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12. 氮气弹簧是一种以密闭高压氮气为工作介质的弹性组件，具有体积小、弹力大、工作平稳、使用寿命长等优点。它在生活和工业中具有广泛的应用，其工作结构简图如图所示。当活塞顶部受到压力向下运动时，下列说法正确的是（
A.缸体内氮气的密度变大
B.缸体内的气体被压紧后，氮气分子不再运动
C.缸体内的气体压强减小
D.该过程中能量的转化方式与汽油机的做功冲程相同
A
）A.缸体内氮气的密度变大
B.缸体内的气体被压紧后，氮气分子不再运动
C.缸体内的气体压强减小
D.该过程中能量的转化方式与汽油机的做功冲程相同
答案
12. A
解析
【分析】本题结合氮气弹簧的实际工作场景，考查气体的密度、压强、分子运动及能量转化的相关知识。解题时需逐一分析每个选项对应的物理原理：先明确活塞向下运动时缸内氮气的体积变化，结合密度公式判断密度变化；依据分子热运动的特点判断分子是否停止运动；根据一定质量气体的压强与体积的关系判断压强变化；再对比活塞下压过程与汽油机做功冲程的能量转化差异。
【解析】当活塞顶部受压力向下运动时，缸内密闭氮气的体积减小，而氮气的质量不变，根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$，体积减小则密度变大，故A正确；分子在永不停息地做无规则运动，无论气体是否被压缩，氮气分子都不会停止运动，B错误；对于一定质量的气体，体积减小时，气体压强会增大，因此缸内气体压强是增大的，而非减小，C错误；活塞向下运动过程中，是外界对缸内气体做功，将机械能转化为气体的内能；而汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能，二者能量转化方式不同，D错误。综上，正确答案为A。
【答案】A
【知识点】气体密度、气体压强、分子热运动、能量转化
【点评】本题将物理知识与实际应用结合，考查基础物理概念的理解，需要学生准确掌握相关物理规律，属于中等难度的基础题。
【难度系数】0.5
【解析】当活塞顶部受压力向下运动时，缸内密闭氮气的体积减小，而氮气的质量不变，根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$，体积减小则密度变大，故A正确；分子在永不停息地做无规则运动，无论气体是否被压缩，氮气分子都不会停止运动，B错误；对于一定质量的气体，体积减小时，气体压强会增大，因此缸内气体压强是增大的，而非减小，C错误；活塞向下运动过程中，是外界对缸内气体做功，将机械能转化为气体的内能；而汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能，二者能量转化方式不同，D错误。综上，正确答案为A。
【答案】A
【知识点】气体密度、气体压强、分子热运动、能量转化
【点评】本题将物理知识与实际应用结合，考查基础物理概念的理解，需要学生准确掌握相关物理规律，属于中等难度的基础题。
【难度系数】0.5
13. 自行车急刹时，轮胎与地面摩擦，温度会升高，下列四冲程汽油机的四个冲程中，与轮胎升温过程能量转化相似的是 （
B
）答案
13. B
解析
【分析】首先明确自行车急刹时轮胎升温的过程是机械能通过摩擦转化为内能；接着回忆四冲程汽油机各冲程的判断方法：根据气门的开闭状态和活塞的运动方向确定冲程类型，再分析每个冲程的能量转化，找到与机械能转化为内能相符的冲程。
【解析】逐个分析四个冲程：A图中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，为吸气冲程，无能量转化；B图中进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能，与轮胎升温的能量转化一致；C图中两气门关闭，活塞向下运动，火花塞点火，为做功冲程，将内能转化为机械能；D图中排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动，为排气冲程，无能量转化。因此符合题意的是B。
【答案】B
【知识点】四冲程汽油机、能量转化
【点评】本题考查四冲程汽油机的冲程判断及能量转化，需掌握各冲程的气门状态、活塞运动方向和对应的能量转化，结合实际现象分析能量转化类型即可解题，属于基础题。
