九年级物理 第12章 第4节 机械能与内能的相互转化 江苏科技版VIP

初三物理第初三物理第 1212 章章 第第 4 4 节节 机械能与内能的相互转化江苏科技版机械能与内能的相互转化江苏科技版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 机械能与内能的相互转化 二 教学重点 难点 1 做功改变物体的内能 机械能和内能的相互转化 2 热机及其种类和工作原理 3 热值的概念 单位 计算公式及简单的热值计算 三 主要知识点 1 做功改变物体的内能 对物体做多少功就有多少能转化为内能 物体对外做功 内能 减少 做了多少功 内能就减少多少 2 热机 是将燃料燃烧所产生的高温高压的燃气的内能转变为机械能的装置 A 汽油机 a 构造 b 工作过程 一个工作循环包括 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 能的转化情况 吸气冲程 没有能的转化 压缩冲程使机械能转化为内能 使混合气 的温度升高的是做功冲程 内能转化成机械能对外做功的是排气冲程 3 燃料的热值 A 物理意义 表示燃料燃烧时放热本领的物理量 每种燃料都有自己的热值 B 定义 1kg 某种燃料完全燃烧时放出的热量 叫做这种燃料的热值 用符号 q 表示 C 单位 J kg 如酒精的热值是 3 0 107J kg 表示质量为 1kg 的酒精完全燃烧时所放 出的热量是 3 0 107J D 计算公式 Q放 qm 典型例题典型例题 例例 1 在下列过程中 由于做功而使物体内能增加的是 A 把铁丝反复弯曲 弯曲处变热 B 用酒精灯对烧杯中的水加热 C 把钢球放入炉火中烧一段时间 D 烧开水时 蒸气将壶盖顶起 分析 分析 本题考查做功和物体内能变化的关系 要点和分析如下 1 要求物体的内能 增加 选项 D 为蒸气对壶盖做功后 内能减少 不符合题意 2 增加物体内能的方法必须是对物体 做功 选项 B C 使用的方法均为热传递 不合 要求 解答 解答 正确选项是 A 说明说明 改变物体的内能的两种方式 做功和热传递 在进行相关的判断时 一要看是 否有力 二要看该力是否做功 还要看是否发生了热传递 例例 2 用比热是 0 13 103焦 千克 的铅与比热是 0 22 103焦 千克 的锡混合成 比热为 0 18 103焦 千克 的混合金属 铅与锡的质量配合之比为 分析 分析 本题考查求解混合物比热的能力 根据定义 比热这一特性只有在 物体吸收或放出热量 发生温度变化 的过程中才 能表现出来 本题的困难在于并不存在上述过程 解决这一问题的方法为 虚拟两个过程 设铅和锡的质量分别为 m铅和 m锡 比热分别为 c铅和 c锡 混合后的比热为 c混 第一个过程两者温度各自升高 t 吸热分别为 Q铅和 Q锡 第二个过程成为混合金属 后 温度仍然升高 t 共吸热 Q总 根据能量守恒 有 Q铅 Q锡 Q总 两边展开 c铅m铅 t c锡m锡 t c混 m铅 m锡 t 带入数据后 解得 m铅 m锡 4 5 解答 解答 4 5 小结 小结 本题所采用的方法 虚拟过程 法 能够轻松地打开许多 死结 堪称物 理学解题的一项 独门绝技 值得下气力去学习 掌握 例例 3 在四冲程内燃机工作的一个工作循环中 存在着机械能转化为内能的过程 也存在 着内能转化为机械能的过程 这两个能量转化的过程存在于 A 吸气冲程和压缩冲程B 压缩冲程和做功冲程 C 做功冲程和排气冲程D 吸气冲程和排气冲程 分析 分析 本题考查对于四冲程内燃机工作过程的了解 首先要明确 使用内燃机的目的 是 利用燃烧燃料做功 让内能转化为机械能 这一过程发生在做功冲程 这样 不包含做功冲程的选项 A 和选项 D 就被一举排除 四选一 变成了 