第十四章 内能的利用(时间：90分钟 满分：100分)
一、选择题(本题共10小题，每小题3分，共30分)
1．我国申报的“中国传统制茶技艺及其相关习俗”通过评审，列入联合国教科文组织人类非物质文化遗产代表作名录，世界遗产再添中国元素。一杯绿茶端到客人面前，茶香四溢，下列说法正确的是( )
A．热的茶水含有的热量多
B．茶水冷却过程中，茶水的内能不断增加
C．泡茶的水温度越高，分子热运动越剧烈
D．烧水时水蒸气将壶盖顶起是机械能转化为内能
2．搭载问天实验舱的长征五号B遥三运载火箭，在我国文昌航天发射场点火发射并取得圆满成功。下列说法正确的是( )
A．火箭使用液氢燃料，主要利用了液氢的比热容较大
B．无论液氢燃料燃烧得充不充分，其热值不变
C．燃料燃烧推动火箭升空是把机械能转化为内能
D．燃料可以完全燃烧，并将内能全部转化为机械能
3．关于温度、热量和内能，下列说法正确的是( )
A．温度相同的物体内能一定相等
B．汽油机做功冲程中燃气的内能减小
C．我们不敢大口喝热气腾腾的汤，是因为汤含有的热量较多
D．电能可以使灯泡发光，同时产生内能，这些内能又可以自动地转化为电能
4．如图所示是探究能量转化的装置，下列相关说法错误的是( )
A.水蒸气驱动叶轮转动，水蒸气的内能减小
B．实验过程中，燃料的化学能直接转化为叶轮的机械能
C．对水加热过程中是通过热传递使水的内能增大的
D．此实验展现了热机工作时的能量转化过程
5．关于四冲程内燃机，下列说法正确的是( )
A．汽油机和柴油机都是内燃机，吸入汽缸的物质相同
B．汽油机和柴油机都是通过火花塞点火的
C．燃料在汽缸内猛烈燃烧，燃料热值迅速减小
D．压缩冲程主要是通过做功的方式增大缸内气体的内能
6．下列从能量转化的角度阐释的效率的意义，说法正确的是( )
A．某太阳能电池工作的效率是16%，意义是该太阳能电池把接收到的16%的太阳能转化为电能
B．某电动机工作的效率是83%，意义是该电动机可以把17%的电能转化为机械能
C．某锂电池充电时的效率是99%，意义是该锂电池充电时可以把99%的化学能转化为电能
D．某柴油机工作的效率是35%，意义是该柴油机把柴油燃烧时释放能量的35%转化为机械能
7．如图是小球在地面弹跳的频闪照片，下列说法中正确的是( )
A.小球弹起的高度越来越小，说明小球在此过程中能量不守恒
B．根据能量守恒定律，在此过程中小球的机械能总量是保持不变的
C．在小球的运动中，有一部分机械能转化成了内能
D．此过程说明了能量守恒定律是需要建立在一定的条件之上才能成立的
8．关于热机，下列说法中正确的是( )
A．热机是把机械能转化为内能的发动机
B．热机的应用不会给环境带来污染
C．在不久的将来热机效率会达到100%
D．热机效率越高，在做功同样多的情况下，消耗的燃料更少
9．为实现国家关于“碳达峰”“碳中和”目标，某汽车集团研发了一款汽车。该款汽车发动机工作时，效率更高，动力更强劲。如图为其发动机某一冲程的示意图，下列有关说法中正确的是( )
A.该款汽车发动机工作时，效率更高，是因为它使用了热值更大的汽油
B．如图所示为做功冲程，内能转化为机械能，需要靠飞轮的惯性来完成
C．该款汽油机的吸气冲程只用吸入汽油
D．若该汽油机飞轮的转速为1200 r/min，则在1 s内汽油机对外做了10次功
10．最新一款无人驾驶汽车，自动驾驶时使用传感器和激光测距仪来了解周围的交通状况。该款车以72 km/h的速度在一段平直的公路上匀速行驶了8 km，消耗汽油1.6 L，汽油机的效率为30%。在这段运动过程中，下列说法(ρ汽油＝0.75×103 kg/m3，q汽油＝4.6×107 J/kg)( )
①所消耗汽油的质量是1.2 kg；
②汽油完全燃烧所放出的热量是6.9×107 J；
③汽车发动机的功率是41400 W；
④汽车发动机的牵引力是575 N。
A．只有①②正确 B．只有②③正确
C．只有①③正确 D．只有①④正确
二、填空题(本题共10小题，每空1分，共18分)
11．小华在做如图所示的滚摆实验中，发现滚摆每次上升的高度逐渐减小。在这个过程中，机械能__ __，总的能量__ __。(均选填“守恒”或“不守恒”)
