12.4 机械能与内能的相互转化 分层练习（含答案） 2025-2026学年物理苏科版（2024）九年级上册

四 机械能与内能的相互转化
第1课时　机械能与内能的相互转化　热机
建议用时：25＋5分钟
认识到做功是改变物体内能的一种方式，是其他形式的能向内能的转化过程．
2. 观察、分析内能转化为机械能的实例，知道热机的工作原理．
知识点1　机械能与内能的相互转化
1. 改变物体内能的方法：做功和热传递．
(1) 做功实质：内能和其他形式的能（主要是机械能）的相互转化的过程．
(2) 热传递实质：内能的转移．
2. 做功和热传递在改变物体内能上是等效的．
例1　（2024泰兴期中）神舟飞船在返回地面过程中的一个瞬间，它像个“火球”，如图所示，是因为返回舱与大气摩擦，通过　　　　的方式，使返回舱的内能　　　　（填“增大”“减小”或“不变”），其实质是　　　　能转化为内能．
知识点2　热机
1. 定义：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．
2. 汽油机活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程．
四冲程汽油机包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程．
3. 1个工作循环4个冲程，曲轴转2周，活塞上下往复2次，做功1次．
4. 四个冲程中只有做功冲程是燃气对活塞做功，而其他三个冲程（吸气冲程、压缩冲程和排气冲程）是依靠飞轮的惯性来完成的．
5. 能量转化：压缩冲程将机械能转化为内能．做功冲程是由内能转化为机械能．
例2　（2024镇江）下列汽油机工作的四个冲程中，做功冲程是(　　)
A B C D
例3　一台单缸四冲程汽油机，在一个工作循环中将机械能转化为内能的是　　　　冲程，若飞轮的转速是2 400 r/min，则该汽油机每秒完成　　　　个冲程，对外做功　　　　次．
1 如图所示，将一根铁丝快速反复弯折数十次，铁丝弯折处会发热，表明铁丝弯折处的　　　　升高，内能增大. 说明　　　　可以改变物体的内能．
（第1题） （第2题） （第3题） （第4题）
2 如图所示是演示点火爆炸的实验装置，按动电火花发生器的按钮，点燃盒内酒精，盒盖被打出去．这是因为酒精燃烧产生的燃气对外　　　　，燃气的　　　　能转化为盒盖的　　　　能，这与四冲程汽油机的　　　　冲程的能量转化相同．如果汽油机每秒内对外做功20次，则飞轮的转速为　　　　r/min.
3 （2025徐州模拟）如图所示的是汽油机的　　　　冲程，在此冲程中，　　　　能转化为机械能，与之相邻的下一冲程，排气门处于　　　　状态．
4 （2024福建）“煮”的篆体写法如图，表示用火烧煮食物．下列实例与“煮”在改变物体内能的方式上相同的是(　　)
A. 热水暖手 B. 钻木取火 C. 搓手取暖 D. 擦燃火柴
5 在如图所示的实验或事例中，属于内能转化为机械能的是(　　)
　　　 　　　　　　
　　　　　　　
6 下列有关热和能的说法中正确的是(　　)
A. 物体内能增大，一定从外界吸收热量，温度一定升高
B. 物体吸收热量，温度一定升高，内能一定增大
C. 物体的温度升高，一定是从外界吸收热量，内能一定增大
D. 物体内能增大，不一定是从外界吸收热量，温度也不一定升高
7 冬至是我国二十四节气中一个重要的节气．在冬至这天，北方地区有吃饺子的习俗．在煮饺子的过程中，下列说法正确的是(　　)
A. 饺子的温度升高，它含有的热量变多
B. 饺子的内能是通过做功的方式改变的
C. 饺子的温度升高，它具有的内能增大
D. 锅盖被顶起与热机压缩冲程的能量转化相同
8 如图所示是单缸四冲程内燃机一个工作循环的示意图，当内燃机工作时，依靠飞轮的惯性来完成的冲程有(　　)
甲 乙 丙 丁
A. 甲、乙、丙 B. 甲、乙、丁 C. 乙、丙、丁 D. 甲、丙、丁
9 下面流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及的主要能量转化情况．关于对图中①②③④的补充，正确的是(　　)

A. ①做功冲程；②内能转化为机械能；③压缩冲程；④机械能转化为内能
B. ①压缩冲程；②内能转化为机械能；③做功冲程；④机械能转化为内能
C. ①做功冲程；②机械能转化为内能；③压缩冲程；④内能转化为机械能
D. ①压缩冲程；②机械能转化为内能；③做功冲程；④内能转化为机械能
10 如图所示是小蒜同学做的一组实验，观察实验完成填空：
(1) 如图甲所示，迅速向下挤压活塞，活塞压缩气体使气体内能　　　　，温度升高，观察到硝化棉被引燃，该过程是将机械能转化为　　　　能；该过程的能量转化情况与汽油机的　　　　冲程相同．
(2) 如图乙所示，把一个底端密闭的薄壁金属管固定在桌上，管里放一些酒精，管口用塞子塞紧，用绳子在管外绕几圈并迅速地来回拉动，一会儿看到塞子被弹起，筒口出现“白气”；塞子被弹起，原因是筒内气体膨胀对活塞做功，筒内气体内能　　　　，内能转化为　　　　能．筒口出现“白气”，是水蒸气遇冷　　　　（填物态变化）成小液滴形成的．
甲 乙
11 某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为100 cm2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50 mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.2×105 Pa，飞轮转动4 800 r/min，当汽油机满负荷工作1 min，则一个做功冲程中燃气对活塞做的功为　　　　J，该汽油机的输出功率是　　　　kW.
