12.4机械能与内能的相互转化（分层练习）（原卷版）-2023-2024学年九年级物理上册（苏科版）

12.4机械能与内能的相互转化（分层练习）一、单选题1．下列说法正确的是（）A．燃料的热值与其是否完全燃烧有关B．沿海地区昼夜温差小，是因为水的比热容较大C．冰在熔化过程中，温度与内能均保持不变D．内燃机在做功冲程中，将机械能转化为内能2．下列关于热机的说法正确的是（）A．热机的效率为100% B．热机只有汽油机和柴油机两种C．好的热机工作时不排放废气 D．热机工作时都要利用燃料的化学能3．一瓶酒精用去三分之二后，剩下的酒精的比热容、热值（）A．都变为原来的三分之一B．比热容不变，热值变为原来的三分之一C．热值不变，比热容变为原来的三分之一D．都不变4．如图所示的情景中，通过做功使物体内能增大的是（）A．甲和乙 B．乙和丙 C．丙和丁 D．乙和丁5．关于四冲程汽油机的工作过程，下列说法正确的是（）A．做功冲程：燃气推动活塞做功 B．压缩冲程：缸内温度降低C．吸气冲程：进气门和排气门都打开 D．排气冲程：内能转化为机械能6．关于燃料的热值，下列说法中正确的是A．某种燃料燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值B．甲燃料完全燃烧放出的热量比乙燃料完全燃烧放出的热量多，则甲燃料的热值一定比乙燃料的热值大C．燃料的热值越大，则燃料燃烧时放出的热量越多D．烟煤的热值是2.9×107J/kg，则完全燃烧1kg的烟煤能放出2.9×107J的热量7．热机效率是热机性能的重要指标，下列措施中，可以提高热机效率的是（）A．尽量增加热机的工作时间 B．尽量增加废气带走的热量C．尽量使用热值更大的燃料 D．尽量减少热机部件的摩擦8．在“比较燃料热值大小”的实验中，不需要控制相同或相等的因素是（）A．两种燃料的质量 B．两只装水的烧杯C．烧杯中水的质量 D．各自加热的时间9．如图所示的某单缸四冲程汽油机，下列说法正确的是（）A．靠飞轮惯性完成冲程的是乙、丙、丁B．四冲程内燃机在一个工作循环中工作过程依次是丁丙甲乙C．甲图中能量的转化是内能转化为机械能D．乙图中汽缸内气体温度会下降10．用酒精灯给试管中的水加热，如图所示，在软木塞被冲出试管口的过程中，下列说法正确的是（）A．水蒸气的内能转化为软木塞的机械能 B．软木塞的机械能转化为水蒸气的内能C．水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能增大 D．能量的转化形式与热机压缩冲程能量转化相同11．小明阅读了某汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图所示，汽油热值为4.6×107J/kg。下列说法错误的是（）A．发动机在做功冲程把内能转化为机械能B．该内燃机的效率为30%C．为确保发动机正常工作，可用水对其冷却D．燃烧1kg的汽油一定释放4.6×107J的能量12．如图所示，在注射器中加入一些乙醚，用橡皮帽把针头孔封死。向外拉活塞，可以看到液态乙醚消失；再用力推活塞，这时又可以重新看到液态的乙醚了。关于上述实验，下列说法中正确的是（）A．向外拉活塞的过程中，液态乙醚升华变成乙醚蒸气B．用力推活塞的过程中，乙醚蒸气的内能转化为活塞的机械能C．用力推活塞的过程中，乙醚由气态变为液态，这说明在一定温度下，压缩气体可以使气体液化D．用力推活塞的过程中，乙醚蒸气的内能增加，这是通过热传递的方式实现的二、填空题13．2020年5月5日，我国“长征五号B”大型运载火箭首飞成功，火箭使用液态氢作燃料是因为液态氢的较大；火箭向下喷射燃气获得推力加速上升，是内能转化为能。