2017-2018学年苏科版九年级物理第十二章 第四节 机械能和内能的相互转化 同步测试

2017-2018学年苏科版九年级物理第十二章第四节机械能和内能的相互转化
同步测试
一、单选题（共12题；共24分）
1.汽油机是由四个冲程不断循环而工作的，图中表示做功冲程的是（）
A. B. C. D.
2.一台效率为40%的柴油机，当输出
3.44×107J有用功时，消耗的柴油质量是多少？（）（柴油的热值是
4.3×107J/kg）
A. 0.8kg
B. 2kg
C. 0.32kg
D. 2.8kg
3.四冲程汽油机在工作过程中，将机械能转化为内能的冲程（）
A.吸气冲程
B.排气冲程
C.做功冲程
D.压缩冲程
4.一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1800r/min，则该汽油机每秒种内完成的冲程数和对外做功的次数分别是（）
A. 60和15
B. 30和30
C. 15和15
D. 60和30
5.摩托车上的热机工作时提供动力的是（）
A. 吸气冲程
B. 压缩冲程
C. 做功冲程
D. 排气冲程
6.下列流程图是用来说明单缸四种程汽油机的一个工作循环及涉及到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
D. 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
7.汽车已成为现代生活中不可缺少的一部分．汽油机的四个冲程中，使汽车获得动力的是（）
A. 吸气冲程
B. 压缩冲程
C. 做功冲程
D. 排气冲程
8.在内燃机工作的过程中，四个冲程中发生内能转化为机械能的冲程是（）
A. 吸气冲程
B. 压缩冲程
C. 做功冲程
D. 排气冲程
9.近年来，我国沿海地区利用潮汐现象建成了潮流能发电站，其原理就是利用海水的流动来推动发电机工作．从能量转化的角度，潮流能发电是将（）
A. 海水的机械能转化成电能
B. 海水的化学能转化成电能
C. 电能转化成海水的势能
D. 电能转化成海水的机械能
10.小明和小华学习了燃料的热值后，他们一起设计了一个实验来探究煤油和菜籽油热值的大小关系．他们组装了如图所示的装置进行实验，为了保证实验结论的可靠性，下列措施不合理的是（）
A.两杯水的质量应相等
B.两杯水的初温应相等
C.两种燃料质量应相等
D.燃料燃烧时间应相等
11.下列有关热机效率、燃料热值、物体内能、比热容的说法中，正确的是（）
A. 热机所用燃料的热值越大，效率越高
B. 热机所用燃料的化学能转化成的内能越多，效率越高
C. 为了防止热机过热，通常用水来降温，是利用水的比热容大的特性
D. 物体的内能越大，温度越高
12.汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分，汽车多数采用汽油机作为发动机，如图是汽油机工作四个过程的示意图，按照工作循环的顺序将四个冲程进行排列，其中正确的是（）
A. 甲乙丙丁
B. 丙甲丁乙
C. 丁甲丙乙
D. 丁甲乙丙
二、填空题（共6题；共13分）
13.菲菲家的下水道堵了，爸爸用固体疏通剂进行疏通．具体操作是，先将适量的疏通剂倒入下水道，再缓慢加入清水，疏通剂与水发生化学反应生成高温高压气体，通过高温高压气体的膨胀将管道疏通．在疏通剂与水的化学反应过程中，能量的转化情况是________，高压气体疏通管道的过程相当于四冲程汽油机的________冲程．
14.热机是将内能转化成________能的机器，在四冲程内燃机工作时，这种能的转化主要是在________冲程进行的；一台内燃机运行时各种能量的损耗大致为：汽缸直接散热损失占a%，废气带走的能量占b%，摩擦等机械损耗占c%，则它的效率为________.
15.一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1800r/min，该汽油机每分钟内完成________个工作循环，对外做功________次．
16.双能源（汽油和天然气）汽车以其经济、污染小等优点倍受人们青睐。

（已知汽油的热值为3.2×107J/L、天然气的热值为7.2×107J/m3）
（1）内燃机是汽车的“心脏”，它是把内能转化为________ 能的机器；
（2）完全燃烧9L汽油放出的热量与完全燃烧________ m3的天然气放出的热量相等。

