第14.2 热机的效率 练习含解析卷

第14.2节《热机的效率》课时作业
一、选择题
1．两台汽油机，甲的功率是乙的1.5倍，甲的效率为20%，乙的效率为25%，那么甲与乙每小时消耗油量之比为（　　）
A．6：5 B．15：8 C．5：6 D．8：15
2．下列说法中正确的是（　　）
A．物体的温度不变，说明没有发生内能的转移或转化
B．燃料的燃烧越充分，燃料的热值越大
C．在热传递过程中，热量总是从内能大的物体向内能小的物体转移
D．汽油机的做功冲程燃气的内能减小
3．2021年4月9日，我国在太原卫星发射中心用长征四号乙运载火箭，成功将“试验六号﹣03星”发射升空，卫星顺利进入预定轨道。下列说法正确的是（　　）
A．长征四号乙运载火箭不需要带任何氧化剂助燃
B．若空中的温度很低，“试验六号﹣03星”发卫星的内能可能为零
C．火箭选用液态氢作燃料，主要是因为氢具有较小的热值
D．长征四号乙运载火箭点火起飞时将内能转化为机械能
4．如图所示装置甲、乙和丙完全相同，燃料质量均为10g，烧杯内液体初温和质量都相等，燃料完全燃烧完后，液体均未沸腾，液体的末温分别为t甲、t乙和t丙，且t甲＞t乙＞t丙，则下列说法正确的是（　　）
A．燃料b放出热量最多
B．液体2吸收的热量最少
C．燃料a 的热值比燃料b的大
D．液体1的比热容比液体2的大
5．某型号汽车在车型测试中，在一段平直的公路上以80km/h的速度匀速行驶了6km，消耗汽油1.5L（1L＝1dm3），已知汽油的密度为ρ汽油＝0.7×103kg/m3，热值q汽油＝4.5×107J/kg。假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为40%，在此过程中（　　）
A．汽油的热值减小
B．消耗汽油1.5kg
C．汽油完全燃烧放出热量3.5×1010J
D．汽车受到3.15×103N的阻力
6．2020年11月24日4时30分，我国在中国文昌航天发射场，用长征五号遥控运载火箭成功发射探月工程“嫦娥五号”探测器，火箭飞行约2200秒后，顺利将探测器送入预定轨道，开启我国首次地外天体采样返回之旅。现代火箭选择燃料时，该物质应具有的特性是（　　）
A．较大的比热容 B．较低的沸点
C．较高的凝固点 D．较大的热值
7．下列说法正确的是（　　）
A．水的比热容是4.2×103J/（kg ℃），表示水温度升高1℃所吸收的热量是4.2×103J
B．火箭升空时，燃料燃烧的过程是将机械能转化为化学能的过程
C．煤气的热值是3.9×107J/m3，热水器燃烧1m3的煤气，热水吸收的热量小于3.9×107J
D．汽油机的排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量中极少的一部分
8．以下关于热值、内能和热量的说法中，正确的是（　　）
A．酒精灯内的酒精用去一半后，酒精的热值减小
B．温度相同的物体含热量也相等
C．热量总是从内能大的物体传递给内能小的物体
D．一块0℃的冰熔化成0℃的水，内能增加
9．如图所示，是汽油机的能量流向图，对照此图，下列说法不正确的是（　　）
A．废气的排放所占的比例最大，减少该部分能量损失是提高热机效率的有效手段
B．冷却水能量的二次利用可以提高能量的利用率
C．该汽油机工作时汽油没有完全燃烧，则汽油的热值会减小
D．该汽油机的能量利用率为 28%
10．以下说法正确的是（　　）
A．根据c＝可知；m和△t都相同时，物体吸热越多，它的比热容就越大
B．根据Q＝cm△t可知；吸收热量的多少与物体的比热容无关
C．根据q＝（q为燃料的热值）可知：燃料的质量越大，其热值就越小
D．根据η＝可知，有用功占总功的比例越大，机械效率就越大
三、填空题
11.天然气热值为 8.4×10 7J/m3，则完全燃烧 8m3的天然气能放出_____J 的热量。
12.我国首次在南海成功试采出绿色能源―“可燃冰”。完全燃烧50g的“可燃冰”来加热水，最多可以使质量为100kg，初温为20℃的水温升高到______℃[q可燃冰=4.2×108J/kg；c水=4.2×103J/（kg·℃）]。
13.某兴趣小组的同学，用煤炉给l0kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线，若在6min内完全燃烧0.4kg煤，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，煤的热值约为3×107J/kg，煤炉烧水时的热效率_________。
