沪科版物理九年级全册课课练：13.3　内燃机、13.4　热机效率和环境保护（含答案）

[第十三章　第三节　内燃机]
一、选择题
1.热机工作时能量的转化过程是 (　　)
A.内能→化学能→机械能
B.化学能→内能→机械能
C.化学能→机械能→内能
D.内能→机械能→化学能
2.[2020·东营] 如图所示是四冲程汽油机工作循环中的一个冲程,下列关于该冲程及其能量转化判断正确的是 (　　)
A.做功冲程,将机械能转化为内能
B.做功冲程,将内能转化为机械能
C.压缩冲程,将机械能转化为内能
D.压缩冲程,将内能转化为机械能
3.[2019·绥化] 如图所示是汽油机一个工作循环的四个冲程,不是靠飞轮惯性完成的冲程是 (　　)
4.[2019·株洲] 一种用于轻型低速飞机的活塞式航空发动机,它有多个气缸,气缸工作时经历吸气、压缩、膨胀、排气四个过程,在这四个过程中,能为飞机提供动力的是 (　　)
A.吸气 B.压缩 C.膨胀 D.排气
5.下列关于内燃机的说法正确的是 (　　)
A.柴油机吸气冲程吸入的是柴油和空气的混合物
B.汽油机气缸顶部有喷油嘴
C.压缩冲程中机械能转化为内能
D.汽油机和柴油机点火方式相同
二、填空题
6.[2020·宜昌] 扣动步枪扳机,射出一颗子弹。弹壳内火药燃烧将　　　　能转化为燃气的内能,燃气推动子弹在枪膛中运动,该过程相当于内燃机的　　　　冲程。
7.在汽油机的做功冲程中,高温、高压的燃气推动活塞向下运动做功,燃气自身的温度　　　　(选填“降低”或“升高”),内能　　　　(选填“增加”或“减少”)。而在压缩冲程中,活塞向上运动压缩混合气做功,混合气的温度升高,内能　　　　(选填“增加”或“减少”)。
8.如图所示,汽油机在做功冲程中将　　　　能转化为　　　　能。一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1800 r/min,则汽油机每分钟对外做功　　　　次,活塞往复运动　　　　次,有　　　　个工作循环。
　
9.(1)如图甲所示是一台单缸四冲程汽油机　　　　　冲程的示意图,其能量转化情况与图　　　　(选填“乙”或“丙”)相同,此过程中通过　　　　方式改变气缸内燃料混合物的内能。
(2)科学家设计了一款单缸六冲程汽油机,它的构造和工作循环的前四个冲程与四冲程汽油机相似,在第四冲程结束后,再完成两个冲程。
①第五冲程中,向气缸内喷水,水在气缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气,推动活塞再次做功,则第五冲程为　　　　(选填“吸气”“压缩”“做功”或“排气”)冲程。
②第六冲程中活塞向　　　　(选填“上”或“下”)运动。
[第十三章　第四节　热机效率和环境保护]
一、选择题
1.关于燃料的热值,以下说法正确的是 (　　)
A.燃料的热值与燃料的质量无关
B.容易燃烧的燃料,热值一定大
C.煤的热值大于干木柴的热值,燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多
D.为了提高锅炉的效率,一定要用热值高的燃料
2.甲、乙两种燃料完全燃烧放出的热量与其质量关系的图像如图所示,下列分析正确的是 (　　)
A.甲燃料的热值小于乙燃料的热值
B.使用甲燃料的热机做的有用功一定更多
C.完全燃烧相同质量的两种燃料,甲放出的热量更多
D.使用甲燃料的热机效率一定高,但肯定小于100%
3.甲、乙两台柴油机,甲比乙效率低,意义是 (　　)
A.甲的功率大于乙的功率
B.甲消耗的燃料多于乙消耗的燃料
C.乙将燃料完全燃烧放出的能量变成有用功的部分占总能量的比例比甲大
D.工作相同时间甲消耗的燃料一定比乙少
4.[2020·枣庄] 关于热机的效率,下列说法正确的是 (　　)
A.在做功同样多的情况下,热机的效率越高,消耗的燃料越多
B.一般情况下柴油机的效率比汽油机的高
C.热机的效率越高说明做功越快
D.热机损失的能量中,废气带走的能量较少,主要是由于机械摩擦损失的
