必考点04 热机与能量转化规律-【对点变式题】必考题精准练（人教版） 带解析

必考点04热机与能量转化规律（解析版）※题型一：热机及应用【例题1】（2021·广东中考真题）关于四冲程汽油机的工作过程，下列说法正确的是（）。A．吸气冲程：只吸入空气 B．压缩冲程：缸内温度降低C．做功冲程：气体推动活塞做功 D．排气冲程：内能转化为机械能【答案】C。【解析】A．吸气冲程：吸入空气和汽油的混合物，故A错误；B．压缩冲程：活塞压缩混合气做功，缸内气体内能增大，温度升高，故B错误；C．做功冲程：燃烧后的高温高压气体推动活塞做功，内能转化为机械能，故C正确；D．排气冲程：排气门打开，进气门开闭，由飞轮的惯性带曲轴转动，带活塞上移，排出废气，不涉及内能与机械能间的转化，故D错误。故选C。【例题2】（2021·湖南怀化市）如图所示是某四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，它是（）。A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程【答案】B。【解析】由图可知，进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，即为压缩冲程，故ACD不符合题意，B符合题意。故选B。【解题技巧提炼】1.冲程—活塞在气缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。汽油机的工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。吸气冲程—靠惯性运动，吸进汽油与空气的混合物；压缩冲程—外界对气体做功，机械能转化为内能，气体温度升高；做功冲程—化学能转化为内能，气体温度升高，气体对外做功，内能转化为机械能；排气冲程—靠惯性运动，排出废气。2.柴油机的工作过程与汽油机几乎一样，但有三个区别：1）吸气冲程：汽油机吸进的是汽油和空气的混合物，柴油机吸进的仅仅是空气；2）压缩冲程：汽油机压缩的是汽油和空气的混合物，汽油机压缩的仅仅是空气；3）做功冲程：汽油机用火花塞点火，柴油机用喷油嘴喷油。※题型二：能量转化与守恒【例题1】（2021·广东中考真题）如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的______大，火箭发射升空时，燃料的化学能转化为______能，再转化为火箭的机械能，这个过程中火箭的机械能______（选填“守恒”或“不守恒”）。【答案】热值；内；不守恒。【解析】[1]利用液态氢作为燃料，主要是因为液态氢的热值大，相同质量的液态氢完全燃烧产生的热量多。[2]燃料燃烧时将化学能转化为内能。[3]火箭发射升空时，高度和速度都增大，所以重力势能和动能增大，机械能增大，机械能不守恒。【例题2】（2021·贵州中考真题）有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置开始转动后的分析正确的是（）。A．装置所具有的机械能始终不变；B．如果没有能量补充，装置最终会停下来；C．根据能量守恒定律，装置可以一直转动下去；D．装置中小球的动能和重力势能不会相互转化【答案】B。【解析】ABC．由于装置运转过程中需要克服摩擦做功，装置所具有的机械能会不断减小，如果没有能量补充，装置最终会停下来，故AC错误，B正确；D．装置中小球的动能和重力势能不断地发生相互转化，故D错误。故选B。【解题技巧提炼】1.能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。2.能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物，大到宇宙天体。小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒的规律。从日常生活到科学研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。人类对各种能量，如煤、石油等燃料以及水能、风能、核能等的利用，都是通过能量转化来实现的。能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。★题型一：热机工作过程1．