内能利用专题综合练习题库

内能利用专题综合练习题库一、前言内能是物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和，其利用是物理学与生产生活结合最紧密的领域之一（如热机、取暖、发电等）。本题库围绕内能改变方式、热力学定律、热机效率、能量守恒等核心知识点，设计基础与综合题型，旨在帮助学习者巩固概念、提升解题能力，贴近实际应用场景。二、知识框架梳理在练习前，先回顾内能利用的核心知识点，形成知识网络：1.内能的定义与改变：内能与温度、质量、状态有关；改变方式：做功（机械能→内能，如压缩空气）、热传递（内能转移，如烧水）。2.热力学第一定律：表达式：\(\DeltaU=Q+W\)（\(\DeltaU\)为内能变化，\(Q\)为吸收的热量，\(W\)为外界对物体做的功）。3.热机效率：定义：有用功与燃料完全燃烧放出热量的比值，\(\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{总}}\times100\%\)；影响因素：燃料燃烧充分程度、散热损失、机械摩擦等。4.热量计算：物体吸热/放热：\(Q=cm\Deltat\)（\(c\)为比热容，\(m\)为质量，\(\Deltat\)为温度变化）；燃料燃烧放热：\(Q=mq\)（\(q\)为燃料热值）。5.能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，总量保持不变；能量转化具有方向性（如内能无法完全转化为机械能而不引起其他变化）。三、基础题型练习（一）选择题（概念辨析与基础应用）1.关于内能，下列说法正确的是（）A.温度高的物体内能一定大B.物体的内能增加，一定是吸收了热量C.物体的内能增加，温度一定升高D.物体的温度升高，内能一定增加答案：D解析：A忽略质量影响；B可能是做功（如压缩空气）；C晶体熔化时内能增加但温度不变；D温度是内能的标志，正确。2.热机效率的定义是（）A.有用功与燃料燃烧放出的热量之比B.燃料燃烧放出的热量与有用功之比C.有用功与总功之比D.总功与有用功之比答案：A解析：热机效率是“有用功”（如汽车行驶的机械能）与“燃料完全燃烧放热”（总能量）的比值，反映能量利用率。3.下列现象中，通过做功改变物体内能的是（）A.晒太阳取暖B.用热水袋热敷C.钻木取火D.烤火做饭答案：C解析：A、B、D是热传递；C是摩擦力做功，机械能转化为内能。4.某汽油机的效率为30%，表示（）A.每消耗1kg汽油，有30%的能量用来做有用功B.每做1J有用功，消耗30J汽油C.汽油燃烧放出的热量有70%用来做有用功D.有用功是总功的70%答案：A解析：效率是有用功与燃料完全燃烧放热的比值，30%即有用功占总能量的30%。5.关于能量转化，下列说法正确的是（）A.热机将机械能转化为内能B.发电机将电能转化为机械能C.电动机将机械能转化为电能D.电饭煲将电能转化为内能答案：D解析：A相反（内能→机械能）；B相反（机械能→电能）；C相反（电能→机械能）；D正确（电阻发热）。（二）填空题（公式应用与单位换算）1.质量为5kg的水，温度从20℃升高到80℃，吸收的热量为______J（\(c_{水}=4.2×10^3J/(kg·℃)\)）。答案：\(1.26×10^6\)解析：\(Q=cm\Deltat=4.2×10^3×5×(80-20)=1.26×10^6\)。2.某柴油机消耗2kg柴油，完全燃烧放出的热量为______J（\(q_{柴油}=3.3×10^7J/kg\)），若效率为40%，则有用功为______J。答案：\(6.6×10^7\)；\(2.64×10^7\)解析：总热量\(Q=mq=2×3.3×10^7=6.6×10^7\)；有用功\(W=\etaQ=0.4×6.6×10^7=2.64×10^7\)。3.热机工作时，能量转化的顺序是：燃料的______能→内能→______能。