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/ 让教学更有效 精品试卷 | 物理
双减作业本12.4机械能与内能的相互转化
（第1课时）
1.通过实例和实验，知道做功是改变物体内能的另一种方式。
2.通过实验知道内能可以转化为机械能。
3.通过实验知道机械能可以转化为内能。
4.了解热机的工作原理和内燃机的工作过程
（巩固性作业）
1．汽油机是燃油车的动力源泉之一，给汽车提供动力的是四冲程汽油机的（ ）
A．压缩冲程 B．做功冲程 C．吸气冲程 D．排气冲程
2．下列实例中，属于通过做功改变物体内能的是（　　）
A．晒太阳取暖 B．冬天搓手取暖
C．用热水袋暖手 D．将食物放入冰箱冷却
3．如图为关于“改变内能方式模块”的知识结构图，下列补全内容正确的是（ ）
A．做功 热传递 转移 B．热传递 做功 转移
C．做功 热传递 转化 D．热传递 做功 转化
4．下列四张图中均改变了物体的内能，其中与另外三个改变内能方式不同的是（　　）
A． 钻木取火
B． 煤炉烧水
C． 压缩空气升温
D． 搓手取暖
5．下图是某四冲程汽油机顺序被打乱的工作图，下列说法正确的是（　　）
A．四个冲程的顺序应该是乙→甲→丁→丙
B．乙冲程的活塞正在往下运动
C．丁冲程将内能转化为机械能
D．热机是利用机械能做功的机器
6．为使舰载机在短时间内达到起飞速度，航母上安装了蒸汽弹射装置，如图所示为其简化原理图。气缸内蒸汽体积膨胀对外做功，从而使舰载机获得巨大的牵引力，弹射出去。从能量转化角度讲（　　）

A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
7．某单缸四冲程汽油机的转速是600r/min，则1s内对外做功 次，做功冲程的能量转化是 （选填“机械能转化为内能”或“内能转化为机械能”）。
8．如图所示是汽油机的 冲程，该冲程能量转化情况为 。若汽油机的转速为3600r/min，则1s内汽油机对外做功 次。
9．如图所示，向烧瓶内打气，当瓶塞跳出时，瓶内出现“白气”，在这个过程中，气体对外做功，气体内能 （选填“增大”或“减小”），温度 （选填“升高”、“降低”或“不变”）。
甲物体只发生热传递，原有内能500J，现在具有内能为460J，则这个物体放出热量为 J；乙物体只发生热传递，原有1000J内能，现在具有1100J内能，则这个物体吸收的热量为 J。一个物体原有800J内能，吸收100J热量后，具有的内能为 J。
（拓展性作业）
11．下列说法不正确的是（　　）
A．做功和热传递都可以改变物体的内能
B．汽车发动机用水作冷却剂，是因为水的比热容较大
C．单缸四冲程汽油机和柴油机的一个工作循环对外都只做一次功
D．热量总是从内能大的物体传递给内能小的物体
12．钻木取火是人类早期掌握的技能之一，下列选项中，改变物体内能的方式与钻木取火相同的是（　　）
A．晒太阳时身体发热 B．锯木条时锯条发热
C．用燃气烧水时水变热 D．用暖宝暖手时手变热
13．如图所示，对于图中所描述的物理过程及现象，下列分析中正确的是（ ）
A．图甲，小朋友从滑梯上下滑过程，通过热传递增加了内能
B．图乙，该实验说明二氧化氮分子是运动的，空气分子是静止的
C．图丙，厚玻璃筒内的空气被压缩，空气的内能减少
D．图丁，瓶子内的空气推动塞子跳起时，与汽油机的做功冲程能量转化相同
14．如图A是四冲程汽油机的工作示意图，如图B是我国古代曾发明的一种点火器，以牛角为套筒，把艾绒黏附在木质推杆前端。取火时一只手握住套筒，另一只手向内猛推推杆，推杆前端的艾绒就会被点燃。下列说法错误的是（ ）
A．做功冲程中，高温、高压燃气减少的内能绝大部分转化为机械能
B．汽油机和柴油机的构造类似，柴油机在压缩冲程中对气体的压缩程度更高
C．图A丁冲程中存在着化学能转化为内能的过程，甲、乙、丙冲程要消耗外部能量
D．图B把推杆推入牛角套筒内时能量转化过程与热机中的图丁冲程相同
15．下列图片是小普同学跟爷爷学习气功的四个基本动作，由此他联想到热机的冲程。下列说法正确的是（　　）
A．在“鼻孔吸气”对应的汽油机冲程中，吸入气缸的只有汽油
B．“气沉丹田”对应的汽油机冲程将机械能转化为内能
C．汽油机和柴油机都是通过火花塞点火的
