【专题测评】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、内能及其转换专题测评
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4月29日11时，长征五号B遥二运载火箭搭载空间站“天和”核心舱，在海南文昌航天发射场发射升空。空间站加速升空的过程中（忽略燃料质量变化），它的（　　）
A．动能增大，重力势能增大，机械能增大
B．动能减小，重力势能增大，机械能不变
C．动能增大，重力势能减小，机械能增大
D．动能增大，重力势能增大，机械能不变
2、利用如图甲所示的实验装置比较不同物质吸热的情况，使用相同规格的电加热器分别对水和食用油加热，得到温度随时间变化的图象如图乙所示。下列说法错误的是(　　)
A．升温较快的是甲，吸热能力较强的是甲
B．实验中物体吸热的多少是通过加热时间的长短来衡量的
C．应在两个相同的烧杯中加入质量相同的水和食用油
D．分析图乙可得食用油的比热容为2.8×103J/(kg·℃)
3、雨滴从高空由静止开始下落，由于受空气阻力的作用，最终会以恒定的速度匀速下降。雨滴在空中下落的整个过程中（不计雨滴质量变化）（　　）
A．重力势能一直减小，机械能不变
B．动能先增大后不变，机械能一直减小
C．动能一直增大，机械能一直减小
D．重力势能先增大后减小，机械能不变
4、下列实例中，通过热传递改变物体内能的是（　　）
A．钻木取火 B．两手相互摩擦使手变热
C．反复弯折铁丝，弯折处变热 D．将食物放入冰箱内冷却
5、有甲、乙两个完全相同的小球。在同一高度以大小相等的速度，将甲球竖直向下抛出、将乙球竖直向上抛出，如图所示。若不计空气阻力，下列说法正确的是（　　）
A．抛出时刻，甲球比乙球的动能小
B．抛出时刻，甲球比乙球的重力势能小
C．落地时甲的机械能等于乙的机械能
D．落地时甲的机械能小于乙的机械能
6、下列说法正确的是（　　）
A．柴油机的效率比汽油机的效率高，是因为柴油的热值比汽油的热值大
B．内燃机的压缩冲程，主要是用热传递的方法增加了气缸内的物质的内能
C．用水作汽车冷却液，是因为水的热值大
D．晶体在熔化过程中温度不变，但内能增加
7、关于温度、内能和热量，下列说法中正确的是（　　）
A．一个物体内能越多，它含有的热量越多
B．同一物体，温度越高内能越大
C．物体的内能增加，一定是从外界吸收了热量
D．热量总是由内能大的物体传递给内能小的物体
8、关于热机，下列说法正确的是(　　)
A．随着科技进步，热机的效率可达到100%
B．四冲程汽油机在工作过程中，进气门和排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程
C．汽油机气缸顶部有一个喷油嘴
D．柴油机的效率比汽油机高，是因为柴油的热值比汽油大
9、筒的底部放有硝化棉，手用力下压活塞，硝化棉烧着了，此过程（　　）
A．手对硝化棉做功，硝化棉内能增大
B．手对筒中的空气做功，使空气内能增大
C．活塞对硝化棉做功，硝化棉内能增大
D．活塞对筒中的空气做功，使空气内能增大
10、在内燃机工作的四个冲程中，发生内能和机械能相互转化的是（ ）
A．压缩冲程和做功冲程 B．吸气冲程和压缩冲程
C．吸气冲程和做功冲程 D．压缩冲程和排气冲程
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、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。
2、如图所示，当闭合开关，放在U型磁体中光滑金属支架上的导体棒AB向左运动，同时用手触摸滑动变阻器，能感知到其线圈发热，这两种现象说明在此过程中电能转化为　 　（填写能量形式的名称）。
3、将一壶质量1.5kg、初温20℃的水烧开，水需要吸收的热量为　 　J；实际烧开此壶水，所提供的热量远大于此值，原因是　 　。取c水＝4.2×103J/[kg ℃]
4、图是玩弹弓的情景。经验表明，橡皮筋拉得越长，同样的“子弹”射得越远，这说明橡皮筋的弹性势能与　 　有关；若橡皮筋被拉的长度相同，而所用“子弹”的质量不同，则质量大的“子弹”射出的距离较小，原因是质量大的“子弹”刚射出时的　 　小。
5、汽车发动机用水做冷却剂，这是利用了水的　 　大的性质。如图所示是2018年6月4日沿海城市北海和内地城市百色两地的气温情况，请根据两个地方的气温变化情况判断城市　 　（填“甲”或“乙”）是北海。
三、计算题（5小题，每小题6分，共计30分）
1、太阳是离地球最近的一颗恒星，由于其内部深处的极高温度（约2×107℃）和极高压强（约2×1016 Pa），使原子的热核反应得以不断进行，从而通过太阳表面以光的形式向宇宙空间辐射出巨大的能量，这就是太阳能。
