，它们所做的有用功之比是5：4，消耗柴油的质量之比是3：2，那么它们的效率之比是（　　） A．15：8 B．5：6 C．6：5 D．1：1 9．如图所示，甲、乙、丙装置完全相同，燃料的质量、液体的质量和初温都相等，当燃料燃尽时（烧杯内的液体均未沸腾），温度计示数为T甲＞T乙＞T丙。下列说法正确的是（　　） A．选择甲、乙，可以用燃烧相同时间比较液体升高温度来反映燃料热值的大小 B．选择甲、丙，可以用加热时间的长短来反映液体吸收热量的多少 C．液体a的比热容ca与液体b的比热容cb相比，有 ca＞cb D．燃料1的热值q1与燃料2的热值q2相比，有 q1＜q2 10．有关四冲程内燃机的叙述中，不正确的是（　　） A．工作中只有做功冲程把内能转化为机械能 B．吸气冲程，压缩冲程，排气冲程都是靠飞轮惯性来完成的 C．工作中压缩冲程是把内能转化为机械能 D．每一个工作循环，燃气只做功一次，曲轴转动2周，活塞往返2次 二．填空题 1．摩擦焊接技术在航空航天中应用广泛。将两根金属棒高速旋转剧烈摩擦，可将它们焊接在一起，这是通过　 　 的方式改变金属棒的内能，此过程中将　 　 能转化为内能。 2．如图，甲、乙是课堂上看到的两个演示实验示意图；丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图，与丁图能量转化相同的是　 　 图（选填“甲”或“乙”）。若某汽油机飞轮转速为3600r/min，则它每秒完成　 　 个冲程。当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时汽油的热值　 　 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 3．现探明中国南海海底有大量的可燃冰，已知可燃冰的热值比煤气的热值大得多，则完全燃烧相同质量的可燃冰和煤气，燃烧　 　 放出的热量多，1kg的可燃冰，燃烧一半后，剩余可燃冰的热值　 　 。（选填“变大”、“变小”或“不变”） 4．有如图所示的两套相同装置，分别在两个燃烧皿中放入质量相同的不同燃料，点燃后加热质量相等的同种液体，通过比较燃料　 　 （选填“燃烧相同时间”或“全部燃烧”）后温度计示数的变化，来判断两种燃料的热值的大小。燃料燃烧，　 　 转化为内能，用比热容　 　 的液体可以使实验现象更明显。（实验中液体没有沸腾） 5．某台汽油机飞轮的转速为1800r/min，在1s内，汽油机完成了　 　 个工作循环。如果汽油机在一段时间内消耗了500g汽油，若这些汽油完全燃烧，可放出热量　 　 J。（q汽油＝4.6×107J/kg） 三．实验探究题 1．小明同学学习了燃料的热值后，考虑到燃料燃烧放出的热量会被水吸收，而水的比热已知。（注：燃料完全燃烧放热用Q放＝mq计算，某燃料的热值用q表示；其质量用m表示）。自己设计一个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小关系。他组装了图所示的装置进行实验，记录结果见下表： 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后水温/℃ 煤油 25 44 菜籽油 25 34 （1）为了保证实验结论的可靠，小明同学选择了两套相同装置，在实验中还应控制：煤油和菜籽油的　 　 相同、及　 　 相同。 （2）分析得出：煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是　 　 。 （3）小明同学还想利用这种实验方案计算出煤油和菜籽油的热值，那么小明还需要补充的实验仪器是：　 　 。利用此实验方法计算出的热值将比真实值　 　 （偏大/偏小）。说说你的看法　 　 。 2．小明利用图甲装置研究某燃料热值。他取少量燃料置于燃烧皿中，测出总质量为30g，点燃后对100g的热水加热4min立即熄灭燃料，再测得燃料和燃烧皿总质量，天平平衡时砝码数量和游码位置如图乙所示，并根据实验数据绘制的水温随时间变化的图像如图丙中a线所示。 （1）如图甲所示，组装实验器材时为了能使温度计液泡与液体充分接触，应依次调节图中A、B两铁环，应先调节 　 　 （选填“A”、“B”）铁环。 （2）实验时水面上方的气压 　 　 （选填“大于”、“等于”或“小于”）1标准大气压。在第2～4min的过程中，水 　 　 （选填“吸”或“不吸”）热。 （3）已知此过程中燃料均匀燃烧放热，所放热量仅60%能被水吸收，则该燃料的热值为 　 　 J/kg。[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），整个过程中忽略水的质量变化] （4）若实验装置和热损失比例均不变，利用该燃料加热另一杯水绘出了如图丙中b线，则另一杯水的质量 　 　 （选填“大于”、“等于”或“小于”）上一杯水质量。 