D．“打完收工”所对应的汽油机冲程是靠飞轮的惯性来完成的
16．一台单缸四冲程汽油机的飞轮的转速是3000r/min，则此汽油机每秒完成的冲程个数和对外做功次数分别是（　　）
A．完成100个冲程，对外做功50次 B．完成50个冲程，对外做功50次
C．完成100个冲程，对外做功25次 D．完成50个冲程，对外做功25次
17．如图所示是四冲程汽油机的 冲程，该冲程的能量转化是内能转化为 能，与图 相同（选填“甲”、“乙”）。
18．小明用塑料矿泉水瓶进行了如下探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（图甲）；扭转瓶子（图乙），轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，瓶内气体的内能 （选填“增大、减小、不变”），同时瓶内出现白雾。此时能量转化与丙、丁图中的 相同；若某台汽油机1s内对外做功20次，则飞轮转速是 r/s。
19．汽油机的一个工作循环有四个冲程，图中表示的是其中的 冲程。如果该汽油机飞轮转速是2400r/min，则它每秒钟内对外做功 次。为了不让汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一个水套，让汽缸被水包围着，用水来冷却汽缸是因为水的 较大。
（探究性作业）
20．如图甲所示是跨学科实践“汽油机模型”。
(1)在圆筒内加入适量酒精，用橡胶塞塞紧筒口，用电火花点火，一段时间后，观察到橡胶塞突然被推出。此过程中，混合气体燃烧产生高温高压的燃气对橡胶塞做功，将燃气的内能转变为橡胶塞的 能。相当于图乙中 （选填“A”、“B”、“C”或“D”）的能量转化过程（火花塞产生的电火花未画出）。
(2)如图是某单缸四冲程汽油机的转速表，转速表当前示数表明该汽油机每秒钟完成做功冲程是 次。
21．汽车已经成为见代生活不可缺少的一部分：
(1)如图（a）（b）（c）（d）为汽车内燃机工作四个冲程的示意图。图 是提供动力的冲程，其余三个冲程都是靠飞轮的惯性带动曲轴连杆转动。图（b）中气体的温度 （选填“升高”或“降低”）。
(2)图是某汽车发动机能量分配图，该发动机的效率是 。
(3)若汽车发动机冷却系统中质量为4kg的水经加热温度从20℃升高到50℃，求水吸收的热量。［］
22.科普阅读题:阅读短文，回答问题。
汽车发动机
发动机是汽车的动力源。汽油机以汽油为燃料，使活塞在汽缸中往复运动，一个工作循环经历进气、压缩、做功和排气四个冲程，汽油机的性能和汽缸排量有关。汽缸排量指活塞一个冲程中活塞在汽缸内通过的容积，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（冲程长度）。如果发动机有若干个汽缸，所有汽缸“工作容积”之和称为发动机排量，实际汽车往往采用多缸发动机。
如图所示发动机有4个汽缸（图中标注1、2、3、4），通过连杆把4个汽缸的活塞连在一根曲轴上。各个汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在吸气、压缩和排气冲程。
(1)汽油机工作时将燃料燃烧的内能转化为 能。
(2)若一个汽缸排量为V，燃气对活塞的平均压强为p，则一个做功冲程中燃气对活塞所做的功为 （用字母表示）。
(3)若汽车发动机以恒定功率输出，在爬坡的时候减慢车速，目的是 。
(4)四缸发动机中1号汽缸在做功冲程中，4号汽缸所处的冲程是___________。
A．吸气 B．压缩 C．做功 D．排气
(5)当发动机转速为3000r/min时，则发动机每个工作循环所需要的时间为 s；
(6)设做功冲程燃气对活塞的平均压强是p0，发动机排量为V排，则发动机转速为n时该轿车的输出功率P与发动机排量为V排的关系式为___________。
A． B．np0V排 C．2np0V排 D．4np0V排
答案部分
核心巩固：
1．【答案】B
【解析】发动机的一个工作循环包括：吸气、压缩、做功、排气四个冲程；做功冲程是将内能转化为机械能，给发动机提供动力，而其它三个冲程是依靠飞轮的惯性完成的，所以发动机产生动力的是做功冲程，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
