苏科版九年级物理上册备课同步练习12.4机械能与内能的相互转化(作业)(原卷版+解析)

12.4机械能与内能的相互转化一、单选题1．下列说法正确的是（　　）A．燃料的热值与燃料燃烧情况无关B．容易燃烧的燃料的热值一定大C．煤的热值大于干木柴的热值，燃烧煤放出的热量比燃烧干木柴放出的热量一定多D．1kg的煤的热值是2kg煤的热值的一半2．下列实验中，通过做功的方式改变物体内能的是（　　）A．向饮料中加冰块，饮料温度降低 B．盛夏，阳光曝晒路面，路面温度升高C．寒冬，用热水袋暖手，手感到温暖 D．用锯锯木头，锯条温度升高3．关于的理解,下列说法中正确的是A．热值与燃料完全燃烧放出的热量成正比 B．若燃料燃烧不充分时，热值将减小C．当燃料未燃烧时,其热值为零 D．某种燃料的热值大小与是否充分燃烧无关4．对于图中所示的四幅图，下列说法中正确的是（　　）A．甲图中软木塞飞出时，管内水蒸气的内能减小，温度下降B．乙图中一定质量的冰在熔化过程中，温度升高，内能增加C．丙图中活塞向上运动是内燃机的压缩冲程，将内能转化为机械能D．丁图中小朋友下滑时，重力势能转化为动能，机械能总量不变5．如图所示的实验或机器均改变了物体的内能，其中与另外三个改变内能方法不同的是（ ）A． 观察水的沸腾 B． 空气推动塞子时，内能减少C． 空气被压缩时内能增大 D． 内燃机压缩冲程6．我们学习了热机的相关知识，图中是汽油机上作的四个冲程的示意图，其中表示做功冲程的是（　　）A． B． C． D．7．小明用酒精灯将质量为100g、初温为20℃的水加热到90℃（未沸腾），共燃烧了7g酒精[c水=4.2103J/（kg℃，酒精的热值为q=3107J/kg]。则（　　）A．水吸收的热量是2.94×107J，效率为14% B．水吸收的热量是2.94×104J，效率为14%C．水吸收的热量是2.94×107J，效率为1.4% D．水吸收的热量是2.94×104J，效率为1.4%8．汽车已经成为现代生活不可缺少的一部分，汽车多数采用汽油机作为发动机，如图是四冲程汽油机的工作循环示意图，下列说法中错误的是（　　）A．汽油机一个工作循环正确的顺序是：丁甲丙 B．甲冲程中的能量转化是：机械能转化为内能C．丙冲程中存在的能量转化是：化学能转化为内 D．依靠飞轮惯性完成的冲程是：乙、丙、丁冲程9．如图为柴油机的四个冲程示意图，但顺序不对，下列相关说法不正确的是（　　）A．甲图冲程中是吸气冲程，吸进气缸的只有空气B．乙图冲程中燃料释放的能量绝大部分转化为机械能C．在一个工作循环内，正确的顺序是甲→丙→乙→丁D．若它的曲轴转速是1800r/min，则每钟对外做功15次10．如图所示，甲、乙、丙三图的装置完全相同，燃料的质量相同，烧杯内液体的初温与质量也相同，不考虑热量损失．下列选择正确的是A．对比甲乙两图，如果燃料2的热值较高，最终乙图液体内能较大B．对比甲丙两图，如果液体b比热容比液体a大，那么要升高相同温度，甲图装置需要时间较长C．对比乙丙两图液体最终升温可以比较两种液体的比热容D．对比乙丙两图，如果液体b最终升温较高，说明燃料1的热值较大11．1964年人类制成了世界上第一盏用海浪发电的航标灯，如图所示是它的气室示意图。它是利用海浪上下起伏的力量将空气吸入气室，压缩后再推入工作室，然后被压缩的空气推动涡轮机带动发电机发电。下列说法正确的是（　　）A．当K1关闭，K2开启时，空气的内能转化为海水的机械能B．当K1关闭，K2开启时，海水的机械能转化为空气的内能C．当K1开启，K2关闭时，空气的内能转化为海水的机械能D．当K1开启，K2关闭时，空气的内能转化为涡轮机的机械能12．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t2-t0＞t1-t0说明b是主要原因 D．若t2-t1＞t1-t0说明b是主要原因二、填空题13．长征五号运载火箭在海南文昌首飞成功，正式拉开我国载人航天工程“第三步”任务的序幕。火箭使用液态氢作为燃料，主要利用液态氢的_______大；在加速升空的过程中，运载火箭机械能_______（变大/变小/不变）。14．某电动汽车的电源由7000节电池组成，每节电池质量为，给该电源充电时，主要是将________能转化成________能。