17.干木柴的热值是1.2×107 J/kg，它的物理意义是________ .
18.汽油机是热机中的一种，如图所示是汽油机的 ________冲程，此过程是将内能转化为 ________能．已知某型号汽油机效率是30%，假设在汽油机内完全燃烧2kg汽油，所放出的这些热量通过汽油机的转化可
以对外做 ________J的有用功（汽油的热值为5×107J/kg）．
三、解答题（共1题；共5分）
19.如图为某汽车发动机．
（1）试推导一次做功冲程中，气体对活塞做的功W=pV（P为气缸内气体平均压强，V为活塞移动过的体积，即为排气量）
（2）发动机的效率是汽车的经济性能指标之一，厂家提供的某汽车出厂的部分参数如下：
①测试数据，汽车在平直公路上以90km/h的速度匀速行驶，百公里耗油量为10L，发动机的输出功率为20kW；
②使用燃料，93号汽油（热值为q=4.6×107J/kg）、密度为ρ=0.8×103kg/m3．请用以上参数推算在测试条件下，该汽车发动机的效率．
四、实验探究题（共1题；共4分）
20.小明想比较不同燃料的热值．他利用图示完全相同的两套实验装置装了质量相同的酒精和碎纸片分别同时给质量和初温相同的水加热，比较相同时间内水升高的温度．
（1）小明实验方案中存在明显问题，请你帮他指出来．答：________
（2）小华针对小明方案中存在的问题，对方案的错误部分进行修改．简要写出修改后正确的实验方案．答：________
（3）为了正确完成实验，除了图示装置还需要的一个测量器材是________
（4）小华按正确方法进行实验后，发现（a）中温度计最后的示数是（b）中温度计最后示数的2倍，小华就认为酒精的热值是碎纸片的2倍的结论．这个结论是________ ．（选填“正确的”或“错误的”）
五、综合题（共2题；共9分）
21.汽车是我们熟悉的交通工具，给我们的生活提供了便利.在汽车的制造中涉及到许多物理知识：
（1）汽油机是汽车的“心脏”，汽油机的________冲程将内能转化为机械能；
（2）汽车前方的挡风玻璃是倾斜的，目的是使车内物体所成的________像（选填“实”或“虚”）位于玻璃的上方，不妨碍司机视线；
（3）有的汽车尾部设计安装了一种“气流偏导器”，它的上表面平直，底部呈弧形凸起，相当于一个倒置的翅膀（如图所示），当汽车高速行驶时，气体在流速大的地方压强较________，汽车能产生较大的抓地力.
22.图为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作．
（1）发动机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将________ 能转化为________ 能；
（2）
有一台四缸发动机，其主要技术指标如右表所示．其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（既冲程长）。

转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数。

①该发动机在1s内做功________ J，单缸排量V=________ L；
②在每个做功冲程里，发动机做功W=________ J；
（3）在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为W=pV，式中p表示燃气对活塞的压强，则
p=________ Pa。

（1L=10﹣3 m3）
答案解析部分
一、单选题
1.【答案】C
【解析】【解答】解：汽油机的做功冲程特点是火花塞打火，由图可知，C项是做功冲程；
故选C．
【分析】解决此题要知道内燃机的四个冲程有吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，判断冲程名称可用口诀：“先看气门开关情，再看活塞上下行；开下吸气开上排，关上压缩关下功”进行分析；
其中在做功冲程中，是内燃机的内能转化为机械能，在压缩冲程中是机械能转化为内能．
2.【答案】B
【解析】【解答】
∵η=
W
有用
Q
放
×100%
∴柴油机工作消耗的总能量（柴油完全燃烧放出的热量）
Q放=
W
有用
η
=
3.44×107J
40%
=8.6×107J；
=mq，
∵Q
放
∴消耗柴油的质量：
m=
Q
放
q
=
8.6×107J
4.3×107J/kg
=2kg．
故答案为：B。

【分析】先根据效率的公式求出燃料燃烧放出的热量，然后根据再根据Q放=mq 求出质量。

3.【答案】D
【解析】【解答】四冲程热机工作过程中，有两次能量转化：做功冲程中，内能转化为机械能，压缩冲程中，机械能转化为内能；故将机械能转化为内能的是压缩冲程，D符合题意，ABC不符合题意.
故答案为：D。

