12.4机械能与内能的相互转化（分层作业）物理新教材苏科版九年级上册

**基本信息** 初中物理12.4节同步练，按A组巩固过关、B组能力进阶、C组思维拔高分层，覆盖做功改变内能、热机、热值三知识点，通过基础到综合的梯度设计，强化物理观念与科学思维。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A组|单一知识点|选择、填空为主，如搓手取暖考查做功改变内能，夯实基础概念| |B组|跨知识点综合|实验探究与计算结合，如汽油机冲程判断与转速计算，提升科学推理能力| |C组|复杂情境应用|联系实际问题，如估测热值实验、汽车行驶能量计算，培养科学探究与社会责任|

12.4 机械能与内能的相互转化 目 录 A组 巩固过关 知识点1：做功改变物体的内能 知识点2：热机与四冲程汽油机 知识点3：燃料的热值及其计算 B组 能力进阶 C组 思维拔高 做功改变物体的内能知识点1 1．冬天，小明觉得手比较冷。下列各种做法中，通过做功的方式来使手变暖的是（     ） A．热水洗手 B．热水袋捂手 C．对手哈气 D．搓手 【答案】D 【详解】ABC．热水洗手、热水袋捂手、对手哈气，都是温度更高的物体将热量转移给手，都属于热传递改变手的内能，故ABC不符合题意； D． 搓手时双手克服摩擦力做功，将机械能转化为手的内能，使手温度升高，是通过做功的方式改变内能，故D符合题意。 故选D。 2．关于内能的说法正确的是（    ） A．物体温度越低，内能越小，所以0℃的物体没有内能 B．改变物体内能的方式有做功和热传递 C．热传递时，热量总是从内能大的物体转移到内能小的物体 D．一个物体被举的越高，内能越大 【答案】B 【详解】A．内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和，一切物体在任何温度下都有内能，故A错误； B．做功和热传递是改变物体内能的两种正确方式，故B正确； C．热传递的条件是物体间存在温度差，热量总是从温度高的物体转移到温度低的物体，和内能大小无关（内能大的物体温度不一定高），故C错误； D．物体被举得越高，重力势能越大；内能是和物体内部分子热运动、分子间相互作用有关的能量，举高物体不会改变物体的内能，故D错误。 故选 B。 3．如图是足球运动员踢足球时的情景，下列说法正确的是（     ） A．脚踢球使球飞出去，说明力是物体运动的原因 B．脚踢球时，足球受到的弹力是由足球形变产生的 C．足球在空中飞行过程中，运动状态一定发生改变 D．足球在地面上滚动过程中内能不变 【答案】C 【详解】A．力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动的原因，足球飞出去后依靠惯性继续运动，故A错误； B．弹力是施力物体形变产生的，足球受到的弹力施力物体是脚，因此该弹力是脚发生形变产生的，故B错误； C．足球在空中飞行过程中，受到重力和空气阻力，受非平衡力，运动速度的大小和方向都会发生变化，因此运动状态一定发生改变，故C正确； D．足球在地面滚动时，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，足球内能增加，故D错误。 故选C。 4．礼花喷射器原理如图，通过扭动气阀可释放压缩气罐内气体产生冲击，将纸管里填充的礼花彩条喷向高处，营造气氛。在喷出礼花彩条的过程中，罐内气体温度___________（选填“升高”“降低”或“不变”），内能___________（选填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】 降低 减小 【详解】在气罐内气体产生的冲击力作用下，将礼花彩条喷出，此过程中，罐内气体对外做功，内能减小，温度降低。 5．如图所示是一种“网红产品”——迷你型爆米花锅，将少量玉米放入锅内，扣紧锅盖，用火炉加热。待锅内达到一定气压后，打开锅盖，爆米花会爆出，锅内气体内能___________（选填“变大”、“变小”或“不变”），这是通过___________的方式改变内能，水蒸气___________成许多“白气”。 【答案】 变小 做功 液化 【详解】因锅内气体膨胀对外做功，故内能变小，该过程通过做功的方式改变内能； 水蒸气遇冷液化为小水滴，即“白气”。 6．2025年11月14日，神舟二十一号载人飞船返回舱顺利返回地球。返回舱进入地球大气层与大气剧烈摩擦，通过________方式增加了返回舱表面的内能。返回舱距离地面约1m时，反推火箭发动机向________（上/下）喷出高速气流，返回舱开始减速着陆，返回舱减速着陆过程中动能________。 【答案】 做功 下 减小 【详解】[1]改变物体内能的方式有做功和热传递，返回舱与大气剧烈摩擦，克服摩擦力做功，将机械能转化为内能，因此是通过做功的方式增加返回舱表面的内能。 [2]根据力的作用是相互的，为使返回舱减速着陆，需要获得向上的反作用力，所以反推火箭发动机向下喷出高速气流，气流会对返回舱施加向上的力，实现减速。 [3]动能的大小与物体的质量和速度有关，返回舱减速着陆过程中，质量不变，速度减小，因此动能减小。 7．如图所示，用细绳吊着一个物块，静止靠在墙壁上。剪断细绳的同时，用一个由逐渐增大的水平作用力F压在物块上，墙壁足够高，则物块一开始做______（选填“向下加速”“静止”或“向下减速”），最后物块所处的状态是______（选填“向上匀速”“静止”或“向下匀速”），物块的机械能的变化情况是______。 