文档内容
四、机械能与内能的相互转化
一．做功可以改变物体的内能（4题）...................................................................1
二．机械能和内能的相互转化（5题）...................................................................2
三．热机工作过程中的能量转化（4题）...............................................................3
四．内燃机的相关计算（5题）..............................................................................5
五．比较不同燃料的热值（5题）..........................................................................6
六．热机的效率计算（4题）..................................................................................7
七．热水器的效率计算（5题）..............................................................................9
八．竞赛必刷（5题）...........................................................................................10
一．做功可以改变物体的内能（4题）
1．（25-26九年级上·山东济南·开学考试）学校科技节活动中，组织水火箭制作比赛。如图甲为自制的水火箭结
构示意图，图乙为使用打气筒向水火箭内不断打气示意图。当水面上方压强增大到一定程度时，会使水向下喷
出，从而使水火箭升空。关于水火箭以下说法正确的是（ ）
A．利用打气筒向水火箭内打气，水火箭中空气的内能减小
B．水火箭落回地面的过程中，若以水火箭为参照物，地面是向下运动的
C．水向下喷出会使水火箭升空，是由于力的作用是相互的
D．打气筒将空气压入水火箭内时，能量转化的过程与汽油机的做功冲程相同
2．“神舟十八号”返回舱返回过程中，进入大气层，与大气摩擦形成高温“火球”。下列实例中改变内能的方
式与“火球”的形成原理相同的是（ ）A． 棉被晒热 B． 用燃气烧水
C． 鸡蛋放入冷水变凉D． 空气被压缩，温度升高
3．用打气筒往瓶内打几下后，看到的现象是 ，瓶中同时会出现白雾。这是因为瓶内空气推动瓶塞做
功，内能 ，温度降低，水蒸气液化而形成的。
4．如图所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团脱脂棉，把活塞迅速压下去，可以观察到的现象是脱脂棉
。这是因为压下活塞时活塞对空气 ，使空气的内能 （选填“增大”或“减小”），温度
（选填“升高”或“降低”），达到脱脂棉的燃点。
二．机械能和内能的相互转化（5题）
5．（24-25九年级上·河北石家庄·阶段练习）杭州第19届亚运会于2023年9月23日至10月8日举行，杭州市
民欢欣鼓舞，有的市民用礼花筒表达喜悦心情。礼花筒利用筒内的高压空气膨胀，将彩带喷向空中，产生喜庆
效果。高压空气膨胀过程中（ ）
A．高压空气的内能转化为机械能 B．高压空气向外界传递温度
C．高压空气温度升高，内能增大 D．高压空气所含热量减小6．（2024·山东枣庄·中考真题）古代的人们曾发明一种活塞式点火器，如图所示。以牛角作套筒，木质推杆前
端粘附艾绒。取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃。下列事例与猛推推杆入筒的过程中，能量
转化情况不同的是（ ）
A．内燃机的做功冲程 B．内燃机的压缩冲程
C．钻木取火 D．流星雨的形成
7．在试管中装一些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气把软木塞冲开。在软木塞被冲开的过程中
（ ）
A．水蒸气膨胀对外做功，内能减小 B．水蒸气膨胀对外做功，内能增大
