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。
【答案】(1) 580
(2) 力的作用是相互的内
(3)熔化1：6
【详解】（1）[1]由图乙可知，照片中火箭的长度为2.00cm，照片中火箭通过的路程为4.00cm，火箭的总长度为58m，则火箭通过的路程为
在这2s内火箭升空的平均速度为
[2]神舟十号飞船与天宫一号对接完成后，以神舟十号飞船为参照物，天宫一号的位置不变，是静止的，运行速度为0m/s。
（2）[1]当水向下高速喷出时，水火箭会受到一个向上的反作用力，从而推动火箭上升。所以由于力的作用是相互的，饮料瓶快速上升。
[2]压缩空气膨胀做功，将气体的内能转化为水的动能，进而转化为水火箭的机械能。
（3）[1]在高能激光的作用下，金属钛和铝由固态变成液态，这个过程叫熔化。
[2]设钛铝合金零件质量为m，若用等质量钛制成，体积为52cm3，则有p钛 ①若用等质量铝制成，体积为87cm3，则有p铝 ②
因为合金零件中钛的体积与铝的体积之和等于合金零件的总体积，所以 ③将①②代入③整理可得 52cm3×m钛+87cm3 ×m铝=57cm3×m④
又因为m钛+m铝=m ⑤
联立④⑤解得：m铝：m钛=1:6
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。
【答案】(1) 相互 做功做功
(2)
【详解】（1）[1]当高压空气将水从火箭尾部高速喷出时，水对空气有一个向后的作用力，同时空气对水火箭产生一个向前的反作用力，推动水火箭上升，这体现了力的作用是相互的。
[2][3]用打气筒向瓶内打气，活塞压缩空气做功，使空气的内能增大，温度升高，通过做功的方式改变物体的内能；内燃机的做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能。在水火箭中，高压空气将水高速喷出，是将空气的内能转化为水火箭的机械能，与内燃机做功冲程的能量转化相似。
（2）重力的作用点在水火箭的重心上。重力的方向始终是竖直向下的。从水火箭的重心开始，画一条竖直向下的带箭头的线段，箭头表示重力的方向，重力示意图如下：
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。
【答案】(1)降温 3.75(2)A
(3)8.96×106
(4)机械内(5)200192
【详解】（1）[1]由题意可知，氟介质蒸汽由压缩机压缩升温后进入冷凝器，所以是通过降温的方法实现液化的。
[2]根据能效比的定义可知这款空气能热水器正常工作时的能效比为
（2）由题意可知，该空气能热水器适用环境温度范围-7~43℃, 氟介质经膨胀阀解压后，沸点降低，应低于-7℃才能保证在环境温度范围内正常工作，故选A。
（3）由题意可知，水的质量为m水=ρ水V 水=1.0×103kg/m3×0.2m3=200kg
则水吸收的热量为Q=c水m水Δt=4.2×103J/（kg•℃)×200kg×（55℃-15℃) =3.36×107J根据（1）求出的能效比可得消耗的电能为
（4）[1][2]图乙所示的冲程为压缩冲程，在此冲程中，曲轴动连杆带动活塞向上运动，压缩氟介质蒸汽对其做功，是将机械能转化为内能。
（5）[1][2]由题意可知，活塞受到的压力为F=pS=2.5×105Pa×50×10-4m2=1250N则活塞压缩一次氟介质做的功为W1=Fs=1250N×0.16m=200J
系统正常工作时每分钟消耗的电能为W2=P2t2=800W×60s=48000J电能转化为压缩氟介质的能量为W3=80%W2=80%×48000J=38400J每分钟压缩氟介质的次数为
如图所示，压缩机曲轴转动一周，经历一个吸气冲程和一个压缩冲程，因为每分钟压缩氟介质的次数为192，即经历192 个压缩冲程，所以可知压缩机曲轴的转速为192r/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：
12.4 热机分层练习（解析版）
（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
【答案】 压缩 物体间力的作用是相互的 非平衡力 离地飞行的时间 D
1.08
【详解】（2）[1]使用打气筒打气时，通过做功增大气体的内能，将机械能转化为内能，与汽油机的压缩冲程相同。
[2]水火箭向下喷水，给水一个向下的力，由于物体间力的作用是相互的，则水给火箭一个向上的力，使得火箭能够起飞。
[3]水火箭竖直上升到最高点时只受重力作用，因而受力不平衡，即受非平衡力。
（3）[4]水火箭在竖直方向上升的高度不容易测量，可测量水火箭离地飞行的时间，飞行时间越长，竖直方向的上升高度越高。
（4）①[5] A．火箭点火升空离开发射台期间，质量不变，高度增大，重力势能增大，故A 错误；
B．涡轮喷气式发动机需要大气中的氧气做氧化剂，不适合在真空中运行的宇宙飞行器，故B 错误；
C．火箭升空过程中，燃料燃烧释放的内能只有部分转化为火箭运动的机械能，有部分热量损失，故C错误；
D．火箭上升过程中，需克服空气阻力做功，使火箭外壳温度升高，这是通过做功的方式增加了外壳的内能，故D 正确。
故选D。
②[6]由图戊可知，飞机飞行时所受的阻力与速度的平方成正比，设f=kv2 ， 把v2 =2×104 (m .s-1)2 ，
f=1.8×104N，代入上式得f = 0.9v2 ，所以当v1=200m/s 时，飞机飞行受到得阻力f=0.9×2002N=36000N飞机以200m/s的速度水平匀速巡航0.5h的距离s = vt=200m/s×0.5×3600s=3.6×105m
飞机克服阻力所做得功W阻=fs=36000N×3.6×105m=1.296×1010J
飞机在水平方向上匀速飞行时F推力=f ，所以飞机飞行0.5h 推力做的功W推力 = W阻=1.296×1010J获得的机械能W机械
需要的内能W内
需要航空燃油的质量