14.如图所示是热机的_____冲程；一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，该汽油机每秒钟完成做功_____次。若该汽油机的效率为30%，完全燃烧10kg的汽油放出的热量可以对外做功_____J（汽油的热值为4.6×107J/kg）。
15.电热安全压力锅解除了普通压力锅的安全隐患，既省时又省电。若使用额定电压为220V，额定功率为1200W的压力锅，将2kg初温为20℃的水加热升温至120℃的过程中，水吸收的热量为________J，这些热量相当于完全燃烧_________g的煤气。（水的比热容为4.2×103J/（kg ℃），煤气的热值为5.0×107J/kg）
【答案】8.4×105 16.8
四、简答题
16.如图，小汽车是常用的交通工具。请你运用所学的物理知识回答下面有关小汽车的问题：
（1）燃料在汽车发动机内发生了哪些能量转化？
（2）人们要求小汽车等交通工具放弃传统能源而使用新能源的主要目的是什么？（写出两条）
（3）试从小汽车的外型判断小汽车在水平路面行驶时和静止时，对地面压强哪一个大？为什么？
五、综合题
17.某私家小汽车尾部上标有“2.0T”的字样，其中“T”就是“涡轮增压”，是利用高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，来带动同轴的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使汽油燃烧更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高发动机效率和减少废气污染的目的；这辆汽车的最低油耗可达0.2kg/(kWh)，已知汽油的热值为4.6×107J/kg。[温馨提示：最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量；0.2 kg/(kWh)表示获得1kWh能量消耗0.2kg汽油。请回答下列问题：
（1）请用文中的表述回答：为什么正常情况下涡轮增压发动机会比自然吸气发动机更加省油？
答：________________；
（2）从能量的转化来看，汽车的内燃机工作时____________冲程将机械能转化为内能；
（3）根据题中的数据可知该汽车发动机的效率最高可达_________%。（计算到1%）
第14.2节《热机的效率》课时作业
一、选择题
1．两台汽油机，甲的功率是乙的1.5倍，甲的效率为20%，乙的效率为25%，那么甲与乙每小时消耗油量之比为（　　）
A．6：5 B．15：8 C．5：6 D．8：15
【解析】设甲的功率为P甲，其效率为η甲，乙的功率为P乙，其效率为η乙，汽油的热值为q，做功时间为t，
由题意知：＝1.5，＝＝，
甲在时间t内做的有用功：W甲＝P甲t，
由η＝可得，甲在时间t内消耗的总能量：Q甲＝＝，
由Q＝mq可得，甲在时间t内的耗油量：m甲＝＝。
同理可得乙在时间t内的耗油量的表达式：m乙＝。
甲乙两汽油机在相同时间内的耗油量之比：
＝：＝＝＝＝15：8。
故选：B。
2．下列说法中正确的是（　　）
A．物体的温度不变，说明没有发生内能的转移或转化
B．燃料的燃烧越充分，燃料的热值越大
C．在热传递过程中，热量总是从内能大的物体向内能小的物体转移
D．汽油机的做功冲程燃气的内能减小
【解析】A、物体的温度不变，内能也可能增加，例如晶体熔化时，不断吸热，温度不变，内能发生转移，内能增加。故A错误；
B、热值是燃料的特性，只与燃料的种类有关，与燃烧状态无关。故B错误；
C、热传递的条件是：有温度差；热传递的特点是：高温物体放出热量，低温物体吸收热量，热量从高温物体传给低温物体；但内能小的物体温度可能比内能大的物体温度高，因此热量也可能由内能小的物体传给内能大的物体。故C错误；
D、在汽油机的做功冲程，高温高压的燃气对外做功，内能转化为机械能，所以燃气内能减少，温度降低。故D正确。
故选：D。
3．2021年4月9日，我国在太原卫星发射中心用长征四号乙运载火箭，成功将“试验六号﹣03星”发射升空，卫星顺利进入预定轨道。下列说法正确的是（　　）
A．长征四号乙运载火箭不需要带任何氧化剂助燃
B．若空中的温度很低，“试验六号﹣03星”发卫星的内能可能为零
C．火箭选用液态氢作燃料，主要是因为氢具有较小的热值
D．长征四号乙运载火箭点火起飞时将内能转化为机械能
