专题12.4 内机械能与内能的相互转化（六大考点）-2024-2025学年苏科版物理九年级上册考点分类专题

-2025学年苏科版物理九年级上册考点分类专题易错题汇编培优练专题12.4机械能与内能的相互转化（六大考点）TOC\o"1-2"\h\u考点1做功改变物体的内能 1考点2热机过程中的能量转化 3考点3汽油机的构造与工作过程 7考点4柴油机的构造与工作过程 9考点5热值的概念、单位和物理意义 10考点6热值的公式及相关计算 11考点1做功改变物体的内能【典例分析】（23-24九年级下·江苏连云港·期中）冬天，我们可以坐在电火箱旁取暖，也可以跳绳使身体发热。前者是通过（选填“做功”或“热传递”）的方式改变人体的内能，后者是通过（选填“做功”或“热传递”）的方式改变人体的内能。答案：热传递做功规范解答：[1]冬天坐在电火箱内取暖，人从电暖箱处吸收热量，温度升高，是通过热传递的方式增加了身体的内能。[2]跳绳使身体发热，需克服自身重力做功，这是通过做功的方式增加了身体的内能。【变式1-1】（23-24九年级上·江苏连云港·阶段练习）一杯水慢慢变凉，是通过的方式使内能减少。如图所示，在一个配有活塞的厚玻璃简里放一小团蘸了乙醚的棉花，把活塞迅速压下去，气体的温度会升高，当达到棉花着火点时，我们会看到棉花燃烧的现象，这是通过方式增加气体内能。答案：热传递做功规范解答：[1]一杯水慢慢变凉，水会放出热量，内能减小，是通过热传递的方式使内能减少。[2]迅速下压活塞时，活塞压缩气体做功，机械能转化为内能，气体的内能增大，温度升高，当达到棉花的燃点，使棉花燃烧，通过做功的方式改变气体的内能。【变式1-2】（2024·江苏连云港·三模）下列事例中，通过热传递改变物体内能的是（）A．用锯子锯木头，锯条的温度升高 B．天冷时两手相互摩擦，手感到暖和C．用打气筒给自行车打气，打气筒发热 D．用酒精灯给水加热答案：D规范解答：A．用锯子锯木头，锯条的温度升高，将机械能转化为内能，是通过做功的方式改变物体的内能，故A不符合题意；B．天冷时两手相互摩擦，手感到暖和，将机械能转化为内能，是通过做功的方式改变物体的内能，故B不符合题意；C．用打气筒给自行车打气，打气筒发热，外界对气体做功，将机械能转化为内能，是通过做功的方式改变物体的内能，故C不符合题意；D．用酒精灯给水加热，水吸收热量，温度升高，是通过热传递的方式改变物体的内能，故D符合题意。故选D。【变式1-3】（2024·江苏扬州·一模）2023年10月31日，神舟十六号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。我们观察到着陆的返回舱表面有明显的灼烧痕迹（如图），这是通过方式增大了返回舱的内能，进而温度升高。返回舱在落回地面的过程中机械能是（守恒/不守恒）的。答案：做功不守恒规范解答：[1][2]返回舱进入大气层后，与大气摩擦，克服摩擦做功，将机械能转化为内能，使得返回舱的机械能减小，这是通过做功的方式改变返回舱的内能，所以返回舱在落回地面的过程中机械能不守恒。【变式1-4】（23-24九年级上·江苏宿迁·期中）下列事例中，属于利用热传递增加物体内能的是（

）A．把棉被放在太阳底下，棉被晒得暖呼呼 B．夏天酷热难耐时走进空调房，人感觉格外凉爽C．从长滑梯上滑下来，感到臀部发热 D．用力下压引火仪活塞，硝化棉燃烧答案：A规范解答：A．棉被晒得暖呼呼，是通过吸热太阳的热量被子内能增大的，是通过热传递增加内能，故A符合题意；B．夏天酷热难耐时走进空调房，人感觉格外凉爽，人体的热量转移到空气中，是通过热传递减小人体内能的，故B不符合题意；C．滑梯上滑下臀部发热，是通过做功的方式使臀部的内能增大的，故C不符合题意；D．下压活塞硝化棉燃烧，是通过对筒内的空气做功，使其内能增大的，故D不符合题意。故选A。【变式1-5】（2024·山东济南·二模）小博用打气筒给几个篮球打气后发现打气筒外壁有些发热。联系所学物理知识，他猜想活塞在筒内往复运动时，有以下三种可能：①不断压缩气体做功导致发热；②与筒壁摩擦导致发热；③不断压缩空气做功和与简壁摩擦共同作用导致发热。