苏科版九年级物理上册 第十二章 机械内能和功 讲义练习（含答案）

课 题 第十二章 机械内能和功
一、基本物理量 1、机械能和内能： 概念影响大小的因素单位动能由于运动而具有的能质量、速度J势能弹性势能发生弹性形变的物体具有的能弹性形变量J重力势能物体由于被举高而具有的能质量、高度J机械能动能和势能动能、势能J内能物体内所有分子动能和分子势能的总和叫作分子的内能温度、质量、体积、状态J机械能和内能的区别机械能是宏观的能量，和物体整体的运动速度与是否受力有关；内能是物体内部分子的能量，是微观的能量，和物体的整体无关；机械能和内能是不同形式的能，它们之间可以互相转化。
2、比热容、热值、热量 概念单位符号计算特点比热容温度升高时，吸收的热量与它的质量和升高温度的乘积之比J/（kg·℃） 比热容是物质本身的一种性质，同种物质在同一状态下的比热容与其质量、吸收（或放出）热量的多少及温度的改变无关。热值燃料完全燃烧放出的热量与燃料质量之比叫作燃料的热值J/kg或J/m3 热值是物质本身的一种性质，它的大小与物质的质量和是否完全燃烧没有关系热量物体在热传递过程中转移的能量J 热量是一个过程量，在热传递过程中吸收或放出多少热量，不能说物体具有热量。
注： 1、热传递可以改变物体的内能，热传递能量从高温物体传递到低温物体，低温物体内能增加，高温物体内能减少。实质上热传递是内能在不同的物质内部转移的过程。 2、一切物体都有内能，同一个物体，它的温度越高，内能越大。 3、由于水的比热容较大，一定质量的水吸收（或放出）较多的热量而自身的温度却改变不多，这一点有利于调节气候。夏天，太阳晒到海面上，海水的温度升高过程中吸收大量的热，所以人们住在海边并不觉得特别热；冬天，气温低了，海水由于温度降低而放出大量的热，使沿海气温降得不是太低，所以住在海边的人又不觉得特别冷。 二、能量的转化 1、动能和势能的转化： （1）重力势能转化为动能：球摆从A点向下摆动的过程中，它的速度越来越大，动能也逐渐增大，重力势能逐渐减小。球摆到达最低的时，它的动能最大、重力势能最小。 （2）动能转化为重力势能：摆球又向的另一侧运动。随着摆球向上摆动，它的速度越来越小，动能逐渐减小，高度越来越大，重力势能逐渐增大。当摆球到达最高处B点时，它的动能为零，重力势能最大。 2、机械能与内能的转化——做功： （1）反复弯折的铁丝，温度升高，内能增大，机械能转化为内能。 （2）迅速将空气压缩引火仪的活塞下压，看到棉花燃烧，活塞的机械能转化为空气的内能，空气温度升高导致棉花燃烧。 注： 1、动能、重力势能、弹性势能是可以相互转化的。 2、做功也可以改变物体的内能，做功改变物体的内能是能量的转化，将其他形式的能（机械能）转化为内能，热传递改变物体内能的实质是内能的转移。做功和热传递在改变内能上是等效的。 三、热机 1、热机： （1）工作原理：将燃料燃烧产生的高温高压的燃气的内能转化为机械能的装置。 （2）种类：蒸汽机、内燃机、喷气发动机等。 2、汽油机： （1）一个工程：汽油机工作时，活塞在气缸里往复运动，活塞从气缸的一端运动到另一端叫做一个冲程。 （2）一个工作循环：常见的汽油机要能正常工作，必须连续完成吸气、压缩、做功、排气四个冲程，且不断循环进行。?如图所示：? （3）汽油机四个冲程的工作情况和能量转化表： 　　 冲程活塞运动情况进气门排气门混合气体能量转变吸气上→下开关由进气门进入气缸?压缩下→上关关被压缩升温、压强增大机械能→内能做功上→下关关火花点燃内能→机械能排气下→下关开排出气缸?
