【定向练习试题】北师大版九年级物理 第10章 机械能、内能及其转换 (含答案解析)

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九年级物理机械能、内能及其转换定向练习
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、2021年5月29日，我国用长征7号运载火箭成功发射了天舟二号货运飞船，5月30日，天舟二号货运飞船与中国空间站的天和核心仓完成了交会对接。下列说法正确的是（　　）
A．天舟二号货运飞船加速上升过程中机械能守恒
B．天舟二号货运飞船加速上升过程中动能转化为重力势能
C．天舟二号货运飞船加速上升过程中重力势能转化为动能
D．对接成功后天舟二号货运飞船与天和核心仓处于相对静止状态
2、鲁能巴蜀中学刘老师在网上购买了一款网红55℃智能恒温暖水杯，此杯内胆中贮存了一种微米级传热材质，能很快将开水变成适饮的温水，而后又能将凉水变成适饮的温水，如图所示。为探究热材质的性质，刘老师将200g，100℃的开水倒入杯中摇晃一分钟后水温稳定在55℃，然后立即将热水倒掉，迅速加入200g，23℃的自来水再次摇晃一分钟后水温稳定在43℃，若忽略内胆及空间的热能消耗，该传热材质在整个实验过程中内能的改变量为（　　）
A．1.26×104J B．2.1×104J C．3.78×104J D．4.2×104J
3、用两个完全相同的电加热器分别给质量相同的A、B两种液体加热，加热过程中，温度随时间变化的图像如图所示，从图中看出（　　）
A．液体A的比热容大 B．两种液体的比热容相等
C．液体B的比热容大 D．无法比较
4、如图所示装置甲、乙和丙完全相同，燃料质量均为10g，烧杯内液体初温和质量都相等，燃料完全燃烧完后，液体均未沸腾，液体的末温分别为t甲、t乙和t丙，且t甲>t乙>t丙，则下列说法正确的是(　　)
A．燃料b放出热量最多 B．液体2吸收的热量最少
C．燃料a的热值比燃料b的大 D．液体1的比热容比液体2的大
5、汽油机在压缩冲程结束后，下一个冲程对应的气缸工作状态是（　　）
A． B．
C． D．
6、为了比较不同物质的吸热能力，某同学选用两个规格相同的烧杯，加入初温相同、质量相同的水和食用油，选用两个规格相同的电加热器加热水和食用油，选用两个相同的温度计测量水和食用油的温度，并配备了秒表用来计时，实验装置如图甲、乙所示。根据实验数据绘制水和食用油的温度随时间变化的图像如图丙所示。则下列说法中正确的是（　　）
A．实验中选用相同电加热器，目的是保证水和食用油温度变化相同
B．实验中用温度计的示数变化表示水和食用油吸收热量的多少
C．由图像可知，升高相同温度，食用油所需时间长，所以吸热能力强
D．由图像可知，加热相同时间，水温度变化小，所以吸热能力强
7、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
8、下列事例中，能表示能量转化或转移具有方向性的事例是（　　）
A．电能可以转化为机械能，机械能也可以转化为电能
B．热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，但却不能自发地从低温物体传递到高温物体
C．动能可以和重力势能相互转化
D．电能可以转化为内能，内能也可以部分转化为电能
9、下列关于内能、热量、温度的说法中正确的是（　　）
A．某铁块温度升高，内能一定增加
B．热传递时温度高的物体把温度传给温度低的物体
C．一个物体吸收了热量，温度一定升高
D．一个物体的温度升高，一定吸收了热量
10、关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（　　）
A．温度相同的物体内能一定相等
B．热量可以从内能少的物体传递给内能多的物体
C．晶体熔化时温度不变，所以内能也不变
D．物体吸收热量，内能一定增大，温度一定升高
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、在如图所示的四幅图中，甲、乙是两个演示实验示意图：丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图。与压缩冲程原理相同的是　 　图所示的演示实验； 汽油机利用内能来做功的冲程是　 　图。

2、完全燃烧0.04m3天然气放出的热量是　 　J（天然气的热值为4.2×107J/m3），天然气燃烧时将　 　能转化为内能。
3、同种物质组成的实心物体甲、乙，体积之比为 2:1，则它们的密度之比为：　 　，质 量之比为　 　 。它们若升高相同温度，则吸收的热量之比为　 　 。
4、水烧开后，水蒸气会将壶盖顶起，这是因为水蒸气膨胀对壶盖　 　的结果，这时水蒸气的内能　 　，在这个过程中，是水蒸气的　 　能转化为壶盖的　 　能。
