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13.4 热机效率与环境保护
一、单选题
1．如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的水进行加热，两图装置均相同。燃料的质量用m表示，燃料充分燃尽时水升高的温度用Δt表示（水未沸腾）（ ）
A．若m相同，Δt越小，燃料的热值越大 B．若Δt相同，m越大，燃料的热值越大
C．若的值越大，燃料的热值越大 D．若的值越大，燃料的热值越大
2．小明阅读了某汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图所示，汽油热值为4.6×107J/kg。下列说法错误的是（ ）
A．发动机在做功冲程把内能转化为机械能
B．该内燃机的效率为30%
C．为确保发动机正常工作，可用水对其冷却
D．燃烧1kg的汽油一定释放4.6×107J的能量
3．下列选项可能符合汽车等热机能量流向的是（ ）
A． B．
C． D．
4．如图是“探究不同物质吸热升温的现象”和“比较不同燃料燃烧时放出的热量”的甲、乙两组实验装置，下列关于两组实验的说法正确的是（ ）
A．每组实验中，燃料的质量均应相等
B．每组实验中，杯中物质的质量均应相等
C．每组实验中，都需要用到天平和秒表
D．每组实验中，均应保证温度计上升的示数相同
5．小明用酒精灯将质量为100g、初温为20℃的水加热到90℃（未沸腾），共燃烧了7g酒精[c水=4.2103J/（kg℃，酒精的热值为q=3107J/kg]。则（ ）
A．水吸收的热量是2.94×107J，效率为14%
B．水吸收的热量是2.94×104J，效率为14%
C．水吸收的热量是2.94×107J，效率为1.4%
D．水吸收的热量是2.94×104J，效率为1.4%
6．做同样的有用功，甲、乙柴油机用时和消耗柴油对比如下，下列说法正确的是（ ）
柴油机 完成工作量 时间 消耗柴油
甲 相同 3h 5kg
乙 2h 6kg
A．甲的功率较大，热机效率较低 B．甲的功率较大，热机效率较高
C．乙的功率较大，热机效率较高 D．乙的功率较大，热机效率较低
7．甲、乙两台汽油机，甲汽油机的效率为30%，乙汽油机的效率为20%，则下列说法正确的是（ ）
A．甲汽油机做的功比乙汽油机做的功多
B．甲汽油机的功率比乙汽油机的功率大
C．在相同的时间内甲汽油机燃烧的汽油比乙汽油机的多
D．在消耗相同的汽油时，甲汽油机做的有用功比乙汽油机多
8．双燃料汽车以天然气或汽油作为燃料，以下说法正确的是（ ）
A．在压缩冲程中，燃料混合物的内能增大，温度升高
B．以天然气为燃料，汽车发动机的效率可以达到100%
C．燃料的热值越大，燃烧时放出的热量越多
D．汽油与天然气相比，燃烧时汽油对环境的污染较小
二、填空题
9．汽油机的工作过程是由吸气、压缩、 和排气四个冲程组成的．完全燃烧的汽油可以放出 的热量（汽油的热值为）．随着“西气东输”工程的实施，我国有些城市开始使用天然气取代煤气和液化石油气，天然气热学方面突出的优点是 ；环保方面突出的优点是 ．
10．全球首款热效率达50%的商业化柴油机已发布，如果应用在汽车上将会节约更多的燃料。假设某辆柴油机汽车原效率为40%，每年消耗柴油1800kg，换用新的柴油机后，每年可以节约燃油 kg。
11．小明利用家中的燃气表和温度计测量燃气灶烧水的效率。将的水从加热到，消耗了天然气（假设天然气完全燃烧），已知水的比热容为，天然气的热值为，则此次燃气灶烧水的效率为 。
12．某品牌汽车汽油机的能量流程图如图所示，若汽车行驶过程中消耗汽油0.2kg，已知汽油的热值为4.2×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，假如这些汽油完全燃烧，将释放 J的热量，牵引力做的功是 J。
