第十三章内能与热机 综合素质评价卷（含答案） 2023-2024学年沪科版物理九年级全一册

第十三章 综合素质评价卷
一、填空题(每小题2分，共20分)
1．艾灸是我国古老中医疗法。如图用艾柱熏烤患者的穴位时，看到烟雾缭绕，闻到浓浓的艾草药香。艾灸的部位有温热感，这是通过________的方式使其内能增加的。
2．“省油灯”是我国古代劳动人民智慧的结晶，它由上、下两个碗状容器组成，“上部盛油”“夹层盛水”，如图所示。“夹层盛水”因为水的________较大，可以吸收更多的热量，从而减少油的蒸发。
3．甲、乙、丙三个相同的烧杯中盛有水。甲烧杯中水的质量为200 g、温度为30 ℃，乙烧杯中水的质量为300 g、温度为30 ℃，丙烧杯中水的质量为300 g、温度为60 ℃，则________烧杯中水的内能最大。
4．【小制作】如图所示，小明在一个空饮料瓶中装入少量的水，拧紧瓶盖，用力旋动瓶身，稍稍旋开瓶盖，发现“砰”的一声瓶盖迅速飞出，同时瓶内出现白雾。该实验说明物体对外做功，本身内能会________(填“增加”“减少”或“不变”)。
5．我国科学家和工程师们在南海成功试采了新型能源——“可燃冰”。其燃烧产生的热量比相同体积的煤、石油和天然气要多出数十倍。已知“可燃冰”的热值为6.15×109 J/m3，其中“6.15×109 J/m3”所表示的物理含义是________________________________。
6．由同种物质组成的甲、乙两物体，已知它们的质量之比为1∶2，甲的温度从20 ℃升高了50 ℃，乙的温度从20 ℃升高到60 ℃，那么两物体吸收的热量之比为________。
7．【2023·合肥庐阳区期中】如图所示，B是一个被销钉K锁住的活塞，气缸A内密封有少量的空气，气缸内气压小于外界气压，C是一支温度计。若活塞与气缸壁之间没有摩擦，当把销钉K拔出后，观察到活塞向左移动(不考虑热传递)，此时温度计的示数________(填“变大”“变小”或“不变”)。
8．【学科素养·科学论证】在学习了热机知识后，某物理兴趣小组成员根据古希腊数学家希罗发明的“汽转球”装置组装实验，将一个空心球通过两个空心管与一个装有水的密闭锅连接在一起，如图所示。在锅底加热使水沸腾，产生的水蒸气由管子进入球中，从球两旁喷出并使其快速转动，这个过程与汽油机的________冲程发生的能量转化相同。
9．【社会实践】安徽省是汽车生产大省，某物理小组参观汽车制造厂时，了解并绘制了一辆某种型号汽车在额定功率下行驶时单位时间的能量流向图，若将机器转化为有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”，由图中提供的数据可得，该轿车的能量转化效率为________。
10．【2023·亳州模拟】为了测量某种液体的比热容，某实验小组同学用酒精灯给该液体加热，已知酒精的热值为3.0×107 J/kg，放出热量的20%被液体吸收。测得2 kg的液体温度升高30 ℃，消耗酒精24 g，则这种液体的比热容为________J/(kg·℃)。
二、选择题(每小题2分，共14分；每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题意的)
11．物体的内能是通过做功的方式来改变的是(　　)
A．金属匙放在热汤中，温度升高
B．食品放进冰箱，温度降低
C．取暖器旁的物体温度升高
D．反复弯折铁丝，温度升高
12．关于热量、温度、内能的关系，下列说法正确的是(　　)
A．一个物体的温度越高，所含有的热量越多
B．物体吸收热量，温度一定升高，内能一定增加
C．物体放出热量，内能会减小，其温度可能不变
D．热量不可能从内能小的物体向内能大的物体传递
13．礼花喷射器结构如图所示，气罐内有高压气体，气罐通过气阀与纸筒相连。使用时，气体将纸筒内的礼花快速喷向远处。下列分析正确的是(　　)
A．罐内气体的内能增加
B．该过程能量的转化方式与汽油机压缩冲程相同
C．气罐内壁温度降低
D．罐内气体通过热传递的方式改变了其内能
14．夏季的海边，由于水和泥沙的比热容不同，常常能够形成海风或者陆风。下列示意图中能反映海边晴天中午风向的是(　　)
15．【2023·合肥包河区三模】小明对质量为500 g的冰缓慢加热，不计冰和水的质量变化，他根据记录的实验数据绘制成如图所示的温度－时间图像，下列分析正确的是(　　)
A．图像中的DE段表示冰的熔化过程，其内能增加
B．在图像的CD段中水共吸收了4.2×105 J的热量
C．图像中BC段物质的温度保持不变，内能也不变
D．由图像可知，水与冰的比热容不同