【难度系数】0.6
【解析】逐个分析四个冲程：A图中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，为吸气冲程，无能量转化；B图中进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能，与轮胎升温的能量转化一致；C图中两气门关闭，活塞向下运动，火花塞点火，为做功冲程，将内能转化为机械能；D图中排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动，为排气冲程，无能量转化。因此符合题意的是B。
【答案】B
【知识点】四冲程汽油机、能量转化
【点评】本题考查四冲程汽油机的冲程判断及能量转化，需掌握各冲程的气门状态、活塞运动方向和对应的能量转化，结合实际现象分析能量转化类型即可解题，属于基础题。
【难度系数】0.6
14. 某校的科技活动周举办了一场水火箭发射比赛。图甲所示是小明用可乐瓶制作的水火箭，图乙所示是水火箭的示意图。小明先在瓶里装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭随即飞向空中。下列分析正确的是（
A.使用打气筒打气时的能量转化过程与汽油机的做功冲程相同
B.水从水火箭中喷出相当于内燃机的排气冲程
C.水火箭升空过程中高压气体的内能转化为水火箭的机械能
D.在水火箭发射的整个过程中，能量总量越来越少
C
）A.使用打气筒打气时的能量转化过程与汽油机的做功冲程相同
B.水从水火箭中喷出相当于内燃机的排气冲程
C.水火箭升空过程中高压气体的内能转化为水火箭的机械能
D.在水火箭发射的整个过程中，能量总量越来越少
答案
14. C
解析
【分析】
本题考查能量转化和内燃机冲程的相关知识，需逐一分析各选项对应的物理过程：首先明确打气、做功冲程的能量转化，水喷出过程的能量转化，内燃机排气冲程的特点，以及能量守恒定律的内容，再逐一判断选项的正误。
【解析】
A选项：使用打气筒打气时，是对瓶内气体做功，将机械能转化为内能；而汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能，二者能量转化过程不同，故A错误。
B选项：水从水火箭中喷出时，高压气体对外做功，将内能转化为水和水火箭的机械能；内燃机的排气冲程是排出气缸内的废气，没有将内能转化为机械能的过程，与水喷出的原理不同，故B错误。
C选项：水火箭升空过程中，高压气体膨胀对外做功，将自身的内能转化为水火箭的机械能，使水火箭获得向上的动能和重力势能，故C正确。
D选项：根据能量守恒定律，在水火箭发射的整个过程中，能量的总量保持不变，不会越来越少，故D错误。
【答案】
C
【知识点】
内能与机械能转化、能量守恒定律、内燃机冲程
【点评】
本题结合水火箭的实际应用场景，考查能量转化和内燃机冲程的基础知识点，要求学生能准确区分不同物理过程的能量变化，以及内燃机各冲程的特点，难度适中，属于对基础知识的应用考查。
【难度系数】
0.5
本题考查能量转化和内燃机冲程的相关知识，需逐一分析各选项对应的物理过程：首先明确打气、做功冲程的能量转化，水喷出过程的能量转化，内燃机排气冲程的特点，以及能量守恒定律的内容，再逐一判断选项的正误。
【解析】
A选项：使用打气筒打气时，是对瓶内气体做功，将机械能转化为内能；而汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能，二者能量转化过程不同，故A错误。
B选项：水从水火箭中喷出时，高压气体对外做功，将内能转化为水和水火箭的机械能；内燃机的排气冲程是排出气缸内的废气，没有将内能转化为机械能的过程，与水喷出的原理不同，故B错误。
C选项：水火箭升空过程中，高压气体膨胀对外做功，将自身的内能转化为水火箭的机械能，使水火箭获得向上的动能和重力势能，故C正确。
D选项：根据能量守恒定律，在水火箭发射的整个过程中，能量的总量保持不变，不会越来越少，故D错误。
【答案】
C
【知识点】
内能与机械能转化、能量守恒定律、内燃机冲程
【点评】
本题结合水火箭的实际应用场景，考查能量转化和内燃机冲程的基础知识点，要求学生能准确区分不同物理过程的能量变化，以及内燃机各冲程的特点，难度适中，属于对基础知识的应用考查。
