【同步训练卷】北师大版九年级物理 第10章 机械能、内能及其转换 (含详细解析)

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九年级物理机械能、内能及其转换同步训练
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、关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（　　）
A．温度高的物体内能一定大，温度低的物体内能一定小
B．冰在熔化成水的过程中吸收热量，温度不变，内能不变
C．内能小的物体也可能将热量传递给内能大的物体
D．物体的温度越高，所含热量越多
2、图示为游乐场中在竖直面内转动的摩天轮，小红乘坐该摩天轮时速度大小不变，则她从最低点上升到最高点的过程中（　　）
A．动能减少 B．重力势能不变
C．机械能增大 D．机械能不变
3、关于温度、内能和热量，下说法中正确的是（　　）
A．物体热传递时，其内能大的内能一定会减小
B．物体不吸收热量，其内能也可以增加
C．物体的温度越高，其所含的热量越多
D．物体吸收了热量，其温度一定会升高
4、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
5、关于四冲程汽油机，下列说法中正确的是（　　）
A．在吸气冲程，吸入气缸内的是空气
B．在压缩冲程，燃料燃烧，化学能转化为内能
C．在做功冲程，内能转化为机械能
D．在排气冲程，进气门和排气门都打开
6、气球被压进某种气体。松开气孔，球内气体被气球压出球外，气球同时在空气中到处乱窜，在此过程中（　　）
A．气球的能量在减少
B．气球的动能转化为球内气体的内能
C．气球做的是热运动
D．气体被气球压出后，其分子间距变小
7、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
8、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．
9、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
10、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
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、用热效率为50%的燃气灶将5 kg的水由20℃加热到60℃，水需要吸收的热量是　 　J；该过程需要完全燃烧　 　 天然气。[ ， ]。
2、跳伞运动员打开降落伞后在空中匀速下降，此时运动员和伞受到的空气阻力　 　重力（填“>”“<”或“=”），运动员的重力势能　 　（填“变大”“变小”或“不变”）；以　 　为参照物，运动员是静止的．
3、将温度传感器放在篮球气嘴处，当篮球放气时，发现气嘴处温度会下降．对此现象的解释是：气体对外做功，内能　 　；这个现象与乙、丙中　 　装置的原理是一致的．
4、在如图所示的漫画中，老人（搓搓手，有点暖！）和小孩（好烫哟！）的感觉虽然不同，但从物理的角度看，两幅图都说明了　 　（填“做功”或“热传递”）可以改变物体能的内能，图中的小孩从滑梯上滑下，他的机械能　 　（选填“增加”、“不变”或“减少”）。
5、如图所示，工作中的四冲程汽油机正处于 　 　冲程，该冲程将 　 　转化为机械能。
三、计算题（5小题，每小题6分，共计30分）
1、攀枝花市被誉为“阳光花城”，阳光资源丰富。某同学将装有0.35kg、28℃的水的瓶子放在阳光照射的水平地面上。经过一段时间后，测得水温为38℃．已知水面距瓶底的高度为0.16m，ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg ℃），g取10N/kg。求：
（1）水对瓶底的压强；
（2）瓶中的水吸收的热量。
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、可燃冰是一种新型能源，它是水和天然气在高压低温情况下形成的类冰状结晶物质，主要成分是甲烷，其开采是世界难题，据中央电视台2017年5月18日报道，我国可燃冰已试采成功，技术处于世界领先，用燃气锅炉烧水时，把质量为500kg，初温为20℃的水加热到100℃，共燃烧了12m2的天然气，已知水的比热容c水=4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值q=4.2×107J/m3，可燃冰的热值为同体积天然气的160倍即6.72×109J/m3，求：
（1）水吸收的热量；
（2）燃气锅炉烧水时的效率；
（3）若换用可燃冰烧开这锅水，应使用多少m3可燃冰。
4、燃气灶烧水时，把质量为4kg、初温为20℃的水加热到100℃，完全燃烧了0.04m3天然气。已知天然气热值为8.4×107J/m3．则：（c水＝4.2×103J/kg ℃）
（1）水吸收的热量为多少J？
（2）天然气完全燃烧放出的热量多少J？
（3）该天然气灶烧水时效率为多大？
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、小明用相同的酒精灯分别给水和煤油加热（如图甲），以探究水和煤油的吸热能力。
（1）本实验需要用到天平这一测量工具，目的是　 　；
（2）加热10min，水吸收的热量　 　（填“大于”、“小于”或“等于”）煤油吸收的热量；
（3）根据实验数据，小明作出了水和煤油的温度随加热时间变化的图象（如图乙），由图象可知，水的沸点是　 　℃，煤油的比热容是　 　J/（kg ℃）【c水＝4.2×103J/（kg ℃）】
（4）若本实验共消耗酒精20g，则这些酒精完全燃烧放出的热量是　 　J．（q酒＝3.0×107J/kg）
2、为比较两种液体的吸热能力，小军用图甲中两个相同的装置做实验，实验器材还有天平和秒表。收集的实验数据记录如表。
质量（g） 初始温度（℃） 加热时间（min） 最终温度（℃）
液体1 50 20 5 45
液体2 50 20 5 68
（1）某时刻温度计的示数如图乙所示，此温度值是　 　℃；