12．甲、乙是两个演示实验示意图；丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图。与压缩冲程原理相同的是__ __图所示的演示实验；汽油机利用内能来做功的冲程是__ __图。
13．“氢”风徐来，2022年北京冬奥会大规模示范应用氢能源汽车。氢具有很多优点，在燃料的属性中，其__ __较高；另外，氢能源汽车还比燃油汽车更环保，因为燃油汽车热机在工作过程中，通过__ __冲程不断排放尾气，给城市带来空气污染。
14．C919大型客机的发动机选用航空煤油作为燃料，假如航空煤油的热值为4.6×107J/kg，完全燃烧100 kg航空煤油放出的热量为__ __J。
15．如图所示表示汽油机的__ __冲程，汽车汽油机工作过程中，水箱中的水温度会升高，这是通过__ __的方式使水的内能增加。若汽车水箱内装有质量为4 kg、温度为25 ℃的水，一段时间后水的温度变成了50 ℃，那么水吸收的热量为__ __J。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
16．新型生物质能燃气炉以热值为1.0×107 J/kg的秸秆作燃料。完全燃烧0.84 kg的秸秆释放的热量全部被水吸收，可使__ __kg的水从30 ℃上升到50 ℃。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
17．家庭中使用电热壶烧开水，能量的转化是__ __；若4.2×105 J的热量全部被水吸收，在1个标准大气压下，能将2 kg、20 ℃的水加热到__ __℃。[c水＝4.2×103 J/( kg·℃)]
18．安全、清洁、方便的太阳能越来越受到人们的重视和广泛利用。某太阳能热水器内装有质量为100 kg、温度为20 ℃的水，在太阳照射一段时间后，水温升高到60 ℃，则水吸收的热量是__ __J，这些能量相当于完全燃烧__ __m3天然气放出的热量。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q天然气＝4×107 J/m3]
19．一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3600 r/min，该汽油机1 s对外做功__ __次；若其效率为40%，消耗5 kg的汽油对外做的有用功是__ __J。(q汽油＝4.6×107 J/kg)
20．一款越野摩托车以8 kW的输出功率匀速行驶30 min，发动机的效率为40%，则需消耗燃油__ __kg。(假设燃油完全燃烧，燃油的热值为4.0×107 J/kg)
三、实验探究题(本题共2小题，第21小题12分，第22小题12分，共24分)
21．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置相同，燃料的质量都是10 g，烧杯内的液体初温相同，当燃料燃烧完时(烧杯内的液体均未沸腾)，立即读取相应温度计的读数，分别为t甲、t乙和t丙，且有t甲>t乙>t丙。
(1)组装上图装置时应__ __(选填“自上而下”或“自下而上”)。
(2)在实验中，三个烧杯中a、b液体的__ __(选填“质量”或“体积”)必须相同。
(3)比较不同物质的比热容，应选择__ __两图进行实验，实验液体a的比热容ca与实验液体b的比热容cb相比，有ca__ __(选填“>”“＝”或“<”)cb。
(4)比较不同物质的热值，应选择__ __两图进行实验，实验燃料1的热值q1与实验燃料2的热值q2相比，有q1__ __(选填“>”“＝”或“<”)q2。
22．小王学习燃料的热值之后，自己设计一个实验来探究酒精和碎纸片的热值大小，实验装置如图甲、乙所示。
(1)为保证实验结论的可靠，在实验中应控制的因素有：__ __、__ __等。
(2)实验数据记录如表，根据表中数据，计算出碎纸片的热值是__ __J/kg。
燃料 加热前水温/℃ 燃料燃尽时水温/℃ 燃料的热值/(J·kg－1)
酒精 15 35 2.4×106
碎纸片 15 25 ？
(3)小方同学用同样的装置进行实验，在实验中两种燃料完全燃烧完之前都使得水沸腾了，你能否比较出两种燃料的热值？__ __(选填“能”或“不能”)，理由：__ __，为避免这种情况的出现，你可以对他提出什么改进建议？__ __。
