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人教版物理九年级上第十四章第二节综合同步练习——热机的效率(5)
一、单选题
1.(2021九上·路北期中)下列关于热机的说法正确的是( )
A.热机所用燃料的热值越大,效率越高
B.汽油机在压缩冲程中,将内能转化为机械能,燃料混合物的温度升高
C.在设计与制造热机时要不断地改进与创新,以减少能量的损失
D.柴油机的效率比汽油机的效率高,是因为柴油的热值比汽油的大
【答案】C
【知识点】燃料的热值;热机
【解析】【解答】A.热机的效率等于有用功与燃料完全燃烧放出的内能之比,与燃料的热值大小无关,A不符合题意;
B.在压缩冲程中,将机械能转化为内能,燃料混合物的温度升高,内能增大,B不符合题意;
C.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热量之比;所以在设计与制造热机时要不断地改进与创新,减少热量的损失、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,C符合题意;
D.热机效率是内燃机转化为有用功的能量与燃料完成燃烧释放的能量的比值,柴油机的效率比汽油机高,就是说完成相同的有用功,柴油机所用燃料完全燃烧放出能量比汽油机少,而不是因为柴油的热值比汽油的热值大,D不符合题意。
故答案为:C。
【分析】热机效率和燃料的热值无关;汽油机的压缩冲程将内能转化为机械能;热机效率是机械能和总热的比值。
2.(2022九上·荔湾期末)汽油机甲的效率比汽油机乙的效率高,这说明( )
A.甲做的有用功多
B.相同的时间内,汽油机甲比乙所用的汽油节约一些
C.甲比乙用的汽油少
D.完全燃烧相等的汽油,其内能转化为有用功的能量甲比乙多
【答案】D
【知识点】热机的效率
【解析】【解答】效率是表明有用功占总功百分比的物理量。如果汽油机甲的效率比乙的高,说明汽油机甲的性能好,燃烧相同的汽油,甲做的有用功多;做相同的有用功,甲消耗的汽油少。因此在比较过程中一定要有前提条件,ABC不符合题意;D符合题意。
故答案为:D。
【分析】热机效率指热机做的功和总热的比值。
3.(2021九上·顺德期末)2020年11月24日,我国搭载“嫦娥五号”月球探测器的长征五号火箭成功发射升空,液氢是长征五号运载火箭的主要燃料之一,其热值q氢=1.4×108J/kg,下列说法正确的是( )
A.用液氢作为燃料,是因为其热值大
B.火箭升空过程中,液氢的热值不断减小
C.燃烧5g液氢产生7×108J的热量
D.液氢燃烧过程是内能向机械能转化
【答案】A
【知识点】热量的计算;燃料的热值
【解析】【解答】A.用液氢作为燃料,是因为液氢的热值较大,与其它燃料相比,燃烧相同质量的液氢放出的热量更多,A符合题意;
B.燃料的热值是燃料本身的一种属性,与燃料的质量无关,故可知火箭升空过程中,液氢的热值不变,B不符合题意;
C.由题意可知,燃烧5g液氢产生的热量为Q=mq=0.005kg×1.4×108J/kg=7×105J
C不符合题意;
D.液氢燃烧过程中,燃料的化学能转化为内能,D不符合题意。
故答案为:A。
【分析】燃料的热值是燃料本身的一种属性,与燃料的质量无关,燃烧过程中,燃料的化学能转化为内能,利用Q=mq求得燃烧5g液氢产生的热量。
4.(2021九上·唐山期中)下列现象中蕴含着许多物理知识,有关说法中正确的是( )
A.用煤气烧水时,煤气燃烧得越充分,热值越大
B.物体的质量越大,它的比热容越大
C.南极冰山的温度低于0℃,不具有内能
D.火箭发射升空的过程中,外壳与空气摩擦导致温度升高,内能增大
【答案】D
【知识点】做功改变物体内能;比热容;燃料的热值
【解析】【解答】A.热值是燃料的一种特性,与燃料的种类有关,与燃料的质量和燃烧程度无关,A不符合题意;
B.比热容是物质的一种特性,与物质的种类、状态有关,与质量无关,B不符合题意;
C.一切物体在任何情况下都有内能,南极冰山也具有内能,C不符合题意;
D.火箭发射升空过程中,通过火箭外壳与大气摩擦做功,将机械能转化为内能,外壳内能增大,温度升高,D符合题意。
故答案为:D。
【分析】热值是燃料的一种特性,与燃料的种类有关,与燃料的质量和燃烧程度无关。
