第十四章 内能的利用 章末提升练习 2021-2022学年人教版九年级物理全一册（含答案）

第十四章 内能的利用 章末提升练习
1．下列关于热值的说法正确的是 (　　)
A.燃料燃烧得越充分其热值越大
B.2 kg的煤完全燃烧比1 kg的煤完全燃烧时热值大
C.1 kg煤燃烧放出3×105 J的热量,则煤的热值为3×105 J/kg
D.热值是燃料的一种属性,与燃料的质量无关,不同的燃料热值一般不同
2．为了节约能源,需要提高热机的效率,下列措施不能提高热机效率的是 (　　)
A.让燃料与空气混合充分,使燃料燃烧更完全
B.在设计与制造热机时要不断改进与创新,以减少能量的损失
C.尽量减少热机内部各部件间的摩擦
D.尽量增加热机的工作时间
3．关于热机的效率,以下说法中正确的是 (　　)
A.热机做的有用功越多,效率就一定越高
B.热机的功率大,效率就一定高
C.热机在单位时间内耗费的燃料少,热机的效率就一定高
D.热机做的有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值越大,热机的效率就越高
4．下列关于汽油机和柴油机的主要区别,说法正确的是 (　　)
A.构造上,汽油机汽缸顶部有喷油嘴,柴油机汽缸顶部有火花塞
B.吸气冲程中,柴油机吸入汽缸的是柴油和空气的混合物,汽油机吸入汽缸的是空气
C.在压缩冲程末,柴油机的点火方式是点燃式,汽油机的点火方式是压燃式
D.在做功冲程中,柴油机汽缸内的燃气温度和压强比汽油机的高
5．下列说法中不正确的是 (　　)
A.风力发电机可以将机械能转化为电能
B.太阳能电池可以将太阳能转化为电能
C.电暖器正常工作时,主要将电能转化为机械能
D.电风扇正常工作时,主要将电能转化为机械能
6．下列机械设备的动力装置不是利用热机的是 (　　)
A.我国长征系列运载火箭的发动机
B.我国歼 20战机的喷气式发动机
C.我国高铁车头采用的电力机车
D.我国055型导弹驱逐舰配备的燃气轮机
7．对于如图所示的四幅图,下列说法中正确的是 (　　)
A.图甲中软木塞飞出时,管内水蒸气的内能增加
B.图乙中两个压紧的铅柱能吊起钩码,主要是因为分子间存在引力
C.图丙中活塞向上运动,是内燃机的做功冲程
D.图丁中小朋友下滑时,内能转化为机械能
8．如图所示,一根细绳上端固定,下端系一金属小球,制成一个单摆。现将小球拉到离地面50 cm高的位置A后由静止释放,小球摆到右侧最高点C,C点离地面的高度为40 cm,随后小球由C点再次摆到左侧最高点D(D点未标出),则D点离地面的高度可能是 (　　)
A.40 cm B.35 cm C.30 cm D.25 cm
9．如图所示是汽油机一个工作循环的四个冲程,对外做功的冲程是(　　)
10．将一瓶酒精用去,则剩余酒精的密度、比热容和热值 (　　)
A.都不变
B.都变为原来的
C.热值不变,密度、比热容变为原来的
D.热值变为原来的,密度、比热容不变
11．中华艺术“烙画”相传起源于秦朝,即用火烧铁杆(现代发展为烙铁)在物体上熨出烙痕作画。电烙铁通电升温的过程是能量的　　　　过程,“画布”升温的过程是能量的　　　　过程。(均选填“转化”或“转移”)
12．汽车刹车时,由于摩擦,汽车的动能转化为　　　　能,这些能量不能自动地用来驱动汽车;而有些新能源汽车有“动能回收装置”,即在刹车时带动发电机工作,将汽车的动能转化为　　　　能并为电池充电,之后电池又可以再次驱动汽车。
13．请将下列情况中的能量转化补充完整。
(1)手机充电过程中,将电能转化为　　　　能。
(2)植物吸收太阳光是将　　　　能转化为化学能。
(3)汽车刹车过程中刹车片会发热,是将机械能转化为　　　　能。
(4)发电机工作时是将　　　　能转化为电能。
14．如图所示是单缸四冲程汽油机两个冲程的示意图,其中图　　中的冲程为汽车提供了动力。汽油机在吸气冲程中吸入汽缸的是　　　　　(选填“空气”或“汽油和空气的混合物”)。
15．如图所示是汽油机的　　　　冲程。若汽油机飞轮的转速为3000 r/min,则1 s内汽油机完成　　　个冲程,对外做功　　　次。