四、综合应用题(本题共2小题，第23小题12分，第24小题16分，共28分)
23．我国已经从餐饮废油(俗称“地沟油”)中成功提炼出供飞机使用的生物航空煤油(以下简称生物航煤)，其热值与传统的航空煤油热值相当，是一种绿色环保的能源。兴趣小组想知道生物航煤热值的大小，于是完全燃烧了0.7 kg的生物航煤给水加热，将40 kg的水从20 ℃加热到70 ℃，该加热装置的热效率为30%。已知水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃)。求：
(1)此过程中水吸收的热量。
(2)此过程中生物航煤完全燃烧放出的热量。
(3)生物航煤的热值。
24．如图所示为某建筑工地使用的混凝土搅拌车，空车质量为12 t，内部容量12 m3，装满了密度为2×103 kg/m3的混凝土；当车以72 km/h的速度在平直公路上匀速行驶时，发动机的功率是200 kW。(柴油热值取4.0×107 J/kg，g取10 N/kg)求：
(1)搅拌车静止时，对水平地面的压强是2.4×105 Pa，搅拌车与地面接触面积是多少？
(2)搅拌车在上述公路行驶时受到的阻力是多少？
(3)搅拌车在上述公路行驶10 km消耗柴油6.25 kg，则其发动机的效率是多少？第十四章 内能的利用(时间：90分钟 满分：100分)
一、选择题(本题共10小题，每小题3分，共30分)
1．我国申报的“中国传统制茶技艺及其相关习俗”通过评审，列入联合国教科文组织人类非物质文化遗产代表作名录，世界遗产再添中国元素。一杯绿茶端到客人面前，茶香四溢，下列说法正确的是( C )
A．热的茶水含有的热量多
B．茶水冷却过程中，茶水的内能不断增加
C．泡茶的水温度越高，分子热运动越剧烈
D．烧水时水蒸气将壶盖顶起是机械能转化为内能
2．搭载问天实验舱的长征五号B遥三运载火箭，在我国文昌航天发射场点火发射并取得圆满成功。下列说法正确的是( B )
A．火箭使用液氢燃料，主要利用了液氢的比热容较大
B．无论液氢燃料燃烧得充不充分，其热值不变
C．燃料燃烧推动火箭升空是把机械能转化为内能
D．燃料可以完全燃烧，并将内能全部转化为机械能
3．关于温度、热量和内能，下列说法正确的是( B )
A．温度相同的物体内能一定相等
B．汽油机做功冲程中燃气的内能减小
C．我们不敢大口喝热气腾腾的汤，是因为汤含有的热量较多
D．电能可以使灯泡发光，同时产生内能，这些内能又可以自动地转化为电能
4．如图所示是探究能量转化的装置，下列相关说法错误的是( B )
A.水蒸气驱动叶轮转动，水蒸气的内能减小
B．实验过程中，燃料的化学能直接转化为叶轮的机械能
C．对水加热过程中是通过热传递使水的内能增大的
D．此实验展现了热机工作时的能量转化过程
5．关于四冲程内燃机，下列说法正确的是( D )
A．汽油机和柴油机都是内燃机，吸入汽缸的物质相同
B．汽油机和柴油机都是通过火花塞点火的
C．燃料在汽缸内猛烈燃烧，燃料热值迅速减小
D．压缩冲程主要是通过做功的方式增大缸内气体的内能
6．下列从能量转化的角度阐释的效率的意义，说法正确的是( A )
A．某太阳能电池工作的效率是16%，意义是该太阳能电池把接收到的16%的太阳能转化为电能
B．某电动机工作的效率是83%，意义是该电动机可以把17%的电能转化为机械能
C．某锂电池充电时的效率是99%，意义是该锂电池充电时可以把99%的化学能转化为电能
D．某柴油机工作的效率是35%，意义是该柴油机把柴油燃烧时释放能量的35%转化为机械能
7．如图是小球在地面弹跳的频闪照片，下列说法中正确的是( C )
A.小球弹起的高度越来越小，说明小球在此过程中能量不守恒
B．根据能量守恒定律，在此过程中小球的机械能总量是保持不变的
C．在小球的运动中，有一部分机械能转化成了内能
D．此过程说明了能量守恒定律是需要建立在一定的条件之上才能成立的
8．关于热机，下列说法中正确的是( D )
A．热机是把机械能转化为内能的发动机
B．热机的应用不会给环境带来污染
C．在不久的将来热机效率会达到100%
D．热机效率越高，在做功同样多的情况下，消耗的燃料更少
9．为实现国家关于“碳达峰”“碳中和”目标，某汽车集团研发了一款汽车。该款汽车发动机工作时，效率更高，动力更强劲。如图为其发动机某一冲程的示意图，下列有关说法中正确的是( D )