比热容是物质的一种特性,与物质的种类、状态有关,与质量无关。
内能:物体内部所有分子做无规则运动的动能 和分子势能的总和叫内能。(内能也称热能)
5.(2021九上·深圳期中)一盏酒精灯在一直燃烧,酒精越来越少的过程中,关于剩余酒精说法正确的有( )
A.比热容和热值均在减小 B.比热容和热值都不变
C.比热容逐渐减小,热值不变 D.比热容不变,热值逐渐减小
【答案】B
【知识点】燃料的热值
【解析】【解答】比热容是物质的一种特性,只与物质的种类和状态有关,与物质的质量等因素无关;热值是燃料的一种特性,只与燃料的种类有关,与物质的质量等因素无关;故酒精越来越少的过程中,剩余的酒精的比热容和热值均不变。
故答案为:B。
【分析】比热容是物质的一种特性,只与物质的种类和状态有关,与物质的质量等因素无关;热值是燃料的一种特性,只与燃料的种类有关,与物质的质量等因素无关。
6.(2021九上·深圳月考)关于热机,下列说法正确的是( )
A.热机的效率越高说明热机做功越快
B.在做功同样多的情况下,消耗的燃料越多,热机的效率越高
C.新能源汽车的发动机的效率不能达到100%
D.做功冲程中机械能转化为内能
【答案】C
【知识点】功率的计算;热机的效率
【解析】【解答】A.功率是描述热机做功快慢的物理量,即功率越大,热机做功越快,A不符合题意;
B.热机的效率越高,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,B不符合题意;
C.新能源汽车在工作时不可避免的要克服机械部件之间的摩擦做额外功,机械效率一定小于100%,C符合题意;
D.在做功冲程中,燃料燃烧时将化学能转化为燃气的内能,高温高压燃气的内能又转化为机械能,D不符合题意。
故答案为:C。
【分析】功率是描述热机做功快慢的物理量;热机效率是有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值。
二、填空题
7.(2021九上·崇左期末)我国“长征二号F”运载火箭的燃料是液态氢,主要因为氢的 大(选填“比热容”或“热值”);火箭升空时,燃气对火箭做功,燃气的内能 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】热值;减小
【知识点】内能的利用及其意义;燃料的热值
【解析】【解答】液态氢的热值较大,完全燃烧相同质量的液态氢和其他燃料,液态氢放出的热量更多,因此运载火箭中,采用液态氢作燃料。
燃气对火箭做功,将内能转化为火箭的机械能,燃气的内能减小,使得火箭的机械能增大。
【分析】液态氢的热值较大,完全燃烧相同质量的液态氢和其他燃料,液态氢放出的热量更多。
改变物体的内能两种方法:做功和热传递,这两种方法对改变物体的内能是等效的。物体对外做功,物体的内能减小;外界对物体做功,物体的内能增大。物体吸收热量,当温度升高时,物体内能增大;物体放出热量,当温度降低时,物体内能减小。
8.(2021九上·茂南期末)某品牌太阳能热水器的光热转换效率为50%,该太阳能热水器内装有20kg、温度为20℃的水,阳光照射一天后,水温升高到70℃,则热水器内的水吸收了 J的热量,热水器接收 J太阳能,这些太阳能相当于完全燃烧了 m3的天然气。[已知水的比热容为,天然气的热值约为4.2×107J/m3]
【答案】4.2×106;8.4×106;0.2
【知识点】热量的计算;燃料的热值
【解析】【解答】由可得热水器内的水吸收的热量为
由可知热水器接收的太阳能为
由可知这些太阳能相当于完全燃烧的天然气的体积为
【分析】根据物体的比热容、质量和温度差的乘积,计算热量;利用热量和热效率的比值, 计算总热;根据热量和热值的比值, 计算燃料的体积。
9.(2022九上·朝阳期末)长春市为了整治城市环境,大力开发湿地公园,修建人工湖来调节气温,这是利用了水的比热容 的特性。火箭用液态氢做燃料,主要是因为它具有较大的 。
【答案】较大;热值
【知识点】比热容;燃料的热值
【解析】【解答】水的比热容较大,白天,相同质量的水和土壤、沙石比较,吸收相同的热量时,水的温度升高得少;夜晚,放出相同的热量时,水的温度降低得少,使得昼夜的温差小,所以修建人工湖可以有效调节周围环境的气温。