从选项 B 和选项 C 中 二选一 其次要理解 内燃机为什 么需要存在 机械能转化为内能 的过程 从表面看起来 这是和使用内燃机的目的 内能转化为机械能 背道而驰的 原来 做功冲程把内能转化为机械能的效率 取决于 燃烧室 气缸 的温度 温度越高 转化效率越高 提高燃烧室的温度 以提高内燃机效 率 这就是在做功冲程之前 插入一个 对气缸内的气体压缩做功的 压缩冲程的目的 弄清了这一点 问题便迎刃而解 应该选 B 解答解答 B 说明 说明 学物理 不 悟理 不行 不但要 知其然 还要 知其所以然 对于选择 题 排错 排除错误 择优 是事半功倍的好方法 例例 4 太阳光垂直照射到地面 在每平方米的面积上 平均每分钟能得到 8 4 104焦耳的 热量 如果我们能利用太阳光热的 10 那么在面积为 50 米 2的屋顶上可以利用的太阳热 的功率为 千瓦 分析 分析 本题为效率与功率的综合题 可分步求解如下 1 在屋顶上每分钟能得到的热量 Q总 n Q0 50 8 4 104焦耳 4 2 106焦耳 2 其中我们能利用的热量 Q有用 Q总 0 1 4 2 106焦耳 4 2 105焦耳 3 在屋顶上可以利用的太阳热的功率 P Q有用 t 4 2 105焦耳 60 秒 7 103瓦特 7 千瓦 解答 解答 7 说明 说明 本题上述解法 思路是 已知 所求 这种方法叫做 综合法 也可以反过 来 所求 已知 这种方法叫做 分析法 本题若用 分析法 求解 则为 P Q有用 t Q总 t n Q0 t 0 1 50 8 4 104焦耳 60 秒 7 103瓦特 7 千瓦 模拟试题模拟试题 答题时间 60 分钟 一 选择题 每题 2 分 共计 26 分 1 2003 年 10 月 15 日 我国成功发射 神舟五号 载人飞船 飞船随火箭一起离开发射 塔飞向太空的过程如图所示 下列表述错误的是 A 飞船受到平衡力的作用 B 推力对飞船做了功 C 飞船的动能和势能不断增加 D 燃料的化学能最终转化为火箭的机械能 2 下列现象中 利用内能做功的是 A 冬天在户外时两手相搓一会儿就暖和 B 车刀在砂轮的高速摩擦之下溅出火花 C 在烈日之下柏油路面被晒熔化了 D 火箭在 熊熊烈火 的喷射中冲天而起 3 2003 年 12 月 30 日 我国成功地将 探测一号 卫星送入了绕地球的椭圆轨道 卫星 在轨道上运行的过程中 A 只有动能转化成势能 B 只有势能转化成动能 C 动能和势能不断地相互转化 D 动能和势能各自保持不变 4 已知铝 铁 铜的比热依次减小 它们的初温和质量都相等 吸收相等的热量 最后 的温度是 A 铝的温度高B 铁的温度高 C 铜的温度高 D 铝 铁 铜的温度都相同 5 下列关于温度 内能 热量和做功的说法中正确的是 A 物体吸热 温度一定升高 B 一个物体的温度升高 一定是外界对物体做功 C 某一铁块 温度降低 内能一定减小 D 温度高的物体把温度传给温度低的物体 6 一物体沿粗糙的斜面匀速下滑的过程中 A 物体的动能转化为重力势能 B 物体的重力势能转化为动能 C 物体的机械能保持不变 D 物体的机械能转化为内能 7 在研究物体放出热量多少跟物质种类是否有关的实验中 提供的材料为 1 0 1 的铜块 2 0 1 的铝块 3 0 2 的铜块 4 0 3 的铝块 应选用的材料是 A 1 与 2 B 1 与 3 C 2 与 4 D 3 与 4 8 有关能的转化的讨论 给出的说法正确的是 A 用加压的方法使石油气体液化时 液化石油气的内能减少 B 太阳能热水器工作时 实现了光能向内能的转化 C 给自行车打气 过一会儿气筒壁发热 说明做功可以产生温度 D 水沸腾时 水蒸气把壶盖顶起来 是水能转化为内能的现象 9 内燃机在做功冲程中 高温气体迅速膨胀而做功 