注： 1、汽油机的一个工作循环，曲轴转动两圈，活塞往复两次，对外做功一次。只有做功冲程内能转化为机械能，其他冲程是在飞轮的惯性下完成的。 2、汽油机和柴油机的异同点? 不同点相同点项目汽油机柴油机（1）构造基本相同都是燃料在气缸内燃烧，都是内燃机。

（2）都将内能转化为机械能。
（3）每一个工作循环都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。
（4）排气冲程排出废气相同。构造气缸顶部有火花塞气缸顶部有喷油嘴点火方式压缩冲程末由火花塞放出电火花点燃，称点燃式压缩冲程末由喷油嘴向气缸内喷雾状柴油遇到高温高压的空气自动点燃，称压燃式燃料汽油吸气冲程吸进汽油和空气混合物柴油吸气冲程吸进气缸的只是空气压缩比压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1／9至1／6压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1／22至1／16做功做功冲程初燃气压强为30至50个大气压，温度?至?，高温高压的气体推动活塞做功做功冲程初燃气压强为50至100个大气压，温度至，高温高压的气体推动活塞做功效率效率较低20％至30％效率较高30％至45％用途轻便，多用于汽车、飞机、小型农机具笨重，多用于拖拉机、载重汽车、轮船等重型机械
【典型例题】 例1.神舟七号”载人飞船在震天的轰鸣中腾空而起，飞向太空，完成任务后于次日凌晨准确降落在内蒙古中部预定地区．返回舱进入大气层一段时间后，由于受空气阻力做匀速运动，返回舱匀速下降过程中（　　） A．重力势能减小，动能增加，内能增加 B．机械能减少，动能不变，内能增加 C．重力势能减小，动能增加，内能不变 D．机械能不变，动能不变，内能增加 【答案】B 【解析】（1）返回舱匀速下降过程中，返回舱的质量不变，高度变小，重力势能变小；返回舱匀速下降过程中，返回舱的质量不变，速度不变，动能不变，因此机械能减小；（2）返回舱匀速下降过程中，克服摩擦做功，物体的内能变大；故选B。 例2.许多同学都很喜欢设计和参加“多米诺骨牌效应”活动（按一定距离拌列的骨牌，碰倒第一块骨牌后，其它所有骨牌会依次倒下），其中的物理原理是：骨牌倒下时， 转化为 ，这部分能量就转移给下一张骨牌，下一张骨牌倒下时具有的能量更大，骨牌被推倒的速度越来越快。（选填“动能”或“重力势能”） 【答案】重力势能；动能 例3.下列说法中正确的是（ ）
A.物体的温度越高，它的内能越大 B.温度为0℃时，物体仍具有内能
C.物体的内能等于物体的分子动能 D.分子的无规则运动与温度无关 【答案】B 【解析】物体的内能是物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能总和，组成物体的分子在永不停息地无规则运动，当温度为零时，分子的无规则运动仍然存在，所以分子动能总是存在的，物体的内能不可能为零。对于内能和温度的关系，由于温度不是决定内能大小的惟一因素，所以我们描述温度和内能的关系时，只能讲一个物体的温度升高，内能将会增加，因此，本题的答案为B。 例4.下列关于内能、热量、温度说法正确的是（　　） A．物体温度越低，所含的热量越多 B．物体吸收热量，它的温度一定会升高 C．物体温度升高，它的内能一定增加 D．物体内能减少，它一定放出热量 【答案】C 例5.中国南海海底探明有大量的“可燃冰”，同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的 很大；以10倍的关系粗略计算，1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量可以使 kg的水从20℃加热至60℃。