四．计算题 1．某工厂引入了一大型动力设备，该设备以恒定功率4×106W持续工作了1h，期间共消耗了800kg的专用燃料，已知该燃料的热值q＝4.5×107J/kg。求： （1）消耗的燃料完全燃烧放出的热量； （2）该动力设备的效率。 2．古代科技汲水工具筒车《天工开物》是我国古代的科学著作，书中记载着如图所示的筒军。该筒军工作一昼夜，提升水所做的功可达到3.44×106J，若采用效率为50%的装油发动机代替筒车灌溉一昼夜，需要完全燃烧　 　 g柴油。（柴油的热值q＝4.3×107J/kg） 参考答案 一．选择题 1．【解答】解： A、将﹣10℃的冰块放在冰箱的0℃保鲜室中，一段时间后，冰块从冰箱中吸收热量，内能一定增加，所以A正确； B、汽油机的压缩冲程将机械能转化为内能，所以B错误； C、用锯条锯木板，摩擦生热，机械能转化成内能，锯条的温度升高，是通过做功的方式增加了锯条和木板的内能，所以C错误； D、我们不敢大口地喝热气腾腾的汤，是因为热汤的温度高，所以D错误。 故选：A。 2．【解答】解：图中的气门关闭，活塞上行，汽缸容积变小，这是压缩冲程的特点； 在压缩冲程中，能量转化关系是气体的机械能转化为内能； 故选：B。 3．【解答】解：A、热机的效率与热机功率无关，二者是两个不同的概念，该选项说法不正确； B、汽油机是点燃式，柴油机是压燃式，该选项说法不正确； C、汽油机工作时汽油在汽缸里燃烧，汽油属于二次能源，该选项说法正确； D、热机的效率与燃料的热值没有关系，提高燃料的利用率是提高热机效率的关键，该选项说法不正确。 故选：C。 4．【解答】解：热机效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。所以减少热量的损失可以提高热机的效率。所以使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失，提高效率。故ABC正确； 增加热机的工作时间，并不能减少热量的损失，所以不能提高热机的效率，故D错误。 故选：D。 5．【解答】解：A、用打气筒给自行车打气时，活塞压缩空气做功，空气内能增加，温度升高，机械能转化为内能；故A错误； B、两手相互搓一搓，手心变热是摩擦生热，也就是做功的方式使内能增加，是把机械能转化为内能；故B错误； C、烧水时蒸气把壶盖顶起，是水蒸气的内能转化为壶盖的机械能；故C正确； D、流星与空气摩擦，温度升高，发光发热，是机械能转化为内能；故D错误。 故选：C。 6．【解答】解：飞轮转速为1800r/min＝30r/s， 因一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，做功1次，完成4个冲程， 所以，该汽油机1s内完成60个冲程，对外做功15次。 故选：B。 7．【解答】解：AC、热值是燃料的特性，其大小仅与燃料的种类有关，而与燃料的质量和燃烧程度无关，故AC错误； B、根据Q放＝mq知在质量相同时，燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少，故B错误； D、焦炭放出的热量：Q放＝mq＝1kg×3.0×107J/kg＝3.0×107J，故D正确。 故选：D。 8．【解答】解：它们的效率之比： 。 故选：B。 9．【解答】解： A、选择甲、乙，液体的质量和种类相同，燃料的种类不同，可以探究热值的大小；实验中燃烧相同的时间，无法判定燃料燃烧的质量的大小，所以无法根据液体升高的温度来反映燃料热值的大小，故A错误； B、选择甲、丙，燃料的种类相同，液体的质量相同，种类不同，可以探究比热容的大小，实验中用加热时间的长短来反映液体吸收热量的多少，故B正确； C、甲、丙所示实验中所用燃料种类与质量相同，相同时间内燃料燃烧释放的热量相等，燃料燃烧释放的热量被烧杯中的液体吸收，则Qa＝Qb，甲、丙两实验烧杯中液体的初温相等，末温T甲＞T丙，则Δt甲＞Δt丙，即Δta＞Δtb，因为Qa＝Qb，m相等，Δt1＞Δt2，Q＝cmΔt，所以由c可知，ca＜cb，故C错误； D、甲、乙两实验所使用的燃料质量m相同而种类不同，加热质量相同的同种液体，液体温度升高的越高，则表明燃料放出的热量越多，燃料的热值越大，由于T甲＞T乙，所以q1＞q2，故D错误。 故选：B。 10．【解答】解： A、四冲程内燃机在工作中只有做功冲程把内能转化为机械能，故A正确 B、四冲程内燃机的吸气冲程，压缩冲程，排气冲程都是靠飞轮惯性来完成的，故B正确； C、四冲程内燃机工作中，压缩冲程将机械能转化为内能，故C错误； D、每一个工作循环，有四个冲程，曲轴每转两周，活塞往返2次，只有做功冲程对外做功一次，故D正确。 故选：C。 二．填空题 1．