第十三章 内能与热机
满分:100分,限时:45分钟
一、选择题(每小题3分,共27分)
1.(2018江苏东台第七联盟月考)下列生活实例中,属于内能转化为机械能的是( )
A.冬天人们常用双手互相摩擦取暖
B.用茶壶烧水,水烧开时,茶壶盖被顶起
C.钻木取火
D.四冲程汽油机的压缩冲程
2.(2017广东广州中考)甲、乙两杯水温度各为 40 ℃、80 ℃,下列说法正确的是( )
A.只有加热才能使水升温
B.甲杯中水的内能一定比乙杯中的小
C.乙杯中水的温度降低,水的内能一定减小
D.甲杯中的水分子运动一定比乙杯中的剧烈
3.(2017浙江杭州中考)将一高温物体与一低温物体接触达到相同温度(两物体与外界没有热量交换),则有( )
A.高温物体放出的热量一定大于低温物体吸收的热量
B.高温物体放出的热量一定等于低温物体吸收的热量
C.高温物体降低的温度一定大于低温物体升高的温度
D.高温物体降低的温度一定等于低温物体升高的温度
4.(2018江苏徐州新城实验学校月考)下列现象中,利用热传递改变内能的是( )
A.冬天在户外时两手相搓一会儿就暖和
B.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
5.(2016辽宁沈阳中考)如图13-5-1所示,对于图片中所描述的物理过程,下列分析中正确的是( )
图13-5-1
A.图甲:厚玻璃筒内的空气被压缩时,空气的内能减少
B.图乙:瓶子内的空气推动塞子跳起时,空气的内能增大
C.图丙:试管内的水蒸气推动塞子冲出时,水蒸气的内能减少
D.图丁:气缸内的气体推动活塞向下运动时,气体的内能增大
6.(2016甘肃兰州中考)下列说法正确的是( )
A.物体的内能增加,它的温度一定升高
10
B.汽油机在吸气冲程中吸入气缸的是汽油和空气的混合物
C.外界对物体做功,它的温度一定升高
D.“黄沙漫天”说明分子在永不停息地做无规则运动
7.(2018北京海淀期中)图13-5-2是“用传感器比较不同物质的比热容”的实验装置。某次实验中将两支温度传感器和两个相同试管(分别盛有初温相同和质量相同的甲、乙两种液体)分别固定在铁架台上,两个试管放入同一个红外加热器中(两试管在红外加热器中相同时间内吸收的热量相同),两个温度传感器的探头部分与两试管内的液体接触良好,两支温度传感器通过数据采集线与计算机相连接,在计算机上打开与此仪器配套的专用软件,点击“开始记录”,同时打开红外加热器开关,对两试管内的液体加热,两种液体沸腾前,在计算机上得到图13-5-3所示的升高温度-时间实验图线。则下列说法中正确的是( )
图13-5-2 图13-5-3
A.加热相同的时间甲液体比乙液体温度变化小
B.甲、乙液体升高相同温度,甲液体比乙液体吸收的热量多
C.甲液体的比热容小于乙液体的比热容
D.从吸热能力方面看,选择甲液体做冷却剂比乙液体效果好
8.完全燃烧1 kg柴油放出的热量能使多少质量的水温度升高20 ℃?[已知柴油的热值是4.2×107 J/kg,水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),假定放出的热量被水完全吸收]( )
A.2 kg B.20 kg
C.50 kg D.500 kg
9.一台柴油机中的燃料完全燃烧放出了8×107 J的热量,损失了4.8×107 J的热量,该柴油机的效率为( )
A.30% B.40% C.60% D.32%
二、填空题(每空3分,共52分)
10.(2018江苏盐城射阳实验初中月考)在常见的物质中,水的比热容最大,为4.2×103 J/(kg·℃),物理意义是 ;在常见的物质中,氢气的热值最大,为1.43×108 J/kg,其物理意义是 。