（2021·海南中考真题）双手相互摩擦时感觉发热，这一过程的能量转化与四冲程汽油机的哪个冲程相同（）。A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程【答案】B。【解析】双手相互摩擦时感觉发热，是克服摩擦做功，机械能转化为内能；汽油机的工作过程中，将机械能转化为内能的是压缩冲程。故选B。2．（2021·湖南邵阳市）小汽车已成为大多数家庭出行代步的工具，其发动机大多数为汽油机，下列有关汽油机的说法正确的是（）。A．汽油机的吸气冲程吸入的是空气；B．汽油机的效率一般比柴油机的效率高；C．汽油机的点火方式是压燃式；D．汽油机的压缩冲程是把机械能转化为内能【答案】D。【解析】A．汽油机的吸气冲程吸入的是空气和汽油的混合物，故A错误；B．柴油机是压燃式，一般是柴油机的效率高，故B错误；C．汽油机的点火方式是用火花塞点火，故C错误；D．汽油机的压缩冲程中，活塞向上运动，压缩空气和汽油的混合物，混合物内能增大，温度升高，是把机械能转化为内能，故D正确。故选D。3．（2020•镇江）某汽油机的四个冲程如图所示。在该汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下一个冲程是（）。A．B．C． D．【答案】C【解析】汽油机四个冲程是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，在该汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下一个冲程是做功冲程，由图可知，C图中两个气门都关闭，火花塞点火，此时活塞向下运动，是做功冲程，将内能转化为机械能，故C正确；故选：C。4．（2021·黑龙江齐齐哈尔市）如图所示试管内水蒸气将塞子推出的过程，水蒸气的________能转化为塞子的机械能。四冲程汽油机工作过程中的________冲程与上述能量转化过程相同。【答案】内；做功。【解析】试管内水蒸气将塞子推出的过程中对塞子做功，水蒸气的内能减少转化为塞子的机械能，四冲程汽油机的四个冲成为：吸气冲程，压缩冲程，做功冲程，排气冲程；做功冲程中高温高压气体推动活塞运动，对活塞做功，内能转化为机械能，与上述能量转化过程相同。5．（2021·黑龙江中考真题）如果汽油机飞轮转速是2400r/min，则该汽油机每秒完成______个冲程，对外做功______次。【答案】80；20。【解析】[1]汽油机飞轮转速是2400r/min，则每秒钟飞轮转的转数为飞轮转1转对应的是两个冲程，所以40r对应着是80个冲程。[2]一个工作循环飞轮转2转，飞轮转40转是20个工作循环，一个工作循环对外做功一次，则20个工作循环对外做功20次。★题型二：能量转化过程分析1．（2021·山东枣庄市）如图是四冲程汽油机的某个冲程，由图可看出它正处于______冲程，该冲程将机械能转化为______能，若该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功______次。【答案】压缩；内；30.【解析】[1]如图，进气门、排气门都关闭，活塞向上运动，它正处于压缩冲程。[2]此过程中活塞压缩气缸内的气体，对气体做功，使气体内能增加，将机械能转化为内能。[3]若该汽油机飞轮的转速是60r/s，飞轮转2圈做一次功，则汽油机每秒钟对外做功30次。2．（2021·广西贵港市）如图所示，在试管里注入少量的水，用软木塞塞紧管口，用酒精灯加热。一会儿试管里的水沸腾了，水蒸气把软木塞向上冲起。下面解释正确的是（）。A．这个过程与内燃机的做功冲程类似；B．试管内水的内能增加是通过做功方式改变；C．酒精燃烧时是内能转化为化学能；D．管内水蒸气的内能减少，温度降低，在试管口变成白色的热空气【答案】A。【解析】B．用酒精灯加热，是通过热传递的方式使得水的内能增加，产生大量水蒸气，故B错误；C．酒精灯燃烧时，把化学能转化为内能，故C错误；D．水蒸气对木塞做功，水蒸气的内能转化为木塞的机械能木塞冲出；此时水蒸气的内能减少，温度降低，液化为小水滴，即我们看到的白雾，故D错误；A．在汽油机的做功冲程中，燃气膨胀做功，将内能转化为机械能，所以汽油机的做功冲程是此原理的应用，故A正确。故选A。3．（2021·贵州中考真题）物理与日常生活密切相关，下列描述正确的是（）。