【答案】 向下加速 静止 先减小后不变 【详解】剪断细绳时，水平压力F刚开始很小，滑动摩擦力随F的增大从0开始增加，初始阶段摩擦力小于物块重力，合力方向向下，因此物块一开始做向下加速运动。 随着F逐渐增大，摩擦力不断增大，当摩擦力大于重力后，物块向下减速，直到速度减为0；之后物块静止在墙上处于平衡状态，静摩擦力大小始终等于重力，不会再运动，因此最终状态是静止。 物块向下滑动的过程中，克服滑动摩擦力做功，机械能转化为内能，机械能不断减小；物块静止后，动能为0，位置不再变化，重力势能不变，机械能不再改变，因此机械能的变化是先减小后不变。 8．如图甲所示，小明将测温探头置于注射器内并密封，向左推动活塞，观察到温度计示数______（选填“变大”、“变小”或“不变”）；撤去外力，活塞快速向右运动，此情景中的能量转化过程与图______（选填“乙”或“丙”）所示热机工作冲程相同，若该汽油机每1秒钟对外做功15次，那么该汽油机飞轮的转速为______r/min。 【答案】 变大 乙 1800 【详解】向左推动活塞时，对注射器内的空气做功，机械能转化为内能，空气内能增加，温度升高，因此温度计示数变大。 撤去外力后，活塞快速向右运动，是气体推动活塞做功，内能转化为机械能。图乙中火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，内能转化为机械能；图丙中两个气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，机械能转化为内能。因此该过程的能量转化与图乙相同。 汽油机一个工作循环，飞轮转2圈，对外做功1次。已知每秒对外做功15次，则每秒飞轮转15×2=30圈 每分钟转数30×60=1800r/min 热机与四冲程汽油机知识点2 9．2026 年徐州冬日，室外的人们常搓手取暖，该过程能量转化与四冲程汽油机哪个冲程能量转化相同（     ） A．做功冲程 B．排气冲程 C．吸气冲程 D．压缩冲程 【答案】D 【详解】搓手取暖是克服摩擦力做功，将机械能转化为内能，通过做功方式增加手的内能。 A．在做功冲程中，燃料燃烧释放内能推动活塞向下运动，将内能转化为机械能，故A不符合题意； BC．吸气冲程和排气冲程是依靠飞轮惯性完成，没有能量转化，故BC不符合题意； D．在压缩冲程中，活塞向上运动压缩气缸内气体，此时机械能转化为气体的内能，故D符合题意。 故选D。 10．下列说法不正确的是（   ） A．图甲：手对弹簧的拉力是由于弹簧发生形变而产生的 B．图乙：为内燃机的排气冲程 C．图丙：迅速下压活塞，硝化棉被点燃，说明筒内空气内能增加了 D．图丁：立定跳远起跳时用力蹬地，这利用了物体间力的作用是相互的 【答案】A 【详解】A．手对弹簧的拉力，施力物体是手，因此这个拉力是手发生弹性形变产生的，故A错误； B．图中排气门打开，活塞向上运动，是内燃机的排气冲程，故B正确； C．迅速下压活塞时，活塞对筒内空气做功，机械能转化为空气的内能，使筒内空气内能增加、温度升高，引燃硝化棉，故C正确； D．起跳时用力蹬地，人对地面施加力的同时，地面对人施加反作用力，利用了物体间力的作用是相互的，故D正确； 本题选择不正确的，故选A。 11．一台单缸四冲程汽油机，如图所示的汽油机正处于____冲程；在此过程中能量的转化情况为内能转化为____；若飞轮的转速为1800r/min，该汽油机每秒钟做功____次。 【答案】 做功 机械能 15 【详解】图中进气门、排气门全部关闭，火花塞点火，活塞向下运动，为做功冲程；此过程中燃气爆炸膨胀推动活塞，将内能转化为机械能；飞轮的转速1800r/min=30r/s，飞轮转2圈，完成1次做功，故该汽油机每秒钟做功次数为15次。 12．如图所示是某单缸四冲程汽油机的________冲程；为了不让汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一个水套，用水来冷却汽缸。若该汽油机每1秒钟对外做功25次，那么该汽油机飞轮的转速为________r/min。 【答案】 压缩 3000 【详解】图中两气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能； 汽油机一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周，所以每秒钟对外做功25次，完成25个工作循环，飞轮转50r，则1min飞轮转3000r，即飞轮转速为3000r/min。 13．图中单缸四冲程汽油机正处在______冲程，若该汽油机转速为2400 r/min，则它每秒钟完成______个冲程，对外做功______次。用水循环带走汽油机产生的热量，这是利用了水的______较大的特性。 【答案】 做功 80 20 比热容 【详解】[1]图中火花塞点火，是做功冲程； [2][3]该汽油机转速为2400r/min，即40r/s，即每秒完成20个工作循环，完成80个冲程，对外做功20次； [4]水的比热容较大，与同样质量的其它物质相比，升高相同温度，水能吸收的热量多。 14．如图，试管中的水加热一段时间后，管口橡皮塞被冲出，水蒸气推动活塞的能量转化与汽油机的______冲程的能量转化过程相同，在此冲程中燃气的内能______（选填“增大”“减小”或“不变”），某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min，则1min内该汽油机对外做功______次。若汽油机的汽缸中吸入0.1kg汽油，则其完全燃烧后放出的热量为______J（汽油热值q=4.6×10⁷J/kg）。 