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20. (2023·扬州)请补全如图的知识结构图。
(1)
(1)
转移
。(2) 做功
。(3) 弹性势能
。答案
20. (1) 转移 (2) 做功 (3) 弹性势能
解析
【分析】这道题考查能量相关的知识结构，需结合内能改变方式、机械能分类、能量转移与转化的核心概念来补全。解题时要回忆相关概念的分类逻辑：改变内能有两种方式，机械能包含动能和势能，能量变化分为转移和转化，据此对应填空。
【解析】根据知识结构图的概念逻辑：(1) 对应能量的转移（如热传递过程是能量的转移）；(2) 对应改变内能的方式之一做功；(3) 对应势能的一种弹性势能。
【答案】(1) 转移 (2) 做功 (3) 弹性势能
【知识点】能量转移与转化、内能的改变、机械能分类
【点评】本题为基础概念题，考查对能量相关知识结构的梳理，难度较低，需学生牢记基础概念的分类与联系。
【难度系数】0.7
【解析】根据知识结构图的概念逻辑：(1) 对应能量的转移（如热传递过程是能量的转移）；(2) 对应改变内能的方式之一做功；(3) 对应势能的一种弹性势能。
【答案】(1) 转移 (2) 做功 (3) 弹性势能
【知识点】能量转移与转化、内能的改变、机械能分类
【点评】本题为基础概念题，考查对能量相关知识结构的梳理，难度较低，需学生牢记基础概念的分类与联系。
【难度系数】0.7
21. (2024·无锡锡山期末)将盛有250 g凉牛奶的瓶子放在1 kg热水中(如图甲),这是通过
热传递
的方式改变牛奶的内能的。经过一段较长时间,它们的温度随时间变化的图像如图乙;加热过程中牛奶吸收的热量是$2×10^4$
J;通过计算后还能发现水放出的热量大于牛奶吸收的热量,其主要原因是在热传递过程中,存在热损失
。[$c_{牛奶}$取$4×10^3 J/(kg·℃)$]答案
21. 热传递 $2×10^4$ 在热传递过程中,存在热损失
解析
【分析】
本题考查热学相关知识，解题思路如下：1. 判断改变内能的方式：做功和热传递是改变内能的两种方式，本题中牛奶与热水间通过温度差传递热量，属于热传递；2. 计算牛奶吸收的热量：从图像中确定牛奶的初温、末温，结合已知的牛奶质量和比热容，利用热量公式$Q_{吸}=cm\Delta t$计算；3. 分析水放热与牛奶吸热的差异：热传递过程中，除了牛奶吸收热量，部分热量会散失到环境或被容器吸收，存在热损失，因此水放出的热量大于牛奶吸收的热量。
【解析】
1. 改变内能的方式：将凉牛奶放在热水中，牛奶从热水中吸收热量，内能增加，这是通过热传递的方式改变牛奶的内能。
2. 计算牛奶吸收的热量：由图乙可知，牛奶的初温$t_{0奶}=20℃$，末温$t=40℃$，牛奶的质量$m_{奶}=250g=0.25kg$，比热容$c_{牛奶}=4×10^3 J/(kg·℃)$，根据热量计算公式：
$Q_{吸}=c_{牛奶}m_{奶}(t - t_{0奶})=4×10^3 J/(kg·℃)×0.25kg×(40℃ - 20℃)=2×10^4 J$。
3. 水放出的热量大于牛奶吸收的热量的原因：在热传递过程中，部分热量会散失到周围空气中，或者被容器吸收，存在热损失，因此水放出的热量大于牛奶吸收的热量。
【答案】
热传递；$2×10^4$；在热传递过程中，存在热损失
【知识点】
热传递改变内能；热量计算；热损失
【点评】
本题结合温度-时间图像考查热学基础知识点，需要从图像中提取关键温度信息，掌握热量计算公式，理解热传递过程中的能量损耗，难度适中，注重知识的应用。
【难度系数】
0.6
本题考查热学相关知识，解题思路如下：1. 判断改变内能的方式：做功和热传递是改变内能的两种方式，本题中牛奶与热水间通过温度差传递热量，属于热传递；2. 计算牛奶吸收的热量：从图像中确定牛奶的初温、末温，结合已知的牛奶质量和比热容，利用热量公式$Q_{吸}=cm\Delta t$计算；3. 分析水放热与牛奶吸热的差异：热传递过程中，除了牛奶吸收热量，部分热量会散失到环境或被容器吸收，存在热损失，因此水放出的热量大于牛奶吸收的热量。
【解析】
