內(nèi)能利用專題綜合練習題庫一、前言內(nèi)能是物體內(nèi)部所有分子熱運動的動能和分子勢能的總和，其利用是物理學與生產(chǎn)生活結(jié)合最緊密的領(lǐng)域之一（如熱機、取暖、發(fā)電等）。本題庫圍繞內(nèi)能改變方式、熱力學定律、熱機效率、能量守恒等核心知識點，設(shè)計基礎(chǔ)與綜合題型，旨在幫助學習者鞏固概念、提升解題能力，貼近實際應(yīng)用場景。二、知識框架梳理在練習前，先回顧內(nèi)能利用的核心知識點，形成知識網(wǎng)絡(luò)：1.內(nèi)能的定義與改變：內(nèi)能與溫度、質(zhì)量、狀態(tài)有關(guān)；改變方式：做功（機械能→內(nèi)能，如壓縮空氣）、熱傳遞（內(nèi)能轉(zhuǎn)移，如燒水）。2.熱力學第一定律：表達式：\(\DeltaU=Q+W\)（\(\DeltaU\)為內(nèi)能變化，\(Q\)為吸收的熱量，\(W\)為外界對物體做的功）。3.熱機效率：定義：有用功與燃料完全燃燒放出熱量的比值，\(\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{總}}\times100\%\)；影響因素：燃料燃燒充分程度、散熱損失、機械摩擦等。4.熱量計算：物體吸熱/放熱：\(Q=cm\Deltat\)（\(c\)為比熱容，\(m\)為質(zhì)量，\(\Deltat\)為溫度變化）；燃料燃燒放熱：\(Q=mq\)（\(q\)為燃料熱值）。5.能量守恒定律：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，總量保持不變；能量轉(zhuǎn)化具有方向性（如內(nèi)能無法完全轉(zhuǎn)化為機械能而不引起其他變化）。三、基礎(chǔ)題型練習（一）選擇題（概念辨析與基礎(chǔ)應(yīng)用）1.關(guān)于內(nèi)能，下列說法正確的是（）A.溫度高的物體內(nèi)能一定大B.物體的內(nèi)能增加，一定是吸收了熱量C.物體的內(nèi)能增加，溫度一定升高D.物體的溫度升高，內(nèi)能一定增加答案：D解析：A忽略質(zhì)量影響；B可能是做功（如壓縮空氣）；C晶體熔化時內(nèi)能增加但溫度不變；D溫度是內(nèi)能的標志，正確。2.熱機效率的定義是（）A.有用功與燃料燃燒放出的熱量之比B.燃料燃燒放出的熱量與有用功之比C.有用功與總功之比D.總功與有用功之比答案：A解析：熱機效率是“有用功”（如汽車行駛的機械能）與“燃料完全燃燒放熱”（總能量）的比值，反映能量利用率。3.下列現(xiàn)象中，通過做功改變物體內(nèi)能的是（）A.曬太陽取暖B.用熱水袋熱敷C.鉆木取火D.烤火做飯答案：C解析：A、B、D是熱傳遞；C是摩擦力做功，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。4.某汽油機的效率為30%，表示（）A.每消耗1kg汽油，有30%的能量用來做有用功B.每做1J有用功，消耗30J汽油C.汽油燃燒放出的熱量有70%用來做有用功D.有用功是總功的70%答案：A解析：效率是有用功與燃料完全燃燒放熱的比值，30%即有用功占總能量的30%。5.關(guān)于能量轉(zhuǎn)化，下列說法正確的是（）A.熱機將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B.發(fā)電機將電能轉(zhuǎn)化為機械能C.電動機將機械能轉(zhuǎn)化為電能D.電飯煲將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能答案：D解析：A相反（內(nèi)能→機械能）；B相反（機械能→電能）；C相反（電能→機械能）；D正確（電阻發(fā)熱）。（二）填空題（公式應(yīng)用與單位換算）1.質(zhì)量為5kg的水，溫度從20℃升高到80℃，吸收的熱量為______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.某柴油機消耗2kg柴油，完全燃燒放出的熱量為______J（\(q_{柴油}=3.3×10^7J/kg\)），若效率為40%，則有用功為______J。