C．水蒸气膨胀对外做功，内能不变 D．外界对水蒸气做功，水蒸气内能增大
8．如图所示是小孩玩的滑梯游戏。
(1)若忽略摩擦和空气阻力，小孩在下滑过程中，机械能 （选填“变大”“变小”或“不变”）。
(2)若小孩在滑梯上匀速下滑，在这一过程中，他的机械能 （选填“变大”“变小”或“不变”）。
(3)小孩在滑梯上下滑时，屁股有灼热的感觉，在这一过程中， 能转化为 能。
三．热机工作过程中的能量转化（4题）
9．同学们爱吃的爆米花是通过如图所示的爆米花机制作出来的，玉米粒在密封的锅体内被炉火加热，这是通过
的方法改变了玉米粒的内能；开盖瞬间，锅内高压气体迅速爆出，内能 （选填“增大”“减小”或
“不变”），玉米粒内的高压水蒸气对外做功，玉米粒膨胀，成了胖乎乎的爆米花。
10．（2025·湖南长沙·二模）2024年12月19日18时18分，我国太原卫星发射中心在山东附近海域成功发射谷
神星一号海射型遥四运载火箭。下列说法正确的是（ ）
A．火箭燃料燃烧过程中，内能转化为化学能
B．火箭升空过程中与空气摩擦，机械能转化为内能C．火箭在升空过程中，机械能不变
D．火箭的燃料燃烧越充分，其热值就越大
11．如图为小明用塑料瓶制作的水火箭，其原理是打入塑料瓶的压缩空气使水从“火箭”尾部向下喷出，从而
推动“火箭”飞向空中。下列分析错误的是（ ）
A．使用打气筒打气时能量转化情况与汽油机的压缩冲程相同
B．水火箭升空过程中能量转化情况与汽油机的做功冲程相同
C．升空过程中，瓶内气体的内能减少
D．水从水火箭中喷出相当于内燃机的排气冲程
12．如图所示是内能做功的演示实验，向试管内倒些水，用带玻璃管的胶塞塞住，在玻璃管口处放一个纸做的
小叶轮，加热试管使水沸腾，一会儿，水蒸气就冲击小叶轮，使其旋转。在这一现象中能量的转化或转移过程
为先是燃料的 能转化为 能，接着是 能传递给 ，最后
对 做功，将 能转化为 能。
13．（2025·江苏扬州·二模）二氧化碳（CO₂）爆破技术是现代工程中非常环保的技术.起爆前高压泵将CO₂压缩
成高压气体，气体内能 （选填“增大”或“减小”），温度 （选填“升高”或“降低”）；
液化后输入爆破筒内。如图所示，爆破时电加热管发热使筒内的液态CO₂迅速汽化，形成高压气体从泄气孔中
喷出实施爆破，喷出时的能量转化与内燃机的 冲程一致。四．内燃机的相关计算（5题）
14．关于四冲程汽油机的工作过程有以下几种说法：①在吸气冲程中，吸入气缸中的只有空气；②在做功冲程
中，内能转化为机械能；③只有做功冲程是燃气对外做功；④汽油机和柴油机的点火方式相同。以上说法正确
的是（ ）
A．②③ B．①③ C．②④ D．②③④
15．（2025·四川内江·一模）内燃机的发明是第二次工业革命中应用技术领域的一项重大成就。如图所示为单缸
四冲程汽油机的一个冲程示意图，若该汽油机的效率为30%，飞轮每分钟转动1800圈，则下列说法正确的是（
）(q =4.6ｘ107J/kg)
汽油
A．图中所示冲程是压缩冲程
B．若该汽油机完全燃烧5kg汽油，则汽油机做的有用功为2.3ｘ108J
C．该汽油机在1s内做功30次
D．汽油机消耗的燃料越少，效率一定越高
16．某台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，在1s内汽油机对外做功 次。若该汽油机的效率为
30%，汽油机在某段时间完全燃烧了400g汽油，则汽油完全燃烧放出的热量为 J，汽油机输出的有用机械
功为 J。（ ）
17．（2025·黑龙江大庆·三模）随着人民生活水平的不断提高，汽车已经走进我们的家庭。小米最近也购买了一
辆轿车。当该轿车汽油机的转速为3600r/min时，则在1s内汽油机对外做功的次数是 次，压缩冲程
中将 能转化为 能。
18．（2025·甘肃武威·三模）如图甲所示，用酒精灯加热试管中适量水。当塞子被推开时，可以看到试管口有
“白气”产生。这是由于试管内气体对塞子做功，使得试管内气体内能 ，此过程发生的能量转化与图乙
中的内燃机在 图所示的能量转化是一致的，某四冲程汽车飞轮转速为3000r/min，则每秒钟对外做功
次。五．比较不同燃料的热值（5题）
19．甲、乙两种燃料完全燃烧放出的热量与其质量的关系图像如图所示，下列分析正确的是（ ）
A．甲燃料的热值小于乙燃料的热值
B．完全燃烧甲、乙两种燃料放出相同的热量，所需乙燃料的质量更小
