12.4機械能與內能的相互轉化（分層練習）一、單選題1．下列說法正確的是（）A．燃料的熱值與其是否完全燃燒有關B．沿海地區晝夜溫差小，是因為水的比熱容較大C．冰在熔化過程中，溫度與內能均保持不變D．內燃機在做功沖程中，將機械能轉化為內能2．下列關于熱機的說法正確的是（）A．熱機的效率為100% B．熱機只有汽油機和柴油機兩種C．好的熱機工作時不排放廢氣 D．熱機工作時都要利用燃料的化學能3．一瓶酒精用去三分之二后，剩下的酒精的比熱容、熱值（）A．都變為原來的三分之一B．比熱容不變，熱值變為原來的三分之一C．熱值不變，比熱容變為原來的三分之一D．都不變4．如圖所示的情景中，通過做功使物體內能增大的是（）A．甲和乙 B．乙和丙 C．丙和丁 D．乙和丁5．關于四沖程汽油機的工作過程，下列說法正確的是（）A．做功沖程：燃氣推動活塞做功 B．壓縮沖程：缸內溫度降低C．吸氣沖程：進氣門和排氣門都打開 D．排氣沖程：內能轉化為機械能6．關于燃料的熱值，下列說法中正確的是A．某種燃料燃燒放出的熱量叫做這種燃料的熱值B．甲燃料完全燃燒放出的熱量比乙燃料完全燃燒放出的熱量多，則甲燃料的熱值一定比乙燃料的熱值大C．燃料的熱值越大，則燃料燃燒時放出的熱量越多D．煙煤的熱值是2.9×107J/kg，則完全燃燒1kg的煙煤能放出2.9×107J的熱量7．熱機效率是熱機性能的重要指標，下列措施中，可以提高熱機效率的是（）A．盡量增加熱機的工作時間 B．盡量增加廢氣帶走的熱量C．盡量使用熱值更大的燃料 D．盡量減少熱機部件的摩擦8．在“比較燃料熱值大小”的實驗中，不需要控制相同或相等的因素是（）A．兩種燃料的質量 B．兩只裝水的燒杯C．燒杯中水的質量 D．各自加熱的時間9．如圖所示的某單缸四沖程汽油機，下列說法正確的是（）A．靠飛輪慣性完成沖程的是乙、丙、丁B．四沖程內燃機在一個工作循環中工作過程依次是丁丙甲乙C．甲圖中能量的轉化是內能轉化為機械能D．乙圖中汽缸內氣體溫度會下降10．用酒精燈給試管中的水加熱，如圖所示，在軟木塞被沖出試管口的過程中，下列說法正確的是（）A．水蒸氣的內能轉化為軟木塞的機械能 B．軟木塞的機械能轉化為水蒸氣的內能C．水蒸氣對軟木塞做功，水蒸氣的內能增大 D．能量的轉化形式與熱機壓縮沖程能量轉化相同11．小明閱讀了某汽車發動機的說明書后，將內燃機的能量流向制成如圖所示，汽油熱值為4.6×107J/kg。下列說法錯誤的是（）A．發動機在做功沖程把內能轉化為機械能B．該內燃機的效率為30%C．為確保發動機正常工作，可用水對其冷卻D．燃燒1kg的汽油一定釋放4.6×107J的能量12．如圖所示，在注射器中加入一些乙醚，用橡皮帽把針頭孔封死。向外拉活塞，可以看到液態乙醚消失；再用力推活塞，這時又可以重新看到液態的乙醚了。關于上述實驗，下列說法中正確的是（）A．向外拉活塞的過程中，液態乙醚升華變成乙醚蒸氣B．用力推活塞的過程中，乙醚蒸氣的內能轉化為活塞的機械能C．用力推活塞的過程中，乙醚由氣態變為液態，這說明在一定溫度下，壓縮氣體可以使氣體液化D．用力推活塞的過程中，乙醚蒸氣的內能增加，這是通過熱傳遞的方式實現的二、填空題13．2020年5月5日，我國“長征五號B”大型運載火箭首飛成功，火箭使用液態氫作燃料是因為液態氫的較大；火箭向下噴射燃氣獲得推力加速上升，是內能轉化為能。14．如圖所示，在空氣壓縮引火儀的玻璃筒底部放一小團干燥的棉花，快速壓下活塞，可觀察到，在快速下壓活塞的過程中筒內氣體內能（選填“增大”不變”或“減小”），此過程能量轉化與汽油機沖程是相同的。