【分析】四冲程内燃机的压缩冲程把机械能转化为内能.
4.【答案】A
【解析】【解答】解：
四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min，则该飞轮每秒钟转30圈．因为一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，所以该汽油机每秒种内飞轮转30圈，共60个冲程，共做功15次，故A正确．故选A．
【分析】（1）汽油机的一个工作循环由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程四个冲程组成．在一个工作循环中曲轴转2圈，飞轮转2周，做功一次．
（2）1800r/min的含义：它表示热机的飞轮每分钟转1800圈．
5.【答案】C
【解析】【解答】做功冲程中将燃料燃烧产生的内能转化为机械能，为热机工作提供动力；故答案为：C. 【分析】解决此类问题一定要区分压缩冲程和做功冲程中的能量转化；在四冲程内燃机的做功冲程中，内能转化为机械能；在压缩冲程中，机械能转化为内能.
6.【答案】C
【解析】【解答】解：根据内燃机的工作过程可知，第二个冲程是压缩冲程，在此过程中活塞压缩气缸内的气体，将机械能转化为内能，气缸内的气体温度升高．
第三个冲程是做功冲程，此时燃料燃烧生成的高温高压的燃气推动活塞对外做功，将内能转化为机械能．故选C．
【分析】内燃机的一个工作循环包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，这四个冲程的顺序是一定的，不能改变．
其中的压缩冲程和做功冲程进行了两次重要的能量转化：压缩冲程是机械能转化为内能；做功冲程是内能转化为机械能．
7.【答案】C
【解析】【解答】解：四冲程内燃机包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，其中压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程将内能转化为机械能，做功冲程使汽车获得动力，故C正确．
故选C．
【分析】在内燃机的四个冲程中有两个冲程发生能量转化，一是压缩冲程中机械能转化为内能；二是做功冲程中内能转化为机械能，在此冲程汽车获得动力．
8.【答案】C
【解析】【解答】解：内燃机的四个冲程是吸气、压缩、做功、排气冲程，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；做功冲程高温高压燃气推动活塞向下运动，将内能转化为机械能．故选C．
【分析】内燃机四个冲程中的能量转化情况：吸气和排气冲程不发生能量转化，压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程将内能转化为机械能．
9.【答案】A
【解析】
【分析】海水蕴含着巨大的机械能，带动发电机工作时，将机械能转化为电能．
【解答】海水涨潮、退潮时具有很大的机械能，流动的海水推动发电机转动，把机械能转化为电能贮存起来．
故选A．
【点评】该题考查了机械能与其他形式的能之间的转化，解题的关键是搞清楚转化前后分别是什么形式的能．
10.【答案】D
【解析】【解答】水吸收热量后温度发生变化，吸热的多少及质量有关，所以还要控制两杯水的质量相等，A不符合题意；根据热传递的条件，水温与周围环境温度相差越大，越容易发生热传递，若水的初温不同，便可造成水的散热情况不同，所以实验中应控制水的初温相同，B不符合题意；由Q放=mq知道，燃料燃烧放出热量的多少与物体的质量和热值有关，所以要探究热值的大小，需使菜籽油和煤油的质量相等，C 不符合题意，D符合题意，
故答案为：D.
【分析】热值是燃料的特性，比较时，利用相同质量的不同燃料加热相同质量的水，通过水温的变化反应热值的大小.
11.【答案】C
【解析】【解答】解：A、用热值大的燃料，燃烧相同燃料可以放出更多的热量，但用来做有用功的能量不一定多，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量的比值不一定大，热机效率不一定得到提高，所以A错误；
B、热机效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出能量的比值，所以B错误；
C、水的比热容较大，与其他物质相比，相同质量、升高相同温度的情况下，吸热的热量较多，所以用水
来降温，所以C正确；
D、物体的内能与物体的质量和温度都有关系，物体的质量越大，温度越高，内能越大，所以D正确但不符合题意错误．
故选C．
【分析】（1）热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比；减少热的损失，可以提高效率；
（2）影响内能大小的因素：物体内能与温度有关，同一物体温度越高，内能越大；还与物体质量有关；（3）用水循环来降低热机的温度，主要是利用水比热容较大的特性．
12.【答案】C
【解析】【解答】解：甲图中的气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程；
乙图中的排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程；
丙图中的气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程；
丁图中的进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程；
故按照工作循环的顺序排列顺序为：丁甲丙乙．
故选C．
【分析】内燃机的四个冲程按照顺序排列有吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，判断冲程名称可用口诀：“先看气门开关情，再看活塞上下行；开下吸气开上排，关上压缩关下功”．
二、填空题
13.【答案】化学能转化为内能；做功
【解析】【解答】解：疏通剂与水发生化学反应生成高温高压气体，此时温度升高，内能增加，是化学能转化为内能；高压气体疏通管道最后通过高温高压气体的膨胀将管道疏通，该过程是内能转化为机械能，其中汽油机的做功冲程中也是将内能转化为机械能．
故答案为：化学能转化为内能；做功．
【分析】疏通剂与水发生化学反应生成高温高压气体，通过高温高压气体的膨胀将管道疏通．此时温度升高，内能增加，是化学能转化为内能；
汽油机的四个冲程中有两个冲程发生能量转化，一是压缩冲程中机械能转化为内能；二是做功冲程中内能转化为机械能．
14.【答案】机械；做功；(100-a-b-c)%
【解析】【解答】热机是将内能转化成机械能的机器，在四冲程内燃机工作时，这种能的转化主要是在做功冲程进行的；热机的效率是用来做有用功的那部分能量占总能量的比例，一台内燃机运行时各种能量的损耗大致为：汽缸直接散热损失占a%，废气带走的能量占b%，摩擦等机械损耗占c%，则它的效率为(100-a-b-c)% .
故答案为：机械；做功；(100-a-b-c)%.
【分析】四冲程热机的压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程将内能转化为机械能；热机的效率是指用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，据此分析解答.
15.【答案】900；900
【解析】【解答】解：1800r/min说明飞轮每分钟转1800r，而汽油机完成1个工作循环，完成四个冲程，飞轮转2转，对外做功1次，所以汽油机每分钟完成900个工作循环，对外做功900次．故答案为：900；900．
【分析】内燃机完成1个工作循环，四个冲程，飞轮转2转，对外做功1次．
16.【答案】机械；4
【解析】【解答】解：
（1）内燃机是将内能转化为机械能的机器；
（2）9L汽油完全燃烧放出的热量：Q放=vq汽油=9L×3.2×107J/L=2.88×108J，
因为Q放=Vq天然气，
所以需要完全燃烧天然气的体积：
V==4m3。