14．如图所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，快速压下活塞，可观察到，在快速下压活塞的过程中筒内气体内能（选填“增大”不变”或“减小”），此过程能量转化与汽油机冲程是相同的。15．如图所示，为生活中常用的热水瓶，注入一定量的热水后，立即盖上软木塞，软木塞会跳起来。汽油机的冲程也发生同样的能量转化。如果该汽油机飞轮转速是1800r/min，则该汽油机每分钟内对外做功次。16．火柴可以擦燃，也可以用火点燃，则擦燃是用的方式使火柴燃烧，用火点燃是用的方式使火柴燃烧，使用这两种方法都可以改变物体的内能。17．把一个薄壁金属管固定在桌上，里面放一些乙醚，用塞子塞紧，拿一根绳子在管外绕几圈并迅速地来回拉绳子，将看到如图所示的现象。关于这一过程中能量的转化或者转移有如下关系，请完成填空：拉动的绳子具有能，通过做功使金属管的能增加，金属管通过热传递使乙醚的内能增加，乙醚通过使金属管的塞子能增加而弹出。18．如图所示，工作中的四冲程汽油机正处于冲程，在该冲程将能转化为能。若该汽油机每秒完成60个冲程，则每秒它对外做功次。19．随着我国北斗导航组网成功，北斗导航逐步走进人们的生活。如图甲所示的无人驾驶插秧机使用北斗导航，农民只需在作业前进行相关设定，即可实现无人值守自动作业。如图乙是汽油机，如果该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功次；某段时间插秧机消耗汽油0.21kg，汽油完全燃烧放出的热量是J；若这些热量完全被46kg、初温为15℃的水吸收，则水温升高℃（q汽油=4.6×107J/kg、c水=4.2×103J/(kg•℃)）。三、作图题20．图甲为内燃机的吸气冲程的示意图，图甲中画出了吸气冲程进气门、排气门的开闭情况与活塞的运动情况。请在图乙中用“T”表示阀门，画出做功冲程进气门、排气门的开闭情况，用“↑”或“↓”表示活塞运动方向，画出做功冲程活塞的运动情况。四、实验题21．如图所示，在估测薯片热值的实验中，小军设计了两种对水加热的方式：方式一：薯片在烧杯中燃烧；方式二：薯片在燃烧皿中燃烧。（1）两种加热方式中合理的是；在进行实验时，要让薯片充分燃烧，操作是；（2）用天平量取水，并测出一片薯片的质量，用以上选取的方式燃尽薯片，并用温度计测出水升高的温度，所测出的薯片热值偏，原因是。

22．（1）为了比较水和食用油的吸热能力，小明用两个相同的装置做了如图甲所示的实验。

①在两个相同的烧杯中应加入初温相同、质量相同的水和煤油（ρ水>ρ煤油）。实验中选用相同电加热器的目的是：使水和煤油在相同时间内；②水和煤油温度随时间变化如图乙所示，根据图甲可判断出a物质是。根据图乙可判断出b吸热能力较（选填“强”或“弱”）；（2）如图丙所示，为比较酒精和碎纸片的热值，用两只同规格的烧杯装相等质量的水，取质量相等的酒精和碎纸片，分别放入两个燃烧皿中，点燃分别给烧杯加热，直到酒精和碎纸片完全燃烧完，通过比较（选填“加热时间”或“升高的温度”）来确定酒精和碎纸片热值的大小。23．科技小组许多同学都有着航天梦、中国梦，他们在学校操场做了水火箭升空实验。实验器材有：饮料瓶、气筒、自行车气门、铁丝、橡皮塞、水等。水火箭构造如图所示。在瓶中装入适量的水，塞好瓶塞后放在发射器上，用气筒向瓶内打气，瓶内上方气体压强达到一定程度，高压气体将水和橡皮塞从瓶口压出，瓶飞向高空。