（1）利用太阳能的一种方式是用集热器把水加热。某太阳能集热器把质量为100kg、初温为20℃的水加热到80℃，水吸收的热量是多少？[c水＝4.2×103 J/（kg·℃）]
（2）我国幅员辽阔，日照充足，一年可获得的太阳能约为3.6×1022J，这些太阳能相当于多少吨标准煤完全燃烧释放的能量？（q煤＝3×107 J/kg）
2、2019年5月6日，聊城首批30辆氢燃料新能源公交车投放使用．氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，被认为是22世纪最理想的能源，[c氢＝4.2×107J/（kg ℃）；q氢＝1.4×108J/kg）求：
（1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量；
（2）若这些热量全部被质量为200kg，温度为15℃的水吸收，则水升高的温度；
（3）某氢能源公交车以140kW的恒定功率做匀速行驶，如果0.3kg的氢燃料完全燃烧获得热量的焦耳数和公交车所做的功相等，则这些热量能让该公交车匀速行驶多长时间．
3、用煤气灶把2kg，初温为20℃的水烧热到70℃，消耗了25g煤气，已知水的比热容是c＝4.2×103J/（kg ℃），煤气的热值为q＝4.2×107J/kg，则：
（1）水吸收的热量为多少？
（2）煤气完全燃烧放出的热量为多少？
（3）煤气灶烧水的热效率为多少？
4、有一功率为40KW，热机的效率为25%的汽车正在一平直的公路上行驶，此时油箱中仅剩下5kg的汽油。如果不考虑热机其他的能量损失，汽车以15m/s的速度向前行驶，问还可前进多少千米（汽油的热值为4.6×107J/kg）
5、随着人们生活水平的提高，越来越多的家庭采用“水地暖”进行取暖．其原理是以温度不高于60 ℃的热水为热媒，在埋置于地面以下填充层中的管道内循环流动，加热整个地板，通过地面以热传递方式向室内供热的一种供暖方式(如图所示)．
（1）某房间一段时间内循环流动的水质量为1 000 kg，进水温度为55 ℃，出水温度为40 ℃．这段时间里水向外界放出多少热量　 　？[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
（2）“水地暖”以水为媒介，是因为水的比热容较大，请具体说明为什么要利用这一特性　 　．
四、实验探究（2小题，每小题10分，共计20分）
1、如图所示，将两个半径约为1cm的铅柱的底面削平、削干净，然后紧紧地压在一起，两个铅柱就像被粘在了一起，下面吊上5kg的重物都不能把它们拉开。
（1）两个铅柱没有被重物拉开是因为铅柱的分子之间存在　 　。
（2）小红是一个爱思考的学生，她认为与铅柱底面接触的大气会对铅柱有向上托的力，这个力足以保证两个铅柱不被重物拉开。你是否同意小红的观点？（　 　）请通过估算该力的大小来证明。（　 　）（大气压p0取1×105Pa）
（3）请设计一个实验并自选器材来验证小红的猜想（　 　）
2、小明和小华一起进行了“不同物质吸热升温的现象”和“不同燃料燃烧的放热能力”两项探究，他们设计的两组实验装置如图所示。
（1）探究“不同燃料燃烧的放热能力”应选用　 　组器材（甲/乙）。
（2）实验需要用到一些测量工具，除了图中已经呈现的，你认为两个实验都要用到的测量工具是　 　；甲组实验还需要的测量工具是　 　。
（3）甲组实验是通过　 　来比较不同物质吸收热量的多少，乙组是通过　 　来比较不同燃料放出热量的多少。
（4）小明通过乙组实验中酒精燃烧结束后水温的变化，根据测量所得数据，利用公式　 　计算出水吸收的热量，进而计算出酒精的热值。小华认为该方法不合理，理由是　 　。
-参考答案-
一、单选题
1、【答案】A
【解析】【解答】空间站加速升空，速度增大，高度变大，质量不变，那么动能和重力势能都增大，机械能也增大，A符合题意，BCD不符合题意。
故答案为：A。
【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；物体的机械能等于动能与势能之和，结合动能和势能的变化分析机械能。
2、【答案】A
【解析】【解答】A：升高相同的温度，升温较快的是甲，根据Q吸=cmΔt，没有说质量关系，故错误，符合题意。
B：实验中物体吸热的多少是通过加热时间的长短来衡量的，故正确，不符合题意。
C：利用控制变量法，应在两个相同的烧杯中加入质量相同的水和食用油，故正确，不符合题意。
D：升高相同的温度，根据Q吸=cmΔt，水是3min=c水mΔt，食用油是2min=c食用油mΔt，分析图乙可得食用油的比热容为2.8×103J/(kg·℃)，故正确，不符合题意。
