中考物理一轮复习讲义+练习第16讲 内能与热机-强化训练（2份，原卷版+解析版）

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\l "_Tc30508" 考点三 热机及热机效率的计算 PAGEREF _Tc30508 \h 6
考点一 分子热运动、内能、比热容、热值等基础概念理解
1．下列事实能够说明“分子在不停地运动”的是（ ）
A．天空中乌云翻滚B．春天里柳絮飞扬
C．海面上浪花飞溅D．公园里花香四溢
【解答】解：ABC、乌云翻滚，柳絮飞扬、浪花飞溅都是宏观物体的机械运动，故ABC错误；
D、花香四溢是花粉分子在不停地做无规则运动，扩散到空气中，进入人们的鼻孔，人便闻到了香味，故D正确。
故选：D。
2．关于分子动理论及有关现象，下列说法中正确的是（ ）
A．雪花飞舞，说明分子在不停地做无规则运动
B．用手捏海绵，海绵的体积缩小了，说明分子间有空隙
C．铁块很难被压缩，说明分子之间同时存在着引力和斥力
D．红墨水同时滴入冷水和热水中，红墨水在热水中扩散得快
【解答】解：A、雪花是固体小颗粒，雪花飞舞，是物体的机械运动，不是分子运动，故A错误；
B、用手捏海绵，海绵的体积缩小了，说明力可以改变物体的形状，故B错误；
C、铁块很难被压缩，说明分子之间存在相互作用的斥力，故C错误；
D、红墨水同时滴入冷水和热水中，由于温度越高，分子运动越快，所以红墨水在热水中扩散得快，故D正确。
故选：D。
3．气压和温度相同时，氢气的密度比氧气的密度小。在装有氧气的瓶子上面倒扣一个装有氢气的瓶子，并放置于0℃的环境中，如图所示，快速抽掉玻璃板后放置足够长的时间后，气体分子的分布为（ ）
A．B．C．D．
【解答】解：抽掉玻璃板后，氢气和氧气相互接触，由于分子在不停地做无规则运动，氢气和氧气会彼此进入对方，生成混合气体。
故选：D。
4．关于机械能和内能，下列说法中正确的是（ ）
A．具有能量的物体一定在对另一个物体做功
B．机械能和内能之间可以相互转化
C．物体的速度越大具有的内能越多
D．具有机械能的物体不一定具有内能
【解答】解：A、能量的多少可以用功的多少来衡量，正在做功的物体一定具有能量，但是有能量的物体不一定正在做功，故A错误；
B、机械能和内能之间可以相互转化，故B正确；
C、内能是指物体内部所有分子做无规则运动所具有的动能和分子势能的总和，故C错误；
D、任何物体都具有内能，故D错误。
故选：B。
5．关于物体的内能，下列说法正确的是（ ）
A．温度为0℃的物体的内能为零
B．温度高的物体比温度低的物体内能大
C．温度相同的两块铁，它们具有的内能也相同
D．温度相同但质量不同的两杯水具有的内能不相同
【解答】解：A、温度为0℃的物体分子不停地做无规则的运动，分子动能不为零，分子势能不为零，所以温度为0℃的物体的内能不为零，A说法错误；
B、物体的内能除与温度有关外，还与物体的种类、物体的质量、物体的体积有关，温度高的物体的内能可能比温度低的物体内能大，也可能与温度低的物体内能相等，也可能低于温度低的物体的内能，B说法错误；
C、因为不知道两块铁的质量，所以我们不能确定温度相同的两块铁哪个内能大，哪个内能小，C说法错误；
D、虽然两杯水的温度，种类相同，但两杯水的质量和体积不相同，所以它们具有的内能也不相同，D说法正确。
故选：D。
6．关于一定质量的气体的内能，下列说法中正确的是（ ）
A．温度升高，它的内能一定增加
B．它的内能增加，一定是吸收了热量
C．它的内能越大，含有的热量越多
D．温度为0℃时，它可能没有内能
【解答】解：A、物体的升高，其分子运动加剧，内能增加，故A正确；
B、改变物体内能的方式有两种：做功和热传递；物体内能增加可能是吸收了热量，也可能是外界对物体做功，故B错误；