此时这些气体的温度和内能变化的 情况是 A 内能减少 温度降低 B 内能增加 温度升高 C 内能减少 温度升高 D 内能增加 温度降低 10 如图所示把凉牛奶放在热水中加热 经过一段较长的时间 它们的温度随时间变化 的图像如图所示 下列说法中正确的是 A 水和牛奶最后温度相同 B 水的温度变化比牛奶大 C 牛奶温度变化比水慢 D 甲是牛奶温度变化的图像 11 一箱子货物在一对平衡力的作用下运动 则下列说法中正确的是 A 该箱子的机械能一定不变 动能一定不变 B 该箱子的机械能可能改变 动能一定不变 C 该箱子的机械能可能改变 动能可能改变 D 该箱子的机械能一定不变 动能可能改变 12 甲 乙两个完全相同的皮球 在同一水平面上以大小相等的速度 同时将甲球竖直 向上抛出 将乙球竖直向下抛出 两球在地面上反复弹跳 运动中不计空气阻力 与地面 碰撞时不计能量损失 则下列说法正确的是 A 球在空中下降时 重力势能减小 动能增大 B 抛出时刻 甲球的动能大于乙球的动能 C 任何时刻 两球的机械能都相等 D 甲球的最大重力势能大于乙球的最大重力势能 13 如图所示为内燃机工作时的某冲程示意图 该冲程是 A 吸气冲程 B 压缩冲程C 做功冲程 D 排气冲程 二 填空题 22 分 14 西气东输主干线西起塔里木盆地的轮南油气田 向东途经九个省区 最终到达上海 总计年输送天然气 1 2 1010m3 即年输气质量为 若这些天然气完全燃烧放出的 热量是 J 管道内天然气密度为 6 m3 天然气的热值是 5 107J 15 近年来我市城市建设突飞猛进 但也给环境带来了负面影响 热岛效应 越来越明 显 我市某中学 环境研究小组 经过调查研究 结合所学的物理知识 提出了一个 人 工湖缓解热岛效应方案 若该湖设计蓄水总体积为 1 0 104m3 水面面积为 4 2 103m2 在夏季每天高温时段 湖面从周围环境的吸热能力为 2 107J m2 在这一时段 湖水温度 平均升高 16 做功和热传递都可以改变物体的内能 给自行车轮胎打气的气筒连续使用一段时间 就会发热 这是由于 使气筒的内能 第二空选填 减少 或 增加 17 一杯水变凉了 它的内能 比热容 选填 增大 减少 或 不 变 18 某人用力推车 车仍然静止 则人做的功等于 J 竖直上抛的小球在上升过程 中 将动能逐渐转化为 能 不计空气阻力 19 随着人们生活水平的提高 轿车已逐步进入我国普通百姓家中 已知某国产轿车每 行驶 100km 消耗 8L 汽油 1L 10 3m3 汽油的密度为 0 71 103kg m3 热值为 4 6 l07J kg 则 1 10kg 汽油完全燃烧时所产生的热量是 J 2 该汽车行驶 100km 消耗的汽油的质量是 kg 3 当该汽车以 50kW 的功率在平直公路上以 72km h 的速度匀速行驶时 它所受 到的阻力等于 N 20 完全燃烧 42g 的焦炭可放出 J 的热量 若这些热量完全被水吸收 能使质 量为 20kg 初温为 10 的水温度升高到 焦炭的热值为 3 0 107J kg 21 在保温瓶内倒入开水 但不倒满 上面还留有一些空间 内有空气 然后塞上木塞 过一会儿木塞被冲起 这个现象说明 对 做功 的内能转化 成木塞的 能 22 下图表示撑杆跳高运动的几个阶段 助跑 撑杆起跳 越横杆 在这几个阶段中能 量的转化情况是 助跑 撑杆起跳 越横杆 助跑阶段 运动员消耗体内的化学能 选填 大于 小于 或 等于 运动员和撑杆获得的动能 撑杆起跳阶段 运动员的 能增加 运动员越过横杆后 运动员将 能转化为 能 三 实验与探究题 26 分 23 下表列出了由实验测定的几种物质的比热容 几种物质的比热容 J kg 水 4 2 103冰 2 1 103铝 0 88 103铜 0 39 103 