该电源的能量密度为，则该电源存储的电能为________J，这些电能与完全燃烧________kg汽油释放的能量相等。（）15．如图所示，甲、乙两图中的装置完全相同。燃料1和燃料2的质量都是10g，烧杯内装有质量相同的同种液体。利用甲、乙两图比较不同燃料的热值时，通过比较______就可比较两种燃料燃烧放出热量的大小。能不能根据液体吸收的热量和燃料的质量确定燃料的热值？______，理由是______。16．某插秧机使用的是四冲程汽油机，如图是汽油机的______冲程，如果该汽油机飞轮的转速是3600r/min，则汽油机每秒钟对外做功_______次；某次插秧机消耗汽油0.21kg，若这些汽油完全燃烧，被46kg、初温为10℃的水全部吸收，则水温升高到______℃。（q汽油=4.6×107J/kg、c水=4.2×103J/(kg·℃)）17．如图1是汽油机的___________冲程，一台四冲程汽油机每秒钟做功 20 次，则它的飞轮转速为 ___________r/min；某品牌汽车在某路段以 1500N 的恒定牵引力匀速行驶 80km，牵引力做的功是___________J；如果发动机将获得的机械能用来推进汽车行驶做功的效率为 80%，汽车汽油机的能量流程图如图2所示，则此次运行过程中需要完全燃烧___________kg的汽油（汽油的热值为 q=5.0×107 J/kg）。18．小明一家驾车旅行，（1）加油时，闻到汽油味，说明分子在______；（2）图示为车发动机的一个冲程，其能量转化情况是______；（3）若车的总质量为1.5t，匀速直线行驶9km，所受阻力为车重的0.1倍，完全燃烧汽油1L，则1L汽油完全燃烧放出的热量是______J，车所受牵引力是______N，车的工作效率是______%。（ρ汽油=0.8×103kg/m3；q汽油=4.5×107J/kg；g取10N/kg）19．某物理兴趣小组的同学，用煤炉给10kg的水加热，同时绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线，若在6min内完全燃烧了0.2kg的煤，水的比热容为4.2×103J/（kg.℃），煤的热值为3×107J/kg.煤完全燃烧产生的热量________J；在烧水过程中，________热效率最高（选填“0～2min”、“2～4min”或“4～6min”），其值为________.20．(1)质量为20kg的水，初温20℃，现温度升高50℃需要吸收热量_____J，这些热量如果完全由煤气燃烧来提供，至少需_____kg的煤气。（水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值4.2×107J/kg）。(2)如图所示是小李同学在一个标准大气压下探究某物质熔化时温度随时间变化的图象，第6min时的内能_____第8min时的内能（选填“大于”、“等于”或“小于”）；该物质在CD段的比热容是AB段比热容的_____倍（被加热物质的质量和吸、放热功率不变）。21．阅读短文，回答问题。内燃机是将燃料燃烧释放出来的内能，转变成有用机械能的一种能量装置。内燃机中的燃料与空气混合、燃烧，产生高温、高压的工作气体，推动活塞通过连杆、曲轴箱向外输出机械功，这一能量转变过程完全在发动机内部完成。内燃机有热效率高、结构紧凑，机动性强，运行维护简便等优点；世界上内燃机的拥有量大大超过任何其他的热力发动机。内燃机对燃料要求高，不能直接燃用劣质燃料和固体燃料；因间歇换气及制造的困难，单机功率的提高受到限制，现代内燃机的最大功率一般小于4万千瓦，而蒸汽机的单机功率可以高达数十万千瓦；内燃机不能反转，其工作过程中产生的噪声和废气严重污染着环境。(1)内燃机工作过程，将燃料燃烧释放出来的__能，转化为有用的__能。(2)蒸汽机__（选填“是”或“不是”）内燃机，内燃机的最大功率不超过__kW。(3)内燃机具有结构紧凑、热效率高、__等优点，不能反转、不能直接燃用劣质燃料和固体燃料等不足；工作过程中产生的__严重污染着环境。三、实验题22．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料及烧杯内的液体质量也相同。