（1）用气筒向瓶内打气，是通过的方式增大瓶内气体的内能。水从瓶口向下喷出会使水火箭向上升空是因为；（2）实验结束后，小辉同学提出了一个问题：水火箭上升高度与哪些因素有关呢？小辉猜想：可能与瓶内气体的压强有关；小华猜想：可能与瓶中水的体积有关；你认为影响因素可能还有；（写出一点，猜想必须合理）（3）同学们通过实验发现，瓶塞插入深度不同，瓶塞被冲出前用气筒充气次数不同（设充一次气气量相同）。他们选用同一个可乐瓶，瓶中水量为200mL。通过站在不同楼层的观察员目测进行数据记录，做了三次实验，实验结果如表格所示。瓶塞插入深度浅深更深水火箭上升高度/m2512从表格数据分析可验证火箭上升高度与有关的猜想是正确的。实验小组经过讨论和思考发现，瓶塞插入瓶口的深度加深，其目的是增大瓶塞与瓶口的力，使橡皮塞不易被压出。24．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量相等，烧杯内的液体质量和初温也相同。

（1）比较不同燃料的热值，应选择两图进行实验，燃料完全燃烧放出的热量的多少是通过来反映的（选填“温度计升高的示数”或“加热时间”）；（2）若想利用上述装置估测燃料的热值，那么还需要补充的实验仪器是；（3）比较不同物质吸热升温的特点，应选择两图进行实验。所选a、b两种液体的相同，吸收热量的多少通过来反映的（选填“温度计升高的示数”或“加热时间”）。a、b两种液体吸收热量后温度随时间变化的图像如图丁所示，由图可以看出，液体的温度升高得较快；升高相同的温度时，液体吸收热量多。25．小明学习了燃料的热值后，自己设计了一个实验来研究煤油和花生油热值的大小关系，他组装了如图所示的两套完全相同的装置，加热两个烧杯中质量和初温都相等的水，实验数据如表：燃料加热前水温/℃燃料燃尽后水温/℃煤油2048花生油2038（1）小明组装如图甲乙所示的两套装置时，正确的顺序是（选填“自上而下”或“自下而上”）；（2）为了保证实验结论可靠，小明在实验中还应控制煤油和花生油的；（3）分析得出：煤油和花生油两种燃料中，热值较大的是。如果甲、乙中加热前水温并不同，（选填“能”或“不能”）得出相同结论；（4）在“探究不同物质吸热能力”实验中。小红在两个相同的烧杯中，分别装有质量、初温相同的甲、乙两种液体，用两个酒精灯对其加热，记录相关数据；液体质量升温10℃所需时间升温20℃所需时间升温30℃所需时间甲30g72s102s134s乙30g92s163s220s要控制两酒精灯的火力相同，是为了使两种液体在相同的时间内吸收（选填“相同”或“不同”）的热量；该实验主要用（选填“液体升高的温度”或“加热时间的长短”）来表示两种液体吸热的多少；通过分析表格数据可得，当物体的质量和相同时，甲吸收的热量（选填“大于”“等于”或“小于”）乙吸收的热量。五、计算题26．国家提倡节能减排，各地都在积极进行“煤改气”工程。某同学计算家中天然气灶烧水的效率时，将20℃、2kg的水倒入烧水壶中。在一个标准大气压下，把水刚加热到100℃时，测出消耗了的天然气。已知水的比热容为，天然气的热值为。请你计算将这些水烧开时：（1）水吸收的热量；（2）燃烧的天然气放出的热量；（3）天然气灶的效率。27．如图所示为某种固体酒精炉，固体酒精炉比液体酒精炉使用时更安全。为了测定该固体酒精炉的热效率，在炉中放入40g的固体酒精，当固体酒精燃烧完后，锅中1kg的水温度从20℃升高到了70℃。已知固体酒精的热值为1.5×107J/kg，水的比热容是4.2×103J/（kg·℃）。（1）若固体酒精完全燃烧，则放出的热量是多少？（2）水吸收的热量是多少？（3）小明测得固体酒精炉的热效率是多大？（4）请写出固体酒精炉热效率不高的一个原因。