下列现象可以证明猜想①正确的是（）A．打气筒筒壁上部明显发热，筒壁下部基本不发热B．打气筒筒壁上部明显发热，筒壁下部比上部更热C．打气筒筒壁上部基本不发热，筒壁下部明显发热D．打气筒筒壁上部和下部都明显发热，且温度相近答案：C规范解答：要证明猜想①正确，即不断压缩气体做功导致发热，活塞与筒壁摩擦导致的发热量很小，活塞在筒内往复运动时，下部气体压缩程度较大，不断压缩气体做功导致筒壁下部分发热，所以打气筒筒壁上部发热主要靠摩擦，故发热不明显，筒壁下部发热明显，故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。考点2热机过程中的能量转化【典例分析】（2024·江苏苏州·二模）柴油机的构造与汽油机类似，不同点在于柴油机有一个喷油嘴而没有火花塞，其压缩冲程结束时，气缸内气体被压缩为高温气体，温度超过柴油的燃点，此时由喷油嘴向气缸内喷入雾化的柴油，柴油迅速燃烧，从而推动活塞做功，则如图中图是柴油机的做功冲程，柴油燃烧时将能转化为能。答案：甲化学内规范解答：[1]图中甲图燃料燃烧，气体对外做功，内能转化为机械能，活塞向下移动，所以图甲表示的是做功冲程。[2][3]柴油燃烧时向外放热，将储存的化学能转化为内能。【变式2-1】（23-24九年级上·江苏宿迁·期中）如图是单缸四冲程汽油机的工作示意图，下列说法正确的是（

）A．这四个冲程的正确顺序是丁→甲→乙→丙B．丙冲程的能量转化过程与烧开水时壶盖向上跳动相同C．此单缸四冲程汽油机完成一个工作循环，曲轴转过180°D．甲、乙、丙冲程是靠惯性完成的，也叫辅助冲程答案：B规范解答：A．甲图进气门和排气门都关闭，火花塞没有点火，是压缩冲程；乙图进气门关闭，排气门打开，是排气冲程；丙图进气门和排气门都关闭，火花塞点火，是做功冲程；丁图进气门打开，排气门关闭，是吸气冲程，故这四个冲程的正确顺序是丁→甲→丙→乙，故A错误；B．丙是做功冲程，将内能转化为机械能；烧开水时壶盖向上跳动，将水蒸气的内能转化为壶盖的机械能，故两种情况的能量转化相同，故B正确；C．单缸四冲程汽油机完成一个工作循环，活塞往返2次，曲轴转动2周，即曲轴转过720°，故C错误；D．除了做功冲程，其他冲程都是靠惯性完成的，即甲、乙、丁冲程是靠惯性完成的，故D错误。故选B。【变式2-2】（2024·广西南宁·一模）在下列示意图中，能量转化过程是机械能转化为内能的有（）A．乙、丙 B．甲、丁 C．甲、丙 D．乙、丁答案：D规范解答：甲图中，塞子飞出前，是通过热传递改变物体的内能，是内能发生了转移；乙图中，当把活塞迅速压下去后，活塞压缩气体做功，气体的内能增加，是机械能转化为内能；丙图中，两气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程，缸内气体推动活塞做功，内能转化为机械能；丁图中，两气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，活塞压缩缸内气体，对气体做功，使气体内能增大，是机械能转化为内能；综上所述，能量转化过程是机械能转化为内能的有乙、丁，故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。【变式2-3】（2024·江苏淮安·二模）汽油机是汽车的“心脏”，汽油燃烧时将能转化为内能，热机一个工作循环有四个冲程，如图中表示的是冲程。答案：化学压缩规范解答：[1]汽油燃烧是化学反应，将汽油的化学能转化为内能。[2]根据图可知，进气门和排气门关闭，活塞上行，因此该冲程为压缩冲程。【变式2-4】（23-24九年级下·江苏无锡·阶段练习）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。在快速下压活塞的过程中筒内气体内能（选填“增大”或“减小”）。此过程的能量转化方式与汽油机的冲程相同。答案：增大压缩规范解答：[1][2]快速下压活塞的过程中，对筒内气体做功，将机械能转化为内能，筒内气体内增大。此过程的能量转化方式与汽油机的压缩冲程相同。