第十章 机械能、内能及其转化
一、机械能
知能演练提升
ZHINENG YANLIAN TISHENG
/能力提升/
1.在军事演习中,空军派出一架飞机向目标区投放炸弹,假如飞机执行空投任务时飞行高度不变,那么飞机在投弹后重力势能( )
A.变大
B.变小
C.不变
D.条件不足,无法判断
2.A、B两辆汽车,在同一平直公路上行驶,A的速度是72 km/h,B的速度是20 m/s,则它们动能的大小关系是( )
A.A大
B.B大
C.一样大
D.条件不足,无法判断
3.关于能的概念,下列说法正确的是( )
A.一个苹果放在茶几上,它没有做功,所以不具有能
B.百米赛跑中的运动员,跑得快的一定比跑得慢的动能大
C.甲、乙两个物体,甲对外做了5 J的功,乙对外做了20 J的功,则甲原来具有的能量少
D.一个物体能做功,则它一定具有能
/
4.(2017·浙江杭州)如图所示,木块沿斜面从顶端匀速下滑的过程中,木块的( )
A.重力势能减小,动能增大
B.重力势能减小,机械能减小
C.动能不变,机械能不变
D.重力势能不变,机械能减小
5.如图所示,直升机悬停在空中。下列对直升机能量的分析,正确的是( )
/
A.直升机具有重力势能
B.直升机的动能不断转化为重力势能
C.直升机的重力势能不断转化为动能
D.直升机的机械能在不断增大
6.
/
荡秋千是一种常见的娱乐休闲活动,也是我国民族运动会上的一个比赛项目。小玉同学荡秋千时的情景如图所示,在从后侧最高点荡到前侧最高点的过程中,小玉的( )
A.动能一直增大,重力势能一直减小
B.动能一直减小,重力势能一直增大
C.动能先减小后增大,重力势能先增大后减小
D.动能先增大后减小,重力势能先减小后增大
7.
/
如图所示,忽略空气阻力,由空中A处释放的小球经过B、C两位置时具有相同的( )
A.速度 B.动能
C.机械能 D.重力势能
8.把篮球抛向空中,忽略空气阻力,图中哪一图像能正确反映球离手后至落到地面前机械能(E)与篮球离地高度(h)的关系( )
/
9.下图是运动员在铅球比赛中的场景。铅球离手后,在空中飞行过程中动能Ek随时间t变化的曲线最接近的图像是( )
/
/
10.唐诗中有“黄河远上白云间”“不尽长江滚滚来”的诗句,诗句生动、形象地反映了这两条大河蕴藏了大量的 能。?
11.人造卫星沿椭圆轨道绕地球运行,当它由近地点向远地点运行时,卫星的动能 (选填“增大”“减小”或“不变”),卫星的势能 (选填“增大”“减小”或“不变”)。?
12.下图是竖直向上抛出的小球上升过程中每隔相等的时间曝光一次所得的照片。从图中可以判断:小球在a、b位置间的平均速度 (选填“大于”“小于”或“等于”)在c、d位置间的平均速度;在上升过程中,小球的重力势能 (选填“逐渐增大”“逐渐减小”或“不变”)。?
/
/探究创新/
13.小伟猜想动能的大小可能与物体质量和运动速度有关,于是设计了如图所示的实验,让小球沿同一光滑斜面向下运动,与放在水平面上的纸盒相碰,纸盒在水平面上移动一段距离后静止。
/
(1)图甲是控制两球的 相等,探究的是动能与 的关系,得出的结论是 。?
(2)图乙中让不同质量的两个小球从同一高度滚下的目的是两球到达水平面时,具有相同的 。选用图乙探究的是动能与 的关系,得出的结论是 。?