[q煤气=4.2×107J/kg，水的比热容c=4.2×103J/（kg?℃）] 【答案】热值；2500 【解析】（1）在同等条件下，包含质量相同，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的热值很大； （2）1kg煤气完全燃烧放出的热量：Q放=mq煤气=1kg×4.2×l07J/kg=4.2×l07J， 1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量：Q放′=Q放×10=4.2×l07J×10=4.2×l08J； 由题知，Q吸=Q放′=4.2×l08J， ∵Q吸=cm△t， ∴水的质量：。 例6.为了比较酒精和碎纸片的热值，如图所示，两同规格的烧杯中装有质量相等的水，取质量 （“相等”或“不相等”）的酒精和碎纸片分别放入两个燃烧皿中，点燃它们分别给烧杯加热，直到酒精和碎纸片完全燃烧通过比较 ，从而确定酒精和碎纸片的热值大小关系。 【答案】相等；温度计的示数大小 【解析】（1）实验时为了控制变量，应用天平分别测出等质量的酒精和碎纸屑，将其放入装置中的燃烧皿内；（2）因燃料的热值不能直接测量，但燃料燃烧放出的热量可以被水吸收，从而使水温发生变化；所以可以通过温度计示数的变化（水升高的温度）来比较燃料热值的大小关系。 例7.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 【答案】D 【解析】比热容是物质本身的一种特性，其大小是由物质决定的，与是否吸热、放热、温度、质量等因素无关。
例8.由，关于同一种物质的比热容c，下列说法正确的是（　　） A.若吸收的热量增大一倍，则比热容增大一倍 B.若质量增大一倍，则比热容减至一半 C.若加热前后的温度差增大一倍，则比热容增大一倍 D.无论质量多大，比热容都一样 【答案】D 例9.柴油机工作时，如果在1s内完成10个工作循环，那么1s内柴油机的曲轴转动的周数和对外做功的次数是（　　） A．10周10次 B．20周20次 C．20周10次 D．10周20次 【答案】C 【解析】柴油机工作时，如果在1s内完成10个工作循环，那么1s内柴油机的曲轴转动的周数是20周，对外做功的次数是10次。故选C。 例10.一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速是2400r/min，柴油机每秒内完成 个工作循环，做功 次，活塞往复运动 次。 【答案】20；20；40 例11.原来温度相同的甲、乙两块铁，已知m甲=3m乙，对它们分别加热，使它们吸收相等的热量，当它们接触时（　　） A．温度从乙传给甲 B．热量由甲传给乙 C．热量由乙传给甲 D．甲、乙之间不发生热传递 【答案】C 【解析】已知m甲=3m乙，比热容、初温都相等，Q吸相同，则由Q吸=cm△t知，△t甲=△t乙，即甲的末温低，故选C。 例12.某同学在做“比较不同物质的吸热能力”的实验时，使用相同的电加热器给水和煤油加热，得到的实验数据如下表： 物质次数质量m/kg升高的温度△t/℃加热时间t/min水10.110220.2104煤油30.110140.2102
（1）实验中，记录加热时间的目的是： 。 （2）分析第1、2次或第3、4次实验数据，可以得出的初步结论是：同种物质升高相同温度时，吸收热量的多少与物质的质量有关；分析第1、3次或第2、4次实验数据，可以得出的初步结论是：升高相同的温度时 吸收的热量不同。