1. 改变内能的方式：将凉牛奶放在热水中，牛奶从热水中吸收热量，内能增加，这是通过热传递的方式改变牛奶的内能。
2. 计算牛奶吸收的热量：由图乙可知，牛奶的初温$t_{0奶}=20℃$，末温$t=40℃$，牛奶的质量$m_{奶}=250g=0.25kg$，比热容$c_{牛奶}=4×10^3 J/(kg·℃)$，根据热量计算公式：
$Q_{吸}=c_{牛奶}m_{奶}(t - t_{0奶})=4×10^3 J/(kg·℃)×0.25kg×(40℃ - 20℃)=2×10^4 J$。
3. 水放出的热量大于牛奶吸收的热量的原因：在热传递过程中，部分热量会散失到周围空气中，或者被容器吸收，存在热损失，因此水放出的热量大于牛奶吸收的热量。
【答案】
热传递；$2×10^4$；在热传递过程中，存在热损失
【知识点】
热传递改变内能；热量计算；热损失
【点评】
本题结合温度-时间图像考查热学基础知识点，需要从图像中提取关键温度信息，掌握热量计算公式，理解热传递过程中的能量损耗，难度适中，注重知识的应用。
【难度系数】
0.6
22. (2025·苏州姑苏模拟)如图所示,弧形轨道竖直固定在水平面上,钢球从A点以一定的初速度$v_0$释放,经过B、O、C点到达等高的最高点D;钢球从A到O过程中,钢球的动能
增大
(增大/不变/减小);在等高的B、C两点动能大小是B点大
(B点大/相等/C点大);从A到D点的过程中,钢球的机械能减小
(增大/不变/减小)。答案
22. 增大 B点大 减小
解析
【分析】
要解决这道题，需结合动能、重力势能的影响因素，以及机械能的变化规律分析：
1. 分析A到O的动能变化：钢球从A点向下运动到O点，高度降低，重力势能减小；运动过程中虽受摩擦力，但向下运动时合力做正功，速度增大，因此动能变化需结合速度判断。
2. 分析B、C两点的动能：B、C等高，重力势能相等；钢球从B到C需克服轨道摩擦力做功，机械能会减小，因此B点机械能大于C点，结合机械能=动能+势能，可判断动能大小。
3. 分析A到D的机械能：钢球运动全程受轨道摩擦力，克服摩擦做功会消耗机械能，转化为内能，因此机械能变化可据此判断。
【解析】
1. 从A到O过程：钢球向下运动，初速度为$v_0$，向下运动时速度增大，根据动能与速度的关系，动能增大。
2. B、C两点：两点等高，重力势能相同；钢球从B到C运动时，克服摩擦力做功，机械能减小，故B点机械能大于C点机械能。由于机械能=动能+势能，势能相等，因此B点动能更大。
3. 从A到D过程：钢球运动中始终受轨道摩擦力，克服摩擦力做功，机械能不断转化为内能，因此机械能减小。
【答案】
增大；B点大；减小
【知识点】
动能与势能转化；机械能变化；摩擦力做功
【点评】
本题考查动能、重力势能的影响因素及机械能的变化，核心是明确运动过程中摩擦力对机械能的影响，结合机械能的组成分析各物理量的变化，需学生掌握机械能守恒的条件，属于中等难度的基础题。
【难度系数】
0.5
要解决这道题，需结合动能、重力势能的影响因素，以及机械能的变化规律分析：
1. 分析A到O的动能变化：钢球从A点向下运动到O点，高度降低，重力势能减小；运动过程中虽受摩擦力，但向下运动时合力做正功，速度增大，因此动能变化需结合速度判断。
2. 分析B、C两点的动能：B、C等高，重力势能相等；钢球从B到C需克服轨道摩擦力做功，机械能会减小，因此B点机械能大于C点，结合机械能=动能+势能，可判断动能大小。
3. 分析A到D的机械能：钢球运动全程受轨道摩擦力，克服摩擦做功会消耗机械能，转化为内能，因此机械能变化可据此判断。
【解析】
1. 从A到O过程：钢球向下运动，初速度为$v_0$，向下运动时速度增大，根据动能与速度的关系，动能增大。
2. B、C两点：两点等高，重力势能相同；钢球从B到C运动时，克服摩擦力做功，机械能减小，故B点机械能大于C点机械能。由于机械能=动能+势能，势能相等，因此B点动能更大。
3. 从A到D过程：钢球运动中始终受轨道摩擦力，克服摩擦力做功，机械能不断转化为内能，因此机械能减小。
【答案】
增大；B点大；减小
【知识点】
动能与势能转化；机械能变化；摩擦力做功
【点评】