【难度系数】
0.5
15. 单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为$30\ \mathrm{cm}^2$，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是$50\ \mathrm{mm}$，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为$9.0× 10^5\ \mathrm{Pa}$，飞轮$1\ \mathrm{min}$转动$1\ 200\ \mathrm{r}$。当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），求：
（1）燃气对活塞的平均压力。
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功。
（3）该汽油机的功率。
（1）燃气对活塞的平均压力。
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功。
（3）该汽油机的功率。
答案
15. (1) $F= pS = 9× 10^5\ \mathrm{Pa}× 30× 10^{-4}\ \mathrm{m}^2 = 2\ 700\ \mathrm{N}$。
(2) $W=Fs=2\ 700\ \mathrm{N}× 50× 10^{-3}\ \mathrm{m}=135\ \mathrm{J}$。
(3) 因为飞轮1 min转动1 200 r,所以1 s转20 r,即1 s做功10次。因此,做1次功的时间$t=0.1\ \mathrm{s}$,$P'=\dfrac{W}{t}=\dfrac{135\ \mathrm{J}}{0.1\ \mathrm{s}}=1\ 350\ \mathrm{W}$。
(2) $W=Fs=2\ 700\ \mathrm{N}× 50× 10^{-3}\ \mathrm{m}=135\ \mathrm{J}$。
(3) 因为飞轮1 min转动1 200 r,所以1 s转20 r,即1 s做功10次。因此,做1次功的时间$t=0.1\ \mathrm{s}$,$P'=\dfrac{W}{t}=\dfrac{135\ \mathrm{J}}{0.1\ \mathrm{s}}=1\ 350\ \mathrm{W}$。
解析
【分析】
这道题分为三个小问，解题思路如下：
1. 第一问求燃气对活塞的压力：已知燃气的平均压强和活塞面积，根据压强公式的变形$F=pS$计算，计算时需将活塞面积的单位从$\mathrm{cm}^2$换算为$\mathrm{m}^2$，保证单位统一；
2. 第二问求一个做功冲程的功：功的计算公式为$W=Fs$，这里的力是第一问算出的压力，距离是活塞移动的冲程长度，需将$\mathrm{mm}$换算为$\mathrm{m}$后代入计算；
3. 第三问求汽油机的功率：核心是掌握单缸四冲程汽油机的特点——飞轮每转2圈，完成1个做功冲程（对外做功1次）。先根据1分钟飞轮转动圈数算出1秒内的做功次数，再结合一个做功冲程的功，用功率公式$P=\frac{W}{t}$计算，或先算1分钟总功再除以时间，两种方法结果一致。
【解析】
（1）计算燃气对活塞的平均压力：
活塞面积$S=30\ \mathrm{cm}^2=30×10^{-4}\ \mathrm{m}^2$，根据压强公式变形得：
$F=pS=9.0×10^5\ \mathrm{Pa}×30×10^{-4}\ \mathrm{m}^2=2700\ \mathrm{N}$；
（2）计算一个做功冲程中燃气对活塞做的功：
活塞移动距离$s=50\ \mathrm{mm}=50×10^{-3}\ \mathrm{m}$，根据功的公式得：
$W=Fs=2700\ \mathrm{N}×50×10^{-3}\ \mathrm{m}=135\ \mathrm{J}$；
（3）计算汽油机的功率：
单缸四冲程汽油机飞轮每转2圈做功1次，1分钟飞轮转1200r，则1秒转$\frac{1200\ \mathrm{r}}{60}=20\ \mathrm{r}$，即1秒做功10次；