13．“自嗨锅”成为当下一种时尚快餐，很受年轻人喜爱。它里面的发热包在将600g水从10℃加热至沸腾（标准气压下）的过程中，提供给水的热量至少为 J。如果用酒精灯给600g水加热升高同样温度，至少需要 g酒精。[，]
14．如图所示，甲、乙、丙三幅图中装置完全相同，燃料质量都是10g，烧杯内液体质量均为100g。小明要比较煤油和菜籽油的热值大小，他应该利用图中 两个装置进行实验；若要比较不同物质吸热升温的现象，应选择 两个装置进行实验。
三、实验题
15．小王和小明利用如图两套装置探究①“不同物质吸热升温的现象”以及②“不同燃料充分燃烧放热的现象”，液体和燃料的质量以及种类根据实验的需要和方便进行正确选取。
（1）两个实验中都要控制 （填“燃料、杯中液体”）质量相等；
（2）在探究“不同物质吸热升温的特点”时，物质吸热的多少是通过 来反映的；在探究“燃料燃烧放出的热量”，燃烧放热多少是通过 来反映的（填写序号）；
A．温度计上升的示数 B．加热时间
（3）假设在两个探究中根据所测数据都画出了如图图像（不计热量的损失），则根据图像可计算出，探究①“不同物质吸热升温的现象”中，图像一和图像二表示两种物质的比热容之比为 ；②“不同燃料充分燃烧放热的现象”中，图像一和图像二表示两种燃料的热值之比为 。
四、简答题
16．热机的效率是衡量汽车发动机性能的关键指标。我国潍柴集团发布全球首款热机的效率突破50%的商业化柴油机，这一成果的意义犹如人类历史上首次百米赛跑突破10s。立志成为汽车设计师的小雨，也想设计改造发动机，使热机的效率达80%。
问题一：考虑影响热机效率的因素，你认为小雨可以在哪些方面改进创新？
问题二：假如小雨的设想实现了，会给我们的生活带来哪些影响？（写出一条即可）
五、计算题
17．如图所示，某同学用燃气灶烧水给餐具消毒。已知密闭锅内水的质量为5kg，水的初温为22℃，当水刚好烧开时，共消耗了0.06m3的天然气，该燃气灶烧水的热效率为70%。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值为4.0×107J/m3]求：
（1）0.06m3的天然气完全燃烧所放出的热量；
（2）以上过程中，水吸收的热量；
（3）密闭的锅内水烧开时的温度。
18．顺口溜“五月五、过端午、蒸粽子、吃包子、挂菖蒲、佩香囊、赛龙舟”，生动的呈现了某地端午文化习俗。蒸粽子是利用水沸腾产生的蒸气进行加热。若将2.5kg的水加热到沸腾，水温升高了80℃，[c水=4.2×103J/（kg·℃），q煤=3×107J/kg]，在此过程中，求：
（1）水吸收的热量；
（2）采用煤炉加热，煤炉加热水的效率为10%，煤燃烧放出的热量；
（3）需要完全燃烧煤的质量。
试卷第1页，共3页
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13.4 热机效率与环境保护
一、单选题
1．如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的水进行加热，两图装置均相同。燃料的质量用m表示，燃料充分燃尽时水升高的温度用Δt表示（水未沸腾）（ ）
A．若m相同，Δt越小，燃料的热值越大 B．若Δt相同，m越大，燃料的热值越大
C．若的值越大，燃料的热值越大 D．若的值越大，燃料的热值越大
【答案】D
【解析】我们假定为两套装置的加热水的效率是相同的。燃料的热值大小不能直接测量，需要通过水吸收热量的多少来体现燃料燃烧放出热量的多少，而水吸收热量的多少跟水的质量和升高的温度有关，因此为了比较热值大小可以利用Q吸=Q放η，而
Q吸=c水m水Δt
Q放=mq
即
c水m水Δt=mqη
解得