15．如圖所示，為生活中常用的熱水瓶，注入一定量的熱水后，立即蓋上軟木塞，軟木塞會跳起來。汽油機的沖程也發生同樣的能量轉化。如果該汽油機飛輪轉速是1800r/min，則該汽油機每分鐘內對外做功次。16．火柴可以擦燃，也可以用火點燃，則擦燃是用的方式使火柴燃燒，用火點燃是用的方式使火柴燃燒，使用這兩種方法都可以改變物體的內能。17．把一個薄壁金屬管固定在桌上，里面放一些乙醚，用塞子塞緊，拿一根繩子在管外繞幾圈并迅速地來回拉繩子，將看到如圖所示的現象。關于這一過程中能量的轉化或者轉移有如下關系，請完成填空：拉動的繩子具有能，通過做功使金屬管的能增加，金屬管通過熱傳遞使乙醚的內能增加，乙醚通過使金屬管的塞子能增加而彈出。18．如圖所示，工作中的四沖程汽油機正處于沖程，在該沖程將能轉化為能。若該汽油機每秒完成60個沖程，則每秒它對外做功次。19．隨著我國北斗導航組網成功，北斗導航逐步走進人們的生活。如圖甲所示的無人駕駛插秧機使用北斗導航，農民只需在作業前進行相關設定，即可實現無人值守自動作業。如圖乙是汽油機，如果該汽油機飛輪的轉速是60r/s，則汽油機每秒鐘對外做功次；某段時間插秧機消耗汽油0.21kg，汽油完全燃燒放出的熱量是J；若這些熱量完全被46kg、初溫為15℃的水吸收，則水溫升高℃（q汽油=4.6×107J/kg、c水=4.2×103J/(kg?℃)）。三、作圖題20．圖甲為內燃機的吸氣沖程的示意圖，圖甲中畫出了吸氣沖程進氣門、排氣門的開閉情況與活塞的運動情況。請在圖乙中用“T”表示閥門，畫出做功沖程進氣門、排氣門的開閉情況，用“↑”或“↓”表示活塞運動方向，畫出做功沖程活塞的運動情況。四、實驗題21．如圖所示，在估測薯片熱值的實驗中，小軍設計了兩種對水加熱的方式：方式一：薯片在燒杯中燃燒；方式二：薯片在燃燒皿中燃燒。（1）兩種加熱方式中合理的是；在進行實驗時，要讓薯片充分燃燒，操作是；（2）用天平量取水，并測出一片薯片的質量，用以上選取的方式燃盡薯片，并用溫度計測出水升高的溫度，所測出的薯片熱值偏，原因是。

22．（1）為了比較水和食用油的吸熱能力，小明用兩個相同的裝置做了如圖甲所示的實驗。

①在兩個相同的燒杯中應加入初溫相同、質量相同的水和煤油（ρ水>ρ煤油）。實驗中選用相同電加熱器的目的是：使水和煤油在相同時間內；②水和煤油溫度隨時間變化如圖乙所示，根據圖甲可判斷出a物質是。根據圖乙可判斷出b吸熱能力較（選填“強”或“弱”）；（2）如圖丙所示，為比較酒精和碎紙片的熱值，用兩只同規格的燒杯裝相等質量的水，取質量相等的酒精和碎紙片，分別放入兩個燃燒皿中，點燃分別給燒杯加熱，直到酒精和碎紙片完全燃燒完，通過比較（選填“加熱時間”或“升高的溫度”）來確定酒精和碎紙片熱值的大小。23．科技小組許多同學都有著航天夢、中國夢，他們在學校操場做了水火箭升空實驗。實驗器材有：飲料瓶、氣筒、自行車氣門、鐵絲、橡皮塞、水等。水火箭構造如圖所示。在瓶中裝入適量的水，塞好瓶塞后放在發射器上，用氣筒向瓶內打氣，瓶內上方氣體壓強達到一定程度，高壓氣體將水和橡皮塞從瓶口壓出，瓶飛向高空。

