2023-2024学年教科版物理九上同步教学 2.1 热机 同步练习（含解析）

2.1 热机
一、多选题
1．下列说法中不正确的是（　　）
A．一桶水的比热容与一杯水的比热容相同
B．使燃料燃烧更充分，可以增大燃料的热值
C．用锯条锯木板时，锯条发热，锯条的内能增加
D．物体的温度越高，所含的热量越多
二、单选题
2．关于热现象和内能，下列说法正确的是（　　）
A．在四冲程内燃机中，做功冲程将内能转化为机械能
B．温度为0℃的物体分子就不会运动，所以内能为零
C．热量总是由内能大的物体传递给内能小的物体
D．温度低的物体，其内能一定较小
3．关于如图所示的四个实验，下列解释中正确的是（　　）
A．图甲中，墨水在热水中扩散得较快，说明水分子无规则运动的剧烈程度与温度有关
B．图乙中，削平压紧后的两铅柱结合可以悬吊重物，说明铅分子之间只存在引力
C．图丙中，向烧瓶底部浇冷水，烧瓶中刚停止沸腾的水重新沸腾，水的沸点前后不变
D．图丁中，是汽油机的做功冲程，该冲程将机械能转化为内能
4．2021年10月16号搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F摇十三运载火箭，在甘肃酒泉卫星发射中心点火起飞。以下说法正确的是（　　）
A．升空后，飞船内物资的质量变小
B．飞船刚发射时，火箭和飞船加速飞行，飞船的机械能不变
C．火箭点火时，内能转化为机械能
D．火箭点火后上升是因为力的作用是相互的
5．如图是生活中常用的高压锅。当高压锅内的气压达到一定值时，限气阀会被高压蒸汽顶起。这一过程高压锅内气体内能会发生变化，下列说法正确的是（　　）
A．限气阀被顶起的过程与汽油机的做功冲程发生的能量转化相同
B．高压锅喷嘴处的“白气”是水蒸气汽化形成的
C．用明火加热高压锅，是通过做功改变内能
D．高压锅是利用大气压来工作的
三、计算题
6．小明家浴室里使用天然气提供热水。已知水进入热水器前的温度是10℃，洗澡时热水器输出热水的温度设定为40℃，如果小明洗一次澡用热水0.02m3，水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值q=4.2×107J/m3，（q焦炭=3×107J/kg）。求：
（1）小明洗一次澡所用水从热水器中吸收的热量；
（2）若这个过程中完全燃烧了0.2m3的天然气，则天然气完全燃烧产生的内能转化为水的内能的效率；
（3）若天然气完全燃烧放出的这些热量完全由焦炭来提供，需要消耗焦炭的质量。
7．如图是某型号的消防车，其部分相关数据如下表，该车通过柴油发动机提供喷水动力。在喷水作业的过程中，（已知柴油的热值为4.0×107J/kg，g=10N/kg）求：
型号 ***消防车
整车质量m 25t
水箱容积V 8m3
喷嘴横截面积S 4cm2
喷水压强p 1×106Pa
（1）喷嘴处喷水时受到的喷水压力是多少？
（2）若将满箱水全部喷到50m高的着火点处，这一过程中克服整箱水的重力做的有用功是多少？
（3）若这次消防车喷水效率是10%，此过程需要消耗柴油的质量是多少？
8．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，其中太阳辐射功率是指1h内投射到1m2面积上的太阳能。
太阳照射时间/h 装水量/kg 吸热板面积/m2 水升高的温度/℃ 太阳辐射功率J/（m2 h）
5 50 2.5 50 1.68×106
求：
（1）水在5h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m3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50%被水吸收）
（3）该太阳能热水器的能量转化效率。
9．某家庭需要将50kg、20℃的水加热到60℃作为生活用热水，他们利用煤气灶烧水，需燃烧0.8kg煤气。已知煤气的热值q=4.2×107J/kg，水的比热容c=4.2×103J/（kg·℃）。求：
（1）50kg、20℃的水加热到60℃需吸收的热量；
（2）完全燃烧0.8kg煤气放出的热量。
10．已知燃气的热值为4×107J/m3，求：
（1）完全燃烧多少立方米燃气可放出8.4×105J的热量；