【答案】 做功 减小 1500 4.6×10⁶ 【详解】水蒸气推动橡皮塞的过程中，内能转化为机械能，这和汽油机做功冲程的能量转化一致；做功冲程中燃气对外做功，内能转化为机械能，因此燃气的内能减小；四冲程汽油机工作时，飞轮每转2圈对外做功1次；飞轮转速为3000 r/min，因此1分钟内对外做功1500次；0.1kg汽油完全燃烧后放出的热量Q放=mq=0.1kg×4.6×10⁷J/kg=4.6×10⁶J 15．如图甲所示为小明同学制作的热机模型，经检查气密性良好，他多次快速向左推动活塞，通过______的方式改变了针筒内气体的内能，同时观察到数字温度计的示数变大，摸到管壁发热。该过程的能量转化与汽油机工作时______（选填“乙”或“丙”）图的冲程相似。若某台汽油机的飞轮转速为3600r/min，则该汽油机每秒内完成______个冲程，对外做功______次。 【答案】 做功 乙 120 30 【详解】改变内能有做功和热传递两种方式，快速向左推活塞，压缩针筒内气体做功，因此是通过做功的方式改变气体内能，该过程机械能转化为内能。 能量转化为机械能转内能，对应汽油机的压缩冲程：压缩冲程特点是两个气门关闭、活塞向上运动，对应图乙；丙图是做功冲程（内能转机械能）。 汽油机飞轮转速3600r/min=60r/s，即每秒飞轮转60圈；汽油机每转2圈完成4个冲程、对外做功1次，因此每秒完成冲程60×2=120个，对外做功60/2=30次。 16．实验小组制作了一个简易汽轮机模型，如图所示。易拉罐中注有水，点燃易拉罐下面的酒精灯，当笔尖口有蒸气喷出时，扇叶就转动起来。汽轮机模型工作时的能量转化情况为：化学能→________→________。在测试过程中，发现扇叶转动非常缓慢，经检查发现是蒸汽的压力________，针对这一问题有效的改进措施：________。 【答案】 内能 机械能 小 提高装置的气密性 【详解】酒精灯燃烧时，酒精的化学能先转化为内能，使罐内水升温产生高压蒸汽；高压蒸汽喷出推动扇叶转动，将内能转化为扇叶的机械能，因此能量转化顺序为化学能→内能→机械能。 扇叶转动缓慢，是因为蒸汽的压力过小，对扇叶的做功能力不够。 可以通过换更大火焰的酒精灯、密封装置减少蒸汽泄漏等方式提高蒸汽压力，改善转动效果。 燃料的热值及其计算知识点3 17．运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较大的________（选填“比热容”或“热值”）；人们常用热水袋取暖，这是用________（选填“做功”或“热传递”）的方式改变物体的内能。 【答案】 热值 热传递 【详解】运载火箭需要燃料燃烧释放大量能量来提供动力，液态氢的热值较大，相同质量的液态氢完全燃烧能放出更多热量，因此适合作为火箭燃料；热水袋取暖时，热量从温度较高的热水袋传递给温度较低的人体，使人体内能增加，这是通过热传递的方式改变物体内能。 18．已知天然气的热值为4.4×10⁷J/kg，100g天然气完全燃烧放出的热量为____J。用天然气将一壶水烧开，水壶中水的温度升高的过程中，水的内能____。壶口上方的水蒸气液化成“白气”的过程中____（吸收/放出）热量。 【答案】 4.4×10⁶ 增加 放出 【详解】天然气完全燃烧放出的热量为Q放=mq天然气=0.1kg×4.4×10⁷J/kg=4.4×10⁶J 水在温度升高的过程中会吸收热量，故水的内能增加。 液化是气态变为液态的物态变化过程，该过程需要放出热量，所以壶口上方水蒸气液化成“白气”时放出热量。 19．如图为某单缸四冲程汽油机的__________冲程，完全燃烧100g的汽油放出的热量是__________ J。若该汽油机每秒对外做功25次，那么该汽油机飞轮转速为__________ r/min。（汽油的热值为4.6×10⁷J/kg） 【答案】 压缩 4.6×10⁶ 3000 【详解】图中汽油机两个气门均关闭，活塞向上运动，因此是压缩冲程。 完全燃烧100g的汽油放出的热量Q放=mq=100×10⁻³kg×4.6×10⁷J/kg=4.6×10⁶J 四冲程汽油机每对外做功1次，飞轮转2圈。该汽油机每秒对外做功25次，则每秒飞轮转25×2=50圈，每分钟转50×60=3000圈，因此飞轮转速为3000r/min。 20．一台四冲程汽油机压缩冲程中，______能转化为______能，飞轮转速为1200r/min，则该汽油机每秒钟做功______次。若完全燃烧420g的酒精放出热量全部被水吸收，可使______kg的水温度从30℃升高到90℃。［酒精热值为3.0×10⁷J/kg，水的比热容为4.2×10³J/kg⋅℃］ 【答案】 机械 内 10 50 【详解】压缩冲程能量转化：四冲程汽油机的压缩冲程中，活塞压缩气缸内的混合气体，致使混合气体的温度升高，这个过程是将机械能转化为内能。 每秒做功次数计算：先将飞轮转速单位换算为20r/s，四冲程汽油机每完成1个工作循环，飞轮转动2圈，对外做功1次。由此可知每秒飞轮转动20圈时，完成10个工作循环，对外做功10次。 酒精完全燃烧放出的热量Q放=mq=0.42kg×3.0×10⁷J/kg=1.26×10⁷J 由题意可知，Q吸=Q放=1.26×10⁷J 由Q吸=cmΔt，则水的质量m₂=Q吸/cΔt=(1.26×10⁷J)/(4.2×10³J/(kg⋅℃)×(90℃-30℃))=50kg 21．汽车发动机用水冷却，是因为水的______较大。水箱中装有10 kg的15℃水，在温度升高到35℃过程中，水吸收热量是______J，这些热量相当于完全燃烧______kg天然气放出的热量。