C、温度越高的物体，分子运动越剧烈，热量是热传递过程中传递的内能多少，不是含有的，故C错误；
D、一切物体的分子都在永不停息地做无规则运动，即一切物体都有内能，故D错误。
故选：A。
7．关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（ ）
A．仅在两物体之间发生热传递时，高温物体内能一定减少，低温物体内能一定增加
B．我们不敢大口喝热气腾腾的汤，是因为温度越高，汤含有的热量较多
C．0℃的冰熔化成0℃的水，温度不变，内能不变
D．对物体做功，物体的内能一定增加
【解答】解：
A、两物体之间仅发生热传递时，热量从高温物体传向低温物体，所以高温物体内能减少，低温物体内能增加，故A正确；
B、我们不敢大口地喝热气腾腾的汤，是因为热汤的温度高；热量是一个过程量，不能说物体含有多少热量，故B错误；
C、一块0℃的冰熔化成0℃的水后，吸收热量，温度不变，内能增加，故C错误；
D、对物体做功，可能表现为内能的改变，也可能表现为位置的改变，如把物体举高做功，物体的内能不变，重力势能增加，故D错误。
故选：A。
8．下列关于热量的说法正确的是（ ）
A．发生热传递时，热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递
B．发生热传递时，热量总是从温度高的物体向温度低的物体传递
C．物体内能增加，一定吸收热量
D．物体温度越高，它的热量就越多
【解答】解：AB、发生热传递时，热量总是从温度高的物体向温度低的物体传递。故A错误，B正确；
C、物体内能增加，不一定是吸收了热量，可能是外界对物体做了功。故C错误；
D、热量是一个过程量，是指热传递过程中传递能量的多少，描述它的术语是“吸收”或“放出”，不能用“含有”“具有”等词描述，故D错误。
故选：B。
9．下列实例中，属于热传递改变物体内能的是（ ）
A．柴火烧水B．压缩空气发热
C．冬天搓手取暖D．钻木取火
【解答】解：
A、柴火烧水时，水吸收热量，能量发生了转移，属于热传递改变物体的内能，故A符合题意。
B、压缩空气发热，对空气做功，使其内能增大、温度升高，属于做功改变物体的内能，故B不合题意。
C、冬天搓手取暖，克服摩擦做功，使物体的内能增加，属于做功改变物体的内能，故C不合题意。
D、钻木取火，克服摩擦做功，使物体的内能增加，属于做功改变物体的内能，故D不合题意。
故选：A。
10．将装有酒精的金属管固定在桌子上，并用塞子塞紧。快速来回拉动绕在管上的绳子，过一会儿塞子跳起来，如图所示，下列说法不正确的是（ ）
A．拉动绳子过程，金属管温度升高，内能增加
B．拉动绳子过程，机械能转化成内能
C．塞子跳起时，管内气体温度升高，内能增加
D．塞子跳起时，发生的能量转化与汽油机的做功冲程相同
【解答】解：AB、拉动绳子过程，绳子克服摩擦力对金属管做功，机械能转化成内能，使金属管温度升高，内能增加，故AB正确；
CD、塞子跳起时，管内气体对塞子做功，内能转化为机械能，管内气体内能减小，温度降低，塞子跳起时，发生的能量转化与汽油机的做功冲程相同，故C错误、D正确。
故选：C。
11．在受太阳照射的条件相同时，将内陆地区与沿海地区相比较（ ）
A．内陆地区的夏季比较凉爽
B．内陆地区的冬季比较温暖
C．内陆地区一天气温变化较大
D．内陆地区一天气温变化较小
【解答】解：内陆地区多泥土沙石，沿海地区水多，因为水的比热容比砂石比热容大，相同质量的水和沙石吸收相同的热量后，沙石升高的温度大；相同质量的水和沙石放出相同的热量后，沙石降低的温度大，因此，在受太阳照射条件相同时，内陆地区的夏季比沿海地区炎热，冬季比沿海地区寒冷，在一天之内气温变化也较大，故ABD错误，C正确。