做1次功的时间$t=\frac{1\ \mathrm{s}}{10}=0.1\ \mathrm{s}$，根据功率公式得：
$P=\frac{W}{t}=\frac{135\ \mathrm{J}}{0.1\ \mathrm{s}}=1350\ \mathrm{W}$。
【答案】
(1) $F= pS = 9×10^5\ \mathrm{Pa}×30×10^{-4}\ \mathrm{m}^2 = 2700\ \mathrm{N}$；
(2) $W=Fs=2700\ \mathrm{N}×50×10^{-3}\ \mathrm{m}=135\ \mathrm{J}$；
(3) 因为飞轮1 min转动1 200 r，所以1 s转20 r，即1 s做功10次。因此，做1次功的时间$t=0.1\ \mathrm{s}$，$P=\dfrac{W}{t}=\dfrac{135\ \mathrm{J}}{0.1\ \mathrm{s}}=1350\ \mathrm{W}$。
【知识点】
压强计算、功的计算、功率计算
【点评】
本题是力学与热学结合的基础计算题，核心考查压强、功、功率公式的应用，以及单缸四冲程汽油机飞轮转数与做功次数的关系，需注意单位统一换算，整体难度适中，是初中物理的重点题型。
【难度系数】
0.6
这道题分为三个小问，解题思路如下：
1. 第一问求燃气对活塞的压力：已知燃气的平均压强和活塞面积，根据压强公式的变形$F=pS$计算，计算时需将活塞面积的单位从$\mathrm{cm}^2$换算为$\mathrm{m}^2$，保证单位统一；
2. 第二问求一个做功冲程的功：功的计算公式为$W=Fs$，这里的力是第一问算出的压力，距离是活塞移动的冲程长度，需将$\mathrm{mm}$换算为$\mathrm{m}$后代入计算；
3. 第三问求汽油机的功率：核心是掌握单缸四冲程汽油机的特点——飞轮每转2圈，完成1个做功冲程（对外做功1次）。先根据1分钟飞轮转动圈数算出1秒内的做功次数，再结合一个做功冲程的功，用功率公式$P=\frac{W}{t}$计算，或先算1分钟总功再除以时间，两种方法结果一致。
【解析】
（1）计算燃气对活塞的平均压力：
活塞面积$S=30\ \mathrm{cm}^2=30×10^{-4}\ \mathrm{m}^2$，根据压强公式变形得：
$F=pS=9.0×10^5\ \mathrm{Pa}×30×10^{-4}\ \mathrm{m}^2=2700\ \mathrm{N}$；
（2）计算一个做功冲程中燃气对活塞做的功：
活塞移动距离$s=50\ \mathrm{mm}=50×10^{-3}\ \mathrm{m}$，根据功的公式得：
$W=Fs=2700\ \mathrm{N}×50×10^{-3}\ \mathrm{m}=135\ \mathrm{J}$；
（3）计算汽油机的功率：
单缸四冲程汽油机飞轮每转2圈做功1次，1分钟飞轮转1200r，则1秒转$\frac{1200\ \mathrm{r}}{60}=20\ \mathrm{r}$，即1秒做功10次；
做1次功的时间$t=\frac{1\ \mathrm{s}}{10}=0.1\ \mathrm{s}$，根据功率公式得：
$P=\frac{W}{t}=\frac{135\ \mathrm{J}}{0.1\ \mathrm{s}}=1350\ \mathrm{W}$。
【答案】
(1) $F= pS = 9×10^5\ \mathrm{Pa}×30×10^{-4}\ \mathrm{m}^2 = 2700\ \mathrm{N}$；
(2) $W=Fs=2700\ \mathrm{N}×50×10^{-3}\ \mathrm{m}=135\ \mathrm{J}$；
(3) 因为飞轮1 min转动1 200 r，所以1 s转20 r，即1 s做功10次。因此，做1次功的时间$t=0.1\ \mathrm{s}$，$P=\dfrac{W}{t}=\dfrac{135\ \mathrm{J}}{0.1\ \mathrm{s}}=1350\ \mathrm{W}$。
【知识点】
压强计算、功的计算、功率计算
【点评】
本题是力学与热学结合的基础计算题，核心考查压强、功、功率公式的应用，以及单缸四冲程汽油机飞轮转数与做功次数的关系，需注意单位统一换算，整体难度适中，是初中物理的重点题型。
【难度系数】
0.6