通过这个式子可以做以下推导：
A．若m相同，Δt越小，则燃料的热值越小，故A错误，不符合题意；
B．若Δt相同，m越大，则燃料的热值越小，故B错误，不符合题意；
C．若的值越大，即的值越小，则燃料的热值越小，故C错误，不符合题意；
D．若的值越大，则燃料的热值越大，故D正确，符合题意。
故选D。
2．小明阅读了某汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图所示，汽油热值为4.6×107J/kg。下列说法错误的是（ ）
A．发动机在做功冲程把内能转化为机械能
B．该内燃机的效率为30%
C．为确保发动机正常工作，可用水对其冷却
D．燃烧1kg的汽油一定释放4.6×107J的能量
【答案】D
【解析】A．汽车的内燃机只有做功冲程和压缩冲程有能量转化，做功冲程将内能转化为机械能，压缩冲程将机械能转化为内能，故A正确，不符合题意；
B．由图可知，该内燃机的效率
η=100%-(33%+30%+7%)=30%
故B正确，不符合题意；
C．由Q=cmΔt可知，质量相同的不同物质，升高相同温度时，比热容越大的物质，吸收的热量越多；水的比热容较大，因此为确保发动机正常工作，可用水对其冷却，故C正确，不符合题意；
D．1kg的汽油完全燃烧可以放出4.6×107J的能量，但选项中未明确汽油完全燃烧，因此燃烧1kg的汽油不一定释放4.6×107J的能量，故D错误，符合题意。
故选D。
3．下列选项可能符合汽车等热机能量流向的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】D
【解析】热机燃烧燃料放出的能量，有部分转化为提供热机动力的机械能，还有相当部分能量散失了。而汽油机的效率一般为20%~30%，则机械能约为
W机械能=ηW=30%×1000J=300J
散失的内能
W内能=W-W机械能=1000J-300J=700J
故ABC不符合题意，D符合题意。
故选D。
4．如图是“探究不同物质吸热升温的现象”和“比较不同燃料燃烧时放出的热量”的甲、乙两组实验装置，下列关于两组实验的说法正确的是（ ）
A．每组实验中，燃料的质量均应相等
B．每组实验中，杯中物质的质量均应相等
C．每组实验中，都需要用到天平和秒表
D．每组实验中，均应保证温度计上升的示数相同
【答案】B
【解析】AB．根据“比较不同燃料燃烧放出的热量大小”和探究“不同物质吸热升温现象”两实验的要求，容器中被加热物质的质量都要相同，而探究“不同物质吸热升温现象”实验时，不需要控制燃料的质量相同，故A错误，B正确；
C．甲组实验中需要控制水和沙子的质量相同，所以需要用到天平，实验可以根据加热时间来比较吸热的多少，所以需要用到秒表；乙组实验中需要控制酒精和碎纸、两个烧杯内液体的质量相同，所以需要用到天平，实验中根据温度计示数的变化来比较吸热的多少，不需要用秒表，故C错误；
D．甲实验中两种液体升高相同的温度，根据加热时间比较吸收热量的多少；乙实验中两种燃料全部燃烧完后，通过观察温度计示数来反映燃料放热的多少，所以乙实验中不需要温度计示数相同，故D错误。
故选B。
5．小明用酒精灯将质量为100g、初温为20℃的水加热到90℃（未沸腾），共燃烧了7g酒精[c水=4.2103J/（kg℃，酒精的热值为q=3107J/kg]。则（ ）
A．水吸收的热量是2.94×107J，效率为14%
B．水吸收的热量是2.94×104J，效率为14%
C．水吸收的热量是2.94×107J，效率为1.4%
D．水吸收的热量是2.94×104J，效率为1.4%
【答案】B
【解析】A C．水吸收的热量是
故A错误；C错误；
B D．燃料完全燃烧释放的热量为
效率为
故B正确；D错误。
故选B。
6．做同样的有用功，甲、乙柴油机用时和消耗柴油对比如下，下列说法正确的是（ ）
