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7 新趋势 跨学科实践 [2025泗阳期中]如图所示为小郡同学自制的简易热机模型，在矿泉水瓶的侧壁上钻一个小孔，把电火花发生器紧紧塞进孔中，在瓶口喷入液态酒精并盖上纸杯。按下电火花发生器的按钮后，酒精燃烧，纸杯飞出。下列说法正确的是
（
A.纸杯飞出的过程相当于热机的做功冲程
B.纸杯飞出时，瓶内气体内能增大
C.酒精燃烧时，酒精的热值会随质量的减小而减小
D.改进热机模型的结构，其效率可达100％
（
A
）A.纸杯飞出的过程相当于热机的做功冲程
B.纸杯飞出时，瓶内气体内能增大
C.酒精燃烧时，酒精的热值会随质量的减小而减小
D.改进热机模型的结构，其效率可达100％
答案
7.A
解析
【分析】本题考查热机相关知识点，需逐一分析各选项：明确热机做功冲程的能量转化、物体对外做功时的内能变化、热值的特性、热机效率的特点，据此判断选项对错。
【解析】
选项A：纸杯飞出时，瓶内气体的内能转化为纸杯的机械能，与热机做功冲程中内能转化为机械能的能量转化一致，故A正确；
选项B：纸杯飞出过程中，瓶内气体对纸杯做功，自身内能会减小，而非增大，故B错误；
选项C：热值是燃料的固有特性，仅与燃料种类有关，与质量无关，因此酒精燃烧时热值不会随质量减小而变化，故C错误；
选项D：热机工作时总会存在能量散失（如废气散热、机械摩擦损耗等），效率不可能达到100%，故D错误。
综上，正确答案为A。
【答案】A
【知识点】热机冲程、内能改变、热值、热机效率
【点评】本题为跨学科实践题，结合自制简易热机模型考查热机核心基础知识点，需理解能量转化、热值特性等概念，注重知识应用，难度适中。
【难度系数】0.6
【解析】
选项A：纸杯飞出时，瓶内气体的内能转化为纸杯的机械能，与热机做功冲程中内能转化为机械能的能量转化一致，故A正确；
选项B：纸杯飞出过程中，瓶内气体对纸杯做功，自身内能会减小，而非增大，故B错误；
选项C：热值是燃料的固有特性，仅与燃料种类有关，与质量无关，因此酒精燃烧时热值不会随质量减小而变化，故C错误；
选项D：热机工作时总会存在能量散失（如废气散热、机械摩擦损耗等），效率不可能达到100%，故D错误。
综上，正确答案为A。
【答案】A
【知识点】热机冲程、内能改变、热值、热机效率
【点评】本题为跨学科实践题，结合自制简易热机模型考查热机核心基础知识点，需理解能量转化、热值特性等概念，注重知识应用，难度适中。
【难度系数】0.6
8 某单缸四冲程汽油机，飞轮每分钟转2 400转，则每秒对外做功
20
次。为了提高汽油机的效率，需要在做功
冲程让燃料更加充分燃烧，此时汽油的热值不变
（增大/不变/减小）。答案
8.20 做功 不变
解析
【分析】
要解决这道题，需分三步思考：
1. 明确单缸四冲程汽油机的工作规律：飞轮每转2圈，完成1个工作循环，1个工作循环中对外做功1次。先将飞轮每分钟的转速换算为每秒的转速，再计算每秒的工作循环数，进而得到每秒对外做功次数。
2. 回忆四冲程汽油机的冲程作用：做功冲程是燃料燃烧释放能量对外做功的冲程，要让燃料充分燃烧以提高效率，对应做功冲程。
3. 理解热值的特性：热值是燃料的固有属性，仅与燃料种类有关，与燃烧是否充分无关，据此判断热值变化。
【解析】
1. 计算每秒对外做功次数：
已知飞轮转速为2400转/分钟，换算为每秒转速：$\frac{2400}{60}=40$转/秒。
单缸四冲程汽油机每2转完成1个工作循环，每个工作循环对外做功1次，因此每秒对外做功次数为：$\frac{40}{2}=20$次。
2. 提高汽油机效率的冲程：
做功冲程是燃料燃烧并对外做功的冲程，在此冲程让燃料充分燃烧，可提升能量利用率，因此填“做功”冲程。
3. 热值的变化：
热值是燃料的一种特性，只由燃料的种类决定，与燃烧是否充分无关，因此汽油的热值不变。
【答案】
20 做功 不变
【知识点】
四冲程汽油机工作原理、热值特性、热机效率
【点评】
