第四节 机械能与内能的相互转化
1.做功是改变物体内能的另一种方式.
2.物体吸热公式是Q吸=cm(t-t0);物体放热公式是Q放=cm(t0-t).在热传递过程中,如果物
体没有和外界发生热传递,也没有对外做功,则一定有:Q吸=Q放.
3.燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比,叫作这种燃料的热值,用符号q 表示,单位是
J/kg.热值的大小只与燃料种类有关,与物体的质量无关.燃料完全燃烧放热公式为Q放=mq.
燃料燃烧过程中,燃料的化学能转化为内能.
4.热机是将燃料燃烧产生的高温高压燃气的内能转化为机械能的装置.
5.汽油机的一个工作循环由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程四个冲程组成.每个工作
循环活塞上下往复2次,曲轴转动2周,对外做功1次.
例1 如图所示实验或事例,与热机做功冲程能量转化相同的是 ( )
从滑梯上滑下,
搓手取暖
A. B. C.钻木取火 D.水蒸气将软木塞冲出
臂部会有灼热感
解析:热机做功冲程内能转化为机械能.A.由滑梯上滑下,臂部会有灼热感,机械能转化为内能,故A
不符合题意;B.搓手取暖,机械能转化为内能,故B不符合题意;C.钻木取火,机械能转化为内能,故C
不符合题意;D.水蒸气将软木塞冲出,水蒸气对外做功,内能转化为机械能,故D符合题意.故选D.
答案:D
例2 关于温度、热量、内能,以下说法正确的是 ( )
A.物体的温度越高,所含的热量越多 B.物体温度升高,一定吸收了热量
C.0℃的冰没有内能 D.物体吸收了热量,温度不一定升高
解析:A.热量是过程量,是热传递过程中内能转移的多少,不能说含有热量,故A错误;B.物体
温度升高,可能是吸收了热量,有可能是外界对物体做功,故B错误;C.任何物体都具有内能,所
以,0℃的冰也有内能;故C错误;D.物体吸收热量,温度可能升高,也可能不变,如晶体熔化和液
体沸腾时吸收热量,但温度不变,故D正确.故选D.
答案:D
91
例3 我国首次在南海成功试采出绿色能源———“可燃冰”.完全燃烧50g的“可燃冰”来加热水,
最多可以使质量为100kg,初温为20℃的水温升高到 ℃[q可燃冰=4.2×108J/kg;c水=
4.2×103J/(kg·℃)].
解析:完全燃烧50g的“可燃冰”放出热量Q放=mq可燃冰=0.05kg×4.2×108J/kg=2.1×107J,
因为Q 7吸=Q放=2.1×10J,根据Q=cmΔt得到最多可以使质量为100kg,初温为20℃的水温
Q 7吸 2.1×10J
升高到t=c m+t0=
水 4.2×103J/( · )
+20℃=70℃.
kg ℃ ×100kg
答案:70
一、选择题
1.针对下图的四幅图,下列说法不正确的是 ( )
甲 乙 丙 丁
A.甲图中易拉罐变瘪了,说明了大气压的存在
B.乙图两个表面光滑的铅块相互压紧后,能悬挂若干钩码而不分开,说明分子在不停地作无
规则运动
C.丙图中,人造地球卫星从A 点运动到B 点时将重力势能转化为动能,机械能不变
D.丁图中白雾的形成是由于水蒸气液化放热
2.下列说法不正确的是 ( )
A.热机工作时,使汽车获得动力的是压缩冲程
B.内燃机的做功冲程存在着化学能转化为内能的过程
C.电脑主机用水来冷却,是因为水的比热容较大
D.使燃料的燃烧尽量充分,可以提高热机效率
3.关于四冲程内燃机,下列说法正确的是 ( )
A.内燃机一个工作循环曲轴转两周,做功两次
B.若转速为4800r/min,则1s完成80次做功
C.进气门和排气门既不能同时关闭,也不能同时打开
D.在做功冲程中,内能转化机械能
4.如图所示,向瓶内打气,当瓶塞跳起时会看到瓶内出现“白气”,下面叙述合理的是 ( )
A.打气时,瓶内空气内能减小
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B.瓶塞跳起时,瓶内空气内能减小
C.瓶内的“白气”是水蒸气
D.打气时,瓶内空气温度降低
5.下列关于热现象的说法中,正确的是 ( )
A.沿海地区昼夜温差比内陆地区小,是因为水的比热容小
B.柴油机的效率高于汽油机是因为柴油的热值大
C.火箭用氢作燃料主要是因为氢的热值大
