12.4 机械能与内能的相互转化 同步练习（含解析） 2025-2026学年苏科版(2024)物理九年级上册

2025-2026学年苏科版(2024)物理九年级上册
12.4 机械能与内能的相互转化 同步练习
学校:___________姓名:___________班级:___________学号:___________
一、单选题
1．以下机械不属于热机的是（ ）
A．蒸汽机 B．火箭 C．洗衣机 D．汽油机
2．长征四号丙运载火箭在酒泉卫星发射中心点火升空，成功将高分三号02星送入预定轨道。火箭常使用液态氢作为燃料，主要是因为液态氢具有（ ）
A．较小的密度 B．较大的比热容
C．较大的热值 D．较低的沸点
3．如图所示，将一个空易拉罐的底部钻一个小孔，往易拉罐里喷少量酒精，然后将一个空的纸杯迅速套上，用手拿着这个“冲天炮”对着前方，用点燃的打火机靠近易拉罐底部的小孔，纸杯就会“冲天”飞出去。下列说法正确的是（ ）
A．酒精燃烧时，将化学能转化为机械能
B．纸杯飞出去的过程，相当于内燃机的排气冲程
C．纸杯飞出去时，易拉罐对纸杯做了功
D．纸杯飞出去时，易拉罐内气体的内能减小
4．下列关于热值和热机效率的说法，正确的是（ ）
A．使燃料燃烧更充分，可以增大热值
B．燃料燃烧释放的热量越多，热值越大
C．使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率
D．柴油机的热机效率通常为100%
5．如图是汽油机工作的四个冲程，其中表示压缩冲程的是（　　）
A．甲 B．乙 C．丙 D．丁
6．如图所示是四冲程汽油机的剖面图，关于其四个冲程的描述错误的是（　　）
A．吸气冲程中，汽油和空气的混合物进入汽缸
B．压缩冲程中，活塞的机械能转化为燃料混合物的内能
C．做功冲程中，具有很明显的机械能转化为内能的过程
D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量中很大部分
7．如图甲是热机的能量流向图。图乙显示的是甲、乙两热机的参数。甲、乙相比，甲的（　　）
　　
A．有用机械能较大 B．损失能量较小
C．燃料的化学能较大 D．热机效率较低
8．为实现国家关于“碳达峰”、“碳中和”目标，东风汽车集团研发了一款新型汽车。与某款汽车同样油耗和使用条件下，发动机工作时，尾气中“汽油味”明显降低，动力更强劲。如图为其发动机某一冲程示意图，下列有关说法错误的是（ ）
A．尾气中“汽油味”降低，是因为汽油在汽缸中燃烧的较完全
B．该冲程为做功冲程，机械能转化为内能
C．汽油在汽缸内完全燃烧，发动机效率可达100%
D．该发动机减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护
二、填空题
9．生活中，我们每天都在产生大量垃圾，合理分类和利用垃圾是我们面临的一个大课题。某垃圾处理厂处理垃圾时提炼出了200kg然料油供内燃机工作，若燃料油的热值为4.2×107J/kg，则这些燃料油完全燃烧后释放的内能为 ，并且内燃机做了2.1×109J的有用功，则该内燃机的效率为 。
10．某四冲程汽油机的飞轮转速为3 600 r/min,则1 s内汽油机对外做功　　　　次,经过　　　　个冲程。
11．如图所示，小明在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小团硝化棉，用力将活塞迅速下压，棉花被点燃，此过程的能量转化方式与柴油机的 冲程相同。小明参加了一次长跑，身体消耗的能量约为8.4×106J，这些能量相当于完全燃烧 m3的天然气，若天然气完全燃烧放出的热量有50%被水吸收，则在标准大气压下这些热量可将 kg20℃的水烧开。（c水＝4.2×103J/（kg ℃）；q天燃气＝4×107J/m3）
12．1kg分类后的垃圾能“榨”出0.14kg燃料油，已知0.14kg燃料油完全燃烧释放的热量为5.6×106J，则燃料油的热值为 J/kg；利用相同的加热装置对等质量的液体A和B分别进行加热时，液体受热升温关系如图所示，两种液体比热容的大小关系为 （选填“>”、“<”或“=”）。
13．如图所示，图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图，图E、是演示实验的示意图。B图是 冲程，与它原理相同的是 图所示的演示实验。
