第十四章 内能的利用(90分钟 90分)
一、选择题:本题共8个小题,每小题3分,共24分。第1~6题为单项选择题,在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。第7、8题为多项选择题,在每小题给出的四个选项中,至少有两项是符合题目要求的,全选对得3分,选对但不全的得1分,选错或不选得0分。
1.下列设备不属于热机的是 ( )
A.电风扇 B.汽油机 C.柴油机 D.蒸汽机
2.2023年春节期间遵义城区特定区域允许燃放烟花,如图所示是烟花发射时的情景,汽车在行驶过程中与烟花发射时能量转化相同的冲程是 ( )
3.小花回家,发现家里的洗衣机转筒在转动洗衣,电饭煲在煮饭,妈妈的手机在充电,而这些电能,都是城郊的发电厂输送过来的,下列关于能量转化的说法,正确的是 ( )
A.洗衣机转筒转动是电动机把电能转化成内能
B.电饭煲是把内能转化成电能
C.手机在充电是把电能转化成化学能
D.发电厂是把电能转化成机械能
4.夜幕下的广场,孩子们都喜欢骑上能发光的滑板车遛弯,这种滑板车在人的助力下可以滑行起来,同时轮子会发光,停下来时就不发光。关于这种滑板车发光的原理,从能量转化的角度分析正确的是 ( )
A.机械能转化为电能,再转化为光能
B.电能转化为机械能,再转化为光能
C.机械能转化为光能,再转化为电能
D.光能转化为机械能,再转化为电能
5.下列关于热机的说法正确的是 ( )
A.热机的效率为100%
B.热机只有汽油机和柴油机两种
C.好的热机工作时不排放废气
D.热机工作时都要利用燃料的化学能
6.2024年11月29日,我国成功发射了“神舟十五号”载人飞船。下列说法错误的是 ( )
A.“神舟十五号”和火箭升空的过程中,机械能的总量增大
B.穿越大气层时,“神舟十五号”和火箭克服摩擦,将机械能转化成内能
C.在“神舟十五号”随火箭升空的过程中,燃料燃烧释放出的内能转化为机械能
D.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比热容
7.(多选)某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶9 km,用时10 min,消耗汽油1 kg,已知汽车的牵引力是2 000 N,汽油的热值为4.5×107 J/kg,假设汽油完全燃烧。通过计算可知,下列结果正确的有 ( )
A.汽车行驶速度是90 km/h
B.消耗的燃油完全燃烧放出的热量是4.5×107 J
C.汽车牵引力做功的功率是30 kW
D.汽车发动机的效率是60%
8.(多选)如图所示,汽车发动机内的燃气燃烧释放的能量只有少部分转化为机械能被利用,其余的都散失掉了。下列说法中能有效提高燃料利用率的是 ()
A.利用涡轮增压技术,增加进气量
B.选用符合标准的低黏度润滑油
C.增加汽缸的个数或容积
D.将原来由吸气冲程吸入燃油的供油方式改为缸内直喷,使燃烧更充分
二、填空题:本题共4个小题,每空2分,共10分。
9.内燃机的问世极大改善了人类的交通运输方式,但同时也带来许多环境污染问题,如四冲程内燃机工作时就因 冲程排放的废气对大气造成污染。
10.小柯在科技馆看到许多奇思妙想和趣味实验:奇思妙想——六冲程引擎。这种引擎在完成四冲程工作后,会把水注入汽缸,使水瞬间变成水蒸气,从而带动活塞运动,产生第五冲程,为汽车提供动力,第六冲程是让水蒸气进入冷凝器,变成可再次注入汽缸的水。则第五冲程相当于图中四冲程汽油机的 (填序号)。
11.某台四冲程汽油机的转速为1 200 r/min,在1s内汽油机对外做了 次功。如果汽油机在某段时间内消耗了400 g汽油,则汽油完全燃烧可放出热量为
J。(q汽=4.6×107 J/kg)
12.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1 kg的水从20 ℃加热到60 ℃,消耗了0.01 m3的天然气(假设天然气完全燃烧),已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值为4.0×107 J/m3,则此次燃气灶烧水的效率为
。
三、作图题:本题共3个小题,每小题2分,共6分。
13.请在如图坐标系中画出煤油的热值与其完全燃烧所放出的热量Q的关系图象。
答:
14.(2023·铜仁月考)如图,甲为四冲程内燃机吸气冲程的示意图,图中画出了吸气冲程中进气门、排气门的开闭情况和曲轴的位置。请在图乙、丙中画出进气门、排气门的开闭情况和曲轴的位置。