（1）用氣筒向瓶內打氣，是通過的方式增大瓶內氣體的內能。水從瓶口向下噴出會使水火箭向上升空是因為；（2）實驗結束后，小輝同學提出了一個問題：水火箭上升高度與哪些因素有關呢？小輝猜想：可能與瓶內氣體的壓強有關；小華猜想：可能與瓶中水的體積有關；你認為影響因素可能還有；（寫出一點，猜想必須合理）（3）同學們通過實驗發現，瓶塞插入深度不同，瓶塞被沖出前用氣筒充氣次數不同（設充一次氣氣量相同）。他們選用同一個可樂瓶，瓶中水量為200mL。通過站在不同樓層的觀察員目測進行數據記錄，做了三次實驗，實驗結果如表格所示。瓶塞插入深度淺深更深水火箭上升高度/m2512從表格數據分析可驗證火箭上升高度與有關的猜想是正確的。實驗小組經過討論和思考發現，瓶塞插入瓶口的深度加深，其目的是增大瓶塞與瓶口的力，使橡皮塞不易被壓出。24．如圖所示，甲、乙、丙三圖中的裝置完全相同。燃料的質量相等，燒杯內的液體質量和初溫也相同。

（1）比較不同燃料的熱值，應選擇兩圖進行實驗，燃料完全燃燒放出的熱量的多少是通過來反映的（選填“溫度計升高的示數”或“加熱時間”）；（2）若想利用上述裝置估測燃料的熱值，那么還需要補充的實驗儀器是；（3）比較不同物質吸熱升溫的特點，應選擇兩圖進行實驗。所選a、b兩種液體的相同，吸收熱量的多少通過來反映的（選填“溫度計升高的示數”或“加熱時間”）。a、b兩種液體吸收熱量后溫度隨時間變化的圖像如圖丁所示，由圖可以看出，液體的溫度升高得較快；升高相同的溫度時，液體吸收熱量多。25．小明學習了燃料的熱值后，自己設計了一個實驗來研究煤油和花生油熱值的大小關系，他組裝了如圖所示的兩套完全相同的裝置，加熱兩個燒杯中質量和初溫都相等的水，實驗數據如表：燃料加熱前水溫/℃燃料燃盡后水溫/℃煤油2048花生油2038（1）小明組裝如圖甲乙所示的兩套裝置時，正確的順序是（選填“自上而下”或“自下而上”）；（2）為了保證實驗結論可靠，小明在實驗中還應控制煤油和花生油的；（3）分析得出：煤油和花生油兩種燃料中，熱值較大的是。如果甲、乙中加熱前水溫并不同，（選填“能”或“不能”）得出相同結論；（4）在“探究不同物質吸熱能力”實驗中。小紅在兩個相同的燒杯中，分別裝有質量、初溫相同的甲、乙兩種液體，用兩個酒精燈對其加熱，記錄相關數據；液體質量升溫10℃所需時間升溫20℃所需時間升溫30℃所需時間甲30g72s102s134s乙30g92s163s220s要控制兩酒精燈的火力相同，是為了使兩種液體在相同的時間內吸收（選填“相同”或“不同”）的熱量；該實驗主要用（選填“液體升高的溫度”或“加熱時間的長短”）來表示兩種液體吸熱的多少；通過分析表格數據可得，當物體的質量和相同時，甲吸收的熱量（選填“大于”“等于”或“小于”）乙吸收的熱量。五、計算題26．國家提倡節能減排，各地都在積極進行“煤改氣”工程。某同學計算家中天然氣灶燒水的效率時，將20℃、2kg的水倒入燒水壺中。在一個標準大氣壓下，把水剛加熱到100℃時，測出消耗了的天然氣。已知水的比熱容為，天然氣的熱值為。請你計算將這些水燒開時：（1）水吸收的熱量；（2）燃燒的天然氣放出的熱量；（3）天然氣灶的效率。27．如圖所示為某種固體酒精爐，固體酒精爐比液體酒精爐使用時更安全。為了測定該固體酒精爐的熱效率，在爐中放入40g的固體酒精，當固體酒精燃燒完后，鍋中1kg的水溫度從20℃升高到了70℃。已知固體酒精的熱值為1.5×107J/kg，水的比熱容是4.2×103J/（kg·℃）。（1）若固體酒精完全燃燒，則放出的熱量是多少？（2）水吸收的熱量是多少？（3）小明測得固體酒精爐的熱效率是多大？（4）請寫出固體酒精爐熱效率不高的一個原因。