比较不同物质的比热容，应选择___________两图的装置进行实验；比较不同燃料热值的实验中，同时点燃燃料后，需等待燃料___________（选填“燃烧相同时间”或“充分燃烧完毕”），然后通过观察升高的温度来比较两种燃料热值大小，实验过程是通过___________方式使液体内能增加的。23．小明在“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”实验中。实验装置如图甲、乙所示，烧杯盛入适量的水。(1)实验中除了酒精和碎纸片的质量应该相等之外还应保持________相同（举出一条即可）；(2)实验中通过比较_______来比较酒精和碎纸片燃烧放出的热量不同；(3)根据表格中记录的实验数据可知酒精和碎纸片这两种燃料中，热值较大的是_______。24．小明和小辉学习了燃料的热值后，他们一起设计了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小关系，他们组装了如图甲和乙所示的装置进行实验，记录结果如表：(1)为了保证实验结论的可靠性，小明和小辉选择了两套完全相同的装置，并且控制油的质量以及水的质量___________。但对于两杯水的初温他们的看法却不同。请将下列他们的想法补充完整。① 小辉认为实验中是直接用___________来表示煤油和菜籽油放出热量的多少。所以，实验中两杯水的初温可以不同。② 小明认为因为探究过程中他们采用了___________法，所以只有燃料的种类不同，其他因素都必须控制相同。如果两杯水的初温不同，那么水的蒸发快慢以及水与周围环境的温差都不相同，于是两杯水的___________就不相同，就有可能会出现燃料燃烧放出的热量多，而水吸收的热量少、水温变化低的情况。所以，实验时必须控制水的初温相同。(2)根据他们的实验记录，你认为煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大是___________。25．小明用如图所示装置“比较a和b燃料的放热本领”，实验中：(1)所需用来测量的工具除了温度计、秒表之外还需要 ______ ；(2)实验前需要控制a和b燃料的 ______ 、烧杯中液体的 ______ 和 ______ 相同；(3)准备实验时发现温度计接触了杯底，需适当调节支架 ______ （A/B）的位置；(4)实验中，在燃料燃烧时记录烧杯中液体温度随时间变化的数据，并将数据描画在坐标图中（如图乙所示）。图像中CD段表示烧杯中液体正在 ______ （填物态变化名称）；由图像可知 ______ （a/b）燃料的热值较大；(5)小明把烧杯中液体吸收的热量作为燃料放出的热量来计算燃料的热值，则计算结果偏 ______ （大/小）。26．如图甲所示，是“探究不同物质吸热升温的规律”实验装置，在两个相同的烧杯中，分别装有水和煤油，用相同的酒精灯分别对它们加热相同的时间。实验数据记录画成图象如图乙：（1）实验中应保证水和煤油的__________（选填“质量”或“体积”）相同，实验中选用相同的酒精灯对水和煤油加热相同时间，水吸收的热量__________（选填“大于”、“等于”或“小于”）煤油吸收的热量；（2）对水和煤油加热相同的时间后，可以观察到水升高的温度__________（选填“高于”、“等于”或“低于”）煤油升高的温度；（3）实验表明，______（选填“水”或“煤油”）的吸热能力更强，在物理学中，我们用比热容这一物理量来描述物质的这种特性，已知水的比热容是4.2×103J/（kg⋅℃），请根据图中数据计算出煤油的比热容是__________J/（kg⋅℃）；（4）小明又利用如图丙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水，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，来判断两种燃料热值的大小。实验数据记录如表：根据表中数据，计算出碎纸片的热值是__________J/kg。27．为了比较两种燃料的热值，小明采用如图甲所示的两套完全相同的装置进行实验，烧杯内水的初温和质量相同，实验中忽略热量的损失。