答:
15.如图1所示是一个内壁光滑且密闭绝热的金属圆筒,左端固定在墙上,现在先用力F向左推活塞,使活塞从A位置运动到最左端C位置。撤销力F后,活塞又被圆筒内气体推回到A位置。请在图2中作出活塞从A运动到C再返回A过程中金属圆筒内的气体内能随位置变化的大致关系图象。(绝热:表示没有热量传递。坐标原点为内能零起点。)
答:
四、简答题:本题共2个小题,每小题3分,共6分。
16.随着人们生活水平的提高,私家车的保有量越来越大,虽然给人们的出行带来方便,但目前汽车内燃机的效率大约只有30%,同时汽车尾气也成为我国空气污染的重要来源。请你列举两条提高内燃机效率的方法或有助于改善环境的措施。
17.热机的效率是衡量汽车发动机性能的关键指标。2020年9月,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百米赛跑首次突破10 s。立志成为汽车设计师的小明,也想设计改造发动机,使热机的效率达80%。考虑影响热机效率的因素,你认为小明可以在哪些方面改进创新 假如小明的设想实现了,会给我们的生活带来哪些影响 (写出一条即可)
五、实验与科学探究题:本题共3个小题,第18、19小题每小题10分,第20小题8分,共28分。温馨提示:以下试题文字较多,请耐心、仔细读题,相信你能答好题!
18.小明学习了燃料的热值后,自己设计了一个实验来研究煤油和花生油热值的大小关系,他组装了如图甲、乙所示的两套完全相同的装置,加热两个烧杯中质量和初温都相等的水,实验数据如下:
燃料 加热前 水温/℃ 燃料燃尽 后水温/℃
煤油 20 48
花生油 20 38
(1)为了保证实验结论可靠,小明在实验中还应控制:煤油和花生油的 相同。
(2)分析得出:煤油和花生油两种燃料中,热值较大的是 。
(3)小明同学还想利用这种实验方案计算出两种燃料的热值,除了图中的器材外,还需增加的实验仪器是: ,利用此实验方法计算出的热值将比真实值 (选填“偏大”或“偏小”),原因是: 。
19.小明想估测薯片的热值,进行了如下实验。
(1)将天平放在水平面上并将游码归零,发现指针偏左,则应将平衡螺母向 端调节;测量质量时,调节天平再次平衡,右盘中的砝码和游码位置如图甲,其质量为 g。
(2)如图乙,将薯片放在燃烧皿中充分燃烧后,烧杯中0.2 kg的水温度升高了5 ℃,则水吸收的热量Q吸= J。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(3)根据Q放=Q吸和Q放=mq,算出薯片的热值比实际值 。原因是: 。
20.某同学在学习了热值的知识后,自己设计了一个实验来研究煤油和菜籽油的热值大小关系。他组装了如图所示的两套完全相同的装置,并每隔1分钟记录下杯中水的温度,如下表所示。
加热时间/min 0 1 2 3 4 5 6
甲杯水温/℃ 25 27 29 32 34 36 38
乙杯水温/℃ 25 26 27 28 29 30 31
(1)为了保证实验结论的可靠性,实验时应控制相同的量有:加热时间、水的 和 。
(2)通过表中数据,你认为两种燃料中,热值较大的是 。
(3)该同学实验前用天平测出了烧杯中水的质量,以及两种燃料实验前后的质量,并记录数据,利用公式Q吸=cm(t-t0)计算出水吸收的热量。他认为通过这样就可以准确地计算出煤油和菜籽油的热值。你认为他的计算结果可靠吗 为什么 (至少写出两点) 、 。
六、综合应用题:本题共2个小题,每小题8分,共16分。解答时需写出必要的文字说明、计算公式及过程,若只写出计算结果将不得分。
21.用天然气热水器加热水,将40 kg水从25 ℃加热到50 ℃,完全燃烧0.15 m3天然气。已知天然气的热值为3.5×107 J/m3,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。试求:
(1)此过程中水吸收的热量是多少
(2)0.15 m3天然气完全燃烧放出的热量是多少
(3)该热水器加热这些水的效率是多少
22.氢燃料是具有清洁无污染、效率高等优点的理想能源。[c水=4.2×103 J/(kg·℃);
q氢=1.4×108 J/kg]求:
(1)质量为0.9 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量;