酒精 2 4 103蓖麻油 1 8 103干泥土 0 84 103水银 0 14 103 煤油 2 1 103砂石 0 92 103铁 钢 0 46 103铅 0 13 103 认真阅读上表 你一定能有所发现 请填出其中任意三条 结论开放 3 分 1 2 3 24 如何有效地提高能量利用率是人类所面临的一项重要任务 图示是某轻轨车站的设 计方案示意图 该图表明与站台前后连接的轨道都有一个小坡度 请你说明这种设计可以 节能的理由 2 分 25 小军经常参加球类体育运动 在运动过程不同情况下球的触地反弹引起了他的注意 他决定和小宇一起探究这一现象 他们计划首先通过实验研究 竖直下落的球反弹的高度 与什么有关 这一问题 1 请你猜想一下 竖直下落的球反弹的高度可能与哪些因素有关 答 因素 1 因素 2 2 为了探索与 因素 1 的关系 请你设计一个可操作的实验方案 3 在 2 的基础上 请列出相应的实验器材 答 4 除了小军和小宇提出的问题外 你还可以对球的反弹提出一个什么探究问题 6 分 26 太阳能热水器可直接利用吸收太阳光的热量来加热 它具有环保 节能的优点 对 市场调查后不难发现 不同品牌的太阳能热水器的表面都是黑色的 难道物体吸热的本领 与颜色有关 对此 我们可以猜想 颜色越深 物体吸热本领就越强 5 分 1 为了验证此猜想 现设计了如下实验步骤 请你补充完整 选用四个 的容器 分别涂上黑 红 黄 白四种颜色 在容器中加入温度和体积均相同的水 并同时放到阳光下照射 每隔 15 分钟 测 量各容器中水的温度值 将测量的结果记录在事先准备好的表格中 进行分析论证 请设计并画出此表格 2 若上述猜想得到了证实 请以此为依据 分析企鹅背部的黑色羽毛对它生存有利 的一面 27 2003 年 10 月中旬 我国首次载人飞船 神舟五号 的成功发射和顺利回收 标志着 我国载人航天技术的研究已进入世界领先行列 下列有关 神舟五号 发射和回收的问题 请用你所学的知识进行解释 10 分 1 此次所用运载火箭为 长征二号 捆绑式火箭 其燃料为液态氢 为什么火箭中 用液态氢作燃料 2 飞船在太空中沿椭圆轨道绕地球飞行 从远地点向近地点运动时 其动能 重力 势能及机械能 速度如何变化 分别回答 3 飞船穿越大气层返回地球 在高空打开巨大的降落伞 在运动到地面附近匀速下 落时 其动能 重力势能 机械能 内能如何变化 分别回答 四 计算题 26 分 28 某中学为学生供应开水 用锅炉将 200 的水从 25 加热到 100 燃烧了 6 的无 烟煤 无烟煤的热值是 3 4 107J 试求 12 分 1 锅炉内 200 的水吸收的热量是多少焦耳 2 6 无烟煤完全燃烧放出的热量是多少焦耳 3 此锅炉的效率是多少 29 单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为 30cm2 一个冲程中活塞在气缸中移动的距离是 50mm 满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为 9 0 l05Pa 飞轮 lmin 转动 1800 周 当汽 油机满负荷工作时 不计摩擦 求 10 分 1 做功冲程中燃气对活塞的平均压力 2 一个做功冲程中燃气对活塞做的功 3 汽油机的功率 30 从 50m 高处落下一水滴 若重力对它所做功的 80 转化为它的内能 若不计热量损 失 则水滴落地后的温度会升高多少 4 分 试题答案试题答案 一 选择题 每题 2 分 共计 26 分 题号12345678910111213 答案DDCCCDABAABAD 8 说明 C 产生的是能量而不是温度 11 说明 C 可能在竖直方向上运动 13 要注意气门的开关 活塞的运动情况 二 填空