火箭采用液态氢作为火箭的燃料,原因是液态氢具有较高的热值,完全燃烧相同质量的氢时,可以放出更多的热量。
【分析】水的比热容较大,相同质量的水和其它物质比较,吸收或放出相同的热量时,水的温度升高或降低得少;热值是燃料的一种特性,在完全燃烧相同质量的燃料时,热值越大的燃料放出的热量越多。
10.(2021九上·东莞期末)无烟煤的热值是3.4×107J/kg,它表示1千克的无烟煤在 时放出的热量为3.4×107焦耳。无烟煤燃烧时将 能转化为内能,又通过 方式加热壶里的水。
【答案】完全燃烧;化学;热传递
【知识点】热传递改变物体内能;燃料的热值
【解析】【解答】某种燃料完全燃烧放出的热量与所用该燃料的质量之比,叫做这种燃料的热值。无烟煤的热值是3.4×107J/kg,它表示1千克的无烟煤在完全燃烧时放出的热量为3.4×107焦耳。
燃料燃烧是化学能转化为内能的过程。无烟煤燃烧时将化学能转化为内能。
改变物体内能的方法是做功和热传递。无烟煤放出的热量被水吸收,故又通过热传递方式加热壶里的水。
【分析】某种燃料完全燃烧放出的热量和质量的比值叫热值;燃料燃烧时,燃料的化学能转化为内能。
改变物体的内能两种方法:做功和热传递,这两种方法对改变物体的内能是等效的。物体对外做功,物体的内能减小;外界对物体做功,物体的内能增大。物体吸收热量,当温度升高时,物体内能增大;物体放出热量,当温度降低时,物体内能减小。
11.(2021九上·南召期末)如图是常用的单缸四冲程内燃机的 冲程.如果某种型号柴油机的效率为40%,当该柴油机输出6.6×108J的有用功时,消耗柴油的质量 kg:采用水做发动机的冷却剂是因为水的 较大.(柴油的热值为3.3×107J/kg)
【答案】做功;50;比热容
【知识点】燃料的热值;热机的效率;内燃机的四个冲程
【解析】【解答】根据图示可知,两个气门都关闭,活塞向下运动,火花塞喷出电火花,因此该冲程为做功冲程,将内能转化为机械能;
由η==40%得柴油机工作时消耗的总能量:Q放===1.65×109J;
由Q放=mq得到消耗柴油的质量:m==50kg;
因为水的比热容较大,相同质量的水和其它物质比较,升高相同的温度,水吸收的热量多,所以汽车发动机用循环流动水进行冷却.
【分析】汽油机做功时,气门关闭,活塞下行;根据有用功和热机效率的比值,计算总热;根据热量和热值的比值, 计算燃料的质量;水的比热容较大,便于对物体降温。
12.(2021九上·东台期中)如图是四冲程汽油机的工作过程中 冲程;如果该汽油机每秒钟转60转,则该汽油机每秒做功 次;若该汽油机功率为10kW,工作1小时使用的乙醇汽油燃烧产生的热量是1×108J,则汽油机工作的效率为 。
【答案】压缩;30;36%
【知识点】热机的效率;内燃机的四个冲程;功的计算及应用
【解析】【解答】汽油机压缩冲程中,进气门和排气门都关闭,活塞向上运动,压缩汽油和空的混合物,对气体做功,机械能转化为内能。如图是四冲程汽油机的工作过程中的压缩冲程。
飞轮转2转,完成1个工作循环,一个工作循环中有四个冲程,只有做功冲程做一次功,其余三个冲程靠惯性完成。如果该汽油机1s内飞轮转60转;完成30个工作循环,则每秒钟完成120个冲程,做30次功。
该汽油机功率为10kw,工作1小时做的有用功为
汽油机工作的效率为
【分析】汽油机的气门关闭,活塞上行是压缩冲程;汽油机的飞轮转数是做功数的2倍,根据功率和时间的乘积计算做功多少;利用有用功和总热的比值,计算热机效率。
三、实验探究题
13.(2021九上·丰润期中)如图所示,甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量都是0.01kg,烧杯内的液体质量和初温也相同(甲和丙装置使用的是燃料1,乙装置使用的是燃料2)。
(1)比较不同燃料的热值,应选择 两图进行实验,燃料完全燃烧放出的热量,是通过 来反映的(选“温度计上升示数”或“加热时间”);通过实验得到的燃料热值与实际相比是偏 (大/小),是因为 ;
(2)比较不同物质吸热能力:
①应选择 两图进行实验;
②在加热时间相同时,液体吸收的热量 (选“相同”或“不同”);