2．【答案】B
【解析】A．晒太阳取暖是太阳的内能通过热辐射的方式传递给人，使人的内能增加，温度升高，这是通过热传递改变物体内能的，故A不符合题意；
B．冬天搓手时，双手相互摩擦，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，使手的内能增加，温度升高，这是通过做功的方式改变物体的内能，故B符合题意；
C．用热水袋暖手是利用热水袋的温度高于手的温度，通过热传递的方式使热量从热水袋传递到手，从而使手的内能增加，这是热传递改变物体内能，故C不符合题意；
D．将食物放入冰箱冷却，是因为冰箱内的温度低于食物的温度，热量从食物传递到冰箱内的低温环境，是通过热传递的方式使食物的内能减小，温度降低，故D不符合题意。
故选B。
3．【答案】D
【解析】热传递的实质是内能的转移（如 “加热” 过程，内能从高温物体转移到低温物体），因此图中（1）对应热传递。 做功的实质是内能的转化（如热机工作时，内能转化为机械能），因此图中（2）对应做功，（3）对应转化。
故选D。
4．【答案】B
【解析】改变内能的方式有两种：做功和热传递。钻木取火、压缩空气升温、搓手取暖这三种都是通过做功的方式改变物体的内能，煤炉烧水是通过热传递的方式改变物体的内能。
故选B。
5．【答案】B
【解析】A．四冲程汽油机的正确工作顺序是：吸气冲程（活塞下行，进气门开）→压缩冲程（活塞上行，两气门关闭）→做功冲程（活塞下行，两气门关闭）→排气冲程（活塞上行，排气门开）。分析图中：甲冲程两气门关闭，火花塞点火，活塞下行，为做功冲程；乙冲程进气门打开，活塞下行，为吸气冲程；丙冲程排气门打开，活塞上行，为排气冲程；丁冲程两气门关闭，活塞上行，为压缩冲程。因此正确顺序应为乙（吸气）→丁（压缩）→甲（做功）→丙（排气），故A错误；
B．乙冲程为吸气冲程，此时活塞向下运动，进气门打开，吸入汽油和空气的混合物，故B正确；
C．丁冲程为压缩冲程，两气门关闭，活塞上行，压缩油气混合物，将机械能转化为内能，故C错误；
D．热机是利用燃料燃烧产生的内能转化为机械能来做功的机器，而不是直接利用机械能做功，故D错误。
故选B。
6．【答案】C
【解析】气缸内蒸汽体积膨胀，对外做功，内能转化为机械能，使舰载机获得巨大的牵引力，汽油机的做功冲程能量转化是内能转化为机械能，即这个过程相当于汽油机的做功冲程，故C符合题意，ABD不符合题意。
故选C。
7．【答案】5 内能转化为机械能
【解析】[1]汽油机完成1个工作循环，四个冲程，飞轮转2转，对外做功1次。某单缸四冲程汽油机的转速是
即每秒完成5个工作循环，对外做功5次。
[2]汽油机的做功冲程中，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，高温高压气体推动活塞向下运动，将内能转化为机械能。
8．【答案】做功 内能转化为机械能 30
【解析】[1][2]如图所示进气门和排气门关闭，火花塞产生电火花，是汽油机的做功冲程，该冲程能量转化情况为内能转化为机械能。
[3]汽油机的转速为，即1s内汽油机转动60圈，而四冲程汽油机完成一个工作循环时，飞轮转动2圈，对外做功1次，故1s内汽油机对外做功30次。
9．【答案】减小 降低
【解析】[1][2]气体对外做功时，气体的内能转化为瓶塞的机械能，气体内能减少，温度降低。
10．【答案】40 100 900
【解析】[1]物体放出热量时，内能减少，放出的热量等于原有内能减去现在内能，即
[2]物体吸收热量时，内能增加，吸收的热量等于现在内能减去原有内能，即
[3]3.吸收热量后内能增加，现在的内能等于原有内能加上吸收的热量，即
素养提升
11．【答案】D
【解析】A．改变物体的内能的方式有两种，分别是做功和热传递，故A正确，不符合题意；
B．汽车发动机用水作冷却剂，是因为质量相同的水和其他物质相比，在升高相同温度时，由于水的比热容较大，可以吸收更多的热量，故B正确，不符合题意；
C．单缸四冲程汽油机和柴油机的一个工作循环包括吸气、压缩、做功和排气四个冲程，其中只有做功冲程对外做功，故C正确，不符合题意；
D．发生热传递时，热量总是从温度高的物体传递给温度低的物体，故D错误，符合题意。
故选D。
12．【答案】B