16．如图所示的是某单缸四冲程汽油机的工作示意图。下列说法正确的是(　　)
A．一个工作循环的正确顺序是丁、丙、甲、乙
B．热机常用水做冷却剂，是因为水的沸点高
C．图丙冲程是做功冲程，主要将内能转化为机械能
D．若飞轮的转速为1 800 r/min，则该汽油机每秒做功30次
17．合肥著名的早点是油条加豆浆，小明看见面点师傅将面拉成长条，放入滚烫的油中就炸出了香脆可口的油条，于是他想了解油的吸热能力。在老师的指导下，他用酒精灯分别加热质量为50 g、初温为20 ℃的油和水，记录的相关数据如表所示。若单位时间内油吸收的热量与水吸收的热量相等，酒精的热值为3×107 J/kg，水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。下列说法正确的是(　　)
物质种类 加热时间/min 消耗酒精/g 末温/℃
油 2 1 88
水 2 1 50
A. 2 min内油吸收的热量为3×104 J
B．他使用的酒精灯的加热效率为21%
C．加热2 min后油的末温高，所以油的吸热能力更强
D．油的吸热能力与其吸收热量的多少有关
三、实验题(第18小题6分，第19小题4分，第20小题6分，共 16分)
18．如图所示，把一个薄壁金属管固定在支架上，管中装一些酒精，然后用软木塞塞紧。将皮条缠绕在金属管上，迅速来回拉动皮条，过一会儿看到软木塞被顶开。根据实验现象回答下列问题：
(1)来回拉动皮条，使金属管的温度升高，其能量转化过程与内燃机中的________冲程相同。
(2)酒精温度升高，这是通过________的方式改变物体内能的。
(3)酒精蒸气将软木塞顶开的过程中，酒精蒸气的________能转化为软木塞的__________能。
(4)若在金属管中放入水，相比放入酒精，实验更________(填“容易”或“不容易”)成功。
19．为比较不同燃料热值的大小，小明设计了如图甲、乙所示的两组对比实验，实验装置完全相同，实验中忽略热量的散失，且两种燃料燃烧时均匀放热。
(1)实验中应该控制烧杯内水的初温、质量相同，还应控制燃料的________相同。
(2)燃料燃烧完后，画出水的温度随时间变化的关系图像如图丙所示，可知燃料1的热值________(填“大于”“小于”或“等于”)燃料2的热值。
20．为比较“不同物质的吸热能力”，小明设计了如下的实验方案：将水和煤油两种液体分别装入烧杯中，固定在铁架台上，用两个相同的酒精灯同时加热，实验装置如图甲、乙所示。
(1)加热前，在一个烧杯中倒入100 g的煤油，那么需要在另一个烧杯中装入________g的水。
(2)本实验中通过比较__________来判断甲液体和乙液体吸收热量的多少。
(3)用两个相同的酒精灯来加热水和煤油，每隔1 min记录一次温度，描点、作图如图丙所示，根据实验数据小明绘制出A、B两条温度—时间图像如图丙所示，________图像是水的温度变化图像。
四、计算题(第21小题6分，第22小题8分，第23小题6分，共20分；解答要有必要的公式和过程)
21．我国在世界上第一次对可燃冰实现安全可控开采。1 kg可燃冰分解后，释放出约60 m3的天然气，已知q天然气＝4.4×107 J/m3，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)。求：
(1)10 kg可燃冰释放出的天然气完全燃烧，放出的热量约是多少？
(2)在一个标准大气压下，若上述热量的70%被质量为55 t、初温为25 ℃的水吸收，则水升高的温度是多少？
22．【2023·亳州期末】飞机的航空发动机是热机的一种，航空煤油在燃烧室中燃烧，从喷口向后高速喷出气体，使发动机获得向前的推力，若高空中飞机获得向前的水平推力为1.6×105 N，以 600 km/h的速度沿水平方向匀速航行1 h，需要完全燃烧航空煤油5 000 L(ρ煤油＝0.8×103 kg/m3，q煤油＝4×107 J/kg)，求在1 h时间内：
(1)发动机水平推力做功的功率。
(2)航空煤油完全燃烧放出的热量。
(3)发动机的热机效率。
23．【新定义题】小红在实验室利用电热器加热，完成了晶体的熔化实验。实验测得0.5 kg某物质温度随时间变化的图像如图所示，已知该物质在固态时的比热容为c1＝2.1×103 J/(kg·℃)。假设这种物质从热源吸热的功率恒定不变。求：
(1)该物质在液态时的比热容c2。
(2)若规定“单位质量的晶体在熔化时变成同温度的液态物质所吸收的热量，叫做这种物质的熔化热”，用“λ”表示。根据图像信息，计算该物质的熔化热。