【解析】A、火箭必须自身携带燃料和氧化剂，工作时不需要空气，可以在大气层外工作，故A错误。
B、任何物体都有内能，温度再低，“中星6C”卫星也有内能，故B错误。
C、火箭的发动机选用液态氢作燃料，主要是因为氢具有较大的热值，完全燃烧相同质量的氢可以释放出更多的热量，故C错误；
D、在火箭升空的过程中，燃料燃烧释放出的内能转化为机械能，故D正确。
故选：D。
4．如图所示装置甲、乙和丙完全相同，燃料质量均为10g，烧杯内液体初温和质量都相等，燃料完全燃烧完后，液体均未沸腾，液体的末温分别为t甲、t乙和t丙，且t甲＞t乙＞t丙，则下列说法正确的是（　　）
A．燃料b放出热量最多
B．液体2吸收的热量最少
C．燃料a 的热值比燃料b的大
D．液体1的比热容比液体2的大
【解析】（1）为了比较热值大小，要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小，应选择甲乙两图进行实验；由题意知甲、乙两实验烧杯中液体的初温相等，末温T甲＞T乙，则△t甲＞△t乙，
由图甲、乙所示实验可知，两烧杯中的液体种类即比热容c、质量m都相等，由热量公式Q＝cm△t可知，
Q甲＞Q乙，燃料燃烧释放的热量被烧杯中的液体吸收，则燃料释放的热量Qa＞Qb，燃料a 的热值比燃料b的大，故A错误，C正确；
（2）为了比较两种液体的比热容，需要燃烧相同的燃料，加热不同的液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断两种液体比热容的大小关系，应选择甲丙两图进行实验；甲、丙所示实验中所用燃料种类与质量相同，则燃料燃烧释放的热量相等，即Q1＝Q2，故B错误；
燃料燃烧释放的热量被烧杯中的液体吸收，则Q1＝Q2，
甲、丙两实验烧杯中液体的初温相等，末温T甲＞T丙，则△t甲＞△t丙，即△t1＞△t2，
因为Q1＝Q2，m相等，△t1＞△t2，Q＝cm△t，
所以由c＝可知，c1＜c2。故D错误；
由于甲乙两实验所使用的燃料质量m相同而种类不同，由Q＝mq可知，q1＞q2。
故选：C。
5．某型号汽车在车型测试中，在一段平直的公路上以80km/h的速度匀速行驶了6km，消耗汽油1.5L（1L＝1dm3），已知汽油的密度为ρ汽油＝0.7×103kg/m3，热值q汽油＝4.5×107J/kg。假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为40%，在此过程中（　　）
A．汽油的热值减小
B．消耗汽油1.5kg
C．汽油完全燃烧放出热量3.5×1010J
D．汽车受到3.15×103N的阻力
【解析】A、热值是燃料的一种特性，与质量无关，汽车行驶过程中，油箱内的汽油减少，剩下的汽油的热值不变，故A错误；
B、消耗汽油的体积：
V汽油＝1.5L＝1.5×10，3m3，
消耗汽油的质量：
m汽油＝ρ汽油V汽油＝0.7×103kg/m3×1.5×10，3m3＝1.05kg，故B错误；
C、汽油完全燃烧放出的热量：
Q放＝m汽油q汽油＝1.05kg×4.5×107J/kg＝4.725×107J，故C错误；
D、用来做有用功的热量：
W＝ηQ放＝40%×4.725×107J＝1.89×107J
汽车移动的距离：
s＝6km＝6×103m，
汽车的牵引力：
F＝＝＝3.15×103N，
因为汽车做匀速直线运动，处于平衡状态，
所以阻力f＝F＝3.15×103N，故D正确。
故选：D。
6．2020年11月24日4时30分，我国在中国文昌航天发射场，用长征五号遥控运载火箭成功发射探月工程“嫦娥五号”探测器，火箭飞行约2200秒后，顺利将探测器送入预定轨道，开启我国首次地外天体采样返回之旅。现代火箭选择燃料时，该物质应具有的特性是（　　）
A．较大的比热容 B．较低的沸点
C．较高的凝固点 D．较大的热值
【解析】选择推进器燃料时，相同质量的燃料完全燃烧时，放出的热量越多，具有的内能就越大，对外做功就越多，飞的越远，所以需要热值大的燃料。
故选：D。
7．下列说法正确的是（　　）
A．水的比热容是4.2×103J/（kg ℃），表示水温度升高1℃所吸收的热量是4.2×103J
B．火箭升空时，燃料燃烧的过程是将机械能转化为化学能的过程
C．煤气的热值是3.9×107J/m3，热水器燃烧1m3的煤气，热水吸收的热量小于3.9×107J
D．汽油机的排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量中极少的一部分