【解析】钻木取火是通过克服摩擦力做功，使木头的内能增加、温度升高，最终达到燃点。
A．晒太阳时身体发热，是太阳光的热辐射传递热量给身体，属于热传递（辐射）改变内能，故A不符合题意；
B．锯木条时，锯子与木头之间有摩擦，需要克服摩擦力做功，机械能转化为内能，导致锯条温度升高，这是做功改变内能，故B符合题意；
C．用燃气烧水时水变热，是燃气燃烧释放热量，通过热传递加热锅和水，故C不符合题意；
D．用暖宝暖手时手变热，是暖宝放热，热量通过热传递传给手，使手内能增大，温度升高，变热，故D不符合题意。
故选 B。
13．【答案】D
【解析】A．图甲中，小朋友从滑梯上下滑时，需要克服摩擦力做功，这个过程中机械能转化为内能，导致臀部和滑梯的内能增加、温度升高。这是通过做功的方式改变物体的内能，而不是通过热传递，故A错误；
B．图乙是气体扩散现象的实验，抽去玻璃板后，密度较大的二氧化氮气体会向上运动，密度较小的空气会向下运动，最终混合均匀。这表明构成空气和二氧化氮的分子都在不停地做无规则运动，故B错误；
C．图丙中，当用力向下快速按压活塞时，活塞对筒内的空气做功，使空气的内能增加，温度升高，当温度达到棉花的着火点时，棉花就会燃烧。这个过程是将机械能转化为内能，故C错误；
D．图丁中，瓶内的高压空气推动瓶塞跳起，是空气对瓶塞做功，这个过程中空气的内能转化为瓶塞的机械能，所以空气的内能会减少，温度降低。汽油机的做功冲程是高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能。因此，这两个过程的能量转化是相同的，故D正确。
故选D。
14．【答案】D
【解析】A．做功冲程中，燃料释放的能量少部分转化为机械能，大部分以尾气形式排放，故A正确，不符合题意；
B．柴油机在压缩冲程中对气体的压缩程度更高，体积更小，内能更大，故B正确，不符合题意；
C．图A甲中两个气门关闭，活塞向上运动，机械能转化为内能，是压缩冲程；图A乙中进气门打开，活塞向下运动，是吸气冲程；图A丙中排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，图A丁中两个气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程，高温气体燃烧，先将化学能转化为内能，再将内能转化为机械能，甲、乙、丙冲程靠飞轮惯性完成，故C正确，不符合题意；
D．图B把推杆推入牛角套筒内时，套筒内的温度升高，内能增大，是由机械能转化为内能，能量转化过程与热机中的压缩冲程相同，即与图甲相同，故D错误，符合题意。
故选D。
15．【答案】BD
【解析】A．“鼻孔吸气”相当于吸气冲程，汽油机在吸气冲程中，吸入气缸的是汽油和空气的混合物，故A错误；
B．“气沉丹田”相当于压缩冲程，压缩冲程将机械能转化为内能，故B正确；
C．汽油机是通过火花塞点火使汽油燃烧的，柴油机是通过压缩使柴油燃烧的，故C错误；
D．“打完收工”相当于排气冲程，此冲程靠飞轮的惯性来完成，故D正确。
故选BD。
16．【答案】C
【解析】四冲程内燃机一个工作循环，活塞往复两次、飞轮转两周，完成四个冲程，对外做功一次，当飞轮的转速是3000r/min，即50r/s时，每秒完成100个冲程，对外做功25次，故C符合题意，ABD不符合题意。
故选 C。
17．【答案】做功 机械 乙
【解析】[1]图中的汽油机进气门和排气门关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程。
[2]做功冲程中，燃料燃烧产生的内能转化为活塞运动的机械能。
[3]甲图是用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了硝化棉的着火点，硝化棉就会燃烧，是通过对物体做功来增大物体内能的，即是将机械能转化为内能的过程，类似于汽油机的压缩冲程；乙图中，燃着的酒精灯对试管中的水加热，加快水的蒸发，使试管中水的内能增大，体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能，类似于汽油机的做功冲程。
18．【答案】减小 丙 40
【解析】[1]瓶内气体冲出瓶盖时对外做功，内能转化为机械能，内能会减小。