故答案为：A
【分析】实验中物体吸热的多少是通过加热时间的长短来衡量的，根据Q吸=cmΔt分析吸热情况。
3、【答案】B
【解析】【解答】A．雨滴从高空由静止开始下落，高度降低，故重力势能减小，由于受空气阻力的作用，克服阻力做功，机械能减小，A不符合题意；
B．雨滴从高空由静止开始下落，高度降低，速度变大，故动能变大，后匀速，故动能不变，动能先增大后不变，克服阻力做功，机械能一直减小，B符合题意；
C．雨滴从高空由静止开始下落，速度先变大，后匀速，动能先增大后不变，C不符合题意；
D．下落过程中重力势能一直减小，克服阻力做功，机械能减小，D不符合题意。
故答案为：B。
【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；物体的机械能等于动能与势能之和，结合动能和势能的变化分析机械能。
4、【答案】D
【解析】【解答】做功和热传递都能改变物体内能。做功是其他形式的能与内能的转化，钻木取火、两手相互摩擦使手变热和反复弯折铁丝，弯折处变热，都是做功改变物体内能；热传递是内能的转移，将食物放入冰箱内冷却是通过热传递改变物体内能。
故答案为：D。
【分析】改变物体的内能两种方法：做功和热传递，这两种方法对改变物体的内能是等效的。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。物体吸收热量，当温度升高时，物体内能增大；物体放出热量，当温度降低时，物体内能减小。
5、【答案】C
【解析】【解答】AB．甲、乙的质量相同，并且在抛出时的速度及所处的高度相等，所以它们的动能和重力势能相等，AB不符合题意；
CD．若不计空气阻力，机械能守恒，落地时甲的机械能等于乙的机械能，C符合题意，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】能量在转化过程中，总量保持不变。
6、【答案】D
【解析】【解答】A．柴油机的效率比汽油机的效率高，是因为柴油机在压缩冲程中，压缩的程度比汽油机大，燃料燃烧更充分，转化的有用功更多，而不是因为柴油的热值比汽油的热值大，A不符合题意；
B．内燃机的压缩冲程中，活塞压缩燃料混合物做功，是用做功的方法增加了气缸内物质的内能，B不符合题意；
C．由于水的比热容大，相同质量的水和其他液体相比较，在升高的温度相同时，水吸收的热量多，所以用水做汽车发动机的冷却液，C不符合题意；
D．晶体在熔化过程中需要吸收热量，温度不变，但内能变大，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】晶体的熔化条件是达到熔点，持续吸热，但温度保持不变，内能增加；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。
7、【答案】B
【解析】【解答】A．热量是出现在热传递过程中的一个过程量，不能说物体含有热量，可以说吸收或放出热量，A不符合题意；
B．同一物体，温度越高，分子无规则运动越快，分子动能越大，内能越大，B符合题意；
C．物体内能增加，有可能是从外界吸收了热量，即通过热传递改变内能，也有可能是外界对物体做功，C不符合题意；
D．热量总是从温度高的物体传递给温度低的物体，内能大的物体的温度不一定高，D不符合题意。
故答案为：B。
【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】B
【解析】【解答】A.热机工作时，必然存在热损失，效率不可能到达100%，A不符合题意；
B.四冲程内燃机工作时，进气门和排气门都关闭时，是压缩冲程和做功冲程，B符合题意；
C.汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，C不符合题意；
D.柴油机的效率比汽油机高，是工作中能量损失较少，和热量的热值无关，D不符合题意。
故答案为：B
【分析】热机工作时必然存在热损失，效率不可能到达100%；在压缩冲程和做功冲程，气门都关闭；热机效率和燃料的热值无关。
9、【答案】D
【解析】【解答】手用力向下压活塞时，活塞内的气体被压缩，机械能转化为内能，是活塞对筒内气体做功，气体内能增大，温度升高至硝化棉的燃点，硝化棉燃烧。ABC不符合题意，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】改变物体的内能两种方法：做功和热传递，这两种方法对改变物体的内能是等效的。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。物体吸收热量，当温度升高时，物体内能增大；物体放出热量，当温度降低时，物体内能减小。