14．在寒冷的冬季最适合用艾叶水泡脚，能有效的祛虚火、寒火，小明用热效率为50%的燃气灶将2kg的水由10℃加热到60℃，水需要吸收 J的热量，该过程需要完全燃烧 m3天然气。（c水=4.2×103J/(kg·℃)，q天然气=8.4×107J/m3）
三、实验题
15．【实验目的】比较不同燃料的热值大小。
【实验器材】 如图所示，甲、乙、丙、丁四个实验装置完全相同，燃料的质量都为，烧杯内液体的质量都相同。
甲 乙 丙 丁
（1） 比较不同物质的比热容应选择______________（填装置序号）两个装置。
（2） 在“比较不同燃料的热值”的实验中，通过观察温度计________比较燃料燃烧放出热量的多少，小明和同组同学讨论后，确定选择甲、乙两个装置进行实验，原因是食用油的______比水小。
（3） 除图中所示的实验器材外，本实验还需要的测量工具有__。
【实验步骤】 小明同学利用选择好的实验器材，并组装好后进行实验，实验结果如表：
燃料 加热前的水温/ 燃料燃尽后的水温/
酒精 25 44
菜籽油 25 34
根据表格中的数据，你认为热值较大的燃料是__（填“酒精”和“菜籽油”）。
【拓展】 若根据实验数据算出了水吸收的热量，结合燃料这一数据算出燃料的热值，小华认为这样算出的热值不可靠，理由是____________________________。利用此实验方法测出的燃料热值将比真实值__（填“偏大”或“偏小”）。
16．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都相同，烧杯内的液体质量和初温也相同。
（1）比较不同燃料的热值，应选择 ______ 两图进行实验，燃料热值的大小是通过 ________ 来反映的；
（2）比较不同物质的比热容：
①应选择 ______ 两图进行实验；
②不同物质吸热的多少是通过 ______ 来反映的（选填“温度计示数”或“加热时间”）；
③关于该实验的变量控制，下列要求中不正确的是 ______
A．采用相同的加热方法
B． 使用相同的烧杯
C．烧杯中分别装入相同体积的物质
④如果质量和初始温度均相同的A、B两种液体用相同热源加热，吸热后它们的温度随时间变化的图像如图丁所示，由图可以看出， ______ 液体的温度升高得较慢， ______ 液体的比热容较大，若A的比热容是cA，若B的比热容是cB，则cA= ______cB（填数量关系）
（3）另一小组使用相同装置在一个标准大气压下对a、b、c液体进行加热直至沸腾，温度随时间变化图像如图戊，则 ______ 和 ______ 有可能是同种液体，原因是 ______ ，但二者图像也有不同之处，原因可能是 ______ 。
四、计算题
17．一辆汽车在平直公路上匀速行驶5.6 km，受到的阻力是3×103N，消耗燃油1.2 kg（假设燃油完全燃烧）。燃油的热值是4×107J/kg,求：
（1）汽车牵引力做的功。
（2）该汽车的热机效率。
18．若某型号单缸四冲程汽油机的活塞面积取S=3.0×10-3 m2,活塞冲程长度为L=0.06 m,某种工作状态下做功冲程中燃气的平均压强为p=1.0×106 Pa,活塞以n=1 500 次/min做往复运动,汽油机活塞往复运动两次,对外做功一次。
(1)汽油机在做功冲程中燃气对活塞的平均压力是多少
(2)汽油机在此工作状态下燃气每分钟对活塞做的功是多少
(3)汽油机在此工作状态下做功的平均功率是多少
(4)如果此工作状态下每分钟消耗20 g汽油,那么可放出多少热量 汽油机把内能转化为机械能的效率是多少 (百分号前保留一位小数,q汽=4.6×107 J/kg,不计摩擦)
参考答案
1．【答案】C
【详解】
热机是利用燃料燃烧释放的内能转化为机械能的机器，故蒸汽机、火箭、汽油机都利用了燃料燃烧的内能，而洗衣机消耗电能，利用电能工作，符合题意。
选C。
2．【答案】C
【详解】发射卫星的火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较高的热值，与其它燃料相比，完全燃烧相同质量的液态氢时，可以释放出更多的热量，故ABD不符合题意，C符合题意。
3．【答案】D
【详解】A．酒精燃烧时，将化学能转化为内能，故A错误；
B．纸杯飞出去的过程，燃气的内能转化为纸杯的机械能，相当于内燃机的做功冲程，故B错误；
C．纸杯飞出去时，燃气对纸杯做了功，故C错误；
D．纸杯飞出去时，燃气对纸杯做了功，易拉罐内气体的内能减小，故D正确。
4．【答案】C
【详解】AB．热值是燃料本身的属性，与燃料是否充分燃烧，燃料燃烧释放的热量的多少无关，故AB错误；