C．完全燃烧相同质量的两种燃料，甲放出的热量更多
D．由图像可知，燃料燃烧放出的热量越多，其质量一定越大
20．（2025·江苏南京·三模）如图所示，用完全相同的装置加热液体。已知燃料的质量、烧杯内的液体质量、加
热方式均相同。不计热损失，将燃料点燃直至燃尽，三个烧杯中液体升高的温度随时间变化的图像如丁所示，
则下列说法正确的是（ ）
A．仅用乙、丙两图可以比较不同燃料的热值
B．甲、丙装置中的液体在0-t内吸收的热量之比为2∶1
C．a、b两种液体的比热容之比为
D．燃料1和燃料2的热值之比为
21．根据下表列出的四种燃料的热值，回答下列问题。
干木柴 酒精 柴油 煤油
(1)从表中的数据可知，不同燃料的热值 。
(2)酒精的热值是 ，表示的物理意义是 。那么，完全燃烧1g的酒精可放出热量 J。
(3)表中质量相同的四种燃料完全燃烧后，放出热量最少的是 。
(4)若质量为2kg的某种燃料完全燃烧后，放出的热量是 ，则这种燃料可能是 。
22．如图所示，甲、乙、丙三图中装置完全相同。燃料的质量都是10g，烧杯内液体的初温和质量相同。(1)为比较不同物质的比热容，应选择 两图装置进行实验。实验中通过比较 （选填“加热时间”或
“升高的温度”）来比较物质吸收热量的多少；
(2)比较不同燃料的热值，应选择 两图装置进行实验。实验中，需等待燃料 （选填“燃烧相同的时
间”或“燃烧相同的质量”），然后通过比较 （选填“加热时间”或“升高的温度”）来比较热值的大
小；
(3)通过实验得到的燃料热值与实际相比要偏 （选填“大”或“小”）。
六．热机的效率计算（4题）
23．下图所示的是天然气环保公交车。该车自身的质量为 ，满载乘客40人。该公交车发动机的输出功率为
，最高车速为 。（g取 ）
(1)若该公交车满载乘客，每名乘客的质量为 ，该公交车满载时车轮与地面的总接触面积为 。该公
交车满载乘客静止在水平地面上时对地面的压强是多少？
(2)若该公交车以最高车速匀速直线行驶，则该公交车所受的阻力是多少？
(3)若发动机的工作效率为 ，则（2）中该公交车 内消耗天然气的体积是多少？（天然气的热值为
）
24．小明家购置了一辆新能源轿车。假期，全家驾车从泗水到济南游玩，爱钻研的小明收集了下表所示的相关
数据，轿车在高速公路上匀速行驶 所用的时间为 。
轿车的质量/ 1050车轮与地面接触的总面积/ 0.15
泗水到济南的距离/ 170
行驶 消耗的天然气/ 2
匀速行驶时的牵引力/N 2000
(1)求轿车（空载）停放在水平地面时对地面的压强。（g取 ）
(2)求轿车在 内牵引力做功的功率。
(3)已知该轿车所用的天然气的热值是 ，则从泗水到济南轿车发动机的效率是多少？
25．氢燃料电池汽车是利用氢与氧发生化学反应产生电能，供给电动机而驱动汽车行驶的。如图所示，该类型
汽车甲在平直公路上从A地出发，以90km/h的速度行驶1h到达B地，消耗0.8kg氢燃料，所产生电能的80%用
于维持汽车匀速行驶，所受阻力为1000N。已知每加注1kg氢燃料所需的费用为30元。（请写出计算推理过
程）
(1)求此过程中产生的电能。
(2)燃油汽车乙也在该公路上从A地出发，以90km/h的速度匀速行驶。所受阻力与甲车相同，汽油在汽缸内完
全燃烧，且燃烧所释放热量的30%用来维持汽车匀速行驶，汽油热值 ，已知每加注1kg汽油所需
的费用为12元。则在与甲车花费相同燃料费用的情况下：
①求乙车消耗的汽油完全燃烧所放出的热量。
②请判断乙车能否到达B地。
26．（24-25九年级上·陕西汉中·期中）氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点。国家发改委、国家能源局联合
印发《氢能产业发展中长期规划2021-2035年》。明确氢能是未来国家能源体系的重要组成部分。2024年4月，
据中国石化消息，两辆以氢为燃料的汽车，实现了北京到上海1500km长距离运输测试，这是中国氢能车辆首次大范围、长距离、跨区域的实际运输测试。某氢燃料电池大巴车如图所示。
(1)质量为 的氢燃料完全燃烧放出的热量为多少？
(2)若这些热量全部被质量为 、温度为 的水吸收，能使水的温度升高多少？（在1标准大气压下）
(3) 氢燃料可供该型号氢燃料电池大巴车以 的恒定功率匀速行驶 ，则该氢燃料电池大巴车的效
率为多少?