参考答案
1.B 物体重力势能的大小跟物体的质量和高度有关,物体被举得越高,质量越大,重力势能越大。看一个物体的重力势能是否变化,就要同时看质量和高度怎样变化。投弹后,高度不变,而飞机质量减小,所以飞机的重力势能减小。
2.D 一切运动着的物体都有动能,物体动能的大小跟它们的质量和速度有关,在比较物体动能大小时,既要知道它们的质量关系,也要知道它们的速度关系。题中只给出它们的速度关系,未给出质量关系,显然比较它们动能大小的条件不充分,所以无法比较它们的动能大小。
3.D 放在茶几上的苹果虽然没有做功,但一旦落下是可以做功的,所以苹果具有能,选项A错误;运动员跑得快,但他的质量可能小,而动能的大小与速度、质量都有关,选项B错误;物体具有能的多少不能用做功多少来衡量,做功多只能说明能量改变得多,选项C错误;故只有D正确。
4.B 木块在匀速下滑的过程中,速度不变,动能不变;高度减小,重力势能减小;木块在匀速下滑过程中,受到摩擦力的作用,木块要克服摩擦力做功,机械能减小。
5.A 直升机悬停在空中,有质量,有高度,所以具有重力势能,故A正确;直升机悬停在空中,质量不变,高度不变,速度不变,即动能和重力势能都不变,机械能不变,故B、C、D错误。
6.D 7.C
8.A 若忽略空气阻力,篮球在空中运动过程中的机械能守恒,故正确的选项为A。
9.A 铅球离手后在空中飞行过程中,高度先增大后减小。在前半段高度增大的过程中,铅球的动能转化为它的重力势能,动能逐渐减小;在后半段高度减小的过程中,铅球的重力势能逐渐转化为动能,动能逐渐增大。故A图像符合题意。
10.解析: “黄河远上白云间”是说黄河有较大落差,即具有重力势能;“不尽长江滚滚来”是说长江水是运动的,即具有动能。
答案: 机械
11.解析: 当人造卫星由近地点向远地点运行时,其运行速度减小,故动能减小;卫星的高度在增大,故重力势能在增大;人造卫星由近地点向远地点运行时,动能转化为重力势能。
答案: 减小 增大
12.解析: 由题图可知,相同时间内,小球在a、b位置间移动的距离大于在c、d位置间移动的距离,所以小球在a、b位置间的平均速度大于在c、d位置间的平均速度;在上升过程中,小球的高度逐渐增大,重力势能逐渐增大。
答案: 大于 逐渐增大
13.解析: (1)由题图甲可知,控制两球的质量相等,而两球所处高度不同,两球到达斜面底端时的速度不同,故探究的是动能与速度的关系。质量相同时,小球从斜面上较高的高度滚下时,小球到达斜面底端的速度大,纸盒被撞击后运动的距离远,说明速度大的小球其动能大。由此得出结论:当质量一定时,物体的速度越大,动能越大。
(2)选用题图乙时,从斜面的同一高度滚下,让小球到达斜面底端的速度相同。图乙中两球的质量不同,故选用图乙探究的是动能与质量的关系。高度相同时,小球到达斜面底端时的速度相同,质量大的小球撞击纸盒后,纸盒运动的距离远,说明质量大的小球其动能大。由此得出结论:速度相同时,物体的质量越大,动能越大。
答案: (1)质量 速度 质量相等时,物体的速度越大,动能越大 (2)速度 质量 速度相同时,物体的质量越大,动能越大
二、内 能
知能演练提升
ZHINENG YANLIAN TISHENG
/能力提升/
1.关于物体的内能,下列说法不正确的是( )
A.炽热的铁水有内能
B.抛在空中的篮球具有内能
C.只把物体的温度升高时,其内能增加
D.水结成冰后,就不再有内能
2.寒冷的冬季夜晚,许多人喜欢用热水将脚泡一泡再入睡。在此过程中,脚的内能变化情况是( )
A.减小 B.不变
C.增大 D.无法确定
3.分别在冷水和热水中同时注入一滴墨水,5 s后的现象如图所示,该现象说明( )
/
A.只有热水的分子在做热运动
B.热水有内能,冷水没有内能
C.温度越高,分子运动越剧烈
D.扩散只能在液体中发生,不能在气体、固体中发生
4.某老师在引导学生理解固体、液体和气体的微观结构时,带领同学们做游戏,用人群的状态类比物体的状态。如图所示甲、乙、丙三种情景分别对应的是0( )
/
A.固态、液态、气态 B.气态、固态、液态
C.液态、气态、固态 D.固态、气态、液态
5.下列生活情景中,通过做功来改变物体内能的是0( )
A.金属汤勺放在热汤中,温度升高
B.冬季人们常用热水袋取暖
C.食品放在冰箱中,温度降低
D.铁丝被反复弯折,弯折处发热
/
6.(2017·江苏宿迁)如图所示,在空气压缩引火仪的玻璃筒底部,放入一小团干燥的棉花,用力将活塞迅速下压,玻璃筒内的空气温度升高,空气的内能 (选填“增加”或“减少”),空气的内能是通过 方式改变的;筒内的棉花由于温度升高到着火点而燃烧,棉花的内能是通过 方式改变的。?