16．某同学家使用燃气热水器,平均每天需将100 kg的水从18 ℃加热到58 ℃。若天然气完全燃烧放出热量的70%被水吸收,则热水器平均每天消耗天然气　　　　m3。[c水=4.2×103 J/(kg·℃),q天然气=4.0×107 J/m3]
17．阅读短文,回答问题。
四缸汽油机
通常汽车发动机依靠燃料在汽缸内燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功,从而对外输出有用功。汽缸是汽油机的核心部件,活塞在汽缸内往复运动,吸气、压缩、做功和排气四个冲程不断循环进行,活塞往复运动过程中,其在汽缸内所封闭空间的体积会不断发生变化。汽缸工作容积指活塞上表面从上止点到下止点所扫过的容积,该容积又称单缸排量,如图甲所示,它的大小取决于活塞的横截面积S和活塞从上止点运动到下止点的距离l(即冲程长)。排量通常用升(L)或毫升(mL)来度量。
一般来讲,汽车的排量可以反映发动机(汽油机)输出功率的大小,所以增加汽缸数量或者增加每个汽缸的单缸排量可以提高发动机的输出功率。因而实际的汽车发动机都有多个汽缸,比如常见的四缸、六缸和八缸发动机。多缸发动机中每个汽缸的排量都相同,每个汽缸的排量之和就是汽车发动机的排量,常见的家用小汽车发动机的排量一般为0.8~2.8 L。
如图乙所示为四缸发动机结构原理图:发动机通过连杆把四个汽缸的活塞连在同一根曲轴上,并使各汽缸的做功冲程的时间相互错开,在曲轴转动的每半周内,都有一个汽缸处在做功冲程,其他三个汽缸分别处在吸气、压缩和排气冲程。这样既能保证发动机有足够的输出功率,还能让发动机的动力连续平稳输出,减小发动机工作时带来的振动,从而提高乘坐汽车的舒适性。
此外,对于排量已经固定的发动机,也可以通过增加发动机的转动速度,即增加活塞的往复运动速度,以便在相同时间内增加汽缸的做功次数,从而提高发动机的输出功率。以一辆采用四缸汽油发动机的家用小汽车为例,其发动机的排量为2.0 L(即该发动机中四个汽缸工作容积的总和),发动机的转速表示每分钟曲轴所转的周数,用n表示,其单位为 r/min(转每分钟)。通过测量得到了这种汽车的输出功率与转速的关系如图所示,可见在允许范围内,发动机转速增加时,输出功率也增加了。
(1)该家用小汽车发动机的单缸排量(工作容积)V=　　　　L。
(2)由图可知,该家用小汽车发动机的转速在1000~5000 r/min范围内时,其输出功率与转速大致成　　　　(选填“正”或“反”)比。
(3)该家用小汽车发动机的曲轴每转动一周,其四缸发动机的汽缸会有　　　　个做功冲程,在做功冲程中将　　　　能转化成了机械能。
18．如图甲所示为四缸发动机的工作原理:内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上,并使各汽缸的做功过程错开,在飞轮转动的每半周里,都有一个汽缸在做功,其他三个汽缸分别处于吸气、压缩和排气过程。
(1)发动机在做功冲程中,高温高压的燃气推动活塞向下运动,对外做功,同时将　　　　能转化为　　　　能。
(2)有一台四缸发动机,其主要技术指标如下表所示。其中排量等于四个汽缸工作容积的总和,汽缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积,又称单缸排量,它取决于活塞的横截面积和活塞上下运动的距离(即冲程长)(如图乙所示)。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的圈数。
排量 2.0 L
输出功率 120 kW
转速 6000 r/min
①该发动机在1 s内做功　　　　J,单缸排量V=　　　　L。
②每个做功冲程中,发动机做功W=　　　　J。
(3)在做功冲程中,燃气对活塞所做的功可表示为W=pV,式中p表示燃气对活塞的压强,则
p=　　　　Pa。
19．如图所示,甲、乙、丙三个实验装置完全相同,燃料的质量都为10 g,烧杯内液体的质量都相同。
(1)比较不同燃料的热值应选择　　　　两个装置,比较不同物质的比热容应选择　　　　两个装置,选择的理由是物理学中研究问题时常用到的一种方法:　　　　　　法。
(2)在“比较不同燃料的热值”的实验中,通过观察温度计　　　　　　　　比较燃料燃烧放出热量的多少,这种研究问题的方法叫做　　　　法。