C．使燃料燃烧更充分，能减小热量损失，可以提高热机效率，故C正确；
D．任何热机在使用过程中都会有额外功，热机效率不可能为100%，故D错误。
5．【答案】A
【详解】压缩冲程活塞往上运动，进气门、排气门关闭，火花塞不点火，故BCD不符合题意，A符合题意。
6．【答案】C
【详解】A．在汽油机在吸气冲程中，进气门打开、排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入汽缸，故A正确，不符合题意；
B．在压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，则燃料混合物的内能变大，此过程是机械能转化为内能的过程，故B正确，不符合题意；
C．在做功冲程中，燃气对活塞做功，内能转化为机械能，故C错误，符合题意；
D．在排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的大部分，故D正确，不符合题意。
7．【答案】B
【详解】
A．如图所示，甲的有用机械能为2000J，乙的有用机械能为4000J，所以甲的有用机械能小，故A不符合题意；
B．如图所示，甲损失能量为500J，乙损失能量为5000J，所以甲损失能量小，故B符合题意；
C．如图所示，甲燃料的化学能为
乙燃料的化学能为
所以甲燃料的化学能较小，故C不符合题意；
D．根据题意，甲热机效率为
乙热机效率为
所以甲的热机效率较高。故D不符合题意。
故选B。
8．【答案】BC
【详解】A．尾气中“汽油味”明显降低，这说明汽油的燃烧率较高，燃烧较完全，故A正确，不符合题意；
B．如图所示，两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，为做功冲程，此冲程燃气的内能转化为活塞的机械能，故B错误，符合题意；
C．汽油在汽缸内不可能完全燃烧，且废气带走了大部分的热量，发动机效率小于100%，故C错误，符合题意；
D．尾气中“汽油味”明显降低，这说明汽油的燃烧率较高，在做相同有用功时，消耗的燃料少，减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护，故D正确，不符合题意。
9．【答案】 ； 25%
【详解】
[1][2]这些燃料油完全燃烧后释放的内能为
该内燃机的效率为
10．【答案】30　120
【详解】四冲程汽油机的飞轮转速为3 600 r/min=60 r/s,则1 s内完成30个工作循环,对外做功30次,完成30×4=120个冲程。
11．【答案】；压缩；0.21；12.5
【分析】
【详解】
[1]小明在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小团硝化棉，用力将活塞迅速下压，棉花被点燃，这是因为压缩筒内空气做功，使空气的内能增加；该实验中，活塞的机械能转化为筒内空气的内能，与内燃机的压缩冲程的能量转化方式相同。
[2]由题意知，天然气完全燃烧放出的热量等于小明长跑时身体消耗的能量，由Q放=qV，可知需要燃烧的天然气体积为
[3]由题意知，天然气完全燃烧放出的热量有50%被水吸收，则水吸收的热量为
Q吸=ηQ放=50%×8.4×106J=4.2×106J
由可得，水的质量为
12．【答案】 4×107； <
【详解】
[1]燃料油的热值
[2]如图所示：
相同时间内，吸收的热量相同，A和B的质量相等，A升高的温度较大，根据Q=cmΔt知A的比热容较小，即
＜
13．【答案】压缩；
【解析】图中，只有进气门开启，活塞下行，是吸气冲程；图中，两气门都关闭，活塞上行，是压缩冲程，此冲程将机械能转化为内能；图中，两气门都关闭，活塞下行，火花塞点火，是做功冲程，此冲程将内能转化为机械能；图中，排气门开启，活塞上行，是排气冲程。图中用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了硝化棉的着火点，硝化棉就会燃烧，是通过对物体做功来增大物体内能的，将机械能转化为内能；图中水蒸气膨胀对外做功，将塞子冲出，将内能转化为机械能。综上所述，图是压缩冲程，与它原理相同的是图所示的演示实验。
【方法点拨】判断汽油机的四个冲程，先看进气门和排气门的开闭情况，只有进气门打开的是吸气冲程，只有排气门打开的是排气冲程，进气门和排气门都关闭的是压缩冲程或做功冲程；活塞上行为压缩冲程和排气冲程；活塞下行为吸气冲程和做功冲程。
14．【答案】 4.2×105 ； 0.01