A.该款汽车发动机工作时，效率更高，是因为它使用了热值更大的汽油
B．如图所示为做功冲程，内能转化为机械能，需要靠飞轮的惯性来完成
C．该款汽油机的吸气冲程只用吸入汽油
D．若该汽油机飞轮的转速为1200 r/min，则在1 s内汽油机对外做了10次功
10．最新一款无人驾驶汽车，自动驾驶时使用传感器和激光测距仪来了解周围的交通状况。该款车以72 km/h的速度在一段平直的公路上匀速行驶了8 km，消耗汽油1.6 L，汽油机的效率为30%。在这段运动过程中，下列说法(ρ汽油＝0.75×103 kg/m3，q汽油＝4.6×107 J/kg)( C )
①所消耗汽油的质量是1.2 kg；
②汽油完全燃烧所放出的热量是6.9×107 J；
③汽车发动机的功率是41400 W；
④汽车发动机的牵引力是575 N。
A．只有①②正确 B．只有②③正确
C．只有①③正确 D．只有①④正确
二、填空题(本题共10小题，每空1分，共18分)
11．小华在做如图所示的滚摆实验中，发现滚摆每次上升的高度逐渐减小。在这个过程中，机械能__不守恒__，总的能量__守恒__。(均选填“守恒”或“不守恒”)
12．甲、乙是两个演示实验示意图；丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图。与压缩冲程原理相同的是__甲__图所示的演示实验；汽油机利用内能来做功的冲程是__丁__图。
13．“氢”风徐来，2022年北京冬奥会大规模示范应用氢能源汽车。氢具有很多优点，在燃料的属性中，其__热值__较高；另外，氢能源汽车还比燃油汽车更环保，因为燃油汽车热机在工作过程中，通过__排气__冲程不断排放尾气，给城市带来空气污染。
14．C919大型客机的发动机选用航空煤油作为燃料，假如航空煤油的热值为4.6×107J/kg，完全燃烧100 kg航空煤油放出的热量为__4.6×109__J。
15．如图所示表示汽油机的__压缩__冲程，汽车汽油机工作过程中，水箱中的水温度会升高，这是通过__热传递__的方式使水的内能增加。若汽车水箱内装有质量为4 kg、温度为25 ℃的水，一段时间后水的温度变成了50 ℃，那么水吸收的热量为__4.2×105__J。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
16．新型生物质能燃气炉以热值为1.0×107 J/kg的秸秆作燃料。完全燃烧0.84 kg的秸秆释放的热量全部被水吸收，可使__100__kg的水从30 ℃上升到50 ℃。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
17．家庭中使用电热壶烧开水，能量的转化是__电能转化为内能__；若4.2×105 J的热量全部被水吸收，在1个标准大气压下，能将2 kg、20 ℃的水加热到__70__℃。[c水＝4.2×103 J/( kg·℃)]
18．安全、清洁、方便的太阳能越来越受到人们的重视和广泛利用。某太阳能热水器内装有质量为100 kg、温度为20 ℃的水，在太阳照射一段时间后，水温升高到60 ℃，则水吸收的热量是__1.68×107__J，这些能量相当于完全燃烧__0.42__m3天然气放出的热量。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q天然气＝4×107 J/m3]
19．一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3600 r/min，该汽油机1 s对外做功__30__次；若其效率为40%，消耗5 kg的汽油对外做的有用功是__9.2×107__J。(q汽油＝4.6×107 J/kg)
20．一款越野摩托车以8 kW的输出功率匀速行驶30 min，发动机的效率为40%，则需消耗燃油__0.9__kg。(假设燃油完全燃烧，燃油的热值为4.0×107 J/kg)
三、实验探究题(本题共2小题，第21小题12分，第22小题12分，共24分)
21．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置相同，燃料的质量都是10 g，烧杯内的液体初温相同，当燃料燃烧完时(烧杯内的液体均未沸腾)，立即读取相应温度计的读数，分别为t甲、t乙和t丙，且有t甲>t乙>t丙。
