第十三章 内能与热机 综合素质评价试题（含答案）

第十三章 内能与热机 综合素质评价
一、填空题(每小题2分，共20分)
1．【2022·牡丹江节选】用打气筒给自行车轮胎打气，活塞压缩筒内空气，空气温度升高，这是通过________的方式改变打气筒内空气的内能。
2． 2022年11月29日，搭载神舟十五号载人飞船的长征二号F遥十五运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。为避免对发射台的破坏，在发射台下方建造了一个巨大的水池，它是利用水的________的特性和水汽化时吸收大量的热量来降低发射台的温度。
3．甲、乙、丙三个相同的烧杯中盛有水。甲烧杯中水的质量为200 g、温度为30 ℃，乙烧杯中水的质量为300 g、温度为30 ℃，丙烧杯中水的质量是300 g、温度为60 ℃，则________烧杯中水的内能最大。
4．【教材改编题】小明同学阅读了某品牌汽车发动机的说明书后，将汽车发动机的能量流向制成如图所示的图表，则该汽车发动机的效率为________。
5．【2022·包河区模拟】我国科学家和工程师们在南海成功试采了新型能源——“可燃冰”。其燃烧产生的热量比相同体积的煤、石油和天然气要多出数十倍。已知“可燃冰”的热值为6.15×109 J/m3，其中“6.15×109 J/m3”所表示的物理含义是__________________________________________________________________。
6．甲、乙两物体的质量之比为3∶4，乙物体比热容是甲物体比热容的两倍，若它们升高相同的温度，则甲、乙两物体吸收的热量之比为________。
7．【2023·合肥庐阳区期中】如图所示，B是一个被销钉K锁住的活塞，气缸A密封有少量的空气，气缸内气压小于外界气压，C是一支温度计。若活塞与气缸壁之间没有摩擦，当把销钉K拔出后，观察到活塞向左移动，此时温度计的示数________(填“变大”“变小”或“不变”)。
8．【学科素养·科学论证】在学习了热机后某物理兴趣小组成员根据古希腊数学家希罗发明的“汽转球”装置组装实验，将一个空心球通过两个空心管与一个装有水的密闭锅连接在一起，如图所示。在锅底加热使水沸腾，产生的水蒸气由管子进入球中，从球两旁喷出并使其快速转动，这个过程与汽油机的________冲程发生的能量转化相同。
9．质量为4 kg、温度为90 ℃的热水和质量为3 kg、温度为20 ℃的冷水混合成温水(不计热损失)，温水的温度为________ ℃。
10．【2023·亳州模拟】为了测量某种液体的比热容，某实验小组同学用酒精灯给某液体加热，已知酒精的热值为3.0×107 J/kg，放出热量的20%被液体吸收。测得2 kg的液体温度升高30 ℃，消耗酒精24 g，则这种液体的比热容为________J/(kg·℃)。
二、选择题(每小题2分，共14分；每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题意的)
11．下列属于利用热传递改变物体内能的是(　　)
A．双手摩擦能生热 　　 B．烧水时水温升高
C．锯木材锯条发烫 　　 D．钻木取火
12．【2022·淮南二模】关于温度、热量、热值和内能，下列说法正确的是(　　)
A．温度越高的物体，所含的热量越多
B．热量会从内能多的物体转移到内能少的物体
C．燃料燃烧放出的热量越多，其热值越大
D．温度一定的情况下，内能大的物体比热容不一定大
13．【2023·合肥庐阳区期中改编】礼花喷射器结构如图所示，气罐内有高压气体，气罐通过气阀与纸筒相连。使用时，气体将纸筒内的礼花快速喷向远处。下列分析正确的是(　　)
A．罐内气体的内能增加
B．该过程能量转化方式与汽油机压缩冲程相同
C．气罐内壁温度降低
D．罐内气体通过热传递的方式改变了其内能
14．夏季的海边，由于水和泥沙的比热容不同，常常能够形成海风或者陆风。下列示意图中能反映海边晴天中午风向的是(　　)
15．【2023·合肥包河区三模改编】小明对质量为500 g的冰缓慢加热，不计冰和水的质量变化，他根据记录的实验数据绘制成如图所示的温度－时间图像，下列分析正确的是(　　)