A．将刀磨锋利是为了增大压力；B．锅中水温升高是通过做功改变内能；C．水沸腾时锅盖被顶起的过程中，内能转化为机械能；D．鸡蛋在碗沿被磕破，是由于碗对鸡蛋的作用力大于鸡蛋对碗的作用力【答案】C。【解析】A．将刀磨锋利是为了增大压强，故A错误；B．锅中水温升高是通过热传递改变内能，因为只涉及了能量的转移，故B错误；C．水沸腾时锅盖被顶起的过程中，内能转化为机械能，故C正确；D．鸡蛋在碗沿被磕破，是由于碗对鸡蛋的作用力与鸡蛋对碗的作用力是相互作用力，这两个力是相等的，故D错误。故选C。4．（2021·内蒙古中考真题）关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（）。A．温度相同的物体内能一定相等；B．汽油机的做功冲程中燃气的内能减小；C．我们不敢大口喝热气腾腾的汤，是因为汤含有的热量较多；D．摩擦生热过程将机械能转化为内能，这些内能又可以自发的转化为机械能【答案】B。【解析】A．晶体熔化和水沸腾的过程中，吸收热量，内能增大，但温度却保持不变，所以温度相同的物体内能不一定相等，故A错误；B．做功冲程将燃气的内能转化为活塞的机械能，内能减小，故B正确；C．我们不敢大口喝热气腾腾的汤，是因为汤的温度较高，热量是过程量，不能说含有热量，故C错误；D．能量的转移和转化都具有方向性，摩擦生热过程将机械能转化为内能，这些内能不能自发的转化为机械能，故D错误。故选B。★题型三：能量转化与守恒1．（2021·湖南郴州市）2021年5月29日，我国用长征7号运载火箭成功发射了天舟二号货运飞船，5月30日，天舟二号货运飞船与中国空间站的天和核心仓完成了交会对接。下列说法正确的是（）。A．天舟二号货运飞船加速上升过程中机械能守恒；B．天舟二号货运飞船加速上升过程中动能转化为重力势能；C．天舟二号货运飞船加速上升过程中重力势能转化为动能；D．对接成功后天舟二号货运飞船与天和核心仓处于相对静止状态【答案】D。【解析】ABC．机械能是动能和势能之和，天舟二号货运飞船加速上升过程中，重力势能和动能都增大，机械能变大，是将燃料的内能转化为机械能，故ABC错误；D．对接成功后天舟二号货运飞船与天和核心仓的相对位置没有发生改变，同步运行，处于相对静止状态，故D正确。故选D。2．（2020•海南）如图所示，用酒精灯加热试管里的水，产生的水蒸气将试管塞冲向空中。在这个过程中，能量转化的顺序为（）。A．内能﹣机械能﹣化学能 B．化学能﹣内能﹣机械能 C．机械能﹣内能﹣化学能 D．内能﹣化学能﹣机械能【答案】B。【解析】用酒精灯加热水的过程中，酒精的化学能转化为试管和水的内能；当水沸腾时产生大量的水蒸气，试管内的气体压强增大，大于外界大气压，就会将塞子冲出；此时试管内水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能减小，转化为塞子的机械能，即能量转化的顺序为化学能→内能→机械能，故B正确。故选：B。3．（2021·江苏苏州市）如图是十三世纪法国亨内考设计的“魔轮”，轮子边缘上通过可以自由转动的铰链等距安装了12个相同的活动短杆，杆端分别套上一个相同重球，他认为由于右侧重球距离转轴较远，也即重力的______较大，转轮会沿顺时针方向越转越快，其实根据______的原理，无需精确测量就能判定他的这一设想是不能实现的。【答案】力臂；能量守恒。【解析】[1]整个轮子可以看成是多跟杠杆，转轴是杠杆的支点，对右侧重球来说，重力竖直向下，此时，重球到转轴的距离即为重力的力臂，重球距离转轴较远时，重力的力臂也就较大。[2]能量守恒告诉我们能量不会凭空消失也不会凭空产生，只会从一种能量转化成另一种能量或者从一个物体转移到另一个物体，所有在没有能量输入的情况下，转轮的动能是不可能增大的，所以这一设想是不能实现的。4．（2020•黑龙江）目前，市区里的老旧小区正在进行水路改造，改造中用到了一种打孔工具﹣﹣冲击钻，冲击钻工作时，钻头在电动机的带动下，不断地冲击墙壁打出圆孔，如图，冲击钻在工作过程中，关于其能量转化正确的是（）。A．内能转化为机械能；B．内能转化为电能；C．只有机械能和内能的转化；D．有电能、机械能和内能的转化【答案】D。【解析】（1）当电流通过电动机时，电流做功，消耗电能转化为机械能和内能；（2）钻头冲击墙壁，克服摩擦做功，将机械能转化为内能；由此分析可知，在该过程中存在电能、机械能和内能的转化。