11.如图13-5-4所示,甲气球装入少量水后,将甲、乙两个气球吹成一样大小,用细绳把它们挂在横杆上,烛焰靠近气球的底部加热,发现乙气球“啪”的一声破了,而甲气球加热很长时间,仍安然无恙。
10
(1)在加热过程中,由于“烧不破”的甲气球装有水,水的比热容较 ,且水蒸发过程需要 热,所以甲气球的温度升高得慢。
(2)在加热过程中,乙气球内气体内能增大,是用 的方法改变气体的内能。
图13-5-4
12.(2018江苏泰州三中教育联盟课堂练)如图13-5-5所示,是小华探究“海水和沙滩的温度随时间变化的规律”时画的一张示意图。根据图中所给的信息,小华观察的时间是 (选填“中午”或“夜晚”),产生这一现象的原因是 。
图13-5-5
13.星期天,小明同学在父母的协助下,从早上七点开始每隔半小时对他家附近的气温和一个深水池里的水温进行测量,并根据记录的数据绘成温度-时刻图线,如图13-5-6所示。从图线可以看出乙的温度变化幅度小,是 (选填“气温”或“水温”)的图线,温度变化幅度小的原因是 。
图13-5-6
14.一台单缸四冲程汽油机,做功冲程中将 能转化为 能,以汽油为燃料的某品牌小汽车行驶100 km,发动机牵引力所做的功为1.15×108 J,消耗汽油10 kg,小汽车发动机的效率为 。(汽油的热值q汽油=4.6×107 J/kg)
15.(2016重庆中考A卷)将一瓶容量为550 mL的矿泉水放入冰箱一段时间后,水温从30 ℃降低到10 ℃,这是用 方式改变了矿泉水的内能;在这个过程中水放出的热量为 J。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]。
三、实验探究题(11分)
16.(2017重庆一中月考)如图13-5-7所示是小冬同学“探究不同物质吸热升温现象”的实验装置,他用完全相同的两套装置,同时给质量和初温都相同的甲、乙两种液体加热。
10
图13-5-7
(1)要完成该探究实验,除了图中所示的器材外,还需要的测量工具有天平和 。
(2)实验中利用相同热源给物质加热,物质吸收热量的多少是通过 反映的,这种解决物理问题的方法称之为 法。
加热时
间/min
0
1
2
3
4
5
20
22
24
26
28
30
20
25
30
35
40
45
(3)上表是小冬同学记录的实验数据,分析表格数据可知:甲液体吸热能力 (选填“大于”、“小于”或“等于”)乙液体吸热能力,如果它们升高相同的温度,则甲液体与乙液体吸收的热量之比是 。
(4)实验结束后,小冬得知甲、乙两种液体中有一种液体的比热容为2.1×103 J/(kg·℃),若有10 kg这种液体,温度升高20 ℃,吸收的热量全部由酒精完全燃烧获得,则至少要消耗 g酒精(酒精的热值为3.0×107 J/kg)。
(5)小红想用与小冬不同的方法进行实验,则她在实验中应控制 (选填“加热时间”或“升高温度”)相同。
四、计算题(10分)
17.(2018江苏句容二中片区联考)人体摄入的能量(营养师常称之为热量)过多或过少,都有损于健康。某种巧克力的营养成分表上标有“每100 g所含能量为 2.361×106 J”。
(1)小华同学质量为50 kg,正常情况下步行上一层楼需要12 s,他克服重力做多少功?他克服重力做功的功率是多少?(每层楼高3 m,g取10 N/kg)
(2)人体摄入了过多的能量往往希望通过运动消耗掉。小华同学吃了一块净含量50 g的上述巧克力,如果他从巧克力获得的能量全部用于克服重力做功,则他要爬多少层楼?