（3）如果加热相同的时间，质量相同的水和煤油， 温度升高的多。 【答案】（1）比较物体吸收的热量的多少；（2）质量相同的不同种物质；（3）煤油 【解析】（1）电加热器完全相同，说明相同时间提供的热量相同。记录加热时间的目的是：比较物体吸收的热量的多少；（2）分析第1、3次或第2、4次实验数据，可以得出的初步结论是：升高相同的温度时，质量相同的不同物质吸收的热量不同；（3）水的比热大于煤油，在质量、热量相同时，由公式比较知，煤油温度升高的更多。 【复习训练】 一、选择题 1、跳伞运动员在空中匀速下落的过程中（　　） A．动能减小，势能不变，机械能不变 B．动能不变，势能减小，机械能减小 C．动能减小，势能增大，机械能不变 D．动能不变，势能增大，机械能减小 2、如图所示，小明从滑梯上下滑，在这一过程中，他的（ ） A．动能转化为重力势能 B．重力势能全部转化为动能 C．机械能保持不变 D．机械能一定减少 3、下列事例没有利用水的比热容大的是（　　） 　 4、把一瓶酒精倒去一半，则剩下的酒精( )
　　A．比热容和热值均变为原来的一半 　　　　　　B． 比热容变为原来的一半，热值不变
　　C．热值变为原来的一半，比热容不变　　 　　　D．比热容和热值均不变
5、如图表示四冲程内燃机工作时各冲程的示意图，它们正确的排列顺序为（　　） A．甲、乙、丙、丁 B．丁、丙、乙、甲 C．甲、丙、乙、丁 D．甲、丁、乙、丙 6、热机在工作过程时，能量的转化过程是（　　） A．内能→化学能→机械能 B．化学能→内能→机械能 C．化学能→机械能→内能 D．化学能→机械能→化学能 7、关于下列现象的说法，不正确的是 ( ) A．两冰块相互摩擦，冰块熔化但温度不变，说明它的内能没变 B．气球爆炸，气球内气体的温度降低，内能减小 C．压缩气体时气体的温度升高，机械能转化成了内能 D．用太阳灶烧水，水的温度升高，属于通过热传递改变了水的内能 8、有关热量与热值的说法中，正确的是（　　） A．燃料燃烧，会放出热量，这是化学能转化为内能的过程 B．1kg汽油燃烧放出的热量比1kg酒精放热更多，说明汽油含有的热量比酒精多 C．酒精的热值是3×107J/Kg，说明1kg酒精所含的热量是3×107J D．燃料燃烧放出的热量越多，它的热值越大 9、关于内能和热量，下列说法正确的是（　　） A．物体吸收热量，温度一定升高 B．物体运动的越快，物体的内能越大 C．同一物体的温度越高，内能越大 D．温度越高的物体，所含的热量越多 10、给一定质量的水加热，其温度与时间的关系如图中a图线所示。若其他条件不变，仅将水的质量增加，则温度与时间的关系图线正确的是( ) A．a B．b C．c D．d 二、填空题 11、随着我国经济的发展，城市的建筑越建越高，但如果不注意建筑上的物体（例如放在阳台上的花盆），就会有“高空抛物砸伤人”的危险。在物体落下的过程中，它具有的________能转化成________能，而且高度越高，物体落到地面时做功本领就越________（选填“大”或“小”），所以危险性也越大。 12、宁夏“沙湖”是闻名全国的五A级旅游胜地。当你在烈日当空的“沙湖”游玩时，你会发现岸上的沙子热得烫脚，而湖水却是凉凉的。这是因为________。已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，而沙子的比热容为0.92×103 J/(kg·℃)，则相同质量的沙子和水吸收相同的热量所升高的温度之比为________。 13、给电烫壶通电，电烫壶温度升高，这是通过________的方式改变烫壶的内能的；而手感觉到热，则是通过________的方式改变手的内能的；从实质上讲，前者是能的________，后者是能的________。 14、有经验的司机都知道，开快车是很危险的：一是反应慢，二是急刹车不容易停下。你注意过没有，当汽车紧急刹车，刹车片和轮胎都变热，汽车的轮胎甚至会冒烟，产生这种现象的原因是汽车的机械能转化为________能，这一过程是通过________实现的，但能量的总量________。 