本题考查热学基础知识点，涵盖汽油机工作规律、热值属性及热机效率提升方法，属于常规基础题，需准确记忆四冲程汽油机做功次数与飞轮转速的关系，以及热值的固有特性。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需分三步思考：
1. 明确单缸四冲程汽油机的工作规律：飞轮每转2圈，完成1个工作循环，1个工作循环中对外做功1次。先将飞轮每分钟的转速换算为每秒的转速，再计算每秒的工作循环数，进而得到每秒对外做功次数。
2. 回忆四冲程汽油机的冲程作用：做功冲程是燃料燃烧释放能量对外做功的冲程，要让燃料充分燃烧以提高效率，对应做功冲程。
3. 理解热值的特性：热值是燃料的固有属性，仅与燃料种类有关，与燃烧是否充分无关，据此判断热值变化。
【解析】
1. 计算每秒对外做功次数：
已知飞轮转速为2400转/分钟，换算为每秒转速：$\frac{2400}{60}=40$转/秒。
单缸四冲程汽油机每2转完成1个工作循环，每个工作循环对外做功1次，因此每秒对外做功次数为：$\frac{40}{2}=20$次。
2. 提高汽油机效率的冲程：
做功冲程是燃料燃烧并对外做功的冲程，在此冲程让燃料充分燃烧，可提升能量利用率，因此填“做功”冲程。
3. 热值的变化：
热值是燃料的一种特性，只由燃料的种类决定，与燃烧是否充分无关，因此汽油的热值不变。
【答案】
20 做功 不变
【知识点】
四冲程汽油机工作原理、热值特性、热机效率
【点评】
本题考查热学基础知识点，涵盖汽油机工作规律、热值属性及热机效率提升方法，属于常规基础题，需准确记忆四冲程汽油机做功次数与飞轮转速的关系，以及热值的固有特性。
【难度系数】
0.6
9 氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，被认为是21世纪最理想的能源之一，氢燃料公交车逐渐在一些城市投放使用。（氢燃料的热值为$1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}$）
（1）求质量为1.2 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量。
（2）如果氢燃料公交车以140 kW的恒定功率匀速行驶，1.2 kg的氢燃料完全燃烧释放的能量能使该公交车匀速行驶10 min，那么氢燃料公交车动力系统的效率是多少？
（1）求质量为1.2 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量。
（2）如果氢燃料公交车以140 kW的恒定功率匀速行驶，1.2 kg的氢燃料完全燃烧释放的能量能使该公交车匀速行驶10 min，那么氢燃料公交车动力系统的效率是多少？
答案
9.（1）1.2 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量$Q_{放}=m_{氢}q_{氢}=1.2\ \mathrm{kg}×1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}=1.68×10^8\ \mathrm{J}$
（2）公交车做的机械功$W=Pt=140×10^3\ \mathrm{W}×10×60\ \mathrm{s}=0.84×10^8\ \mathrm{J}$,则氢燃料公交车动力系统的效率$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%=\frac{0.84×10^8\ \mathrm{J}}{1.68×10^8\ \mathrm{J}}×100\%=50\%$
（2）公交车做的机械功$W=Pt=140×10^3\ \mathrm{W}×10×60\ \mathrm{s}=0.84×10^8\ \mathrm{J}$,则氢燃料公交车动力系统的效率$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%=\frac{0.84×10^8\ \mathrm{J}}{1.68×10^8\ \mathrm{J}}×100\%=50\%$