7.人站在如图所示的风车下能让风车转动,其原理是人体可以加热周围空气,热空气密度变小上升,导致风车转动。
/
(1)人体加热周围空气,导致风车转动,其实质是内能转化为 。?
(2)若风车正下方站的人越多,则风车转动越 。?
8.
/
右图是我国选手在冬运会女子冰壶比赛中的一个场景。比赛时两名队员在冰壶前方“刷冰”,通过 的方式改变冰的内能,使表面的冰 (填物态变化名称)成薄薄的一层水,这样就能够减小冰壶与冰面之间的 ,使冰壶按照运动员预计的速度大小和方向运动。?
9.如图所示,导弹上升过程中,重力势能将 (选填“增大”“减小”或“不变”),因与空气摩擦而生热,其内能将 (选填“增大”“减小”或“不变”),这是用 方式改变其内能的。?
/
10.下图为活塞式打气筒。在用此打气筒为自行车轮胎打气的过程中,会发现气筒的上部筒壁只是略有发热,而气筒的下部筒壁,特别是底部附近筒壁的温度较高,甚至烫手。对于筒壁发热现象,有两个方面的原因:a.打气时活塞压缩气体做功使气体的内能增加,升温的气体通过热传递使筒壁温度升高;b.打气过程中活塞与筒壁之间不断地摩擦生热使筒壁的内能增加、温度升高。但这两个使筒壁发热的原因中有一个是主要原因。根据上述筒壁发热现象的描述:
/
(1)你猜想 (选填“a”或“b”)是主要原因。?
(2)你猜想的依据是?
?
。?
/探究创新/
11.内能
内能是指物体内部包含的总能量,包括分子的动能(即分子无规则热运动的动能)、分子的势能(即分子间相互作用的能)、分子内的能量、原子内的能量、原子核内的能量等。在热学中,由于在热运动中上述后三项能量不发生变化,所以内能一般指前两项。由于分子的动能跟温度有关,分子的势能跟分子间的距离有关,所以物体的内能跟温度、体积都有关系。
请回答下列问题:
(1)慢慢压缩针筒里的气体,气体内能中哪部分发生变化?
(2)加热针筒里的气体,气体内能中哪部分发生变化?
(3)金属块在受热膨胀时,金属块内能中哪部分发生变化?
参考答案
1.D 2.C
3.C 物质的分子都在不停息地做无规则运动,并不是只有热水的分子在做热运动,选项A错误;任何物体都有内能,选项B错误;物体的温度越高,分子热运动就越剧烈,选项C正确;扩散不仅在液体中发生,在气体和固体中也能发生,选项D错误。
4.B 固体分子排列紧密有规律,类似题图乙;液体分子没有固定位置,分子间距离比固体大,运动自由,类似题图丙;而气体分子极度散乱,间距很大,类似题图甲。
5.D 金属汤勺放在热汤中温度升高、利用热水袋取暖、食品放置在冰箱中温度降低,均是利用热传递来改变物体的内能;反复弯折铁丝,弯折处发热是通过做功来改变物体的内能。
6.解析: 迅速向下压活塞,活塞会压缩空气做功,机械能转化为内能,使空气的内能增加,温度升高,这是通过做功的方式增大空气内能的;当温度达到棉花的燃点时,棉花就会燃烧,这是通过热传递的方式增加棉花的内能的。
答案: 增加 做功 热传递
7.解析: (1)人体加热周围空气,使空气的内能增加,导致风车转动,即风车得到了机械能,因此该过程将内能转化为了机械能。
(2)若风车正下方站的人越多,则空气增加的内能越多,风车得到的机械能越多,风车转动就越快。
答案: (1)机械能 (2)快
8.解析: “刷冰”的过程中,刷与冰快速摩擦生热,冰的内能增加,温度升高,使冰面上冰层熔化为水,减小了冰壶与冰面的摩擦,刷冰时做功越多,冰层熔化越多,越光滑,冰壶运动得越远,因此可以通过刷冰的快慢来调节冰壶的运动速度和路径。
答案: 做功 熔化 摩擦
9.解析: 导弹在上升过程中,高度在增大,所以重力势能增大,与空气摩擦生热,导弹的内能增大,这是通过做功的方式来改变物体内能的。
答案: 增大 增大 做功