5、如图所示是探究“物体动能的大小与什么因素有关”的实验装置示意图。该实验中所探究物体的动能是指　 　（小球/木块）的动能；物体的速度是指小球从斜面上由静止滚下与木块即将碰撞时的速度，它是通过　 　（高度/质量）来改变的；根据实验发现小球从斜面高处滚下，高度越大，木块被撞得越远，此现象表明质量一定时，　 　越大，动能越大。
三、计算题（5小题，每小题6分，共计30分）
1、某物理兴趣小组的同学，用煤炉给10 kg的水加热，同时他们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6 min内完全燃烧了0.2 kg的煤，水的比热容为4.2×103J／(kg·°C)，煤的热值约为3x107J/kg。求：
（1）这些煤完全燃烧产生的热量：
（2）经过6 min时间加热，水所吸收的热量：
（3）煤炉烧水时的热效率。
2、如图所示有一款大鼻子校车满载时总重为2×105N，最大功率为80kW，若以最大功率匀速行驶的效率为40%，百公里耗油量为25L，已知柴油热值为4×107J/L。试求：
（1）校车以最大功率行驶时所受的阻力；
（2）校车以最大功率行驶时的速度。
3、如图为汽油机做功冲程的示意图。若某型号单缸四冲程汽油机的活塞冲程长度为L＝0.12m，某种工作状态下做功冲程燃气的平均压力为F＝3×103N，活塞以1400次/分钟作往复运动，汽油机往复运动两次，对外做功一次。求：
（1）汽油机在此工作状态下，对外做的一次功的大小；
（2）汽油机在此工作状态下，1min内做功的功率；
（3）如果此工作状态下每分钟消耗20g汽油，那么汽油机把内能转化为机械能的效率。（q汽油＝4.6×107J/kg、不计摩擦，结果保留两位有效数字）
4、在一个标准大气压下，质量为2kg、初温为65℃的水，吸收3.36×105J的热量后，升高的温度为多少℃？
5、太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置，下表是小明家的太阳能热水器某天在阳光照射下的相关信息，求：
（1）水在10 h内吸收的热量。
（2）如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧多少米3的天然气(天然气的热值为8.4×107J/m3，天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收)。
（3）该太阳能热水器的能量转化效率。
四、实验探究（2小题，每小题10分，共计20分）
1、在如图所示的实验中：
（1）能说明分子间有引力的是（______）
A．①和② B．②和③ C．③和④ D．①和⑤
（2）实验④抽去玻璃板后，可以看到的现象是　 　，说明　 　，小明认为将图④中密度更大的二氧化氮瓶放在上面扩散效果更明显，这种方法是错误的，因为没有考虑　 　的影响。利用⑤装置做实验时，若瓶内没有水且很干燥，瓶塞跳起时看不到白雾，瓶内气体的内能将　 　（选填“不变”、“增大”或“减小”）。
2、利用如图 （甲）所示的实验装置探究“煤油和水的温度变化与吸热的关系”。操作如下：
（1）在两烧杯中分别装入初温度相同且　 　相等的煤油和水；
（2）用相同的酒精灯火焰加热，并用玻璃棒不断搅拌，每隔相同的时间记录一次温度，其中某时刻的温度如图 （乙）所示，其示数为　 　℃。根据实验数据绘制成温度与时间的关系图象，如图（丙）所示；
（3）实验中，是通过比较　 　来间接反映煤油和水吸收的热量；
（4）分析图象可知，对于质量相等的煤油和水，升温较快的是　 　；若使两者升高相同的温度，则　 　吸收的热量较多，由此可见，　 　的比热容较大。
-参考答案-
一、单选题
1、【答案】D
【解析】【解答】ABC．机械能是动能和势能之和，天舟二号货运飞船加速上升过程中，重力势能和动能都增大，机械能变大，是将燃料的内能转化为机械能，ABC不符合题意；
D．对接成功后天舟二号货运飞船与天和核心仓的相对位置没有发生改变，同步运行，处于相对静止状态，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】描述物体的运动状态，需要事先选取参照物，如果物体相对于参照物位置发生了改变，那么物体就是运动的，如果物体相对于参照物位置没有发生改变，那么物体就是静止的。
2、【答案】B
【解析】【解答】将200g，100℃的开水倒入杯中摇晃一分钟后水温稳定在55℃暖水杯吸收的热量为
迅速加入200g，23℃的自来水再次摇晃一分钟后水温稳定在43℃暖水杯放出的热量为
则该传热材料内能的改变量为=3.78×104J-1.68×104J=2.1×104J
B符合题意。
故答案为：B。
【分析】忽略内胆及空间的热能消耗，将200g、100℃的开水倒入杯中摇晃一分钟后水温稳定在55℃，传热材质吸收的热量等于水放出的热量；立即将热水倒掉，迅速加入200g，23℃的自来水再次摇晃一分钟后水温稳定在43℃，传热材质放出的热量等于水吸收的热量；该传热材质在整个实验过程中内能的改变量：等于吸收的热量减去放出的热量。
3、【答案】C