（2）实验中，用　 　（选填“加热时间”或“温度变化量”）间接反映液体吸收热量的多少，相同时间内，两者吸收的热量　 　（选填“一样多”、“液体1多”或“液体2多”），这种方法在物理学中叫作　 　法；（选填“转换”或“控制变量”）
（3）通过分析表中数据可知，相同时间内，液体　 　吸热升温慢，液体　 　的吸热能力较强。物理上用比热容来描述物质的吸热能力。（选填“1”或“2”）
-参考答案-
一、单选题
1、【答案】C
【解析】【解答】A．内能由分子动能和分子势能决定，温度高的物体，分子动能大，但分子势能不知道，因此温度高的物体内能不一定大，温度低的物体内能不一定小，A不符合题意；
B．冰在熔化成水的过程中吸收热量，温度不变，内能增大，B不符合题意；
C．内能小的物体可能温度很高，热量是从高温物体传向低温物体，因此内能小的物体也可能将热量传递给内能大的物体，C符合题意；
D．温度是状态量，而热量是过程量，两者不能相提并论，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】热传递的条件是从高温物体传向低温物体；物体的内能和物体的质量、温度、状态有关。
2、【答案】C
【解析】【解答】A．小红的质量不变，乘坐该摩天轮时速度大小不变，则她从最低点上升到最高点的过程中动能不变，A不符合题意；
B．小红的质量不变，她从最低点上升到最高点的过程中高度升高，则重力势能变大，B不符合题意；
CD．机械能等于动能与势能之和，从最低点上升到最高点的过程中，小红的动能不变，重力势能变大，则机械能变大，C符合题意，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；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。
3、【答案】B
【解析】【解答】A．物体发生热传递条件是存在温度差，热量从高温物体传递给低温物体，而高温物体的内能大不一定比低温物体内能大，因此内能可能增大可能减小，A不符合题意；
B．物体内能增加，可能是吸收热量，也可能是外界对其做功，B符合题意；
C．热量是一个过程量，不能用含有、具有来修饰，C不符合题意；
D．物体吸收了热量，其温度不一定会升高，如晶体在熔化时不断吸热，但温度不变，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。
4、【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。
5、【答案】C
【解析】【解答】A．在汽油机的吸气冲程中，吸入气缸内的是空气和汽油的混合物，A不符合题意；
B．在汽油机的压缩冲程中，活塞压缩气缸内的混合气体，对混合气体做功，将机械能转化为内能，B不符合题意；
C．在汽油机的做功冲程中，高温高压的燃气对活塞做功，将内能转化为机械能，C符合题意；
D．在汽油机的排气冲程中，进气门关闭和排气门打开，D不符合题意。
故答案为：C。
【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。
6、【答案】A
【解析】【解答】A．球内气体被压出的过程中，气球对气体做功，所以其能量减少，A符合题意；
B．气体被压出时，气球对气体有力的作用，同时气体对气球也有力的作用，所以气球在空中乱窜，气球的动能是气体的内能转化而来的，B不符合题意；
C．气球所做的运动是肉眼能看到的，不是热运动，而是机械运动，C不符合题意；
D．气体被压出后，体积变大，所以分子单摆间距变大，D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】做功可以改变物体的内能，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。
7、【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。
8、【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。
9、【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。
10、【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。
二、填空题
1、【答案】；0.02
【解析】【解答】水吸收的热量
水需要吸收的热量是8.4×105J。天然气完全燃烧放出的热量
由Q放=mq得需要完全燃烧天然气的体积
该过程需要完全燃烧0.02 天然气。
【分析】根据比热容、质量和温度差，可以计算吸收的热量；结合热效率计算总热，利用热量和热值计算燃料的体积。
2、【答案】=；变小；降落伞
【解析】【解答】运动员打开降落伞后在空中匀速下降，处于平衡状态，受力平衡，因此空气阻力等于重力运动员在下落过程中,高度降低了,重力势能变小;运动员和降落伞之间的位置没发生变化,所以运动员相对于降落伞是静止的。
【分析】竖直方向重力大于空气阻力，物体做加速运动；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；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。
3、【答案】减少；乙
【解析】【解答】将温度传感器放在篮球气嘴处，当篮球放气时，发现气嘴处温度会下降，是因为篮球内的气体对外做功，内能减小，温度降低；乙装置中，当揿动电火花发生器的按钮时，酒精会燃烧，酒精燃烧后产生高温高压的燃气，体积膨胀，对外做功，燃气的内能减少，内能转化为盒盖的机械能，使盒盖飞出去。
丙装置中，用力将活塞迅速向下压，棉絮燃烧起来；说明压缩筒内空气做功，使空气的内能增大，温度升高；压缩过程中，活塞的机械能转化为空气的内能。
因此在乙和丙两个装置中，乙装置把内能转化成机械能，与题干描述的篮球气嘴处温度降低的原理相同。
【分析】篮球内的气体对外做功，内能减小，温度降低，乙装置中，体积膨胀，对外做功，燃气的内能减少，内能转化为盒盖的机械能，使盒盖飞出去，丙装置中，用力将活塞迅速向下压，棉絮燃烧起来；说明压缩筒内空气做功，使空气的内能增大，温度升高；压缩过程中，活塞的机械能转化为空气的内能.