第2课时　热值　热效率
建议用时：25＋5分钟
1. 从能量转化的角度认识燃料的热值．
2. 通过能量的转化和转移，进一步认识效率的概念．
知识点1　燃料的热值
1. 定义：燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量（固体、液体）或体积（气体）之比．
2. 定义式：q＝（固体、液体）或q＝.
3. 单位：J/kg或J/m3.
4. 物理意义：单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量．
5. 热值是燃料的属性，与质量、体积、是否完全燃烧无关，与燃料的种类有关．不同燃料的热值一般不同．
6. 公式：Q放＝mq（固体、液体）或Q放＝Vq（气体）.
例1　关于燃料及其热值，下列说法中正确的是(　　)
A. 没有燃烧的燃料，热值等于零
B. 燃料完全燃烧时，它的热值最大
C. 燃料的热值与质量和燃烧状态无关
D. 燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多
知识点2　热效率
1. 有效利用的热量与燃料完全燃烧释放的总能量的比值，就是热效率．
2. 公式：η＝×100%＝×100%或η＝×100%＝×100%.
例2　（2023 益阳）如图所示为某种固体酒精炉，固体酒精炉比液体酒精炉使用时更安全．为了测定该固体酒精炉的热效率，在炉中放入40 g的固体酒精，当固体酒精燃烧完后，锅中1 kg的水温度从20 ℃升高到了70 ℃.已知固体酒精的热值为1.5×107 J/kg，水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃).
(1) 若固体酒精完全燃烧，则放出的热量是多少？
(2) 水吸收的热量是多少？
(3) 小明测得固体酒精炉的热效率是多大？
(4) 请写出固体酒精炉热效率不高的一个原因．
1 将质量为100 g的汽油完全燃烧一半，释放出的热量为　　　　J，剩余一半汽油的热值为　　　　J/kg.（汽油的热值为4.6×107 J/kg）
2 （2024无锡锡山模拟）运载火箭用液氢做主要燃料，是因为其热值比较
　　　　（填“大”或“小”）.燃料燃烧时，随着燃料质量的减小，热值　　　　（填“增大”“减小”或“不变”）.