一、单选题1．一台内燃机的飞轮转速是1440转/分，那么在每秒钟内（）A．飞轮转动24转，燃气对活塞做功720次，活塞完成2880个冲程B．飞轮转动24转，燃气对活塞做功24次，活塞完成24个冲程C．飞轮转动24转，燃气对活塞做功12次，活塞完成48个冲程D．飞轮转动24转，燃气对活塞做功1440次，活塞完成1440个冲程2．干木柴、焦炭、无烟煤的热值如图所示，以下说法不正确的是（）A．都是完全燃烧的情况下，无烟煤放出的热量最多B．都完全燃烧1kg，干木柴放出的热量最少C．焦炭的热值是3×107J/kg，完全燃烧2kg焦炭放出的热量是6×107JD．焦炭的热值是3×107J/kg，0.5kg焦炭热值也为3×107J/kg3．甲、乙、丙三个装置完全相同，燃料的质量、烧杯内液体初温和质量也相同，不考虑热量损失且液体均未沸腾，下列选项正确的是（）A．对比甲、乙两图：如果燃料2的热值较高，最终乙图中a液体内能较大B．对比乙、丙两图：根据液体a、b最终升温，可以比较两种液体的比热容C．对比乙、丙两图：若液体b最终升温较高，则燃料1的热值较大D．对比甲、丙两图：若液体b的比热容比a大，则升高相同的温度，液体a加热时间长4．现有两个使用同一种燃料的加热器，用它们分别对甲、乙两种不同的物质加热。已知甲物质的比热是乙物质的2倍，甲物质的质量是乙物质的，当甲物质升高的温度是乙物质的时（甲、乙物质的物态都不发生改变），加热甲物质所用燃料是加热乙物质的，则两加热器利用热能的效率之比是（）A．1：1 B．1：2 C．3：2 D．2：15．小帆在老师指导下，用如图所示的同一个实验装置分别加热100g的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化图像如图，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精（）。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，，则下列说法中正确的是（）A．B．乙的吸热能力大于甲的吸热能力C．0~8min乙吸收的热量为D．该酒精灯的加热效率为28%6．活塞式打气筒为自行车轮胎打气的过程中，会发现气筒的筒壁发热。筒壁发热现象的产生，有两个方面的原因：a、打气过程中活塞与筒壁之间不断地克服摩擦做功使筒壁的内能增加、温度升高；b、打气时活塞压缩气体做功使气体的内能增加，升温的气体通过热传递使筒壁温度升高。针对哪一个是主要原因问题，小明设计了如下实验：先测出打气前筒壁的温度为t0，再将打气筒不与轮胎相连空打气适量的n次后测出筒壁温度为t1，待筒壁温度恢复t0后，再将打气筒与轮胎相连，在相同的时间内打相同的n次后测出筒壁温度为t2。下列相关说法中正确的一项是（）A．若t2＞t1说明a是主要原因 B．若t1＞t2说明a是主要原因C．若t2t0＞t1t0说明b是主要原因 D．若t2t1＞t1t0说明b是主要原因二、填空题7．为了使材料硬度增大，部分金属工件需要进行淬火处理，即将工件升温到较高温度保持一段时间后再快速冷却。某工厂用天然气处理炉对质量为40kg的钢工件进行淬火处理，耗用0.25m3天然气将工件从20℃加热到550℃，然后投入淬火池的水中迅速冷却，淬火池中的水温度为20℃，质量为460kg，已知天然气热值q=4.0×107J/m3，钢的比热容c钢=0.46×103J/（kg•℃），水的比热容c水=4.2×103J/（kg•℃），所耗用的天然气完全燃烧放出的热量J，钢工件与水开始达到热平衡的温度为℃。（不计热量损失）8．中国是世界第一产氢大国，发展氢能具有较好的条件，且目前我国氢能发展较快，在全球新投资的氢能项目中占比较高，发展潜力较大。