故选：D。1．（2020•烟台）如图所示，给试管里的水加热，水沸腾后，水蒸气推动橡皮塞冲出试管口，这个过程与选项四冲程汽油机工作示意图中，哪一个冲程的能量转化过程是相同的（）。A．B．C．D．【答案】C。【解析】水沸腾后，水蒸气推动橡皮塞冲出试管口，是水蒸气的内能转化为机械能，与做功冲程中的能量转化相同；A、图中，两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，此冲程将机械能转化为内能；B、图中，排气门开启，活塞上行，气体流出汽缸，是排气冲程；C、图中，两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，此冲程将内能转化为机械能；D、图中，进气门开启，活塞下行，气体流入汽缸，是吸气冲程。故C符合题意，ABD不合题意。故选：C。2．（2020•东营）如图是四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，下列关于该冲程及其能量转化判断正确的是（）。A．做功冲程，将机械能转化为内能 B．做功冲程，将内能转化为机械能 C．压缩冲程，将机械能转化为内能 D．压缩冲程，将内能转化为机械能【答案】B。【解析】由图可知，内燃机的两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，所以是做功冲程，该冲程是燃料燃烧产生高温高压的燃气，推动活塞做功，是内能转化成机械能，故B正确，ACD错误。故选：B。3．（2020•威海）关于能量的转化或转移过程，下列说法错误的是（）。A．地球上的化石能源归根结底来自远古时期的太阳能 B．自然界中水能的循环再生过程不遵循能量守恒定律 C．空调将室内空气的内能转移至高温的室外需要消耗电能 D．热水自然变凉，能量自发的从高温物体转移至低温物体【答案】B。【解析】A、远古时期生物体吸收利用太阳能，经过非常复杂的过程和漫长的时间形成化石能源，故A正确；B、能量守恒定律普遍适用，自然界中水能的循环再生过程同样遵循能量守恒定律，故B错误；C、空调将室内空气的内能转移至高温的室外需要利用压缩机来完成，消耗电能，故C正确；D、能量转移具有方向性，热水自然变凉，说明能量自发的从高温物体转移至低温物体，故D正确。故选：B。4．（2020•南京）如图是内燃机某冲程的工作示意图，下面四个事例中能量转化与之相同的是（）。A．瓶塞冲出 B．搓手取暖 C．压缩气体 D．钻木取火【答案】A。【解析】根据图示可知，两个气门都关闭，活塞下行，因此该冲程为做功冲程，将内能转化为机械能；A、酒精燃烧时化学能转化为内能，试管口塞子喷出是内能转化为机械能，故A符合题意；B、冬天，搓手取暖是克服摩擦力做功，把机械能转化为内能，内能增加，故B不符合题意；C、用力将活塞压下，活塞对筒内空气做功，筒内空气的内能增大、温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧，此过程中机械能转化为内能，故C不符合题意；D、钻木取火过程中，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，内能增加，故D不符合题意。故选：A。5．（2021·四川眉山市）如图所示是某单缸四冲程汽油机的______冲程；若该汽油机每1秒钟对外做功25次，那么该汽油机飞轮的转速为______。【答案】压缩；3000。【解析】[1]如图，进气门、排气门都关闭，活塞向上运动，压缩气体，是压缩冲程。[2]飞轮每转2圈活塞做一次功，若该汽油机每1秒钟对外做功25次，每1秒钟飞轮每转50圈，那么该汽油机飞轮的转速为50=3000。6．（2021·四川广安市）如图所示，用酒精灯对试管里的水进行加热，水沸腾后，水蒸气推动软木塞使其迅速冲出管口，在软木塞被推出的过程中，能量转化情况与四冲程汽油机的______冲程相同，管口出现了白雾，这是______（填物态变化名称）现象。【答案】做功；液化。【解析】[1]当瓶内水蒸气把瓶塞冲出时，瓶内水蒸气对瓶塞做功，使得其内能减小，温度降低，即该过程是将内能转化为机械能的过程，此过程与汽油机的做功冲程相同，在做功冲程中是燃气的内能转化为活塞的机械能。[2]管口处水蒸气放出热量发生液化现象，出现白雾。7．（2020•常州）2020年1月18日，第十届江