3 汽油的热值是4.6×107 J/kg，它的意思是(　　)
A. 1 kg的汽油完全燃烧可放出4.6×107 J的热量
B. 1 kg的汽油完全燃烧可放出4.6×107J/kg的热量
C. 燃烧1 kg的汽油放出4.6×107 J的热量
D. 燃烧1 kg的汽油放出4.6×107 J/kg的热量
4 关于燃料的热值，下列说法正确的是(　　)
A. 由q＝ 可知，燃料燃烧放出热量越多，它的热值就越大
B. 同种燃料，燃烧时的情况不同，热值就不同
C. 容易燃烧的燃料，热值反而越小，放出的热量就少
D. 热值是燃料的一种属性，跟完全燃烧放出的热量和质量等均无关
5 如图所示，把热水壶放在煤气灶上烧水的过程中，下列说法正确的(　　)
A. 煤气的燃烧过程是内能转化为化学能
B. 煤气燃烧越充分，它的热值越大
C. 水的温度越高，水分子运动越剧烈
D. 烧水的过程是通过做功的方式改变水的内能
（第5题） （第6题）　 （第7题）
6 甲、乙两种燃料完全燃烧时的Q-m图像如图所示，则甲、乙两种燃料的热值q关系是(　　)
A. q甲＞q乙 B. q甲＜q乙
C. q甲＝q乙 D. 条件不足，无法判断
7 “可燃冰”是由天然气与水在高压、低温条件下形成的类冰状的结晶物质．如图所示，燃烧 1 m3可燃冰释放出的能量与燃烧164 m3天然气释放的能量相当，由此可判断“可燃冰”(　　)
A. 具有较大的热量 B. 具有很高的热值
C. 只有燃烧时才有内能 D. 未点燃时只具有化学能
8 两种燃料的热值之比为2∶1，质量之比为1∶4，则这两种燃料完全燃烧放出的热量之比为(　　)
A. 1∶2 B. 2∶1 C. 8∶1 D. 4∶1
9 （2023 铜陵铜官期末）小明学习燃料的热值之后，自己设计一个实验来探究酒精和碎纸片的热值大小，实验装置如图所示．
甲 乙
燃料 加热前的水温t0/℃ 燃料燃尽后的水温t/℃
酒精 15 35
碎纸片 15 25
(1) 为保证实验结论的可靠，以及方便比较，小明在实验中应让　　　　　　　　、两烧杯中水的质量、以及两个烧杯保持相同．
(2) 实验数据记录如表所示，根据表中数据可以判断：酒精的热值q酒精　　　　（填“大于”或“小于”）碎纸片的热值q纸片．
(3) 小明进一步开展实验，测出所燃烧酒精的质量m酒精、烧杯中水的质量m水，查得水的比热容c水，将数据代入公式m酒精q酒精＝c水m水(t－t0)计算得到的酒精的热值q酒精，所得测量值与实际值相比会　　　　（填“偏大”或“偏小”），你认为出现这样情况的主要原因是：_________________________________________
_____________________________________________________________________.
10 小明学习了燃料的热值后，很想知道家中使用的天然气的热值是多少．于是，他在家里将装有2 kg水的水壶放到天然气灶上去烧，用温度计测量水从20 ℃加热至80 ℃的过程中，观察到天然气表的数字变化了0.035 m3.他通过上网查阅得知天然气灶的效率约为36%，已知水的比热容c水＝4.2×103 J/(kg·℃).
(1) 在这个过程中水吸收了多少热量？
(2) 请你帮小明算出天然气的热值．
11 近年来，我国部分省份开始推广使用乙醇汽油，乙醇汽油是由10%体积的乙醇与90%体积的汽油混合而成，已知乙醇的热值为2.4×107 J/L，汽油的热值为3.3×107 J/L.设混合后总体积不变，则乙醇汽油的热值为　　　　J/L.
四、 机械能与内能的相互转化
第1课时　机械能与内能的相互转化　热机
【基础过关】
例1　做功　增大　机械　例2　C
例3　压缩　80　20
【能力提优】
1. 温度　做功　2. 做功　内　机械　做功　2 400　3. 做功　内　打开　4. A　5. C　
6. D　7. C　8. B 9. D　
10. (1) 增加　内　压缩　(2) 减小　机械　液化
【思维拓展】
11. 460　18.4
第2课时　热值　热效率
【基础过关】
例1　C
例2　(1) 固体酒精完全燃烧放出的热量
Q放＝m酒精q酒精＝40×10-3 kg×1.5×107 J/kg＝6×105 J.
(2) 水吸收的热量
Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×
(70 ℃－20 ℃)＝2.1×105 J.
(3) 固体酒精炉的热效率
η＝×100%＝×100%＝35%.
(4) 固体酒精不能完全燃烧，而且加热过程中有热量的损失，使得固体酒精炉热效率不高．
【能力提优】
1. 2.3×106　4.6×107　2. 大　不变　3. A　4. D　5. C　6. A　7. B　8. A
9. (1) 酒精和碎纸质量相同　(2) 大于　(3) 偏小　有热量的损失(燃料不能完全燃烧)
10. (1) 在这个过程中水吸收的热量Q吸＝c水m水(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(80 ℃－20 ℃)＝5.04×105 J.
(2) 天然气完全燃烧放出的热量
Q放＝＝＝1.4×106 J，
天然气的热值
q天然气＝＝＝4×107 J/m3.
【思维拓展】
11. 3.21×107