（2）在标准大气压下，如果这些热量全部被水吸收，则可以使质量为2.5kg、初温为25℃的水温度升高到多少摄氏度？[水的比热容c水=4.2×103J/(kg ℃)]
四、实验题
11．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量、烧杯内的液体质量和初始温度也都相同，当燃料燃烧完时（烧杯内的液体均为沸腾），立即读取相应温度计的读数，分别为T甲、T乙和T丙，且有。
（1）比较不同物质的比热容，应选择______两图进行实验，液体a的比热容ca与液体b的比热容cb相比，有ca______cb（选填“＞”、“＝”或“＜”）；
（2）比较不同物质的热值，应选择______两图进行实验，燃料1的热值q1与燃料2的热值q2相比，有q1______q2（选填“＞”、“＝”或“＜”）；
（3）若在燃料燃烧完前，甲图中的液体a已处于沸腾状态，且燃料燃烧完时温度计读数仍然为，液体b没有沸腾，则ca______cb（选填“＞”、“＝”、“＜”或“无法判断”）。
12．按要求填空：
（1）如图﹣1所示，玻璃板下表面与水面恰好接触，用弹簧测力计向上提起玻璃板离开水面时的示数大于玻璃板的重力，原因是 _____；
（2）如图﹣2所示，在“探究影响压力作用效果的因素”的实验中，是通过观察比较 _____，来判断压力的作用效果；
（3）如图﹣3所示，是“探究杠杆的平衡条件”的实验装置，在实验前应先调节杠杆在水平位置平衡，目的是 _____；
（4）如图﹣4所示，用打气筒向瓶内充入一定的空气，软木塞被向上冲起，其能量转化与汽油机的 _____冲程相同。
13．如图所示是四个热学实验。请根据实验现象解决相关问题：
甲：演示气体扩散，其中A瓶中装有无色的空气、B瓶中装有红棕色的二氧化氮气体；
乙：两块表面平整光滑的铅块压紧后可吊起重物；
丙：加热使水沸腾，水蒸气冲起软木塞；
丁：用弹簧测力计拉玻璃板，玻璃板的下表面与水面接触未分开，发现弹簧测力计的示数大于玻璃板的重力；
（1）甲实验中，使两个瓶口上下相对，之间用一块玻璃板隔开，然后抽掉玻璃板。上面放置的是______（选填“A”或“B”）瓶；
（2）其中______两个实验现象的原因相同，这两个实验都可以表明：分子间存在______力；
（3）丙这个实验虽然简单，却基本展示了______的工作原理。在这个实验中，燃料燃烧时产生的热量传给水和水蒸气；塞子受到水蒸气的压力而冲出去，水蒸气的______能转化为塞子的动能。
14．在做功可以改变物体内能的实验中，老师演示了两个实验。
（1）实验一：如图甲所示把活塞迅速压下去，观察到硝化棉燃烧，这是因为活塞压缩气体做功，空气的内能 _____（选填“增加”或“减少”），温度 _____（选填“升高”或“降低”），达到棉花着火点的缘故。这个过程中是把机械能转化为 _____能。
（2）如图乙所示，在试管内装些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气会把软木塞冲开。
①通过酒精灯加热使水的温度升高，这是利用 _____的方法增加了水的 _____能。
②水蒸气冲开瓶塞，水蒸气对瓶塞 _____，水蒸气的温度 _____，（选填“降低”、“升高”或“不变”）内能 _____。（选填“减少”、“增加”或“不变”）
③水蒸气冲开瓶塞的过程中，_____能转化为 _____能。
15．如图甲小明在探究“比较不同物质吸热的情况”的实验中，用相同的酒精灯分别加热质量相同的水和煤油，使它们升高相同的温度，比较它们吸收热量的多少，看看这两种物质的吸热情况是否存在差异。
（1）为了得到质量相同的水和煤油，在实验室里通常使用的测量工具是 _____；
（2）小明再利用如图丙的装置测酒精的热值，加热前酒精灯的质量为m1，加热一段时间后变为m2；烧杯中水的质量为m3，水的初温t0，末温t，水的比热容用c表示。用以上符号表达该同学测酒精热值的计算式是 _____。小明测算发现，测量值比课本中的“标准值”_____，（选填“偏大”或“偏小”）请你写一条产生该误差的原因：_____。
五、填空题
16．如图所示是“利用蒸气将软木塞冲起”的实验。软木塞冲起时机械能 ___________（选填“增大”“减小”或“不变”），相当于内燃机的 ___________冲程。
