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专题09 机械能与内能的相互转化（解析版）
一、单选题
1.下面是小明同学“物理学习笔记”中的摘录，其中正确的是()
A. 做功和热传递在改变物体热量上是等效的
B. 某种燃料在燃烧时所放出的热量叫做这种燃料的热值
C. 热量是在热传递过程中物体内能改变的多少
D. 温度越高的物体具有的热量越多
【答案】C
【解析】
【分析】
热量是过程量，不是状态量，做功与热传递是改变物体内能的两种方式。
做功与热传递是改变物体内能的两种方式，它们在改变物体内能的效果上是等
效的；某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值；热
量是能量转化的量度，它是一个过程量。
【解答】
A.做功与热传递可以改变物体的内能，不是改变物体的热量，做功与热传递在
改变物体内能的效果上是等效的，故A错误；
B.某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值，故B错
误；
C.热量是在传递过程中物体内能改变的多少，故C正确；
D.温度是过程量，不是状态量，温度越高的物体具有的内能越多，并不是热量
越多，故D错误。
故选C。
2.用酒精灯给试管加热，如图所示，试管口软木塞冲出的过程中，下列说法正
确的是()
A. 水蒸气对软木塞做功，水蒸气内能增大
B. 水蒸气的内能转化为软木塞的机械能
C. 软木塞是由于惯性冲出去的，与水蒸气的内能无关
D. 试管口的“白气”是水蒸气汽化形成的
【答案】B【解析】解：水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能转化为软木塞的机械能．
3.热机的工作过程可以概括为：①工作物质获得内能，膨胀做功，把一部分内
能转化为机械能；②燃料燃烧释放出内能；③内能传递给工作物质；④工作物
质内能减少，温度降低．按工作过程排列，其顺序正确的是()
A. ①②③④ B. ③②④① C. ②③①④ D. ②①④③
【答案】C
【解析】解：热机的工作过程为：燃料燃烧释放出内能，内能传递给工作物质，
工作物质获得内能，膨胀做功，把一部分内能转化为机械能，工作物质内能减
少，温度降低．
4.提高热机效率的有效途径是()
A. 增大热机的功率
B. 减少热机的各种损失，保证良好的润滑
C. 降低热机的功率
D. 以上说法都可以
【答案】B
【解析】解：AC、功率和效率是两个不同的概念，它们之间没有联系，故增大
或降低热机的功率，不能改变热机效率，故AC错误；
BD、减少热机的各种热损失，保证良好的润滑，可以提高有效利用的能量与总
能量之比，故B正确，D错误。
故选：B。
要解决此题，需要掌握热机效率的概念：热机有效利用的能量与燃料完全燃烧
放出的能量之比。要提高热机的效率，就要想办法减少热量的损失。
此题主要考查了热机效率的概念，首先要知道热机效率是有效利用的能量与燃
料完全燃烧放出的能量之比。要提高燃料的利用率，需要尽量减少能量的损失。
5.某摩托车的效率为35%，某汽车的效率为30%，这说明了()
A. 摩托车比汽车的功率大
B. 摩托车比汽车做的有用功多
C. 要得到相同的机械能，摩托车消耗的燃料少
D. 使用摩托车比使用汽车做功多
【答案】C
【解析】解：
A、热机的效率与功率无关，故A错；
BD、摩托车的效率比汽车的效率高，说明消耗相同的油，摩托车做的有用功多，
故BD错；
C、摩托车的效率比汽车的效率高，说明做同样多的有用功，摩托车消耗的油少，故C正确；
故选：C。
热机效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，效率高说
明比值大，而与功率无关。
此题主要考查了对热机效率的理解，热机的效率是热机用来做有用功的能量与
燃料完全燃烧放出的能量之比。做同样多的功，消耗的油越多，效率越低；消
耗相同的油，做的功越多，效率越高。
6.2019年1月3日，长征三号乙运载火箭成功发射“嫦娥四号”探测器。探测
器成功降落于月球背面的预选着陆区，实现了人类探测器首次月球背面软着陆
和首次月背与地球的中继通信，开启了月球探测的新篇章。从物理的角度去思
考，下列说法正确的是()
A. 探测器着陆时，不能立即停止下来，是由于探测器受到惯性的作用
B. 发动机采用液氢为燃料，是利用液氢的比热容大的优点
C. 嫦娥四号被月球捕获，说明月球对嫦娥四号的引力大于嫦娥四号对月球的引
力
D. 嫦娥四号关闭发动绕月运动，从近月点向远月点运动过程中，动能转化为重
力势能
【答案】D
【解析】解：A、探测器着陆时，不能立即停止下来，是因为具有惯性，惯性不
是力，不能说成受到惯性作用，故A错误；
B、发动机采用液氢作为燃料，原因是液氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量
