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3. 实验考法创新实验「2026广东佛山月考改编，★★★」某创新实践小组的学生在校园科技节上展示了“自制汽轮机”的实践过程：
材，注意调整叶轮的位置，使导管的管口正对着叶片。
③给烧瓶中的水加热直至沸腾，当大量的“白气”从导管口喷出时可以看到叶轮转动起来。
④探究思考：
(1)给烧瓶中的水加热的过程中，是通过
(2)“自制汽轮机”工作时，水蒸气对叶轮做功，水蒸气的内能转化为叶轮的
(3)在标准大气压下，烧瓶中装有300 g、初温为20 ℃的水，将水加热至沸腾需要吸收的热量为
(4)汽轮机的效率比较低，以下措施不能提高热机效率的是 (
A. 使燃料更充分燃烧
B. 减小机械间的摩擦
C. 尽量选用功率更大的发动机
D. 将燃烧排出的废气再利用
材，注意调整叶轮的位置，使导管的管口正对着叶片。
③给烧瓶中的水加热直至沸腾，当大量的“白气”从导管口喷出时可以看到叶轮转动起来。
④探究思考：
(1)给烧瓶中的水加热的过程中，是通过
热传递
的方式改变水的内能。(2)“自制汽轮机”工作时，水蒸气对叶轮做功，水蒸气的内能转化为叶轮的
机械能
，此过程与汽油机的做功
冲程的能量转化相同。(3)在标准大气压下，烧瓶中装有300 g、初温为20 ℃的水，将水加热至沸腾需要吸收的热量为
$1.008×10^5$
J；酒精灯里的酒精在燃烧的过程中，化学能
转化为内能。若酒精完全燃烧放出的热量只有14%被烧瓶中的水吸收，则需要完全燃烧酒精24
g。[水的比热容为$4.2×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·℃)$，酒精的热值为$3.0×10^7\ \mathrm{J}/\mathrm{kg}$](4)汽轮机的效率比较低，以下措施不能提高热机效率的是 (
C
)A. 使燃料更充分燃烧
B. 减小机械间的摩擦
C. 尽量选用功率更大的发动机
D. 将燃烧排出的废气再利用
答案
(1)热传递
(2)机械能 做功
(3)$1.008×10^5$ 化学能 24
(4)C
解析 (1)用酒精灯给烧瓶中的水加热,是通过热传递的方式改变水的内能。
(2)“自制汽轮机”工作时,水蒸气推动叶轮转动,水蒸气对叶轮做功,水蒸气的内能转化为叶轮的机械能。与汽油机工作时的做功冲程的能量转化相同。
(3)吸收的热量 $Q_{\mathrm{吸}}=cm\Delta t=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×300×10^{-3}\ \mathrm{kg}×(100\ ℃-20\ ℃)=1.008×10^5\ \mathrm{J}$。酒精燃烧过程中,化学能减少,内能增大,是将化学能转化为内能。酒精完全燃烧放出的热量 $Q_{\mathrm{放}}=\dfrac{Q_{\mathrm{吸}}}{\eta}=\dfrac{1.008×10^5\ \mathrm{J}}{14\%}=7.2×10^5\ \mathrm{J}$,则完全燃烧酒精的质量 $m'=\dfrac{Q_{\mathrm{放}}}{q}=\dfrac{7.2×10^5\ \mathrm{J}}{3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}}=2.4×10^{-2}\ \mathrm{kg}=24\ \mathrm{g}$。
(4)热机效率指用来做有用功的这部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,所以使燃料更充分燃烧、将燃烧排出的废气再利用、减小机械间的摩擦都可以减少能量的损失,提高效率,而热机效率与功率无关。故选 C。
(2)机械能 做功
(3)$1.008×10^5$ 化学能 24
(4)C
解析 (1)用酒精灯给烧瓶中的水加热,是通过热传递的方式改变水的内能。
(2)“自制汽轮机”工作时,水蒸气推动叶轮转动,水蒸气对叶轮做功,水蒸气的内能转化为叶轮的机械能。与汽油机工作时的做功冲程的能量转化相同。
(3)吸收的热量 $Q_{\mathrm{吸}}=cm\Delta t=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×300×10^{-3}\ \mathrm{kg}×(100\ ℃-20\ ℃)=1.008×10^5\ \mathrm{J}$。酒精燃烧过程中,化学能减少,内能增大,是将化学能转化为内能。酒精完全燃烧放出的热量 $Q_{\mathrm{放}}=\dfrac{Q_{\mathrm{吸}}}{\eta}=\dfrac{1.008×10^5\ \mathrm{J}}{14\%}=7.2×10^5\ \mathrm{J}$,则完全燃烧酒精的质量 $m'=\dfrac{Q_{\mathrm{放}}}{q}=\dfrac{7.2×10^5\ \mathrm{J}}{3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}}=2.4×10^{-2}\ \mathrm{kg}=24\ \mathrm{g}$。
(4)热机效率指用来做有用功的这部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,所以使燃料更充分燃烧、将燃烧排出的废气再利用、减小机械间的摩擦都可以减少能量的损失,提高效率,而热机效率与功率无关。故选 C。