答案
一、1.热传递　点拨：艾灸的部位有温热感，艾灸的部位吸收了热量，这是通过热传递的方式使其内能增加的。
2．比热容　点拨：因为水的比热容较大，同等情况下，水要比其他物质吸收更多的热量，使油的温度升高得慢一些，所以相对耗油量就少一些。
3．丙　点拨：根据内能的影响因素可知，同种物质其内能的大小与状态、质量和温度有关，根据题意可知，甲、乙相比较，温度均为30 ℃，乙的质量大，所以乙的内能大；乙、丙相比较，质量均为300 g，丙的温度高于乙的温度，所以丙的内能大，故三杯水中，丙的内能最大，甲的内能最小。
4．减少　点拨：做功可以改变物体的内能，用力旋动饮料瓶的下部时，压缩瓶内气体做功，瓶内气体内能增加；稍稍旋开瓶盖，发现“砰”的一声瓶盖迅速飞出，瓶内气体对瓶盖做功，内能转化为机械能，瓶内气体内能减少，温度降低，瓶内水蒸气液化形成小水滴，出现白雾。
5．1 m3的“可燃冰”完全燃烧时所放出的热量是6.15×109 J
6．5?8　点拨：同种物质的比热容相同，即c甲：c乙＝1：1，质量之比m甲：m乙＝1：2，升高的温度之比Δt甲：Δt乙＝50 ℃：40 ℃＝5：4，故有＝＝＝，即它们吸收的热量之比为5：8。
7．变大　点拨：活塞向左移动，外界对气体做功，不考虑热传递，则气体内能增加，温度升高，故温度计示数变大。
8．做功　点拨：球两旁的出气管喷出水蒸气使球体快速转动，是水蒸气的内能转化为球体机械能的过程，与汽油机的做功冲程的能量转化相同。
9．12.7%　点拨：该轿车的能量转化效率为η＝×100%＝×100%≈12.7%。
10．2.4×103　点拨：酒精的质量m酒精＝24 g＝0.024 kg，完全燃烧 24 g的酒精放出的热量Q放＝m酒精q＝0.024 kg×3.0×107 J/kg＝7.2×105 J；因为酒精放出的热量有20%被液体吸收，所以液体吸收的热量Q吸＝Q放×20%＝7.2×105 J×20%＝1.44×105 J；液体的比热容c＝＝＝2.4×103 J/(kg·℃)。
二、11.D　点拨：金属匙放在热汤中，温度升高，是通过热传递的方式改变了金属匙的内能，故A不符合题意；食品放进冰箱中温度降低，是通过热传递的方式改变了食品的内能，故B不符合题意；取暖器旁物体温度升高，是通过热传递的方式改变了物体的内能，故C不符合题意；弯折铁丝时机械能转化为铁丝的内能，铁丝的内能增大，温度升高，是通过做功的方式改变了铁丝的内能，故D符合题意。
12．C　点拨：在热传递过程中传递内能的多少叫热量，热量是一个过程量，不能说含有热量，故A错误；物体吸收热量，内能一定增加，但温度不一定升高，如晶体在熔化过程中，吸收热量，内能增加，但温度保持不变，故B错误；物体放出热量，内能一定减少，但温度不一定降低，如晶体在凝固过程中，放出热量，内能减少，但温度保持不变，故C正确；热传递的实质是内能从高温物体转移到低温物体，或者从同一物体的高温部分传到低温部分，内能大的物体温度不一定高，内能小的物体也可能向内能大的物体传递热量，故D错误。
13．C　14. A　15. D
16．C　点拨：甲冲程，两气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，将机械能转化为了内能，是第二冲程；乙冲程，排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，是第四冲程；丙冲程，气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，将内能转化为了机械能，是第三冲程；丁冲程，进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，是第一冲程；四个冲程的正确顺序是丁、甲、丙、乙，故A错误，C正确；热机常用水做冷却剂，是因为水的比热容较大，相同质量的水与其他物质相比，升高相同的温度，吸收的热量多，冷却效果好，故B错误；四冲程汽油机的飞轮转速为1 800 r/min，则该飞轮每秒钟转30圈，完成了60个冲程，对外做功15次，故D错误。