柴油机 完成工作量 时间 消耗柴油
甲 相同 3h 5kg
乙 2h 6kg
A．甲的功率较大，热机效率较低 B．甲的功率较大，热机效率较高
C．乙的功率较大，热机效率较高 D．乙的功率较大，热机效率较低
【答案】D
【解析】由可得，甲、乙两台柴油机完成工作量相同，甲所用的时间大于乙所用的时间，所以P甲＜P乙。
甲、乙两台热机消耗的总能量分别为
由于m甲＜m乙，所以W甲＜W乙；利用能量的利用效率的计算公式可知，在有用功相同的情况下，消耗的总能量越少，效率就越高，所以乙柴油机的效率低。故D正确。
故选D。
7．甲、乙两台汽油机，甲汽油机的效率为30%，乙汽油机的效率为20%，则下列说法正确的是（ ）
A．甲汽油机做的功比乙汽油机做的功多
B．甲汽油机的功率比乙汽油机的功率大
C．在相同的时间内甲汽油机燃烧的汽油比乙汽油机的多
D．在消耗相同的汽油时，甲汽油机做的有用功比乙汽油机多
【答案】D
【解析】A．做功的多少与功率和做功的时间有关系，与其效率无关，故A错误；
B．效率表示功的利用率；功率表示做功快慢，这两个物理量是没有必然的联系的。故B错误；
C．汽油机燃烧汽油的多少与功率和效率都有关系，其主要与汽油机的功率有关，故C错误；
D．甲汽油机的效率高于乙汽油机的效率，说明：消耗相同的汽油，甲汽油机做的有用功多，即输出的能量多，故D正确。
故选D。
8．双燃料汽车以天然气或汽油作为燃料，以下说法正确的是（ ）
A．在压缩冲程中，燃料混合物的内能增大，温度升高
B．以天然气为燃料，汽车发动机的效率可以达到100%
C．燃料的热值越大，燃烧时放出的热量越多
D．汽油与天然气相比，燃烧时汽油对环境的污染较小
【答案】A
【解析】A．在压缩冲程中，通过做功的方式使燃料混合物的内能增大，温度升高，故A正确；
B．以天然气为燃料，仍有热散失、汽车发动机的效率不可能达到100%，故B错误；
C．燃料燃烧放出的热量与燃料的热值和质量有关，故C错误；
D．用天然气作燃料，目的是减少对环境的污染，故D错误。
故选A。
二、填空题
9．汽油机的工作过程是由吸气、压缩、 和排气四个冲程组成的．完全燃烧的汽油可以放出 的热量（汽油的热值为）．随着“西气东输”工程的实施，我国有些城市开始使用天然气取代煤气和液化石油气，天然气热学方面突出的优点是 ；环保方面突出的优点是 ．
【答案】 做功 热值大 节能污染小
【解析】内燃机的一个工作循环由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程四个冲程组成的；完全燃烧10kg的汽油可以放出的热量：Q＝mq＝4.6×107J/kg×10kg＝4.6×108J；液化气相对煤炭而言，热值大、节能；环保方面而言相对污染较小；
【点睛】汽油机的一个工作循环由四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程；燃烧汽油所产生的热量可以用公式Q＝mq进行求解计算．
10．全球首款热效率达50%的商业化柴油机已发布，如果应用在汽车上将会节约更多的燃料。假设某辆柴油机汽车原效率为40%，每年消耗柴油1800kg，换用新的柴油机后，每年可以节约燃油 kg。
【答案】360
【解析】每年消耗柴油1800kg，柴油放出的热量为
则柴油机有效利用的能量为
换用新的柴油机后，每年消耗的汽油质量为
每年可以节约燃油
故每年可以节约燃油为。
11．小明利用家中的燃气表和温度计测量燃气灶烧水的效率。将的水从加热到，消耗了天然气（假设天然气完全燃烧），已知水的比热容为，天然气的热值为，则此次燃气灶烧水的效率为 。
【答案】
【解析】水吸收的热量为
天然气放出的热量为
燃气灶烧水的效率为