[2]瓶内气体内能转化为瓶盖的机械能，属于内能转化为机械能的过程，丙图为做功冲程，将内能转化为机械能，与丙图的能量转化相同。
[3]汽油机一个工作循环对外做功1次，飞轮转动2圈，1s内对外做功20次，飞轮转速为
19．【答案】做功 20 比热容
【解析】[1]图中进气门和排气门都关闭，火花塞点火，符合做功冲程的特点，故图中表示的是做功冲程。
[2]该汽油机飞轮转速是2400r/min，则它每秒钟转40周，汽油机飞轮转动两周，对外做功一次，所以它每秒对外做功次。
[3]为了不让汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一个水套，让汽缸被水包围着，用水来冷却汽缸是因为水的比热容较大，相同条件下能吸收更多热量，冷却效果好。
自我超越：
20．【答案】(1)机械 B (2)25
【解析】（1）[1]在圆筒内加入适量酒精，用橡胶塞塞紧筒口，用电火花点火，酒精燃烧产生高温高压的燃气，燃气推动橡胶塞做功，燃气的内能转化为橡胶塞的机械能。
[2]在内燃机的压缩冲程中，机械能转化为内能，做功冲程中，内能转化为机械能，所以此实验与内燃机做功冲程能量转化原理相同；
A．图中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，故A不符合题意；
B．图中进气门和排气门都关闭，活塞向下运动，是做功冲程，故B符合题意；
C．图中进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，故C不符合题意；
D．图中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，故D不符合题意。
故选B。
（2）由图可知，汽油机的转速为3000r/min，合50r/s，说明1s内汽油机曲轴的转动50圈；由于一个工作循环中，曲轴转动两周，对外做功一次，完成1次做功冲程，所以1s内曲轴转动50圈，完成25次做功冲程。
21．【答案】(1) d 升高 (2)25% (3)
【解析】（1）[1]图（d）中两个气门都关闭，活塞向下运动，火花塞点火，为做功冲程，将内能转化为机械能，对外提供动力。
[2]图（b）中，进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，该冲程是压缩冲程，将机械能转化为内能，活塞对气体做功，气体的内能增大，温度升高。
（2）发动机效率是指发动机对外输出的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量之比。在本题中，来自燃料的能量为100%，发动机对外做功（提供动力）占比为25%，所以发动机效率就是25%。
（3）根据公式可知，水吸收的热量为
22．【答案】(1)机械能 (2)pV (3)增大牵引力 (4)A (5)0.04 (6)A
【解析】（1）内燃机就是将内能转化为机械能的机器，故汽油机工作时将燃料燃烧的内能转化为机械能。
（2）在做功冲程，活塞移动的距离为L，发动机的单缸排量为V=SL，燃气对活塞所做的功为
（3）根据可知，功率一定时，速度越小，牵引力越大，故降低速度是为了增大牵引力。
（4）四汽缸发动机，各个汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在吸气、压缩和排气冲程，则若四缸发动机中1号汽缸在做功冲程中，此时活塞应该向下运动，由于4号曲轴的位置和1号相同，所以4号活塞也向下运动，所以4号汽缸所处的冲程是吸气冲程，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
（5）在发动机中，飞轮转2周完成一个工作循环，所以发动机转速为3000r/min时，1min完成1500个工作循环，每个工作循环所需要的时间为
（6）设做功冲程燃气对活塞的平均压强为p0，发动机排量为V排，则一个活塞的排气量为，做功冲程燃气对一个活塞的平均压力为
每个做功冲程燃气对一个活塞做的功为
发动机转速为n时，燃气对活塞做功的功率为
故BCD不符合题意，A符合题意。
故选A。
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