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10
满分:100分,限时:45分钟
一、选择题(每小题3分,共27分)
1.(2018江苏东台第七联盟月考)下列生活实例中,属于内能转化为机械能的是( )
A.冬天人们常用双手互相摩擦取暖
B.用茶壶烧水,水烧开时,茶壶盖被顶起
C.钻木取火
D.四冲程汽油机的压缩冲程
1.答案 B 两手互相摩擦属于摩擦生热,是通过做功将机械能转化为内能;水烧开以后,水蒸气对壶盖做功,把壶盖顶起来,将水蒸气的内能转化为壶盖的机械能。水蒸气内能减少,温度降低;钻木取火时,机械能转化为木头的内能;内燃机工作时,在压缩冲程中将机械能转化为内能;在做功冲程中将内能转化为机械能。
2.(2017广东广州中考)甲、乙两杯水温度各为 40 ℃、80 ℃,下列说法正确的是( )
A.只有加热才能使水升温
B.甲杯中水的内能一定比乙杯中的小
C.乙杯中水的温度降低,水的内能一定减小
D.甲杯中的水分子运动一定比乙杯中的剧烈
2.答案 C 进行热传递可以使两杯水升温,但热传递的方式不一定是加热,A错误;内能与温度和质量有关,两杯水的质量关系不确定,B错误;乙杯中水的温度降低,水的内能一定减小,C正确;温度越高,分子运动越剧烈,乙杯中的水分子运动一定比甲杯中的剧烈,D错误。
3.(2017浙江杭州中考)将一高温物体与一低温物体接触达到相同温度(两物体与外界没有热量交换),则有( )
A.高温物体放出的热量一定大于低温物体吸收的热量
B.高温物体放出的热量一定等于低温物体吸收的热量
C.高温物体降低的温度一定大于低温物体升高的温度
D.高温物体降低的温度一定等于低温物体升高的温度
3.答案 B 将一高温物体与一低温物体接触达到相同温度,由于不知它们初温及达到热平衡时的温度,故无法判定它们温度变化的大小,故C、D错误;高温物体放出热量,低温物体吸收热量,吸收的热量等于放出的热量,故B正确,A错误。故选B。
4.(2018江苏徐州新城实验学校月考)下列现象中,利用热传递改变内能的是( )
A.冬天在户外时两手相搓一会儿就暖和
B.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
4.答案 C 改变物体内能的方式有做功和热传递,做功属于能量的转化,热传递属于能量的转移。冬天在户外时两手相搓一会儿就暖和,机械能转化为内能,属于做功改变物体的内能,A不符合题意;刀在砂轮的高速摩擦之下溅出火花,机械能转化为内能,属于做功改变物体的内能,B不符合题意;在烈日之下柏油路面被晒熔化了,柏油路面吸收热量,温度升高,属于热传递改变物体的内能,C符合题意;火箭在“熊熊烈火”的喷射中冲天而起,内能转化为机械能,属于做功改变物体的内能,D不符合题意。
10
5.(2016辽宁沈阳中考)如图13-5-1所示,对于图片中所描述的物理过程,下列分析中正确的是( )
图13-5-1
A.图甲:厚玻璃筒内的空气被压缩时,空气的内能减少
B.图乙:瓶子内的空气推动塞子跳起时,空气的内能增大
C.图丙:试管内的水蒸气推动塞子冲出时,水蒸气的内能减少
D.图丁:气缸内的气体推动活塞向下运动时,气体的内能增大
5.答案 C 图甲,厚玻璃筒内的空气被压缩时,活塞对空气做功,瓶内空气温度升高,空气的内能增加,故A错误;图乙,瓶子内的空气推动塞子跳起时,空气对活塞做功,空气的内能减小,故B错误;图丙,试管内的水蒸气推动塞子冲出时,水蒸气对塞子做功,水蒸气的内能减少,故C正确;图丁,气缸内的气体推动活塞向下运动时(即做功冲程),内能转化为机械能,气缸内气体的内能减少,故D错误。
6.(2016甘肃兰州中考)下列说法正确的是( )
A.物体的内能增加,它的温度一定升高
B.汽油机在吸气冲程中吸入气缸的是汽油和空气的混合物
C.外界对物体做功,它的温度一定升高
D.“黄沙漫天”说明分子在永不停息地做无规则运动
6.答案 B 物体吸收热量,内能一定增大,但温度不一定升高,例如,晶体熔化过程中,吸收热量,温度不变,故A错误;工作过程中,汽油机吸入的是空气和汽油的混合物,故B正确;外界对物体做功,它的温度不一定升高,例如,对0 ℃的冰做功,使其变为0 ℃的水,故C错误;“黄沙漫天”是宏观物体的运动,不是分子运动,故D错误。