本题考查动能、重力势能的影响因素及机械能的变化，核心是明确运动过程中摩擦力对机械能的影响，结合机械能的组成分析各物理量的变化，需学生掌握机械能守恒的条件，属于中等难度的基础题。
【难度系数】
0.5
23. 图甲中气球在放气时，它喷气的嘴部温度和原来相比
变低
（变高/没有变化/变低），此过程发生的能量转化与图乙中的内燃机在图中A
（A/B）所示过程的能量转化是一致的。某单缸四冲程汽油机，飞轮每分钟转2400转，则每秒对外做功20
次。答案
23. 变低 A 20
解析
【分析】
首先分析气球放气的过程：气球内气体喷出时对外做功，内能转化为机械能，气体内能减小，温度降低，因此嘴部温度变低。接着判断内燃机冲程：图乙中，A图两气门关闭、活塞向下运动且火花塞点火，是做功冲程，能量转化为内能→机械能；B图两气门关闭、活塞向上运动，是压缩冲程，能量转化为机械能→内能，故与气球放气能量转化一致的是A。最后计算汽油机做功次数：单缸四冲程汽油机，飞轮每转2圈完成1个工作循环，对外做功1次。飞轮每分钟转2400转，每秒转数为2400÷60=40转，因此每秒对外做功40÷2=20次。
【解析】
1. 气球放气时，气体对外做功，内能转化为机械能，气体的内能减少，温度降低，所以嘴部温度变低。
2. 图乙中，A图：进气门、排气门均关闭，活塞向下运动，火花塞点火，是做功冲程，能量转化为内能转化为机械能；B图：进气门、排气门均关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，能量转化为机械能转化为内能，因此与气球放气能量转化一致的是A。
3. 单缸四冲程汽油机，飞轮每转动2圈，完成1个工作循环，对外做功1次。已知飞轮每分钟转2400转，则每秒转数为2400÷60=40转，每秒对外做功次数为40÷2=20次。
【答案】
变低；A；20
【知识点】
内能的改变；内燃机的冲程；汽油机转速与做功次数的关系
【点评】
本题结合生活实例和内燃机知识，考查内能变化、冲程判断及汽油机转速计算，属于基础题，掌握相关概念和规律即可解答。
【难度系数】
0.7
首先分析气球放气的过程：气球内气体喷出时对外做功，内能转化为机械能，气体内能减小，温度降低，因此嘴部温度变低。接着判断内燃机冲程：图乙中，A图两气门关闭、活塞向下运动且火花塞点火，是做功冲程，能量转化为内能→机械能；B图两气门关闭、活塞向上运动，是压缩冲程，能量转化为机械能→内能，故与气球放气能量转化一致的是A。最后计算汽油机做功次数：单缸四冲程汽油机，飞轮每转2圈完成1个工作循环，对外做功1次。飞轮每分钟转2400转，每秒转数为2400÷60=40转，因此每秒对外做功40÷2=20次。
【解析】
1. 气球放气时，气体对外做功，内能转化为机械能，气体的内能减少，温度降低，所以嘴部温度变低。
2. 图乙中，A图：进气门、排气门均关闭，活塞向下运动，火花塞点火，是做功冲程，能量转化为内能转化为机械能；B图：进气门、排气门均关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，能量转化为机械能转化为内能，因此与气球放气能量转化一致的是A。
3. 单缸四冲程汽油机，飞轮每转动2圈，完成1个工作循环，对外做功1次。已知飞轮每分钟转2400转，则每秒转数为2400÷60=40转，每秒对外做功次数为40÷2=20次。
【答案】
变低；A；20
【知识点】
内能的改变；内燃机的冲程；汽油机转速与做功次数的关系
【点评】
本题结合生活实例和内燃机知识，考查内能变化、冲程判断及汽油机转速计算，属于基础题，掌握相关概念和规律即可解答。
【难度系数】
0.7
24. 有一汽车正在一平直公路上匀速行驶，发动机效率为25%，功率为40 kW，受到的阻力为2 000 N，突然油箱指示灯报警，继续行驶了25 min，发动机停止工作，经检查发现油箱内无汽油。汽油的热值取$4× 10^7$ J/kg，从油箱指示灯报警到发动机停止工作，求：
（1）汽车在这段时间内所做的有用功。
（2）汽车在这段时间内行驶的路程。
（3）油箱指示灯报警时油箱中汽油的质量。
（1）汽车在这段时间内所做的有用功。
（2）汽车在这段时间内行驶的路程。
