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九年级物理机械能、内能及其转换必考点解析
考试时间:90分钟;命题人:物理教研组
考生注意:
1、本卷分第I卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分,满分100分,考试时间90分钟
2、答卷前,考生务必用0.5毫米黑色签字笔将自己的姓名、班级填写在试卷规定位置上
3、答案必须写在试卷各个题目指定区域内相应的位置,如需改动,先划掉原来的答案,然后再写上新的答案;不准使用涂改液、胶带纸、修正带,不按以上要求作答的答案无效。
第I卷(选择题 30分)
一、单选题(10小题,每小题3分,共计30分)
1、下列有关热机的说法中不正确的是( )
A.可以采用增大热机功率的方法来增大热机的效率
B.为了防止热机过热,通常用水来降温,是利用水的比热容大的特性
C.热机工作的过程是将燃料燃烧获得的内能转化成机械能的过程
D.热机的大量使用会造成环境污染
2、下列说法,正确的是( )
A.高温物体一定比低温物体的内能大
B.高温物体比低温物体含有的热量多
C.热量总是从比热大的物体传给比热小的物体
D.比热是物质特性之一,它是反映物质吸热(或放热)本领大小的物理量
3、下列说法正确的是( )
A.一瓶酒精用去一半,酒精的热值减小一半
B.煤的热值比干木柴的热值大,所以燃烧时煤放出的热量更多
C.内燃机的效率越高,它消耗的燃料就越少
D.热机效率越高,它将内能转化为机械能的比例越大
4、关于汽油机的四个冲程图,下列有关说法正确的是( )
A.甲图是压缩冲程,将内能转化为机械能
B.乙图是排气冲程,废气带走了大部分的能量
C.丙图时做功冲程,当转速是1800r/min时,1秒钟完成了这个冲程30个
D.丁图是吸气冲程,吸入的成分只有空气
5、如图所示,下列有关做功和能量的说法正确的是( )
A.甲图中,天问一号加速升空,其动能增大,重力势能增大
B.乙图中,人造地球卫星从远地点向近地点运动,势能减小,动能减小
C.丙图中,江水加速下落,水的重力不做功
D.丁图中,箭被射出后,运动员对箭继续做功
6、如图所示,直升飞机向地面空投物资时,物资在空中匀速下落的过程中( )
A.动能不变,重力势能减小 B.动能不变,机械能不变
C.动能不变,机械能增加 D.动能减少,机械能减少
7、下列关于温度、热量和内能的说法正确的是( )
A.一块冰吸收了热量温度一定升高
B.热量一定是从内能大的物体传给内能小的物体
C.温度相同的物体,内能不一定相同
D.物体内能增加,一定从外界吸收了热量
8、如图所示,是小球下落后压弹簧的示意图,a点是小球下落的最高点,b点是弹簧自然伸长点,c点是弹力与重力相等的点,d点是弹簧压缩后的最低点。以下说法正确的是( )
A.a点的动能最大 B.b点的重力势能最大
C.c点为动能最大 D.d点为弹性势能为零
9、关于改变内能的说法,正确的是( )
A.做功一定可以改变物体的内能
B.刹车过程中,刹车片温度升高是通过做功改变物体内能的
C.冬天往手上哈气取暖是通过做功改变物体内能
D.摩擦生热是通过热传递改变物体内能的
10、如图,是红军长征途中使用的外燃式发动机的模型燃料为猪油,带动发电机为LED灯供电,下列有关说法中正确的是( )
A.猪油燃烧,将内能转化为化学能
B.发动机的活塞被推动过程,内能转化为机械能
C.发电机发电过程中,电能转化为机械能
D.LED灯主要是由超导材料制成的
第Ⅱ卷(非选择题 70分)
二、填空题(5小题,每小题4分,共计20分)
1、如图是一款扫地机器人,它工作时是通过电动机转动使内部气体的流速变大,压强 ,从而使杂物进入吸尘器达到清扫的目的。当它在水平地板上边匀速运动边吸入杂物的过程中,它的动能 (两空均选填“变大”、“变小”或“不变”)
