第十四章 内能的利用
(满分:90分 时间:75分钟)
一、选择题(本大题共10小题,每小题3分,共30分。每小题给出的四个选项中,第1～7小题只有一项符合题目要求,第8～10小题有多项符合题目要求。全部选对得 3分,选对但不全的得1分,有选错的得0分)
1.关于四冲程汽油机的工作过程,下列说法正确的是(C)
A.吸气冲程:只吸入空气 B.压缩冲程:汽缸内温度降低
C.做功冲程:气体推动活塞做功 D.排气冲程:内能转化为机械能
2.下列属于内能转化为机械能的是(C)
A.滑下滑梯 B.弯折铁丝 C.做功冲程 D.压缩空气点火
3.如图所示是完全燃烧A、B两种燃料的质量m与放出的热量Q的图象,由图象可知,A、B两种燃料的热值大小关系是(C)
A.qAC.qA>qB D.无法比较
4.关于能量守恒定律,下列说法正确的是(C)
A.能量可以凭空消失
B.能量可以凭空产生
C.能量在转化和转移过程中,能量的总量保持不变
D.热机在工作的过程中不遵循能量守恒定律
5.关于燃料的热值,以下说法正确的是(D)
A.燃料的热值与燃料的燃烧程度有关
B.容易燃烧的燃料,热值一定大
C.煤的热值比干木柴大,燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多
D.0.5 g汽油和2 kg汽油,它们的热值是一样的
6.关于汽油的比热容与热值,下列说法中正确的是(A)
A.汽油燃烧完一半,质量与体积变小,但剩下汽油的比热容与热值均不变
B.汽油的热值为4.6×107 J/kg,表示每燃烧1 kg的汽油可以获得4.6×107 J/kg的热量
C.汽油不燃烧时,热值为0,但比热容不为0
D.夏天人们喜欢往地上洒水降温,是利用水的比热容较大的性质
7.下列关于热和能的说法正确的是(A)
A.温度高的物体,内能不一定大
B.热传递过程中,传递的是温度
C.物体吸收热量,温度一定升高
D.内燃机工作时,压缩冲程将内能转化为机械能
8.小明利用燃气灶给20 kg初始温度为10 ℃的水加热,若完全燃烧0.3 kg的液化气,一标准大气压下,使水的温度升高到70 ℃[液化气的热值为q=4.2×107 J/kg,c水=4.2×103 J/(kg· ℃)]。这个过程中,下列说法正确的是(CD)
A.液化气燃烧一半后,液化气的热值变小
B.20 kg水吸收的热量为5.88×106 J
C.0.3 kg液化气完全燃烧放出的热量为1.26×107 J
D.燃气灶的效率为40%
9.一台单缸四冲程汽油机,飞轮转速是 1 800 r/min,每个做功冲程可做功 1 000 J,下列说法正确的是(ACD)
A.该图是汽油机的做功冲程
B.该汽油机每分钟可完成1 800个工作循环
C.该汽油机的功率为1.5×104 W
D.除做功冲程外,其余三个冲程飞轮都是由于惯性继续转动
10.小帆在老师指导下,用如图1所示的实验装置分别加热100 g的甲、乙两种液体(其中一种是水),用测得的数据绘制了温度随时间变化的图象(图2),乙从20 ℃加热至沸腾刚好消耗了4 g酒精(q酒精=3.0×107 J/kg)。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等,c水=4.2× 103 J/(kg·℃),则下列说法中正确的是(BC)
A.c乙=2.4×103 J/(kg·℃)
B.甲的吸热能力大于乙的吸热能力
C.0～8 min乙吸收的热量为3.36×104 J
D.该酒精灯的加热效率为28%
二、填空题(本大题共8小题,每小题2分,共 16分)
11.火箭发射时要选用热值 大 (选填“大”或“小”)的固体燃料。质量为1 kg的水温度升高10 ℃吸收的热量为 4.2×104 J。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
12.某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为 3 000 r/min,则该汽油机每分钟做功 1 500 次。如果完全燃烧500 g汽油放出的热量是 2.3×107 J。(汽油的热值是4.6×107 J/kg)