10.解析: 打气筒的上部筒壁主要是靠摩擦生热,下部筒壁特别是底部附近筒壁发热既有摩擦生热,又有压缩气体做功使气体的内能增加、温度升高,再通过热传递使筒壁温度升高。由于打气筒的上部筒壁只是略有发热,而打气筒的下部筒壁,特别是底部附近筒壁的温度较高,甚至烫手。所以筒壁发热的主要原因是a。
答案: (1)a (2)打气筒的上部筒壁只是略有发热,而打气筒的下部筒壁,特别是底部附近筒壁的温度较高,甚至烫手
11.解析: (1)慢慢压缩针筒里的气体,气体的体积变小,分子间的距离变小,故分子的势能要发生变化;(2)加热针筒里的气体,气体的温度升高,分子的动能发生变化;(3)金属块在受热膨胀时,温度和体积都发生了变化,故分子的动能和分子的势能都要发生变化。
答案: (1)分子的势能 (2)分子的动能 (3)分子的动能和分子的势能
三、探究——物质的比热容
知能演练提升
ZHINENG YANLIAN TISHENG
/能力提升/
1.关于比热容,下列说法正确的是( )
A.物体的比热容跟物体吸收或放出的热量有关
B.物体的比热容跟物体的温度有关
C.物体的质量越大,它的比热容越大
D.物体的比热容与温度、质量都没有关系
2.下列说法正确的是( )
A.温度高的物体比温度低的物体含有的热量多
B.温度从高温物体向低温物体传递
C.热量从高温物体向低温物体传递
D.热量从热量多的物体向热量少的物体传递
3.炎热的夏天,小明赤着脚在烈日当空的小河边游玩时发现:岸上的石头热得烫脚,而河水却比较凉。其主要原因是( )
A.水吸收的热量少,因此河水比岸上石头的温度低
B.水的比热容比石头的大,在受到太阳同样照射的情况下,水升高的温度少
C.石头的吸热能力强,因此石头升温快
D.这是小明的错觉造成的,实际上岸上石头与水的温度相同
4.(多选)用相同的酒精灯分别对a、b两液体加热(如图甲),根据测得数据分别描绘出这两液体的温度随加热时间变化的图像(如图乙)。在相同的时间内两液体吸收的热量相等,不计液体热量散失,分别用ma、mb、ca、cb表示a、b两液体的质量和比热容,则结合图中信息作出的下列推断正确的是( )
/
A.若ma=mb,则ca>cb
B.若ma=mb,则caC.若ca=cb,则maD.若ca=cb,则ma>mb
5.
/
质量相同的甲、乙两种物质从固态开始加热,它们在相同时间内吸收的热量相等,加热时间都为6分钟,它们的温度随时间变化的图像如图所示。下列说法正确的是( )
A.甲在3~6 min内是液态
B.甲是晶体,乙是非晶体
C.在4~6 min内,甲的内能保持不变
D.在固态时,甲的比热容小于乙的比热容
6.(2017·四川自贡)关于物质的比热容,下列说法正确的是( )
A.比热容是物质的一种属性,只和物质的种类有关
B.同种物质质量越大比热容就越大
C.因为水的比热容较大,所以比较适合作冷却剂
D.物质的状态发生变化时其比热容一般不变
7.
/
有一种节能锅,如图所示,它由内锅和外锅组成,内锅底部固定有一个用特殊材料制成的物块,烹饪食物时,先把内锅置于火上加热,待内锅的水沸腾、物块被烧红时关闭火源,立即把内锅放在外锅里封闭,烧红的物块继续给内锅加热,直到食物被煮熟。要放出更多的热量,此物块应该具有质量 、比热容 的特点。?
8.中央气象台每天都会发布全国主要城市的天气预报,表中列出的是某日同纬度沿海某城市和内陆某城市的气象情况。请根据两座城市的气温变化情况判断,甲是 ,你作出判断的依据是?
?
。?
城市甲
晴
22~30 ℃
城市乙
晴
19~37 ℃
9.(2017·四川德阳)质量和初温相同的甲、乙两种液体,经同一加热器加热相同的时间后甲的温度高于乙的温度,则甲液体的比热容 (选填“大于”“等于”或“小于”)乙液体的比热容。如果乙液体的质量为1 kg,初温为20 ℃,加热一段时间后温度升高到50 ℃,吸收的热量为1.26×105 J,则乙液体的比热容为 J/(kg·℃)。?