【解析】A、水的比热容为4.2×103J/（kg ℃），表示质量1kg的水温度升高1℃吸收的热量是4.2×103J。故A错误；
B、火箭升空过程中，燃料燃烧将化学能转化为内能，故B错误；
C、热水器燃烧1m3的煤气放出的热量，Q放＝Vq＝1m3×3.9×107J/m3＝3.9×107J，由于有热量的散失，热水吸收的热量小于3.9×107J，故C正确；
D、在排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的大部分，故D错误。
故选：C。
8．以下关于热值、内能和热量的说法中，正确的是（　　）
A．酒精灯内的酒精用去一半后，酒精的热值减小
B．温度相同的物体含热量也相等
C．热量总是从内能大的物体传递给内能小的物体
D．一块0℃的冰熔化成0℃的水，内能增加
【解析】A．热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关；所以，当一杯酒精用去一半以后，剩下酒精的热值不变，故A错误；
B、热量是过程量，不能说含有热量，故B错误；
C、热传递的条件是有温度差，热量是从高温物体传递给低温物体，或从物体的高温部分传向低温部分，故C错误；
D、一块0℃的冰熔化成0℃的水，需要吸收热量，所以其内能增加，故D正确。
故选：D。
9．如图所示，是汽油机的能量流向图，对照此图，下列说法不正确的是（　　）
A．废气的排放所占的比例最大，减少该部分能量损失是提高热机效率的有效手段
B．冷却水能量的二次利用可以提高能量的利用率
C．该汽油机工作时汽油没有完全燃烧，则汽油的热值会减小
D．该汽油机的能量利用率为 28%
【解析】A、由图示知，废气带走了大部分的能量，所以减少该部分的能量损失是提高热机效率的有效手段，故A正确；
B、冷却水带走的热量仅次于废气带走的热量，所以冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率，故B正确；
C、热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与是否完全燃烧没有关系，因此汽油没有完全燃烧，汽油的热值与不燃烧时相同，故C错误；
D、该汽油机的热机效率为η＝98%﹣33%﹣30%﹣7%＝28%，故D正确。
故选：C。
10．以下说法正确的是（　　）
A．根据c＝可知；m和△t都相同时，物体吸热越多，它的比热容就越大
B．根据Q＝cm△t可知；吸收热量的多少与物体的比热容无关
C．根据q＝（q为燃料的热值）可知：燃料的质量越大，其热值就越小
D．根据η＝可知，有用功占总功的比例越大，机械效率就越大
【解析】A、比热容是物质的一种属性，只与物质的种类和状态有关，与物体吸热的多少无关，故根据C＝不能得出物体吸热越多，它的比热容就越大，故A错误；
B、根据Q＝cm△t可知，吸收热量的多少与物体的比热容、质量和温度的变化量有关，故B错误；
C、热值是燃料的一种属性，只与燃料的种类有关，根据q＝不能得出燃料的质量越大，其热值就越小，故C错误；
D、机械效率是指有用功占总功的比值，因此，根据η＝可知：有用功占总功的比例越大，机械效率就越大，故D正确。
故选：D。
三、填空题
11.天然气热值为 8.4×10 7J/m3，则完全燃烧 8m3的天然气能放出_____J 的热量。
【答案】6.72×108
【解析】气体燃料的热值在数值上等于完全燃烧1 m3的气体燃料放出的热量，那么，燃烧8m3的天然气放出的热量为
12.我国首次在南海成功试采出绿色能源―“可燃冰”。完全燃烧50g的“可燃冰”来加热水，最多可以使质量为100kg，初温为20℃的水温升高到______℃[q可燃冰=4.2×108J/kg；c水=4.2×103J/（kg·℃）]。
【答案】70
【解析】完全燃烧50g的“可燃冰”放出热量
因为
根据得到最多可以使质量为100kg，初温为20℃的水温升高到
13.某兴趣小组的同学，用煤炉给l0kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线，若在6min内完全燃烧0.4kg煤，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，煤的热值约为3×107J/kg，煤炉烧水时的热效率_________。
【答案】21%
【解析】0.4kg煤完全燃烧产生的热量
由图可知，水吸收的热量为
煤炉烧水时的热效率