解析
【分析】
本题结合自制汽轮机的创新实验，考察内能、热机、热量计算及热机效率的相关知识。解题思路如下：
1. 明确改变内能的两种方式，加热水是通过热传递改变内能，据此解答第一问；
2. 分析水蒸气推动叶轮的能量转化，结合汽油机冲程的能量特点解答第二问；
3. 利用热量公式计算水吸收的热量，明确酒精燃烧的能量转化，再结合效率公式和热值公式计算酒精质量，解答第三问；
4. 理解热机效率的含义，分析各选项与效率的关系，选出正确答案，解答第四问。
【解析】
(1) 改变物体内能的方式有做功和热传递，用酒精灯加热烧瓶中的水，是通过热传递的方式改变水的内能。
(2) 水蒸气对叶轮做功，将自身的内能转化为叶轮的机械能；汽油机的做功冲程中，燃气的内能转化为活塞的机械能，二者能量转化相同。
(3) 标准大气压下，水的沸点为100℃，水吸收的热量：$Q_{\mathrm{吸}}=cm\Delta t=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×300×10^{-3}\ \mathrm{kg}×(100℃-20℃)=1.008×10^5\ \mathrm{J}$；酒精燃烧时，将自身的化学能转化为内能；酒精完全燃烧放出的热量：$Q_{\mathrm{放}}=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{\eta}=\frac{1.008×10^5\ \mathrm{J}}{14\%}=7.2×10^5\ \mathrm{J}$，需要完全燃烧酒精的质量：$m'=\frac{Q_{\mathrm{放}}}{q}=\frac{7.2×10^5\ \mathrm{J}}{3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}}=2.4×10^{-2}\ \mathrm{kg}=24\ \mathrm{g}$。
(4) 热机效率是指有用功与燃料完全燃烧放出能量的比值。A选项使燃料充分燃烧、B选项减小机械摩擦、D选项利用废气能量均可减少能量损失，提高效率；C选项功率是描述做功快慢的物理量，与热机效率无关，故选C。
【答案】
(1) 热传递
(2) 机械能；做功
(3) $1.008×10^5$；化学能；24
(4) C
【知识点】
内能的改变；热机的能量转化；热量计算与热机效率
【点评】
本题以自制汽轮机的实践为背景，综合考察内能转化、热量计算、热机效率等核心知识点，既联系实际实验场景，又注重基础概念和公式的应用，需要学生准确理解物理过程并灵活运用相关知识。
【难度系数】
0.6
本题结合自制汽轮机的创新实验，考察内能、热机、热量计算及热机效率的相关知识。解题思路如下：
1. 明确改变内能的两种方式，加热水是通过热传递改变内能，据此解答第一问；
2. 分析水蒸气推动叶轮的能量转化，结合汽油机冲程的能量特点解答第二问；
3. 利用热量公式计算水吸收的热量，明确酒精燃烧的能量转化，再结合效率公式和热值公式计算酒精质量，解答第三问；
4. 理解热机效率的含义，分析各选项与效率的关系，选出正确答案，解答第四问。
【解析】
(1) 改变物体内能的方式有做功和热传递，用酒精灯加热烧瓶中的水，是通过热传递的方式改变水的内能。
(2) 水蒸气对叶轮做功，将自身的内能转化为叶轮的机械能；汽油机的做功冲程中，燃气的内能转化为活塞的机械能，二者能量转化相同。
(3) 标准大气压下，水的沸点为100℃，水吸收的热量：$Q_{\mathrm{吸}}=cm\Delta t=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×300×10^{-3}\ \mathrm{kg}×(100℃-20℃)=1.008×10^5\ \mathrm{J}$；酒精燃烧时，将自身的化学能转化为内能；酒精完全燃烧放出的热量：$Q_{\mathrm{放}}=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{\eta}=\frac{1.008×10^5\ \mathrm{J}}{14\%}=7.2×10^5\ \mathrm{J}$，需要完全燃烧酒精的质量：$m'=\frac{Q_{\mathrm{放}}}{q}=\frac{7.2×10^5\ \mathrm{J}}{3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}}=2.4×10^{-2}\ \mathrm{kg}=24\ \mathrm{g}$。
(4) 热机效率是指有用功与燃料完全燃烧放出能量的比值。A选项使燃料充分燃烧、B选项减小机械摩擦、D选项利用废气能量均可减少能量损失，提高效率；C选项功率是描述做功快慢的物理量，与热机效率无关，故选C。
【答案】
(1) 热传递
(2) 机械能；做功
(3) $1.008×10^5$；化学能；24
(4) C
【知识点】
内能的改变；热机的能量转化；热量计算与热机效率
【点评】
本题以自制汽轮机的实践为背景，综合考察内能转化、热量计算、热机效率等核心知识点，既联系实际实验场景，又注重基础概念和公式的应用，需要学生准确理解物理过程并灵活运用相关知识。
【难度系数】
0.6