2、如图所示,是A、B两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量m的关系图,从图中可看出A燃料的热值 B燃料的热值(选填:“大于“、”小于”或“等于”).在标准大气压下,若一定质量的B燃料完全燃烧释放的热量为4.9×106J,其中有60%的热量被质量为10kg、初始温度为18℃的水吸收,c水=4.2×103J/(kg ℃),则水的温度将升高 ℃。
3、如图所示,试管里装有适量的水、用软木塞轻轻塞住,点燃酒精灯加热,达到沸点后开始沸腾,水沸腾一段时间后,会观察到软木塞被弹出,此过程中能量转化情况为 。
4、某同学家使用燃气热水器,平均每天需将100kg的水从18℃加热到58℃。若天然气完全燃饶放出热量的70%被水吸收,则热水器平均每天消耗天然气 m 。[c水=4.2×103J/(kg ℃),q天然气=4.0×107J/m ]。
5、比热容是物质的 之一。水的比热容为4.2×103焦/(千克·℃),表示 。用水作为汽车的发动机及发电站中汽轮机的冷却剂,它们都是利用了水的 的特点。
三、计算题(5小题,每小题6分,共计30分)
1、某家庭需要将50kg、初温为10℃的水加热到50℃作为生活用水,他们利用煤气灶烧水,需要燃烧0.8 m3的煤气。( ,q煤气=4.2×107J/m3)
(1)这些水从10℃加热到50℃需要吸收的热量为多少?
(2)0.8 m3的煤气完全燃烧放出的热量为多少?
(3)煤气灶烧水的效率为多少?
2、一种全新的压缩燃烧原理可使汽油发动机的效率达到60%。所谓发动机效率是指发动机所做的有用功与汽油完全燃烧释放的热量之比。当前汽油发动机的最高效率约为30%。假期小明全家驾车去某地旅游,在高速公路上以25m/s的速度匀速行驶1h的过程中,消耗了6.4kg汽油(完全燃烧), 汽车牵引力功率为20kW。(汽油热值q汽油=4.5×107J/kg)。求:
(1)该汽车行驶过程中所受到的阻力f;
(2)该汽车发动机的效率η;
(3)当小明家的汽车采用了全新的压缩燃烧原理后,发动机的效率提升到了50%。若小明全家在一次自驾旅行中,汽车油箱内剩余汽油的质量为16kg。请通过计算说明:若该车以20kW的功率和25m/s的速度持续匀速行驶,该车能否仅凭剩余油量到达400km远的目的地?
3、如图所示为一款国产无人驾驶汽车上路进行测试行驶,该款车以10m/s的速度在一段平直的公路上匀速行驶了3分钟,消耗汽油0.16kg.已知汽油的热值为4.6×107J/kg,该款汽车的发动机效率为30%,在此过程中,求:
(1)若该车消耗的汽油完全燃烧,放出的热量全部被水吸收,可以使多少千克20℃水温度升高到100℃?
(2)该汽车发动机做的有用功是多少?输出功率是多少?
(3)该车匀速行驶时,牵引力是多大?
4、质量为1千克的铝块温度升高了20℃,求铝块吸收的热量Q吸。[ 焦/(千克·℃]
5、一辆汽车以 72km/h 的速度行驶 10min,消耗的汽油为 1.2kg。汽车匀速直线行驶时受到的阻力 f=1.2×103N,(汽油的热值 q=4.6×107J/kg)根据以上信息计算:
(1)该汽车在这段时间内消耗的汽油产生的热量有多少?
(2)此时汽车发动机的功率为多大?
(3)在这段时间内该汽车发动机效率是多少?
四、实验探究(2小题,每小题10分,共计20分)
1、小强是一个喜欢思考的同学,他随家人到海边玩耍时,发现阳光下的海水和岸边的沙子温差很大。于是,他带回一些岸边的沙子想比较沙子和水这两种物质吸热能力的差异。他设计如图甲所示的实验装置,所使用仪器规格也完全相同。请你来帮他完成实验:
(1)测量出 相同的水和沙子,然后安装仪器,并记下沙子和水的初始温度。
(2)在实验时只要控制 (选填“加热时间”或“温度变化”)相同就可以确定水和沙子吸收了相同的热量;加热完成后只要比较他们 (选填“加热时间”或“温度变化”)的多少就可以比较出沙子和水吸热能力差异;
(3)小强根据实验数据,做出如图乙所示图象,根据实验数据可计算出沙子的比热容为 J/(kg ℃);
(4)小强查表得知,由实验测得的沙子的比热容比实际值要大一些,如果测量过程中没有错误,,你认为造成此误差的原因是 .