答案：化学；机械解析：燃料燃烧释放化学能，转化为内能，再通过做功转化为机械能。4.物体对外做功，内能______（选填“增加”或“减少”）；外界对物体做功，内能______。答案：减少；增加解析：做功改变内能的本质是能量转化，对外做功（如气体膨胀）内能减少，外界做功（如压缩气体）内能增加。5.能量守恒定律的内容是：能量既不会______，也不会______，只会从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，总量保持不变。答案：凭空产生；凭空消失（三）计算题（基础综合应用）1.质量为3kg的铝块，温度从20℃升高到100℃，需要吸收多少热量？（\(c_{铝}=0.88×10^3J/(kg·℃)\)）解：吸收的热量\(Q=cm\Deltat=0.88×10^3×3×(____)=0.88×10^3×3×80=2.112×10^5J\)。答案：\(2.112×10^5J\)。2.某汽车发动机的效率为25%，消耗10kg汽油，能做多少有用功？（\(q_{汽油}=4.6×10^7J/kg\)）解：（1）燃料完全燃烧放出的总热量：\(Q=mq=10×4.6×10^7=4.6×10^8J\)；（2）有用功：\(W=\etaQ=0.25×4.6×10^8=1.15×10^8J\)。答案：\(1.15×10^8J\)。3.用酒精灯给质量为200g的水加热，水温从10℃升高到60℃，消耗了2g酒精。求酒精灯的效率。（\(c_{水}=4.2×10^3J/(kg·℃)\)，\(q_{酒精}=3.0×10^7J/kg\)）解：（1）水吸收的热量：\(Q_{吸}=cm\Deltat=4.2×10^3×0.2×(60-10)=4.2×10^3×0.2×50=4.2×10^4J\)；（2）酒精完全燃烧放出的热量：\(Q_{放}=mq=0.002×3.0×10^7=6×10^4J\)；（3）效率：\(\eta=\frac{Q_{吸}}{Q_{放}}×100\%=\frac{4.2×10^4}{6×10^4}×100\%=70\%\)。答案：70%。（四）实验题（基础实验探究）1.探究“做功改变物体内能”的实验：（1）实验器材：压缩空气引火仪（玻璃筒、活塞、棉花）、火柴。（2）实验步骤：①将棉花放入玻璃筒底部；②迅速向下压活塞，观察现象。（3）实验现象：______。（4）实验结论：______。答案：（3）棉花燃烧；（4）压缩空气做功，内能增加，温度升高（达到棉花的着火点）。2.探究“热机效率与散热损失的关系”：（1）实验器材：酒精灯、烧杯、水、温度计、石棉网、铁架台、天平。（2）实验步骤：①用天平测烧杯和水的质量\(m_1\)；②测水温\(t_1\)；③用天平测酒精灯和酒精的质量\(m_2\)；④点燃酒精灯加热，记录水温升高到\(t_2\)时的时间；⑤测酒精灯剩余质量\(m_3\)；⑥计算效率\(\eta=\frac{cm_1(t_2-t_1)}{(m_2-m_3)q}\)；⑦重复实验，增加石棉网（减少散热），比较效率变化。（3）结论：______。答案：减少散热损失，热机效率提高。三、综合提升练习（一）选择题（深入概念辨析）1.根据热力学第一定律（\(\DeltaU=Q+W\)），下列说法正确的是（）A.物体吸收热量，内能一定增加B.物体对外做功，内能一定减少C.物体吸收热量同时对外做功，内能可能不变D.物体放出热量同时外界做功，内能一定增加答案：C解析：A若对外做功，内能可能不变；B若吸收热量，内能可能不变；C\(Q=W\)时，\(\DeltaU=0\)；D\(Q>W\)时，内能减少。2.关于能量转化的方向性，下列说法正确的是（）A.内能可以完全转化为机械能而不引起其他变化B.机械能可以完全转化为内能C.热量可以自发地从低温物体传到高温物体D.能量转化没有方向性答案：B解析：A违反热力学第二定律；C需要外界做功（如空调）；D能量转化具有方向性（如内能→机械能需消耗能量）。3.某热机的效率为40%，表示（）A.