故选：C。
12．下列过程中物理量发生改变的是（ ）
A．一杯牛奶喝掉一半后的密度
B．一根导线剪掉一半后的电阻
C．一桶汽油燃烧掉一半后的热值
D．一瓶水喝掉一半后的比热容
【解答】解：A、物体的密度随温度、压力的变化而改变，但不随物体自身的质量或体积的变化而变化，则剩下牛奶的密度不变，故A不符合题意；
B、导体的电阻与其长度、横截面、材料等有关，若一根导线剪掉一半，则剩下导线的电阻发生改变，故B符合题意；
C、热值是指单位质量（或体积）的燃料完全燃烧时所放出的热量，一桶汽油燃烧掉一半，剩下汽油的热值不变，故C不符合题意；
D、比热容是物质的一种特性，反映了物质吸热和放热能力的大小，与物质种类和状态有关，与质量无关，一瓶水喝掉一半后剩下水的比热容不变，故D不符合题意。
故选：B。
13．有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置开始转动后的分析正确的是（ ）
A．装置所具有的机械能始终不变
B．如果没有能量补充，装置最终会停下来
C．根据能量守恒定律，装置可以一直转动下去
D．装置中小球的动能和重力势能不会相互转化
【解答】解：
A、装置在工作的过程中，由于存在摩擦，克服摩擦做功，机械能转化为内能，所以机械能会变小，故A错误；
BC、如果没有能量补充，机械能会逐渐变小，装置最终会停下来，故B正确，C错误；
D、装置在运动的过程中，小球的高度会发生变化，重力势能发生改变，速度发生变化，动能发生改变，有重力势能和动能的转化，故D错误。
故选：B。
考点二 比热容的探究实验
14．小明在做“探究物质吸热多少跟哪些因素有关”的实验时，使用相同的电加热器给液体甲和乙加热。实验数据如表：
（1）用完全相同的加热器，目的是加热相同的时间，使甲、乙两种液体吸收的热量 相同 。
（2）①由1、2可得：质量相同的同种物质，升高的温度越高，吸收的热量就越 多 。
②由2、3可得：同种物质升高相同的温度，物质的质量越 大 ，吸收的热量就越多。由1、4可得：物质吸收的热量多少与物质的 种类 有关。甲、乙两种物质中， 乙 的吸热能力更强。
（3）如果甲的比热容是1.4×103J/（kg•℃），则乙的比热容是 0.7×103 J/（kg•℃）。
【解答】解：（1）根据转换法，用完全相同的加热器，目的是加热相同的时间，使甲、乙两种液体吸收的热量相同；
（2）①由表中第1、2次实验数据可知，同种液体、质量相同，液体升高的温度越高，加热时间越长，液体吸收的热量越多；
②由表中第2、3次实验数据可知，同种物质升高相同的温度，物质的质量越大，吸收的热量就越多；
由表中第1、4次实验数据可知，质量相同的不同液体，液体升高相同的温度，甲加热时间短，乙加热时间长，说明甲吸收的热量小于乙吸收的热量，由此可得：物质吸收热量多少与物质的种类有关，且乙的吸热能力强；
（3）由Q吸＝cmΔt可知，在质量和吸收热量一定时，升高的温度与比热容成反比；
由2、4次实验数据可知，甲、乙的加热时间相等，即Q甲吸＝Q乙吸，Δt甲＝10℃，Δt乙＝5℃，
乙的比热容：c乙＝c甲＝×1.4×103J/（kg•℃）＝0.7×103J/（kg•℃）。
故答案为：（1）相同；（2）①多；②大；种类；乙；（3）0.7×103。
15．小明用相同的酒精灯分别给水和煤油加热（如图甲），以探究水和煤油的吸热能力。
（1）本实验需要用到天平这一测量工具，目的是 控制水和煤油的质量相同 。
（2）加热10min，水吸收的热量 等于 （选填“大于”、“小于”或“等于”）煤油吸收的热量。
（3）实验中，是通过比较 加热时间 来间接反映水和煤油吸收热量的多少。