一、單選題1．一臺內燃機的飛輪轉速是1440轉/分，那么在每秒鐘內（）A．飛輪轉動24轉，燃氣對活塞做功720次，活塞完成2880個沖程B．飛輪轉動24轉，燃氣對活塞做功24次，活塞完成24個沖程C．飛輪轉動24轉，燃氣對活塞做功12次，活塞完成48個沖程D．飛輪轉動24轉，燃氣對活塞做功1440次，活塞完成1440個沖程2．干木柴、焦炭、無煙煤的熱值如圖所示，以下說法不正確的是（）A．都是完全燃燒的情況下，無煙煤放出的熱量最多B．都完全燃燒1kg，干木柴放出的熱量最少C．焦炭的熱值是3×107J/kg，完全燃燒2kg焦炭放出的熱量是6×107JD．焦炭的熱值是3×107J/kg，0.5kg焦炭熱值也為3×107J/kg3．甲、乙、丙三個裝置完全相同，燃料的質量、燒杯內液體初溫和質量也相同，不考慮熱量損失且液體均未沸騰，下列選項正確的是（）A．對比甲、乙兩圖：如果燃料2的熱值較高，最終乙圖中a液體內能較大B．對比乙、丙兩圖：根據液體a、b最終升溫，可以比較兩種液體的比熱容C．對比乙、丙兩圖：若液體b最終升溫較高，則燃料1的熱值較大D．對比甲、丙兩圖：若液體b的比熱容比a大，則升高相同的溫度，液體a加熱時間長4．現有兩個使用同一種燃料的加熱器，用它們分別對甲、乙兩種不同的物質加熱。已知甲物質的比熱是乙物質的2倍，甲物質的質量是乙物質的，當甲物質升高的溫度是乙物質的時（甲、乙物質的物態都不發生改變），加熱甲物質所用燃料是加熱乙物質的，則兩加熱器利用熱能的效率之比是（）A．1：1 B．1：2 C．3：2 D．2：15．小帆在老師指導下，用如圖所示的同一個實驗裝置分別加熱100g的甲、乙兩種液體（其中一種是水），用測得的數據繪制了溫度隨時間變化圖像如圖，乙從20℃加熱至沸騰剛好消耗了4g酒精（）。若單位時間內甲吸收的熱量與乙吸收的熱量相等，，則下列說法中正確的是（）A．B．乙的吸熱能力大于甲的吸熱能力C．0~8min乙吸收的熱量為D．該酒精燈的加熱效率為28%6．活塞式打氣筒為自行車輪胎打氣的過程中，會發現氣筒的筒壁發熱。筒壁發熱現象的產生，有兩個方面的原因：a、打氣過程中活塞與筒壁之間不斷地克服摩擦做功使筒壁的內能增加、溫度升高；b、打氣時活塞壓縮氣體做功使氣體的內能增加，升溫的氣體通過熱傳遞使筒壁溫度升高。針對哪一個是主要原因問題，小明設計了如下實驗：先測出打氣前筒壁的溫度為t0，再將打氣筒不與輪胎相連空打氣適量的n次后測出筒壁溫度為t1，待筒壁溫度恢復t0后，再將打氣筒與輪胎相連，在相同的時間內打相同的n次后測出筒壁溫度為t2。下列相關說法中正確的一項是（）A．若t2＞t1說明a是主要原因 B．若t1＞t2說明a是主要原因C．若t2t0＞t1t0說明b是主要原因 D．若t2t1＞t1t0說明b是主要原因二、填空題7．為了使材料硬度增大，部分金屬工件需要進行淬火處理，即將工件升溫到較高溫度保持一段時間后再快速冷卻。某工廠用天然氣處理爐對質量為40kg的鋼工件進行淬火處理，耗用0.25m3天然氣將工件從20℃加熱到550℃，然后投入淬火池的水中迅速冷卻，淬火池中的水溫度為20℃，質量為460kg，已知天然氣熱值q=4.0×107J/m3，鋼的比熱容c鋼=0.46×103J/（kg?℃），水的比熱容c水=4.2×103J/（kg?℃），所耗用的天然氣完全燃燒放出的熱量J，鋼工件與水開始達到熱平衡的溫度為℃。（不計熱量損失）8．中國是世界第一產氫大國，發展氫能具有較好的條件，且目前我國氫能發展較快，在全球新投資的氫能項目中占比較高，發展潛力較大。