当该汽车的四冲程汽油机转速稳定为2400 r/min时，1 s内汽油机对外做功______次。[q天然气=8.4×10⁷ J/kg，c水＝4.2×10³ J/（kg·℃）] 【答案】 比热容 8.4×10⁵ 0.01 20 【详解】水的比热容较大，相同质量的水与其他物质相比，升高相同温度时能吸收更多热量，因此适合用作汽车发动机的冷却剂。 水升高的温度Δt=35℃-15℃=20℃ 水吸收热量Q吸=cmΔt=4.2×10³J/(kg·℃)×10kg×20℃=8.4×10⁵J 天然气完全燃烧放出的热量Q放=Q吸=8.4×10⁵J 天然气的质量m=Q放/q天然气=(8.4×10⁵J)/(8.4×10⁷J/kg)=0.01kg 转速单位换算为2400r/min=40r/s，即每秒飞轮转动40圈。四冲程汽油机每2圈完成一个工作循环，对外做功1次，因此1秒内对外做功次数为40/2=20次。 22．一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是2400r/min，该汽油机每秒做功________次，若每次做功500J，该汽油机的功率为________W；若汽油机工作一段时间消耗汽油200g，这些汽油完全燃烧所放出的热量为________J（汽油的热值为4.6×10⁷J/kg）。 【答案】 20 1×10⁴/10000 9.2×10⁶ 【详解】先把飞轮转速换算为每秒转动圈数2400r/min=2400/60r/s=40r/s 单缸四冲程汽油机每完成一个工作循环，飞轮转2圈、对外做功1次，因此每秒做功次数为40÷2=20次；已知每秒做功20次，每次做功500J，则每秒总功W=20×500J=1×10⁴J 汽油机功率为P=W/t=(1×10⁴J)/1s=1×10⁴W 汽油质量m=200g=0.2kg 燃料完全燃烧放热Q放=0.2kg×4.6×10⁷J/kg=9.2×10⁶J 23．小明利用图示装置估测酒精的热值。燃烧皿中酒精的质量为20g，烧杯中水的质量为200g[c水=4.2×10³J/（kg•℃）]，初温为25℃，点燃酒精，当水温升高到45℃时，立即熄灭火焰。该过程水吸收的热量Q吸=___________J。他想利用Q放=Q吸计算酒精的热值，请写出小明还需进行的实验操作并对该实验所测数据是否准确做出评价____________________________________________________________。 【答案】 1.68×10⁴ 测量出酒精燃烧后剩余的质量。实验所测数据不准确且偏小，因为酒精燃烧放出的热量不能完全被水吸收。 【详解】水吸收的热量Q吸=c水m水Δt=4.2×10³J/kg·°C×0.2kg×45°C−25°C=1.68×10⁴J 要计算酒精热值，还需要用天平测出熄灭后剩余酒精质量，求出燃烧掉的酒精质量m燃，再由q=Q放/m燃计算。该实验把Q放近似看作Q吸，忽略了烧杯、空气等吸热以及热量散失，酒精也可能未完全燃烧，因此测得的热值不准确，一般偏小。 24．下列说法不正确的是（　　） A．图甲：飞机机翼获得升力利用了流体在流速大的地方压强小 B．图乙：无人机加速上升过程中，动能转化为重力势能 C．图丙：三峡水利枢纽中的五级船闸，利用了连通器的原理 D．图丁：火箭发动机使压缩后的混合气体燃烧喷出，其能量转化与内燃机的做功冲程相同 【答案】B 【详解】A．飞机机翼上凸下平，飞行时机翼上方空气流速更大，根据流体压强规律：流速越大的位置压强越小，因此机翼上方压强小于下方，获得向上的升力，故A正确，不符合题意； B．无人机加速上升过程中，质量不变，速度增大，动能增大；同时高度增大，重力势能也增大。两种能量均增大，因此不是动能转化为重力势能，故B错误，符合题意； C．三峡船闸符合连通器“上端开口、底部相连通”的特点，工作时利用了连通器原理，故C正确，不符合题意； D．火箭工作时，混合气体燃烧后喷出气体，能量转化是内能转化为机械能；内燃机做功冲程的能量转化也是内能转化为机械能，二者能量转化相同，故D正确，不符合题意。 故选B。 25．为探究“通过做功方式改变物体内能”，小明设计了图甲的装置，由圆底烧瓶、温度传感器、橡皮塞、橡皮管、注射器等组成。 (1)小华提出两点建议：A．将温度传感器换成实验室温度计；B．将注射器换成打气筒。你觉得__（选“A”、“B”或“都”）比较合理； (2)改进后，向烧瓶内注入几滴酒精后打气，小明发现装置没有明显变化，瓶内气体的温度也几乎没有变化，你认为可能的原因是______ ； (3)继续改进实验装置后，不断向瓶内打气，数据采集器获得如图乙的图像。则打气5秒后可能出现的现象是________；图乙中AB段对应的能量变化与热机中的_____冲程相同。 【答案】(1)B (2)漏气 (3) 橡皮塞弹出，瓶口冒白雾，温度下降 压缩 【详解】（1）实验室温度计的分度值较大，无法灵敏捕捉瓶内气体温度的微小变化，而温度传感器可以实时、精确地记录温度变化，所以换用实验室温度计不合理；打气筒可以更高效地向瓶内压入空气，增大瓶内气压，使实验现象更明显，所以将注射器换成打气筒是合理的。故B合理。 （2）向瓶内打气时温度几乎不变，说明瓶内气体没有被有效压缩做功，内能没有增加，最可能的原因是装置漏气或橡皮塞未塞紧、接口密封不严，导致气体无法被有效压缩，做功不明显，温度也就几乎不变化。 （3）打气 5 秒后，图乙AB 段温度上升瓶内气体温度升高，气压不断增大，最终会冲开橡皮塞，此时气体对外做功，内能减小，温度降低，瓶内的酒精蒸气遇冷液化，所以出现的现象是：橡皮塞弹出，瓶口出现白雾，温度下降； 图乙中 AB 段，瓶内气体被压缩，外界对气体做功，内能增加，温度升高，能量变化与热机的压缩冲程相同，压缩冲程中，活塞对气缸内气体做功，机械能转化为内能，内能增加。 