10、【答案】A
【解析】【解答】压缩冲程是机械能转化内能，做功冲程是内能转化为机械能。
故答案为：A。
【分析】根据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。
二、填空题
1、【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。
2、【答案】机械能与内能
【解析】【解答】此实验过程中消耗了电能，使导体棒AB向左运动，得到了机械能；同时滑动变阻器发热，表明滑动变阻器内能增加了，故电能转化成了机械能和内能。
【分析】磁场对电流的作用：通电导线在磁场中要受到磁 力的作用。是由电能转化为机械能。应用是制成电动机。
3、【答案】5.04×105；在实际烧开水时，壶要吸收热量，同时有热散失
【解析】【解答】水吸收的热量Q吸＝cm(t-t0)＝4.2×103J/（kg ℃）×1.5kg×（100℃﹣20℃）＝5.04×105J
由于给水加热时，壶要吸收热量，同时有热散失，所以烧开这一壶水所需提供的热量要大于上面的计算结果。
【分析】根据物体的比热容、质量和温度差的乘积计算热量；热传递中，存在能量损失。
4、【答案】橡皮筋伸长的长度；速度
【解析】【解答】解：（1）橡皮筋弹性势能的影响因素是橡皮筋发生形变的程度，橡皮筋形变的程度越大，橡皮筋的弹性势能就越大；“子弹”射得越远，说明橡皮筋的弹性势能越大，转化成的动能就越多，因此橡皮筋拉得越长，“子弹”射得越远，这说明橡皮筋的弹性势能与橡皮筋伸长的长度有关；（2）当“子弹”射出时，“子弹”具有的动能是橡皮筋的弹性势能转化来的，橡皮筋被拉的长度相同，说明橡皮筋的弹性势能相同，在理想的情况下，转化成的动能也相同，根据动能的影响因素是质量和速度，在动能相同时，“子弹”的速度与质量成反比，因此“子弹”的质量越大，“子弹”的运动速度就越小。
故答案为：橡皮筋伸长的长度；速度。
【分析】弹性势能：物体由于发生弹性形变而具的能.物体的弹性形变越大，它的弹性势能就越大.
动能大小的影响因素：质量、速度.质量越大，速度越大，动能越大.
5、【答案】比热容；甲
【解析】【解答】发动机用水做冷却剂，这是利用了水的比热容大的性质，比热容大，升高相同温度时吸收热量多。城市甲一天的温差较小，是沿海城市北海；城市乙一天的温差较大，是内地城市百色。
【分析】水的比热容较大，便于吸热和放热；水的比热容较大，在系统情况下吸收热量，温度变化小。
三、计算题
1、【答案】（1）解：根据吸热公式可知，水吸收的热量
答：水吸收的热量是2.52×107J；
（2）解：根据热值公式可知，需要完全燃烧标准煤的质量
答：这些太阳能相当于1.2×1012吨标准煤完全燃烧释放的能量。
【解析】【分析】（1）利用Q吸=cm（t-t0）计算出水吸收的热量.
（2）结合题意Q放=3.6×1022J，利用Q放=mq计算出煤的质量。
2、【答案】（1）解：0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量：
（2）解：水吸收的热量： ，
由 得水升高温度：
（3）解：公交车所做的功： ，
由 得公交车行驶时间：
【解析】【分析】（1）结合氢气的质量，利用热值公式求解氢气释放的热量；
（2）结合水的质量和吸收的热量，利用比热容公式求解水温度的变化量；
（3）结合氢气释放的热量和发动机的功率，两者相除即为工作时间。
3、【答案】（1）解：水吸收的热量：
Q吸＝cm△t＝4.2×103J/（kg ℃）×2kg×（70℃﹣20℃）＝4.2×105J
答：水吸收的热量为4.2×105J
（2）解：完全燃烧25g煤气放出的热量：
Q放＝q煤气m煤气＝4.2×107J/kg×25×10﹣3kg＝1.05×106J
答：煤气完全燃烧放出的热量为1.05×106J
（3）解：煤气灶烧水的效率：
η＝ ＝ ×100%＝40%
答：煤气完全燃烧放出的热量为1.05×106J
【解析】【分析】（1）结合水的质量和温度的变化量，利用比热容公式求解水吸收的热量即可；
（2）结合煤气的质量，利用热值公式求解煤气释放的热量；
（3）利用水吸收的热量除以油燃烧释放的热量即为燃气灶的效率。
4、【答案】解：P＝40KW＝40000W，
Q＝mq＝4.6×107J/kg×5kg＝2.3×108J，
W＝Qη＝2.3×108J×25%＝5.75×107J，
t＝ ＝ ＝1437.5s，
S＝Vt＝15m/s×1437.5s＝21562.5m≈21.56km。
答：还可前进21.56千米
【解析】【分析】利用 Q＝mq 求得 汽油 燃烧放出的热量，利用 W＝Qη 求得有用功，利用W=Pt求得运动时间，最后利用s=vt求得前进的距离.