解析
【分析】
本题分为两小问，第一问需利用燃料完全燃烧放热公式计算氢燃料释放的总能量；第二问需先计算公交车行驶做的有用功，再根据效率公式求出动力系统的效率。解题时要注意单位的统一，如功率单位、时间单位的转换。
【解析】
（1）氢燃料完全燃烧放出的热量公式为$Q_{放}=m_{氢}q_{氢}$，代入已知数据：
$Q_{放}=1.2\ \mathrm{kg}×1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}=1.68×10^8\ \mathrm{J}$。
（2）公交车做的机械功公式为$W=Pt$，先统一单位：$P=140\ \mathrm{kW}=140×10^3\ \mathrm{W}$，$t=10\ \mathrm{min}=10×60\ \mathrm{s}=600\ \mathrm{s}$，代入得：
$W=140×10^3\ \mathrm{W}×600\ \mathrm{s}=0.84×10^8\ \mathrm{J}$。
动力系统的效率公式为$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%$，代入数据：
$\eta=\frac{0.84×10^8\ \mathrm{J}}{1.68×10^8\ \mathrm{J}}×100\%=50\%$。
【答案】
（1）$1.68×10^8\ \mathrm{J}$；（2）$50\%$
【知识点】
燃料的热值、功的计算、热机效率
【点评】
本题结合氢燃料公交车的实际应用场景，考查热值计算、功的计算及热机效率的基础应用，重点考查学生对物理公式的掌握和单位换算能力，贴近生活实际，属于常规基础计算题。
【难度系数】
0.6
本题分为两小问，第一问需利用燃料完全燃烧放热公式计算氢燃料释放的总能量；第二问需先计算公交车行驶做的有用功，再根据效率公式求出动力系统的效率。解题时要注意单位的统一，如功率单位、时间单位的转换。
【解析】
（1）氢燃料完全燃烧放出的热量公式为$Q_{放}=m_{氢}q_{氢}$，代入已知数据：
$Q_{放}=1.2\ \mathrm{kg}×1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}=1.68×10^8\ \mathrm{J}$。
（2）公交车做的机械功公式为$W=Pt$，先统一单位：$P=140\ \mathrm{kW}=140×10^3\ \mathrm{W}$，$t=10\ \mathrm{min}=10×60\ \mathrm{s}=600\ \mathrm{s}$，代入得：
$W=140×10^3\ \mathrm{W}×600\ \mathrm{s}=0.84×10^8\ \mathrm{J}$。
动力系统的效率公式为$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%$，代入数据：
$\eta=\frac{0.84×10^8\ \mathrm{J}}{1.68×10^8\ \mathrm{J}}×100\%=50\%$。
【答案】
（1）$1.68×10^8\ \mathrm{J}$；（2）$50\%$
【知识点】
燃料的热值、功的计算、热机效率
【点评】
本题结合氢燃料公交车的实际应用场景，考查热值计算、功的计算及热机效率的基础应用，重点考查学生对物理公式的掌握和单位换算能力，贴近生活实际，属于常规基础计算题。
【难度系数】
0.6
10 [2025泗洪期末]如图所示，小红在家玩“套圈”游戏，套圈从a点运动到c点的过程中（不计空气阻力）（
A.在a点的重力势能最大
B.在b点时的动能为0
C.在c点的机械能大于在a点的机械能
D.由b点到c点的过程中，重力势能转化为动能
D
）A.在a点的重力势能最大
B.在b点时的动能为0
C.在c点的机械能大于在a点的机械能
D.由b点到c点的过程中，重力势能转化为动能
答案
10.D
解析