26．利用图甲两套相同装置做“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出热量”的实验。两燃料和水的质量均相同，图甲（a）（b）烧杯内水的温度随时间变化的图像分别为图乙中OA、OB。（不计热损失；相等时间内，同种燃料燃烧放出的热量相等） (1)本实验应使燃料___________（选填“燃烧相同时间”或“燃尽”）。 (2)根据图乙可知燃料1与燃料2的热值之比为___________。 (3)保持图甲（a）装置不变，对（b）装置进行调整，可完成“观察不同物质吸热升温现象”实验。则下列调整正确的是___________，该实验通过___________来反映物质吸收热量的多少。 A．将水换成等质量的煤油    B．将水换成等体积的煤油 C．将燃料2换成燃料1        D．增加燃料2的质量 【答案】(1)燃尽 (2)7:4 (3) AC 加热时间的长短 【详解】（1）本实验目的是比较质量相等的不同燃料完全燃烧放出的热量，因此需要让两种燃料完全燃尽后，比较水升高的温度。 （2）不计热损失，燃料完全燃烧放出的热量等于水吸收的热量，即mq=c水m水Δt。已知两种燃料质量m相等，水的质量和比热容都相同，因此热值之比等于水升高温度之比。由图乙可知，初始温度为20∘C，燃料1对应末温90∘C，则Δt₁=90∘C−20∘C=70∘C 燃料2对应末温60∘C，则Δt₂=60∘C−20∘C=40∘C 因此q₁/q₂=Δt₁/Δt₂=70∘C/40∘C=7/4 （3）做“观察不同物质吸热升温现象”实验，要求：热源相同，保证相同时间放出热量相同，吸热物质种类不同、质量相等。 A．将b中水换成等质量的煤油，保证了吸热物质质量相等、种类不同，故A正确； B．要求等质量不是等体积，故B错误； C．将燃料2换成燃料1，保证两个装置热源相同，故C正确； D．不需要增加燃料质量，故D错误； 故选AC。 相同热源相同时间放热相同，加热时间越长，吸收热量越多，故该实验用转换法，通过加热时间的长短反映物质吸收热量的多少。 27．如图所示为单缸四冲程汽油机的______冲程。它完全燃烧0.1kg汽油可释放的能量为______J，若这些能量中的42%被质量为20kg、初温为80℃的水吸收，水的温度将升高________℃。[已知大气压为1个标准大气压，q汽油=4.6×10⁷J/kg，c水=4.2×10³J/kg⋅℃]。 【答案】 做功 4.6×10⁶ 20 【详解】由图可知，进气门和排气门均关闭，火花塞点燃，活塞向下运动，因此该冲程为做功冲程。 汽油完全燃烧释放的能量Q放=mq汽油=0.1kg×4.6×10⁷J/kg=4.6×10⁶J 根据题意可知，水吸收的热为Q吸=42%Q放=42%×4.6×10⁶J=1.932×10⁶J 由热量的计算公式Q=cmΔt可知，水升高的温度为Δt=Q吸/c水m水=(1.932×10⁶J)/(4.2×10³J/kg·℃×20kg)=23℃ 水的末温t=t₀+Δt=80℃+23℃=103℃>100℃ 又由于1个标准大气压下水的沸点是100℃，水沸腾后继续吸热但温度保持不变，所以水的末温为100℃。所以水的温度将升高100℃-80℃=20℃。 28．小明想估测面巾纸的热值，进行了如下实验。 (1)将天平放在水平面上并将游码归零，发现指针偏右，则应将平衡螺母向________端调节；测量面巾纸质量时，调节天平再次平衡，右盘中的砝码和游码位置如图甲，其质量为________ g。 (2)如图乙，将面巾纸撕碎放在燃烧皿中充分燃烧后，烧杯中0.1kg的水温度升高了5°C，则水吸收的热量Q吸=________J。[c水=4.2×10³J/kg⋅°C] (3)根据Q放=Q吸和Q放=mq，算出面巾纸的热值与其实际值相比是________（选填“偏大”“偏小”或“一样大”）的。 【答案】(1) 左 6.4 (2)2100 (3)偏小 【详解】（1）天平放在水平台、游码归零后，指针偏右，说明右侧偏重、左侧偏轻，平衡螺母向左端调节。物体的质量等于砝码的质量加上游码所对刻度，由图甲可知，标尺的分度值为0.2g，面巾纸质量m=5g+1.4g=6.4g （2）水吸收的热量Q吸=cmΔt=4.2×10³J/kg·°C×0.1kg×5°C=2100J （3）面巾纸燃烧放出的热量，一部分散失到空气中、被烧杯吸收、燃烧不充分，并没有全部被水吸收，所以Q放实际>Q吸，算出的热值比真实值偏小。 29．某品牌轿车空车时的质量是1050kg，空车静止在水平地面上时与地面的总接触面积是0.15m²。在某次行驶过程中，轿车在平直公路上15min内匀速前进18km，消耗了1kg汽油，在此过程中，轿车所受到的平均阻力为1000N。已知汽油热值为4.6×10⁷J/kg，g取10N/kg。求： (1)完全燃烧1kg汽油，产生的热量； (2)在匀速行驶过程中，轿车发动机牵引力对轿车做功的功率。 【答案】(1)4.6×10⁷J (2)20kW 【详解】（1）完全燃烧1kg汽油，产生的热量为Q放=mq=1kg×4.6×10⁷J/kg=4.6×10⁷J （2）轿车匀速行驶时处于平衡状态，发动机牵引力与阻力是一对平衡力，二者大小相等，即F=f=1000N 已知轿车行驶的路程s=18km=18×10³m 行驶时间t=15min=15×60s=900s 轿车行驶速度v=s/t=(18×10³m)/900s=20m/s 轿车发动机牵引力对轿车做功的功率为P=Fv=1000N×20m/s=2×10⁴W=20kW 30．