12．某品牌汽车汽油机的能量流程图如图所示，若汽车行驶过程中消耗汽油0.2kg，已知汽油的热值为4.2×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，假如这些汽油完全燃烧，将释放 J的热量，牵引力做的功是 J。
【答案】 8.4×106 2.94×106
【解析】[1]假如这些汽油完全燃烧，释放的热量
Q放=qm=4.2×107J/kg×0.2kg=8.4×106J
[2]汽油机输出的有用功的效率
η=1-33%-25%-7%=35%
则牵引力做的功
W有用=ηQ放=35%×8.4×106J=2.94×106J
13．“自嗨锅”成为当下一种时尚快餐，很受年轻人喜爱。它里面的发热包在将600g水从10℃加热至沸腾（标准气压下）的过程中，提供给水的热量至少为 J。如果用酒精灯给600g水加热升高同样温度，至少需要 g酒精。[，]
【答案】 2.268×105 7.56
【解析】[1]标准大气压下，水的沸点为100℃，水温度的变化量为
Δt=t-t0=100℃-10℃=90℃
提供给水的热量至少为
Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×0.6kg×90℃=2.268×105J
[2]当酒精完全燃烧放出的热量全部被水吸收时，需要的燃烧的酒精的质量最少，即
Q放=Q吸=2.268×105J
则至少需要酒精的质量为
14．如图所示，甲、乙、丙三幅图中装置完全相同，燃料质量都是10g，烧杯内液体质量均为100g。小明要比较煤油和菜籽油的热值大小，他应该利用图中 两个装置进行实验；若要比较不同物质吸热升温的现象，应选择 两个装置进行实验。
【答案】 甲、丙 甲、乙
【解析】[1]为了比较热值大小，要用不同的燃料，加热质量相同的同种液体，根据，液体升温越高，则燃料放出的热量越多，这种燃料热值越大，故应选择甲、丙两图进行实验。
[2]要比较不同物质吸热升温的现象，则需要燃烧相同的燃料（确保相同时间放出的热量相同），加热相同的时间，比较质量和初温相同的不同液体升高的温度，应选择甲、乙两图进行实验。
三、实验题
15．小王和小明利用如图两套装置探究①“不同物质吸热升温的现象”以及②“不同燃料充分燃烧放热的现象”，液体和燃料的质量以及种类根据实验的需要和方便进行正确选取。
（1）两个实验中都要控制 （填“燃料、杯中液体”）质量相等；
（2）在探究“不同物质吸热升温的特点”时，物质吸热的多少是通过 来反映的；在探究“燃料燃烧放出的热量”，燃烧放热多少是通过 来反映的（填写序号）；
A．温度计上升的示数 B．加热时间
（3）假设在两个探究中根据所测数据都画出了如图图像（不计热量的损失），则根据图像可计算出，探究①“不同物质吸热升温的现象”中，图像一和图像二表示两种物质的比热容之比为 ；②“不同燃料充分燃烧放热的现象”中，图像一和图像二表示两种燃料的热值之比为 。
【答案】 杯中液体 B A 1：4 2：1
【解析】（1）[1]在探究不同物质吸热升温现象的实验中，除了物质的种类不同外，其它因素都应保持一样，所以应让杯中的液体质量相等；在探究不同燃料充分燃烧放热现象的实验中，除了燃料的种类不同外，其它因素都应一致，所以杯中液体的质量应相等。所以两个实验都控制杯中液体的质量相等。
（2）[2]在探究不同物质吸热升温特点时，应让相同的热源给不同种类的质量相同的液体加热，则在相同时间内热源放出的热量相同，液体吸收的热量也相同，不同时间内吸收的热量不同，所以物质吸热的多少是通过加热时间来反映的。故A不符合题意，B符合题意。
故选B。
[3]在探究燃料燃烧放出的热量的实验中，应让质量相同的不同种燃料给质量相同的同种液体加热，则液体吸收的热量不同，温度计的示数也不同，所以燃烧放热的多少是通过温度计上升的示数来反映的，故A符合题意，B不符合题意。
故选A。