③质量和初始温度均相同的A、B两种液体,吸热后它们的温度随时间变化的图象如图丁所示,则从图象可以看出, 液体的温度升高得较慢, 液体的吸热能力更强(选填“A”或“B”);
④实验中利用吸收的热量与(物质质量与温度变化值的积)的比值来定量描述物质的吸热能力,引入 (填物理量名称),物理学中利用此方法来定义的物理量有 (写一种即可);
⑤该实验用到的研究方法有:转换法和 ;
⑥若液体B为水,水的比热容为4.2×103J/(kg·°C) ,则液体A的比热容是 。
【答案】(1)甲、乙;温度计上升示数;小;燃料不可能完全燃烧或有热损失
(2)甲、丙;相同;B;B;比热容;密度或压强或热值;控制变量法;2.1×103J/(kg·°C)
【知识点】燃料的热值;比较不同物质吸热的情况实验
【解析】【解答】(1)比较不同燃料的热值,即燃料是变量,应该不同,被加热的液体需要相同,故选择甲、乙两图进行实验;燃料完全燃烧放出的热量,被加热的液体吸收热量,液体温度上升,故可以根据温度计上升示数来反映燃料完全燃烧放出的热量,由于不同的燃料燃烧,相同的时间内放出的热量不同,故不能用加热时间来反映,应该用升高的温度反映。
通过实验得到的燃料热值与实际相比是偏小,因为存在热量的损失,燃料不可能完全燃烧,吸收的热量小于燃料完全燃烧释放的热量,而本实验用吸收的热量计算出的热值,故偏小。
(2)①比较不同物质吸热能力,应该控制不变的量为燃料的种类,需要改变的物理量为被加热的物质种类,故答案为:择甲、丙两组实验。
②由于相同的时间内燃料燃烧放出的热量相同,故两种被加热的液体吸收的热量相同。
③如图丁,都加热10min,A升温快,B升温慢;加热相同的时间,吸收相同的热量,B升温慢,B吸热能量强。
④利用吸收的热量与(物质质量与温度变化值的积)的比值来定量描述物质的吸热能力即为比热容;这称为比值法,运用此方法定义的物理量有很多,比如密度、压强、速度、热值都是这样定义的。
⑤由于本实验存在多个变量,实验中需要改变一个变量,控制其他的变量相同,故称为控制变量法。
⑥若液体B为水,水的比热容为4.2×103J/(kg·°C) ,如图丁,都升温80℃,A需要10min, 需要20min,即B吸收的热量为A吸收的两倍,即可以列等式
经整理可知
故
故液体A的比热容是 。
【分析】(1)探究不同燃料的热值时,选择不同燃料加热相同的液体;通过温度计的示数反应热值的大小;由于燃料燃烧产生的热量有损失,计算的热值偏小;
(2)探究不同物质的吸热能力时,选择相同燃料加热不同物体;相同加热器加热时间相同,物体吸收热量相同;根据实验记录的图像判断温度变化的大小,温度变化越慢吸热能力强;比热容表示物体的吸热能力;根据已知物质的比热容和热量关系,可以计算未知物体的比热容。
四、计算题
14.(2021九上·环江期末)天然气具有热值高、价格实惠、污染少、安全等优点。完全燃烧0.06m3天然气所放出的热量有70%被质量为5kg的水吸收。[天然气的热值q=4×107J/m3,;水的比热容c水=4.2×103J/(kg·℃)]
(1)0.06m3天然气完全燃烧放出的热量是多少?
(2)若水的初始温度为10℃,则水吸收了这些热量后温度将升高到多少℃?
【答案】(1)解:完全燃烧0.06m3天然气所放出的热量Q放=V天然气q=0.06m3×4×107J/m3=2.4×106J
答:0.06m3天然气完全燃烧放出的热量是2.4×106J;
(2)解:水吸收的热量Q吸=ηQ放=70%×2.4×106J=1.68×106J
升高的温度
水的末温t=Δt+t0=80℃+10℃=90℃
答:若水的初始温度为10℃,则水吸收了这些热量后温度将升高到90℃。
【知识点】热量的计算;燃料的热值
【解析】【分析】(1)根据燃料的热值和体积的乘积,计算热量;
(2)根据总热和热效率的乘积,计算吸收的热量,根据热量和物体的比热容、质量的比值,计算物体的温度差。
15.(2021九上·丰润期中)有人通过一个具体例子来认识汽油热值的大小:汽油完全燃烧获得的热量和一个60 kg的人爬30 m高的楼所做的功相等,汽油的热值为4.6×107J/kg,g=10N/kg。求:
(1)该人克服重力做功多少J?
(2)这些汽油的质量是多少千克?
(3)若一汽油机的效率为30%,该汽车匀速行驶时的阻力为2000N,那么这些汽油可以使该汽车运动多少米?