2、在探究“比较不同物质吸热的情况”的实验中,实验装置如图所示:
加热时间/min 0 1 2 3 4
甲的温度/℃ 34 42 50 58 66
乙的温度/℃ 10 22 34 46 58
(1)实验中应量取质量 的甲、乙两种液体,分别倒入两烧杯中,用 的电加热器加热。当它们吸收相同热量时,通过比较 来判断吸热能力的强弱;
(2)通过实验,记录数据如表格所示。从开始加热到58℃时,甲、乙两种液体吸收热量的关系为Q甲 Q乙;(选填“>”、“<”或“=”)
(3)分析实验数据可知 物质的吸热能力强。
-参考答案-
一、单选题
1、【答案】A
【解析】【解答】A.用来做有用功的能量和燃料完全燃烧放出的热量的比值叫热机效率,增大热机功率不能增大热机的效率,A错误,符合题意;
B.为了防止热机过热,通常用水来降温,是利用水的比热大的特性,B正确,不符合题意;
C.热机工作的过程是将燃料燃烧获得的内能转化成机械能的过程,C正确,不符合题意;
D.热机的使用,使人类对化石能源的依赖很强,现在大气污染的主要途径就是利用化石能源,D正确,不符合题意.
故答案为:A
【分析】内燃机是一种把内能转化为机械能的装置,内燃机的效率为机械能与燃料完全燃烧释放的热量的比值,减少能量损耗、使燃料充分燃烧可以提高效率,但效率不会达到100%。
2、【答案】D
【解析】【解答】A.内能的大小与物体的温度、状态等有关,所以高温物体的内能不一定比低温物体的内能大,A不符合题意;
B.热量是一个过程量,只能说吸收(或者放出)了多少热量,不能某物体含有多少热量,B不符合题意;
C.热传递的实质是热量的转移,热量总是从温度高的物体向温度低的物体转移,C不符合题意;
D.比热容是物质特有的一种特性,比热容大的物质吸热能力强,比热容小的吸热能力就弱,所以能够反应物质的吸热本领,D符合题意。
故答案为:D。
【分析】比热容是物质特有的一种特性,反应物质的吸热本领;物体的内能和物体的质量、温度、状态等有关;热传递的条件是物体间存在温度差。
3、【答案】D
【解析】【解答】A、燃料的热值是燃料的一种特性,与燃料的质量、温度和体积无关,所以一瓶酒精用去一半,剩下的酒精的热值不变,A不符合题意;
B、煤的热值比干木柴的热值大,但燃料燃烧放出的热量与燃烧状态、燃料的热值和质量都有关系,煤放出的热量不一定多,B不符合题意;
C、热机的效率越高是指燃料释放的内能转化为机械能的百分比越大,不知做功多少消耗的燃料的多少是不能判断,C不符合题意;
D、热机效率越高,热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比,比值越大,内能转化为机械能的比例越大,D符合题意.
故答案为:D.