15、美食给人生活带来了变化，夏天人们一边品尝“油焖大虾”，一边喝着免费啤酒，十分惬意。一个热气腾腾的“油焖大虾”放入口中，舌尖上除了感觉到美味外，舌尖的温度也升高了，舌尖的内能增大，这是通过 改变了舌尖的内能．当打开易拉罐拉环时，会听到“嘭”的一声，这一过程是 能转化为 能。 16、莫斯科时间2013年2月15日早晨，一块陨石划过天空在俄罗斯里雅宾斯克州上空爆炸，导致大片区域内降下火球，这是陨石在穿越大气层时通过 的方式改变了内能；在陨石下落过程中它的机械能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 三、简答题 17、图甲是表示在生活中往往用热水来取暖，图乙表示在生活中又往往用冷水来降温，在这两种不同的应用中都选择了水，请根据所学的热学知识加以说明，并探究在实际生活中还有哪些方面也利用了水的这个特点。 四、实验与计算题 18、为了比较水和食用油的吸热能力，某实验小组选取的器材有：两个相同规格的酒精灯、两个相同规格的烧杯、两支相同规格的温度计、两个铁架台、火柴。请问： （1）还需要的器材是：____________________________ （2）对水和食用油的选取，需满足的条件是：_______________________________________ （3）怎样确定水和食用油是否吸收了相同的热量：_____________________________________ 19、为了测定铅的比热容，把质量为200g的铅块加热到98℃，再投入到80g的12℃的水中，混合后水的温度为18℃。若不计热损失，求： （1）水吸收的热量。 （2）铅的比热容。 20、某太阳能热水器水箱中装有100kg的水，阳光照射一段时间后，水温从20℃升高到40℃，水的比热容是4.2×103J/（kg?℃）。试求： （1）这段时间水吸收的热量是多少？ （2）焦炭的热值是3.0×107J/kg，这些水吸收的热量相当于完全燃烧多少千克焦炭放出的热量？ （3）该热水器加热水的效率为40%，这段时间内热水器接收到的太阳能是多少？ 【答案与解析】 一、选择题 1、【答案】B 【解析】跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，质量不变，匀速下落，所以动能不变；下落高度减小，重力势能减小，因此机械能减小，故选B。 2、【答案】D 【解析】小明下滑的过程中，摩擦力做功，部分机械能转化为热能，机械能减小。 3、【答案】B 【解析】A、由于水的比热容大，相同质量的水和其他物质比较，降低相同的温度，水放出的热量多，所以热水袋用水来取暖，故和水的比热容有关，不符合题意；B、夏天中午洒水车洒水降温，即是利用水蒸发吸热降温的，故与水的比热容无关，故符合题意；C、因为水的比热容大，相同质量的水和其他物质比较，降低相同的温度，水放出的热量多，所以晚上向秧苗田里放水，水可以放出更多的热量以防冻坏秧苗，故与水的比热容有关，故不符合题意；D、城市建造人工湖来调节气温，即由于水的比热容最大，相同质量的水和其它物质比较，吸收相同的热量，水温度上升的慢，故与水的比热容有关，不符合题意。
4、【答案】D 5、【答案】D 【解析】由甲图可知，进气门打开，活塞下行，所以是吸气冲程，故排除B；由丙图可知，排气门打开，活塞上行，是排气冲程，排在四个冲程的后面，所以排除A、C。 6、【答案】B 【解析】热机工作时需要燃料，即通过燃料燃烧将化学能转化为内能，而后通过内能做功，即将内能转化为机械能。故选B。 7、【答案】A 【解析】冰相互摩擦做功，可以增加冰的内能，使冰熔化，但由于晶体熔化时温度不变，故尽管冰的内能增大，但温度没变。 