10.上海世博园采用了一种不用电,而是用水来调节温度的江水源空调。江水源空调系统用水泵抽取黄浦江的水,利用江水与世博园室内空气的温差实现制冷制热,从而达到冬暖夏凉的效果。
(1)用江水来调节温度主要是利用了水的哪一种特性?
(2)从热传递的角度解释江水源空调为什么能达到冬暖夏凉的效果?
/探究创新/
11.一太阳能热水器内装有100 kg、25 ℃的水,经过一天的照射后,温度升高了50 ℃,已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),则水升温吸收的热量为 J。?
12.同学们做“比较水和沙子的吸热能力”实验的场景如图所示,他们说该实验有两种探究方法。
(1)实验方法一的设计如图所示:
/
①在实验中,加热相同的时间的目的是 。?
②请你指出该同学的设计思路和实验装置中的错误和不足。
(2)请你设计出第二种实验方法:
①写出该实验方法所需要的其他测量仪器?
。?
②请写出设计思路。
参考答案
知能演练·提升
1.D
2.C 热量是热传递过程中内能的变化量,从高温物体向低温物体传递,故选C。
3.B 因为水的比热容比石头的大,相同质量的水和石头比较,吸收相同的热量(都在太阳照射下),水的温度升高得少,故河水是凉的,而石头的温度升高得多,热得烫脚。
4.BC 由题图乙可知,在相同时间内,Δta>Δtb,Qa=Qb,即camaΔta=cbmbΔtb,若ma=mb,则ca5.D 甲、乙两种物质从固态开始加热,在t=3 min时,继续加热,但甲的温度保持不变,说明甲是晶体,在 3~6 min内甲是固液共存态,故A错误;在0~6 min内,乙的温度持续升高,有两种可能,一是乙是非晶体,二是乙是晶体,但t=6 min时乙的温度还未达到熔点,故B错误;在4~6 min内,甲吸收热量,内能增加,故C错误;由于两种物质在相同时间内吸收的热量相同,在 0~1 min时间里甲升高的温度为Δt1=10 ℃,乙升高的温度为Δt2<10 ℃,当吸收的热量和质量都相同时,Δt越大比热容c就越小,所以甲的比热容小于乙的比热容,故D正确。
6.C 比热容与物质的种类、状态有关,故A错误;比热容是物质的一种特性,和物体质量的大小没有关系,故B错误;水的比热容最大,和其他物质比较,降低相同温度吸收热量多,所以汽车散热器常用水作为冷却剂,故C正确;比热容与物质的种类、状态有关,种类不同,状态不同,比热容一般不同,故D错误。
7.解析: 从题意可知,物块的作用是吸收热量后,温度升高,再慢慢降温,放出的热量供给内锅来加热食物,根据公式Q=cmΔt可知,在物块温度变化相同时,其质量越大,比热容越大,给内锅加热时,放出的热量就越多。
答案: 大 大
8.解析: 沿海城市周围的水较多,内陆城市主要是砂石,而水的比热容要比砂石的大得多,因为纬度相等,所以在吸热或放热大致相等的情况下,沿海城市要比内陆城市温度变化范围小。因此,由表中数据可知,城市甲温度变化范围小,为沿海城市;城市乙温度变化范围大,为内陆城市。
答案: 沿海城市 海水的比热容较大,会使沿海城市的昼夜温差小于内陆城市的昼夜温差
9.解析: 由题可知,同一加热器加热时间相同时,即两种液体吸收的热量相同,甲的温度升高得快;根据Q吸=cmΔt可知,在质量相等、初温相同、吸热也相同的情况下,比热容小的物质升温快;所以,甲的比热容小,乙的比热容大;由Q吸=cm(t-t0)得,乙液体的比热容c=
??
吸
??(??-
??