(1)实验前调整铁夹A的位置，其目的是使______（石棉网/温度计）处于适当的高度；(2)实验中应控制燃料燃烧的______（时间/质量）相同，根据______比较燃料燃烧放出热量的多少；(3)小明选用了燃料a和燃料b 进行实验。当燃料燃尽时，小明记下了各个时刻烧杯中水温，绘制了图乙的图像，则可初步判断燃料______的热值大；(4)另一组的小华也用图甲的两套完全相同的装置进行实验，比较燃料c和燃料d的热值，并重新在烧杯内加入初温和质量相同的水，在燃料烧完后也画出了水的温度随时间变化的图像如图丙所示。燃料c在6min时水就沸腾了，造成水过早沸腾的原因可能是______。分析图像可知燃料c燃烧10min放出的热量______（大于/等于/小于）燃料d燃烧15min 放出的热量；(5)你认为根据丙图像______（能/不能）比较两种燃料热值的大小。28．为了比较两种未知燃料的热值以及两种末知液体的比热容的大小，小明同学设计的实验如图所示，甲、乙、丙三图中装置完全相同。燃料的质量都是10g，烧杯内的液体初温相同，当燃料燃烧完时（烧杯内的液体均未沸腾），立即读取相应温度计的读数，分别为T甲、T乙、T丙，且有T甲>T乙>T丙。（1）在实验中，三个烧杯中a、b液体的______（选填“质量”或“体积”）必须相同；（2）比较不同液体的比热容，应选择______两图进行实验，实验液体a的比热容ca与实验液体b的比热容cb相比，有ca______cb（选填“>”、“=”或“”“=”或“T乙>T丙。（1）在实验中，三个烧杯中a、b液体的______（选填“质量”或“体积”）必须相同；（2）比较不同液体的比热容，应选择______两图进行实验，实验液体a的比热容ca与实验液体b的比热容cb相比，有ca______cb（选填“>”、“=”或“”“=”或“ 2.4×104 1.2×106 小 燃料不可能完全燃烧同时燃料燃烧放出的热量不可能完全被液体吸收 【解析】（1）[1]本实验甲与乙是比较不同燃料的热值，燃料燃烧放出的热量的多少是通过比较液体吸热时温度的变化来体现的。因此，要求液体的质量相同。甲与丙比较烧杯中两种液体的比热容大小，要求两种液体的质量也必须相同。（2）[2]比较两种液体的比热容，是在吸收热量、液体质量相同时，比较液体升高的温度；只有燃料质量相同、种类相同，才能保障放出的热量相同。因此，应该选择甲、丙两图进行比较。[3]液体初温相同，末温T甲>T乙>T丙，则吸收相同的热量，液体a升高的温度大，说明它的比热容小，故选。（4）[6]完全燃烧10g燃料1放出的热量为Q=mq=10×10-3kg×2.4×106J/kg=2.4×104J[7]由Q吸=Q放可得，燃料1放出的热量为cam1×(35-15)℃=m2×2.4×106J/kg燃料2放出的热量为cam1×(25-15)℃=m2×q2联立两式可得q2=1.2×106J/kg[8][9]因为燃料不可能完全燃烧同时燃料燃烧放出的热量不可能完全被液体吸收，所以测得的热值会偏小。四、计算题29．我国自主研制的“红旗HQ3”无人驾驶汽车在某段平直公路上进行测试，汽车以18m/s的速度匀速行驶了5min，消耗燃油0.3kg，汽车发动机的牵引力是1000N．已知燃油的热值为4.5×107J/kg。试求：（1）消耗的燃油完全燃烧产生的热量是多少？（2）汽车牵引力所做的功是多少？（3）发动机的效率是多少？【答案】（1）1.35×107J；（2）5.4×106J；（3）40%【解析】解：（1）汽油完全燃烧放出的热量Q放＝mq＝0.3kg×4.5×107J/kg＝1.35×107J（2）汽车匀速行驶的时间t＝5min＝300s汽车运动的距离s＝vt＝18m/s×300s＝5400m汽车发动机所做的有用功W＝Fs＝1000N×5400m＝5.4×106J（3）汽油机的效率答：（1）消耗的燃油完全燃烧产生的热量是1.35×107J；（2）汽车牵引力所做的功是5.4×106J；（3）发动机的效率是40%。30．据报导，上海一对父子在草坪上做“聚光”实验，结果引燃大片草坪。受到行政处罚。（1）他们用网面积为50cm2的透镜正对阳光，将阳光聚焦在0.lg的枯草上，其他信息见右表，至少经过多少时间可将枯草点燃？（2）若每1m2的草坪上有枯草40g，枯草燃烧产生的热量有10%被近地面5cm内的空气吸收，则大片草坪燃烧后，近地面的这层空气的平均气温可达多少°C？ （ 不计枯草所占体积）【答案】（1）15s；（2）515℃【解析】解：（1）枯草温度达到着火点时吸收热量至少所需时间（2）40g枯草燃烧放热近地空气吸热1m2近地空间空气的质量近地空气的温度变化空气的平均温度=500℃+15℃=515℃答：（1）至少经过15s可将枯草点燃；（2）近地面的这层空气的平均气温可达515℃.五、综合题31．小林的爸爸最近购买了一辆新型混合动力汽车。小林通过测量获得轿车以不同速度行驶时对应的制动距离（即从操纵制动刹车到车停下来的距离），数据如表所示：(1)汽车在上坡时，将挡位换成低速档，以减小行驶的速度，这样做的目的是___________A，安全 B．省油 C．减小摩擦 D．增大爬坡的牵引力(2)根据上表中数据所反映的规律，当汽车速度为80km/h时，对应的制动距离是___________m；(3)小林又向爸爸询问了一些汽车的信息：混合动力汽车使用的电动力系统中包括高效强化的电动机、发电机和蓄电池。蓄电池使用的有铅酸电池、镍锰氢电池和锂电池，将来应该还能使用氢燃料电池。具有省油、能量利用率高等特点，其相关信息如表。在某次水平道路测试中，该车以中速匀速行驶170km，共消耗汽油10L。测试过程中，内燃机既向车轮提供能量，又向蓄电池充电，同时蓄电池又将部分能量通过电动机向车轮输送，此时内燃机和电动机共同驱动车辆前进。①该款混合动力汽车启动时的驱动模式是___________；②在水平道路中速行驶测试中，若平均阻力为1000N，且该车内燃机的效率为53%，此过程最终使蓄电池增加多少焦耳的能量___________？（忽略蓄电池和电动机的热损失， ρ汽油取0.7×10kg/m3，q汽油=4.6×107J/kg）；③在交通运输中，采用“客运效率”来反映交通工具的某项效能。“客运效率”表示每消耗单位能量对应的载客数和运送路程的乘积，即客运效率=人数×路程/消耗能量。一个人骑电动自行车，消耗1MJ（106J）的能量可行驶30km，一辆载有4人的普通轿车，消耗320MJ的能量可行驶100km，则电动自行车与这辆轿车的客运效率之比是多少？___________【答案】D 32 纯电动 6.6×105J 24:1 【解析】(1)[1]由变形可得由此可知，在汽车的最大功率一定时，减小行驶速度，可以获得更大的牵引力，有利于轿车爬坡，故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。(2)[2]通过对1、2、4、5次数据的分析可知，速度越大制动距离越大，即制动距离一定与速度有关，但明显不是正比关系，故可以想到可能与速度的平方成正比，通过计算可知制动距离的确与速度的平方成正比则有解得s=32m，即速度为80km/h时对应的制动距离为32m。(3)[3]①根据题干信息可知，该款混合动力汽车启动时的驱动模式是纯电动。②[4]汽车牵引力做的功W机械=F牵s=1000N×1.7×105m=1.7×108J由可得消耗的汽油质量 m汽油=ρ汽油V=0.7×103kg/m3×10×10-3m3=7kg汽油完全燃烧释放的热量 Q放=mq=7kg×4.6×107J/kg=3.22×108J由可得，内燃机输出的有用能量 W有=Q放η=3.22×108J×53%=1.7066×108J最终蓄电池增加的能量W=W有-W机械=1.7066×108J-1.7×108J=6.6×105J③[5]根据题意可知电动自行车的客运效率根据题意可知轿车的客运效率则燃料加热前的水温/℃燃料燃尽后的水温/℃酒精1535碎纸片1525燃料加热前的水温/℃燃料燃尽后水温/℃煤油2544菜籽油2534燃料加热前水温/℃燃料燃尽时水温/℃燃料的热值/J⋅kg-1酒精25452.4×106碎纸片2535/燃料加热前液体温度（℃）燃料燃尽时液体温度（℃）燃料的热值（J/kg）115352.4×10621525？当时气温15℃阳光的强度800W/m2枯草的比热容1.5×103J/（kg·℃）枯草的着火点415℃枯草的热值7.5×106J/kg空气的密度1.2kg/m3空气的比热容1.0×103J/（kg·℃）速度/（km/h）406080100120制动距离/m8185072驱动模式纯电动启动、低速油电混动中速纯燃油高速汽车质量1200kg车轮与地面总接触面积0.096m3