7.(2018北京海淀期中)图13-5-2是“用传感器比较不同物质的比热容”的实验装置。某次实验中将两支温度传感器和两个相同试管(分别盛有初温相同和质量相同的甲、乙两种液体)分别固定在铁架台上,两个试管放入同一个红外加热器中(两试管在红外加热器中相同时间内吸收的热量相同),两个温度传感器的探头部分与两试管内的液体接触良好,两支温度传感器通过数据采集线与计算机相连接,在计算机上打开与此仪器配套的专用软件,点击“开始记录”,同时打开红外加热器开关,对两试管内的液体加热,两种液体沸腾前,在计算机上得到图13-5-3所示的升高温度-时间实验图线。则下列说法中正确的是( )
10
图13-5-2 图13-5-3
A.加热相同的时间甲液体比乙液体温度变化小
B.甲、乙液体升高相同温度,甲液体比乙液体吸收的热量多
C.甲液体的比热容小于乙液体的比热容
D.从吸热能力方面看,选择甲液体做冷却剂比乙液体效果好
7.答案 C 根据图像,甲液体温度升高较快,可知甲液体的比热容小于乙液体。
8.完全燃烧1 kg柴油放出的热量能使多少质量的水温度升高20 ℃?[已知柴油的热值是4.2×107 J/kg,水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),假定放出的热量被水完全吸收]( )
A.2 kg B.20 kg
C.50 kg D.500 kg
8.答案 D 水的质量m=====500 kg。
9.一台柴油机中的燃料完全燃烧放出了8×107 J的热量,损失了4.8×107 J的热量,该柴油机的效率为( )
A.30% B.40% C.60% D.32%
9.答案 B 柴油机的效率η====40%。
二、填空题(每空3分,共52分)
10.(2018江苏盐城射阳实验初中月考)在常见的物质中,水的比热容最大,为4.2×103 J/(kg·℃),物理意义是 ;在常见的物质中,氢气的热值最大,为1.43×108 J/kg,其物理意义是 。
10.答案 质量为1 kg的水温度升高或降低1 ℃,吸收或放出的热量是4.2×103 J 质量为1 kg的氢气完全燃烧能够放出的热量为1.43×108 J
解析 见答案。
11.如图13-5-4所示,甲气球装入少量水后,将甲、乙两个气球吹成一样大小,用细绳把它们挂在横杆上,烛焰靠近气球的底部加热,发现乙气球“啪”的一声破了,而甲气球加热很长时间,仍安然无恙。
10
(1)在加热过程中,由于“烧不破”的甲气球装有水,水的比热容较 ,且水蒸发过程需要 热,所以甲气球的温度升高得慢。
(2)在加热过程中,乙气球内气体内能增大,是用 的方法改变气体的内能。
图13-5-4
11.答案 (1)大 吸 (2)热传递
解析 (1)由题意可知,在加热过程中,由于“烧不破”的甲气球装有水,水的比热容较大,且水蒸发过程需要吸热,所以甲气球的温度升高得慢。
(2)在加热过程中,乙气球内气体内能增大,是烛焰的内能转移到气球和气球内的气体,所以是用热传递的方法改变气体的内能。
12.(2018江苏泰州三中教育联盟课堂练)如图13-5-5所示,是小华探究“海水和沙滩的温度随时间变化的规律”时画的一张示意图。根据图中所给的信息,小华观察的时间是 (选填“中午”或“夜晚”),产生这一现象的原因是 。
图13-5-5
12.答案 夜晚 水的比热容比沙大
解析 由于水的比热容较大,同质量的水和沙相比在吸收或放出相同的热量时,温度升高或降低得较小;由图示可知,海水的温度较高,所以应是夜晚向外放热的情况。
13.星期天,小明同学在父母的协助下,从早上七点开始每隔半小时对他家附近的气温和一个深水池里的水温进行测量,并根据记录的数据绘成温度-时刻图线,如图13-5-6所示。从图线可以看出乙的温度变化幅度小,是 (选填“气温”或“水温”)的图线,温度变化幅度小的原因是 。
图13-5-6
13.答案 水温 水的比热容较大
解析 水和其他物质相比,比热容较大,吸收同样多的热量,水的温度变化小,所以气温变化比水温变化大。
10
14.一台单缸四冲程汽油机,做功冲程中将 能转化为 能,以汽油为燃料的某品牌小汽车行驶100 km,发动机牵引力所做的功为1.15×108 J,消耗汽油10 kg,小汽车发动机的效率为 。(汽油的热值q汽油=4.6×107 J/kg)
14.答案 内 机械 25%