（4）根据实验数据小明作出了水和煤油的温度随加热时间变化的图像（如图乙）；分析图象可知，水和煤油吸收相同热量时，温度升高较多的是 煤油 ；若使两者升高相同的温度，则 水 吸收的热量较多；若在这两种液体中选择一种作为汽车发动机的冷却剂， 水 冷却效果更好。若水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），由图像可知，煤油的比热容是 2.1×103 J/（kg•℃）。
【解答】解：（1）根据比较不同物质吸热能力的两种方法，要控制水和煤油的质量相同，故实验需要用测量质量的工具﹣﹣﹣天平；
（2）（3）实验中，我们使用相同的酒精灯，相同时间放出的热量相同，所以通过加热时间的长短来比较两种液体吸收热量的多少；加热10min，水吸收的热量等于煤油吸收的热量；
（4）分析图象可知，水和煤油加热相同时间，水和煤油吸收相同热量时，煤油温度升高较多，若使两者升高相同的温度，若升高98℃﹣68℃＝30℃，水加热20分钟，煤油加热10分钟，水用的时间是煤油的2倍，即水吸收的热量是煤油的2倍，则水吸收的热量较多，根据比较吸热能力的方法，水的比热容大，根据Q＝cmΔt，质量相同的这两种液体升高相同的温度，水吸热多，故选择一种作为汽车发动机的冷却剂，水冷却效果更好；
根据Q＝cmΔt，在质量、升温相同的情况下，Q与比热容成正比，故煤油的比热容是：c＝×4.2×103J/（kg•℃]＝2.1×103J/（kg•℃）。
故答案为：（1）控制水和煤油的质量相同；（2）等于；（3）加热时间；（4）煤油；水；水；2.1×103。
16．如图甲所示是某实验小组用初温相同、质量相等的水和煤油做“比较不同物质吸热的情况”的实验装置。
（1）图甲实验装置中除了图示的器材外，还需要的测量工具有天平和 秒表 ；加热过程中，水和煤油吸热的多少是通过 加热时间 来确定的。
（2）另一实验小组对图甲实验装置进行了改进，将分别装有质量相等的水和煤油的试管放在同一个盛水的烧杯内加热，如图乙所示，而不是用两个酒精灯分别加热，这样做的好处是： 确保水和煤油在相同的时间内吸收相同的热量 。
（3）在如图丙中，最能反映该实验的真实情况的是 C 。
（4）小明在探究“物质的放热能力与哪些因素有关”时，分别用质量均0.5kg的水和另一种液体进行对比实验，并用图象对实验数据进行了处理，如图丁所示，实验过程中，水和另一种液体在相同时间内放出的热量相等，分析图象可以得出：另一种液体的比热容为 2.1×103J/（kg•℃） ，这种液体在0﹣15min内放出的热量为 4.2×104J 。
（5）有一次小明在白天进入森林游玩时迷了路，经过思考，他 顺风 （顺风/逆风）走了下去，终于走出了森林。
【解答】解：（1）根据吸热公式Q＝cm△t可知，实验除了需要称质量的天平，还需要秒表记录时间，并用温度计测量温度的变化；
加热过程中通过加热时间来控制水和煤油吸热的多少；
（2）分别装有质量相等的水和煤油的试管放在同一个盛水的烧杯内加热，这样可确保水和煤油在相同的时间内吸收相同的热量；
（3）根据公式Q＝cm△t得，△t＝，水和煤油质量和吸收的热量相同，水的比热容为煤油的2倍，温度变化为煤油的一半，由图知，C符合题意。
（4）时间相等时，两种液体放出的热量相等，由图示可以看出，乙液体的温度降低的快，甲液体温度降低慢；
利用热量的计算公式Q放＝cm△t可知，在质量相等、初温相同、放热也相同的情况下，谁的温度降低得快，它的比热容小；
所以，甲液体的比热容大，所以若A、B两种液体中，一种液体是水，则这种液体一定是甲液体，
由图可知：液体的初温是60℃，放热15分钟后甲液体的末温是40℃，
则水放出的热量等于液体吸收的热量：