(3)若图甲装置中的液体为水,燃料为酒精,已知烧杯内水的质量为500 g,10 g酒精完全燃烧使温度计的示数升高了20 ℃,则水吸收的热量是　　　　J,如果认为酒精完全燃烧且放出的热量全部被水吸收,则酒精的热值是　　　　J/kg,算出的热值比标准值　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。[水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃)]
20．“地锅鱼”是东北地区的传统美食。它将鱼、各种蔬菜、秘酱料和水放在锅中,用干木柴做燃料对其进行炖煮,其味香浓郁,深受大家的喜爱。已知,锅内所有食材的平均比热容为4×103 J/(kg·℃),干木柴的热值为1.2×107 J/kg。
(1)将一锅5 kg、10 ℃的食材,加热到100 ℃,食材吸收的热量是多少
(2)炖制过程中,消耗了0.5 kg的干木柴,则炖制地锅鱼的效率是多少
(3)若食材吸收的热量由燃烧煤气获得,则至少要消耗多少立方米的煤气 (不计热量损失,煤气的热值约为4×107 J/m3)
21．汽车是我们熟悉的交通工具,它给我们的生活提供了便利,促进了社会经济的发展。某型号四轮汽车,当它以15 m/s的速度在平直路面上匀速直线行驶时,受到的阻力为600 N,每行驶100 km消耗的汽油量为8 L。完全燃烧1 L汽油释放的能量为3.6×107 J。求:
(1)汽车以15 m/s的速度匀速直线行驶时牵引力的功率。
(2)汽车以15 m/s的速度匀速直线行驶时汽车的效率。
参考答案
1．D　
【解析】 热值是燃料的一种属性,仅与燃料的种类有关,而与燃料的燃烧程度、质量等无关。1kg煤燃烧放出3×105J的热量,由于不确定煤是否完全燃烧,故不能计算煤的热值。
2．D
3．D
4．D　
【解析】 柴油机和汽油机的结构不同:柴油机的汽缸顶部有喷油嘴,汽油机的汽缸顶部有火花塞,故A错误;
在吸气冲程中,柴油机吸入汽缸的只是空气,汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物,故B错误;
在压缩冲程末,汽油机的点火方式叫点燃式,柴油机的点火方式叫压燃式,故C错误;
由于柴油机的压缩比例更大,所以在做功冲程中,柴油机汽缸内的燃气温度和压强比汽油机的高,故D正确。
5．C
6．C　
【解析】 我国长征系列运载火箭的发动机是热机,以液态氢为燃料,以液态氧做助燃剂,故A不符合题意;我国歼 20战机的喷气式发动机是通过燃烧燃料将内能转化为机械能,是利用热机的机械,故B不符合题意;我国高铁车头采用的电力机车,工作时将电能转化为机械能,是电动机,不是热机,故C符合题意;我国055型导弹驱逐舰配备的燃气轮机,工作时将燃气的内能转化为机械能,是利用热机的机械,故D不符合题意。
7．B
8．B　
【解析】 小球从A点开始摆动过程中,由于要克服空气阻力而做功,机械能转化为内能,机械能会减少,所以小球摆到右侧最高点C时离地面的高度要小于A点距离地面的高度,在此过程中小球的高度减小了10 cm;随后小球由C点再次摆到左侧最高点D的过程中依然要克服空气阻力而做功,机械能转化为内能,机械能会继续减少;但是在此过程中,小球摆动的幅度比从A点向C点摆动的幅度小,即消耗的机械能少,所以小球高度的减少量小于10 cm,即D点离地面的高度在40 cm和30 cm之间,故B选项正确。
9．B　
【解析】 汽油机一个工作循环包括四个冲程,只有做功冲程对外做功。
10．A　
【解析】 密度、比热容和热值都是物质的特性,与物体的质量和体积无关。将一瓶酒精用去,剩余酒精的密度、比热容和热值均不变,故A正确。
11．转化　转移　
【解析】 电烙铁通电升温的过程中,将电能转化为内能,所以属于能量的转化过程;“画布”升温的过程中,能量的形式不变,因此是能量的转移过程。
12．内　电
13．(1)化学　(2)太阳　(3)内　(4)机械
【解析】 (1)给手机充电的过程中,消耗了电能,得到了化学能,将电能转化为化学能;
(2)植物吸收太阳光进行光合作用,消耗了太阳能,得到了化学能,将太阳能转化为化学能;
(3)汽车刹车过程中刹车片会发热,消耗了机械能,得到了内能,将机械能转化为内能;