的氢时，可以放出更多的热量，故B错误；
C、月球对嫦娥四号的引力与嫦娥四号对月球的引力是一对相互作用力，二者
大小相等。故C错误；
D、月球上没有空气，嫦娥四号从近月点向远月点运动的过程中，只有重力做
功，故机械能守恒，嫦娥四号从近月点向远月点运动的过程中，嫦娥四号的高
度增加，重力势能增加，速度减小，动能减小，动能转化为重力势能，故D正
确。
故选：D。
(1)惯性是物体具有的保持运动状态不变的一种性质；
(2)热值是燃料的一种特性，热值越大的燃料在完全燃烧相同质量的燃料时，放
出的热量越多，所以在选择火箭燃料时首先应该考虑燃料的热值大小；
(3)相互作用力的条件：大小相等、方向相反、作用在两个物体上，作用在同一
条直线上。
(4)根据机械能守恒的条件分析机械能是否守恒，再根据重力做功情况分析动能
的变化。
此题是一道联系实际的应用题，考查了热值、惯性、力的作用的相互性、及能量的转化，包含的物理规律较多，掌握基本规律是解答的关键。
7.如图是内燃机的某个冲程。下列情况与该冲程能的转化方式一致的是()
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】解：
由图可知，内燃机进气门和排气门都是关闭的，火花塞点火，活塞下行，因此
是做功冲程，做功冲程中内能转化为机械能；
A、瓶塞冲出时，水蒸气膨胀做功，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，其能量
转化情况与内燃机做功冲程相同，故A符合题意；
B、搓手取暖是克服摩擦做功，将机械能转化为内能，故B不合题意；
C、向下迅速压活塞，压缩空气做功，消耗机械能转化为内能，使筒内气体的
内能增大、温度升高，故C不合题意；
D、钻木取火是克服摩擦做功，将机械能转化为内能，故D不合题意。
故选：A。
四冲程内燃机一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程；由进气门
和排气门的关闭和打开情况、活塞的上行和下行情况来判断是哪个冲程；其中
压缩冲程将机械能转化为内能；做功冲程将内能转化为机械能。
此题要结合内燃机的四个冲程特点和冲程中的能量转化关系以及分析清楚不同
场景中涉及的能量转化。8.单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1800r/min，此汽油机在每秒钟内()
A. 完成120个冲程，对外做功30次 B. 完成60个冲程，对外做功15次
C. 完成30个冲程，对外做功15次 D. 完成60个冲程，对外做功30次
【答案】B
【解析】解：飞轮转速为1800r/min=30r/s，
因一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，做功1次，完成4个冲程，
所以，该汽油机1s内完成60个冲程，对外做功15次。
故选：B。
内燃机完成1个工作循环，四个冲程，飞轮转2转，对外做功1次。
本题考查了内燃机完成一个工作循环飞轮转动的圈数和做功次数，属于基础题。
9.燃烧煤炭易造成环境污染，氢是一种自然界中储量巨大的清洁能源。已知：
无烟煤的热值是3.4×107J/kg，氢的热值是1.4×108J/kg.下列说法正确的是()
A. 燃烧1kg的无烟煤，放出的热量为3.4×107J
B. 完全燃烧1kg的氢，放出的热量为1.4×108 J/kg
C. 1kg的氢和无烟煤均完全燃烧，氢放出的热量为无烟煤的四倍以上
D. 氢和无烟煤均完全燃烧，放出相同的热量，氢的质量为无烟煤的两倍以上
【答案】C
【解析】
【分析】
(1)根据热值定义(1kg某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值)回答；
(2)根据燃料完全燃烧放热公式Q =mq进行分析。
放
本题考查了燃料热值的意义、燃料完全燃烧放热公式Q =mq的应用，属于基础
放
题目。
【解答】
A.完全燃烧1kg的无烟煤，放出的热量为3.4×107J，故A错误；
B.完全燃烧1kg的氢，放出的热量为1.4×108J，故B错误；
1.4×108J
C.1kg的氢和无烟煤均完全燃烧，氢放出的热量为无烟煤的n= ≈4.1倍，
3.4×107J
故C正确；
D.氢的热值为无烟煤热值的4.1倍，所以氢和无烟煤均完全燃烧，放出相同的热
1
量，氢的质量为无烟煤的 ，故D错误。
4
故选C。
10.某品牌汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9km，用时5min45s，消耗燃油
1.5kg，已知汽车的牵引力是2000N，燃油的热值为4.6×107J/kg，假设燃油完
全燃烧。则()①汽车行驶速度是20km/h
②汽车发动机的效率是20%
③做功冲程机械能转化为内能
