【专项测试】北师大版九年级物理 第10章 机械能、内能及其转换 (精选含解析)

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九年级物理机械能、内能及其转换专项测试
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、某汽油机的四个冲程如图所示。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（　　）
A． B．
C． D．
2、关于热机，下列说法中不正确的是（　　）
A．如图为汽油机的压缩冲程
B．四冲程内燃机的吸气、压缩、排气冲程是靠飞轮的惯性完成的
C．柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大
D．汽油机的压缩冲程将活塞的机械能转化为混合气体的内能
3、在抗击新冠肺炎疫情中，人民解放军的秘密武器“运—20”重型运输机参加了驰援武汉的任务。如图，下列关于运输机说法正确的是（　　）
A．运输机加速上升时，动能不变，重力势能减小，机械能减小
B．运输机减速下降时，动能减小，重力势能减小，机械能不变
C．运输机加速上升时，动能增大，重力势能增大，机械能增大
D．运输机加速上升时，动能增大，重力势能不变，机械能增大
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、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
6、下列各种情况下比热容会发生变化的是（　　）
A．一杯水倒去一半 B．水凝结成冰
C．一块铁块加工成铁屑 D．15℃的水变成45℃的水
7、2021年汕头亚洲青年运动会，于2021年11月20日至28日在中国汕头举行。下列有关项目比赛现象中说法正确的是（　　）
A．射到球门框架上的足球被反弹出去说明力能改变物体的形状
B．足球守门员戴着防滑手套是为了减小摩擦
C．打羽毛球时，羽毛球在空中上升过程中，重力势能增加，机械能增加
D．跳远运动员起跳前要助跑一段距离是为了利用惯性
8、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
9、为了探究热传递过程中高温物体、低温物体温度变化的特点，小明做了如下实验，将盛有30℃冷水的小烧杯放入盛有70℃热水的大烧杯中，分别用温度传感器测量两杯水的温度变化情况，绘制成如图所示的图像。下列说法错误的是（　　）
A．热水和冷水到达同一温度的时间是相同的
B．热水温度下降比冷水温度升高得快
C．热水放出的热量等于冷水吸收的热量
D．热水的质量可能小于冷水的质量
10、下表是一些物质的比热容[J/（kg·℃）]，根据表中数据，下列判断正确的是（　　）
水 4.2×103 铝 0.88×103
煤油、冰 2.1×103 干泥土 0.84×103
沙石 0.92×103 铜 0.39×103
A．物质的比热容与物质的状态无关
B．100g水的比热容是50g水的比热容的两倍
C．沿海地区比内陆地区昼夜温差小，是因为水的比热容较小
D．质量相等的铝块和铜块吸收相同的热量，铜块温度变化较大
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、汽车的散热器用水作冷却剂利用了水的　 　较大的性质；某汽车行驶100km消耗汽油7kg，这些汽油完全燃烧能放出　 　J的热量（汽油的热值q＝4.6×107J/kg）。
2、汽油机的一个工作循环是由四个冲程组成的，由图可知现在它正处在　 　冲程。某单缸四冲程汽油机在1s内完成了20个循环，则该汽油机工作时飞轮转速是　 　r/min，每秒对外做功　 　次。
3、如图所示，小红随扶梯匀速上行，在此过程中，小红的机械能　 　（选填“增加”“减少”或“不变”）；以扶梯为参照物，小红是　 　（选填“运动”或“静止”）的。
4、如图所示，将一小球由A点释放，沿光滑的弧形轨道运动到B点时，小球所受外力突然全部消失，则小球将沿着图中的　 　轨迹运动；不计空气阻力，整个过程中，小球的机械能　 　 .（选填“增大”、“减小”或“不变”）
5、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。

三、计算题（5小题，每小题6分，共计30分）
1、发动机的效率是汽车经济性能指标之一、某品牌汽车厂家提供一款轿车的部分出厂参数如下：①汽车在平直公路匀速行驶100km过程中速度表如图所示，百公里耗油量为12L；②发动机输出功率为 30 kW。（q=5.0×107J/kg、ρ油=0.75×10 kg/m3）。根据以上参数计算：