5、【答案】（1）6.3×107 J
（2）由热量公式：Q＝cmΔt可知，由于水的比热容c较大，在温度变化量Δt一定时，相等质量的水释放的热量较多．
【解析】【解答】（1）水释放的热量：Q=cm（t﹣t0）
=4.2×103J/（kg ℃）×1000kg×（55℃﹣40℃）
=6.3×107J；
（2）由热量公式：Q=cm△t可知，由于水的比热容较大，在温度变化量△t相同时，相等质量的水释放的热量较多．
答：（1）段时间里水向外界放出6.3×107J的热量；（2）水的比热容较大，在温度变化量△t一定时，相等质量的水释放的热量较多．
【分析】（1）根据比热容、支路和温度差，计算物体吸收的热量；（2）水的比热容较大，便于放热供暖。
四、实验探究
1、【答案】（1）引力
（2）不同意；由公式 得，铅柱横截面受到大气的压力，即对铅柱的托力为F=pS=p0×πr2=1×105Pa×3.14×(1×10-2m)2=31.4N 由于重物的重力为G=mg=5kg×10N/kg=50N 托力小于物体的重力，所以与铅柱底面接触的大气无法托住物体，故小红的观点是错误的
（3）选一大小适中的吸盘，排净空气吸住铅柱，竖直悬挂，在铅柱下方吊上5kg的重物，如果铅柱从吸盘掉下来，则说明小红观点是错误的，若没有掉下来，说明小红观点是有道理的。
【解析】【解答】(1)将两个铅柱的底面削平、削干净、然后紧紧地压在一起，两铅块就会结合起来，甚至下面吊一个钩码都不能把它们拉开，说明了分子之间存在吸引力。(2)由公式 得，铅柱横截面受到大气的压力，即对铅柱的托力为F=pS=p0×πr2=1×105Pa×3.14×(1×10-2m)2=31.4N
由于重物的重力为G=mg=5kg×10N/kg=50N
托力小于物体的重力，所以与铅柱底面接触的大气无法托住物体，故小红的观点是错误的。(3)选一大小适中的吸盘，排净空气吸住铅柱，竖直悬挂，在铅柱下方吊上5kg的重物，如果铅柱从吸盘掉下来，则说明小红观点是错误的，若没有掉下来，说明小红观点是有道理的。
【分析】（1）分子之间存在引力和斥力，例如相互压紧的两个铅块很难被拉开，肥皂泡的收缩都证明了引力的存在，物体很难被压缩，证明了分子间存在斥力；
（2）已知压强的大小，结合压强的变形公式F=pS求解压力，与重力组比较即可；
（3）探究小红的想法可以利用吸盘设计实验。
2、【答案】（1）乙
（2）天平；秒表
（3）加热时间；水升高的温度
（4）Q=cm△t；酒精燃烧释放的热量不可能被水完全吸收
【解析】解：（1）研究不同燃料燃烧放热能力应用不同的燃料，因此选乙组器材。（2）观察甲、乙两图，物质的质量都必须相等，因此还要用天平称量质量，即要用到相同的器材是天平；仅甲组实验还需要测量加热时间，所用工具是秒表；（3）甲组实验是通过加热时间的多少来反映物质吸收热量的多少，因此秒表用在甲装置中；乙组是通过水温升高的度数或水温的变化来反映燃料放出热量的多少。（4）根据测量所得数据，利用公式Q=cm△t计算出水吸收的热量；该方法的不合理之处是：在加热过程中，酒精燃烧释放的热量不可能被水完全吸收，酒精也不可能完全燃烧。
故答案为：（1）乙；（2）天平；秒表；（3）加热时间；水升高的温度；（4）Q=cm△t；酒精燃烧释放的热量不可能被水完全吸收。
【分析】（1）本题考查了学生对“不同物质吸热升温的现象”和“不同燃料燃烧的放热能力”实验，利用控制变量法进行分析，研究不同燃料燃烧放热能力，应选用不同的燃料.
（3）加热时间的长短反映物质吸收热量的多少；相同质量的同种液体，升高的温度反映燃料放出热量的多少.
（4）根据吸热公式和加热过程中能量的散失、燃料的燃烧情况分析.
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