答案：\(6.6×10^7\)；\(2.64×10^7\)解析：總熱量\(Q=mq=2×3.3×10^7=6.6×10^7\)；有用功\(W=\etaQ=0.4×6.6×10^7=2.64×10^7\)。3.熱機工作時，能量轉(zhuǎn)化的順序是：燃料的______能→內(nèi)能→______能。答案：化學；機械解析：燃料燃燒釋放化學能，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，再通過做功轉(zhuǎn)化為機械能。4.物體對外做功，內(nèi)能______（選填“增加”或“減少”）；外界對物體做功，內(nèi)能______。答案：減少；增加解析：做功改變內(nèi)能的本質(zhì)是能量轉(zhuǎn)化，對外做功（如氣體膨脹）內(nèi)能減少，外界做功（如壓縮氣體）內(nèi)能增加。5.能量守恒定律的內(nèi)容是：能量既不會______，也不會______，只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，總量保持不變。答案：憑空產(chǎn)生；憑空消失（三）計算題（基礎(chǔ)綜合應(yīng)用）1.質(zhì)量為3kg的鋁塊，溫度從20℃升高到100℃，需要吸收多少熱量？（\(c_{鋁}=0.88×10^3J/(kg·℃)\)）解：吸收的熱量\(Q=cm\Deltat=0.88×10^3×3×(____)=0.88×10^3×3×80=2.112×10^5J\)。答案：\(2.112×10^5J\)。2.某汽車發(fā)動機的效率為25%，消耗10kg汽油，能做多少有用功？（\(q_{汽油}=4.6×10^7J/kg\)）解：（1）燃料完全燃燒放出的總熱量：\(Q=mq=10×4.6×10^7=4.6×10^8J\)；（2）有用功：\(W=\etaQ=0.25×4.6×10^8=1.15×10^8J\)。答案：\(1.15×10^8J\)。3.用酒精燈給質(zhì)量為200g的水加熱，水溫從10℃升高到60℃，消耗了2g酒精。求酒精燈的效率。（\(c_{水}=4.2×10^3J/(kg·℃)\)，\(q_{酒精}=3.0×10^7J/kg\)）解：（1）水吸收的熱量：\(Q_{吸}=cm\Deltat=4.2×10^3×0.2×(60-10)=4.2×10^3×0.2×50=4.2×10^4J\)；（2）酒精完全燃燒放出的熱量：\(Q_{放}=mq=0.002×3.0×10^7=6×10^4J\)；（3）效率：\(\eta=\frac{Q_{吸}}{Q_{放}}×100\%=\frac{4.2×10^4}{6×10^4}×100\%=70\%\)。答案：70%。（四）實驗題（基礎(chǔ)實驗探究）1.探究“做功改變物體內(nèi)能”的實驗：（1）實驗器材：壓縮空氣引火儀（玻璃筒、活塞、棉花）、火柴。（2）實驗步驟：①將棉花放入玻璃筒底部；②迅速向下壓活塞，觀察現(xiàn)象。（3）實驗現(xiàn)象：______。（4）實驗結(jié)論：______。答案：（3）棉花燃燒；（4）壓縮空氣做功，內(nèi)能增加，溫度升高（達到棉花的著火點）。2.探究“熱機效率與散熱損失的關(guān)系”：（1）實驗器材：酒精燈、燒杯、水、溫度計、石棉網(wǎng)、鐵架臺、天平。（2）實驗步驟：①用天平測燒杯和水的質(zhì)量\(m_1\)；②測水溫\(t_1\)；③用天平測酒精燈和酒精的質(zhì)量\(m_2\)；④點燃酒精燈加熱，記錄水溫升高到\(t_2\)時的時間；⑤測酒精燈剩余質(zhì)量\(m_3\)；⑥計算效率\(\eta=\frac{cm_1(t_2-t_1)}{(m_2-m_3)q}\)；⑦重復(fù)實驗，增加石棉網(wǎng)（減少散熱），比較效率變化。（3）結(jié)論：______。答案：減少散熱損失，熱機效率提高。三、綜合提升練習（一）選擇題（深入概念辨析）1.根據(jù)熱力學第一定律（\(\DeltaU=Q+W\)），下列說法正確的是（）A.物體吸收熱量，內(nèi)能一定增加B.物體對外做功，內(nèi)能一定減少C.物體吸收熱量同時對外做功，內(nèi)能可能不變D.物體放出熱量同時外界做功，內(nèi)能一定增加答案：C解析：A若對外做功，內(nèi)能可能不變；B若吸收熱量，內(nèi)能可能不變；C\(Q=W\)時，\(\DeltaU=0\)；D\(Q>W\)時，內(nèi)能減少。2.