D.冬天搓手取暖是利用热传递来改变内能
6.在如图所示的试管内装一些水,用橡胶塞塞住管口,将水加热一段时间后观察现象,下列说法
正确的是 ( )
A.橡皮塞冲出管口时,试管口出现的白气是水蒸气
B.该实验中的能量转化与汽油机压缩冲程中的能量转化相同
C.橡皮塞冲出后,试管内水蒸气的内能减小
D.酒精燃烧时将内能转化为化学能
7.下列对有关现象的描述,正确的是 ( )
甲 乙 丙 丁
A.图甲:瓶子内的空气推动塞子做功后,瓶子内空气的内能增大
B.图乙:该冲程是汽油机的压缩冲程,将机械能转化为内能
C.图丙:三个带电小球中,若a 带正电,则c带负电
D.图丁:带负电的橡胶棒接触金属球的瞬间,金属杆中电流方向是从金属球到金属箔
8.如图,对于图中所述的物理过程,下列分析正确的是 ( )
甲 乙 丙 丁
A.图甲,瓶子内的空气推动塞子跳起时,瓶内空气的内能增大
B.图乙,试管内的水蒸气推动塞子冲出时,水蒸气的温度升高
C.图丙,汽缸内的气体推动活塞向下运动时,气体的内能增大
D.图丁,用力将活塞迅速下压,这一过程与汽油机的压缩冲程相同
93
9.如图所示,蒋老师是户外运动爱好者,他强壮威猛的身体得益于长期的锻炼.这是他在郊游做
饭时的场景,水沸腾后锅盖被顶起.下列相关描述正确的是 ( )
A.锅盖被顶起是水蒸气的机械能转化为锅盖的内能
B.木柴燃烧时化学能转化为内能,燃烧时热值增大
C.内燃机的做功冲程与锅盖被顶起的能量转化相同
D.锅盖盖上后,水的沸点不会发生变化
10.下列有关民航客机的说法正确的是 ( )
A.客机油箱中的燃油用去一半,则剩下燃油的热值变为原来的一半
B.客机加速起飞时,乘客上身会紧贴在座椅常背上,这是因为乘客具有惯性
C.客机水平匀速直线飞行时,运动状态发生改变
D.机翼设计成“上凸下平”的形状,是利用“流体流速越大压强越大”的原理获得升力
11.某单缸四冲程汽油机的转速是600r/min,则下列说法正确的是 ( )
A.1min内燃机对外做了600次功 B.1s内完成了10个工作循环
C.燃气做一次功的时间间隔是0.2s D.1s内活塞共来回20次
12.下列关于内能、热量、温度和做功的说法中正确的是 ( )
A.在汽油机的压缩冲程中,内能转化为机械能
B.物体的比热容跟物体的质量、吸收或放出的热量、温度有关
C.燃料燃烧得越充分,热机的效率越高,热机的大量使用不会造成环境污染
D.一个物体温度升高,可能是外界对物体做功
二、填空题
13.汽油机是热机的一种,它把燃料燃烧放出的 能转化为机械能.如图1所示的是汽油
机的工作状态示意图,由图1可以看出,此时它正处在 冲程.该汽油机的飞轮转速
是3600r/min,那么该汽油机每秒钟对外做功 次.若该汽油机的效率为30%,消耗100g
汽油,对外做功 J(q汽油=4.6×107J/kg).汽车发动机常用循环流动的水来帮助它散热,主
要是利用了水的 较大的特点.汽缸外面有“水套”,汽车行驶时水的温度会升高,水的内能
会 (选填“增大”“减小”或“不变”),这是利用 的方式改变水的内能的.
图1 图2
图2中是汽油机工作时的能量流向图,则其热机效率表示为η= .一般的汽油机的
效率比柴油机的效率要低一些,主要的原因是 ,火箭使用的燃料
主要是液态氢,这是利用了氢燃料 比较大的特点.
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14.同学们学习内能的利用的知识后,小明同学回家研究自家汽车发现设计和使用过程中的许
多现象都与物理知识有关,请你用学过的物理知识帮助小明同学解答下面的问题:
(1)生活中用切割机切割钢筋,切割片温度急剧上升,通过 方式增加内能,该过程将
能转换成内能,此过程与汽车四冲程汽油机的 冲程相同.汽车单缸四
冲程汽油机的飞轮转动速度是2400r/min,则此汽油机每秒对外做功 次.
(2)学校的校车在路上行驶一段时间,在此过程中消耗1kg柴油,发动机输出有用的机械功
为1.72×107J,校 车 发 动 机 的 效 率 为 %,柴 油 在 消 耗 的 过 程 中 热 值
将 .(柴油热值为4.3×107J/kg)
15.小雨和同学们积极参与文明城市创建,他们一起到街上用砂纸清除违章“小广告”,清除时,
感觉砂纸发热.砂纸的这种能量是 转化而来的,这是通过 的方式改变物体
内能的.