【解析】【解答】根据可知，质量相同时，吸收相同的热量，比热容大的，温度升高的较少，比热容小的，温度升高的多。根据题意，两种液体质量相等，使用完全相同的电加热器加热两分钟，两种液体吸收的热量相等，从图像中可以看出，A液体温度升高的较多，液体B的较少，所以液体A的比热容较小，B的比热容较大。
故答案为：C。
【分析】结合图像，利用分析计算。
4、【答案】C
【解析】【解答】A.根据甲乙两图，根据Q吸=cmΔt，因为Δt甲大于Δt乙，所以甲图吸热多，所以甲图放热多，a放热多，故错误。
B.根据Q吸=cmΔt，根据甲丙图，燃料相同，烧尽，吸热相同，故错误。
C.根据A选项，故正确。
D.根据Q吸=cmΔt，吸热相同，因为Δt甲大于Δt 乙，所以液体1的比热容小于液体2，故错误。
故答案为：C
【分析】根据Q吸=cmΔt，Q放=qm，分析吸热和燃料燃烧放热。
5、【答案】A
【解析】【解答】汽油机四个冲程是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，在该汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下一个冲程是做功冲程；
A．图中两个气门关闭，活塞向下运动，为做功冲程，A符合题意；
B．图中两个气门关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，B不符合题意；
C．图中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，为吸气冲程，C不符合题意；
D．图中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，为排气冲程，D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】汽油机一个工作循环有四个冲程，分别是吸气、做功、压缩和排气，各冲程的特点不同，因此根据气门的状态和活塞的运行方向确定冲程；并且只有做功冲程对外做功，将内能转化为机械能；另外还有压缩冲程有能量转化，将机械能转化为内能。
6、【答案】D
【解析】【解答】A．实验中选用相同电加热器，目的是保证水和食用油吸收的热量相同，A不符合题意；
B．实验中用加热时间表示水和食用油吸收热量的多少，B不符合题意；
C．由图像可知，升高相同温度，食用油所需时间短，所以吸热能力弱，C不符合题意；
D．由图像可知，加热相同时间，水温度变化小，所以吸热能力强，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】探究物体的吸热能力时，相同的加热器，可以使物体在相同时间内吸收热量相同；当质量相同的物体吸收热量相同时，温度差越大，比热容越小。
7、【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。
8、【答案】B
【解析】【解答】A．电能可以转化为机械能，机械能也可以转化为电能，只能说明能量之间的相互转化，不能说能量转化具有方向性，A不符合题意；
B．热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，但却不能自发地从低温物体传递到高温物体，说明能量转移具有方向性，B符合题意；
C．动能可以和重力势能相互转化，说明能量之间的相互转化，不能说能量转化具有方向性，C不符合题意；
D．电能可以转化为内能，内能也可以部分地转化为电能，能说明能量之间的相互转化，不能说能量转化具有方向性，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】能量转移具有方向性。
9、【答案】A
【解析】【解答】解：A、内能是物体内部所有分子做无规则热运动的动能和分子势能的总和，温度越高，分子运动越剧烈，所以，某铁块温度升高，内能一定增加，A符合题意；
B、发生热传递时，热量从温度高的物体传递给温度低的物体，或从物体的高温部分传向低温部分，而不是温度高的物体把温度传给温度低的物体，B不符合题意；
C、物体吸收热量，温度不一定升高；比如，在晶体的熔化和液体的沸腾时，物质虽然吸收热量但是温度不变，C不符合题意；
D、物体温度升高，可能是吸收了热量，也可能是外界对物体做了功，D不符合题意。
故答案为：A。
【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。
10、【答案】B
【解析】【解答】A．内能大小与温度、质量、状态等有关，故温度相同的物体内能不一定相等，A不符合题意；
B．热量总是从高温物体传向低温物体，或者从同一物体的高温部分传向低温部分，跟内能多少无关，热量可以从内能少的物体传递给内能多的物体，B符合题意；
CD．物体吸收热量，内能一定增大，但温度不一定升高，例如：晶体在熔化过程中，继续吸热，但温度是不变的，内能增大，CD不符合题意。
故答案为：B。
【分析】A．内能的大小与温度，质量，体积都有关系。
B．热传递发生在温度不同的两个物体之间。
C. 晶体融化时温度不变，但不断的吸收热量。