8、【答案】A 【解析】燃料燃烧，会放出热量，这是化学能转化为内能的过程，正确；1kg汽油燃烧放出的热量不一定比1kg酒精放热更多，没有说明是不是完全燃烧；热量是热传递过程中内能的变化量，不能说汽油含有的热量多少，故B错误；酒精的热值是3×107J/kg，说明1kg酒精完全燃烧所放出的热量是3×107J，故C错误；1kg某种燃料完全燃烧放出的热量越多，它的热值越大，题中没有说明是否完全燃烧，故D错误。 9、【答案】C 【解析】物体吸收热量，内能一定增大，温度可能升高，也可能不变。A选项错误；物体的内能跟物体的质量、状态、温度有关，跟物体的运动速度没有关系。B选项错误。同一物体的质量和状态一定时，温度越高，内能越大。C选项正确。温度越高的物体没有和其它物体发生热传递，也没有热量的吸收和放出，不能谈热量。D选项错误。 10、【答案】C 【解析】根据可知，比热容相同的物质，质量大的吸收的热量多．假设水前后都从起始温度升高到，即升高相同的温度，a、b、c、d四条曲线在温度时，对应的加热时间、、、有：．若水的质量增加了，则吸收的热量要多些，也就是加热时间要长些，因此只有c、d才有可能，又因为水的沸点没有改变，故d不合题意，正确的曲线应是c。 二、填空题 11、【答案】重力势；动；大 【解析】物体从高空落下的过程中，高度越来越小，所以重力势能越来越小，速度越来越快，所以动能越来越大，所以物体落下的过程中重力势能转化为动能；物体高度越高，具有的重力势能越大，物体落到地面时做功本领就越大；故答案为：重力势；动；大。 12、【答案】水的比热容比沙子大；105:23 【解析】水和沙子同样吸热，但水的比热容比较大，所以升高的温度小，因而温度较低一些。根据可知，在质量与热量相同的条件下，c与△t成反比，故升高的温度之比为4.2×103 J/(kg·℃)＝0.92×103 J/(kg·℃)＝105:23。 13、【答案】做功；热传递；转化；转移 【解析】给电烫壶通电是电对它做功，也是做功的一种方式。 14、【答案】内；做功；不变 【解析】汽车刹车时要克服摩擦做功，汽车的机械能减少，转化成内能，使轮胎的内能增加、温度升高。 15、【答案】热传递；内；机械 【解析】一个热气腾腾的“油焖大虾”放入口中，除舌尖上感觉到美味外，舌尖的温度也升高了，舌尖的内能增大，是通过热传递方式改变了舌尖的内能。当打开易拉罐拉环时，会听到“嘭”的一声，这时易拉罐内的气体膨胀对外做功，内能转化为机械能。 16、【答案】做功；减小 【解析】陨石在穿越大气层时摩擦燃烧，克服摩擦力做功，机械能转化成内能，是做功的方式增加了陨石的内能，其机械能是减小的。 三、简答题 17、【答案】图甲是表示在生活中往往用热水来取暖，图乙表示在生活中又往往用冷水来降温，在这两种不同的应用中都选择了水，这是因为水的比热容大，在降低相同温度水放出热量多，在吸收相同热量温度升高慢，故用热水来取暖，用冷水来降温。冬季晚上向稻田里放水，以防冻坏秧苗，以及海陆风的形成等等，这都是利用水的比热容大的特性。 【解析】水的比热容大，故其吸（放）热本领越大，所以汽车的发动机常用水来冷却，暖气片中常用水作为热的载体，冬季晚上向稻田里放水，以防冻坏秧苗．这都是利用水的比热容大的特性。 四、计算题 18、【答案】（1）天平；（2）质量相同；（3）加热时间相同 【解析】要比较水和食用油的吸热能力，应采用控制变量法。由公式Q=cm△t可知，要判断水和食用油的吸热能力，可保持水和食用油的质量相同、升高的温度相同，比较加热的时间的长短；或保持水和食用油的质量相同、加热时间相同，使其吸收相同的热量，比较升高的温度。因此题中还需要用天平测质量，使水和食用油的质量相同。 19、【答案与解析】 （1）水的初温；末温；质量，比热容，所以； （2），，所以。
20、【答案与解析】 （1）水的初温；末温；质量，比热容，所以； （2），根据，则； （3）根据可得，这段时间热水器接收到的太阳能。