5.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,使燃料燃烧得比较完全
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
6.甲、乙两种燃料,热值之比为2∶1,质量之比为1∶4,则甲、乙完全燃烧放出的热量之比为 (　　)
A.1∶2 B.2∶1 C.8∶1 D.4∶1
二、填空题
7.氢能源具有来源广、热值高、无污染等优点,是现在大力研究的新能源之一。已知氢气的热值为1.4×108 J/kg,则完全燃烧0.5 kg的氢气可放出　　　　　　的热量。若一罐氢气用去了一半,则剩余氢气的热值　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)1.4×108 J/kg。
8.[2020·南宁] 如图所示,将活塞迅速下压,玻璃筒底部的棉花被点燃。此过程是通过　　　　的方式增加了筒内空气的内能,能量转化方式与汽油机的　　　　冲程相同。某汽油机在一次工作中消耗了2 kg汽油,对外做功为2.3×107 J,则汽油机的效率是　　　　。(汽油的热值为4.6×107 J/kg)
　
9.[2019·滨州] 用液化气灶烧水,把1.5 kg初温为20 ℃的水加热到100 ℃,水吸收的热量为　　　　J。若上述过程中完全燃烧了0.021 kg液化气,且只有60%的热量被水吸收,则液化气的热值为
　　　　J/kg。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
三、计算题
10.[2020·大连] 近几年来,大连市民陆续使用上了安全、清洁的天然气。某用户在使用天然气灶加热水时,完全燃烧了0.05 m3的天然气,将3 kg的水从20 ℃加热到80 ℃。已知水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值是3.6×107 J/m3。试求:
(1)天然气完全燃烧放出的热量。
(2)水吸收的热量。
(3)该天然气灶加热这些水的效率。
答案
1.B　 热机工作时需要燃料,通过燃料燃烧,将化学能转化为内能,而后通过内能对外做功,将内能转化为机械能。
2.B　 由图可知,内燃机的两个气门都关闭,火花塞点火,活塞向下运动,所以是做功冲程,该冲程是燃料燃烧产生高温高压的燃气,推动活塞做功,内能转化成机械能,故B正确。
3.B　 在汽油机的四个冲程中只有做功冲程对外做功,其他三个冲程都是靠飞轮的惯性完成的。
图A:排气门打开,活塞向上运行,气缸容积减小,是排气冲程,不符合题意;
图B:两气门都关闭,活塞向下运行,火花塞点火,气缸容积增大,是做功冲程,符合题意;
图C:两气门都关闭,活塞向上运行,气缸容积减小,是压缩冲程,不符合题意;
图D:进气门打开,活塞向下运行,气缸容积增大,是吸气冲程,不符合题意。
4.C　 内燃机工作时,提供动力的冲程是做功冲程,即气缸工作时经历吸气、压缩、膨胀、排气四个过程中的膨胀过程。
5.C　 柴油机在吸气冲程中,只将空气吸入气缸,故A错误;
汽油机气缸顶部有火花塞,柴油机气缸顶部有喷油嘴,故B错误;
内燃机的压缩冲程中,将机械能转化成内能,故C正确;
汽油机与柴油机的点火方式不同,汽油机为点燃式,柴油机为压燃式,故D错误。
6.化学　做功　 火药燃烧是化学变化,火药的化学能转化为燃气的内能,使燃气温度升高,内能增加;燃气推动子弹在枪膛中运动,燃气的内能转化为子弹的机械能,该过程相当于内燃机的做功冲程。
7.降低　减少　增加
8.内　机械　900　1800　900
单缸四冲程汽油机的一个工作循环有4个冲程,飞轮转2周,做1次功。题中汽油机的飞轮转速是1800 r/min,则汽油机每分钟对外做功900次。
9.(1)压缩　丙　做功　(2)①做功　②上