【变式2-5】（2023·江苏连云港·一模）小明元宵节去观赏花灯后自制了一个“走马灯”（如图所示），下面纸杯内的蜡烛点燃后，热气上升，形成气流，从而推动上面的纸杯转动，使上面纸杯转动的能量转化与汽油机四个冲程中能量转化相同的是（）A． B．C． D．答案：B规范解答：下面纸杯内的蜡烛点燃后，热气上升，形成气流，从而推动上面的纸杯转动，是热气膨胀做功，将内能转化机械能，汽油机的做功冲程中，内能转化为机械能；A．图中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，为吸气冲程，故A不符合题意；B．图中进气门和排气门关闭，活塞向下运动，为做功冲程，内能转化为机械能，故B符合题意；C．图中进气门和排气门关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，机械能转化为内能，故C不符合题意；D．图中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，为排气冲程，故D不符合题意。故选B。考点3汽油机的构造与工作过程【典例分析】（2024·江苏盐城·三模）如图所示，在汽油机工作的四个冲程中，能对外提供动力的是图，这是通过的方式改变内能的，其它不能提供动力的冲程都是依靠飞轮的来完成的。答案：丙做功惯性规范解答：[1][2][3]图甲中，两个气门关闭，活塞向上运动是压缩冲程；图乙中，排气门打开，进气门关闭，是排气冲程；图丙中，两个气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程，这个过程，高温气体对活塞做功，将内能转化为机械能，为汽油机提供动力；图丁中，进入门打开，排气门关闭，是吸气冲程。除了做功冲程，其它冲程都是依靠飞轮的惯性来完成。【变式3-1】（2024·江苏盐城·一模）某型号汽油机的飞轮转速是1200r/min，则该汽油机每秒钟完成个做功冲程，其中冲程将内能转化为机械能，当汽油燃烧不充分时，排气管会冒“黑烟”，此时汽油机的效率将（选填“变大”、“不变”或“变小”）。答案：10做功变小规范解答：[1]汽油机的一个工作循环包括4个冲程，飞轮转2圈，对外做功1次。飞轮的转速为1200r/min=20r/s，也就是飞轮1s转动20r，10个工作循环，完成40个冲程，对外做功10次，即完成10个做功冲程。[2]汽油机的一个工作循环包括：吸气、压缩、做功、排气四个冲程．做功冲程是高温高压的燃气对活塞做功完成的，故是将内能转化为机械能的过程。[3]冒“黑烟”说明燃烧不充分，用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出的总能量的比值就小，所以效率变小。【变式3-2】（2024·江苏扬州·二模）随着生活水平的提高，汽车已经进入普通百姓家庭，它给我们的生活提供了便利，汽车应用了许多物理知识，请你解答：（1）汽油机是汽车的“心脏”，其中冲程将机械能转化为内能；（2）汽车发动机在工作时：发动机的温度会升得很高，通常在发动机外装有水套，汽车发动机用水作为冷却剂的主要原因是；（3）汽车在爬坡时，驾驶员总是加大油门同时将变速器换为低档。加大油门是使发动机发挥最大的功率，换为低档是为了减慢车速，那么，在爬坡时减慢车速的目的是；（4）某台汽油机飞轮的转速为2400r/min，在1s内对外做功次。答案：压缩水的比热容较大增大牵引力20规范解答：（1）[1]汽油机属于四冲程内燃机，四冲程内燃机的四个冲程中的压缩冲程是将机械能转化为内能。（2）[2]谁能够作为冷却剂是因为水的比热容较大，相同质量、升高相同的温度的情况下因为水的比热容较大，所以可以吸收更多的热量，从而使发动机更快冷却。（3）[3]由功率的推导式P=Fv可知，当功率增大、速度减小时，汽车受到的牵引力会增大，因此在爬坡时减慢车速的原因是增大牵引力，使汽车能够更好地爬坡。（4）[4]由四冲程内燃机的工作特点可知，飞轮的转速为2400r/min时，每秒钟转40圈，完成20个工作循环，而一个工作循环中只有做功冲程是对外做功的，所以在1s内对外做功20次。