三、计算题
16.汽油发动机是以汽油作为燃料,将化学能最终转化成机械能的发动机.汽油机的特点是转速
高、结构简单、质量轻、造价低廉、运转平稳、使用维修方便.汽油机在汽车上,特别是小型汽
车上大量使用.市场上汽油机的热机效率普遍在35%左右,达到40%的少之又少.现在最先
进的汽油机,采用了无火花塞的 HCCI,也就是均质压燃燃烧技术,压缩比达到了18∶1,热机
效率高达50%,综合油耗仅3.3L/100km.使用现在最先进汽油机的汽车,理想情况下油耗仅为
3.3L/100km,在相同条件下使用热机效率为40%的发动机,汽车的油耗最少为多少L/100km
17.某新型汽车启动时,车速与所受阻力的关系如图所示,在某次测试中汽车以50km/h的速度
匀速行驶了0.5h.求:
(1)汽车牵引力做的功.
(2)若所用燃料的热值为4×107J/kg,测试过程中消耗5kg燃料(假设燃料完全燃烧),则放
出的总热量是多少.
(3)内燃机的效率.
95功的方式改变物体内能,属于能量的转化;对手哈 50km/h时,所受阻力为4000N,由于汽车匀速
气,是通过热传递方式改变手的内能,手会变热,属 行驶,汽车的牵引力为F=f=4000N,牵引力做
于能量的转移. 12.(1)热传递 (2)B (3)不与 功为W=Fs=4000N×2.5×104m=1×108J.
不同 (2)燃料完全燃烧放出的热量为 Q放 =mq=
第三节 物质的比热容 5kg×4×107J/kg=2×108J.
8
1.C 2.D 3.A 4.A 5.C 6.A 7.C () W 有用内燃机的效率为 1×10J3 η= W =
×
总 2×108J
8.D 9.D 10.C 11.热传递 焦耳 温度的变
化 12.比热容 1.68×10513.相 同 铝球多
100%=50%.
14.300 0.168×103J/(kg·℃) 15.100 2∶1 第四部分 新知测效
16.增大 比热容 17.夜晚海水温度高于陆地温
度. 18.因为水的比热容较大,相同质量的水和其 暑期学情测评(一)
他物质比较,降低相同的温度,水对冻鸡腿放出的热
, 1.C 2.D 3.C 4.D 5.B 6.C 7.A 8.B量多 所以冻鸡腿在自来水中比在空气中解冻快.
() 9.D 10.ABC 11.
形状 大小 12.连通 ②
19.1 天平 秒表 加热时间的长短 没有控制
() 13.
热传递 70 14.1.4×109 1.4×105 减小
水和食用油质量相同 2 B 20.(1)39 (2)乙
8
增大
甲 (3)3∶2 (4)使甲、
15.1.7×10 16.80%
乙两种液体在相同的时间
17.如图所示:
内吸收的热量相同
21.(1)水放出的热量:Q放=c水 m(t0-t)=4.2×
103J/(kg·℃)×0.1kg×(90℃-40℃)=
2.1×104J.
(2)凉牛奶置于放在室内盛有热水的敞口玻璃
杯中加热时,有热量散失到空气中,所以热水放 18.如图所示:
出的热量大于牛奶吸收的热量.
第四节 机械能与内能的相互转化
1.B 2.A 3.D 4.B 5.C 6.C 7.C
8.D 9.C 10.B 11.C 12.D 13.内 排气
19.(1)3.2 (2)变大 变小 (3)①② 20.(1)
E
30 1.38×106 比热容 增大 热传递 5× E 35.0 (4)14 (5)15 (6)AB 段水平或拉力方向1
100% 柴油机的压缩冲程中压缩程度比汽油机更 为竖直方向 21.(1)扩散 不停地做无规则运动
大 热值 14.(1)做功 机械 压缩 20 (2) (2)间隙 (3)引力 拉伸
40 不变 15.机械能 做功 22.(1)初始状态下,木块漂浮,则木块受到的浮力
16.由题意可知,在相同条件下,即获得的机械能相 F浮=G木=1.5N.
同,根据W=Q 可得 ()木块为长方体,高为 ,初始状态下水深η 动 η1Q1=η2Q2,即40%Q = 2 5cm1
,由 50%
3
50%Q2 Q =Vq可得q V = q V , 为3cm,可知V排=5V木①
;由木块漂浮可知
动 汽油 1 40% 汽油 2
50% F浮=G木,则有ρ水V排g=ρ木V木g②;由①②式 解得汽车的油耗最少为V1=40%×3.3L
/100
可得 木 块 的 密 度 3 3ρ木 = 5ρ水 = ×1.0× km=4.125L/100km. 5
103s kg/m
3=0.6×103kg/m3.
17.(1)由v= 得t s=vt=50km
/h×0.5h= (3)计时周期结束时,容器内水深h=50cm-
25km=2.5×104 m,由图像可知,汽车速度为 (5cm-3cm)=48cm,木块底部距水面3cm,
7