D．物体吸收热量，温度不一定升高,内能一定增加。
二、填空题
1、【答案】乙；丙
【解析】【解答】压缩冲程是机械能转化为内能，乙图是将机械能转化为内能，是手压缩空气。所以是乙图。利用内能做功的冲程，是做功冲程，火花塞有火花，所以是丙图。
故答案为：乙；丙；
【分析】压缩冲程是机械能转化为内能，做功冲程是内能转化为机械能。
2、【答案】1.68×106；化学能
【解析】【解答】已知，天然气的热值为4.2×107J/m3，完全燃烧0.04m3天然气放出的热量是 天然气是化石燃料，燃烧时将化学能转化为内能。
【分析】根据燃料的体积和热值的乘积计算热量；燃料燃烧将化学能转化为内能。
3、【答案】1:1；2:1；2:1
【解析】【解答】因为密度与物体的质量和体积无关，所以用同种材料制成的两个实心物体的密度之比为1:1；
由ρ= ，
两个物体的质量之比： = = ；
甲乙两球吸收的热量之比： = =
【分析】物质相同时，密度相同，质量之比等于体积之比，来源利用比热容、质量和温度差可以计算吸收的热量。
4、【答案】做功；减小；内能；机械能
【解析】【解答】物体对外做功，内能减少。水烧开以后，水蒸气膨胀对壶盖做功，把壶盖顶起来，水蒸气的内能转化为壶盖的机械能，水蒸气的内能减少，温度降低。
【分析】内能对外做功，内能减小，转化为机械能。
5、【答案】小球；高度；速度
【解析】【解答】能量的大小可以通过做功的多少度量，实验中通过观察木块被推行的距离大小来判断小球动能的大小，利用了转换法。
重力势能与质量和高度有关。小球从高处滚下时重力势能转化为动能，同一物体位置越高，重力势能越大，滚下时在水平面上转化成的动能越大，速度越大。
根据实验发现小球从斜面高处滚下，高度越大，速度越大；木块被撞得越远，说明物体的动能越大。所以，此现象表明质量一定时，速度越大，动能越大。
【分析】物体下落时，通过木块移动，下落的物体具有动能；改变下落的高度，可以改变物体运动的速度；质量一定时，速度越大，动能越大。
三、计算题
1、【答案】（1）解：煤完全燃烧产生的热量:
Q放=mq=0.2 kgx3x107 J/kg=6x106J
（2）解：由图可知,经过6min时间加热后水温由20℃达到80℃,则水吸收的热量：Q吸=cm (t-t0)=42x103J/(kg·℃) x10 kgx (80℃-20℃)=2.52 x 106J
（3）解：媒炉烧水时的热效率;
【解析】【分析】（1）根据燃料的热值和支路的乘积计算燃料燃烧放出的热量；
（2）根据水的质量、比热容和温度差计算水吸热的多少；
（3）根据水的吸热和燃料放热的比值计算热效率。
2、【答案】（1）解：25L柴油完全燃烧放出的热量为
柴油机对外所做的机械功为
100公里校车所走的路程为
100公里=1×105m
柴油机的牵引力为
因为汽车做匀速直线运动，所以校车以最大功率匀速行驶时所受的阻力为
答：校车以最大功率行驶时所受的阻力为4000N；
（2）解：校车以最大功率行驶时的速度为
答：校车以最大功率行驶时的速度为20m/s。
【解析】【分析】（1）根据燃料的体积和热值的乘积计算热量，利用热机效率计算做的有用功，根据功和路程计算牵引力和摩擦力；
（2）根据功率和力计算速度大小。
3、【答案】（1）对外做功一次做功大小：W=Fs=3×103N×0.12m=360J；
答： 汽油机在此工作状态下，对外做的一次功为360J；
（2）活塞以1400次/分钟作往复运动，汽油机1min对外做功700次；
1min做功：W1=700W=700×360J=2.52×105J，
汽油机功率：；
答：汽油机在此工作状态下，1min内做功的功率为4200W；
（3）汽油燃烧放出热量：Q放=mq=20×10-3kg×4.6×107J/kg=9.2×105J，
汽油机把内能转化为机械能的效率：
。
答： 汽油机把内能转化为机械能的效率为27%。
【解析】【分析】利用W=Fs计算一次做功多少；
（2）计算出1min做功多少，利用计算功率；
（3）利用Q放=mq计算出汽油放出的热量，利用效率公式计算机械效率。
4、【答案】解：由 得
因为在一个标准大气压下，水的沸点是100℃，所以水的温度升高到100℃将不再上升，实际水升高的温度为
答：水吸收3.36×105J的热量后，升高的温度为35℃。
【解析】【分析】由 得温度变化量，进一步求得末温，注意在一个标准大气压下，水的沸点是100℃。
5、【答案】（1）解：水吸收的热量(有用能量):Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg ℃)×100kg×50℃=2.1×107J，
（2）解：天然气完全燃烧需放出热量：Q放=Q吸=2.1×107J，由Q放=Vq得需要天然气的体积：
V= = =0.25m3
（3）解：10h太阳能热水器吸收的太阳能(总能量):
Q总=1.68×106J/(m2 h)×2.5m2×10h=4.2×107J，太阳能热水器的能量转化效率：
η= = =50%
【解析】【分析】（1）利用 Q吸=cm△t 求得 水吸收的热量 .