17．“自嗨锅”成为当下一种时尚快餐，很受年轻人喜爱。它里面的发热包在将600g水从10℃加热至沸腾（标准气压下）的过程中，提供给水的热量至少为______J。如果用酒精灯给600g水加热升高同样温度，至少需要______g酒精。[，]
18．梦幻五环缓缓升起，雪花火炬台缓缓降落，以五环为参照物，火炬是 ___________的（选填“运动”或“静止”）；汽油机在工作过程中将机械能转化为内能的冲程是 ___________冲程。
19．如图所示是一台四冲程汽油机工作时某一时刻的示意图，在此冲程中发生的能量转化是______。
20．“钻木取火”过程中的能量转化与四冲程热机的___________冲程的能量转化方式相同；热机工作过程中有大量的能量损失，其中___________带走的能量最多。
参考答案：
1．BD
【解析】
【详解】
A．比热容是物质本身具有的属性，与质量的多少无关，故A正确，不符合题意；
B．燃料的热值是燃料本身所具有的属性，与燃烧是否充分无关，故B错误，符合题意；
C．锯木板时，锯条克服摩擦力做功，是通过做功的方式把机械能转化为内能，使锯条的内能增加，温度升高，故C正确，不符合题意；
D．热量是过程量，不能说含有或具有热量，故D错误，符合题意。
故选BD。
2．A
【解析】
【详解】
A．在四冲程内燃机中，做功冲程中燃料燃烧，产生高温、高压的燃气，推动活塞向下运动，将内能转化为机械能。故A正确；
B．任何物体在任何情况下都具有内能。组成物体的分子永不停地做无规则运动。故B错误；
C．根据热传递的条件可知，热量总是从温度高的物体传递给温度低的物体。故C错误；
D．物体的内能与质量、温度、状态等有关。温度低的物体，其内能不一定小。故D错误。
故选A。
3．A
【解析】
【详解】
A．扩散现象说明分子在永不停息地做无规则运动，温度越高，分子热运动越剧烈，扩散的越快，故A正确；
B．乙图能够说明分子之间存在引力，但分子之间的引力和斥力是同时存在的，故B错误；
C．向瓶底浇冷水，瓶内压强变小，液体（水）的沸点降低，故C错误；
D．汽油机做功冲程将内能转化为机械能，故D错误。
故选A。
4．D
【解析】
【详解】
A．质量是物体的基本属性，与空间位置无关。升空后，飞船内物资在运输过程位置变了，但质量不变，故A错误；
B．刚发射时，火箭和飞船加速飞行，上升过程中，质量不变、速度增大，所以动能增大；同时高度增大，所以重力势能增大，因此飞船的机械能增大，故B错误；
C．火箭点火时，化学能转化为内能，故C错误；
D．火箭升空时向地面喷出了高温高压的燃气，由于物体间力的作用是相互的，高温高压的燃气对火箭施加了一个向上的反作用力，使火箭升空，故D正确。
故选D。
5．A
【解析】
【详解】
A．限气阀会被高压蒸汽顶起，锅内气体膨胀对外做功，气体的内能转化为瓶塞的机械能，这一过程与汽油机的做功冲程发生的能量转化相同，故A正确；
B．高压锅喷嘴处的“白气”是高温水蒸气遇到外部较冷的空气液化而成的小水滴，故B错误；
C．用明火加热高压锅，锅内食物吸收热量、温度升高，是通过热传递的方式改变物体的内能，故C错误；
D．高压锅可以增大锅内液面上方气体的压强，使锅内液体的沸点升高，但高压锅不是利用大气压工作的，故D错误。
故选A。
6．（1）2.52×106J；（2）30%；（3）0.28kg
【解析】
【详解】
解：（1）小明洗一次澡用热水0.02m3，热水的质量为
m=ρV=1.0×103kg/m3×0.02m3=20kg
小明洗一次澡所用水从热水器中吸收的热量是
Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×20kg×(40℃-10℃)=2.52×106J
（2）这个过程中完全燃烧了0.2m3的天然气，释放的热量为
Q放=qV天=4.2×107J/m3×0.2m3=8.4×106J
天然气完全燃烧产生的内能转化为水的内能的效率是
（3）若天然气完全燃烧放出的这些热量完全由焦炭来提供，需要消耗焦炭的质量为
答：（1）小明洗一次澡所用水从热水器中吸收的热量是2.52×106J；
（2）若这个过程中完全燃烧了0.2m3的天然气，则天然气完全燃烧产生的内能转化为水的内能的效率是30%；