A．图像中的DE段表示冰的熔化过程，其内能增加
B．在图像的CD段中水共吸收了4.2×105 J的热量
C．图像中BC段物质的温度保持不变，内能也不变
D．由图像可知，水与冰的比热容不同
16．【教材改编题】如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是(　　)
A．在一个工作循环中工作过程依次是丁、丙、甲、乙
B．飞轮惯性完成冲程的是甲、乙、丁
C．飞轮转速3 000 r/min，则该内燃机1 s能做功25次
D．丁图冲程能量转化：内能转化为机械能
17．合肥著名的早点是油条加豆浆，小明看见面点师傅将面拉成长条，放入滚烫的油中就炸出了香脆可口的油条，于是他想了解油的吸热能力。在老师的指导下，他用酒精灯分别加热质量为50 g、初温为20 ℃的油和水，记录的相关数据如表所示。若单位时间内油吸收的热量与水吸收的热量相等，酒精的热值为3× 107 J/kg，水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。下列说法正确的是(　　)
物质种类 加热时间(min) 消耗酒精(g) 末温( ℃)
油 2 1 88
水 2 1 50
A．2 min内油吸收的热量为3×104 J
B．他使用的酒精灯的加热效率为21%
C．加热2 min后酒精的末温高，所以吸热能力更强
D．油的吸热能力与其吸收的热量多少有关
三、实验题(第18小题8分，第19小题8分，共16分)
18．探究“比较A、B两种液体吸热能力情况”的实验装置如图甲所示。请你完成下列问题：
(1)实验中要选用两个规格相同的电加热器，其目的是________________________
__________________________________________________。
(2)实验中取质量相同的A、B两种液体，当它们吸收相同热量时，通过比较______________来判断吸热能力的强弱。
(3)分析图乙可知：________的吸热能力更强，________(以上两空均填“A”或“B”)更适合作为汽车发动机的冷却液。
19．为比较不同燃料燃烧放热能力的差异，小明设计了如图甲、乙所示的两组对比实验，实验装置完全相同，烧杯内水的初温、质量也都相同，实验中忽略热量的散失，且两种燃料燃烧时均匀放热。燃料燃烧完后，画出水的温度随时间变化的关系图像如图丙所示。
(1)组装实验装置时，应该由________(填“上到下”或“下到上”)组装。
(2)实验中应该控制燃料的________相同。
(3)假设燃料完全燃烧，则燃料1与燃料2的热值之比为________。
四、计算题(第20小题5分，第21小题7分，第22小题8分，共20分；解答要有必要的公式和过程)
20．工业生产中，经常需要制取合金，对合金的各种性质包括比热容，生产者是需要了解的。某厂在试制某合金时，把200 g锡与100 g铅混合，制成铅锡合金。设铅锡在未混合前和混合后，在相同的温度变化下吸收的热量并不发生变化。已知锡的比热容为214 J/(kg·℃)，铅的比热容为130 J/(kg·℃)，则这种合金的比热容是多少。
21．某次生产中，需要用天然气来加热水箱中的水。经测量，生产中完全燃烧了0.3 m3的天然气。已知天然气的热值为3.0×107 J/m3；水的比热容c水＝4.2× 103 J/(kg·℃)，当地大气压为标准大气压。求：
(1)完全燃烧0.3 m3的天然气放出的热量。
(2)若天然气燃烧放出的热量有84%被水箱中的水吸收，则水箱中20 L、初温为20 ℃的水温度可以升高多少？
22．【2023·亳州期末】飞机的航空发动机是热机的一种，航空煤油在燃烧室中燃烧，从喷口向后高速喷出气体，使发动机获得向前的推力，若高空中飞机获得向前的水平推力为1.6×105 N，以600 km/h的速度沿水平方向匀速航行1 h，需要完全燃烧航空煤油5 000 L(ρ煤油＝0.8×103 kg/m3，q煤油＝4×107 J/kg)，求在1 h时间内：
