拓展培优练
25．物理兴趣小组为了探究水火箭射程与瓶内液体质量的关系，设计了两种改变瓶内液体质量的方案：方案一，相同体积只改变液体的密度；方案二，同种液体只改变液体的体积。
经查阅资料得知：水火箭射程还与瓶内液体占总体积的比例、瓶内气压和发射角度等因素有关。他们决定采用方案一，并用图甲装置和有关测量工具进行如下实验。
实验步骤：
①取一可乐瓶作为水火箭内胆，瓶内装入体积为V 的水，将其放置在已固定角度的发射架上；
②用打气筒给水火箭打气，直至瓶内气压为p；
③打开开关，可乐瓶内的高压气体推动水向后喷出，水火箭向前飞出；
④测出水火箭的射程，多次实验取平均值；
⑤用食盐和水配制A、B、C 三种密度不同的溶液，均量取体积为V 的溶液替换水，重复上述步骤①②③。
实验结果如图乙所示。
(1)实验中用于测量水火箭射程的工具是；
(2)下图汽油机冲程中与步骤③能量转化相同的是；
A．
B．
C．
D．
(3)本实验可得出的结论是；
(4)请分析方案二是否合理并说明理由。
26．【探究名称】探究影响水火箭飞行的水平距离的因素。
【问题】小明和同学们用可乐瓶制作了一个水火箭，水火箭的外观和结构示意图分别如图甲、乙所示。将水火箭置于地面，当瓶内气压足够大时，打开阀门，瓶内的水沿打气管向后喷出，水火箭迅速飞起。同学们猜想水火箭飞行的水平距离可能与加水的质量有关。于是做了如下探究：
【证据】小明使用同一支水火箭，改变加水的质量，每次用同样的打气筒加压（选填“相同”或“不同”）的次数后，调整箭体与水平地面的夹角为40°,实验时无风，测量出发射点到落地点的水平距离，并记录在下表中：
水的质量/g 0 50 100 150 200 250
水平距离/m 3.28 36.33 45.80 67.00 57.03 45.83
【解释】分析表中数据可得：在其他条件相同时，当所加水的质量为g时，水火箭飞行的水平距离最远，故猜想是（选填“正确”或“错误”）的；
【交流】（1）瓶内的水向下喷出的同时水火箭向上运动，这是因为力的作用是的；瓶内的水向下喷出时的能量转化情况与四冲程内燃机的冲程相同；
（2）当水火箭竖直向上发射时，若无法直接测量水火箭发射的最大高度，这时可以测量水火箭从发射到落地的来间接反映发射的高低情况；
（3）除上述猜想外，你认为还有哪些因素可能会影响水火箭飞行的水平距离：（写出一条 即可）。
27．过年期间有小孩用鞭炮炸狗盆，狗盆飞向空中；甚至还有将鞭炮扔进类似密闭空间的设施附近，导致危险事件发生。请结合此现象回答下列问题：
(1)简述鞭炮爆炸时狗盆飞向空中这一过程与内燃机的哪个冲程相似，同时说明鞭炮爆炸时狗盆飞向空中的能量转化；
(2)从安全教育和环境保护的角度，分析这种行为可能带来的危险。（写出一条即可）
28．北京时间2025 年4月24 日17时17 分，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F 遥二十运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，约10 分钟后，神舟二十号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道。4月24日23时49 分，成功对接于空间站天和核心舱径向端口。5月22 日，神舟二十号航天员乘组圆满完成第一次出舱活动。
(1)如果某火箭火箭的总长度为58m，依据图乙照片上的比例标尺可推算：在这2s内火箭升空的平均速度为m/s。神舟十号飞船与天宫一号对接完成后，以神舟二十号飞船为参照物，天和核心舱的运行速度为m/s；
(2)某科学兴趣小组的同学制作了如图所示的水火箭，其工作原理是被压缩的高压空气膨胀使水从水火箭尾部的喷嘴向下高速喷出，由于,饮料瓶快速上升。在此过程中封闭气体的转化为水火箭的机械能；
(3)为使火箭搭载的飞船更轻巧更坚硬，其外壳和部分零件由钢制改为钛铝合金。为节省火箭运输总重，可能会在太空采用3D 激光打印技术制作钛铝合金零件，即在高能激光的作用下，金属钛和铝（填物态变化名称）成液态，然后按零件形状重新结晶。（已知钛的熔点1725℃,沸点3260℃：铝的熔点660℃,沸点2467℃)如果钛铝合金零件，体积为57cm3；若用等质量钛制成，体积为52cm3；若用等质量铝制成，体积为87cm3 ；则这个零件中铝与钛的质量比为。
29．如图为小明制作的水火箭，其原理是先在塑料瓶内注入水，再通过打气筒向瓶内注入空气，当瓶内气压升高到一定程度时，瓶口的橡皮塞被推开，高压空气将水从火箭尾部高速喷出，推动火箭上升。
(1)水火箭发射利用了力的作用是的，向瓶内打气，通过的方式可以使瓶内气体内能增大，高压空气将水高速喷出类似于内燃机的冲程；
(2)请在图中画出水火箭所受重力示意图。
30．阅读短文，回答问题。