【分析】燃料的热值是燃料的一种特性,与燃料的质量、温度和体积无关。
热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比为热机效率。
4、【答案】B
【解析】【解答】A.甲图中气门关闭,活塞上行,所以是压缩冲程,压缩冲程是将机械能转化为内能的过程,A不符合题意;
B.乙图中的进气门关闭,排气门打开,活塞上行,所以是排气冲程,废气带走了大部分的能量,B符合题意;
C.丙图中气门关闭,活塞下行,所以是做功冲程,转速是1800r/min,所以此汽油机每秒钟转30圈,可完成15个工作循环,60个冲程,C不符合题意;
D.丁图中的进气门打开,排气门关闭,活塞下行,所以是吸气冲程,汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸,D不符合题意。
故答案为:B。
【分析】内燃机的压缩冲程是把机械能转化成气体的内能,内燃机的做功冲程是把气体的内能转化成机械能,汽油机工作一个循环,包含四个冲程,活塞往返运动两次,曲轴连杆转动两周,对外做功一次,结合题目条件计算即可。
5、【答案】A
【解析】【解答】A.天问一号加速升空过程中,质量变大,速度变大,动能变大;质量不变,高度变大,重力势能增大,A符合题意;
B.人造地球卫星从远地点向近地点运动过程中,重力势能减小,转化为动能,所以动能增大,B不符合题意;
C.江水下落过程,在重力方向上移动了一段距离,重力对江水做了功,C不符合题意;
D.箭被射出后,因为惯性向前运动,运动员的力没有作用在箭上,运动员对箭不做功,D不符合题意。
故答案为:A。
【分析】功的两个必要因素:一是作用在物体上的力;二 是物体在力的方向上通过的距离。
动能大小的影响因素:质量和速度,质量越大,速度越大,动能越大;重力势能大小的影响因素:质量和高度,质量越大,高度越高,重力势能越大。注意分析能量转化时,就看什么能量减少了,什么能量增加,总是减少的能量转化为增加的能量。
6、【答案】A
【解析】【解答】物体匀速下落由于质量和速度不变,所以动能不变;高度变小,重力势能变小。而机械能等于动能和势能的总和,所以机械能减小。A符合题意,BCD不符合题意。
故答案为:A。
【分析】动能大小的影响因素:质量和速度,质量越大,速度越大,动能越大;重力势能大小的影响因素:质量和高度,质量越大,高度越高,重力势能越大。注意分析能量转化时,就看什么能量减少了,什么能量增加,总是减少的能量转化为增加的能量。
7、【答案】C
【解析】【解答】A.物体吸收了热量,温度不一定升高,如晶体熔化,吸收热量,温度不变,A不符合题意;
B.热传递的条件是存在温度差,因此热量一定是从高温物体传给低温物体,B不符合题意;
C.内能还和物体的质量有关,所以温度相同的物体,内能不一定相同,C符合题意;
D.物体内能增加,不一定从外界吸收了热量,还可能外界对物体做了功,D不符合题意。
故答案为:C。
【分析】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;温度指物体的冷热程度;热量是指在热传递过程中内能改变的多少。
8、【答案】C
【解析】【解答】A.a点处小球刚开始向下运动,速度很小,动能较小,A不符合题意;
B.a点高度大于b点,a点重力势能大于b点重力势能,B不符合题意;
C.c点是弹力与重力相等的点,此时小球所受合力为0,速度最大,动能最大,C符合题意;
D.d点是弹簧压缩后的最低点,形变程度最大,弹性势能最大,D不符合题意。
故答案为:C。
【分析】运动的物体具有动能,物体的质量越大、速度越大,物体的动能就越大;处在高处物体具有重力势能,物体的质量越大、高度越高,物体的重力势能就越大。
9、【答案】B
【解析】【解答】A.将物体提高,克服重力做了功,物体重力势能增大,但物体内能不变,A不符合题意;
B.汽车刹车过程中,刹车片克服摩擦做功,刹车片的温度升高,属于做功改变物体的内能,B符合题意;
C.冬天往手上哈气取暖,手的温度升高,是热传递改变了物体的内能,C不符合题意;
D.摩擦生热是克服摩擦做功,机械能转化为内能,是通过做功改变物体内能的,D不符合题意。
故答案为:B。
【分析】改变物体的内能有两种方式,一种是做功,外界对物体做功物体的内能增加,物体对外界做功物体的内能减小,第二种是热传递,热量向外界传递,物体的内能减小,热量由外界传向物体,物体的内能增加。
10、【答案】B
【解析】【解答】A、猪油燃烧的过程中释放出内能,将化学能转化为内能,A不符合题意;
B、发动机的活塞被推动过程,是利用内能对外做功,将内能转化为机械能,B符合题意;
C、发电机发电过程中,将机械能转化为电能,C不符合题意;
D、LED灯主要是由半导体材料制成的,D不符合题意.
故答案为:B.