13.现代电动汽车为了节能,都安装了能量回收装置,在汽车刹车时带动发电机,将汽车的 机械 能转化为电能,为汽车提供后续运动的能量。有人认为,只要不断改进,这种汽车就可以一边行驶,一边发电,永远运动下去,这种观念违背了 能量守恒定律 。
14.常用打火机的打火方式有两种,一种是用一个粗糙的小轮摩擦“火石”打火;另一种是利用高压电装置打火。从能量转化角度看,前者是把 机械 能转化为内能;后者是把 电 能转化为内能。
15.如图所示,用酒精灯加热试管中的水,当水沸腾一段时间以后,塞子被试管内水蒸气推出。这是通过 做功 (选填“做功”或“热传递”)的方式将水蒸气的内能转化为塞子的机械能。图 (乙) [选填“(甲)”或“(乙)”]中汽油机的工作过程与这一实验过程中原理是一致的。
16.内燃机是汽车的“心脏”,它是把内能转化为 机械能 的机器。完全燃烧9 L汽油放出的热量与完全燃烧 7.2 m3的天然气放出的热量相等。(已知汽油的热值为 3.2×107 J/L,天然气的热值为 4×107 J/m3)。
17.完全燃烧140 g焦炭所放出的热量有60%被初始温度为10 ℃、质量为10 kg的水吸收,则水吸收的热量为 2.52×106 J,水的温度将升高到 70 ℃。[q焦炭=3.0×107 J/kg,c水=4.2×103 J/(kg·℃),在标准大气压下]
18.“卡路里”简称“卡”,是热量的另一个单位,现在仍被广泛使用在营养计量和健身手册中。1卡是这样规定的:在标准大气压下,1 g 水温度升高1 ℃吸收的热量。那么1卡= 4.2 J。一辆汽车发动机的效率是35%,那么该车完全燃烧 1 kg 汽油做的有用功是 1.61×107 J。[c水=4.2×103 J/(kg·℃),q汽油=4.6×107 J/kg]
三、作图题(本大题共1小题,共4分)
19.以下是一次实验中获得某燃料完全燃烧的数据。
m/kg 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Q/J 3.0×107 4.5×107 6×107 7.5×107 9×107 10.5×107
根据数据在坐标图中绘制相应的图象。
答案:如图所示
四、实验探究题(本大题共2小题,第20题6分,第21 题16分,共
22分)
20.(6分)如图所示,用酒精灯对试管中的水加热。
(1)酒精燃烧时将 化学 能转化为 内 能。
(2)加热过程中,水温不断升高,这是利用 热传递 的方式增加水的内能的。
(3)塞子冲出去,是因为水蒸气的 内 能转化为塞子的 机械 能。
(4)试管口周围出现“白气”,是由于气体对外做功,内能 减少 ,温度降低,水蒸气遇冷液化形成小水滴。
21.(16分)小明同学学习了燃料热值的相关知识后,自己设计了一个实验探究“煤油和菜籽油热值的大小关系”。实验时他组装了如图所示的两套规格完全相同的实验装置,记录的实验数据见下表:
燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃
煤油 20 42
菜籽油 20 36
(1)该实验用到的器材有铁架台、煤油、菜籽油、玻璃棒、水、烧杯、酒精灯、 天平 、 温度计 等(填测量工具)。
(2)如图(甲)所示,在安装、调整实验器材时,合理的顺序应先调整固定 B (选填“A”或“B”)的位置。
(3)为了保证实验结论的可靠性,小明同学选择了两套相同的装置,在实验中还应控制煤油和菜籽油的 质量 相同,水的质量和 初温 相同。
(4)通过表中记录的数据,你认为煤油和菜籽油两种燃料中,热值较大的是 煤油 。
(5)该同学实验前用天平测出了烧杯中水的质量及两酒精灯中燃料的质量,并根据记录的数据,利用公式Q吸=cm(t-t0)计算出了水吸收的热量,然后再利用这个数据计算出煤油的热值,发现结果与课本中给出的煤油热值相比 偏小 (选填“偏大”“偏小”或“相等”)。观察装置图,请你分析原因: 煤油燃烧放出的热量并没有全部被水吸收,有热量损失 。