0
)
=
1.26×1
0
5
J
1kg×(50℃-20 ℃)
=4.2×103 J/(kg·℃)。
答案: 小于 4.2×103
10.答案: (1)用江水调节温度主要是利用了水的比热容大的特性。
(2)冬天时江水的温度高于世博园室内空气的温度,江水把热量传递给空气,使气温升高;夏天时江水的温度低于世博园室内空气的温度,空气把热量传递给江水,则其温度降低。由于水的比热容大,在吸收或放出相同的热量时,温度的变化小,从而达到冬暖夏凉的效果。
11.解析: c=4.2×103 J/(kg·℃),m=100 kg,Δt=50 ℃
水吸收的热量为Q吸=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×50 ℃=2.1×107 J
答案: 2.1×107
12.解析: 物体吸收热量的多少与物体的质量、温度变化和物质的种类等多方面因素有关,所以在探究过程中要用到控制变量法,如在实验中要探究物体吸收热量与物质种类的关系时,需要控制物质的质量相同、温度变化相同等,所以在实验中必须有测量质量、时间和温度的工具。
答案: (1)①使水和沙子吸收相等的热量 ②错误是没有控制水和沙子质量相等、初温相同;不足是没有测量水和沙子温度的仪器。
(2)①天平、温度计、停表 ②在两个相同的金属盒内,加入质量相同、初温相同的水和沙子,用同一盏酒精灯加热,使其升高相同的温度,比较加热时间,就能比较它们的吸热能力。
四、热机 五、火箭
知能演练提升
ZHINENG YANLIAN TISHENG
/能力提升/
1.下列说法正确的是( )
A.内燃机是利用电能做功的机械
B.内燃机在做功冲程把内能转化为机械能
C.内燃机在压缩冲程把内能转化为机械能
D.随着技术的进步,内燃机的效率能达到100%
2.(2017·浙江杭州)如图,汽油机处于工作过程中的某个冲程,对此冲程,下列叙述正确的是( )
/
A.压缩冲程,机械能转化为内能
B.压缩冲程,内能转化为机械能
C.做功冲程,机械能转化为内能
D.做功冲程,内能转化为机械能
3.金属制成的汽缸内装有柴油和空气的混合物,有可能使汽缸内柴油达到燃点的过程是( )
A.迅速向里推活塞的过程
B.迅速向外拉活塞的过程
C.缓慢向里推活塞的过程
D.缓慢向外拉活塞的过程
4.当手扶拖拉机出现故障而转速急剧增加(这种故障叫飞车)时,正常操作已经无法使它停转,下列应急措施可行的是( )
A.捂住进气口
B.立即找一个隔热的东西捂住排气口
C.脚踏刹车板,同时手拉制动器
D.让它空转,等油全部耗完自动停下
5.一台四冲程内燃机转速为600转/分,则( )
A.每分钟内做功100次,共有400个冲程
B.每分钟内做功200次,共有200个冲程
C.每秒内做功20次,共有10个冲程
D.每秒内做功5次,共有20个冲程
6.下图为四冲程汽油机汽缸的工作示意图,按吸气、压缩、做功、排气的顺序排列,正确的是( )
/
A.乙甲丙丁 B.甲丁乙丙
C.丙乙甲丁 D.丙丁甲乙
7.制作流程图是一种很好的处理信息的方法。流程图不仅能够帮助我们理解某组物理事件是按照怎样的顺序发生的,还能将某些阶段或步骤中所涉及的物理概念或物理原理同步呈现出来。
(1)下面流程图用来说明利用干冰进行人工降雨时,涉及的主要物态变化以及伴随的吸放热情况,请将其补充完整。
干冰升华(吸收热量)?
水蒸气凝华( )热量?
冰晶熔化( )热量
(2)请仿照上题制作一个流程图,说明汽油机的一个工作循环及涉及的主要能量转化情况。
8.一千多年前,我国就发明了如图所示的玩具——走马灯,它的工作原理和近代的燃气轮机相同。如果点燃走马灯内的蜡烛,燃烧产生的高温气体将 (选填“向上运动”“向下运动”或“绕蜡烛旋转”),运动的热空气便推动纸风车和固定在转轴上的纸鱼转动。走马灯工作时将内能转化为 能。?
/
/探究创新/
9.根据你对火箭发射升空这一过程的了解,写出与此过程相关的两个不同的热学知识。
/
(1)?
。?
(2)?
。?