【分析】燃烧将化学能转化为内能;内能对物体做功时,内能转化为机械能;发电机工作时,机械能转化为电能。
二、填空题
1、【答案】变小;变大
【解析】【解答】扫地机器人的电动机转动时,内部气流流速大,压强小,将杂物吸入吸尘器,当它工作时,吸入杂物时,机器人的质量变大,动能变大。
故答案为:变小;变大。
【分析】流体在流速大的地方压强小,物体的动能和物体的质量、速度有关。
2、【答案】小于;70
【解析】【解答】解:(1)如图,取相同质量m0,由图可知,QA<QB
因为q= 可知,qA<qB;(2)由η= 得,
水吸收的热量:Q吸=Q放η=4.9×106J×60%=2.94×106J;
由Q吸=cm△t得水升高的温度:
△t= = =70℃,
水的末温t=t0+△t=18℃+70℃=88℃,
水未到达沸点,因此水的温度将升高70℃。
故答案为:小于;70。
【分析】结合Q-m图像,利用Q=mq可知热值大小关系,再利用η= 得水吸收的热量,进一步利用Q吸=cm△t得水升高的温度.
3、【答案】内能转化为机械能
【解析】【解答】水沸腾一段时间后观察到软木塞被弹出,此时水蒸气对木塞做功,将水蒸气的内能转化为木塞的机械能。
【分析】物体对外做功,物体的内能减小;外界对物体做功,物体的内能增大。
4、【答案】0.6
【解析】【解答】用燃气热水器给水加热,水吸收的热量Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg ℃)×100kg×(58℃-18℃)=1.68×107J
燃烧天燃气放出的热量
则每天消耗的天然气的质量
【分析】根据水的比热容、质量和温度差计算吸收的热量,利用热量和热值的比值计算燃料的体积。
5、【答案】特性;质量为1kg的水温度升高1℃吸收的热量为4.2×103J;比热容较大
【解析】【解答】各种物质都有自己的比热容,比热容是物质的一种特性;
水的比热容是4.2×103J/(kg ℃),它的物理含义是质量为1kg的水温度升高1℃,吸收的热量为4.2×103J;
因为水的比热容较大,相同质量的水和其它物质比较,升高相同的温度,水吸收的热量多,所以可作为冷却剂。
【分析】比热容是描述物体吸放热能力的一个物理量;物质的比热容意义为1kg的物体上升一摄氏度所吸收的热量;水的比热容大,相同质量的水可以吸收更多的热量,冷却效果更好。
三、计算题
1、【答案】(1)解:这些水从10℃加热到50℃需要吸收的热量
答:这些水从10℃加热到50℃需要吸收的热量为8.4×106 J
(2)解:0.8 m3的煤气完全燃烧放出的热量
答:0.8 m3的煤气完全燃烧放出的热量为3.36×107J
(3)解:煤气灶烧水的效率
答:煤气灶烧水的效率为25%。
【解析】【分析】(1)根据水的比热容、质量和温度差计算吸收的热量;(2)利用燃料的体积和热值的乘积计算放出的热量;(3)根据水吸收的热量和燃料放出的热量的比值计算热效率。
2、【答案】(1)解:汽车做匀速直线运动,受到的阻力和牵引力是一对大小相等的平衡力,由
可得阻力
答:该汽车行驶过程中所受到的阻力是800N
(2)解:汽油完全燃烧放出的热量
由 可得汽车做的功
则效率
答:该汽车发动机的效率是25%
(3)解:由
可得
所以该车能仅凭剩余油量到达400km远的目的地。
答:该车能仅凭剩余油量到达400km远的目的地。
【解析】【分析】(1)根据功率和速度的比值计算力的大小;(2)根据质量和热值的乘积计算热量;利用功率和时间的乘积计算功的大小,功和总热的比值计算热机效率;(3)根据燃料燃烧的热量和效率计算有用功,结合拉力的大小计算行驶的距离。
3、【答案】(1)解:汽油完全燃烧放出的热量: Q放=mq=0.16kg×4.6×107J/kg=7.36×106J;因为Q吸=Q放,所以水的质量: m水===21.9kg
(2)解:由η=可得汽车发动机做的有用功: W=ηQ放=30%×7.36×106J=2.2×106J;汽车的输出功率: P===1.2×104W
(3)解:由P=Fv可得汽车匀速行驶时的牵引力:F===1.2×103N
【解析】【分析】(1)根据燃料的质量和热值的乘积计算热量,利用热量和物体的比热容、温度差的比值, 计算物体的质量;
(2)根据热效率和总热计算汽油机的有用功,根据功和实际的比值, 计算功率;
(3)根据功率和速度的比值, 计算拉力的大小。
4、【答案】解:Q吸=c铝m△t=0.9×103J/(kg ℃)×1kg×20℃=1.8×104J。
【解析】【分析】利用 Q吸=c铝m△t 求得 铝块吸收的热量 .