五、综合题(本大题共2小题,每小题9分,共 18分)
22.(9分)暑假期间,爸爸开车带着小明去旅游。汽车(包括车上的人和物品)质量为1.8 t,汽车以 108 km/h 的速度在平直公路上匀速行驶 230 km,所受的平均阻力是汽车总重的,汽车发动机的效率为25%,汽油的热值是4.6×107 J/kg(假设汽油完全燃烧,g取 10 N/kg)。求:
(1)汽车以108 km/h的速度在平直公路上匀速行驶时,汽车发动机的牵引力是多少
(2)汽车行驶230 km牵引力做了多少功
(3)汽车全程消耗汽油多少千克
解析:(1)汽车总重力G=mg=1.8×103 kg×10 N/kg=1.8×104 N,汽车行驶时受到的阻力f=G=×1.8×104 N=900 N,因汽车在平直公路上匀速行驶,所以,汽车受到的牵引力和阻力是一对平衡力,则F=f=
900 N。
(2)汽车匀速行驶的距离s=230 km=2.3×105 m,
牵引力做功W=Fs=900 N×2.3×105 m=2.07×108 J。
(3)由η=得Q===8.28×108 J,
又由Q放=mq得,汽车全程消耗汽油的质量m===18 kg。
答案:(1)900 N (2)2.07×108 J (3)18 kg
23.(9分)周末,小明对太阳能热水器的加热性能进行研究,他用“温度传感器”测得装满水的水箱中水的温度为 20 ℃,太阳照射一段时间后“温度传感器”显示水箱中的水温为40 ℃,已知水箱容积是 100 L。
(1)求该过程中水吸收的热量。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(2)若用液化气灶加热使水吸收同样的热量,需要燃烧多少千克液化气 (液化气灶的热效率为40%,液化气的热值为q=5×107 J/kg)
(3)该地太阳辐射到地面单位面积上的功率为 P=2.1×103 W/m2,该太阳能热水器的集热面积为S=2.5 m2,热转化效率η=40%(即将太阳能的40%转化为水的内能)。求太阳光照射的时间。
解析:(1)水的质量为m水=ρV=1.0×103 kg/m3×100 L=1.0×103 kg/m3×0.1 m3=100 kg,
水吸收的热量为Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×(40 ℃-20 ℃)=8.4×106 J。
(2)液化气放出的热量为Q放===2.1×107 J,
燃烧的液化气的质量为m===0.42 kg。
(3)接收到的太阳能为W===2.1×107 J,
集热器接收太阳能的功率为
P′=PS=2.1×103 W/m2×2.5 m2=5.25×103 W,
需要的接收能量的时间为t′===4 000 s。
答案:(1)8.4×106 J (2)0.42 kg (3)4 000 s第十四章 内能的利用
(满分:90分 时间:75分钟)
一、选择题(本大题共10小题,每小题3分,共30分。每小题给出的四个选项中,第1～7小题只有一项符合题目要求,第8～10小题有多项符合题目要求。全部选对得 3分,选对但不全的得1分,有选错的得0分)
1.关于四冲程汽油机的工作过程,下列说法正确的是( )
A.吸气冲程:只吸入空气 B.压缩冲程:汽缸内温度降低
C.做功冲程:气体推动活塞做功 D.排气冲程:内能转化为机械能
2.下列属于内能转化为机械能的是( )
A.滑下滑梯 B.弯折铁丝 C.做功冲程 D.压缩空气点火
3.如图所示是完全燃烧A、B两种燃料的质量m与放出的热量Q的图象,由图象可知,A、B两种燃料的热值大小关系是( )
A.qAC.qA>qB D.无法比较
4.关于能量守恒定律,下列说法正确的是( )
A.能量可以凭空消失
B.能量可以凭空产生
C.能量在转化和转移过程中,能量的总量保持不变
D.热机在工作的过程中不遵循能量守恒定律
5.关于燃料的热值,以下说法正确的是( )
A.燃料的热值与燃料的燃烧程度有关