(1)组装上图装置时应__自下而上__(选填“自上而下”或“自下而上”)。
(2)在实验中，三个烧杯中a、b液体的__质量__(选填“质量”或“体积”)必须相同。
(3)比较不同物质的比热容，应选择__甲、丙__两图进行实验，实验液体a的比热容ca与实验液体b的比热容cb相比，有ca__<__(选填“>”“＝”或“<”)cb。
(4)比较不同物质的热值，应选择__甲、乙__两图进行实验，实验燃料1的热值q1与实验燃料2的热值q2相比，有q1__>__(选填“>”“＝”或“<”)q2。
22．小王学习燃料的热值之后，自己设计一个实验来探究酒精和碎纸片的热值大小，实验装置如图甲、乙所示。
(1)为保证实验结论的可靠，在实验中应控制的因素有：__酒精和碎纸片的质量__、__两杯水的质量__等。
(2)实验数据记录如表，根据表中数据，计算出碎纸片的热值是__1.2×106__J/kg。
燃料 加热前水温/℃ 燃料燃尽时水温/℃ 燃料的热值/(J·kg－1)
酒精 15 35 2.4×106
碎纸片 15 25 ？
(3)小方同学用同样的装置进行实验，在实验中两种燃料完全燃烧完之前都使得水沸腾了，你能否比较出两种燃料的热值？__不能__(选填“能”或“不能”)，理由：__水沸腾后吸热温度保持不变，因此无法比较燃料放出热量的多少__，为避免这种情况的出现，你可以对他提出什么改进建议？__增加水的质量或减少燃料的质量__。
四、综合应用题(本题共2小题，第23小题12分，第24小题16分，共28分)
23．我国已经从餐饮废油(俗称“地沟油”)中成功提炼出供飞机使用的生物航空煤油(以下简称生物航煤)，其热值与传统的航空煤油热值相当，是一种绿色环保的能源。兴趣小组想知道生物航煤热值的大小，于是完全燃烧了0.7 kg的生物航煤给水加热，将40 kg的水从20 ℃加热到70 ℃，该加热装置的热效率为30%。已知水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃)。求：
(1)此过程中水吸收的热量。
(2)此过程中生物航煤完全燃烧放出的热量。
(3)生物航煤的热值。
解：(1)水吸收的热量Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×40 kg×(70 ℃－20 ℃)＝8.4×106 J (2)根据η＝×100%知，生物航煤完全燃烧放出的热量Q放＝＝＝2.8×107 J (3)生物航煤的热值q＝＝＝4×107 J/kg
24．如图所示为某建筑工地使用的混凝土搅拌车，空车质量为12 t，内部容量12 m3，装满了密度为2×103 kg/m3的混凝土；当车以72 km/h的速度在平直公路上匀速行驶时，发动机的功率是200 kW。(柴油热值取4.0×107 J/kg，g取10 N/kg)求：
(1)搅拌车静止时，对水平地面的压强是2.4×105 Pa，搅拌车与地面接触面积是多少？
(2)搅拌车在上述公路行驶时受到的阻力是多少？
(3)搅拌车在上述公路行驶10 km消耗柴油6.25 kg，则其发动机的效率是多少？
解：(1)混凝土的质量m＝ρV＝2×103 kg/m3×12 m3＝2.4×104 kg，货车满载时的总质量m总＝m空＋m货＝12×103 kg＋2.4×104 kg＝3.6×104 kg，搅拌车满载时的总重力G总＝m总g＝3.6×104 kg×10 N/kg＝3.6×105 N，搅拌车静止在水平地面上时，对地面的压力F＝G＝3.6×105 N，受力面积S＝＝＝1.5 m2 (2)搅拌车的速度v＝72 km/h＝20 m/s，牵引力F＝＝＝104 N，由于搅拌车在平直公路上匀速行驶，货车受到的阻力与货车的牵引力是一对平衡力，所以货车受到的阻力为f＝F＝104 N (3)搅拌车行驶的路程s＝10 km＝104 m；行驶的时间t＝＝＝500 s，搅拌车牵引力做的功W＝Pt＝200×103 W×500 s＝1×108 J；搅拌车消耗的柴油的质量m柴油＝6.25 kg，柴油完全燃烧放出的热量Q放＝m柴油q＝6.25 kg×4×107 J/kg＝2.5×108 J，搅拌车发动机的效率η＝×100%＝＝40%