④消耗的燃油完全燃烧放出的热量是6.9×107J
⑤汽车牵引力做功的功率是30kW
A. 只有①、②、⑤ B. 只有②和③
C. 只有①和④ D. 只有②和④
【答案】D
【解析】
【分析】
(1)已知汽车行驶的时间和路程，利用速度公式即可求解；
(2)已知燃油质量和热值，根据Q =mq可求燃油完全燃烧放出的热量；已知牵
放
引力和行驶路程，根据W =Fs可求得该汽车牵引力所做的功，再利用效率公式
求出该汽车的效率；
W
(3)已知牵引力做的功和行驶时间，利用P= 求功率；
t
(4)热机是将内能转化为机械能的机器。
本题考查了速度、热值、功、功率、热机效率的计算，综合性强，难度适中，
关键是公式的灵活运用。
【解答】
①s=6.9km=6900m，t=5min45s=345s，
s 6900m
汽车的速度为v= = =20m/s=72km/h，故①错误；
t 345s
②④汽车消耗的燃油完全燃烧产生的热量：
Q =mq=1.5kg×4.6×107J/kg=6.9×107J，
放
汽车牵引力所做的功：
W =Fs=2×103N×6.9×103m=1.38×107J，
所以该汽车的效率：
W 1.38×107J
η= = ×100%=20%，故②④正确；
Q 6.9×107J
放
③在做功冲程，燃油燃烧产生的内能转化为活塞的机械能，所以是内能转化为
机械能的过程，故③错误；
⑤该汽车牵引力所做功的功率：
W 1.38×107J
P= = =40000W =40kW，故⑤错误。
t 345s
故选D。
二、多选题
11.下表是某品牌小轿车的一些技术参数，下列说法不正确的是()车型 某品牌小轿车
排气量 2.0L
最大功率 60kW
空燃比 15：1
汽油的热值 4.6×107J/kg
A. 汽油机的飞轮在1min内转动3000圈，则高温高压燃气推动活塞做功1500
次
B. 汽油的热值是指汽车的汽油完全燃烧释放的热量
C. 汽油机在以最大功率工作时，1min内做的有用功为3.6×106J
D. 对汽油机发动机进行改进后，汽油发动机的效率可达100%
【答案】BD
【解析】
【分析】
本题考查了有关热机的计算、热值的定义、功的计算以及影响热机效率的因素，
属于综合性题目。
【解答】
A、汽油机的飞轮在1min内转动3000圈，则高温高压燃气推动活塞做功1500
次，故A正确；
B、汽油的热值是指1kg的汽油完全燃烧释放的热量，故B错误；
W
C、根据P= 可知，汽油机在以最大功率工作时1min内做的有用功：
t
W =Pt=6×104W×60s=3.6×106J，故C正确；
D、热机在工作时，总要克服机器零件间的摩擦做功，还有热量的散失，导致
热机的热效率总小于1(100%)，故D错误。
故选：BD。
12.某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在气缸中移动
的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮
1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时(不计摩擦)，下列说法中正确的是 (
)
A. 汽油机每秒内完成30个冲程
B. 汽油机的功率为2025W
C. 做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2700N
D. 一个做功冲程中燃气对活塞做的功为1.35×105J
【答案】BC
【解析】
【分析】
(1)汽油机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周；
F
(2)根据p= 求出气体对活塞的压力，根据W =Fs求出气体一次膨胀对活塞做的
S
功；
W
(3)根据P= 求出功率；
t
【解答】
汽油机工作时，完成一个工作循环，飞轮转动2周，完成4个冲程，对外做功1
次，则飞轮1min转动1800周，即每秒转动30周，完成60个冲程；由题可知，
汽油机的气缸活塞面积为S=30cm2=3×10-3 m2，燃气对活塞的平均压力为
F=pS=9.0×105 Pa×3×10-3 m2=2700N；一个冲程活塞在气缸中移动的距离为
s=50mm=0.05m，一个做功冲程中燃气对活塞做的功
W =Fs=2700N×0.05m=135J；飞轮每转两周对外做功一次，所以飞轮转动
1800周，要对外做功900次，燃气对活塞做的总功为
W =900W =900×135J=121500J，汽油机的功率为
总
W 121500 J
P= 总= =2025 W；故选BC。
t 60 s
三、填空题
13.如图所示，用酒精灯给水加热一段时间后，观察到软木塞冲出试管口。
(1)软木塞冲出试管口，说明力能改变物体的______。
(2)此过程中，水蒸气减少的内能______(选填“大于”、“等于”或“小于”)