参考答案
知能演练·提升
1.B 内燃机是利用内能来做功的机器,故A错误;做功冲程是高温高压燃气推动活塞向下运动,将内能转化为机械能,故B正确;压缩冲程活塞向上运动,压缩气体对气体做功,将机械能转化为内能,故C错误;内燃机在工作时,废气会带走一部分热量,燃料不可能完全燃烧,克服部件之间的摩擦会消耗能量等,所以热机的效率不可能达到100%,故D错误。
2.A 进气门和排气门都是关闭的,活塞上行,可以判断是压缩冲程,在压缩冲程中机械能转化为内能,故A正确,B、C、D错误。
3.A 要使汽缸里的柴油达到燃点,须对它做功,应迅速向里推活塞,增加其内能;若推得缓慢,由于热传递的原因,汽缸内的温度不足以达到柴油燃点,故选A。
4.A 柴油机是把内能转化为机械能的机器,内能是柴油燃烧转化来的,若不给柴油机提供空气,就能阻止柴油燃烧。
5.D 四冲程内燃机工作时,活塞在汽缸内往复运动2次,完成一个工作循环,做一次功,曲轴转动两圈。600转/分的四冲程内燃机相当于每分完成300个工作循环,做功300次,共有1 200个冲程,通过计算可知,每秒完成5个工作循环,做5次功,共有20个冲程。
6.C 汽油机的工作原理
/
所以选C。
7.解析: 利用干冰进行人工降雨的过程是抛洒在冷空气层中的干冰升华,吸收大量的热,使周围冷空气层的温度急剧降低,这时冷空气中的水蒸气遇冷放热而凝华为小冰晶,小冰晶逐渐变大而下落,在下落过程中,遇到暖气流吸热熔化成小水珠而形成雨。而汽油机的一个工作循环依次经历四个冲程,即吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程;在压缩冲程中,活塞压缩汽缸内的气体做功,消耗飞轮的机械能,转化为汽缸内气体的内能;在做功冲程中,高温高压的燃气对活塞做功,燃气的内能转化为活塞的机械能。
答案: (1)放出 吸收
(2)吸气冲程?压缩冲程(机械能→内能)?做功冲程(内能→机械能)?排气冲程
8.解析: 燃烧产生的高温气体密度小,受到的空气浮力大于它自身的重力,所以上浮。热空气推动纸风车和固定在转轴上的纸鱼转动而对外做功,把热空气的内能转化为纸风车和纸鱼的机械能。
答案: 向上运动 机械
9.解析: 本题为开放题,关键要对火箭升空的过程有一个清楚的了解,再结合学过的热学知识来思考,答案不是唯一的。
答案: (1)火箭上升过程中,燃气内能转化为火箭的机械能
(2)火箭头部的特殊物质在高温下熔化并汽化吸热,使火箭头部温度不至于太高
(3)火箭在大气层中高速飞行,摩擦生热
(4)发射架底部产生大量白气,涉及汽化和液化现象(回答合理即可)
六、燃料的利用和环境保护
知能演练提升
ZHINENG YANLIAN TISHENG
/能力提升/
1.甲柴油机的效率比乙柴油机的效率低,这表明( )
A.甲的功率比乙小
B.甲做的功比乙少
C.甲消耗的柴油比乙多
D.甲柴油机中燃气的内能转化成机械能的百分比比乙小
2.关于燃料的热值,以下说法正确的是( )
A.燃料的热值与燃料的种类有关系,与燃料的质量和燃烧状况无关
B.燃烧1 kg某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值
C.燃料燃烧时,质量越大,热值越大
D.燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小
3.下图为内燃机的能流图,则内燃机的效率可表示为0( )
/
A.η=
??
1
+
??
2
+
??
3
+
??
4
??
B.η=
??
2
??
C.η=
??
1
+
??
3
+
??
4
??
D.η=
??
1
??
4.有经验的机械师,不用任何仪器,只要靠近柴油机排气管口闻一下,将手伸到排气管口附近感觉一下尾气的温度,就能初步判断这台柴油机的节能效果。在同样负荷的情况下,关于柴油机的节能效果,下列判断正确的是( )
A.尾气的温度越高,柴油机越节能
B.尾气的温度越低,柴油机越节能
C.尾气的柴油味越浓,柴油机越节能
D.尾气的颜色越发黑,柴油机越节能
5.下面是某同学“物理学习笔记”中的摘录,其中错误的是( )
A.燃料的热值与燃料的质量没有关系
B.温度越高的物体含有的热量越多
C.做功和热传递在改变物体的内能上是等效的
D.分子间相互作用的引力和斥力是同时存在的
6.“低碳”是指较低的温室气体(二氧化碳为主)排放。核电站在运行过程中无温室气体排放,不会造成空气污染。核电站是利用 能来发电的,现每年需要50 t的核燃料。而同等规模的火电站每年需要6×106 t的煤炭。6×106 t的煤炭完全燃烧放出的热量是 J(煤炭的热值为 2.9×107 J/kg)。?