小越所在的物理兴趣小组用氢能源给40kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的水温随时间变化的图像，若在4min内完全燃烧了0.1kg的氢气，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），氢气的热值约为1.4×108J/g，则经过4min时间加热，水所吸收的热量为J；烧水时的热效率约为。9．小明在“探究不同物质吸热升温现象”时，分别用质量均为0.5kg的甲、乙两种液体进行对比实验，并根据实验数据作出了如图所示的图像。实验过程中，甲、乙两种液体在相同时间内放出的热量相等，分析图像可以得出：甲、乙两种液体的比热容大小关系是c甲c乙（选填“＞”、“＜”或“＝”），若乙液体的比热容为（2.1×103J/（kg•℃），则甲液体的比热容大小是J/（kg•℃）；甲液体在0～12min内放出的热量与完全燃烧kg的干木柴放出的热量相同。（q干木柴＝1.2×107J/kg）10．如下图所示，小明将气球吹大后，让气球自行飞出，若及时捡拾起气球，将会感觉到气球球身的温度和原来相比（选填“变高”“变低”或“没有变化”），此过程发生的能量转化与（选填“甲”、“乙”、“丙”、“丁”）图中的能量转化是一致的。1min内汽油机完成2400个工作循环，飞轮的转速为r/s。汽油机完成一个工作循环时，需要吸入2L的燃料，其质量为kg，这些燃料完全燃烧放出的热量为J。若这些热量有84%被质量为10kg的水吸收，水的温度能够上升℃。（燃料1.4kg/m3，q燃料4.6107J/kg，c水4.2103J/（kgC））11．发动机是汽车的核心部件，发动机的质量决定了整车的性能和品质，现代汽车主要分汽油与柴油两类发动机。（1）如图A所示，汽油机一个工作循环包括四个冲程，一个汽缸正常工作四个冲程顺序是（按“甲、乙、丙、丁”重新排序），图所示冲程汽油机给汽车提供动力，将燃料燃烧放出的能转化为机械能。汽车发动机通常用水做冷却剂是因为水的；（2）如图B所示是某小轿车汽油机工作时的能量转化示意图，则该汽油机的效率是，该车完全燃烧2L汽油，释放的热量是J，若在效率不变的情况下，转化为有用的机械能是J。（汽油的密度ρ＝0.7×103kg/m3，汽油的热值q＝4.6×107J/kg）；（3）近年来，我国汽车保有量在迅速增长。若一辆汽车每年耗油1.8t，汽车发动机的平均效率为25%，如果能把发动机效率提高1%，则每辆汽车每年大约可节约kg汽油（结果保留整数）。三、实验题12．如图所示，用甲、乙、丙三套装置完成实验。实验一：探究不同物质吸热升温的现象。实验二：比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量。三种供选择的液体分别用a、b、c表示，三种燃料分别用1、2、3表示。（1）为了完成实验一，应选用两套装置，还需要添加一种测量仪器是，实验时通过比较反映液体吸热多少；（2）为了能完成两个实验，对图中器材进行以下几种调整，其中可行的是A．将甲图中的燃料换成3

B．将乙图中的液体换成aC．将乙图中的液体换成c

D．将丙图中的燃料换成3（3）完成两个实验的过程中，设计了三个实验方案：方案①：加热烧杯内液体，每隔相等的时间，记录液体温度；方案②：将烧杯内初温相同的液体加热至相同温度，记录加热时间；方案③：加热烧杯内的液体，分别记录液体初温和液体温度；方案（用方案序号填写）都是完成实验一。13．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量都是10g，烧杯内的液体质量也相同。（1）比较不同燃料的热值，应选择两图进行实验；比较不同物质的吸热能力，应选择两图进行实验。