软木塞增加的机械能，这与热机的______冲程相似。
【答案】运动状态 大于 做功
【解析】解：
(1)软木塞冲出试管口，运动状态发生了变化，说明力可以改变物体的运动状态；
(2)水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能减小，水蒸气的内能转化为软木塞的机
械能，由于存在热量的散失，故水蒸气减少的内能大于软木塞增加的机械能；
该过程与热机的做功冲程能量转化相同。
故答案为：(1)运动状态；(2)大于；做功。
(1)力可以改变物体的运动状态；
(2)当物体对外做功时，物体的内能转化为机械能，物体的内能减小，在转化的
过程中，存在内能散失的情况；热机的工作循环有吸气、压缩、做功、排气四
个冲程组成，其中压缩冲程机械能转化成内能，做功冲程内能转化成机械能。本题来源于课本的插图，木塞冲出的实验考查了能量转化关系，知道做功可以
改变物体的内能，是中考的热点。
14.①纯净天然气是无色无味的气体，使用前通常在天然气中加入有特殊气味的
气体，以便泄漏时能及时察觉到。人能闻到这种气味，说明分子在永不停息地
______。②液化天然气使用前要变成气体，这个过程叫______(填物态变化名称
)。③天然气的热值是8×107J/m3，如果完全燃烧2m3的天然气能放出约
______J的热量。
【答案】做无规则运动 汽化 1.6×108
【解析】解：①人能闻到这种气味，说明分子在永不停息地做无规则运动；
②液化天然气使用前要变成气体的过程叫汽化；
③完全燃烧2m3的天然气能放出的热量：
Q =qV =8×107J/m3×2m3=1.6×108J。
放
故答案为：①做无规则运动；②汽化；③1.6×108J。
(1)分子在不停地做无规则运动；
(2)物质从液态变为气态的过程叫汽化；
(3)1kg某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值；根据Q =qV即可
放
求出天然气完全燃烧放出的热量。
本题考查的内容较多，有分子动理论、汽化、热量的计算等，属于一道学科综
合题。题目难度不大，但需要学生牢固掌握基础知识才能解答。
15.“可燃冰”是一种新型能源．同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量
达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的 大．100g的煤气完全燃烧放出的
热量为 J，这些热量可以使 kg的水从15℃加热至
95℃.[c =4.2×103J/(kg·℃),q =4.2×107J/kg]
水 煤气
【答案】热值；4.2×106；12.5
【解析】解：同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，
则说明“可燃冰”的热值大；100g煤气完全燃烧放出的热量
Q =mq =0.1kg×4.2×107 J/kg=4.2×106 J，Q =Q =4.2×106 J，由
放 煤气 吸 放
Q =cmΔt得水的质量
吸
Q 4.2×106J
m= 吸= =12.5kg
cΔt 4.2×103J/(kg⋅℃)×(95℃-15℃)
16.天然气热水器将40kg的水由22℃加热到42℃，水的内能增加了
________J，水的内能增加是通过________方式实现的，若天然气燃烧放出的热
量有84％被水吸收，需要消耗________kg的天然气。已知
c =4.2×103J/(kg·℃)，q =4×107J/kg。
水 天然气
【答案】3.36×106 ;热传递; 0.1【解析】解：(1)水吸收的热量：
Q =cm△t=4.2×103J/(kg⋅℃)×40kg×(42℃-22℃)=3.36×106J；
吸
(2)水从火吸收热量，内能增加、温度升高，是利用热传递改变水的内能；
Q
(3)由η= 吸得，天然气完全燃烧放出的热量：
Q
放
Q 3.36×106J
Q = 吸= =4×106J，
放 η 84%
由Q =mq得，需要天然气的质量：
放
Q 4×106J
m= 放 = =0.1kg。
q 4×107J/kg
天然气
故答案为：3.36×106；热传递；0.1。
(1)知道水的质量、水的比热容、水的初温和末温(在一个标准大气压下，水的
沸点为100℃)，利用吸热公式Q =cm△t求水吸收的热量；
吸
(2)改变物体内能的方法：做功和热传递；
Q
(3)利用η= 吸求天然气完全燃烧放出的热量，再利用Q =mq求需要天然气的
Q 放
放
质量。
本题考查了学生对改变内能的方法、吸热公式Q =cm△t和燃烧热公式Q =mq
吸 放
的了解与掌握，属于基础知识，难度不大。
17.小华研究“不同物质吸热升温现象”时，选用了两只完全相同的酒精灯分别
给质量都是200g的沙子和水加热.他绘制出沙子与水的温度随加热时间变化的
