上学期期末九年级物理复习专项训练(二)内能的利用(含新教育版分析)

专项二

内能的利用
一、选择题（本题共8小题，每小题3分，共24分）
1．小型汽车上的四冲程汽油机中，主要把机械能转化为内能的冲程是
A．吸气冲程    B．压缩冲程    C．做功冲程    D．排气冲程
2．下列说法正确的是
A．柴油机的压缩冲程，主要是用热传递的方法增加了汽缸内气体的内能
B．汽车发动机用水做冷却剂，主要是利用水密度大的特点
C．电动车的核心部件电动机属于热机的一种
D．液化气是用加压的方法使气体液化后存入储气罐的
3．白洋淀是雄安新区一颗璀璨明珠，吸引无数游人来水上游玩。下列说法正确的是
A．冬天水面结冰，水分子停止热运动
B．白洋淀周边气温变化比沙漠地区气温变化小，是因为水的比热容小
C．去景区的柴油汽车排气管有时冒黑烟，因为柴油燃烧不充分，其热值变小
D．快速行驶的游船不能近距离并行，因为流速大的位置压强小，易引起碰撞
4．一台内燃机的转速是1 440转/分，那么在每秒钟内
A．曲轴转动24转，燃气对活塞做功24次，活塞完成24个冲程
B．曲轴转动24转，燃气对活塞做功12次，活塞完成48个冲程
C．曲轴转动1440转，燃气对活塞做功720次，活塞完成2880个冲程
D．曲轴转动1440转，燃气对活塞做功1440次，活塞完成1440个冲程
5．下列有关热机的说法正确的是
A．柴油机顶部是火花塞，吸气冲程吸入的是空气
B．热机的工作原理是将内能转化为机械能
C．内燃机压缩冲程时体积增大，内能减少，温度升高
D．热机效率可以等于1
6．如图所示，正确的是
 
A．机械能转化成内能        B．内能转化成机械能
C．内能转化成化学能        D．机械能转化成化学能
7．关于热机的效率，下列说法正确的是
A．一般情况下柴油机的效率比汽油机的高
B．热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的能量越多
C．热机的效率越高说明做功越快
D．热机损失的能量中，废气带走的能量较少，主要是由于机械摩擦损失的
8．某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9 km，用时5 min45 s，消耗燃油1.5 kg，已知汽车的牵引力是2 000 N，燃油的热值为4.6×107 J/kg，假设燃油完全燃烧。通过计算可知，下列结果正确的是
①汽车行驶速度是20 km/h；
②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是6.9×107 J；
③汽车牵引力做功的功率是30 kW；
④汽车发动机的效率是20%
A．只有①和②    B．只有②和③    C．只有①和④    D．只有②和④
二、填空题（每空1分，共24分）
9．热机是把________能转化为________能的机器。热机的总类很多，有蒸汽机、________机、汽轮机、喷气发动机等。
10．热机是将内能转化成________能的机器；热机一个工作循环吸气、________、________、排气四个冲程组成。
11．2017年11月5日19时45分，西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射两颗北斗三号全球组网卫星。长征三号乙运载火箭起飞过程中_________能将转化为_________能，机械能将_________（选填“增大”“减小”或“不变”）。
 
12．用电水壶烧水，这是通过________方式改变其内能。若水的质量为2 kg，水的温度升高了10 ℃，水吸收的热量为_____J。水沸腾后会顶起壶盖，此过程能量转化情况与四冲程的汽油机的________冲程相似。[c水=4.2×103 J/（kg·℃）]
13．完全燃烧0.35 kg干木柴放出的热量为_______J，假设这些热量全部被水吸收，能使_______kg水的温度升高50 ℃。[c水= 4.2×103 J/（kg·℃），干木柴的热值是1.2×107 J/kg]
14．如图所示，向盒中滴入几滴酒精后就闻到了酒精的气味，酒精发生的物态变化是______，将盒盖盖紧后启动电火花发生器，盒盖向外飞出，这说明了力可以改变物体的______，盒盖的机械能是由燃气的______能转化而来的。
 
15．科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同，在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压的水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度________(选填“升高”“降低”或“不变”)，内能________，这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的________。为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是________冲程。
16．如图表示汽油机的_______冲程。完全燃烧0.1 kg的汽油，放出热量为________J，如果这些热量全部被质量为100 kg、初温为20 ℃的水吸收，能使水的温度升高________。[q汽油=4.6×107 J/kg，c水=4.2×103J/（kg·℃）]
 