空气能热水器工作原理如图甲所示。蒸发器从室外空气吸热、加热低沸点氟介质并使其汽化，氟介质蒸汽由压缩机压缩升温后，进入冷凝器液化释放热量传递给水箱中的冷水，随后经过“节流降温过滤降压“回到室外的蒸发器开始下一个循环。空气能热水器具有高效节能的特点，它工作时，氟介质在蒸发器中吸收热空气的能量QA；压缩机消耗电能W转化为机械能，再由机械能转化为内能，最终氟介质在冷凝器中释放给冷水的热量QR通常我们用“能效比”（即最终释放给冷水的热量与消耗的电能的比值）来反映空气能热水器的节能性能。某款空气能热水器，它的部分技术参数如下表（制热量表示氟介质在冷凝器中最终释放给冷水的热量）。
额定制热量功率P1/W 3000 电源规格U/V 220
额定电功率P2/W 800 水箱容积V/L 200
适用环境温度范围-7~43℃
(1)在空气能热水器中，是通过（选填“加压”或“降温”）方法使氟介质液化的，这款空气能热水器正常工作时的能效比为。
(2)氟介质经膨胀阀减压后、它的沸点所在温度范围可能是________。
A．低于-7℃ B．-7℃°~43℃ C．高于43℃ D．高于50℃
(3)正常使用时，将一箱15℃的冷水加热到45℃,消耗的电能为J（c水=4.2×103J/（kg•℃))
(4)在如图乙所示的冲程中，压缩机汽缸内实现了把能转化为能。
(5)压缩机活塞上下移动的距离是16cm，横截面积是50cm2，工作时，活塞压缩氟介质的压强约为
2.5×105Pa，则活塞压缩一次氟介质做的功为J；若系统正常工作消耗的电能有80%转化为压缩氟介质的能量，则压缩机曲轴的转速是r/min。
31．我国航天技术已达到世界领先水平。在跨学科实践课上，某小组开展了“制作火箭模型”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助完成下列内容：
（1）了解火箭的相关知识：
喷气发动机是指靠喷管高速喷出的气流直接产生反作用推力的发动机，广泛用作飞行器的动力装置，按燃料燃烧时所需要的来源，可分为两大类：一类是火箭发动机，另一类是空气喷气发动机。如图甲为涡轮喷气发动机（属于空气喷气发动机的一种），压缩后的混合气体在燃烧室燃烧，燃烧后剧烈膨胀的气体从尾部高速喷出，其巨大的反冲推力直接成为飞机的推进力。
如图乙为火箭发动机的工作原理图，火箭发动机和涡轮喷气发动机十分相似，主要的差别是：火箭自带燃料和氧化剂如图乙，涡轮喷气发动机只带燃料，利用空气做氧化剂，同涡轮喷气发动机相比较，火箭发动机的最大特点是：它自身既带燃料，又带氧化剂，靠氧化剂来助燃，不需要从周围大气层中汲取氧气，所以它不但能在大气层内也可以在大气层之外的宇宙真空中工作。火箭发动机可用于航天器推进，也可用于导弹等在大气层内飞行。迄今为止发射的人造卫星、月球飞船以及各种宇宙飞行器所用的都是火箭发动机。
如图丙，2024 年4月25 日20时59 分，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F 遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，3 名航天员顺利进入太空。
（2）制作并发射：火箭模型小组的同学制作了水火箭并进行发射，如图丁的图一，图二是其结构示意图，对水火箭打气，打开阀门，水向下喷出，水火箭一飞冲天。使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的冲程相同。水火箭起飞用到的物理原理是：。当水火箭上升至最高点时，此时水火箭受到（选填“平衡力”或“非平衡力”）。
（3）项目评估：各个小组制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，发现“水火箭”在竖直方向飞行上升的高度不容易测量。同学们讨论后认为可以通过测量来评选出“最佳飞行奖”。（写出一种方法即可）
（4）项目拓展思考：
①如图丙所示是火箭发射时的情景，下列说法正确的是；
A．火箭点火升空离开发射台期间，重力势能不变
B．涡轮喷气发动机可用于各种宇宙飞行器中
C．火箭升空过程中，燃料燃烧释放的内能全部转化为火箭的机械能
D．火箭升空过程中外壳温度会上升，这是通过做功的方式增加了外壳的内能
②一架飞机搭载的涡轮喷气发动机，其部分参数如表，表中热效率是指涡轮喷气发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推进效率则是指涡轮喷气发动机传递给飞机的推进功（推力所做的功）与其获得的机械能之比。已知飞机所受空气阻力与运行速度平方的关系如图戊所示，当飞机以200m/s的速度水平匀速巡航0.5h的过程中，此时需要t的航空燃油。
热效率η1
40%
推进效率η2 60%
航空燃油热值q 5.0×107J/kg