（1）发动机所做的有用功；
（2）汽车发动机的效率。
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、天然气作为燃料其优点有热值高、污染小，福安各小区均铺设有天然气管道。你知道完全燃烧0.0105m3的天然气能放出多少焦的热量吗？若这些热量完全被水吸收，能使2千克的水温度升高多少摄氏度？【水的比热容c＝4.2×103J/（kg ℃），天然气的热值取q＝4×107J/m3）】
4、将质量为1千克、温度为20℃的水加热至70℃，求水吸收的热量Q吸。[C水=4.2×103焦/（千克℃）]
5、已知干木柴的热值是1.2×107 J/kg，完全燃烧0.7kg干木柴能放出多少热量？假设这些热量全部被水吸收，能使多少千克水的温度由20℃升高到70℃？【水的比热容为4.2×103 J/（kg ℃）】
四、实验探究（2小题，每小题10分，共计20分）
1、为了比较水和食用油的比热容，某同学用如图所示的器材进行了实验。实验数据记录如下：
物质 质量/g 初始温度/℃ 加热时间/min 最后温度/℃
水 200 20 6 45
食用油 200 20 6 70
（1）该实验除了图示中的实验器材以外，还需要的测量工具是停表　 　和　 　。
（2）实验中，两烧杯内放入　 　的电加热器，这样可以保证在相同的时间内，水和食用油吸收的热量　 　。
（3）实验中应量取　 　的甲、乙两种液体，分别倒入相同的烧杯中。
（4）由实验数据可知，水的比热容约是食用油的　 　倍。
2、在“探究液体吸收的热量与液体种类的关系”实验中，某同学做了如下图实验：
（1）在两个相同的烧杯中，分别盛有　 　和初温相同的水和煤油，用两个完全相同的酒精灯分别对它们加热，使它们升高相同的温度，并记下所需的加热时间．
（2）实验中用相同的酒精灯加热是为了使水和煤油　 　．
（3）由图所示的是水和煤油升高相同温度时的实验情景，由此可得的实验结论是:质量相同的水和煤油，升高相同的温度，水比煤油吸收的热量　 　．
（4）根据实验数据画出两种液体的温度与加热时间图像，由图乙可知图像b对应的物质是　 　．
-参考答案-
一、单选题
1、【答案】C
【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，由图可知，C图中两个气门都关闭，火花塞点火，此时活塞向下运动，是做功冲程，将内能转化为机械能，C符合题意。
故答案为：C。
【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。
2、【答案】C
【解析】【解答】A．如图进气门、排气门关闭，活塞向上运动，是四冲程汽油机的压缩冲程，A正确，不符合题意；
B．内燃机的四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其它三个冲程都是依靠惯性完成的，因此吸气、压缩、排气冲程是靠飞轮的惯性完成的，B正确，不符合题意；
C．柴油机的效率比汽油机的高，主要是因为柴油机为压燃式，气体被压缩的程度更高，气缸内温度更高，能量转化的程度更高，和热值无关，C错误，符合题意；
D．汽油机的压缩冲程中，活塞对汽缸内的混合气体做功，将活塞的机械能转化为混合气体的内能，D正确，不符合题意。
故答案为：C。
【分析】每个冲程都有相对应的特征，进气冲程是进气阀打开，排气冲程是排气阀打开，做功冲程是火花塞点火，那么最后一个就是压缩冲程；汽油机和柴油机都有四个冲程，一个循环对外做功一次，不同之处有吸入的气体、点火方式和结构上的细微差别。
3、【答案】C
【解析】【解答】ACD．运输机在加速上升时，质量不变，速度变大，高度变大，动能变大，重力势能增大，机械能变大，AD不符合题意，C符合题意；
B．运输机在减速下降时，质量不变，速度变小，高度变小，动能减小，重力势能减小，机械能减小，B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；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】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】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。
6、【答案】B