三、实验探究题（共28分）
17．（10分）下表列出了几种燃料的热值，单位是J/kg.
燃料种类    无烟煤    酒精    煤油    干木柴    液态氢
热值    3.4×107    3.0×107    4.6×107    1.2×107    1.4×108
（1）由上表可知，完全燃烧1 g的酒精，可放出热量________J；放出相同的热量，完全燃烧干木柴与液态氢的质量比是________。
（2）为了探究“燃料完全燃烧时放出的热量是否与燃料的种类有关”，设计探究方案如下：
①在实验时所选用燃料种类应________，质量应________（选填“相同”或“不同”）；
②若燃烧放出的热量用水吸收，用不同燃料加热时水温升高的多少，来比较燃料燃烧值的大小，则实验中除了盛水容器相同外，你认为还应注意：（只要求填写两种）
A．________________________________________；
B．________________________________________。
18．（8分）如图甲所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一团小棉花，把活塞迅速压下去，棉花被点燃。如图乙所示，大口玻璃瓶内装有一些水，用瓶塞将瓶口塞紧，瓶塞通过导管与打气筒相连，用打气筒给瓶中打气。
 
（1）乙实验中，你应该注意观察的是________。
A．打气的过程
B．打气的过程中瓶内的情况
C．瓶塞跳起的瞬间，瓶内发生的变化
D．瓶塞跳起的高度
（2）甲乙两实验共同说明________可以改变内能。
（3）如图丙所示 是一个被销钉 锁住的活塞，气缸 密封有压缩空气， 是一支温度计，若活塞与气缸壁之间没有摩擦，试根据甲乙实验的结论分析，当把销钉 拔出后温度计的示数________（填“变大”、“变小”或“不变”），你是根据实验________（填”甲”或”乙”）的结论作出判断的。
19．（10分）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，记录结果见下表：
 
燃料    加热前的水温/℃    燃料燃尽后的水温/℃
煤油    25    44
菜籽油    25    34
（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________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。
③你认为________(选填“小明”或“小辉”)的想法更合理。
（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________。
（3）小明和小辉在实验前用天平分别测出了烧杯中水的质量以及燃油的质量，并由记录的数据，利用公式Q吸=cm(t-t0)计算出了水吸收的热量；小辉他想通过这些数据计算出煤油和菜籽油的热值。你认为他的计算结果是____________________的(选填“可靠”或“不可靠”)；理由是_______________________________________________________________________。
四、综合应用题（共24分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
20．（12分）我国自主研发的某品牌汽车进行技术测试，已知汽车的总质量为2 t，该车在某段长1.2 km的水平路面做匀速直线运动，用时40 s，汽车在行驶过程中受到的阻力为车重的0.2倍，汽车在此过程中消耗的汽油产生了 热量。 取 求在该段测试过程中：
（1）汽车的行驶速度；
（2）汽车的功率；
（3）汽车发动机的热机效率。

21．（12分）在一次研究性学习活动中，我校某课外活动兴趣小组对街上行驶的电动自行车和摩托车做了一个调查。下表中所列的是某品牌电动自行车和摩托车的部分技术参数。
 
（1）与摩托车相比，电动自行车有哪些优势（说出两个方面）。
（2）假设给电动自行车的蓄电池充电时，消耗的电能全部转化为蓄电池的化学能。那么，电动自行车每行驶1 km电动机平均做的有用功大约是多少？当自行车以最高车速匀速行驶时，电动机的有用功率大约是多大？
（3）摩托车每行驶1 km大约要消耗多少能量？（汽油的密度：0.71×10 3kg/m3；汽油的热值：4.6×107 J/kg；g取10 N/kg）