5、【答案】(1)解:根据题意知道, 1.2kg汽油完全燃烧释放的热量是:Q放=mq=4.6×107 J/kg×1.2kg=5.52×107 J
答:汽车在这段时间内消耗的汽油完全燃烧放出的热量是5.52×107 J
(2)解:由 知道,汽车在10min内通过的路程是:s=vt=72km/h ×600s =20m/s×600s=1.2×104 m,
汽车匀速运动,牵引力与阻力是一对平衡力,大小相等。汽车牵引力在10min内做的功是:W=Fs=1.2×103 N×1.2×104 m=1.44×107 J;
故汽车发动机的功率是: ;
答:这段时间内汽车牵引力做的功功率是24000W;
(3)解:在这段时间内该汽车发动机效率是: 。
答:在这段时间内该汽车发动机效率是26%
【解析】【分析】(1)根据质量和热值的乘积计算热量的多少;(2)根据速度和时间的乘积计算路程,利用力和距离的乘积计算功的大小;结合功和时间的比值计算功率;(3)汽油机做的功和总热量的比值计算热机效率。
四、实验探究
1、【答案】(1)质量
(2)加热时间;温度变化
(3)1.4×103
(4)酒精燃烧不充分,酒精燃烧释放的热量不能完全被沙子吸收
【解析】【解答】(1)实验中为了比较水和沙子的吸热能力,必须保持水和沙石的质量相等,用相同的热源加热;
(2)实验中,使用的热源相同,加热时间相同时,水和沙子吸收的热量相同;
质量相同的不同物质,吸收相同热量,升高的温度不同;
(3)由图乙可知,水和沙子吸收的热量相同,沙子升高的温度为水升高温度的3倍,则:c沙m△t沙=c水m△t水,
沙子的比热容:;
(4)实验测得的沙子的比热容比实际值要大一些,原因是:酒精燃烧时不一定完全燃烧,酒精燃烧时释放的热量不能完全被沙子吸收等,根据Q放=mq计算出的热量大于沙子吸收的热量,由可知,实验测得的沙子的比热容比实际值要大一些。
故答案为:(1)质量;(2) 加热时间;温度变化;(3)1.4×103;(4)酒精燃烧不充分,酒精燃烧释放的热量不能完全被沙子吸收。
【分析】(1)探究“比较不同物质的吸热能力”时要控制两物质的质量相等;
(2)用相同热源加热,相同时间内,不同物质吸收的热量相等;
(3)水的比热容已知,水和沙子吸收的热量、质量、初温相同,利用热平衡方程可计算沙子的比热容;
(4)实验中热量损失会造成误差。
2、【答案】(1)相同;相同;甲乙两种液体温度变化的高低
(2)<
(3)甲
【解析】【解答】(1)根据比较不同物质吸热能力的方法,实验中应量取质量相同的甲、乙两种液体,分别倒入两烧杯中;由转换法,用相同的电加热器加热,当它们吸收相同热量时,通过比较甲乙两种液体温度变化的高低来判断吸热能力的强弱。
(2)根据表中数据,从开始加热到58℃时,甲、乙所用时间分别为3、4分钟,由转换法,甲、乙两种液体吸收热量的关系为Q甲<Q乙。
(3)分析实验数据可知,从34℃升高到58℃,甲用3分钟,乙用2分钟,根据比较吸热能力的方法,甲物质的吸热能力强。
【分析】(1)探究不同物体的吸热能力时,选择质量相同的不同物质,利用相同的加热器加热;
(2)当不同物体的质量和温度差相同时,加热时间不同,吸收热量不同,反应吸热能力不同;
(3)质量和温度差相同时,加热时间越长,吸热能力越强。
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