【解析】【解答】物质的比热容是物质本身的一种特性，与质量、温度、形状无关．水凝结成冰，物质状态发生改变，比热容也因此改变．
故答案为：B
【分析】物质的比热容是物质本身的一种特性，与质量、温度、形状无关。
7、【答案】D
【解析】【解答】A、足球被反弹出去说明了力可以改变物体的运动状态，故A说法错误；
B、守门员戴着防滑手套是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力，故B说法错误；
C、羽毛球在空中上升过程中，质量不变，高度变大，重力势能增加，上升过程中受到空气阻力，所以机械能减小，故C说法错误；
D、跳远起跳前助跑一段距离的目的是为了获得一个向前的速度，利用惯性使自己跳得更远，故D说法正确；
故答案为：D。
【分析】（1）速度大小和运动方向发生改变说明物体的运动状态发生了改变；
（2）增大摩擦力的方法：增大压力或增大接触面的粗糙程度；
（3）重力势能与质量和高度有关，在不计空气阻力和摩擦时，机械能守恒；
（3）跳远时助跑是利用了惯性。
8、【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。
9、【答案】C
【解析】【解答】A．由图可知，400s时，热水和冷水到达同一温度40℃，所以热水和冷水到达同一温度的时间是相同的，A正确，不符合题意；
B．400s内，热水温度由70℃下降到40℃，下降30℃，冷水30℃上升到40℃，上升10℃，热水温度下降比冷水温度升高得快，B正确，不符合题意；
C．冷水和热水的质量未知，由Q=cmΔt可知热水放出的热量不一定等于冷水吸收的热量，C错误，符合题意；
D．由题可知，冷水和热水的质量未知，热水的质量可能小于冷水的质量，D正确，不符合题意。
故答案为：C。
【分析】热水放热温度降低，冷水吸热温度升高，结合题目给出的两种液体的温度变化图像求解即可。
10、【答案】D
【解析】【解答】A．水和冰是同一种物质，但比热容不同，说明比热容与物质的状态有关，A不符合题意；
B．比热容是物质本身的一种特性，同种物质状态不变时，比热容一定，与质量无关，100g水与50g水的比热容相同。B不符合题意；
C．沿海地区，水多；内陆地区水少、沙石多。因为水的比热容较大，白天，相同质量的水和沙子比较，吸收相同的热量，水的温度升高的少；夜晚，放出相同的热量，水的温度降低的少，使得沿海地区昼夜的温差小。C不符合题意；
D．质量相等的铝块和铜块吸收相同的热量，由于铜的比热容较小，由公式Δt= 可知，铜块温度变化较大，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】比热容是物质本身的一种特性，同种物质状态不变时，比热容一定，与质量无关。
根据公式Q吸=cm（t-t0）分析，在质量相同的沙子和水升高相同的温度时，水的比热容大，吸收热量多，即加热时间长。
二、填空题
1、【答案】比热容；3.22×108
【解析】【解答】解：水的比热容大，在同等情况下，可以吸收更多的热量，因此汽车散热器用水作为冷却剂，是利用了水的比热容较大的性质；
汽油完全燃烧产生的热量：
Q＝mq＝7kg×4.6×107J/kg＝3.22×108J；
故答案为：比热容；3.22×108
【分析】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；结合燃油的质量，利用热值公式求解燃料燃烧释放的热量。
2、【答案】做功；2400；20
【解析】【解答】由图可知，两个气门关闭，火花塞点火，活塞向下运动，现在它正处在做功冲程，将内双有转化为机械能。四冲程汽油机在一个循环中完成一次对外做功，飞轮转2圈，若在1s内完成了20个循环，则该汽油机工作时每秒对外做功20次，飞轮转速是40r/s即2400r/min。
【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。
3、【答案】增加；静止
【解析】【解答】人在扶梯上匀速直线上升时，动能不变，由于高度变大，重力势能增大，总机械能增加，人在扶梯上，相对于扶梯没有位置变化，则人是静止的。
故答案为：增加；静止。
【分析】物体的动能和速度有关，重力势能和物体的高度有关，相对于参照物没有位置变化就是静止的。
4、【答案】c；不变
【解析】【解答】（1）让小球从A点静止释放，运动到B点时，此时运动方向为水平向右，若一切外力全部消失，则小球的运动状态不会改变，故小球将沿着图中c轨迹做匀速直线运动；
（2）小球在光滑轨道上运动不受摩擦力，不计空气阻力，整个过程中，小球没有克服阻力做功，没有将机械能转化为内能，只是重力势能转化为动能，所以整个过程中小球的机械能不变。