(1)发动机水平推力做功的功率。
(2)航空煤油完全燃烧放出的热量。
(3)发动机的热机效率。
答案
一、1．做功　点拨：用打气筒给自行车轮胎打气时，活塞压缩打气筒内的空气，打气筒内的空气温度升高，活塞的机械能转化为打气筒内的空气的内能，所以这是通过做功的方式改变打气筒内空气的内能。
2．比热容大
3．丙　点拨：根据内能的影响因素可知，同种物质其内能的大小与状态、质量和温度有关，根据题意可知，甲、乙相比较，温度均为30℃，乙的质量大，所以乙的内能大；乙、丙相比较，质量均为300 g，丙的温度高于乙的温度，所以丙的内能大，故三杯水中，丙的内能最大，甲的内能最小。
4．30%　点拨：由图可知，汽车发动机的效率为η＝100%－34%－30%－6%＝30%。
5．1 m3的可燃冰完全燃烧时所放出的热量是6.15×109 J
6．3∶8　点拨：甲、乙两物体的质量之比为3∶4，比热容之比为1∶2，温度之比为1∶1；由Q＝cmΔt得甲、乙两物体吸收的热量之比为＝＝×＝×＝。
7．变大　点拨：活塞向左移动，外界对气体做功，如果不考虑热传递，则气体内能增加，温度升高。故温度计示数变大。
8．做功　点拨：球两旁的出气管喷出水蒸气使球体快速转动，是水蒸气的内能转化为球体机械能的过程，与汽油机的做功冲程的能量转化相同。
9．60　点拨：设冷水温度从t01升高到t，吸收的热量为Q1；热水温度从t02降低到t，放出的热量为Q2；不计热损失，Q1＝Q2，即cm1(t－t01)＝cm2(t02－t)，冷水与热水的比热容相同，则m1(t－t01)＝m2(t02－t)，代入数据可得3 kg×(t－20 ℃)＝4 kg×(90 ℃－t)，解得t＝60℃。
10．2.4×103　点拨：酒精的质量m酒精＝24 g＝0.024 kg，完全燃烧24 g的酒精放出的热量Q放＝m酒精q＝0.024 kg×3×107 J/kg＝7.2×105 J；因为酒精放出的热量有20%被液体吸收，液体吸收的热量Q吸＝Q放×20%＝7.2×105 J×20%＝1.44×105 J；液体的比热容c＝＝＝2.4×103 J/(kg·℃)。
二、11．B　点拨：双手摩擦做功，机械能转化为手的内能，是通过做功的方式改变物体的内能，故A不符合题意；烧水时，水从火焰吸收热量温度升高，属于热传递改变物体的内能，故B符合题意；在锯木材时，锯条的温度会升高，是摩擦生热，机械能转化为内能，属于做功改变物体的内能，故C不符合题意。钻木取火是摩擦生热，属于做功改变物体的内能，故D不符合题意。故选B。
12．D
13．C
14．A　点拨：由于陆地上泥沙的比热容比水的小，故根据比热容公式可知，相同质量的物体吸收相同的热量，陆地升温快于海洋。晴天中午陆地温度高，陆地产生的热空气会上升到高空，而海洋的低温冷空气会吹向陆地，故A符合题意，B、C、D不符合题意。故选A。
15．D
16．C　点拨：甲图中两气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程；乙图中进气门开启，排气门关闭，是吸气冲程；丙图中排气门开启，进气门关闭，是排气冲程；丁图中两气门都关闭，活塞上行，气缸容积变小，是压缩冲程；所以正确的排序是乙、丁、甲、丙，故A错误；内燃机的一个工作循环有四个冲程，只有在做功冲程中使机器获得动力，内能转化为机械能，其他三个冲程均为辅助冲程，依靠惯性完成，即依靠飞轮惯性完成冲程的是乙、丙、丁，故B错误；四冲程内燃机的飞轮转速为3 000 r/min，则该飞轮1 s转50 r，因为一个工作循环飞轮转2 r，完成四个工作冲程，做功1次，所以1 s飞轮转 50 r，共25个工作循环，共100个冲程，共做功25次，故C正确；丁图是压缩冲程，压缩冲程中机械能转化为内能，故D错误。故选C。