【变式3-3】（2024·江苏扬州·中考真题）家用燃油汽车的发动机主要是汽油机，下列说法正确的是（）A．汽油机的效率能达到100% B．汽油机燃烧汽油会造成环境污染C．汽油机的一个工作循环中，对外做功4次 D．汽油机在吸气冲程中只吸入汽油答案：B规范解答：A．由于摩擦等因素的存在，汽油机的效率不可能达到100%，故A错误；B．汽油机燃烧汽油时排放的尾气含有有害气体，会造成环境污染，故B正确；C．汽油机的一个工作循环中包含四个冲程，只有做功冲程对外做功1次，故C错误；D．油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物，故D错误。故选B。考点4柴油机的构造与工作过程【典例分析】（2024·江苏宿迁·一模）一台单缸四冲程柴油机转速为1200转/min，则柴油机1s内完成个冲程，做功次答案：4010规范解答：[1][2]柴油机转速为1200转/min=20转/s，该柴油机1s内曲轴转20转，即完成10个工作循环，40个冲程，对外做功10次【变式4-1】（22-23九年级上·江苏常州·阶段练习）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冲程，做功次，活塞往复运动次。其中只有冲程不是依靠惯性完成的。在设计制造时，汽缸外有一个“水套”是利用水吸热来降低汽缸温度的，这是利用了水的大的性质。答案：802040做功比热容规范解答：[1][2][3]单缸四冲程柴油机的飞轮转速是即飞轮1s转40r，因为飞轮转2r，完成4个冲程，做功1次，活塞往复运动2次，所以，飞轮转40r，完成80个冲程，做功20次，活塞往复运动40次。[4]根据柴油机的工作过程可知，除做功冲程以外的其他冲程是依靠飞轮的惯性来完成。[5]选择用水作为冷却剂，是利用了水的比热容较大，即相同质量的水和其他的液体相比较时，若都是升高1℃时，水能吸收的热量最多，故用水冷却效果最好。【变式4-2】（22-23九年级上·江苏常州·期中）压缩空气储能是一项全新的储能技术，它利用压缩机把空气压缩到密闭容器中，这一过程类似于四冲程汽油机的冲程。一台单缸四冲程柴油机，活塞ls对外做功30次，则该柴油机飞轮转速为r/min。答案：压缩3600规范解答：[1]利用压缩机把空气压缩到密闭容器中，对压缩气体做功，把机械能转化为内能，使气体的内能增加，这一过程类似于四冲程汽油机的压缩冲程。[2]由于柴油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2周，做功1次，故若一台单缸四冲程柴油机，活塞ls对外做功30次，则飞轮每秒转60周，即飞轮转速为60r/s=3600r/min【变式4-3】（20-21九年级上·山东临沂·期中）关于四冲程汽油机和柴油机，下列说法错误的是（）A．都是内燃机B．在吸气冲程吸入汽缸的都是空气C．柴油机的汽缸顶部是喷油嘴D．汽油机在压缩冲程末是火花塞点火答案：B规范解答：A．根据汽油机和柴油机的结构特点可知，它们都属于内燃机；故A正确，不符合题意；B．柴油机在吸气冲程吸入汽缸的是空气，汽油机在吸气冲程吸入的是空气和汽油的混合物；故B错误，符合题意；C．汽油机的汽缸顶部是火花塞，柴油机的汽缸顶部是喷油嘴；故C正确，不符合题意；D．由两种内燃机的点火方式可知，汽油机在压缩冲程末是火花塞点火；故D正确，不符合题意。故选B。考点5热值的概念、单位和物理意义【典例分析】（2024·江苏扬州·一模）2024年3月20日，探月工程鹊桥二号中继星由长征八号三运载火箭发射升空．运载火箭二级发动机采用液氢液氧发动机．液氢作为燃料是因为具有较大的（）A．密度 B．比热容 C．体积 D．热值答案：D规范解答：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，完全燃烧相同质量的氢时，可以放出更多的热量，故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。