故答案为：c；不变。
【分析】（1）一切物体在没有受到任何外力时，总保持静止状态和匀速直线运动状态；
（2）在一定条件下，不同形式的能量之间可以相互转化，但总量保持不变。
5、【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。
三、计算题
1、【答案】（1）解：由图可知汽车的速度 由 得汽车行驶 所用时间
测试过程中发动机所做的有用功
答：发动机所做的有用功是 ；
（2）解：由 得消耗汽油的质量
汽油完全燃烧释放的热量
汽车发动机的效率
答：汽车发动机的效率是 。
【解析】【分析】（1）已知汽车的路程和运动的速度，利用速度公式求解运动时间，结合功率求解做功；
（2）发动机做功为有用功，释放的热量为总功，利用发动机做功除以燃料燃烧释放的热量即为热机效率。
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】解：①完全燃烧0.0105m3的天然气放出的热量：
Q＝Vq＝0.0105m3×4×107J/m3＝4.2×105J；
②由Q吸＝cm△t可得，这些热量完全被水吸收后水的温度升高：
△t＝ ＝ ＝50℃。
答：完全燃烧0.0105m3的天然气放出4.2×105J的热量；若这些热量完全被水吸收，能使2kg的水温度升高50℃。
【解析】【分析】结合天然气的质量，利用热值公式求解天然气释放的热量；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即可。
4、【答案】解：Q吸=c水m△t
=4.2×103J/（千克·℃）×1千克×（70℃-20℃）
= 2.1×105J
【解析】【分析】利用Q吸=c水m△t 求得 水吸收的热量 .
5、【答案】解：干木柴放出的热量：Q放=m1q=0.7kg×1.2×107J/kg=8.4×106J；
水吸收的热量：Q吸=Q放=8.4×106J，
由Q吸=cm△t得，则水的质量：m水= =40kg．
答：完全燃烧7kg干木柴能放出8.4×106J的热量，假设这些热量全部被水吸收，能使40千克水的温度由20℃升高到70℃
【解析】【分析】利用 Q放=mq求得干木柴放出的热量 ，再利用 Q吸=Q放= cm△t 得水的质量.
四、实验探究
1、【答案】（1）温度计；托盘天平
（2）相同；相同
（3）质量相同
（4）2
【解析】【解答】(1)需要测量温度和质量，所以还需要温度计和托盘天平。(2)根据转换法，实验中，两烧杯内分别放入相同的电加热器，这样可以保证在相同的时间内，水和食用油吸收的热量相同。(3)由表中数据数据知，实验中应量取质量相同的甲、乙两种液体，分别倒入相同的烧杯中。(4)由表中数据，加热6分钟，水升高的温度为45℃-20℃=25℃，食用油升高的温度为70℃-20℃=50℃，根据 ，在质量和吸热相同的情况下，升高的温度与比热容成反比，水的比热容约是食用油的2倍。
【分析】（1）要测量液体的质量需要用到托盘天平，测量液体的温度需要用到温度计；
（2）（3）探究不同物质的吸放热能力，需要控制他们的质量、初始温度相同，选用两个相同的加热器进行加热，可以保证相同时间内液体吸收相同的热量，可以通过加热时间来衡量物体吸热的多少；
（4）加热器相同，加热相同时间两种液体吸收的热量相同，结合水的比热容求解水吸收的热量，此热量也为另一种液体吸收的热量，根据另外一种液体的质量、温度变化量求解液体的比热容即可。
2、【答案】（1）质量
（2）在相同时间内吸收的热量相同
（3）多
（4）水
【解析】【解答】(1) “探究液体吸收的热量与液体种类的关系”应控制无关变量相同，因此应在两个相同的烧杯中，分别盛装质量和温度都相同的水和煤油；(2)实验中用相同的酒精灯加热是为了使水和煤油在相同时间内吸收的热量相同；(3)由图所示可知，质量相同的水和煤油升高相同温度时，水的加热时间长，煤油的加热时间短，由此可得的实验结论是：质量相同的水和煤油，升高相同的温度，水比煤油吸收的热量多；(4)通过分析实验现象可知，加热相同的时间，水升温慢，所以水的吸热能力更强。因此b对应的是水。
【分析】探究液体吸收的热量与液体种类的关系”应控制液体种类不同，其余变量相同，用相同的酒精灯加热是为了使水和煤油在相同时间内吸收的热量相同，质量相同的水和煤油升高相同温度时，水的加热时间长，煤油的加热时间短，所以水比煤油吸收的热量多，水的吸热能力更强.
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