答案与解析
1．【答案】B
【解析】四冲程汽油机正常工作时，把机械能转化为内能的冲程是压缩冲程。故选：B。
2．【答案】D
【解析】柴油机的压缩冲程是利用做功的方式改变气体的内能，故A错误；汽车发动机用水做冷却剂，主要是利用水比热容大的特点，故B错误；热机是利用燃料燃烧释放的内能转化为机械能的装置，电动车的核心部件电动机是利用电能的机械，不是热机，故C错误；加压可以帮助气体液化，所以当增大气体的压强时，气体会发生液化现象，这正是液化气装入储气罐的方法，故D正确，故选D。
3．【答案】D
【解析】由分子动理论知道，一切物质的分子都在不停地做无规则的运动，所以，冬天水面结冰，水分子运动会相对减慢，但不会停止热运动，故A错误；白洋淀周边气温变化比沙漠地区气温变化小，是因为水的比热容大，同等情况下吸放热时，其温度变化小，故B错误；燃料的热值是燃料自身的一种性质，与它是否完全燃烧没有关系，排气管冒黑烟，是柴油燃烧不充分，但其热值不变，故C错误；流体的压强跟流体的速度有关，流速越大，压强越小；当快速行驶的游船近距离并行时，由于中间流速大的位置压强小，两侧压强大，产生向中间的压强差，易引起碰撞，故D正确，故选D。
4．【答案】B
【解析】一台内燃机的转速是1 440转/分，则每秒钟转动24圈。四冲程内燃机，曲轴转动2转为一个工作循环，有四个冲程，做功一次；所以此内燃机每秒钟转动24圈，做功12次，活塞完成48个冲程。故B正确。
5．【答案】B
【解析】A、柴油机与汽油机结构上存在差异，汽油机的顶端是火花塞，吸气冲程中吸进的是汽油和空气的混合物；故A错误；B、热机是将燃料燃烧释放出的内能转化为活塞机械能的机器。故B正确；C、内燃机是最常见的热机。在内燃机的压缩冲程，活塞压缩燃气做功，使工作物质的内能增加，温度升高，体积减小，压强增大。故C错误；D、热机工作过程中，尾气带走大量的热量，另外燃料不可能完全燃烧，克服机械摩擦及机械散热损失能量等，所以热机获得的有用机械能较少，机械效率小于1。故D错误。故选：B。
6．【答案】A
【解析】由图知道，两个气门都关闭，且活塞向上运动，气缸容积减小，所以是压缩冲程，在该冲程中活塞的机械能转化为气体的内能，故只有A正确，故选A。
7．【答案】A
【解析】A．一般情况下柴油机的效率比汽油机的高，多用在重型机器上，故A正确。B．热机的效率越高，做有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值越大，即在做功相同的情况下，消耗的燃料较少，或消耗相同的燃料，做功较多。故B错误。C．热机的效率是有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值，热机的效率越高说明有用功占的比值越大。功率表示做功的快慢，功率越高说明做功越快。效率和功率是两个不同的物理量，二者之间没有必然联系，故C错误。D．根据内燃机的能量流向，热机损失的能量中，废气带走的能量较多，故D错误。故答案为A。
8．【答案】D
【解析】①汽车行驶速度是： ，故①错误；②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是： ，故②正确；③匀速行驶时汽车受到的牵引力与阻力是平衡力，所以汽车牵引力做功的功率是： ，故③错误；④汽车发动机的做的功为： ，汽车发动机的效率是： ，故④正确。故选D。
9．【答案】内  机械  内燃
【解析】热机把内能转化成机械能，蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机在工作中，都是将燃料燃烧产生的内能最终转化为机械能，都属于热机。
10．【答案】内  压缩  做功
【解析】热机是把内能转为机械能的机器，热机一个工作循环是由吸气、压缩、做功和排气四个冲程组成的。
11．【答案】内  机械  增大
【解析】长征三号乙运载火箭起飞过程中，燃料燃烧，把化学能转化为内能，而后火箭起飞，即将内能转化为机械能；由于火箭加速升空过程中，其质量不变，速度变大，故动能变大；同时其质量不变，高度增加，故重力势能增大；由于机械能等于动能与势能之和，故机械能也增大。
12．【答案】热传递  8.4×104  做功
【解析】利用电水壶烧水时，水吸收热量，温度升高，是通过热传递方式改变水壶中水的内能；水吸收的热量为： ；水沸腾后会顶起壶盖，此过程水蒸气的内能转化为机械能；四冲程汽油机的做功冲程也是将内能转化为机械能，所以两过程相似。
13．【答案】4.2×106  20
【解析】干木柴放出的热量： ，假设这些热量全部被水吸收，则 ，由 可得，水的质量： 。
14．【答案】汽化  运动状态  内
【解析】我们能够闻到酒精味，是因为液态的酒精发生汽化变成了气态扩散到了空气中；将盒盖盖紧后启动电火花发生器，酒精瞬间剧烈燃烧，化学能转化为内能，产生高温高压的燃气，使盒盖向外飞出，这说明了力可以改变物体的运动状态；盒盖的机械能是由燃气的内能转化而来的，即内能对外做功。
15．【答案】降低  减少  效率  排气
【解析】四冲程内燃机在做功冲程中，是高温高压气体迅速膨胀对活塞做功，气体的内能减小，转化为机械能；在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度降低，内能减少，这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的效率；一个工作循环最后一个冲程是排气冲程，所以为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是排气冲程。