解析 汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能;消耗汽油10 kg 所放出的热量为Q=mq汽油=10 kg×4.6×107 J/kg=4.6×108 J。发动机的效率η=×100%=×100%=25%。
15.(2016重庆中考A卷)将一瓶容量为550 mL的矿泉水放入冰箱一段时间后,水温从30 ℃降低到10 ℃,这是用 方式改变了矿泉水的内能;在这个过程中水放出的热量为 J。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]。
15.答案 热传递 4.62×104
解析 水放出热量,内能减少,是通过热传递的方法改变内能;水放出的热量:Q放=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×0.55 kg×(30 ℃-10 ℃)=4.62×104 J。
三、实验探究题(11分)
16.(2017重庆一中月考)如图13-5-7所示是小冬同学“探究不同物质吸热升温现象”的实验装置,他用完全相同的两套装置,同时给质量和初温都相同的甲、乙两种液体加热。
图13-5-7
(1)要完成该探究实验,除了图中所示的器材外,还需要的测量工具有天平和 。
(2)实验中利用相同热源给物质加热,物质吸收热量的多少是通过 反映的,这种解决物理问题的方法称之为 法。
加热时
间/min
0
1
2
3
4
5
20
22
24
26
28
30
20
25
30
35
40
45
(3)上表是小冬同学记录的实验数据,分析表格数据可知:甲液体吸热能力 (选填“大于”、“小于”或“等于”)乙液体吸热能力,如果它们升高相同的温度,则甲液体与乙液体吸收的热量之比是 。
10
(4)实验结束后,小冬得知甲、乙两种液体中有一种液体的比热容为2.1×103 J/(kg·℃),若有10 kg这种液体,温度升高20 ℃,吸收的热量全部由酒精完全燃烧获得,则至少要消耗 g酒精(酒精的热值为3.0×107 J/kg)。
(5)小红想用与小冬不同的方法进行实验,则她在实验中应控制 (选填“加热时间”或“升高温度”)相同。
16.答案 (1)停表 (2)加热时间 转换 (3)大于 5∶2 (4)140 (5)升高温度
解析 (1)实验中需给质量相同的两种液体加热相同的时间,比较升高的温度,所以除了图中所示的温度计和天平外,还需要停表。
(2)实验中通过加热时间来反映物质吸收热量的多少,用到的是转换法。
(3)由表格中数据知,加热相同的时间,甲液体温度升高更慢,所以要升高相同的温度,甲需吸收更多的热量,可知甲液体的吸热能力大于乙液体的吸热能力;根据数据,同是由20 ℃升高到30 ℃,甲用了5 min,乙用了2 min,可知甲吸收热量与乙吸收热量之比为5∶2。
(4)液体吸收热量为:
Q吸=cmΔt=2.1×103 J/(kg·℃)×10 kg×20 ℃=4.2×105 J;
由Q放=Q吸=mq得,酒精的质量:
m酒===0.014 kg=140 g 。
(5)由数据可知小冬的方法是加热相同的时间,所以小红的方法应为升高相同的温度。
四、计算题(10分)
17.(2018江苏句容二中片区联考)人体摄入的能量(营养师常称之为热量)过多或过少,都有损于健康。某种巧克力的营养成分表上标有“每100 g所含能量为 2.361×106 J”。
(1)小华同学质量为50 kg,正常情况下步行上一层楼需要12 s,他克服重力做多少功?他克服重力做功的功率是多少?(每层楼高3 m,g取10 N/kg)
(2)人体摄入了过多的能量往往希望通过运动消耗掉。小华同学吃了一块净含量50 g的上述巧克力,如果他从巧克力获得的能量全部用于克服重力做功,则他要爬多少层楼?
17.答案 (1)1 500 J 125 W (2)787层
解析 (1)步行上一层楼,他克服重力做的功W=Gh=mgh=50 kg×10 N/kg×3 m=1500 J,他克服重力做功的功率P===125 W。
(2)吃一块净含量50 g的上述巧克力获得的能量Q=×50 g=1180.5 kJ=1.1805×106 J。
爬一层楼克服重力做的功为1 500 J,从巧克力获得的能量全部用于克服重力做功,则他爬楼的层数:n==787。
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