【分析】要解决这道题，需明确不计空气阻力时机械能守恒，动能与质量、速度有关，重力势能与质量、高度有关。逐一分析各选项：A选项中重力势能由高度决定，b点是轨迹最高点，高度最高；B选项中b点套圈仍有水平速度，动能不为0；C选项不计空气阻力时机械能守恒，a、c机械能相等；D选项b到c高度降低、速度增大，是重力势能转化为动能。
【解析】不计空气阻力，套圈运动过程中机械能守恒。
选项A：重力势能与质量、高度有关，套圈质量不变，b点高度最高，故b点重力势能最大，A错误；
选项B：b点是套圈轨迹最高点，此时套圈仍有水平方向的速度，动能不为0，B错误；
选项C：不计空气阻力，套圈机械能守恒，因此a点和c点的机械能相等，C错误；
选项D：由b点到c点，套圈高度减小，重力势能减小；速度增大，动能增大，此过程重力势能转化为动能，D正确。
【答案】D
【知识点】机械能转化、动能、重力势能
【点评】本题结合套圈运动场景，考查机械能守恒及动能与重力势能的转化，属于基础题型，需熟练掌握相关概念和规律。
【难度系数】0.6
【解析】不计空气阻力，套圈运动过程中机械能守恒。
选项A：重力势能与质量、高度有关，套圈质量不变，b点高度最高，故b点重力势能最大，A错误；
选项B：b点是套圈轨迹最高点，此时套圈仍有水平方向的速度，动能不为0，B错误；
选项C：不计空气阻力，套圈机械能守恒，因此a点和c点的机械能相等，C错误；
选项D：由b点到c点，套圈高度减小，重力势能减小；速度增大，动能增大，此过程重力势能转化为动能，D正确。
【答案】D
【知识点】机械能转化、动能、重力势能
【点评】本题结合套圈运动场景，考查机械能守恒及动能与重力势能的转化，属于基础题型，需熟练掌握相关概念和规律。
【难度系数】0.6
11 [2025泗阳段考]如图所示，暑期研学活动小组在晴天的森林中进行野外求生演习。如何利用森林中的风向引导他们从森林走向外界露天土地，同学们各自发表了自己的见解，其中正确的是（
A.露天土地比热容小，空气从森林流向外界，应顺风走
B.露天土地比热容小，空气从外界流向森林，应迎风走
C.露天土地比热容大，空气从森林流向外界，应顺风走
D.露天土地比热容大，空气从外界流向森林，应迎风走
A
）A.露天土地比热容小，空气从森林流向外界，应顺风走
B.露天土地比热容小，空气从外界流向森林，应迎风走
C.露天土地比热容大，空气从森林流向外界，应顺风走
D.露天土地比热容大，空气从外界流向森林，应迎风走
答案
11.A
解析
【分析】
要解决这道题，需结合比热容的性质分析晴天白天森林与露天土地的温度、气压差异，进而判断风向，再确定行走方向。核心思路是：比热容小的物质，相同条件下吸热升温更快；近地面气压与气温成反相关，风由高压区流向低压区。
【解析】
晴天白天，露天土地的比热容比森林小，在相同太阳辐射下，露天土地升温更快，近地面空气受热膨胀上升，形成低压区；森林区域因植被多，比热容较大，升温较慢，近地面气温低，气压较高。因此近地面空气会从气压高的森林流向气压低的露天土地，即风向是从森林吹向露天土地，所以应顺风走，对应选项A正确。
【答案】
A
【知识点】
比热容、大气运动
【点评】
本题结合野外求生场景，将比热容知识与实际风向判断结合，注重知识的应用，难度适中。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需结合比热容的性质分析晴天白天森林与露天土地的温度、气压差异，进而判断风向，再确定行走方向。核心思路是：比热容小的物质，相同条件下吸热升温更快；近地面气压与气温成反相关，风由高压区流向低压区。
【解析】
晴天白天，露天土地的比热容比森林小，在相同太阳辐射下，露天土地升温更快，近地面空气受热膨胀上升，形成低压区；森林区域因植被多，比热容较大，升温较慢，近地面气温低，气压较高。因此近地面空气会从气压高的森林流向气压低的露天土地，即风向是从森林吹向露天土地，所以应顺风走，对应选项A正确。
【答案】
A
【知识点】
比热容、大气运动
【点评】
本题结合野外求生场景，将比热容知识与实际风向判断结合，注重知识的应用，难度适中。
【难度系数】
0.6