14.如图所示是热机的_____冲程；一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，该汽油机每秒钟完成做功_____次。若该汽油机的效率为30%，完全燃烧10kg的汽油放出的热量可以对外做功_____J（汽油的热值为4.6×107J/kg）。
【答案】排气 10 1.38×108
【解析】[1]如图，进气门关闭、排气门打开，活塞上移，是排气冲程。
[2]单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1200r/min=20r/s，也就是1s飞轮转动20r，飞轮转动20r，燃气对外做功10次，完成10个工作循环、完成40个冲程。
[3]汽油完全燃烧时放出的热量
Q放=mq=10kg×4.6×107J/kg=4.6×108J
该汽油机可以对外做功
W有用=ηQ放=30%×4.6×108J=1.38×108J
15.电热安全压力锅解除了普通压力锅的安全隐患，既省时又省电。若使用额定电压为220V，额定功率为1200W的压力锅，将2kg初温为20℃的水加热升温至120℃的过程中，水吸收的热量为________J，这些热量相当于完全燃烧_________g的煤气。（水的比热容为4.2×103J/（kg ℃），煤气的热值为5.0×107J/kg）
【答案】8.4×105 16.8
【解析】[1]由=cmt可得，水吸收的热量
[2]根据Q=qm可得，完全燃烧煤气的质量
四、简答题
16.如图，小汽车是常用的交通工具。请你运用所学的物理知识回答下面有关小汽车的问题：
（1）燃料在汽车发动机内发生了哪些能量转化？
（2）人们要求小汽车等交通工具放弃传统能源而使用新能源的主要目的是什么？（写出两条）
（3）试从小汽车的外型判断小汽车在水平路面行驶时和静止时，对地面压强哪一个大？为什么？
【答案】（1）燃料在发动机内发生了两次能量转化，先由化学能转化为内能，再由内能转化为机械能
（2）放弃传统能源使用新能源的主要目的是节约不可再生能源（或化石能源）和减少废气造成的环境污染
（3）小汽车静止时比行驶时对地面压强大；小汽车行驶时上方气流速度比下方大，根据“流速越大压强越小”原理，流过汽车的空气产生向上的压强差，汽车就会受到向上的压力，故汽车对地面的压强减小。
【解析】（1）燃料在发动机内燃烧时，消耗化学能，产生内能，所以将化学能转化为内能，在做功冲程过程中，将内能转化为机械能；
（2）传统能源具有很多缺点，如不能再生，污染大；新能源应克服这些缺点，从而达到经济，环保，可持续利用等目的；
（3）小汽车是流线型，小汽车行驶时上方气流速度比下方大，流速越大的地方压强越小，所以上方的压强小于下方的压强，流过汽车的空气产生向上的压强差，汽车就会受到向上的压力，汽车对地面的压力减小，从而得到对地面的压强减小。
五、综合题
17.某私家小汽车尾部上标有“2.0T”的字样，其中“T”就是“涡轮增压”，是利用高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，来带动同轴的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使汽油燃烧更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高发动机效率和减少废气污染的目的；这辆汽车的最低油耗可达0.2kg/(kWh)，已知汽油的热值为4.6×107J/kg。[温馨提示：最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量；0.2 kg/(kWh)表示获得1kWh能量消耗0.2kg汽油。请回答下列问题：
（1）请用文中的表述回答：为什么正常情况下涡轮增压发动机会比自然吸气发动机更加省油？
答：________________；
（2）从能量的转化来看，汽车的内燃机工作时____________冲程将机械能转化为内能；
（3）根据题中的数据可知该汽车发动机的效率最高可达_________%。（计算到1%）
【答案】使汽油燃烧更充分 压缩 39
【解析】(1)[1]正常情况下涡轮增压发动机会比自然吸气发动机更加省油，原因是涡轮增压发动机工作时汽油燃烧更充分；
(2)[2]从能量的转化来看，汽车的内燃机工作时压缩冲程将机械能转化为内能；
(3)[3]根据题意可知，完全燃烧0.2kg汽油获得最大有用功的能量为
，
汽车发动机的最高效率：