图象如图所示。己知酒精的热值是3.0×107/kg，水的比热容是
4.2×103J/(kg·℃);假设酒精灯燃烧放出的热量完全被水和沙子吸收，那么请
问：
(1)图中_ _(选填“甲”或“乙”)是沙吸热升温的图像;
(2)加热满2min时，沙子吸收的热量是_________J;
(3)给水加热10min时间，需要完全燃烧_______g酒精;
(4)根据数据可计算出沙子的比热容为______________．【答案】(1)甲；(2)4.2x104；(3)7；(4)1000J/(kg⋅℃)
【解析】
【分析】
此题考查了学生对吸热公式的掌握和运用，并可利用公式计算热量和比热容，
能从液体的温度随时间变化的图象搜集有关信息是本题的关键。
(1)用两只完全相同的酒精灯，分别给水和沙子加热，这样做的目的是使水和沙
Q
子在相同时间吸收相同的热量，再利用公式△t= 进行分析；
cm
(2)从图象可知，加热满2min，水的温度从20℃上升到70℃，从而可知和水的
温度变化，已知水的质量和比热容，可利用公式Q =cm△t计算水吸收的热量；
吸
(3)计算出给水加热10min时间吸收的热量，根据Q=mq求出酒精的质量；
(4)相同时间内酒精灯燃烧放出相同的热量，从(2)可知，加热2min水吸收的热
Q
量，已知酒精的质量和加热 2min酒精的温度变化，可利用公式△t= 计算沙
cm
子的比热容。
【解答】
(1)图甲表示的是沙子吸热升温的过程，因为沙子和水的质量相等，吸收相同热
Q
量时，沙子的比热容比水小，从公式△t= 可知，沙子温度升得多；
cm
(2)用相同的酒精灯加热，在相同时间内，水和沙子吸收的热量是相同的；
c =4.2×103J/(kg⋅℃)，m =200g=0.2kg，△t =70℃-20℃=50℃，
水 水 水
沙 子 吸 收 的 热 量 即 水 吸 收 的 热 量 为 ：
Q =Q =C m △t =4.2×103J/(kg⋅℃)×0.2kg×(70℃-20℃)=4.2x104J
沙吸 水吸 水 水 水
(3)由于酒精灯在相同时间内放出相同的热量，在 10分钟的时间内，水吸收的
热量为：Q=5Q =5×42000J=2.1×105J；
水吸
Q 2.1×105J
则酒精的质量为m= = =0.007kg=7g；
q 3.0×107J/kg
(4)加热满2min，沙子的温度从20℃上升到230℃，
△t =230℃-20℃=210℃，m =200g=0.2kg，
沙 沙
。
故答案为：(1)甲；(2)4.2x104；(3)7；(4)1000J/(kg⋅℃)。
四、实验探究题
18.如图所示，为比较a、b两种液体的比热容及1、2两种燃料的热值，甲、乙、
丙三图中的装置相同，燃料的质量均为10g，烧杯内的液体初温相同。当燃料
燃尽时，立即读取相应温度计的读数，分别为t 、t 、t ，且有t >t >t 。
甲 乙 丙 甲 乙 丙(1)在实验中，三个烧杯中a、b液体的______必须相同。
(2)比较a、b两种液体的比热容，应选择______两图进行实验，实验中物质吸
热的多少是通过______来反映的(选填“液体升高的温度”或“加热时间”)。
液体a的比热容c 与液体b的比热容c 相比，c ______c (选填“>”、“=”、“
1 2 1 2
<”)。
(3)比较1、2两种燃料的热值，应选择______两图进行实验，燃料1的热值q 与
1
燃料2的热值q 相比，q ______q (选填“>”、“=”、“<”)。
2 1 2
【答案】质量 甲、丙 加热时间 < 甲、乙 >
【解析】解：(1)根据控制变量法的要求，在实验中，三个烧杯中a、b液体的
质量必须相同；
(2)为了比较两种液体的比热容，需要燃烧相同的燃料，加热不同的液体，让液
体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热能力的强弱，进而判断两种比
热容的大小关系，应选择甲丙两图进行实验；
实验中煤油和水吸热的多少是通过加热时间的长短来反映，这用到了转换法；
甲、丙所示实验中所用燃料种类与质量相同，则燃料燃烧释放的热量相等，即
Q =Q ，
甲 丙
燃料燃烧释放的热量被烧杯中的液体吸收，则Q =Q ，
a b
甲、丙两实验烧杯中液体的初温相等，末温T >T ，则Δt >Δt ，即
甲 丙 甲 丙
Δt >Δt ，
a b
因为Q =Q ，m相等，Δt >Δt ，根据Q=cmΔt可知，c T ，则
甲 乙
Δt >Δt ，
甲 乙
由图甲、乙所示实验可知，两烧杯中的液体种类即比热容c、质量m都相等，
由热量公式Q=cmΔt可知，
Q >Q ，燃料燃烧释放的热量被烧杯中的液体吸收，则燃料释放的热量Q >Q ，
甲 乙 1 2
由于甲乙两实验所使用的燃料质量m相同而种类不同，由Q=mq可知，q >q 。
1 2
故答案为：(1)质量；(2)甲、丙；加热时间；<；(3)甲、乙；>。