16．【答案】压缩  4.6×106  11
【解析】由图知道，此时汽油机的两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以是压缩冲程；0.1 kg汽油完全燃烧放出的热量是：Q放=m汽油q=0.1 kg×4.6×107 J/kg=4.6×106 J；由Q吸=cmΔt=Q放知道，水升高的温度是：Δt=Q吸/cm=4.6×106J/[4.2×103J/(kg·℃)×100 kg]≈11 ℃。
17．【答案】（1）3.0×104（2分）  35:3（2分）  （2）不同（1分）  相同（1分）  水的质量相同（2分）  水的初温相同（2分）
【解析】（1）燃烧1 g＝0.001 kg的酒精可放出的热量：Q＝mq＝0.001 kg×3.0×107 J/kg＝3×104 J，放出相同的热量，完全燃烧干木柴与氢气的质量比：根据Q木＝m木q木、Q氢＝m氢q氢，又根据Q氢＝Q木可得 ＝ 。
（2）①探究燃料燃烧时放出热量的多少是否与燃料的种类有关，就应该选择种类不同，质量相同的燃料；②若燃烧放出的热量用水吸收，则实验中除了盛水容器相同外，还应注意：水的质量要相等，水的初温要相同。
18．【答案】（1）C（2分）  （2）做功（2分）  （3）变小（2分）  乙（2分）
【解析】（1）乙实验是研究物体对外做功时物体内能的变化情况（即瓶内空气的内能变化情况），所以实验时需要观察瓶塞跳起的瞬间瓶内出现的现象，故C正确，ABD错误；故选C；
（2）甲实验中，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团蘸了乙醚的棉花，把活塞迅速压下去，我们会看到棉花燃烧的现象，这一过程中活塞对瓶内气体做功，气体的温度升高，内能增加；乙实验中，当瓶塞跳起时，同时还能看到瓶口出现“白雾”的现象，说明水蒸气对塞子做功，内能减少，温度降低；所以，甲乙两实验共同说明做功可以改变内能。
（3）当把销钉K拔出后，气缸内的压缩空气对活塞做功，空气内能转化为活塞的机械能；空气的内能减少，温度降低，所以温度计的示数变小；这一过程与图乙中实验的原理相同。因此，是根据实验乙的结论作出判断的。
19．【答案】（1）相等（1分）  水温升高的多少（1分）  控制变量（1分）  种类（1分）  散热（1分）  小明（1分）  （2）煤油（1分）  （3）不可靠（1分）  燃油不可能完全燃烧，且燃油燃烧放出的热量不能完全被水吸收（2分）
【解析】（1）根据Q放＝mq，燃料燃烧放出热量的多少与物体的质量和热值有关，所以要探究热值的大小，需使菜籽油和煤油的质量相等；水吸收热量后温度的变化，与吸热的多少及质量有关，所以还要控制两杯水的质量相等；①质量相同的水，温度变化越大，说明吸收热量越多，所以实验中通过水温升高的多少来表示煤油和菜籽油放出热量的多少；②要探究不同燃料热值的大小，应使其它条件相同，只有燃料的种类不同，即用到控制变量法；根据热传递的条件，水温与周围环境温度相差越大，越容易发生热传递，若水的初温不同，便可造成水的散热情况不同，所以实验中应控制水的初温相同；③由上分析知，小明的分析更加合理；
（2）根据表格中数据，相同质量的两种燃料燃烧完后，煤油的水温升高较大，说明煤油放出的热量较多，即煤油的热值较大。
（3）在实验过程中，燃油不可能完全燃烧，且燃料燃烧放出的热量一部分直接散失掉、一部分被烧杯吸收，同时水也会向外散热，所以不能通过水温的变化得出燃料燃烧放出的热量，计算结果不准确。
20．【答案】（1）30 m/s  （2）1.2×105 W  （3）48%
【解析】（1）汽车在某段长1.2 km的水平路面做匀速直线运动，用时40 s，根据速度公式 可得，汽车的行驶速度： ；（4分）
（2）因汽车匀速行驶时处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，则此过程中汽车牵引力做功的功率： ；（4分）
（3）发动机的效率： 。（4分）
21．【答案】（1）由表格可知电动自行车噪声低  电动自行车不会向空中排放废气，污染小  （2）3.24×104 J  180 W  （3）8.165×105J
【解析】（1）由表格可知电动自行车噪声低；电动不会向空中排放废气，污染小。（3分）
（2）充电一次做的总功W总＝0.6 kW⋅h＝2.16×106 J，（1分）
η＝ ，电动自行车行驶50 km做的有用功为W有＝ηW总，所以电动自行车每行驶1 km电动机平均做的有用功W＝ ＝3.24×104 J，（1分）
自行车的最高时速是20 km/h，那么跑完50 km需要时间
t＝ ＝2.5 h＝9 000 s，（1分）
所以当自行车以最高车速匀速行驶时，电动机的输出功率：
P＝ ＝180 W，（2分）
（3）由表格可知，摩托车每跑400 km消耗汽油是10 L，10 L汽油产生的热量
Q＝qm＝qρV＝0.71×103 kg/m3×0.01 m3×4.6×107 J/kg＝3.266×108 J，（2分）
所以摩托车每行驶1 km消耗的能量W＝ ＝8.165×105 J。（2分）