關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的方向性，下列說法正確的是（）A.內(nèi)能可以完全轉(zhuǎn)化為機械能而不引起其他變化B.機械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C.熱量可以自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體D.能量轉(zhuǎn)化沒有方向性答案：B解析：A違反熱力學第二定律；C需要外界做功（如空調(diào)）；D能量轉(zhuǎn)化具有方向性（如內(nèi)能→機械能需消耗能量）。3.某熱機的效率為40%，表示（）A.每消耗1J燃料，有40J有用功B.有用功是燃料放熱的60%C.燃料放熱的40%用來做有用功D.總功是有用功的40%答案：C解析：效率是有用功與燃料放熱的比值，40%即有用功占總能量的40%。4.下列措施中，能提高熱機效率的是（）A.增加燃料消耗B.減少有用功C.減少散熱損失D.增加機械摩擦答案：C解析：提高效率的方法：使燃料充分燃燒、減少散熱、減少機械摩擦。5.物體的內(nèi)能增加，下列說法正確的是（）A.一定是吸收了熱量B.一定是外界對物體做了功C.可能是吸收了熱量，也可能是外界做功D.溫度一定升高答案：C解析：改變內(nèi)能的方式有兩種，內(nèi)能增加可能是吸熱或外界做功；晶體熔化時內(nèi)能增加但溫度不變。（二）填空題（綜合公式應(yīng)用）1.某汽油機的功率為7.5×10^4W，工作10min消耗汽油3kg，效率為______（\(q_{汽油}=4.6×10^7J/kg\)）。答案：20.7%解析：（1）有用功\(W=Pt=7.5×10^4×600=4.5×10^7J\)；（2）總熱量\(Q=mq=3×4.6×10^7=1.38×10^8J\)；（3）效率\(\eta=\frac{W}{Q}×100\%=\frac{4.5×10^7}{1.38×10^8}×100\%≈20.7\%\)。2.質(zhì)量為1kg的鐵塊，溫度從20℃升高到100℃，需要吸收______J熱量；若這些熱量由燃燒酒精提供，需要消耗______g酒精（\(c_{鐵}=0.46×10^3J/(kg·℃)\)，\(q_{酒精}=3.0×10^7J/kg\)）。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.汽車行駛時，燃料燃燒放出的熱量中，一部分用來做有用功，一部分以______形式散失，還有一部分用來克服______做功。答案：內(nèi)能；機械摩擦（三）計算題（復(fù)雜綜合應(yīng)用）1.某汽車以60km/h的速度勻速行駛200km，消耗汽油25kg，已知汽油的熱值為4.6×10^7J/kg，汽車發(fā)動機的效率為30%，求：（1）汽油完全燃燒放出的熱量；（2）發(fā)動機做的有用功；（3）汽車行駛時受到的阻力。解：（1）總熱量：\(Q=mq=25×4.6×10^7=1.15×10^9J\)；（2）有用功：\(W=\etaQ=0.3×1.15×10^9=3.45×10^8J\)；（3）速度\(v=60km/h=\frac{50}{3}m/s\)，行駛時間\(t=\frac{s}{v}=\frac{200}{\frac{50}{3}}=12h=4.32×10^4s\)？不，更簡單的方法：勻速行駛時，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.用燃氣灶加熱質(zhì)量為5kg的水，水溫從20℃升高到100℃，消耗天然氣0.2m3，已知天然氣的熱值為3.5×10^7J/m3，求燃氣灶的效率。（\(c_{水}=4.2×10^3J/(kg·℃)\)）解：（1）水吸收的熱量：\(Q_{吸}=cm\Deltat=4.2×10^3×5×(____)=1.68×10^6J\)；（2）天然氣完全燃燒放出的熱量：\(Q_{放}=Vq=0.2×3.5×10^7=7×10^6J\)；（3）效率：\(\eta=\frac{Q_{吸}}{Q_{放}}×100\%=\frac{1.68×10^6}{7×10^6}×100\%=24\%\)。答案：24%。（四）實驗題（設(shè)計與探究）1.設(shè)計實驗探究“熱機效率與燃料種類的關(guān)系”。要求：（1）實驗器材；（2）實驗步驟；（3）分析