故答案为：（1）机械；（2）4。

【分析】（1）内燃机是利用内能做功的机器，其在工作时有四个冲程，即吸气、压缩、做功、排气四个冲程．其中压缩冲程将机械能转化为内能；做功冲程将内能转化为机械能；
（2）知道汽油体积和热值，利用燃料完全燃烧放热公式求放出的热量，再根据燃料完全燃烧放热公式求需要完全燃烧的天然气的体积。

17.【答案】1 kg干木柴完全燃烧放出的热量是1.2×107 J
【解析】【解答】1kg某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值．在解释热值的物理意义时一定要注意两个必要条件：①燃料的质量必须是1kg；②燃料必须完全燃烧．干木柴的热值是1.2×107J/kg，它的物理意义是1kg干木柴完全燃烧放出的热量是1.2×107J．
【分析】解决本题的关键是熟知热值物理意义．在解释热值的物理意义时一定要注意两个必要条件：①燃料的质量必须是1kg；②燃料必须完全燃烧．
18.【答案】做功；机械；3×107
【解析】【解答】解：
由图可知，进气门、排气门都关闭，活塞下移，是做功冲程；将燃气的内能转化为活塞的机械能；
完全燃烧2kg汽油放出的热量：
Q=mq=2kg×5×107J/kg=108J；
根据η=可知，
汽油机对外做的有用功为：W=Qη=108J×30%=3×107J．
故答案为：做功；机械；3×107．
【分析】（1）内燃机的四个冲程有吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，只有做功冲程对外输出功，将内能转化为机械能．
（2）利用热量公式Q=mq求解放出的热量；根据η=求出有用功．
三、解答题
19.【答案】解：（1）由p=可知，活塞受到的压力：F=pS；
因为在做功冲程，活塞移动的距离为L，所以燃气对活塞所做的功：W=FL=pSL；
因为发动机的单缸排量V=SL；故W=FL=pSL=pV；
（2）百公里耗油量为10L，故油的质量是：m=ρV=0.8×103kg/m3×0.01m3=8kg；
W总=Q=mq=4.6×107J∕kg×8kg=3.68×108J；
汽车运动的时间，据v=可知：
t===4000s；
做的有用功为：W有用=Pt=20×103W×4000s=8×107J；
故效率是η= ×100%= ×100%≈21.7%；
答：（1）推导过程见上面的解析；（2）据以上参数推算在测试条件下，该汽车发动机的效率是21.7%．
【解析】【分析】（1）在做功冲程里，求出了燃气对活塞的压强，知道活塞的面积，利用p=求活塞受到的压力；
又知道活塞移动的距离（冲程长），利用功的公式W=Fs求每个做功冲程燃气做功；根据V=Sh即可求出发动机的单缸排量．
（2）要解决此题需要掌握热机效率的概念：热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比．其中首先根据公式W=Pt计算出发动机做的功，即有用功；根据公式m=ρV计算出汽油的质量，然后根据公式Q=mq计算出燃料完全燃烧放出的能量，最后根据公式η=计算热机的效率．
四、实验探究题
20.【答案】（1）不应比较相同时间内水升高的温度
（2）比较燃料完全燃尽后水升高的温度
（3）天平