B.容易燃烧的燃料,热值一定大
C.煤的热值比干木柴大,燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多
D.0.5 g汽油和2 kg汽油,它们的热值是一样的
6.关于汽油的比热容与热值,下列说法中正确的是( )
A.汽油燃烧完一半,质量与体积变小,但剩下汽油的比热容与热值均不变
B.汽油的热值为4.6×107 J/kg,表示每燃烧1 kg的汽油可以获得4.6×107 J/kg的热量
C.汽油不燃烧时,热值为0,但比热容不为0
D.夏天人们喜欢往地上洒水降温,是利用水的比热容较大的性质
7.下列关于热和能的说法正确的是( )
A.温度高的物体,内能不一定大
B.热传递过程中,传递的是温度
C.物体吸收热量,温度一定升高
D.内燃机工作时,压缩冲程将内能转化为机械能
8.小明利用燃气灶给20 kg初始温度为10 ℃的水加热,若完全燃烧0.3 kg的液化气,一标准大气压下,使水的温度升高到70 ℃[液化气的热值为q=4.2×107 J/kg,c水=4.2×103 J/(kg· ℃)]。这个过程中,下列说法正确的是( )
A.液化气燃烧一半后,液化气的热值变小
B.20 kg水吸收的热量为5.88×106 J
C.0.3 kg液化气完全燃烧放出的热量为1.26×107 J
D.燃气灶的效率为40%
9.一台单缸四冲程汽油机,飞轮转速是 1 800 r/min,每个做功冲程可做功 1 000 J,下列说法正确的是( )
A.该图是汽油机的做功冲程
B.该汽油机每分钟可完成1 800个工作循环
C.该汽油机的功率为1.5×104 W
D.除做功冲程外,其余三个冲程飞轮都是由于惯性继续转动
10.小帆在老师指导下,用如图1所示的实验装置分别加热100 g的甲、乙两种液体(其中一种是水),用测得的数据绘制了温度随时间变化的图象(图2),乙从20 ℃加热至沸腾刚好消耗了4 g酒精(q酒精=3.0×107 J/kg)。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等,c水=4.2× 103 J/(kg·℃),则下列说法中正确的是( )
A.c乙=2.4×103 J/(kg·℃)
B.甲的吸热能力大于乙的吸热能力
C.0～8 min乙吸收的热量为3.36×104 J
D.该酒精灯的加热效率为28%
二、填空题(本大题共8小题,每小题2分,共 16分)
11.火箭发射时要选用热值 (选填“大”或“小”)的固体燃料。质量为1 kg的水温度升高10 ℃吸收的热量为 J。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
12.某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为 3 000 r/min,则该汽油机每分钟做功 次。如果完全燃烧500 g汽油放出的热量是 J。(汽油的热值是4.6×107 J/kg)
13.现代电动汽车为了节能,都安装了能量回收装置,在汽车刹车时带动发电机,将汽车的 能转化为电能,为汽车提供后续运动的能量。有人认为,只要不断改进,这种汽车就可以一边行驶,一边发电,永远运动下去,这种观念违背了 。
14.常用打火机的打火方式有两种,一种是用一个粗糙的小轮摩擦“火石”打火;另一种是利用高压电装置打火。从能量转化角度看,前者是把 能转化为内能;后者是把 能转化为内能。
15.如图所示,用酒精灯加热试管中的水,当水沸腾一段时间以后,塞子被试管内水蒸气推出。这是通过 (选填“做功”或“热传递”)的方式将水蒸气的内能转化为塞子的机械能。图 [选填“(甲)”或“(乙)”]中汽油机的工作过程与这一实验过程中原理是一致的。
16.内燃机是汽车的“心脏”,它是把内能转化为 的机器。完全燃烧9 L汽油放出的热量与完全燃烧 m3的天然气放出的热量相等。(已知汽油的热值为 3.2×107 J/L,天然气的热值为 4×107 J/m3)。