七．热水器的效率计算（5题）
27．（25-26九年级上·广西南宁·开学考试）小明家用天然气做饭时，将一壶质量为1.5kg的水由20℃烧至100℃
时，消耗了天然气0.02m³，已知水的比热容为4.2×10³J/（kg·℃），天然气的热值为3.6×10⁷J/m³，求：
(1)壶中水吸收的热量；
(2)天然气完全燃烧放出的热量；
(3)用天然气烧水时的效率。
28．如图所示是一个容积为 的太阳能热水器，每平方米面积上 得到太阳辐射的能量平均为 。某
次给太阳能热水器加满水，让其工作一段时间后，水温由20℃上升到50℃。已知热水器上集热管接收太阳能的有效面积为 ，水吸收太阳能的效率为50%，水的比热容为 ，水的密度为 。求：
(1)水吸收的热量；
(2)集热管工作的时长；
(3)已知某天然气灶的效率为50%，使用太阳能热水器把同样一箱水加热到相同的温度可以节约天然气的体积。
（不计能量损耗，已知天然气的热值 ）
29．某同学随家人户外露营时用酒精炉给 的水加热，同时他绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化
的图线。若在 内完全燃烧了 的酒精，水的比热容为 ，酒精的热值约为 。求：
(1)酒精完全燃烧产生的热量；
(2)经过 时间加热，水所吸收的热量；
(3)酒精炉烧水时的热效率；
(4)若改用煤气来加热这些水，需要完全燃烧煤气的质量。（煤气的热值为 ，假设煤气燃烧放出的热
量全部被水吸收）
30．（2025·福建厦门·模拟预测）某物理兴趣小组的同学，用天然气给10kg的水加热，同时绘制了如图所示的
加热过程中水温随时间变化的图线，若在 内完全燃烧了 的天然气 每分钟放热相同 。水的比热容为 ，天然气的热值为 。
(1)完全燃烧 天然气释放的热量为多少？
(2)“ ”水吸收的热量为多少？
(3)在烧水过程中，“ ”、“ ”、“ ”请判断哪个时间段热效率最高？最高热效率为
多少？
八．竞赛必刷（5题）
31．现有两个使用同一种燃料的加热器，用它们分别对甲、乙两种不同的物质加热。已知甲物质的比热是乙物
质的2倍，甲物质的质量是乙物质的 ，当甲物质升高的温度是乙物质的 时（甲、乙物质的物态都不发生改
变），加热甲物质所用燃料是加热乙物质的 ，则两加热器利用热能的效率之比是（ ）
A．3:4 B．1:1 C．3:2 D．2:1
32．下图为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程
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做吸气、压缩和排气工作。
排量 3.0L
输出功率 150kW
转速 6000r/min
（1）有一台四缸发动机，其主要技术指标如表所示。其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积指
活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（即冲程长），转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数，单缸排量V= L，该发动机的做功冲程每次
做功 J。
（2）在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为W=pV，式中p表示燃气对活塞的压强，则p=
Pa。
33．汽油发动机工作时，汽油必须和吸进的空气成适当的比列，才能形成可以有效燃烧的混合气，这就是空燃
比（可燃混合气体中空气质量与燃油质量之比）。空燃比是发动机运转时的一个重要参数，它对尾气排放、发
动机的动力性和经济性都有很大的影响。根据发动机的类型等因素，每种发动机的空燃比一般不同。某汽缸总
排量为2.0L的4 缸发动机所需的空燃比14:1，混合燃气的密度为1.35kg/m3，当发动机曲轴每分钟转速为2600
转时，输出功率为65kw 。此时该发动机的效率是多少？（汽油的热值为 4.6×107J/kg）
34．如左图所示，某家庭轿车的发动机为 4 缸四冲程汽油机，其中一个汽缸的相关参数如右图所示（剖面图）。
汽缸活塞面的直径为 d（cm），连杆长度为 l（cm），曲轴的中心与连杆连接点之间的距离为 r（cm），满负
荷工作时，做功冲程燃气的平均压强为 p（Pa），飞轮转速为 3600r/min，当汽油机满负荷工作时（不计摩
擦），经历时间 t（s）消耗的汽油质量为 m（g），设汽油的热值为 q（J/kg）；求汽油机的效率。（若有运算
过程中题目未知但需要用到的物理量请预先设定）
35．2010年11月5日，在新疆召开的“引渤入疆”（指引渤海水进入新疆）研讨会，引起了全国舆论的广泛关
注。其中一个方案是：从天津取水，由黄旗海—库布齐沙漠—毛乌素沙漠—腾格里沙漠—乌兰布和沙漠—巴丹
吉林沙漠，走河西走廊，经疏勒河自行流入罗布泊。此路经中最高海拔约为h =1200m，从罗布泊到下游的艾丁
1
湖，又有近h =1000m 的落差。此方案是否可行，涉及到环境、能源、技术等多方面的因素。下面我们仅从能
2
量的角度来分析这个方案。取g=10N/kg，水的密度ρ=1.0×103kg/m3。
(1)若通过管道提升海水，电能效率η=60%，将1t海水提升到海拔1200m处，需要电能E 至少为多少？
1
(2)若每年调4×109m3海水入疆，即使把从罗布泊到下游的艾丁湖落差发的电全部用来提升海水，也还需要额外
提供电能；
①若利用水的落差发电，发电效率也为η=60%，将1t海水输送到艾丁湖，额外需要电能 为多少？
②已知三峡水电站年平均流量Q=5.0×1011m3，水库水面与发电机的水轮机所在位置的平均高度差h=100m，发电
站的发电效率η=60%。若“引渤入疆”工程额外需要的电能可以从三峡水电站输送，求在一年中“引渤入疆”
工程额外需要的电能占三峡电站发电量的比例。