4、【答案】做功；减少
【解析】【解答】老人搓手和小孩从滑梯滑下会发烫，都是通过做功的方式改变物体内能的。图中的小孩从滑梯上滑下，一部分机械能转化为内能，所以机械能会减少。
【分析】物体间相互摩擦，是做功改变内能；机械能转化为内能时，机械能减少。
5、【答案】做功；内能
【解析】【解答】如图，进气门和排气门都是关闭的，火花塞放电，活塞下行，可以判断是做功冲程，做功冲程中内能转化为机械能。
【分析】汽油机的气门关闭、活塞下行，是做功冲程；做功冲程将内能转化为机械能。
三、计算题
1、【答案】（1）解：水对瓶底的压强：
p＝ρ水gh＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.16m＝1.6×103Pa
答：水对瓶底的压强为1.6×103Pa。
（2）解：瓶中的水吸收的热量：
Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg ℃）×0.35kg×（38℃﹣28℃）＝1.47×104J
答：瓶中的水吸收的热量为1.47×104J。
【解析】【分析】（1）利用 p＝ρ水gh 求得 水对瓶底的压强 .
（2）利用 Q吸＝c水m（t﹣t0） 求得 瓶中的水吸收的热量 .
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）Q吸=cm（t末-t初）= 4.2×103J/(kg·℃) × 500kg ×（ 100℃ - 20℃ ）=1.68×108J
（2）Q放=qV= 4.2×107J/m3 × 12m2 =5.04×108J，。
（3）根据Q放=qV得，。
【解析】【分析】（1）根据Q吸=cm（t末-t初）进行计算。
（2）根据Q放=qV进行计算，根据进行计算。
（3）根据Q放=qV得，进行计算。
4、【答案】（1）解：水吸收的热量：
Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg ℃）×4kg×（100℃﹣20℃）＝1.344×106J
答：水吸收的热量为1.344×106J
（2）解：天然气完全燃烧放出的热量：
Q放＝Vq＝0.04m3×8.4×107J/kg＝3.36×106J
答：天然气完全燃烧放出的热量为3.36×106J
（3）解：燃气灶的效率：
η＝ ×100%＝ ×100%＝40%
答：该天然气灶烧水时效率为40%。
【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）结合天然气的质量，利用热值公式求解天然气释放的热量；
（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。
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）控制不同物质的质量相同
（2）等于
（3）98；2.1×103J/（kg ℃）
（4）6.0×105
【解析】【解答】解：（1）本实验需要用到天平这一测量工具，目的是：控制不同物质的质量相同；（2）加热10min，水吸收的热量 等于煤油吸收的热量；（3）水沸腾时保持不变的温度叫沸点，小明作出了水和煤油的温度随加热时间变化的图象（如图乙），由图象可知，水的沸点是98℃，由图乙知，升高相同的温度，水用的时间是煤油的2倍，即吸收的热量是煤油的2倍，根据c＝ ，在质量、升温相同的情况下，比热容与Q成正比，故煤油的比热容是： ×4.2×103J/（kg ℃＝2.1×103J/（kg ℃）。（4）若本实验共消耗酒精20g，则这些酒精完全燃烧放出的热量是：Q放＝mq酒＝0.02kg×3.0×107J/kg＝6.0×105J。
故答案为：（1）控制不同物质的质量相同；（2）等于；（3）98；2.1×103J/（kg ℃）；（4）6.0×105。
【分析】（1）探究不同物体的吸收能力时，利用天平测量质量，使质量相等；（2）利用相同的加热器加热相同时间，物体吸收的热量相同；（3）水在沸腾时，温度保持不变，利用水的比热容、吸收的热量和温度差，可以计算其它物体的比热容；（4）根据燃料的热值和质量的乘积计算热量。
2、【答案】（1）26
（2）加热时间；一样多；转换
（3）1；1
【解析】【解答】(1)由图可知，温度的分度值为1℃，此时温度为26℃。(2)同一热源在相等时间内放出相等的热量，被液体吸收，所以用加热时间来反映液体吸收热量的多少。两种液体用相同的热源进行加热，两热源在相等时间内放出相等的热量，被液体吸收，所以两种液体在相同的时间内吸收的热量一样多。把不便测量的热量转换成加热时间来进行测量，这里用到了转换法。(3)由表中数据可知，5min内，液体1温度升高了25℃，液体2温度升高了48℃，所以液体1吸热升温慢。质量相等的液体，吸收相等热量的情况下，液体1温度变化较小，所以液体1的吸热能力强。
【分析（1）根据温度计中液柱位置测量温度；（2）利用相同的加热器，通过加热时间，表示吸收热量；这是转换法；（3）通过温度差判断温度变化大小；质量和吸收热量相同时，温度差较小的物体比热容大。
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