c水m水（t水﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×m×（60℃﹣40℃）＝c乙m（60℃﹣20℃）＝4.2×103J/（kg•℃）×m×（60℃﹣40℃）。
解得c乙＝2.1×103J/（kg•℃）。
读图可得，乙在15min内由60℃降低到20℃，降低的温度是60℃﹣20℃＝40℃，
所以乙放出的热量Q放＝cm△t＝2.1×103J/（kg•℃）×0.5kg×40℃＝4.2×104J；
（5）白天在阳光的照射下，森林升温慢气压高，空气由森林向气压低的外边吹，要走出森林要顺风而行。
故答案为：（1）秒表；加热时间；（2）确保水和煤油在相同的时间内吸收相同的热量；（3）C；（4）2.1×103J/（kg•℃）；4.2×104J；（5）顺风。
考点三 热机及热机效率的计算
17．汽车的发动机工作时，吸入汽缸的汽油和空气的比例，决定了汽车的动力性能和经济性能。某汽车四冲程汽油发动机的汽缸总排量为2L（发动机每个工作循环吸入或排出的流体体积称为汽缸排量），发动机工作时，吸入汽缸的是由汽油和空气所形成的混合物，混合物的密度ρ＝1.44kg/m3，汽油和空气的质量比为1：15，汽油的热值q＝4.5×107J/kg。如果发动机曲轴在1min转动3×103转，发动机的效率为40%，那么，在这种情况下：
（1）汽车在1min做的有用功是多少？
（2）汽车在平直的公路上匀速行驶时受到的阻力为f＝3×103N，汽车行驶的速度是多少？
【解答】解：
（1）根据ρ＝可得，一次吸入混合物的质量：
m1＝ρV＝1.44kg/m3×2×10﹣3m3＝2.88×10﹣3kg，
因为曲轴每转动两周，完成一个工作循环，吸气一次，也做一次功，
所以，发动机曲轴在1min转动3×103转，吸气和做功都为1500次，
汽油和空气的质量比为1：15，可见汽油占混合物总质量的＝；
则发动机在1min内吸入汽油的总质量：
m＝m1×1500×＝2.88×10﹣3kg×1500×＝0.27kg；
这些汽油完全燃烧放出的热量：
Q＝mq＝0.27kg×4.5×107J/kg＝1.215×107J，
根据η＝可得汽车在1min做的有用功：
W＝Q放η＝1.215×107J×40%＝4.86×106J；
（2）汽车在1min做的有用功的功率为：
P＝＝＝8.1×104W。
因为汽车匀速行驶，
所以汽车受到的阻力与牵引力是一对平衡力，大小相等，即F＝f＝3×103N，
根据P＝Fv可得，汽车行驶的速度：
v＝＝＝27m/s。
答：（1）汽车在1min做的有用功是4.86×106J；
（2）汽车在平直公路上匀速行驶时受到的阻力为f＝3×103N，汽车行驶的速度是27m/s。
18．我国的055型万吨级驱逐舰，满载排水量达12000吨，它的动力装置由4台效率为36%的燃气轮机组成，总功率达108W。该舰以36km/h的速度匀速航行时，燃气轮机的功率是2×107W。（g取10N/kg，ρ海水＝103kg/m3，柴油的热值为4×107J/kg）求：
（1）055舰满载时，舰底受到水的浮力是多少？
（2）该舰以36km/h的速度匀速航行1h，消耗多少柴油？
【解答】解：（1）由题意可知：055型万吨级驱逐舰，满载排水量达12000t＝1.2×107kg，
根据阿基米德原理可知F浮＝G排＝mg＝1.2×107kg×10N/kg＝1.2×108N；
（2）由题意可知，燃气轮机的输出功率P＝2×107W，时间t＝1h＝3600s，
则该舰以36km/h的速度匀速航行1h做的功：W＝Pt＝2×107W×3600s＝7.2×1010J，
由公式η＝×100%得：Q放＝＝＝2.0×1011J，
由公式Q放＝mq得消耗柴油的质量：m＝＝＝5.0×103kg＝5t。