阅读短文，回答问题。 山地自行车轮胎 现在的山地自行车一般都配有加厚充气山地轮胎，适配坑洼、碎石等复杂越野路面。骑行过程中，轮胎与路面不断摩擦，使轮胎内部空气温度升高；金属轮圈可通过热传递将热量散发到外界，避免胎压过高引发爆胎，保障骑行安全。 为方便研究，我们定义：轮胎最大安全对地压强，指轮胎在标准形变、安全行驶不破损的前提下，单位接地面积上所能承受的最大压力，数值上等于轮胎最大负荷与轮胎接地接触面积的比值。轮胎的最大负荷与内部气压密切相关。下表为自行车静止、轮胎发生标准形变时，单只轮胎最大负荷F随轮胎气压p变化的相关数据。 气压p/kPa 160 180 200 220 240 负荷F/N 400 500 600 700 800 (1)骑行过程中轮胎要克服与地面的摩擦做功温度升高，这是通过______的方式改变了轮胎的内能。 (2)轮胎最大安全对地压强的大小与轮胎内的气压______（有关/无关）。 (3)当轮胎发生标准形变、自行车静止且轮胎气压为230kPa时，两只轮胎与地面接触的总面积为0.004m²，则自行车对地面的压强为_____Pa。 【答案】(1)做功 (2)有关 (3)3.75×10⁵ 【详解】（1）改变内能的方式分为做功和热传递，骑行时轮胎克服地面摩擦做功，将机械能转化为轮胎的内能，使轮胎温度升高，因此是通过做功的方式改变内能。 （2）根据题意，轮胎最大安全对地压强等于轮胎最大负荷与接地面积的比值，题目明确说明轮胎的最大负荷与内部气压密切相关，表格数据也显示气压变化时最大负荷随之变化，因此轮胎最大安全对地压强的大小与轮胎内气压有关。 （3）根据表格数据可得规律：轮胎气压每增加20kPa，单只轮胎最大负荷增加100N，因此气压为230kPa时，单只轮胎最大负荷为750N，自行车对地面的总压力为F总=2×750N=1500N 自行车对地面的压强p=F/S=1500N/0.004m²=3.75×10⁵Pa 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 12.4 机械能与内能的相互转化 目 录 A组 巩固过关 知识点1：做功改变物体的内能 知识点2：热机与四冲程汽油机 知识点3：燃料的热值及其计算 B组 能力进阶 C组 思维拔高 做功改变物体的内能知识点1 1．冬天，小明觉得手比较冷。下列各种做法中，通过做功的方式来使手变暖的是（     ） A．热水洗手 B．热水袋捂手 C．对手哈气 D．搓手 2．关于内能的说法正确的是（    ） A．物体温度越低，内能越小，所以0℃的物体没有内能 B．改变物体内能的方式有做功和热传递 C．热传递时，热量总是从内能大的物体转移到内能小的物体 D．一个物体被举的越高，内能越大 3．如图是足球运动员踢足球时的情景，下列说法正确的是（     ） A．脚踢球使球飞出去，说明力是物体运动的原因 B．脚踢球时，足球受到的弹力是由足球形变产生的 C．足球在空中飞行过程中，运动状态一定发生改变 D．足球在地面上滚动过程中内能不变 4．礼花喷射器原理如图，通过扭动气阀可释放压缩气罐内气体产生冲击，将纸管里填充的礼花彩条喷向高处，营造气氛。在喷出礼花彩条的过程中，罐内气体温度___________（选填“升高”“降低”或“不变”），内能___________（选填“增大”“减小”或“不变”）。 5．如图所示是一种“网红产品”——迷你型爆米花锅，将少量玉米放入锅内，扣紧锅盖，用火炉加热。待锅内达到一定气压后，打开锅盖，爆米花会爆出，锅内气体内能___________（选填“变大”、“变小”或“不变”），这是通过___________的方式改变内能，水蒸气___________成许多“白气”。 6．2025年11月14日，神舟二十一号载人飞船返回舱顺利返回地球。返回舱进入地球大气层与大气剧烈摩擦，通过________方式增加了返回舱表面的内能。返回舱距离地面约1m时，反推火箭发动机向________（上/下）喷出高速气流，返回舱开始减速着陆，返回舱减速着陆过程中动能________。 7．如图所示，用细绳吊着一个物块，静止靠在墙壁上。剪断细绳的同时，用一个由逐渐增大的水平作用力F压在物块上，墙壁足够高，则物块一开始做______（选填“向下加速”“静止”或“向下减速”），最后物块所处的状态是______（选填“向上匀速”“静止”或“向下匀速”），物块的机械能的变化情况是______。 8．如图甲所示，小明将测温探头置于注射器内并密封，向左推动活塞，观察到温度计示数______（选填“变大”、“变小”或“不变”）；撤去外力，活塞快速向右运动，此情景中的能量转化过程与图______（选填“乙”或“丙”）所示热机工作冲程相同，若该汽油机每1秒钟对外做功15次，那么该汽油机飞轮的转速为______r/min。 热机与四冲程汽油机知识点2 9．2026 年徐州冬日，室外的人们常搓手取暖，该过程能量转化与四冲程汽油机哪个冲程能量转化相同（     ） A．做功冲程 B．排气冲程 C．吸气冲程 D．压缩冲程 10．下列说法不正确的是（   ） A．图甲：手对弹簧的拉力是由于弹簧发生形变而产生的 B．图乙：为内燃机的排气冲程 C．图丙：迅速下压活塞，硝化棉被点燃，说明筒内空气内能增加了 D．图丁：立定跳远起跳时用力蹬地，这利用了物体间力的作用是相互的 11．一台单缸四冲程汽油机，如图所示的汽油机正处于____冲程；在此过程中能量的转化情况为内能转化为____；若飞轮的转速为1800r/min，该汽油机每秒钟做功____次。 12．