小越所在的物理興趣小組用氫能源給40kg的水加熱，同時他們繪制了如圖所示的水溫隨時間變化的圖像，若在4min內完全燃燒了0.1kg的氫氣，水的比熱容為4.2×103J/（kg·℃），氫氣的熱值約為1.4×108J/g，則經過4min時間加熱，水所吸收的熱量為J；燒水時的熱效率約為。9．小明在“探究不同物質吸熱升溫現象”時，分別用質量均為0.5kg的甲、乙兩種液體進行對比實驗，并根據實驗數據作出了如圖所示的圖像。實驗過程中，甲、乙兩種液體在相同時間內放出的熱量相等，分析圖像可以得出：甲、乙兩種液體的比熱容大小關系是c甲c乙（選填“＞”、“＜”或“＝”），若乙液體的比熱容為（2.1×103J/（kg?℃），則甲液體的比熱容大小是J/（kg?℃）；甲液體在0～12min內放出的熱量與完全燃燒kg的干木柴放出的熱量相同。（q干木柴＝1.2×107J/kg）10．如下圖所示，小明將氣球吹大后，讓氣球自行飛出，若及時撿拾起氣球，將會感覺到氣球球身的溫度和原來相比（選填“變高”“變低”或“沒有變化”），此過程發生的能量轉化與（選填“甲”、“乙”、“丙”、“丁”）圖中的能量轉化是一致的。1min內汽油機完成2400個工作循環，飛輪的轉速為r/s。汽油機完成一個工作循環時，需要吸入2L的燃料，其質量為kg，這些燃料完全燃燒放出的熱量為J。若這些熱量有84%被質量為10kg的水吸收，水的溫度能夠上升℃。（燃料1.4kg/m3，q燃料4.6107J/kg，c水4.2103J/（kgC））11．發動機是汽車的核心部件，發動機的質量決定了整車的性能和品質，現代汽車主要分汽油與柴油兩類發動機。（1）如圖A所示，汽油機一個工作循環包括四個沖程，一個汽缸正常工作四個沖程順序是（按“甲、乙、丙、丁”重新排序），圖所示沖程汽油機給汽車提供動力，將燃料燃燒放出的能轉化為機械能。汽車發動機通常用水做冷卻劑是因為水的；（2）如圖B所示是某小轎車汽油機工作時的能量轉化示意圖，則該汽油機的效率是，該車完全燃燒2L汽油，釋放的熱量是J，若在效率不變的情況下，轉化為有用的機械能是J。（汽油的密度ρ＝0.7×103kg/m3，汽油的熱值q＝4.6×107J/kg）；（3）近年來，我國汽車保有量在迅速增長。若一輛汽車每年耗油1.8t，汽車發動機的平均效率為25%，如果能把發動機效率提高1%，則每輛汽車每年大約可節約kg汽油（結果保留整數）。三、實驗題12．如圖所示，用甲、乙、丙三套裝置完成實驗。實驗一：探究不同物質吸熱升溫的現象。實驗二：比較質量相等的不同燃料燃燒時放出的熱量。三種供選擇的液體分別用a、b、c表示，三種燃料分別用1、2、3表示。（1）為了完成實驗一，應選用兩套裝置，還需要添加一種測量儀器是，實驗時通過比較反映液體吸熱多少；（2）為了能完成兩個實驗，對圖中器材進行以下幾種調整，其中可行的是A．將甲圖中的燃料換成3

B．將乙圖中的液體換成aC．將乙圖中的液體換成c

D．將丙圖中的燃料換成3（3）完成兩個實驗的過程中，設計了三個實驗方案：方案①：加熱燒杯內液體，每隔相等的時間，記錄液體溫度；方案②：將燒杯內初溫相同的液體加熱至相同溫度，記錄加熱時間；方案③：加熱燒杯內的液體，分別記錄液體初溫和液體溫度；方案（用方案序號填寫）都是完成實驗一。13．如圖所示，甲、乙、丙三圖中的裝置完全相同。燃料的質量都是10g，燒杯內的液體質量也相同。（1）比較不同燃料的熱值，應選擇兩圖進行實驗；比較不同物質的吸熱能力，應選擇兩圖進行實驗。（2）在這兩個實驗中，儀器安裝到位后，都要用到的測量器材是溫度計和。