（3）[4]由图像知，两种液体的温度都升到40℃即升高相同的温度10℃时，图像一的物质用时10min，图像二的物质用时40min，那么升高相同的温度，图像二的物质吸收的热量是图像一物质吸收热量的4倍。据Q吸=cm(t-t0)知，在质量相同、升高温度相同时，比热容与吸收的热量成正比，所以
c1:c2=Q吸1:Q吸2=1︰4
[5]由图像知，完全燃烧质量相同的不同种燃料给相同的液体加热时，图像一、二中的液体升高的温度分别为
，
即在这个过程中，图像一液体吸收的热量是图像二液体吸收的热量的2倍，而燃料燃烧放出的热量全部被液体吸收，所以图像一中燃料完全燃烧放出的热量是图像二中燃烧完全燃烧放出热量的2倍。据Q放=mq知，完全燃烧相同质量的燃料时，热值与放出的热量成正比，所以
q1:q2=Q放1:Q放2=2︰1
四、简答题
16．热机的效率是衡量汽车发动机性能的关键指标。我国潍柴集团发布全球首款热机的效率突破50%的商业化柴油机，这一成果的意义犹如人类历史上首次百米赛跑突破10s。立志成为汽车设计师的小雨，也想设计改造发动机，使热机的效率达80%。
问题一：考虑影响热机效率的因素，你认为小雨可以在哪些方面改进创新？
问题二：假如小雨的设想实现了，会给我们的生活带来哪些影响？（写出一条即可）
【答案】（一）可以改良发动机结构，减少能量损失；（二）节能和保护环境
【解析】（1）为了提高热机效率，可以改良发动机结构，减少能量损失，提高内能转化为机械能的效率。
（2）假如小明的设想实现了，热机效率的提高可以减少燃油的消耗，可以节约能源，较少柴油机的排放量，从而保护环境。
五、计算题
17．如图所示，某同学用燃气灶烧水给餐具消毒。已知密闭锅内水的质量为5kg，水的初温为22℃，当水刚好烧开时，共消耗了0.06m3的天然气，该燃气灶烧水的热效率为70%。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值为4.0×107J/m3]求：
（1）0.06m3的天然气完全燃烧所放出的热量；
（2）以上过程中，水吸收的热量；
（3）密闭的锅内水烧开时的温度。
【答案】（1）2.4×106J；（2）1.68×106J；（3）102℃
【解析】解：（1）天然气的热值为4.0×107J/m3，根据Q=Vq可得，0.06m3的天然气完全燃烧所放出的热量为
Q放=Vq=0.06m3×4.0×107J/m3=2.4×106J
（2）燃气灶烧水的热效率为70%，水吸收的热量为
（3）烧开水时，水的温度变化为
所以密闭的锅内水烧开时的温度
答：（1）0.06m3的天然气完全燃烧所放出的热量为2.4×106J；
（2）以上过程中，水吸收的热量1.68×106J；
（3）密闭的锅内水烧开时的温度为102℃。
18．顺口溜“五月五、过端午、蒸粽子、吃包子、挂菖蒲、佩香囊、赛龙舟”，生动的呈现了某地端午文化习俗。蒸粽子是利用水沸腾产生的蒸气进行加热。若将2.5kg的水加热到沸腾，水温升高了80℃，[c水=4.2×103J/（kg·℃），q煤=3×107J/kg]，在此过程中，求：
（1）水吸收的热量；
（2）采用煤炉加热，煤炉加热水的效率为10%，煤燃烧放出的热量；
（3）需要完全燃烧煤的质量。
【答案】（1）8.4×105J；（2）8.4×106J；（3）0.28kg
【解析】解：（1）根据可知，水吸收的热量
（2）采用煤炉加热，煤炉加热水的效率为10%，根据可知，煤燃烧放出的热量为
（3）根据Q放=mq可知，需要完全燃烧煤的质量为
答：（1）水吸收的热量为8.4×105J；
（2）采用煤炉加热，煤炉加热水的效率为10%，煤燃烧放出的热量为8.4×106J；
（3）需要完全燃烧煤的质量为0.28kg。
试卷第1页，共3页
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