17.完全燃烧140 g焦炭所放出的热量有60%被初始温度为10 ℃、质量为10 kg的水吸收,则水吸收的热量为 J,水的温度将升高到 ℃。[q焦炭=3.0×107 J/kg,c水=4.2×103 J/(kg·℃),在标准大气压下]
18.“卡路里”简称“卡”,是热量的另一个单位,现在仍被广泛使用在营养计量和健身手册中。1卡是这样规定的:在标准大气压下,1 g 水温度升高1 ℃吸收的热量。那么1卡= J。一辆汽车发动机的效率是35%,那么该车完全燃烧 1 kg 汽油做的有用功是 J。[c水=4.2×103 J/(kg·℃),q汽油=4.6×107 J/kg]
三、作图题(本大题共1小题,共4分)
19.以下是一次实验中获得某燃料完全燃烧的数据。
m/kg 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Q/J 3.0×107 4.5×107 6×107 7.5×107 9×107 10.5×107
根据数据在坐标图中绘制相应的图象。
四、实验探究题(本大题共2小题,第20题6分,第21 题16分,共
22分)
20.(6分)如图所示,用酒精灯对试管中的水加热。
(1)酒精燃烧时将 能转化为 能。
(2)加热过程中,水温不断升高,这是利用 的方式增加水的内能的。
(3)塞子冲出去,是因为水蒸气的 能转化为塞子的 能。
(4)试管口周围出现“白气”,是由于气体对外做功,内能 ,温度降低,水蒸气遇冷液化形成小水滴。
21.(16分)小明同学学习了燃料热值的相关知识后,自己设计了一个实验探究“煤油和菜籽油热值的大小关系”。实验时他组装了如图所示的两套规格完全相同的实验装置,记录的实验数据见下表:
燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃
煤油 20 42
菜籽油 20 36
(1)该实验用到的器材有铁架台、煤油、菜籽油、玻璃棒、水、烧杯、酒精灯、 、 等(填测量工具)。
(2)如图(甲)所示,在安装、调整实验器材时,合理的顺序应先调整固定 (选填“A”或“B”)的位置。
(3)为了保证实验结论的可靠性,小明同学选择了两套相同的装置,在实验中还应控制煤油和菜籽油的 相同,水的质量和 相同。
(4)通过表中记录的数据,你认为煤油和菜籽油两种燃料中,热值较大的是 。
(5)该同学实验前用天平测出了烧杯中水的质量及两酒精灯中燃料的质量,并根据记录的数据,利用公式Q吸=cm(t-t0)计算出了水吸收的热量,然后再利用这个数据计算出煤油的热值,发现结果与课本中给出的煤油热值相比 (选填“偏大”“偏小”或“相等”)。观察装置图,请你分析原因: 。
五、综合题(本大题共2小题,每小题9分,共 18分)
22.(9分)暑假期间,爸爸开车带着小明去旅游。汽车(包括车上的人和物品)质量为1.8 t,汽车以 108 km/h 的速度在平直公路上匀速行驶 230 km,所受的平均阻力是汽车总重的,汽车发动机的效率为25%,汽油的热值是4.6×107 J/kg(假设汽油完全燃烧,g取 10 N/kg)。求:
(1)汽车以108 km/h的速度在平直公路上匀速行驶时,汽车发动机的牵引力是多少
(2)汽车行驶230 km牵引力做了多少功
(3)汽车全程消耗汽油多少千克
23.(9分)周末,小明对太阳能热水器的加热性能进行研究,他用“温度传感器”测得装满水的水箱中水的温度为 20 ℃,太阳照射一段时间后“温度传感器”显示水箱中的水温为40 ℃,已知水箱容积是 100 L。
(1)求该过程中水吸收的热量。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(2)若用液化气灶加热使水吸收同样的热量,需要燃烧多少千克液化气 (液化气灶的热效率为40%,液化气的热值为q=5×107 J/kg)
(3)该地太阳辐射到地面单位面积上的功率为 P=2.1×103 W/m2,该太阳能热水器的集热面积为S=2.5 m2,热转化效率η=40%(即将太阳能的40%转化为水的内能)。求太阳光照射的时间。