（2）结合题意，利用 Q放=Q吸 =Vq求得需要天然气的体积 .
（3）首先求得 10h太阳能热水器吸收的太阳能 ，再利用 η= 求得 太阳能热水器的能量转化效率 .
四、实验探究
1、【答案】（1）B
（2）两个瓶子内气体混合在一起，最后颜色变得均匀；分子在不停地做无规则运动；密度；减小
【解析】【解答】（1）①推压活塞压缩空气，发现不能推到底部，说明分子间有斥力作用。②因为玻璃和水接触在一起，并且玻璃分子和水分子间的距离在引力作用的范围内，故水分子和玻璃分子之间存在相互作用的引力，故向上拉玻璃板时，弹簧测力计的读数将变大，说明分子间有引力作用。③将两个底面平整、干净的铅块紧压后，两个铅块的底面分子距离引力作用的范围内，表现为引力，使两个铅块结合在一起，即使下面挂一个重物也不会将它们拉开，说明分子间有引力作用。④两个瓶子内气体混合在一起，最后颜色变得均匀，这是分子运动的结果，是扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动，并且分子间有间隙。⑤水雾不是在塞子跳出时产生的，是由于加压后水的内能有所增大，当塞子跳出时压强迅速减小，一部分水气化，但由于气化时对外做功，水的内能又降低，加之压强降低后空气的温度降低，水蒸气过饱和，此时水液化便出现雾。①②③④⑤中能说明分子间有引力的是②③，故答案为：B。
（2）抽去玻璃板后，两个瓶子内气体混合在一起，最后颜色变得均匀。这是分子运动的结果，是扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动，并且分子间有间隙。
二氧化氮的密度比空气大，由于重力二氧化氮会由于重力原因向下运动，无法验证扩散现象。
利用⑤装置做实验时，若瓶内没有水且很干燥，瓶塞跳起时不会看到白雾（白雾的产生原因上面已经解释），瓶内气体体积膨胀，对外做功，瓶内气体的内能将减小。
【分析】（1）分子间存在相互作用的引力和斥力。
（2）扩散：不同物质相互接触，彼此进入对方现象。说明一切物体的分子都永不停息地做无规则运动。
2、【答案】（1）质量
（2）39
（3）加热时间
（4）煤油；水；水
【解析】【解答】(1)为了研究水与沙子比热的大小，实验时，要控制不同物质的质量相同，故在两烧杯中分别装入初温度相同且质量相等的煤油和水。(2)由图乙知：温度计上10℃之间有10个小格，所以一个小格代表的温度是1℃，即此温度计的分度值为1℃；“40”在“30”的上方，液柱最高处在两者之间，所以显示的温度高于0℃，为39℃。(3)实验中，用相同的酒精灯加热，相同时间放出的热量相同，故是通过比较加热时间来间接反映煤油和水吸收的热量。(4)分析图像可知，对于质量相等的煤油和水，吸收相等热量，升温较快的是煤油。若使两者升高相同的温度，水加热时间较长，说明吸收的热量较多；由c= 可知，水的比热容较大。
【分析】（1）探究不同物质的比热容时，选择的质量相同；（2）根据温度计液柱位置测量温度；（3）实验时，加热时间相同，物体吸收的热量相同；（4）吸收的热量和质量相同时，温度差越大，比热容越小；质量和温度差相同时，比热容越大， 吸收热量越大。
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