【答案】(1)解:该人的重力为
该人克服重力做功为
答:该人克服重力做功为 ;
(2)解:这些汽油的放出的热量为
这些汽油的质量是
答:这些汽油的质量是 ;
(3)解:该汽车有效利用的能量为
该汽车的牵引力为
这些汽油可以使该汽车运动路程为
答:这些汽油可以使该汽车运动路程为 。
【知识点】燃料的热值;热机的效率;重力及其大小的计算;功的计算及应用
【解析】【分析】(1)根据质量计算重力,结合高度计算有用功;
(2)根据热量和热值的比值计算燃料的质量;
(3)利用热量和热效率的乘积计算有用功;结合力的大小计算物体的距离。
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人教版物理九年级上第十四章第二节综合同步练习——热机的效率(5)
一、单选题
1.(2021九上·路北期中)下列关于热机的说法正确的是( )
A.热机所用燃料的热值越大,效率越高
B.汽油机在压缩冲程中,将内能转化为机械能,燃料混合物的温度升高
C.在设计与制造热机时要不断地改进与创新,以减少能量的损失
D.柴油机的效率比汽油机的效率高,是因为柴油的热值比汽油的大
2.(2022九上·荔湾期末)汽油机甲的效率比汽油机乙的效率高,这说明( )
A.甲做的有用功多
B.相同的时间内,汽油机甲比乙所用的汽油节约一些
C.甲比乙用的汽油少
D.完全燃烧相等的汽油,其内能转化为有用功的能量甲比乙多
3.(2021九上·顺德期末)2020年11月24日,我国搭载“嫦娥五号”月球探测器的长征五号火箭成功发射升空,液氢是长征五号运载火箭的主要燃料之一,其热值q氢=1.4×108J/kg,下列说法正确的是( )
A.用液氢作为燃料,是因为其热值大
B.火箭升空过程中,液氢的热值不断减小
C.燃烧5g液氢产生7×108J的热量
D.液氢燃烧过程是内能向机械能转化
4.(2021九上·唐山期中)下列现象中蕴含着许多物理知识,有关说法中正确的是( )
A.用煤气烧水时,煤气燃烧得越充分,热值越大
B.物体的质量越大,它的比热容越大
C.南极冰山的温度低于0℃,不具有内能
D.火箭发射升空的过程中,外壳与空气摩擦导致温度升高,内能增大
5.(2021九上·深圳期中)一盏酒精灯在一直燃烧,酒精越来越少的过程中,关于剩余酒精说法正确的有( )
A.比热容和热值均在减小 B.比热容和热值都不变
C.比热容逐渐减小,热值不变 D.比热容不变,热值逐渐减小
6.(2021九上·深圳月考)关于热机,下列说法正确的是( )
A.热机的效率越高说明热机做功越快
B.在做功同样多的情况下,消耗的燃料越多,热机的效率越高
C.新能源汽车的发动机的效率不能达到100%
D.做功冲程中机械能转化为内能
二、填空题
7.(2021九上·崇左期末)我国“长征二号F”运载火箭的燃料是液态氢,主要因为氢的 大(选填“比热容”或“热值”);火箭升空时,燃气对火箭做功,燃气的内能 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
8.(2021九上·茂南期末)某品牌太阳能热水器的光热转换效率为50%,该太阳能热水器内装有20kg、温度为20℃的水,阳光照射一天后,水温升高到70℃,则热水器内的水吸收了 J的热量,热水器接收 J太阳能,这些太阳能相当于完全燃烧了 m3的天然气。[已知水的比热容为,天然气的热值约为4.2×107J/m3]
9.(2022九上·朝阳期末)长春市为了整治城市环境,大力开发湿地公园,修建人工湖来调节气温,这是利用了水的比热容 的特性。火箭用液态氢做燃料,主要是因为它具有较大的 。
10.(2021九上·东莞期末)无烟煤的热值是3.4×107J/kg,它表示1千克的无烟煤在 时放出的热量为3.4×107焦耳。无烟煤燃烧时将 能转化为内能,又通过 方式加热壶里的水。
11.(2021九上·南召期末)如图是常用的单缸四冲程内燃机的 冲程.如果某种型号柴油机的效率为40%,当该柴油机输出6.6×108J的有用功时,消耗柴油的质量 kg:采用水做发动机的冷却剂是因为水的 较大.(柴油的热值为3.3×107J/kg)
12.(2021九上·东台期中)如图是四冲程汽油机的工作过程中 冲程;如果该汽油机每秒钟转60转,则该汽油机每秒做功 次;若该汽油机功率为10kW,工作1小时使用的乙醇汽油燃烧产生的热量是1×108J,则汽油机工作的效率为 。
三、实验探究题
13.(2021九上·丰润期中)如图所示,甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量都是0.01kg,烧杯内的液体质量和初温也相同(甲和丙装置使用的是燃料1,乙装置使用的是燃料2)。
(1)比较不同燃料的热值,应选择 两图进行实验,燃料完全燃烧放出的热量,是通过 来反映的(选“温度计上升示数”或“加热时间”);通过实验得到的燃料热值与实际相比是偏 (大/小),是因为 ;
(2)比较不同物质吸热能力:
①应选择 两图进行实验;
②在加热时间相同时,液体吸收的热量 (选“相同”或“不同”);
③质量和初始温度均相同的A、B两种液体,吸热后它们的温度随时间变化的图象如图丁所示,则从图象可以看出, 液体的温度升高得较慢, 液体的吸热能力更强(选填“A”或“B”);
④实验中利用吸收的热量与(物质质量与温度变化值的积)的比值来定量描述物质的吸热能力,引入 (填物理量名称),物理学中利用此方法来定义的物理量有 (写一种即可);
⑤该实验用到的研究方法有:转换法和 ;
⑥若液体B为水,水的比热容为4.2×103J/(kg·°C) ,则液体A的比热容是 。
四、计算题
14.(2021九上·环江期末)天然气具有热值高、价格实惠、污染少、安全等优点。完全燃烧0.06m3天然气所放出的热量有70%被质量为5kg的水吸收。[天然气的热值q=4×107J/m3,;水的比热容c水=4.2×103J/(kg·℃)]
(1)0.06m3天然气完全燃烧放出的热量是多少?