(1)根据控制变量法的要求，根据所探究的问题，确定需要控制的变量；(2)为了比较两种液体的比热容，需要燃烧相同的燃料，加热不同的液体，让液
体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热能力的强弱，进而判断两种比
热容的大小关系；相同质量的水和煤油吸收热量的多少可以通过加热时间的长
短来反映
(3)燃料的热值大小不能直接测量，需要通过液体吸收热量的多少来体现燃料燃
烧放出热量的多少，而液体吸收热量的多少跟液体的质量和升高的温度有关，
因此为了比较热值大小要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，
通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小。
本题考查了学生对热值概念、比热容概念的了解与掌握，分析时用好控制变量
法是本题的关键。
19.某同学学习了燃料的热值后，自己设计了一个实验来探究煤油和酒精的热值
大小关系。他实验时组装了如图所示的两套规格完全相同的装置，并每隔1min
记录杯中水的温度，实验数据如下表所示。(燃料在单位时间内燃烧的质量相同
)
加 热 时 间
0 1 2 3 4 5 6
/min
甲 杯 水 温
25 27 29 31 33 35 37
/℃
乙 杯 水 温
25 26 27 28 29 30 31
/℃
(1)在安装、调整实验器材时，科学合理的顺序是(在甲图中)：先调整固定
______的位置，再调整固定______的位置。(均选填“A”或“B”)
(2)为保证实验结论的可靠性，实验时应控制两套装置加热时间______(选填
“相同”或“不相同”)以及水的______和______相同。
(3)通过表中记录的数据，你认为煤油和酒精两种燃料中，热值较大的是______。
(4)该同学还想利用这种实验方案计算出煤油和酒精的热值，那么他还需要补充的测量工具是______。该同学正确操作并根据记录的数据，利用公式
Q =cm(t-t )计算出了水吸收的热他认为通过这些数据能准确地计算出煤油和
吸 0
酒精的热值。你认为他的的计算结果______(选填“可靠”或“不可靠”)，原
因是______．
【答案】B A 相同 质量 初温 煤油 天平 不可靠 燃料并没有完全燃烧，
且燃烧所产生的热量并没有全部传递给水，有热量的损失
【解析】解：
(1)实验前，首先调整好实验器材，根据酒精灯外焰的高度调整铁圈 B的高度，
根据烧杯和烧杯中水的高度调整温度计的高度，因此是先固定B，再固定A。
(2)比较煤油和酒精的热值大小关系时，需要控制两种燃料消耗的质量相同，由
于燃料在单位时间内燃烧的质量相同，所以需要控制两套装置的加热时间相同；
另外，还需要控制水的质量、水的初温相同；
(3)甲、乙两个装置中，水的质量和初温相同，由Q=cm△t知，末温高的水吸收
的热量较多，则燃料燃烧放出的热量多；在相同的加热时间内，消耗燃料的质
量相同，由Q=qm知，水温上升高的，对应燃料的热值较大，故结合表格数据
可知煤油的热值较大。
(4)实验中需要控制两种液体的质量相同，所以需要用到天平；
因为燃料不可能完全燃烧且燃烧产生的热量不能完全被水吸收、存在热损失，
所以直接计算得出的热值比实际值要小，则这样的计算结果不可靠。
故答案为：(1)B；A；(2)相同；质量；初温；(3)煤油；(4)天平；不可靠；燃
料并没有完全燃烧，且燃烧所产生的热量并没有全部传递给水，有热量的损失。
(1)安装实验器材时需要先固定B的位置，能够利用酒精灯的外焰给烧杯充分加
热；然后再调整A的位置，使温度计的玻璃泡完全浸没在水中，并且不要碰到
烧杯壁和烧杯底；
(2)探究两种燃料的热值时，需要控制水的质量和水的初温相同，并且两套装置
的加热时间也要相同(保证消耗燃料的质量相同)；
(3)由表格数据可知，在其它条件相同时，甲杯水的温度升高的较快，即甲中煤
油燃烧产生的热量多，所以其热值大；
(4)燃料燃烧产生的热量不能完全被水吸收、存在热损失，所以直接计算得出的
热值比实际值要小。
此类实验问题，要结合控制变量法和转换法进行分析研究，通过观察温度的变
化判断燃料热值的大小，考查了学生的实验探究能力。20.在热学实验中。
(1)小明用相同的酒精灯分别给水和煤油加热(如图甲)，以探究水和煤油的吸热
能力；
①在两个相同的烧杯中应加入______和质量相同的水和煤油，实验中用相同的
酒精灯加热的目的是：使水和煤油在相同时间内______；
②水和煤油温度随时间变化如图乙所示，根据图乙可判断出a物质是______，b
物质吸热能力较______(选填“强”或“弱”)；
(2)如图丙所示，为比较酒精和碎纸片的热值，小明用两个相同规格的烧杯装相
等质量的水，取质量______(选填“相等”或“不相等”)的酒精和碎纸片，分
别放入两个燃烧皿中，分别给烧杯加热，直到酒精和碎纸片完全燃烧，通过比