【解答】解：摩擦焊接技术是将两根金属棒高速旋转剧烈摩擦，克服摩擦力做功，将机械能转化为内能，这是通过做功的方式改变金属棒的内能。 故答案为：做功；机械。 2．【解答】解：（1）图丁两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，因此是做功冲程，此冲程中将内能转化为机械能；甲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；乙图对试管中的水加热，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，因此与丁图能量转化相同的是乙图。 （2）汽油机飞轮转速为3600r/min，即60r/s，说明1s内汽油机曲轴转动60r，活塞往复60次，完成120个冲程。 （3）热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，和燃烧是否充分没有关系，所以当汽油燃烧不充分冒“黑烟”时，汽油的热值不变。 故答案为：乙；120；不变。 3．【解答】解：已知可燃冰的热值比煤气的热值大得多，则完全燃烧相同质量的可燃冰和煤气，燃烧可燃冰放出的热量多； 因为热值是燃料的一种性质，1kg的可燃冰，燃烧一半后，剩余可燃冰的种类没变，状态没变，故其热值不变。 故答案为：可燃冰；不变。 4．【解答】解： （1）比较不同燃料热值的实验中，同时点燃料后，需等待燃料充分燃烧，通过观察温度计示数的变化来比较两种燃料热值大小； （2）燃料燃烧时将化学能转化为内能； （3）在吸收相同热量的情况下，比热容小的物质温度要升的高，所以用比热容小的液体可以使实验现象更明显。 故答案为：全部燃烧；化学能；小。 5．【解答】解：（1）四冲程汽油机一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，活塞往复2次， 四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min，所以1s内，飞轮转30圈，共15个工作循环，60个冲程，做功15次。 （2）500g＝0.5kg汽油完全燃烧产生的热量： Q放＝mq＝0.5kg×4.6×107J/kg＝2.3×107J。 故答案为：15；2.3×107。 三．实验探究题 1．【解答】解： （1）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质量相等； （2）由图表数据可知在相同时间内甲杯中的水温度升高的快，所以煤油的热值较大； （3）要控制质量相等，需要用天平来测量； 由于燃料并不可能完全燃烧，燃料燃烧放出的热会散失到空气中，又或被烧杯等实验装置吸了热，使Q放大于Q吸，依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；水的质量；（2）煤油；（3）天平；偏小；燃料并不可能完全燃烧，燃料燃烧放出的热会散失到空气中，又或被烧杯等实验装置吸了热，使Q放大于Q吸。 2．【解答】解：（1）组装实验仪器时，应根据酒精灯及其火焰的高度先固定图中的B铁环，使酒精灯的外焰正好能给烧杯加热，然后再固定图中的A铁环，这样可以避免重复调整； （2）水沸腾的特点是：不断吸热，但温度不变；则由图像知，水沸腾时温度保持99℃，说明水的沸点为99℃， 由于液体的沸点随气压的降低而降低，所以，此时水面上方的气压小于一标准大气压； 在第2～4min的过程中，水的温度不变，但处于沸腾状态，需要不断吸热。 （3）水4min吸收的热量等于2min水吸热的2倍： Q吸＝2Q吸′＝2×cmΔt＝2×4.2×103J/（kg•℃）×0.1kg×（99℃﹣93℃）＝5.04×103J； 由图乙可知，剩余燃料和燃烧皿的总质量为25.8g， 则燃烧的燃料的质量：m′＝30g﹣25.8g＝4.2g， 已知此过程中燃料均匀燃烧放热，所放热量仅60%能被水吸收， 根据η和Q放＝m′q可得，燃料的热值： q2×106J/kg； （4）由图可知，相同时间，两杯水吸收的热量相同，温度变化相同，根据Q＝cmΔt可知两杯水的质量相等。 故答案为：（1）B；（2）小于；吸；（3）2×106；（4）等于。 四．计算题 1．【解答】解：（1）燃料完全燃烧放出的热量为： Q放＝mq＝800kg×4.5×107J/kg＝3.6×1010J； （2）动力设备输出的机械功为： W＝Pt＝4×106W×3600s＝1.44×1010J， 该动力设备的效率为： 。 答：（1）消耗的燃料完全燃烧放出的热量为3.6×1010J； （2）该动力设备的效率为40%。 2．【解答】解：根据得到：柴油机做的总功（完全燃烧释放的总热量）； 需要完全燃烧的柴油质量为。 故答案为：160。 学科网（北京）股份有限公司 $