(2)若水的初始温度为10℃,则水吸收了这些热量后温度将升高到多少℃?
15.(2021九上·丰润期中)有人通过一个具体例子来认识汽油热值的大小:汽油完全燃烧获得的热量和一个60 kg的人爬30 m高的楼所做的功相等,汽油的热值为4.6×107J/kg,g=10N/kg。求:
(1)该人克服重力做功多少J?
(2)这些汽油的质量是多少千克?
(3)若一汽油机的效率为30%,该汽车匀速行驶时的阻力为2000N,那么这些汽油可以使该汽车运动多少米?
答案解析部分
1.【答案】C
【知识点】燃料的热值;热机
【解析】【解答】A.热机的效率等于有用功与燃料完全燃烧放出的内能之比,与燃料的热值大小无关,A不符合题意;
B.在压缩冲程中,将机械能转化为内能,燃料混合物的温度升高,内能增大,B不符合题意;
C.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热量之比;所以在设计与制造热机时要不断地改进与创新,减少热量的损失、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,C符合题意;
D.热机效率是内燃机转化为有用功的能量与燃料完成燃烧释放的能量的比值,柴油机的效率比汽油机高,就是说完成相同的有用功,柴油机所用燃料完全燃烧放出能量比汽油机少,而不是因为柴油的热值比汽油的热值大,D不符合题意。
故答案为:C。
【分析】热机效率和燃料的热值无关;汽油机的压缩冲程将内能转化为机械能;热机效率是机械能和总热的比值。
2.【答案】D
【知识点】热机的效率
【解析】【解答】效率是表明有用功占总功百分比的物理量。如果汽油机甲的效率比乙的高,说明汽油机甲的性能好,燃烧相同的汽油,甲做的有用功多;做相同的有用功,甲消耗的汽油少。因此在比较过程中一定要有前提条件,ABC不符合题意;D符合题意。
故答案为:D。
【分析】热机效率指热机做的功和总热的比值。
3.【答案】A
【知识点】热量的计算;燃料的热值
【解析】【解答】A.用液氢作为燃料,是因为液氢的热值较大,与其它燃料相比,燃烧相同质量的液氢放出的热量更多,A符合题意;
B.燃料的热值是燃料本身的一种属性,与燃料的质量无关,故可知火箭升空过程中,液氢的热值不变,B不符合题意;
C.由题意可知,燃烧5g液氢产生的热量为Q=mq=0.005kg×1.4×108J/kg=7×105J
C不符合题意;
D.液氢燃烧过程中,燃料的化学能转化为内能,D不符合题意。
故答案为:A。
【分析】燃料的热值是燃料本身的一种属性,与燃料的质量无关,燃烧过程中,燃料的化学能转化为内能,利用Q=mq求得燃烧5g液氢产生的热量。
4.【答案】D
【知识点】做功改变物体内能;比热容;燃料的热值
【解析】【解答】A.热值是燃料的一种特性,与燃料的种类有关,与燃料的质量和燃烧程度无关,A不符合题意;
B.比热容是物质的一种特性,与物质的种类、状态有关,与质量无关,B不符合题意;
C.一切物体在任何情况下都有内能,南极冰山也具有内能,C不符合题意;
D.火箭发射升空过程中,通过火箭外壳与大气摩擦做功,将机械能转化为内能,外壳内能增大,温度升高,D符合题意。
故答案为:D。
【分析】热值是燃料的一种特性,与燃料的种类有关,与燃料的质量和燃烧程度无关。
比热容是物质的一种特性,与物质的种类、状态有关,与质量无关。
内能:物体内部所有分子做无规则运动的动能 和分子势能的总和叫内能。(内能也称热能)
5.【答案】B
【知识点】燃料的热值
【解析】【解答】比热容是物质的一种特性,只与物质的种类和状态有关,与物质的质量等因素无关;热值是燃料的一种特性,只与燃料的种类有关,与物质的质量等因素无关;故酒精越来越少的过程中,剩余的酒精的比热容和热值均不变。
故答案为:B。
【分析】比热容是物质的一种特性,只与物质的种类和状态有关,与物质的质量等因素无关;热值是燃料的一种特性,只与燃料的种类有关,与物质的质量等因素无关。