较______(选填“加热时间”或“升高的温度”)来确定酒精和碎纸片热值的大
小；
(3)小明再用50g水和100g水做实验，以吸收的热量 Q为纵坐标，升高的温度
Δt为横坐标，分别画出50g和100g水的Q—Δt图像，它们都是过原点的直线，
即Q=kΔt，进一步分析发现，这两条直线的k值之比与对应水的______之比相
等(选填“密度”、“质量”或“体积”)。
【答案】初温 吸收相等的热量 水 弱 相等 升高的温度 质量
【解析】解：(1)①由比较不同物质吸热能力的方法，要控制不同物质的初温和
质量相同，故在两烧杯中分别装入初温度相同且质量相等的煤油和水；
根据转换法，实验中选用相同酒精灯加热的目的是：使水和煤油在相同时间内
吸收相等的热量；
②由图乙可知，a、b两物质加热相同时间后(吸热相同)，a升高的温度低，由
方法Ⅱ可知，a物质的吸热本领强，b物质的吸热本领弱，所以 a物质是水，b
物质是煤油；
(2)实验时为了控制变量，应用天平分别测出等质量的酒精和碎纸屑，将其放入
装置中的燃烧皿内；
因燃料的热值不能直接测量，但燃料燃烧放出的热量可以被水吸收，从而使水
温发生变化，所以可以通过水升高的温度来比较燃料热值的大小关系；
(3)根据Q=cmΔt可知，Q=kΔt中的k=cm，则有k =cm ，k =cm ，
1 1 2 2
k cm k m
因为 1= 1，所以 1= 1，即这两条直线的k值与对应水的质量之比相等。
k cm k m
2 2 2 2故答案为：(1)①初温；吸收相等的热量；②水；弱；(2)相等；升高的温度；
(3)质量。
(1)我们使用相同的酒精灯(或加热器)通过加热时间的长短来比较吸热多少，这
种方法叫转换法；
比较物质吸热能力的两种方法：
Ⅰ、使相同质量的不同物质升高相同的温度，比较吸收的热量(即比较加热时间
)，吸收热量多的吸热能力强
Ⅱ、使相同质量的不同物质吸收相同的热量(即加热相同的时间)，比较温度的
变化，温度变化小的吸热能力强；
(2)由Q =mq可知，燃料燃烧释放的热量既与燃料的质量多少有关，又与燃料
放
的热值大小有关，所以在设计实验时应控制质量相同；由于燃料的热值不能直
接测量，所以通过水温升高的度数大小来体现燃料的热值大小；
(3)根据Q=cmΔt可知，Q=kΔt中的k=cm，据此推导得出结论。
本题比较不同燃料的热值和不同物质的吸热能力，考查两实验相同和不同点及
控制变量法、转换法的应用和比较吸热能力的方法，为热学中的重要实验。
五、简答题
21.如图所示是一台四冲程汽油机工作时某一时刻的示意图，请回答下列问题：
(1)该汽油机此时处于哪个冲程？
(2)在此冲程中发生了怎样的能量转化？
(3)请写出汽油机在工作过程中靠飞轮惯性来完成的任意一个冲程的名称？
【答案】解：(1)图中汽油机，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，是压缩
冲程；
(2)汽油机在压缩冲程中，压缩气体做功，将机械能转化为内能；
(3)汽油机的四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其它三个冲程都是依靠惯性
完成的，因此吸气、压缩、排气冲程是靠飞轮的惯性完成的。
答：(1)此时汽油机处于压缩冲程；
(2)此冲程将机械能转化为内能；
(3)吸气冲程依靠惯性完成的。【解析】(1)由进气门和排气门的关闭和打开情况、活塞的上行和下行情况来判
断是哪个冲程；
(2)汽油机一个工作循环有四个冲程，分别是吸气、做功、压缩和排气，在做功
冲程中，内能转化为机械能，在压缩冲程中，机械能转化为内能；
(3)汽油机的四个冲程只有做功冲程对外输出功，其它三个冲程依靠飞轮惯性完
成。
此题考查了对内燃机四个冲程的判断，以及能量的转化情况，要结合气门和活
塞运动情况进行判断，以及能量转化情况，是一道基础性题目。
22.为汽车加汽油是利用汽油燃烧为汽车提供动力；加冷却液是为了冷却发动机；
冬季加防冻玻璃水是为了怕玻璃水结冰。请结合学过的物理知识回答下列问题：
(1)选择汽油燃烧为汽车提供动力是因为它具有哪一特性；
(2)加冷却液冷却发动机是因为冷却液具有哪一特性；
(3)冬季加防冻玻璃水是因为防冻玻璃水具有哪一特性。
【答案】答：(1)选择汽油燃烧为汽车提供动力是因为汽油的热值大，消耗相同
的燃料时，汽油燃烧放出的热量多；
(2)用冷却液来冷却发动机，是因为冷却液的比热容大，相同质量的冷却液和其
它物质比较，升高相同的温度时，冷却液吸收的热量多；
(3)冬季加防冻玻璃水是因为防冻玻璃水的凝固点低，不容易凝固。
【解析】(1)热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与物质的质量无关；
(2)比热容大，相同质量的冷冻液和其它物质比较，升高或降低相同的温度，冷
冻液吸收或放出的热量多；吸收或放出相同的热量，冷冻液升高或降低(3)防冻
玻璃水的熔点低。