【变式5-1】（23-24九年级上·江苏扬州·期末）我国神舟系列载人飞船使用液态氢做燃料是因为它的大，当飞船进入轨道后，从近地点到远地点时，飞船的能转化为能，飞船的机械能（填“变大”、“变小”或“不变”）。答案：热值动重力势不变规范解答：[1]“神舟七号”载人飞船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，完全燃烧相同质量的氢时，可以释放出更多的热量。[2][3]从近地点到远地点运动时，所处高度增大，重力势能增大，动能减小，动能转化为重力势能。[4]只有动能和势能的转化时，机械能守恒，故在由近地点向远地点运转的过程中，它的机械能的总量不变。【变式5-2】（23-24九年级下·江苏盐城·阶段练习）比值定义法就是用两个或多个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法。下列哪个物理量不是用这种方法建立的（）A．密度 B．功 C．比热容 D．热值答案：B规范解答：A．某种物质质量与其体积之比叫密度，故A不符合题意；B．物体受到的力和物体在这个力的方向上通过的距离的乘积叫做功，故B符合题意；C．某种物质温度升高时吸收的热量与其质量和升高温度的乘积的比值叫做这种物质的比热容，故C不符合题意；D．燃料放出的热量与质量之比叫热值，故D不符合题意。故选B。【变式5-3】（2024·江苏无锡·三模）运载火箭用液氢做主要燃料，是因为其热值比较（选填“大”或“小”）。燃料燃烧时，随着燃料质量的减小，热值（选填“增大”、“减小”或“不变”）。答案：大不变规范解答：[1]运载火箭用液氢做主要燃料，是因为其热值比较大，相同质量的液氢和其它燃料相比，完全燃烧时可以放出更多的热量。[2]燃料的热值只和燃料的种类有关，与质量无关，燃料燃烧时，随着燃料质量的减小，热值不变。【变式5-4】（23-24九年级上·广东中山·期中）烟煤的热值比木炭的小，这表示（）A．燃烧烟煤比燃烧木炭放出的热量少B．燃烧烟煤比燃烧木炭放出的热量多C．相同质量的烟煤和木炭，完全燃烧时，木炭放出的热量少D．相同质量的烟煤和木炭，完全燃烧时，木炭放出的热量多答案：D规范解答：相同质量的烟煤和木炭，烟煤的热值比木炭的小，由Q=qm可知，完全燃烧时，木炭放出的热量多，故D符合题意，ABC不符合题意。故选D。考点6热值的公式及相关计算【典例分析】（2024·江苏南京·二模）给汽油机加油时，能闻到汽油味，这是现象。某单缸四冲程汽油机正常工作时飞轮转速为2400r/min，则1s内汽油机对外做功次，若每次做功冲程对外所做的有用功为300J，则该汽油机的输出功率为W。某段时间内汽油机消耗了200g汽油，则汽油完全燃烧可放出热量J（q汽油＝4.6×107J/kg）。答案：扩散20规范解答：[1]在加油站为汽车加油时，能闻到汽油味，是因为汽油分子在不停地做无规则运动的结果，是扩散现象。[2]飞轮转速是2400r/min=40r/s，即飞轮每秒转40r，因为一个工作循环飞轮转2r，对外做功1次，所以，飞轮转40r，完成20个工作循环，对外做功20次。[3]1s内汽油机做的功W=20×300J=6000J汽油机的功率[4]汽油机每分钟消耗200g=0.2kg汽油，完全燃烧放出的热量【变式6-1】（23-24九年级上·江苏宿迁·期中）今年上初三的小雨同学对物理非常感兴趣，在学习了效率相关知识后她想测量家用燃气灶效率，上周末她和爸爸在家对燃气灶烧水的效率展开研究。通过测量发现：将2kg的水，从25℃加热到75℃的过程中，消耗天燃气0.01m3，已知天然气的热值为，求：（1）此次消耗的天然气完全燃烧放出的热量；（2）此次实验中燃气灶烧水的效率；（3）实验后爸爸提出，高效燃气灶不仅可以节约燃料，还可以减少气体排放，有利于环境保护。小雨想通过技术改进来提高燃气灶的热效率，请你结合所学知识给她提供一些建议。答案：（1）8.4×105J；（2）50％；（3）见解析规范解答：解：（1）此次消耗的天然气完全燃烧放出的热量（2）水吸收的热量为此次实验中燃气灶烧水的效率（3）提高燃气灶的热效率可以在烧水过程中，给锅加盖，减少水蒸