（4）错误
【解析】【解答】解：（1）实验应燃烧相等质量的酒精与纸，比较水升高的温度，然后比较酒精与纸的热值大小，而不是用酒精与纸对水加热，比较相同时间内水升高的温度比较酒精与纸的热值大小．
（2）由（1）可知，实验时应：比较相同质量的酒精与纸完全燃尽后水升高的温度，根据水升高的温度比较酒精与纸的热值大小．
（3）实验需要用天平测酒精、纸、水的质量．
（4）用酒精与纸对水加热时，两种燃料释放的热量不可能完全被水吸收，不能根据水升高的温度直接得出酒精的热值是纸的热值的两倍的结论．
故答案为：（1）不应比较相同时间内水升高的温度；（2）比较燃料完全燃尽后水升高的温度；（3）天平；（4）错误．
【分析】（1）比较燃料燃烧值的大小，应控制燃烧燃料的质量相等；
（2）让相同质量的燃料完全燃烧，根据水升高的温度比较热了的热值大小；
（3）实验要控制燃料的质量，需要用天平测燃料的质量；
（4）燃料释放的热量不一定全部被水吸收，不能根据水升高的温度关系确定酒精与纸的热值关系．
五、综合题
21.【答案】（1）做功
（2）虚
（3）小
【解析】【解答】（1）汽油机的做功冲程将内能转化为机械能；
（2）挡风玻璃是平面镜，根据平面镜成像规律可知，车内物体所成的是虚像；
（3）“气流偏导器”的上表面平直，底部呈弧形凸起，当汽车高速行驶时，气流偏导器下方空气流速大，压强小，汽车受到向下的压力，能产生较大的抓地力.
故答案为：（1）做功；（2）虚；（3）小.【分析】（1）汽油机的做功冲程将内能转化为机械能；（2）平面镜成正立等大的虚像，挡风玻璃相当于平面镜；
（3）流体流速大的地方压强小，汽车受到向下的压力.
22.【答案】（1）内；机械
（2）1.2×105；0.5；600；1.2×106
【解析】【解答】解：（1）在做功冲程里，高温、高压的燃气膨胀做功，将内能转化为机械能；
（2）①∵，
∴发动机在1s内做功：
W=Pt=120×103W×1s=1.2×105J，
∵四缸总排量为2.0L，
单缸排量：
V=×2.0L=0.5L，
②∵发动机在1s内做功1.2×105J，
发动机有四个缸同时工作，
∴每个缸1s内做功：
W=×1.2×105J=3×104J，
又∵转速为6000r/min，四冲程内燃机每个工作循环曲轴转两周、做功一次，
∴1s内做功50次，
每个做功冲程做功：
W′=×3×104J=600J；
（3）∵W′=pV，V=0.5L=0.5×10﹣3m3，
∴燃气对活塞的压强：。

故答案为：（1）内；机械；（2）①1.2×105；0.5；②600；（3）1.2×106。

【分析】（1）发动机在做功冲程里，高温、高压的燃气膨胀推动活塞做功，将燃气的内能转化为机械能；（2）①知道发动机的输出功率，利用功率公式计算发动机在1s内做功；知道四个缸总排量，可以求单缸排量；
②已求出发动机1s内做功多少，因为有四个缸同时工作，所以可以求出每个缸1s内做功多少，又知道转速（每分钟曲轴或飞轮所转的周数）为6000r/min，而四冲程内燃机每个工作循环曲轴转两周、做功一次，可知1min内做功3000次，得出1s内做功50次，可以求每个做功冲程里发动机做功多少；
（3）上面求出了在每个做功冲程里，燃气对活塞所做的功的大小，又知道单缸排量V，利用W=pV求燃气对活塞的压强。