（3）若天然气完全燃烧放出的这些热量完全由焦炭来提供，需要消耗焦炭的质量是0.28kg。
7．（1）400N；（2）4×106J；（3）1kg
【解析】
【详解】
解：（1）由表中数据可知，喷水压强为p=1×106Pa，喷嘴横截面积为
S=4cm2=4×10-4m2
故由F=pS可得，喷嘴处喷水时受到的喷水压力为
F=pS=1×106Pa×4×10﹣4m2=400N
（2）由表中数据可知，水箱的容积为V=8m3，故由可得，满箱水的质量为
m=ρV=1.0×103kg/m3×8m3=8×103kg
由G=mg可得，水的重力为
G=mg=8×103kg×10N/kg=8×104N
若将满箱水全部喷到50m高的着火点处，克服整箱水的重力做的有用功为
W=Gh=8×104N×50m=4×106J
（3）由
可得，燃料完全燃烧放出的热量为
由Q=mq可得，消耗柴油的质量为
答：（1）喷嘴处喷水时受到的喷水压力是400N；
（2）若将满箱水全部喷到50m高的着火点处，这一过程中克服整箱水的重力做的有用功是4×106J；
（3）若这次消防车喷水效率是10%，此过程需要消耗柴油的质量是1kg。
8．（1）1.05×107J；（2）0.25m3；（3）50%
【解析】
【详解】
解：（1）由表中数据可知，水在5h内升高的温度为50℃，则水吸收的热量为
（2）由题意可知，天然气完全燃烧放出的热量50%被水吸收，则天然气放出的热量为
由Q=qV可得，需要燃烧的天然气的体积为
（3）由题意可知，5h太阳能热水器吸收的太阳能为
则该太阳能热水器的能量转化效率为
答：（1）水在5h内吸收的热量为1.05×107J；
（2）如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧0.25m3的天然气；
（3）该太阳能热水器的能量转化效率为50%。
9．（1）8.4×106J；（2）3.36×107J
【解析】
【详解】
解：（1）由题意可知，50kg、20℃的水加热到60℃需吸收的热量为
（2）由题意可知，完全燃烧0.8kg煤气释放的热量为
答：（1）50kg、20℃的水加热到60℃需吸收的热量为8.4×106J；
（2）完全燃烧0.8kg煤气放出的热量为3.36×107J。
10．（1）0.021m3；（2）100℃
【解析】
【详解】
解：（1）由Q放=Vq得燃气体积
（2）由题知
Q吸=Q放=8.4×105J
由Q吸=cm(t﹣t0)得水的末温度
在标准大气压下，水的沸点为100℃，所以水沸腾后吸热，温度保持100℃不变，水的末温为100℃。
答：（1）完全燃烧0.021m3燃气可放出8.4×105J的热量；
（2）可以使质量为2.5kg、初温为25℃的水温度升高到100℃。
11． 甲、丙 < 甲、乙 > <
【解析】
【详解】
（1）[1]要比较不同物质的比热容，应使不同物质在相同时间内吸收的热量相同，故应使用相同的燃料，则应选择甲、丙两图进行实验。
[2]由题意可知，图甲中液体a和图丙中液体b吸收相同的热量后，液体a的温度变化量大于液体b的温度变化量，故由Q=cmΔt可知，液体a的比热容小于液体b的比热容，即ca（2）[3]比较不同物质的热值，应比较相同质量的不同燃料完全燃烧后释放的热量的多少，故应选择甲、乙两图进行实验。
[4]由题意可知，图甲中液体a吸收的热量大于图乙中液体a吸收的热量，故可知相同质量的燃料1完全燃烧释放的热量大于燃料2完全燃烧释放的热量，故由Q=qm可知，燃料1的热值大于燃料2的热值，即q1>q2。
（3）[5]由图中可知，图甲中燃料1完全燃烧释放的热量等于图丙中燃料1完全燃烧释放的热量，且由题意可知，燃料完全燃烧后，液体a已经沸腾，而此时液体b未沸腾，且液体a的温度变化量大于液体b的温度变化量，故由Q=cmΔt可知，液体a的比热容小于液体b的比热容，即ca12． 分子间有引力 海绵的凹陷程度 便于测量力臂 做功
【解析】
【详解】
（1）[1]图示中，玻璃板与水面紧密接触，则分子之间相互作用力此时表现为引力，那么玻璃板受到向上的拉力和向下的重力及分子间引力的作用，所以弹簧测力计的示数大于玻璃板的重力。
（2）[2]图示中，物体对海绵有压力作用时，海绵会发生形变向下凹陷，压力不同，凹陷程度也不同，所以可通过观察海绵的凹陷程度来比较压力的作用效果。
（3）[3]图示实验中，要调节杠杆在水平位置平衡，则力臂与杠杆所在的位置重叠，可通过杠杆上的刻度尺读出力臂的大小，所以可方便测量力臂。
（4）[4]图示中，瓶内打入足够的空气时，软木塞被冲起，这个过程是空气的内能转化为木塞的机械能，这与汽油机的做功冲程能量转化相同。
13． A 乙丁 引 内燃机 内
【解析】
【详解】
（1）[1]由于重力的影响，把密度大的气体放在密度小的气体上面时，上面的气体会自动的向下运动；此时无法判断气体的混合是因为重力的影响还是因为气体分子做永不停息的无规则运动导致的；因此要把密度小的空气放在上面。
（2）[2][3]乙实验中重物被吊起，说明下面的铅块受到了竖直向上的力（接触面间铅分子的相互吸引力）；丁实验中，弹簧测力计的示数大于玻璃板的重力，说明玻璃板还受到了竖直向下的力（接触面间玻璃分子与水分子的相互吸引力）。
（3）[4][5]丙实验中，高温高压的水蒸气把活塞推飞出去，水蒸气的内能转化为活塞的机械能；这一过程与内燃机的做功冲程原理相同，内燃机的做功冲程中，燃料燃烧产生的高温高压燃气推动活塞向下运动，内能转化为机械能。
14． 增加 升高 内 热传递 内 做功 降低 减小 内 机械
【解析】
【详解】
（1）[1][2][3]活塞迅速向下压时，活塞压缩气体做功，空气内能增加，温度升高，达到硝化棉的燃烧点，硝化棉就会燃烧，该现象说明了对物体做功，物体的内能增加，此过程机械能转化为内能。
（2）①[4][5]改变内能的方式有：做功和热传递。用酒精灯加热水的过程中，水从酒精灯火焰上吸收热量，水的温度升高，这是用热传递方法增加了水的内能。
②③[6][7][8][9][10]水蒸气冲开瓶塞，水蒸气对瓶塞做功，水蒸气的内能转化为瓶塞的机械能。此时水蒸气的温度降低，内能减小，将内能转化为机械能；此过程与热机的做功冲程能量转化情况相同，内能转化为机械能。
15． 天平##托盘天平 偏小 没有考虑加热过程中热量的损失
【解析】
【详解】
（1）[1]为了得到质量相同的水和煤油，在实验室里通常使用天平测量物体的质量。
（2）[2]水吸收的热量
Q吸＝cm3(t﹣t0)
不考虑热损失时，酒精燃烧放出的热量
Q放＝Q吸＝cm3(t﹣t0)
燃烧酒精的质量
m酒精＝m1﹣m2
由Q放＝m酒精q可得，酒精的热值
[3][4]实验过程中，加热时烧杯和石棉网会吸收一部分热量，还有一部分热量散失到空气中。酒精燃烧放出的热量不可能全部被水吸收，导致测量的Q放偏小，计算得出的热值比课本中的“标准值”偏小。
16． 增大 做功
【解析】
【详解】
[1][2]“利用蒸气将软木塞冲起”的实验中，软木塞冲起时，水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，故机械能增大，在内燃机工作时，做功冲程是将内能转化为机械能，所以这相当于内燃机的做功冲程。
17． 2.268×105 7.56
【解析】
【详解】
[1]标准大气压下，水的沸点为100℃，水温度的变化量为
Δt=t-t0=100℃-10℃=90℃
提供给水的热量至少为
Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×0.6kg×90℃=2.268×105J
[2]当酒精完全燃烧放出的热量全部被水吸收时，需要的燃烧的酒精的质量最少，即
Q放=Q吸=2.268×105J
则至少需要酒精的质量为
18． 运动 压缩
【解析】
【详解】
[1]以五环为参照物，火炬相对于五环有位置的变化，所以火炬是运动的。
[2]四冲程汽油机工作时，压缩冲程中，活塞向上运动，压缩空气和汽油的混合物，对空气和汽油的混合物做功，活塞的机械能转化为空气和汽油的混合物的内能。
19．机械能转化为内能
【解析】
【详解】
由图知，两气门关闭，活塞向上运动，为汽油机的压缩冲程，将机械能转化为内能。
20． 压缩 废气
【解析】
【详解】
[1]“钻木取火”过程中的能量转化是将机械能转化为内能，而四冲程热机中压缩冲程是将机械能转化为内能。
[2]热机工作过程中有大量的能量损失，比如废气内能、散热损失、机器损失，其中废气带走能量最多。
试卷第1页，共3页
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