答：（1）舰底受到水的浮力是1.2×108N；
（2）消耗柴油5t。
19．为助力乡村振兴，南通市不少村镇利用水乡特色，将生态农业和旅游观光相结合，打造美丽乡村。如图是某村使用的观光艇，其部分技术参数如表：（g＝10N/kg，q柴油＝4.3×107J/kg，ρ柴油＝0.8×103kg/m3）
（1）若每位游客的平均质量为60kg，求观光艇满载时，受到的浮力；
（2）若观光艇以最大速度匀速航行时，求观光艇受到水的平均阻力；
（3）某次以最大航速游玩30min，消耗柴油5×10﹣3m3，求发动机的效率。
【解答】解：（1）观光艇满载时观光艇和8人的总质量为：
m＝800kg+60kg×8＝1280kg，
满载时人、观光艇和8人的总重力为：
G＝mg＝1280kg×10N/kg＝1.28×104N，
∵观光艇漂浮，∴观光艇受到的浮力和总重力为平衡力，
∴观光艇满载乘客时所受浮力为：
F浮＝G＝1.28×104N；
（2）∵P＝＝＝Fv，
∴观光艇受到的牵引力为：
F＝＝＝4.3×103N，
∵观光艇匀速行驶，
∴观光艇受到的牵引力和水的阻力为平衡力，
∴观光艇受到水的平均阻力为：
f＝F＝4.3×103N；
（3）t＝30min＝1800s，
30分钟发动机输出有用功为：
W＝Pt＝4.3×104W×1800s＝7.74×107J，
柴油完全燃烧放出的热量（总能量）为：
Q放＝mq＝ρVq＝0.8×103kg/m3×5×10﹣3m3×4.3×107J/kg＝1.72×108J，
柴油发动机的效率：η＝×100%＝×100%＝45%。
答：（1）观光艇满载时，所受浮力是1.28×104N；
（2）观光艇以最大速度航行时，受到水的平均阻力是4.3×103N；
（3）发动机的效率为45%。
20．某新型汽车，它的油箱最大可加40kg燃油，它行驶时所受阻力的大小与速度的关系见表：
已知汽车发动机燃油完全燃烧的能量转化为机械能的效率是30%，汽车使用的燃油的热值为4.5×107J/kg．求：
（1）当汽车以20m/s的速度行驶时，汽车发动机的输出功率是多少千瓦？
（2）汽车油箱中加满燃油，这些燃油完全燃烧获得的能量是多少焦？
（3）汽车油箱加满燃油，并且以30m/s的速度行驶时，汽车的最大行驶里程是多少？
【解答】解：（1）由表格数据可知，当汽车以20m/s的速度行驶时的阻力f＝1.2×102N，
根据二力平衡条件，F＝f＝1.2×102N，
汽车发动机的输出功率P＝＝＝Fv＝1.2×102N×20m/s＝2.4×103W＝2.4kW；
（2）这些燃油完全燃烧获得的能量Q＝mq＝40kg×4.5×107J/kg＝1.8×109J；
（3）已知发动机燃油完全燃烧的能量转化为机械能的效率是30%，
则有用功W＝30%×Q＝30%×1.8×109J＝5.4×108J，
根据表格查出30m/s时的阻力为2.7×102N，
则由W＝fs＝Fs，可得s＝＝＝2×106m＝2×103km。
答：（1）当汽车以20m/s的速度行驶时，汽车发动机的输出功率是2.4千瓦；
（2）汽车油箱中加满燃油，这些燃油完全燃烧获得的能量是1.8×109焦；
（3）汽车油箱加满燃油，并且以30m/s的速度行驶时，汽车的最大行驶里程是2×103km。
液体
次数
质量m/kg
升高的温度Δt/℃
加热的时间t/min
甲
1
0.1
5
2
2
0.1
10
4
3
0.2
10
8
乙
4
0.1
5
4
空船质量
800kg
发动机输出最大功率
4.3×104W
最大载人数量
8人
最大航速
10m/s
速度v（m/s）
10
20
30
40
阻力f/N
0.3×102
1.2×102
2.7×102
3.6×102