本题以汽车为载体，考查了比热容的应用、热值、凝固点等知识，知识点多、
综合性强，要求灵活运用所学知识！
六、计算题
23.已知无烟煤的热值是3.36×107J/kg，完全燃烧多少千克的无烟煤能放出
1.68×107J的热量？如果这些热量的60%被60kg的某种液体吸收，使该液体的温
度升高了80℃(未发生物态变化)，那么这种液体的比热容是多大？
【答案】解：
Q Q 1.68×107J
由q= 放得m = 放= =0.5kg；
m 煤 q 3.36×107J/kg
Q
由η= 吸×100％，得Q =Q η=1.68×107 J×60%=1.008×107 J，由Q =cmΔt
Q 吸 放 吸
放
得
Q 1.008×107J
c = 吸 = =2.1×103J/(kg⋅℃)
液 m Δt 60kg×80℃
液24.某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30cm2，气缸容积为150mL；满负荷
工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800r，当汽油
机满负荷工作时(不计摩擦)，若1min消耗汽油10g，汽油的热值为
4.6×107J/kg，求：
(1)一个做功冲程中燃气对活塞做的功；
(2)该汽油机的效率。
【答案】解：(1)气缸容积V =150mL=150cm3=1.5×10-4m3，
一个做功冲程中燃气对活塞做的功：
W =FL=pSL=pV =9.0×105Pa×1.5×10-4m3=135J；
0
(2)因飞轮每转两圈对外做功一次，
所以，由1800r/min可知，飞轮1min转动1800周，做功900次，
则1min燃气对活塞做的功：
W =W ×900=135J×900=1.215×105J，
0
1min消耗汽油完全燃烧释放的热量：
Q =mq=10×10-3kg×4.6×107J/kg=4.6×105J，
放
该汽油机的效率：
W 1.215×105J
η= ×100%= ×100%≈26.4%。
Q 4.6×105J
放
答：(1)一个做功冲程中燃气对活塞做的功为135J；
(2)该汽油机的效率为26.4%。
【解析】(1)知道满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强和气缸容积，根据
W =FL=pSL=pV求出一个做功冲程中燃气对活塞做的功；
(2)1800r/min表示飞轮1min转动1800周，根据飞轮(曲轴)每转两圈对外做功
一次求出1min对外做功的次数，然后求出1min燃气对活塞做的功；知道1min
消耗汽油的质量，根据Q =mq求出汽油完全燃烧释放的热量，根据
放
W
η= ×100%求出该汽油机的效率。
Q
放
本题考查了压强公式、做功公式、燃料完全燃烧释放热量公式、效率公式的应
用，知道飞轮每转两圈对外做功一次是关键。25.2019年是新中国成立70周年，举国上下一片欢腾。在国庆阅兵仪式上，我
国自主研制的新型战斗机，具有超音速航行、电磁隐身、超视距攻击等优异性
能。其最大航行速度达2.5倍声速(合3060km/h)，最大载油量为5t，已知飞机
使用的航空燃油的热值为5×107J/kg，飞机航行时所受阻力的大小与速度的关
系见下表，试回答下列问题：
速 度
100 200 300 400 500
v/m⋅s-1
阻力f /N 0.3×104 1.2×104 2.7×104 4.8×104 7.5×104
(1)5t航空燃油完全燃烧释放的热量为多少J？
(2)若在飞机油箱中加满燃油，并且以500m/s的水平速度巡航时，飞机的最大
航程约1200千米，则发动机做了多少有用功？发动机的效率为多少？
【 答 案 】 解 ： (1)5t燃 油 完 全 燃 烧 释 放 的 热 量 为 ：
Q =mq=5×103kg×5×107J/kg=2.5×1011J；
放
(2)由表中数据可知当飞机速度为500m/s时，飞机受到的阻力f =7.5×104N，
由二力平衡可知飞机的牵引力为：F=f =7.5×104N，
则发动机做的功为：W =Fs=7.5×104N×1200×103m=9×1010J，
W 9×1010J
发动机的效率为：η= ×100%= ×100%=36%。
Q 2.5×1011J
放
答：(1)5t航空燃油完全燃烧释放的热量为2.5×1011J；
(2)发动机做了有用功9×1010J，发动机的效率为36%。
【解析】(1)已知燃油的质量和热值，利用Q =mq可求出燃油完全燃烧放出的
放
热量；
(2)由表中数据可知当飞机速度为500m/s时，飞机受到的阻力，由二力平衡可
知飞机的牵引力大小，再根据W =Fs求出飞机发动机做的功；最后利用
W
η= ×100%求出发动机的效率。
Q
放
本题考查了学生对热量以及热机效率和功的计算的掌握，灵活运用相关的计算
公式是解题关键。