(1)图中汽油机两个气门都关闭,活塞向上运动,因此是压缩冲程,此冲程将机械能转化为内能;图乙对试管中的水加热,加快水的蒸发,试管内的水蒸气体积膨胀,对外做功,使塞子飞出去,水蒸气的内能转化为塞子的机械能,与做功冲程原理相同;图丙是用力将活塞压下,活塞对空气做功,空气的内能增大,温度升高,达到了棉花的着火点,棉花就会燃烧,是通过做功来增大物体内能的,即是将机械能转化为内能的过程,与压缩冲程原理相同。(2)在第四冲程结束后,立即向气缸内喷水,水在高温气缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气,推动活塞再次做功,所以第五冲程为做功冲程;为进入下一个工作循环,这款内燃机的第六冲程是排气冲程,活塞向上运动。
答案
1.A　 热值是燃料的一种特性,其大小只取决于燃料的种类,与燃料的质量、燃料是否容易燃烧无关,故A正确、B错误;燃料燃烧放出热量的多少不仅与燃料的热值大小有关,还与燃料的质量以及燃烧程度有关,故C错误;锅炉的效率与燃料的热值没有关系,故D错误。
2.C　 由图可知,取相同质量时,Q甲>Q乙,根据q=可知,q甲>q乙,即甲燃料的热值大于乙燃料的热值,故A错误;甲燃料的热值大,由Q放=mq可知,完全燃烧相同质量的两种燃料,甲放出的热量多,但使用甲燃料的热机做的有用功不一定多,使用甲燃料的热机做的有用功与燃料完全燃烧放出的热量之比不一定大,即使用甲燃料的热机效率不一定高(热机效率肯定小于100%是正确的),故C正确,B、D错误。
3.C　
4.B　 热机的效率越高,所做有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值越大,即在做功相同的情况下,消耗的燃料较少,或消耗相同的燃料,做功较多,故A错误。一般情况下柴油机的效率比汽油机的高,多用在重型机器上,故B正确。热机的效率是有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值,热机的效率越高说明有用功与总功的比值越大;功率表示做功的快慢,功率越大说明做功越快,效率和功率是两个不同的物理量,二者之间没有必然联系,故C错误。根据内燃机的能量流向,热机损失的能量中,废气带走的能量较多,故D错误。
5.D　 热机效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,所以减少热量的损失可以提高热机的效率。使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失,提高效率。增加热机的工作时间,并不能减少热量的损失,所以不能提高热机的效率。
6.A　 根据Q=mq得Q1=m1q1,Q2=m2q2,所以===。
7.7×107 J　等于
8.做功　压缩　25%　
(1)在图示空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小团硝化棉,用力将活塞迅速向下压,硝化棉燃烧起来;说明将活塞迅速下压,活塞对筒内空气做功,使筒内空气的内能增加,温度升高;压缩过程中,活塞的机械能转化为空气的内能,故该过程的能量转化方式与内燃机的压缩冲程相同。(2)汽油完全燃烧放出的热量:Q放=mq=2 kg×4.6×107 J/kg=9.2×107 J;汽油机的效率:η=×100%=×100%=25%。
9.5.04×105　4×107　 (1)水吸收的热量:Q吸=c水m水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×1.5 kg×(100 ℃-20 ℃)=5.04×105 J;
(2)由题知,Q吸=Q放×60%=m液化气q×60%,
则液化气的热值:
q===4×107 J/kg。
10.(1)天然气完全燃烧放出的热量:Q放=Vq=0.05 m3×3.6×107 J/m3=1.8×106 J。
(2)水吸收的热量:Q吸=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×3 kg×(80 ℃-20 ℃)=7.56×105 J。
(3)该天然气灶加热这些水的效率:η=×100%=×100%=42%。