17．B　点拨：由题意可知，油和水的质量相等，都为m＝50 g＝0.05 kg，水的比热容为c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，2 min内水的温度由t0＝20℃上升到t＝50℃，则水吸收的热量为Q吸水＝c水m(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×0.05 kg×(50℃－20℃)＝6.3×103 J，2 min内油吸收的热量与水吸收的热量相等，则油吸收的热量为 Q吸油＝Q吸水＝6.3×103 J，所以2 min内油吸收的热量为6.3×103 J，故A错误；由题意可知，酒精的热值为q＝3×107 J/kg，加热2 min消耗了m酒精＝1 g＝1× 10－3 kg的酒精，则完全燃烧1 g酒精放出的热量为Q放＝m酒精q＝1×10－3 kg× 3×107 J/kg＝3×104 J，则酒精灯的加热效率为η＝×100%＝×100%＝21%，故B正确；相同质量和相同初温的油和水吸收相同的热量，末温度越低表示物质吸热能力越强，所以油的末温比水的高，说明油吸热能力更弱，故C错误；物质的吸热能力即比热容是物质的一种特性，与物质的种类和状态有关，与其吸收的热量多少无关，故D错误。故选B。
三、18．(1)使A和B两种液体在相等时间内吸收热量相等
(2)温度计升高的示数
(3)A；A
点拨：(1)选用规格相同的电加热器，是因为规格相同的电加热器在相同时间放出的热量相同，这样可以使 A和B两种液体在相等时间吸收相同的热量；(2)本实验为了比较不同物质的吸热本领，使相同质量的不同物质吸收相同的热量(即加热相同的时间)，比较温度的变化，温度变化小的吸热能力强；(3)由图可知，加热时间相同，吸收相同的热量，B的温度升高得快，则B的吸热能力弱， A的吸热能力强，比热容大；根据Q＝cmΔt可知，质量相同时，升高相同的温度，比热容大的物质，可以吸收更多的热量，故A液体更适合作为汽车发动机的冷却液。
19．(1)下到上
(2)初温
(3)4∶3
点拨：(1)实验时需要用酒精灯火焰的外焰加热，首先要确定下面的铁架台的位置，所以装置的安装顺序是由下到上；(2)在比较不同燃料燃烧放热能力的实验中，应该控制燃料的质量相同；(3)实验中忽略热量的散失，且两杯水的质量、比热容均相同，则由公式Q＝cmΔt可得，放出的热量之比＝＝＝＝。由公式Q＝mq可得，燃料1与燃料2的热值之比＝＝ ＝。
四、20．解：由题可知，铅锡合金是按照200 g锡与100 g铅混合的，即混合比例为2∶1，由此可知1 kg的铅锡合金含锡的质量为m锡＝×1 kg＝ kg，含铅的质量为m铅＝×1 kg＝ kg， kg的铅温度升高1℃吸收的热量为Q铅＝c铅m铅Δt＝130 J/(kg·℃)× kg×1℃， kg的锡温度升高1℃吸收的热量为Q锡＝c锡 m锡Δt＝214 J/(kg·℃)× kg×1℃，1 kg铅锡合金温度升高1℃吸收的热量为Q合＝Q铅＋Q锡＝130 J/(kg·℃)× kg×1℃＋214 J/(kg·℃)× kg×1℃＝186 J，所以这种合金的比热容为c合＝186 J/(kg·℃)。
21．解：(1)已知V＝0.3 m3，q＝3.0×107 J/m3，天然气完全燃烧放出的热量Q放＝Vq＝0.3 m3×3.0×107 J/m3＝9×106 J。
(2)水的质量m＝ρV水＝1.0×103 kg/m3×20×10－3 m3＝20 kg，水吸收的热量Q吸＝ηQ放＝84%×9×106 J＝7.56×106 J，由Q吸＝cm(t－t0)得：水的末温t＝＋t0＝＋20℃＝110℃，因为在标准大气压下水的沸点为100℃，且沸腾后继续吸热温度不变，所以水的末温为100℃，水升高的温度 Δt＝100℃－20℃＝80℃。
22．解：(1)由v＝得飞机航行的路程s＝vt＝600 km/h×1 h＝600 km＝6×105 m，发动机所做的功W＝Fs＝1.6×105 N×6×105 m＝9.6×1010 J，t＝1 h＝3600 s，发动机水平推力做功的功率P＝＝≈2.67×107 W。
(2)燃烧航空煤油的体积V＝5 000 L＝5 000 dm3＝5 m3，由ρ＝得燃烧航空煤油的质量m＝ρ煤油V＝0.8×103 kg/m3×5 m3＝4000 kg，航空煤油完全燃烧放出的热量Q吸＝mq＝4 000 kg×4×107 J/kg＝1.6×1011 J。
(3)发动机的热机效率η＝×100%＝×100%＝60%。