(4)发电机工作时消耗机械能,得到了电能,将机械能转化为电能。
14．乙　汽油和空气的混合物
【解析】 由图可知,图甲中两个气门都关闭,活塞上行,为压缩冲程;图乙中,两个气门都关闭,活塞下行,为做功冲程。为汽车提供动力的冲程是做功冲程;在吸气冲程中汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物。
15．做功　100　25　
【解析】 汽油机飞轮的转速为3000 r/min=50 r/s,说明每秒钟飞轮转动50圈,完成=25个工作循环,100个冲程,对外做功25次。
16．0.6
17．(1)0.5　(2)正　(3)2　内　
【解析】(1)该小汽车发动机的排量为2.0L,即该发动机中四个汽缸工作容积的总和为2.0L,则单缸排量为=0.5L。
(2)由这种汽车的输出功率与转速的关系图象可以看出:发动机的转速在1000~5000r/min范围内时,它的输出功率与转速大致成正比。
(3)发动机在曲轴转动的每半周内,都有一个汽缸处在做功冲程,其他三个汽缸分别处在吸气、压缩和排气冲程,则发动机的曲轴每转动一周有两个做功冲程;在做功冲程中,燃料燃烧产生的内能转化为机械能。
18．(1)内　机械
(2)①1.2×105　0.5　②600　
(3)1.2×106
【解析】 (1)在做功冲程中,高温高压的燃气膨胀做功,将内能转化为机械能。(2)①发动机在1 s内做功:W1=Pt=120×103 W×1 s=1.2×105 J;四缸总排量为2.0 L,则单缸排量:V=×2.0 L=0.5 L。②发动机有四个汽缸,则每个汽缸1 s内做功:W2=×1.2×105 J=3×104 J;每个汽缸一个工作循环曲轴转两周、做功一次,该发动机飞轮的转速为6000 r/min,则每个汽缸1 s内做功50次,每个做功冲程做功:W=×3×104 J=600 J。(3)因为W=pV,V=0.5 L=5×10-4m3,所以燃气对活塞的压强:p===1.2×106 Pa。
【点拨】发动机的功率主要取决于发动机的排量和转速。当排量一定时,发动机的转速越大,其输出功率越大;当转速一定时,排量越大,其输出功率越大。
19．(1)乙、丙　甲、乙　控制变量 (2)示数的变化　转换
(3)4.2×104　4.2×106　偏小
【解析】 (1)为了比较不同燃料热值的大小要选用不同的燃料,加热相同质量的同一种液体,通过温度计示数的变化比较燃料放出热量的多少,进而判断热值的大小,应选择乙、丙两装置进行实验;为了比较不同物质的比热容,需要燃烧相同的燃料,加热不同的液体,应选择甲、乙两装置进行实验,用到了控制变量法。
(2)燃料完全燃烧放出热量的多少,是通过温度计示数的变化来反映的,这用到了转换法。
(3)水吸收的热量:Q吸=c水m水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×0.5 kg×20 ℃=4.2×104 J;
若酒精完全燃烧且放出的热量全部被水吸收,即Q放=Q吸=4.2×104 J;
根据Q放=mq可得,酒精的热值:
q酒精===4.2×106 J/kg,
因为加热时有热量的散失以及燃料不能完全燃烧,所以会使得测得的热值偏小。
20．(1)食材吸收的热量:
Q吸=cm(t-t0)=4×103 J/(kg·℃)×5 kg×(100 ℃-10 ℃)=1.8×106 J。
(2)干木柴完全燃烧放出的热量:
Q放=qm'=1.2×107 J/kg×0.5 kg=6×106 J,
则炖制地锅鱼的效率:
η=×100%=×100%=30%。
(3)由题意知,煤气完全燃烧放出的热量:
Q放'=Q吸=1.8×106 J,
由Q放=Vq得,需要消耗煤气的体积:
V===0.045 m3。
21．(1)因为汽车做匀速直线运动,所以F牵=F阻=600 N,则P=F牵v=600 N×15 m/s=9000 W。
(2)汽车行驶100 km所做的有用功:W=F牵s=600 N×105 m=6×107 J,
汽油完全燃烧释放的总能量:Q=3.6×107 J/L×8 L=2.88×108 J,
汽车的效率:η=×100%=×100%≈20.8%。