17．B　点拨：由题意可知，油和水的质量相等，都为m＝50 g＝ 0.05 kg，水的比热容为c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，2 min内水的温度由t0＝20 ℃上升到t＝50 ℃，则水吸收的热量为Q吸水＝c水m(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×0.05 kg×(50 ℃－20 ℃)＝6.3×103 J，2 min内油吸收的热量与水吸收的热量相等，即 2 min内油吸收的热量Q吸油＝Q吸水＝6.3×103 J，故A错误；由题意可知，酒精的热值为q＝3×107 J/kg，加热2 min消耗的酒精的质量m酒精＝1 g＝1×10－3 kg，则完全燃烧1 g酒精放出的热量为Q放＝m酒精q＝1×10－3 kg×3×107 J/kg＝3×104 J，则酒精灯的加热效率为η＝×100%＝×100%＝21%，故B正确；相同质量和相同初温的油和水吸收相同的热量，末温越低表示物质的吸热能力越强，油的末温比水的高，说明油的吸热能力更弱，故C错误；物质的吸热能力即比热容，是物质的一种特性，与物质的种类和状态有关，与其吸收热量的多少无关，故D错误。
三、18.(1)压缩　(2)热传递　(3)内；机械　(4)不容易
点拨：(1)来回拉动皮条克服摩擦力做功，是将机械能转化为内能，这是通过做功的方式改变金属管内能；其能量转化过程与内燃机中的压缩冲程相同。(2)酒精吸收热量，内能增加，温度升高，这是通过热传递的方式改变物体的内能。(3)软木塞被酒精蒸气顶出，是管内酒精蒸气膨胀对软木塞做功，酒精蒸气的内能转化为软木塞的机械能。
19．(1)质量　(2)大于　点拨：(1)在比较不同燃料热值大小的实验中，应该控制烧杯内水的初温、质量相同，还应控制燃料燃烧的质量相同，通过比较温度计的示数变化来比较燃料燃烧放出热量的多少。(2)由图丙可知，燃料燃烧完时，甲图中水升温更多，由Q吸＝cmΔt可知，甲中的水吸收的热量多，说明燃料1放出的热量大于燃料2放出的热量，根据q＝可知，燃料1的热值大于燃料2的热值。
20．(1)100　(2)加热时间　(3)B
点拨：(1)探究不同物质温度升高吸收热量的多少与物质的种类的关系，应控制不同物质的质量相同，所以需要装100 g的水。(2)根据转换法，此实验通过加热时间的长短来反映液体吸收热量的多少。(3)根据图丙知，质量相等的A和B两种液体，在升高相同的温度时，B的加热时间长，B吸收的热量多，所以B的吸热能力强，B的比热容大，所以B图像是水的温度变化图像。
四、21.解：(1)由题意可得，10 kg可燃冰释放出天然气的体积
V天然气＝10×60 m3＝600 m3，
10 kg可燃冰释放出的天然气完全燃烧，放出的热量
Q放＝V天然气q天然气＝600 m3×4.4×107 J/m3＝2.64×1010 J。
(2)由题意可知，水吸收的热量
Q吸＝ηQ放＝70%×2.64×1010 J＝1.848×1010 J，
根据Q吸＝cmΔt可得，理论上水可以升高的温度
Δt＝＝＝80 ℃，
则理论上水的末温t＝t0＋Δt＝25 ℃＋80 ℃＝105 ℃；
因为一个标准大气压下水的沸点是100 ℃，所以实际上水的温度升高至100 ℃就保持不变，则水升高的温度
Δt′＝t′－t0＝100 ℃－25 ℃＝75 ℃。
22．解：(1)由v＝得，飞机航行的路程
s＝vt＝600 km/h×1 h＝600 km＝6×105 m，
发动机所做的功
W＝Fs＝1.6×105 N×6×105 m＝9.6×1010 J，
t＝1 h＝3 600 s，发动机水平推力做功的功率
P＝＝≈2.67×107 W。
(2)完全燃烧航空煤油的体积V＝5 000 L＝5 000 dm3＝5 m3，由ρ＝得，完全燃烧航空煤油的质量m＝ρ煤油V＝0.8×103 kg/m3×5 m3＝4 000 kg，航空煤油完全燃烧放出的热量Q放＝mq煤油＝ 4 000 kg×4×107 J/kg＝1.6×1011 J。
(3)发动机的热机效率η＝×100%＝×100%＝60%。
23．解：(1)由图可知，该物质在液态时，加热0.5 min，温度变化为Δt2＝t′－t0′＝10 ℃－0 ℃＝10 ℃，
该物质在固态时，加热0.5 min，温度变化为
Δt1＝t－t0＝0 ℃－(－20 ℃)＝20 ℃，
由于物质从热源吸热的功率恒定不变，则有c1mΔt1＝c2mΔt2，故该物质在液态时的比热容c2＝＝＝4.2×103 J/(kg·℃)。
(2)0.5 kg的该物质在固态时温度升高到0 ℃，0.5 min吸收的热量为
Q＝c1mΔt1＝2.1×103 J/(kg·℃)×0.5 kg×20 ℃＝2.1×104 J，
该晶体物质熔化过程所用的时间为
t时＝4.5 min－0.5 min＝4 min，
由于用加热时间来反映物质吸收的热量且从物质热源吸热的功率恒定不变，所以该晶体物质熔化过程中吸收的热量
Q′＝Q＝8×2.1×104 J＝16.8×105 J，
该物质的熔化热为
λ＝＝＝3.36×105 J/kg。