如图所示是某单缸四冲程汽油机的________冲程；为了不让汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一个水套，用水来冷却汽缸。若该汽油机每1秒钟对外做功25次，那么该汽油机飞轮的转速为________r/min。 13．图中单缸四冲程汽油机正处在______冲程，若该汽油机转速为2400 r/min，则它每秒钟完成______个冲程，对外做功______次。用水循环带走汽油机产生的热量，这是利用了水的______较大的特性。 14．如图，试管中的水加热一段时间后，管口橡皮塞被冲出，水蒸气推动活塞的能量转化与汽油机的______冲程的能量转化过程相同，在此冲程中燃气的内能______（选填“增大”“减小”或“不变”），某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min，则1min内该汽油机对外做功______次。若汽油机的汽缸中吸入0.1kg汽油，则其完全燃烧后放出的热量为______J（汽油热值q=4.6×10⁷J/kg）。 15．如图甲所示为小明同学制作的热机模型，经检查气密性良好，他多次快速向左推动活塞，通过______的方式改变了针筒内气体的内能，同时观察到数字温度计的示数变大，摸到管壁发热。该过程的能量转化与汽油机工作时______（选填“乙”或“丙”）图的冲程相似。若某台汽油机的飞轮转速为3600r/min，则该汽油机每秒内完成______个冲程，对外做功______次。 16．实验小组制作了一个简易汽轮机模型，如图所示。易拉罐中注有水，点燃易拉罐下面的酒精灯，当笔尖口有蒸气喷出时，扇叶就转动起来。汽轮机模型工作时的能量转化情况为：化学能→________→________。在测试过程中，发现扇叶转动非常缓慢，经检查发现是蒸汽的压力________，针对这一问题有效的改进措施：________。 燃料的热值及其计算知识点3 17．运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较大的________（选填“比热容”或“热值”）；人们常用热水袋取暖，这是用________（选填“做功”或“热传递”）的方式改变物体的内能。 18．已知天然气的热值为4.4×10⁷J/kg，100g天然气完全燃烧放出的热量为____J。用天然气将一壶水烧开，水壶中水的温度升高的过程中，水的内能____。壶口上方的水蒸气液化成“白气”的过程中____（吸收/放出）热量。 19．如图为某单缸四冲程汽油机的__________冲程，完全燃烧100g的汽油放出的热量是__________ J。若该汽油机每秒对外做功25次，那么该汽油机飞轮转速为__________ r/min。（汽油的热值为4.6×10⁷J/kg） 20．一台四冲程汽油机压缩冲程中，______能转化为______能，飞轮转速为1200r/min，则该汽油机每秒钟做功______次。若完全燃烧420g的酒精放出热量全部被水吸收，可使______kg的水温度从30℃升高到90℃。［酒精热值为3.0×10⁷J/kg，水的比热容为4.2×10³J/kg⋅℃］ 21．汽车发动机用水冷却，是因为水的______较大。水箱中装有10 kg的15℃水，在温度升高到35℃过程中，水吸收热量是______J，这些热量相当于完全燃烧______kg天然气放出的热量。当该汽车的四冲程汽油机转速稳定为2400 r/min时，1 s内汽油机对外做功______次。[q天然气=8.4×10⁷ J/kg，c水＝4.2×10³ J/（kg·℃）] 22．一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是2400r/min，该汽油机每秒做功________次，若每次做功500J，该汽油机的功率为________W；若汽油机工作一段时间消耗汽油200g，这些汽油完全燃烧所放出的热量为________J（汽油的热值为4.6×10⁷J/kg）。 23．小明利用图示装置估测酒精的热值。燃烧皿中酒精的质量为20g，烧杯中水的质量为200g[c水=4.2×10³J/（kg•℃）]，初温为25℃，点燃酒精，当水温升高到45℃时，立即熄灭火焰。该过程水吸收的热量Q吸=___________J。他想利用Q放=Q吸计算酒精的热值，请写出小明还需进行的实验操作并对该实验所测数据是否准确做出评价____________________________________________________________。 24．下列说法不正确的是（　　） A．图甲：飞机机翼获得升力利用了流体在流速大的地方压强小 B．图乙：无人机加速上升过程中，动能转化为重力势能 C．图丙：三峡水利枢纽中的五级船闸，利用了连通器的原理 D．图丁：火箭发动机使压缩后的混合气体燃烧喷出，其能量转化与内燃机的做功冲程相同 25．为探究“通过做功方式改变物体内能”，小明设计了图甲的装置，由圆底烧瓶、温度传感器、橡皮塞、橡皮管、注射器等组成。 (1)小华提出两点建议：A．将温度传感器换成实验室温度计；B．将注射器换成打气筒。你觉得__（选“A”、“B”或“都”）比较合理； (2)改进后，向烧瓶内注入几滴酒精后打气，小明发现装置没有明显变化，瓶内气体的温度也几乎没有变化，你认为可能的原因是______ ； (3)继续改进实验装置后，不断向瓶内打气，数据采集器获得如图乙的图像。则打气5秒后可能出现的现象是________；图乙中AB段对应的能量变化与热机中的_____冲程相同。 26．