（2）在这两个实验中，仪器安装到位后，都要用到的测量器材是温度计和。（3）为了比较液体a和液体b的吸热能力，在设计实验方案时，需要确定以下需要控制的变量，你认为其中多余的是。A．采用的加热方式B．酒精灯里所加酒精量C．液体a和液体b的质量D．盛放液体a和液体b的容器（4）为了比较燃料1和燃料2的热值，应该在燃料完全燃烧后，通过比较来得出结论（温度计示数/加热时间）。（5）根据实验测得的数据，分别描绘出a、b两种液体的温度随加热时间变化的图像，如图戊所示，分析图像可知液体（a/b）的吸热能力更强。若加热过程中无热量损失，则a、b两种液体的比热容之比ca：cb=。（6）某同学用图丁装置测酒精的热值。加热前酒精灯的质量为m1，加热一段时间后变为m2；烧杯中水的质量为M，水的初温t1，末温t2，水的比热容用c表示。用以上物理量代入公式，可以粗略算出酒精热值。但是，这种方法测出的热值偏（大/小）。四、计算题14．我国自主研制的某型新一代战斗机，它具备超音速巡航、电磁隐身、超机动性、超视距攻击等优异性能，该飞机最大起飞质量为37t，最大飞行高度达2×104m，最大航行速度达2.5倍声速（合3060km/h），最大载油量为10t，飞机航行时所受阻力的大小与速度的关系见下表：速度v/m·s1100200300400600阻力f/N0.3×1041.2×1042.7×1044.8×10410.8×104已知飞机发动机燃油完全燃烧的能量转化为机械能的效率是45%，飞机使用的航空燃油的热值为5×107J/kg。求：（1）飞机发动机完全燃烧10t燃油获得的热量是多少焦？（2）当飞机以400m/s的速度巡航时，飞机发动机的输出功率是多少瓦？（3）若在飞机油箱中加满燃油，并且以500m/s的速度巡航时，飞机的最大航程约是多少千米？15．如图是一款新型油电混合动力汽车。这种车在启动或低速行驶时，内燃机并不工作，动力电池通过驱动电机向车轮输送能量；当高速行驶或动力电池能量消耗过大时，内燃机才开始工作，既可以向车轮提供动力，也可以同时带动电机发电，给动力电池充电。某次行驶过程中，汽车先以20m/s的速度低速匀速行驶，电动机的输出功率为10kW；然后再高速行驶在平直公路上匀速行驶了16km，行驶过程中受到的阻力为1000N，假设汽油完全燃烧所释放能量的40%转换为牵引力做的功和给动力电池充电，其中动力电池储存的能量增加了7×106J。（已知：汽油的热值q=4.6×107J/kg）（1）在低速行驶过程中，汽车受到的牵引力；（2）在这次高速行驶过程中汽车的牵引力做的功；（3）在这次高速行驶过程消耗汽油的质量。16．周末，小明对太阳能热水器的加热性能进行研究，他用“温度传感器”测得装满水的水箱中水的温度为20℃，太阳照射一段时间t后“温度传感器”显示水箱中的水温为40℃，已知水箱容积是100L。求：（1）该过程中水吸收的热量；[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]（2）若用液化气灶加热使水吸收同样的热量，需要燃烧多少kg液化气？（液化气灶的热效率为40%，液化气的热值为q＝5×107J/kg）（3）该地太阳辐射到地面单位面积上的功率为P＝2.1×103W/m2，该太阳能热水器的集热面积为S＝2.5m2，热转化效率η＝40%（即将太阳能的40%转化为水的内能）。求太阳光照射的时间t。一、综合题1．阅读短文，回答问题。自动驾驶汽车2022北京冬奥会首次基于5G自动驾驶汽车实现火炬接力，开启了自动驾驶汽车的里程碑。如图甲为一款自动驾驶汽车，其控制系统能根据路面情况作出应对，确保车辆正常行驶，上坡时，会自动切换到低速挡，使汽车的行驶速度减小并根据斜坡陡峭程