每消耗1J燃料，有40J有用功B.有用功是燃料放热的60%C.燃料放热的40%用来做有用功D.总功是有用功的40%答案：C解析：效率是有用功与燃料放热的比值，40%即有用功占总能量的40%。4.下列措施中，能提高热机效率的是（）A.增加燃料消耗B.减少有用功C.减少散热损失D.增加机械摩擦答案：C解析：提高效率的方法：使燃料充分燃烧、减少散热、减少机械摩擦。5.物体的内能增加，下列说法正确的是（）A.一定是吸收了热量B.一定是外界对物体做了功C.可能是吸收了热量，也可能是外界做功D.温度一定升高答案：C解析：改变内能的方式有两种，内能增加可能是吸热或外界做功；晶体熔化时内能增加但温度不变。（二）填空题（综合公式应用）1.某汽油机的功率为7.5×10^4W，工作10min消耗汽油3kg，效率为______（\(q_{汽油}=4.6×10^7J/kg\)）。答案：20.7%解析：（1）有用功\(W=Pt=7.5×10^4×600=4.5×10^7J\)；（2）总热量\(Q=mq=3×4.6×10^7=1.38×10^8J\)；（3）效率\(\eta=\frac{W}{Q}×100\%=\frac{4.5×10^7}{1.38×10^8}×100\%≈20.7\%\)。2.质量为1kg的铁块，温度从20℃升高到100℃，需要吸收______J热量；若这些热量由燃烧酒精提供，需要消耗______g酒精（\(c_{铁}=0.46×10^3J/(kg·℃)\)，\(q_{酒精}=3.0×10^7J/kg\)）。答案：\(3.68×10^4\)；1.23解析：（1）\(Q=cm\Deltat=0.46×10^3×1×80=3.68×10^4J\)；（2）\(m_{酒精}=\frac{Q}{q}=\frac{3.68×10^4}{3.0×10^7}≈1.23×10^{-3}kg=1.23g\)。3.汽车行驶时，燃料燃烧放出的热量中，一部分用来做有用功，一部分以______形式散失，还有一部分用来克服______做功。答案：内能；机械摩擦（三）计算题（复杂综合应用）1.某汽车以60km/h的速度匀速行驶200km，消耗汽油25kg，已知汽油的热值为4.6×10^7J/kg，汽车发动机的效率为30%，求：（1）汽油完全燃烧放出的热量；（2）发动机做的有用功；（3）汽车行驶时受到的阻力。解：（1）总热量：\(Q=mq=25×4.6×10^7=1.15×10^9J\)；（2）有用功：\(W=\etaQ=0.3×1.15×10^9=3.45×10^8J\)；（3）速度\(v=60km/h=\frac{50}{3}m/s\)，行驶时间\(t=\frac{s}{v}=\frac{200}{\frac{50}{3}}=12h=4.32×10^4s\)？不，更简单的方法：匀速行驶时，有用功等于克服阻力做的功，即\(W=Fs=fs\)，所以\(f=\frac{W}{s}=\frac{3.45×10^8}{2×10^5}=1725N\)（\(s=200km=2×10^5m\)）。答案：（1）\(1.15×10^9J\)；（2）\(3.45×10^8J\)；（3）1725N。2.用燃气灶加热质量为5kg的水，水温从20℃升高到100℃，消耗天然气0.2m³，已知天然气的热值为3.5×10^7J/m³，求燃气灶的效率。（\(c_{水}=4.2×10^3J/(kg·℃)\)）解：（1）水吸收的热量：\(Q_{吸}=cm\Deltat=4.2×10^3×5×(____)=1.68×10^6J\)；（2）天然气完全燃烧放出的热量：\(Q_{放}=Vq=0.2×3.5×10^7=7×10^6J\)；（3）效率：\(\eta=\frac{Q_{吸}}{Q_{放}}×100\%=\frac{1.68×10^6}{7×10^6}×100\%=24\%\)。答案：24%。（四）实验题（设计与探究）1.设计实验探究“热机效率与燃料种类的关系”。要求：（1）实验器材；（2）实验步骤；（3）分析