利用图甲两套相同装置做“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出热量”的实验。两燃料和水的质量均相同，图甲（a）（b）烧杯内水的温度随时间变化的图像分别为图乙中OA、OB。（不计热损失；相等时间内，同种燃料燃烧放出的热量相等） (1)本实验应使燃料___________（选填“燃烧相同时间”或“燃尽”）。 (2)根据图乙可知燃料1与燃料2的热值之比为___________。 (3)保持图甲（a）装置不变，对（b）装置进行调整，可完成“观察不同物质吸热升温现象”实验。则下列调整正确的是___________，该实验通过___________来反映物质吸收热量的多少。 A．将水换成等质量的煤油    B．将水换成等体积的煤油 C．将燃料2换成燃料1        D．增加燃料2的质量 27．如图所示为单缸四冲程汽油机的______冲程。它完全燃烧0.1kg汽油可释放的能量为______J，若这些能量中的42%被质量为20kg、初温为80℃的水吸收，水的温度将升高________℃。[已知大气压为1个标准大气压，q汽油=4.6×10⁷J/kg，c水=4.2×10³J/kg⋅℃]。 28．小明想估测面巾纸的热值，进行了如下实验。 (1)将天平放在水平面上并将游码归零，发现指针偏右，则应将平衡螺母向________端调节；测量面巾纸质量时，调节天平再次平衡，右盘中的砝码和游码位置如图甲，其质量为________ g。 (2)如图乙，将面巾纸撕碎放在燃烧皿中充分燃烧后，烧杯中0.1kg的水温度升高了5°C，则水吸收的热量Q吸=________J。[c水=4.2×10³J/kg⋅°C] (3)根据Q放=Q吸和Q放=mq，算出面巾纸的热值与其实际值相比是________（选填“偏大”“偏小”或“一样大”）的。 29．某品牌轿车空车时的质量是1050kg，空车静止在水平地面上时与地面的总接触面积是0.15m²。在某次行驶过程中，轿车在平直公路上15min内匀速前进18km，消耗了1kg汽油，在此过程中，轿车所受到的平均阻力为1000N。已知汽油热值为4.6×10⁷J/kg，g取10N/kg。求： (1)完全燃烧1kg汽油，产生的热量； (2)在匀速行驶过程中，轿车发动机牵引力对轿车做功的功率。 30．阅读短文，回答问题。 山地自行车轮胎 现在的山地自行车一般都配有加厚充气山地轮胎，适配坑洼、碎石等复杂越野路面。骑行过程中，轮胎与路面不断摩擦，使轮胎内部空气温度升高；金属轮圈可通过热传递将热量散发到外界，避免胎压过高引发爆胎，保障骑行安全。 为方便研究，我们定义：轮胎最大安全对地压强，指轮胎在标准形变、安全行驶不破损的前提下，单位接地面积上所能承受的最大压力，数值上等于轮胎最大负荷与轮胎接地接触面积的比值。轮胎的最大负荷与内部气压密切相关。下表为自行车静止、轮胎发生标准形变时，单只轮胎最大负荷F随轮胎气压p变化的相关数据。 气压p/kPa 160 180 200 220 240 负荷F/N 400 500 600 700 800 (1)骑行过程中轮胎要克服与地面的摩擦做功温度升高，这是通过______的方式改变了轮胎的内能。 (2)轮胎最大安全对地压强的大小与轮胎内的气压______（有关/无关）。 (3)当轮胎发生标准形变、自行车静止且轮胎气压为230kPa时，两只轮胎与地面接触的总面积为0.004m²，则自行车对地面的压强为_____Pa。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 12.4 机械能与内能的相互转化 目 录 A组 巩固过关 知识点1：做功改变物体的内能 知识点2：热机与四冲程汽油机 知识点3：燃料的热值及其计算 B组 能力进阶 C组 思维拔高 做功改变物体的内能知识点1 1． 【答案】D 2． 【答案】B 3． 【答案】C 4． 【答案】 降低 减小 5． 【答案】 变小 做功 液化 6． 【答案】 做功 下 减小 7． 【答案】 向下加速 静止 先减小后不变 8． 【答案】 变大 乙 1800 热机与四冲程汽油机知识点2 9． 【答案】D 10． 【答案】A 11． 【答案】 做功 机械能 15 12． 【答案】 压缩 3000 13． 【答案】 做功 80 20 比热容 14． 【答案】 做功 减小 1500 4.6×10⁶ 15． 【答案】 做功 乙 120 30 16． 【答案】 内能 机械能 小 提高装置的气密性 燃料的热值及其计算知识点3 17． 【答案】 热值 热传递 18． 【答案】 4.4×10⁶ 增加 放出 19． 【答案】 压缩 4.6×10⁶ 3000 20． 【答案】 机械 内 10 50 21． 【答案】 比热容 8.4×10⁵ 0.01 20 22． 【答案】 20 1×10⁴/10000 9.2×10⁶ 23． 【答案】 1.68×10⁴ 测量出酒精燃烧后剩余的质量。实验所测数据不准确且偏小，因为酒精燃烧放出的热量不能完全被水吸收。 24． 【答案】B 25． 【答案】(1)B (2)漏气 (3) 橡皮塞弹出，瓶口冒白雾，温度下降 压缩 26． 【答案】(1)燃尽 (2)7:4 (3) AC 加热时间的长短 27． 【答案】 做功 4.6×10⁶ 20 28． 【答案】(1) 左 6.4 (2)2100 (3)偏小 29． 【答案】(1)4.6×10⁷J (2)20kW 30． 【答案】(1)做功 (2)有关 (3)3.75×10⁵ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $