第十二章 内能与热机 综合素质评价卷（含答案）沪粤版物理九年级上册

第十二章综合素质评价
一、选择题(每小题3分，共21分)
1．如图是荣荣在家做的色香味美的蛋炒饭。关于其制作过程中所涉及的物理知识，下列说法正确的是(　　)
A．炒鸡蛋时会产生油烟，说明物质由分子组成
B．蛋炒饭主要是通过做功的方式增加内能
C．蛋炒饭放凉后分子热运动速度变慢
D．刚炒熟的蛋炒饭冒“白气”是因为它含有的热量多
2．关于温度、内能和热量，下列说法正确的是(　　)
A．我们不敢大口喝热气腾腾的汤，是因为汤含有的热量较多
B．在汽油机的压缩冲程中，内能转化为机械能
C．用锯条锯木板，锯条的温度升高，是由于锯条从木板吸收了热量
D．把－10 ℃的冰块放在0 ℃的冰箱保鲜室中，一段时间后，冰块的内能会增加
3．如图是我国古代取火器的模型图。把推杆迅速推入套筒时，推杆前端的艾绒会燃烧起来，在汽油机的四个冲程中，与此过程能量转化相同的是(　　)
A．吸气冲程
B．压缩冲程
C．做功冲程
D．排气冲程
4．关于内能及其利用(已知c水>c煤油)，下列说法正确的是(　　)
A．气体吸收热量后对外做功，内能一定增加
B．内燃机一个工作循环做功两次，曲轴转动两周，活塞往复运动一次
C．效率高的汽油机比效率低的汽油机消耗的汽油多
D．质量、初温相同的水和煤油放出相同的热量后，水的温度高于煤油的 温度
5．1785年，瓦特制成的改良型蒸汽机的投入使用，提供了更加便利的动力，得到迅速推广，大大推动了机器的普及和发展，人类社会由此进入了“蒸汽时代”。下列关于热机的说法正确的是(　　)
A．热机是利用内能做功的机械
B．热机的压缩冲程将内能转化为机械能
C．柴油机的效率一般比汽油机低
D．热机的大量使用不会造成环境污染
6．如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的水进行加热，两图装置均相同。燃料的质量用m表示，燃料充分燃尽时水升高的温度用Δt表示(水未沸腾)，则下列说法正确的是(　　)
A．若m相同，Δt越小，燃料的热值越大
B．若Δt相同，m越大，燃料的热值越大
C．的值越大，燃料的热值越大
D．的值越大，燃料的热值越大
7．用电热棒分别给甲、乙两种液体加热(比热容c甲＝2c乙)，两种液体每秒吸收的热量相同，这两种液体的温度与加热时间的图线如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．同时加热120 s，甲升高的温度大于乙
B．同时加热120 s，甲吸收的热量比乙多
C．甲、乙两种液体的质量之比是3∶2
D．甲、乙两种液体的质量之比是4∶3
二、填空题(每空1分，共21分)
8．火柴可以擦燃，也可以放在火上点燃，这两种方法都可以改变火柴的内能，前者是通过________的方式改变内能，而后者是通过________的方式改变内能，这两种方式在改变内能上是________(填“等效”或“不等效”)的。
9．汽车在高速行驶过程中，轮胎的内能增加，这是通过________的方式改变内能，使轮胎的温度________。汽车到达服务区后向轮胎浇水，这是通过________的方式减少轮胎内能，降低温度，以确保行车安全。
10．如图甲所示，当快速用力向下压缩活塞时，筒内的棉花会被点燃，这是活塞对________(填“棉花”或“空气”)做功来增加其内能的，此过程与四冲程汽油机________冲程的能量转化相同，若图乙中的汽油机正处于上述冲程，则此时的活塞应正在向________(填“上”或“下”)运动。
11．如图是某型号空调扇的示意图，空气通过湿帘时，湿帘表面的水在________过程中________热量，产生的湿热空气被风机吹出。一定质量的空气通过空调扇后，这部分空气(不含增加的水蒸气)的内能________。
12．如图是一款斯特林发动机模型，点燃酒精灯后就会发现发动机的连杆带动飞轮转动起来。其工作原理是：酒精灯火焰通过 ________的方式增加了气缸内空气的内能，高温的空气推动活塞做功，内能________(填“增加”或“减少”)，温度________(填“升高”或“降低”)。酒精灯继续加热气缸内空气从而实现往复工作。
13．现在集中供暖，采用先进的工艺，有效地减少了燃烧煤炭产生的废气和颗粒物污染。现完全燃烧4.2 kg的煤炭，放出的热量是________J。若该热量有75%被水吸收，则能将________kg的水从25 ℃加热到100 ℃，这个方法是通过__________的方式使水的内能改变。[煤炭的热值q＝3×107 J/kg，水的比热容c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
14．某品牌汽车汽油机的能量流向图如图所示：
(1)汽油机工作时飞轮转速为2 400 r/min，则每秒钟做功________次。
(2)汽车行驶时，完全燃烧热值为4.2×107 J/kg的汽油0.5 kg，则输出的有用功是________J。在不完全燃烧的情况下，汽油的热值________(填“变大”“变小”或“不变”)。
三、作图题(共6分)
15．(1)(2分)酒精的热值q为3.0×107 J/kg。请在如图所示的坐标系中画出酒精的热值q与其质量m的关系图像。
(2)(2分)参加物理科技兴趣小组的同学们在用温度计测量水沸腾前后温度随加热时间的变化时绘制了如图所示的图像。好奇的小芸在水沸腾时向烧杯中加入质量、水温与第一次相同的水(保持器材、加热方式相同)，再重做以上实验，请在图中大致描绘出水温随时间变化的图像。(假设实验时不与外界发生热交换)
(3)(2分)如图甲为热机的能量流向图，请在图乙中画出该热机的有用机械能和损失能量比例扇形统计图，要求画出有用机械能和损失能量，并在图中注明文字和比例。
四、实验题(共20分)
16．(7分)如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是10 g，烧杯内的液体质量也相同；装配该实验装置时应按照____________(填“自上而下”或“自下而上”)的顺序进行。
(1)选择甲、乙两图进行“比较不同燃料的热值”实验过程中，燃料燃烧放出热量的多少是通过________________________________来反映的。
(2)选择甲、丙两图进行“比较不同物质的吸热本领实验”，不同物质吸热的多少是通过____________________来反映的。
(3)实验中发现液体b的温度比液体a的温度升高得______(填“快”或“慢”)，这表明液体________吸热本领更强。
物质 质量/g 初始温度/℃ 加热时间/min 最后温度/℃
液体a 60 20 6 45
液体b 60 21 6 68
(4)把物质吸热升温能力与用容器盛水水面升高来做类比，下列容器的哪个属性与比热容类似________(填字母)。
A．高度 B．容积 C．底面积 D．表面积
(5)本实验除用控制变量法外，还采用了______________法。
17．(5分)某同学想探究物体对外做功时能量的转化情况。他利用酒精灯给试管和水加热，如图甲所示，当水沸腾后，水蒸气会把瓶塞“冲”出去，如图乙所示，在研究过程中发现，若将瓶塞塞得紧一些，酒精灯对试管和水的加热时间会长一些，瓶塞被“冲”出去的距离会远一些，如图丙所示。
(1)观察图甲和图乙或图甲和图丙，在水蒸气把瓶塞“冲”出去的过程中，水蒸气对瓶塞________，在此过程中，能量的转化情况是______________________。
(2)分析比较图乙和图丙的实验现象， 可以得出初步结论：_______________ ________________________________________________________________。
18．(8分)小涛找到自家的酒精灯炉做跨学科实践研究：他家的酒精灯炉(如图甲所示)与实验室装置(如图乙所示)的酒精灯原理相同：
(1)关于酒精灯炉，请完成下图中内容：①__________，②__________。
(2)热效率可表示为：η＝____________(用题中所给字母表示)
(3)现两装置装有初温、质量相等的水，小涛想知道哪个装置的热效率会更高，请帮他设计实验并对可能出现的结果进行分析：
①需要增加测量器材：电子天平、________。
②实验步骤：_____________________________________________________ ________________________________________________________________。
③结论分析：_____________________________________________________ ________________________________________________________________。
五、计算题(共14分)
19．(7分)用一个400 W(每秒钟放出热量400 J)的电热器对某液体加热，如图所示是液体的温度随时间变化的图线(设电热器提供的热量全部被液体所吸收)。求：
(1)在5 min内，液体吸收的热量是多少？
(2)若该液体的质量为1 kg，则该液体的比热容是多少？
20．(7分)小红同学在阅读科普资料时，摘录了一条信息：通常人体的温度高于周围环境的温度，人体以红外线的方式不断向外辐射热量。每小时人体释放的热量，能使相当于与自身质量相等的水的温度升高2 ℃。若某成年人的质量是60 kg。水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。求：
(1)该成年人每小时向外释放的热量为多少？
(2)相当于完全燃烧多少克酒精放出的热量？(酒精的热值为3.0×107 J/kg)
六、综合题(共18分)
21．(6分)小明想了解家里不同品牌的保温杯的保温效果哪个好。他往甲、乙两个外形相同，容量均为400 mL的保温杯中倒满开水，盖好盖子，静置于恒温室内，每隔2 h通过杯盖电子温度显示器记录水温随时间变化的图像如图所示。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，ρ水＝1.0×103 kg/m3]
(1)小明在实验中________(填“有”或“没有”)控制两个保温杯中水的质量相等。
(2)保温效果较好的是________保温杯，当t＝14 h时，甲保温杯中水的温度为________℃。
(3)当t＝2 h时，内能较大的是________保温杯内的水，乙保温杯内的水0～8 h放出的热量为________J。
(4)夏天，利用保温杯延长冰镇可乐的冰爽时间是________(填“可行”或“不可行”)的。
22．(6分)安全、清洁、方便的太阳能越来越受到人们的重视和广泛利用。如图所示，某太阳能热水器内装有质量为250 kg，温度为20 ℃的水，阳光照射一段时间后，水温升高到80 ℃。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q干木柴＝1.2×107 J/kg]
(1)水吸收的热量是________J，这些热量相当于完全燃烧________kg干木柴放出的热量。
(2)从有关资料获悉，在地面晴天时垂直于阳光表面接收到的热辐射为1.2× 103 J/(m2·s)。若该太阳能热水器可将接收到的热辐射的40%用来升高水温，且该热水器接收阳光垂直照射的有效面积始终是2.1 m2。根据题意进行估算：需________s才能达到题干中的要求。
23．(6分)阅读短文，回答文后的问题。
汽车发动机
发动机是汽车的动力源。汽油机以汽油为燃料，使活塞在气缸中往复运动，一个工作循环经历吸气、压缩、做功和排气四个冲程，汽油机的性能和气缸排量有关。气缸排量指一个冲程中活塞在气缸内通过的容积，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离(冲程长度)。如果发动机有若干个气缸，所有气缸“工作容积”之和称为发动机排量，实际汽车往往采用多缸发动机。
如图所示的发动机有4个气缸(图中标注1、2、3、4)，通过连杆把4个气缸的活塞连在一根曲轴上。各个气缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个气缸在做功，其他三个气缸分别在吸气、压缩和排气冲程。
(1)汽油机工作时将燃料燃烧的内能转化为________能。
(2)已知汽油的热值为4×107 J/kg，如果该发动机消耗2 kg的汽油，且这些汽油充分燃烧，应放出的热量为________J。
(3)如图所示的四缸发动机中1号气缸在做功冲程中，4号气缸所处的是________(填字母)。
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
(4)设该发动机做功冲程中混合气对活塞的平均压强是p0，发动机排量为V排，推导发动机转速为2 400 r/min，则该发动机的输出功率P与发动机排量V排的关系式为P＝________。
答案
1．C
2．D　【点拨】我们不敢大口喝热气腾腾的汤，是因为汤的温度高。热量是一个过程量，不能用“含有”来描述，故A错误；在汽油机的压缩冲程中，活塞压缩燃料混合物，机械能转化为内能，故B错误；用锯条锯木板，摩擦生热，机械能转化成内能，锯条的温度升高，是通过做功的方式增加了锯条的内能，故C错误；将－10 ℃的冰块放在0 ℃的冰箱保鲜室中，冰块温度低于保鲜室内温度，冰块吸收热量，内能增加，故D正确。
3．B　【点拨】封闭的气体被推杆压缩的过程中，推杆对气体做功，所以气体内能增加，温度升高，达到艾绒的着火点使艾绒燃烧，此过程中机械能转化为内能，与汽油机压缩冲程的能量转化相同。
4．D
5．A　【点拨】热机是利用内能做功的机械，工作时将内能转化为机械能，故A正确；压缩冲程是活塞压缩气缸内的混合气体，活塞对混合气体做功，混合气体的内能增加，温度升高，所以压缩冲程中，活塞的机械能转化为混合气体的内能，故B错误；柴油机的效率是30%～45%，汽油机的效率是20%～30%，柴油机的效率一般比汽油机高，故C错误；所有热机工作时都要排放废气，排放的废气会对环境造成污染，故D错误。
6．D　【点拨】装置相同，两套装置加热水的效率是相同的。Q吸＝Q放η，而 Q吸＝c水m水Δt, Q放＝mq，即c水m水Δt＝mqη，解得η＝，实验时两套装置中水的质量相同，通过这个式子可知：若m相同，Δt越小，则燃料的热值越小，故A错误；若Δt相同，m越大，则燃料的热值越小，故B错误；的值越大，即的值越小，则燃料的热值越小，故C错误；的值越大，则燃料的热值越大，故D正确。
7．C　【点拨】由图可知，同时加热120 s，甲的温度变化是80 ℃－60 ℃＝20 ℃，乙的温度变化是60 ℃－0 ℃＝60 ℃，所以甲升高的温度小于乙升高的温度，故A错误；题干中有“两种液体每秒吸收的热量相同”，所以在相同的时间内甲和乙吸收的热量相同，故B错误； 加热120 s，甲、乙吸收的热量相同，因为c甲＝2c乙，根据Q＝cmΔt可得m＝ ，则甲液体的质量m甲＝＝，乙液体的质量m乙＝＝，所以m甲∶m乙＝∶＝3∶2，故C正确，D错误。
8．做功； 热传递；等效　9．做功；升高；热传递
10．空气；压缩；上　【点拨】当快速用力向下压缩活塞时，筒内空气被压缩，对空气做功，空气的内能增加，温度上升，达到棉花的着火点，棉花被点燃，此为机械能转化为内能的过程。汽油机中机械能转化为内能的过程是压缩冲程，压缩冲程通过飞轮的转动，推动活塞向上运动，压缩气缸内的混合气体。
11．蒸发(或汽化)；吸收；减少
12．热传递；减少；降低　【点拨】点燃酒精灯，酒精灯火焰的温度高于气缸内空气的温度，气缸内空气吸收热量，其温度升高、内能增加，这是通过热传递的方式来改变气缸内空气内能的。高温的空气推动活塞做功，空气的内能转化为活塞的机械能，所以气缸内空气的内能减少，温度降低。
13．1.26×108；300；热传递　【点拨】煤炭完全燃烧放出的热量Q放＝mq＝4.2 kg× 3×107 J/kg＝1.26×108 J。水吸收的热量Q吸＝75%×Q放＝75%×1.26×108 J＝9.45×107 J，由Q吸＝c水m(t－t0 )可知，水的质量m′＝＝＝300 kg。水吸收煤炭燃烧放出的热量，内能增加，是通过热传递的方式使水的内能改变。
14．(1)20　(2)7.35×106；不变 　【点拨】(1)飞轮的转速是2 400 r/min, 即n＝2 400 r/min＝40 r/s，飞轮每秒转动的圈数为40 r，因为完成四个冲程，飞轮转两圈对外做功一次，所以该汽油机每秒钟做功20次。(2)汽油完全燃烧放出的热量Q放＝qm＝4.2×107 J/kg×0.5 kg＝2.1×107 J，输出的有用功W有用＝(100%－33%－25%－7%)Q放＝35%×2.1×107 J＝7.35×106 J。
15．【解】(1)如图所示。
(2)如图所示。
(3)如图所示。
16．自下而上　(1)温度计升高的示数　(2)加热时间　
(3)快；a　(4)C　(5)转换　【点拨】(4)相同条件下升温越快，比热容越小；而相同体积的水倒入底面积不同的容器中，底面积越小水面升高越大；如果把物质吸热升温能力和容器盛水水面升高做类比，比热容和容器的底面积属性类似。
17．(1)做功；内能转化为机械能　(2)物体对外做功时，内能越大，转化的机械能越多　【点拨】(2)图乙和图丙相比，将瓶塞塞得紧一些，酒精灯对试管和水的加热时间会长一些，水蒸气具有的内能更大，瓶塞被“冲”出去的距离更远，说明瓶塞获得的机械能变多，则可得出结论：物体对外做功时，内能越大，转化的机械能越多。
18．(1)①化学　②cmΔt　(2)×100%　(3)①温度计　②a.用电子天平分别称量出甲装置中酒精灯炉和乙装置中酒精灯燃烧前的总质量m1和m2。b.点燃酒精灯炉和酒精灯分别进行加热，当用温度计测出甲、乙装置中的水升高相同温度时，熄灭酒精灯炉及酒精灯。c.用电子天平称量出酒精灯炉和酒精灯燃烧后的总质量m1′和m2′
③若m1－m1′< m2－m2′，则甲装置的效率高；若m1－m1′＞m2－m2′，则乙装置的效率高；若m1－m1′＝m2－m2′，则两装置效率一样高
19．【解】(1)液体吸收的热量Q吸＝W＝Pt＝400 W×5×60 s＝1.2×105 J。
(2)由题图知，在5 min内，该液体升高的温度Δt＝t末－t0＝70 ℃－20 ℃＝50 ℃，由Q＝cmΔt可得，该液体的比热容c＝＝＝2.4×103 J/(kg·℃)。
20．【解】(1)该成年人每小时向外释放的热量Q放＝Q吸＝c水mΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×60 kg×2 ℃＝5.04×105 J。
(2)由Q放＝mq可得，放出这些热量需要完全燃烧的酒精质量m酒精＝＝＝0.016 8 kg＝16.8 g。
21．(1)有　(2)甲；20　(3)甲；1.344×105　(4)可行
【点拨】(3)当t＝2 h时，甲保温杯内水的温度较大，水的质量相同，故内能较大的是甲保温杯内的水；乙保温杯内的水0～8 h放出的热量Q放＝ c水m水Δt水＝c水ρ水VΔt水＝4.2×103 J/(kg·℃)×1.0×103 kg/m3×400×10－6 m3× (100 ℃－20 ℃)＝1.344×105 J。(4)保温杯可以减弱可乐与外界的热传递，故夏天利用保温杯延长冰镇可乐的冰爽时间是可行的。
22．(1)6.3×107；5.25　(2)62 500　【点拨】(1)水吸收的热量Q吸＝c水m1Δt＝4.2× 103 J/(kg·℃)×250 kg×(80 ℃－20 ℃)＝6.3×107 J；设这些热量相当于完全燃烧质量为m2干木柴放出的热量，根据Q吸＝Q放＝m2q干木柴可得，m2＝＝＝5.25 kg。(2)由题知Q吸＝1.2×103 J/(m2·s)×2.1 m2×t×40%＝6.3× 107 J，由此解得t＝62 500 s。
23．(1)机械　(2)8×107　(3)A　(4)20p0V排s－1
【点拨】(2)Q放＝mq＝2 kg×4×107 J/kg＝8×107 J。(3)四气缸发动机，各个气缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个气缸在做功，其他三个气缸分别在吸气、压缩和排气冲程，由图中箭头方向可知，四缸发动机中1号气缸在做功冲程中时，4号气缸所处的是吸气冲程。(4)在发动机中，飞轮转2周完成一个工作循环，所以发动机转速为2 400 r/min时，完成1 200个工作循环，每个工作循环所需要的时间t＝ s＝0.05 s，设做功冲程中混合气对活塞的平均压强为p0，发动机排量为V排，则一个气缸的排量为 V排，做功冲程中混合气对一个活塞的平均压力F＝p0S，每个做功冲程中混合气对一个活塞做功W＝FL＝p0SL＝p0V排，混合气对活塞做功的功率 P0＝＝＝5p0V排s－1，由于发动机有4个气缸，所以发动机的输出功率P＝4P0＝4×5p0V排s－1＝20p0V排s－1。