（3）油箱指示灯报警时油箱中汽油的质量。
答案
24. （1）由 $P=\frac{W}{t}$ 得,汽车在这段时间内所做的有用功 $W_{有用}=Pt=40×10^3\ \mathrm{W}×25×60\ \mathrm{s}=6×10^7\ \mathrm{J}$
（2）因为汽车匀速行驶,牵引力与阻力是一对平衡力,大小相等,即$F=f=2\ 000\ \mathrm{N}$,由 $W=Fs$ 得,汽车在这段时间内行驶的路程 $s=\frac{W_{有用}}{F}=\frac{6×10^7\ \mathrm{J}}{2\ 000\ \mathrm{N}}=3×10^4\ \mathrm{m}=30\ \mathrm{km}$
（3）由 $\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}×100\%$ 得,汽油燃烧放出的热量 $Q_{放}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{6×10^7\ \mathrm{J}}{25\%}=2.4×10^8\ \mathrm{J}$,由 $Q_{放}=mq$ 得,油箱指示灯报警时油箱中汽油的质量 $m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{2.4×10^8\ \mathrm{J}}{4×10^7\ \mathrm{J/kg}}=6\ \mathrm{kg}$
（2）因为汽车匀速行驶,牵引力与阻力是一对平衡力,大小相等,即$F=f=2\ 000\ \mathrm{N}$,由 $W=Fs$ 得,汽车在这段时间内行驶的路程 $s=\frac{W_{有用}}{F}=\frac{6×10^7\ \mathrm{J}}{2\ 000\ \mathrm{N}}=3×10^4\ \mathrm{m}=30\ \mathrm{km}$
（3）由 $\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}×100\%$ 得,汽油燃烧放出的热量 $Q_{放}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{6×10^7\ \mathrm{J}}{25\%}=2.4×10^8\ \mathrm{J}$,由 $Q_{放}=mq$ 得,油箱指示灯报警时油箱中汽油的质量 $m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{2.4×10^8\ \mathrm{J}}{4×10^7\ \mathrm{J/kg}}=6\ \mathrm{kg}$
解析
【分析】
本题是力学与热学结合的综合计算题，解题思路如下：
1. 求有用功：已知发动机功率和工作时间，利用功率公式的变形公式 $ W = Pt $ 计算有用功，注意单位统一（功率单位转瓦，时间单位转秒）。
2. 求行驶路程：汽车匀速行驶时，牵引力与阻力是平衡力，大小相等；再利用功的公式变形 $ s = \frac{W}{F} $ 计算路程，注意单位换算（米转千米）。
3. 求汽油质量：先根据热机效率公式 $ \eta = \frac{W_{有用}}{Q_{放}} $ 变形求出汽油完全燃烧放出的总热量，再利用热值公式 $ Q_{放} = mq $ 变形求出汽油质量。
【解析】
（1）已知功率 $ P = 40\ \mathrm{kW} = 40 × 10^3\ \mathrm{W} $，时间 $ t = 25\ \mathrm{min} = 25 × 60\ \mathrm{s} = 1500\ \mathrm{s} $，由 $ P = \frac{W}{t} $ 得有用功：
$ W_{有用} = Pt = 40 × 10^3\ \mathrm{W} × 1500\ \mathrm{s} = 6 × 10^7\ \mathrm{J} $。
（2）汽车匀速行驶，牵引力与阻力平衡，故 $ F = f = 2000\ \mathrm{N} $，由 $ W = Fs $ 得行驶路程：