/探究创新/
7.目前,乙醇汽油作为汽车的燃料在我国已经普遍使用,它是由粮食及各种植物纤维加工成的燃料乙醇,与汽油按一定比例混配形成的。乙醇汽油作为一种新型清洁燃料,可以有效改善油品的性能和质量,降低了一氧化碳、碳氢化合物等主要污染物的排放,是目前世界上可再生能源的发展重点。
(1)根据题目提供的信息,说明用乙醇汽油的好处(要求写出两条)。
(2)乙醇汽油与汽油相比,谁的热值高呢?请你设计一个实验来比较它们的热值,要求写出实验方法(实验所需的器材,如安全燃烧汽油的装置等,都可以由实验室提供)。
8.用锅炉将200 kg的水从25 ℃加热到100 ℃,燃烧了 6 kg 的无烟煤〔水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),无烟煤的热值是3.4×107 J/kg〕。
(1)锅炉内200 kg的水吸收的热量是多少?
(2)6 kg无烟煤完全燃烧放出的热量是多少?
(3)此锅炉的效率是多少?
参考答案
知能演练·提升
1.D 此题考查对热机效率的理解。甲柴油机的效率比乙低,根据热机效率的定义可知,是用来做有用功的那部分能量,即转化为机械能的那部分能量占燃料完全燃烧所放出的能量(即内能)的百分比小,所以D项对。热机的效率不是功率,所以A项不对。B项说的不明确且缺少条件,故B不对。C项也缺少条件,所以也不对。
2.A 燃料的热值是燃料本身的一种性质,与燃料是否燃烧、是否完全燃烧、燃料的质量等无关,只与燃料的种类有关,故A正确,C、D错误;热值的定义是1 kg某种燃料完全燃烧时放出的热量,故B错误。
3.B 热机的效率是指热机用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。由能流图可以看出,有用机械能为E2(即用来做有用功的那部分能量),而燃料完全燃烧放出的能量则是燃气内能E,因此选项B正确,选项A、C、D错误。
4.B 柴油机的节能效果可以从几个方面进行考虑。如看柴油是否充分燃烧,燃烧越充分,排出尾气的柴油味越轻,尾气的颜色越淡;还可以看内能转化为机械能的效率,在同样负荷的情况下,尾气温度越低,说明转化为机械能的内能越多,效率越高。
5.B 热量是热传递过程中的能量,是一个过程量,只发生在热传递的过程中,不能用“含有”来表述。
6.解析: 核电站是利用核能转化为电能来发电的,煤炭完全燃烧放出的热量为Q=mq=6×109 kg×2.9×107 J/kg=1.74×1017 J。
答案: 核 1.74×1017
7.解析: (1)乙醇汽油中的燃料乙醇是可再生能源,可从这一方面回答,也可以从环境保护的角度考虑。(2)可采用控制变量法,用相同质量的乙醇汽油和汽油完全燃烧,通过它们放出热量的多少来比较。
答案: (1)①乙醇汽油中的燃料乙醇是可再生能源,可以节约不可再生能源;②乙醇汽油是清洁能源,可以有效改善油品的性能和质量,降低一氧化碳、碳氢化合物等主要污染物的排放。
(2)实验方法:①取相同的两只烧杯分别装入质量和初温都相等的水;②取相等质量的乙醇汽油和普通汽油(适量)分别倒入能安全燃烧的装置中,点燃并给两只烧杯分别加热;③待乙醇汽油与普通汽油完全燃烧后(水不沸腾),用温度计分别测出两烧杯中水此时的温度;④温度高的烧杯内的水吸收的热量多,说明给其加热的燃料的热值大。
8.解析: (1)水吸收的热量Q1=cm(t2-t1)=4.2×103 J/(kg·℃)×200 kg×(100 ℃-25 ℃)=6.3×107 J。
(2)无烟煤完全燃烧放出的热量
Q2=mq=6 kg×3.4×107 J/kg
=2.04×108 J。
(3)此锅炉的效率η=
??
1
??
2
=30.9%。
答案: (1)6.3×107 J
(2)2.04×108 J
(3)30.9%