6.【答案】C
【知识点】功率的计算;热机的效率
【解析】【解答】A.功率是描述热机做功快慢的物理量,即功率越大,热机做功越快,A不符合题意;
B.热机的效率越高,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,B不符合题意;
C.新能源汽车在工作时不可避免的要克服机械部件之间的摩擦做额外功,机械效率一定小于100%,C符合题意;
D.在做功冲程中,燃料燃烧时将化学能转化为燃气的内能,高温高压燃气的内能又转化为机械能,D不符合题意。
故答案为:C。
【分析】功率是描述热机做功快慢的物理量;热机效率是有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值。
7.【答案】热值;减小
【知识点】内能的利用及其意义;燃料的热值
【解析】【解答】液态氢的热值较大,完全燃烧相同质量的液态氢和其他燃料,液态氢放出的热量更多,因此运载火箭中,采用液态氢作燃料。
燃气对火箭做功,将内能转化为火箭的机械能,燃气的内能减小,使得火箭的机械能增大。
【分析】液态氢的热值较大,完全燃烧相同质量的液态氢和其他燃料,液态氢放出的热量更多。
改变物体的内能两种方法:做功和热传递,这两种方法对改变物体的内能是等效的。物体对外做功,物体的内能减小;外界对物体做功,物体的内能增大。物体吸收热量,当温度升高时,物体内能增大;物体放出热量,当温度降低时,物体内能减小。
8.【答案】4.2×106;8.4×106;0.2
【知识点】热量的计算;燃料的热值
【解析】【解答】由可得热水器内的水吸收的热量为
由可知热水器接收的太阳能为
由可知这些太阳能相当于完全燃烧的天然气的体积为
【分析】根据物体的比热容、质量和温度差的乘积,计算热量;利用热量和热效率的比值, 计算总热;根据热量和热值的比值, 计算燃料的体积。
9.【答案】较大;热值
【知识点】比热容;燃料的热值
【解析】【解答】水的比热容较大,白天,相同质量的水和土壤、沙石比较,吸收相同的热量时,水的温度升高得少;夜晚,放出相同的热量时,水的温度降低得少,使得昼夜的温差小,所以修建人工湖可以有效调节周围环境的气温。
火箭采用液态氢作为火箭的燃料,原因是液态氢具有较高的热值,完全燃烧相同质量的氢时,可以放出更多的热量。
【分析】水的比热容较大,相同质量的水和其它物质比较,吸收或放出相同的热量时,水的温度升高或降低得少;热值是燃料的一种特性,在完全燃烧相同质量的燃料时,热值越大的燃料放出的热量越多。
10.【答案】完全燃烧;化学;热传递
【知识点】热传递改变物体内能;燃料的热值
【解析】【解答】某种燃料完全燃烧放出的热量与所用该燃料的质量之比,叫做这种燃料的热值。无烟煤的热值是3.4×107J/kg,它表示1千克的无烟煤在完全燃烧时放出的热量为3.4×107焦耳。
燃料燃烧是化学能转化为内能的过程。无烟煤燃烧时将化学能转化为内能。
改变物体内能的方法是做功和热传递。无烟煤放出的热量被水吸收,故又通过热传递方式加热壶里的水。
【分析】某种燃料完全燃烧放出的热量和质量的比值叫热值;燃料燃烧时,燃料的化学能转化为内能。
改变物体的内能两种方法:做功和热传递,这两种方法对改变物体的内能是等效的。物体对外做功,物体的内能减小;外界对物体做功,物体的内能增大。物体吸收热量,当温度升高时,物体内能增大;物体放出热量,当温度降低时,物体内能减小。
11.【答案】做功;50;比热容
【知识点】燃料的热值;热机的效率;内燃机的四个冲程
【解析】【解答】根据图示可知,两个气门都关闭,活塞向下运动,火花塞喷出电火花,因此该冲程为做功冲程,将内能转化为机械能;
由η==40%得柴油机工作时消耗的总能量:Q放===1.65×109J;
由Q放=mq得到消耗柴油的质量:m==50kg;
因为水的比热容较大,相同质量的水和其它物质比较,升高相同的温度,水吸收的热量多,所以汽车发动机用循环流动水进行冷却.