（3）為了比較液體a和液體b的吸熱能力，在設計實驗方案時，需要確定以下需要控制的變量，你認為其中多余的是。A．采用的加熱方式B．酒精燈里所加酒精量C．液體a和液體b的質量D．盛放液體a和液體b的容器（4）為了比較燃料1和燃料2的熱值，應該在燃料完全燃燒后，通過比較來得出結論（溫度計示數/加熱時間）。（5）根據實驗測得的數據，分別描繪出a、b兩種液體的溫度隨加熱時間變化的圖像，如圖戊所示，分析圖像可知液體（a/b）的吸熱能力更強。若加熱過程中無熱量損失，則a、b兩種液體的比熱容之比ca：cb=。（6）某同學用圖丁裝置測酒精的熱值。加熱前酒精燈的質量為m1，加熱一段時間后變為m2；燒杯中水的質量為M，水的初溫t1，末溫t2，水的比熱容用c表示。用以上物理量代入公式，可以粗略算出酒精熱值。但是，這種方法測出的熱值偏（大/小）。四、計算題14．我國自主研制的某型新一代戰斗機，它具備超音速巡航、電磁隱身、超機動性、超視距攻擊等優異性能，該飛機最大起飛質量為37t，最大飛行高度達2×104m，最大航行速度達2.5倍聲速（合3060km/h），最大載油量為10t，飛機航行時所受阻力的大小與速度的關系見下表：速度v/m·s1100200300400600阻力f/N0.3×1041.2×1042.7×1044.8×10410.8×104已知飛機發動機燃油完全燃燒的能量轉化為機械能的效率是45%，飛機使用的航空燃油的熱值為5×107J/kg。求：（1）飛機發動機完全燃燒10t燃油獲得的熱量是多少焦？（2）當飛機以400m/s的速度巡航時，飛機發動機的輸出功率是多少瓦？（3）若在飛機油箱中加滿燃油，并且以500m/s的速度巡航時，飛機的最大航程約是多少千米？15．如圖是一款新型油電混合動力汽車。這種車在啟動或低速行駛時，內燃機并不工作，動力電池通過驅動電機向車輪輸送能量；當高速行駛或動力電池能量消耗過大時，內燃機才開始工作，既可以向車輪提供動力，也可以同時帶動電機發電，給動力電池充電。某次行駛過程中，汽車先以20m/s的速度低速勻速行駛，電動機的輸出功率為10kW；然后再高速行駛在平直公路上勻速行駛了16km，行駛過程中受到的阻力為1000N，假設汽油完全燃燒所釋放能量的40%轉換為牽引力做的功和給動力電池充電，其中動力電池儲存的能量增加了7×106J。（已知：汽油的熱值q=4.6×107J/kg）（1）在低速行駛過程中，汽車受到的牽引力；（2）在這次高速行駛過程中汽車的牽引力做的功；（3）在這次高速行駛過程消耗汽油的質量。16．周末，小明對太陽能熱水器的加熱性能進行研究，他用“溫度傳感器”測得裝滿水的水箱中水的溫度為20℃，太陽照射一段時間t后“溫度傳感器”顯示水箱中的水溫為40℃，已知水箱容積是100L。求：（1）該過程中水吸收的熱量；[c水＝4.2×103J/（kg?℃）]（2）若用液化氣灶加熱使水吸收同樣的熱量，需要燃燒多少kg液化氣？（液化氣灶的熱效率為40%，液化氣的熱值為q＝5×107J/kg）（3）該地太陽輻射到地面單位面積上的功率為P＝2.1×103W/m2，該太陽能熱水器的集熱面積為S＝2.5m2，熱轉化效率η＝40%（即將太陽能的40%轉化為水的內能）。求太陽光照射的時間t。一、綜合題1．閱讀短文，回答問題。自動駕駛汽車2022北京冬奧會首次基于5G自動駕駛汽車實現火炬接力，開啟了自動駕駛汽車的里程碑。如圖甲為一款自動駕駛汽車，其控制系統能根據路面情況作出應對，確保車輛正常行駛，上坡時，會自動切換到低速擋，使汽車的行駛速度減小并根據斜坡陡峭程