$ s = \frac{W_{有用}}{F} = \frac{6 × 10^7\ \mathrm{J}}{2000\ \mathrm{N}} = 3 × 10^4\ \mathrm{m} = 30\ \mathrm{km} $。
（3）由 $ \eta = \frac{W_{有用}}{Q_{放}} $ 得汽油燃烧放出的热量：
$ Q_{放} = \frac{W_{有用}}{\eta} = \frac{6 × 10^7\ \mathrm{J}}{25\%} = 2.4 × 10^8\ \mathrm{J} $，
再由 $ Q_{放} = mq $ 得汽油质量：
$ m = \frac{Q_{放}}{q} = \frac{2.4 × 10^8\ \mathrm{J}}{4 × 10^7\ \mathrm{J/kg}} = 6\ \mathrm{kg} $。
【答案】
（1）$ 6 × 10^7\ \mathrm{J} $；（2）$ 30\ \mathrm{km} $；（3）$ 6\ \mathrm{kg} $
【知识点】功率计算、机械效率、热值计算
【点评】
本题综合考查了功率、功、二力平衡、热机效率、热值的相关计算，解题关键是熟练掌握各公式的变形，注意单位的统一换算，属于常规的力学与热学综合计算题，对学生的公式应用能力有一定要求。
【难度系数】0.6
本题是力学与热学结合的综合计算题，解题思路如下：
1. 求有用功：已知发动机功率和工作时间，利用功率公式的变形公式 $ W = Pt $ 计算有用功，注意单位统一（功率单位转瓦，时间单位转秒）。
2. 求行驶路程：汽车匀速行驶时，牵引力与阻力是平衡力，大小相等；再利用功的公式变形 $ s = \frac{W}{F} $ 计算路程，注意单位换算（米转千米）。
3. 求汽油质量：先根据热机效率公式 $ \eta = \frac{W_{有用}}{Q_{放}} $ 变形求出汽油完全燃烧放出的总热量，再利用热值公式 $ Q_{放} = mq $ 变形求出汽油质量。
【解析】
（1）已知功率 $ P = 40\ \mathrm{kW} = 40 × 10^3\ \mathrm{W} $，时间 $ t = 25\ \mathrm{min} = 25 × 60\ \mathrm{s} = 1500\ \mathrm{s} $，由 $ P = \frac{W}{t} $ 得有用功：
$ W_{有用} = Pt = 40 × 10^3\ \mathrm{W} × 1500\ \mathrm{s} = 6 × 10^7\ \mathrm{J} $。
（2）汽车匀速行驶，牵引力与阻力平衡，故 $ F = f = 2000\ \mathrm{N} $，由 $ W = Fs $ 得行驶路程：
$ s = \frac{W_{有用}}{F} = \frac{6 × 10^7\ \mathrm{J}}{2000\ \mathrm{N}} = 3 × 10^4\ \mathrm{m} = 30\ \mathrm{km} $。
（3）由 $ \eta = \frac{W_{有用}}{Q_{放}} $ 得汽油燃烧放出的热量：
$ Q_{放} = \frac{W_{有用}}{\eta} = \frac{6 × 10^7\ \mathrm{J}}{25\%} = 2.4 × 10^8\ \mathrm{J} $，
再由 $ Q_{放} = mq $ 得汽油质量：
$ m = \frac{Q_{放}}{q} = \frac{2.4 × 10^8\ \mathrm{J}}{4 × 10^7\ \mathrm{J/kg}} = 6\ \mathrm{kg} $。
【答案】
（1）$ 6 × 10^7\ \mathrm{J} $；（2）$ 30\ \mathrm{km} $；（3）$ 6\ \mathrm{kg} $
【知识点】功率计算、机械效率、热值计算
【点评】
本题综合考查了功率、功、二力平衡、热机效率、热值的相关计算，解题关键是熟练掌握各公式的变形，注意单位的统一换算，属于常规的力学与热学综合计算题，对学生的公式应用能力有一定要求。
【难度系数】0.6