【分析】汽油机做功时,气门关闭,活塞下行;根据有用功和热机效率的比值,计算总热;根据热量和热值的比值, 计算燃料的质量;水的比热容较大,便于对物体降温。
12.【答案】压缩;30;36%
【知识点】热机的效率;内燃机的四个冲程;功的计算及应用
【解析】【解答】汽油机压缩冲程中,进气门和排气门都关闭,活塞向上运动,压缩汽油和空的混合物,对气体做功,机械能转化为内能。如图是四冲程汽油机的工作过程中的压缩冲程。
飞轮转2转,完成1个工作循环,一个工作循环中有四个冲程,只有做功冲程做一次功,其余三个冲程靠惯性完成。如果该汽油机1s内飞轮转60转;完成30个工作循环,则每秒钟完成120个冲程,做30次功。
该汽油机功率为10kw,工作1小时做的有用功为
汽油机工作的效率为
【分析】汽油机的气门关闭,活塞上行是压缩冲程;汽油机的飞轮转数是做功数的2倍,根据功率和时间的乘积计算做功多少;利用有用功和总热的比值,计算热机效率。
13.【答案】(1)甲、乙;温度计上升示数;小;燃料不可能完全燃烧或有热损失
(2)甲、丙;相同;B;B;比热容;密度或压强或热值;控制变量法;2.1×103J/(kg·°C)
【知识点】燃料的热值;比较不同物质吸热的情况实验
【解析】【解答】(1)比较不同燃料的热值,即燃料是变量,应该不同,被加热的液体需要相同,故选择甲、乙两图进行实验;燃料完全燃烧放出的热量,被加热的液体吸收热量,液体温度上升,故可以根据温度计上升示数来反映燃料完全燃烧放出的热量,由于不同的燃料燃烧,相同的时间内放出的热量不同,故不能用加热时间来反映,应该用升高的温度反映。
通过实验得到的燃料热值与实际相比是偏小,因为存在热量的损失,燃料不可能完全燃烧,吸收的热量小于燃料完全燃烧释放的热量,而本实验用吸收的热量计算出的热值,故偏小。
(2)①比较不同物质吸热能力,应该控制不变的量为燃料的种类,需要改变的物理量为被加热的物质种类,故答案为:择甲、丙两组实验。
②由于相同的时间内燃料燃烧放出的热量相同,故两种被加热的液体吸收的热量相同。
③如图丁,都加热10min,A升温快,B升温慢;加热相同的时间,吸收相同的热量,B升温慢,B吸热能量强。
④利用吸收的热量与(物质质量与温度变化值的积)的比值来定量描述物质的吸热能力即为比热容;这称为比值法,运用此方法定义的物理量有很多,比如密度、压强、速度、热值都是这样定义的。
⑤由于本实验存在多个变量,实验中需要改变一个变量,控制其他的变量相同,故称为控制变量法。
⑥若液体B为水,水的比热容为4.2×103J/(kg·°C) ,如图丁,都升温80℃,A需要10min, 需要20min,即B吸收的热量为A吸收的两倍,即可以列等式
经整理可知
故
故液体A的比热容是 。
【分析】(1)探究不同燃料的热值时,选择不同燃料加热相同的液体;通过温度计的示数反应热值的大小;由于燃料燃烧产生的热量有损失,计算的热值偏小;
(2)探究不同物质的吸热能力时,选择相同燃料加热不同物体;相同加热器加热时间相同,物体吸收热量相同;根据实验记录的图像判断温度变化的大小,温度变化越慢吸热能力强;比热容表示物体的吸热能力;根据已知物质的比热容和热量关系,可以计算未知物体的比热容。
14.【答案】(1)解:完全燃烧0.06m3天然气所放出的热量Q放=V天然气q=0.06m3×4×107J/m3=2.4×106J
答:0.06m3天然气完全燃烧放出的热量是2.4×106J;
(2)解:水吸收的热量Q吸=ηQ放=70%×2.4×106J=1.68×106J
升高的温度
水的末温t=Δt+t0=80℃+10℃=90℃
答:若水的初始温度为10℃,则水吸收了这些热量后温度将升高到90℃。
【知识点】热量的计算;燃料的热值
【解析】【分析】(1)根据燃料的热值和体积的乘积,计算热量;
(2)根据总热和热效率的乘积,计算吸收的热量,根据热量和物体的比热容、质量的比值,计算物体的温度差。
15.【答案】(1)解:该人的重力为
该人克服重力做功为
答:该人克服重力做功为 ;
(2)解:这些汽油的放出的热量为
这些汽油的质量是
答:这些汽油的质量是 ;
(3)解:该汽车有效利用的能量为
该汽车的牵引力为
这些汽油可以使该汽车运动路程为
答:这些汽油可以使该汽车运动路程为 。
【知识点】燃料的热值;热机的效率;重力及其大小的计算;功的计算及应用
【解析】【分析】(1)根据质量计算重力,结合高度计算有用功;
(2)根据热量和热值的比值计算燃料的质量;
(3)利用热量和热效率的乘积计算有用功;结合力的大小计算物体的距离。
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