【详解】
[1]将2kg的水由10℃加热到60℃，水吸收的热量
Q吸=c水m(t t0)=4.2×103J/(kg ℃)×2kg×(60℃-10℃)=4.2×105J
[2]由可知，天然气完全燃烧需要放出的热量
由Q放=Vq可知，完全燃烧天然气的体积
15．【答案】（1） 甲、丙（或乙、丁）
（2） 示数变化；比热容
（3） 天平
【实验步骤】 酒精
【拓展】 实验中存在热量损失（合理即可）；偏小
【详解】
（1） 为了比较不同物质的比热容，需要燃烧相同的燃料，加热不同的液体，应选择甲、丙（或乙、丁）两个装置进行实验，这用到了控制变量法。
（2） 为了比较不同燃料的热值，需要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过燃料燃尽后温度计示数变化得出液体吸热多少，进而判断热值大小；小明和同组同学讨论后，确定选择甲、乙两个装置进行实验，原因是食用油的比热容比水小，在吸收的热量相同时，食用油升高的温度较多，容易观察温度计示数变化。
（3） 除图中所示的实验器材外，本实验还需要的测量工具是天平。
【实验步骤】 根据表格中的数据，被酒精加热的水升高的温度较多，由得，被酒精加热的水吸收的热量较多，则酒精燃烧释放的热量较多，消耗酒精与菜籽油的质量相同，由得，酒精热值较大。
【拓展】 由于实验中存在热量损失，水吸收的热量小于燃料完全燃烧释放的热量，而实验中将水吸收的热量当作燃料完全燃烧释放的热量，导致得到的燃料完全燃烧释放的热量偏小，而燃料的质量测量准确，由得，测出的燃料热值将比真实值偏小。
16．【答案】
甲、乙；温度计示数；甲、丙；加热时间；C；B；B；0.5；a；b；同种液体沸点相同；质量不同
【详解】
（1）比较不同燃料的热值，应选择不同的燃料加热相同的物质，即用甲乙两图进行实验；燃料完全燃烧后，放出热量越大，因此液体温度越高的一组，燃料的热值越大，燃料热值的大小是通过温度计示数来反映的；
（2） ①为了比较两种液体的比热容，需要燃烧相同的燃料，加热不同的液体，让液体的质量和温度的变化相同，通过比较加热时间，进而判断两种比热容的大小关系，应选择甲和丙两图进行实验；②不同物质吸热的多少是通过加热时间来反映的．
③A比较不同物质吸热升温的特点，应采用相同的加热放式故A正确；B根据控制变量法的要求，应使用相同的烧杯，故B正确；C比较不同物质吸热升温的特点，应控制液体质量相等，烧杯中分别装入相同质量的不同液体，故C错误；故选C．
④如果质量和初始温度均相同的A. B两种液体，采用相同燃料供热，由图丁所示可知，吸收相等的热量，B升高的温度低，由Q=cm△t可知，B液体的比热容较大．由 可知，B液体的比热熔较大，右图像可知升高到 时，A需要10min，B需要20min,故B吸收的热量是A的2倍，即B的比热熔是A的2倍，A比热熔是B的0.5倍．即cA=0.5cB.
（3）沸点与液体的种类有关，同种液体沸点相同，因为ab沸点相同，所以ab是同种物质，因为质量不同到达沸腾的时间不同．
17．【答案】（1） 1.68 × 107 J；（2）35%
【详解】解：（1）汽车匀速运动时，牵引力等于阻力为3×103N，行驶的距离为5.6km，则可得汽车牵引力做的功W=Fs=3×103N×5600m=1.68×107J
（2）消耗的燃油产生的热量为Q=mq=1.2kg×4×107J/kg=4.8×107J
所以可得该汽车的热机效率η===35%
答：（1）汽车牵引力所做的功为1.68×107J；
（2）汽车的热机效率为35% 。
18．【答案】(1)3 000 N　(2)1.35×105 J　(3)2 250 W
(4)9.2×105 J　14.7%
【详解】(1)由p=得,燃气对活塞产生的压力
F=pS=1.0×106 Pa×3.0×10-3 m2=3 000 N;
(2)活塞往复运动次数n=1 500 次/min,汽油机每分钟对外做功750次,
燃气每次膨胀对活塞做的功W=FL=3 000 N×0.06 m=180 J,
燃气每分钟对活塞做的功W'=750×180 J=1.35×105 J;
(3)汽油机做功的平均功率P===2 250 W;
(4)消耗20 g汽油放出的热量Q放=m汽q汽=20×10-3 kg×4.6×107 J/kg=9.2×105 J,
汽油机把内能转化为机械能的效率η=×100%=×100%≈14.7%。
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