(2)若这些热量全部被质量为200 kg、温度为20 ℃的水吸收,求水升高的温度(在标准大气压下);
(3)如果氢燃料公交车以150 kW恒定功率匀速直线行驶,其效率为50%,则燃烧0.9 kg的氢燃料可使公交车行驶多少时间 第十四章 内能的利用(90分钟 90分)
一、选择题:本题共8个小题,每小题3分,共24分。第1~6题为单项选择题,在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。第7、8题为多项选择题,在每小题给出的四个选项中,至少有两项是符合题目要求的,全选对得3分,选对但不全的得1分,选错或不选得0分。
1.下列设备不属于热机的是 (A)
A.电风扇 B.汽油机 C.柴油机 D.蒸汽机
2.2023年春节期间遵义城区特定区域允许燃放烟花,如图所示是烟花发射时的情景,汽车在行驶过程中与烟花发射时能量转化相同的冲程是 (C)
3.小花回家,发现家里的洗衣机转筒在转动洗衣,电饭煲在煮饭,妈妈的手机在充电,而这些电能,都是城郊的发电厂输送过来的,下列关于能量转化的说法,正确的是 (C)
A.洗衣机转筒转动是电动机把电能转化成内能
B.电饭煲是把内能转化成电能
C.手机在充电是把电能转化成化学能
D.发电厂是把电能转化成机械能
4.夜幕下的广场,孩子们都喜欢骑上能发光的滑板车遛弯,这种滑板车在人的助力下可以滑行起来,同时轮子会发光,停下来时就不发光。关于这种滑板车发光的原理,从能量转化的角度分析正确的是 (A)
A.机械能转化为电能,再转化为光能
B.电能转化为机械能,再转化为光能
C.机械能转化为光能,再转化为电能
D.光能转化为机械能,再转化为电能
5.下列关于热机的说法正确的是 (D)
A.热机的效率为100%
B.热机只有汽油机和柴油机两种
C.好的热机工作时不排放废气
D.热机工作时都要利用燃料的化学能
6.2024年11月29日,我国成功发射了“神舟十五号”载人飞船。下列说法错误的是 (D)
A.“神舟十五号”和火箭升空的过程中,机械能的总量增大
B.穿越大气层时,“神舟十五号”和火箭克服摩擦,将机械能转化成内能
C.在“神舟十五号”随火箭升空的过程中,燃料燃烧释放出的内能转化为机械能
D.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比热容
7.(多选)某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶9 km,用时10 min,消耗汽油1 kg,已知汽车的牵引力是2 000 N,汽油的热值为4.5×107 J/kg,假设汽油完全燃烧。通过计算可知,下列结果正确的有 ( B、C )
A.汽车行驶速度是90 km/h
B.消耗的燃油完全燃烧放出的热量是4.5×107 J
C.汽车牵引力做功的功率是30 kW
D.汽车发动机的效率是60%
8.(多选)如图所示,汽车发动机内的燃气燃烧释放的能量只有少部分转化为机械能被利用,其余的都散失掉了。下列说法中能有效提高燃料利用率的是 ( A、B、D )
A.利用涡轮增压技术,增加进气量
B.选用符合标准的低黏度润滑油
C.增加汽缸的个数或容积
D.将原来由吸气冲程吸入燃油的供油方式改为缸内直喷,使燃烧更充分
二、填空题:本题共4个小题,每空2分,共10分。
9.内燃机的问世极大改善了人类的交通运输方式,但同时也带来许多环境污染问题,如四冲程内燃机工作时就因 排气 冲程排放的废气对大气造成污染。
10.小柯在科技馆看到许多奇思妙想和趣味实验:奇思妙想——六冲程引擎。这种引擎在完成四冲程工作后,会把水注入汽缸,使水瞬间变成水蒸气,从而带动活塞运动,产生第五冲程,为汽车提供动力,第六冲程是让水蒸气进入冷凝器,变成可再次注入汽缸的水。则第五冲程相当于图中四冲程汽油机的 丙 (填序号)。
11.某台四冲程汽油机的转速为1 200 r/min,在1s内汽油机对外做了 10 次功。如果汽油机在某段时间内消耗了400 g汽油,则汽油完全燃烧可放出热量为
1.84×107 J。(q汽=4.6×107 J/kg)
12.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1 kg的水从20 ℃加热到60 ℃,消耗了0.01 m3的天然气(假设天然气完全燃烧),已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值为4.0×107 J/m3,则此次燃气灶烧水的效率为
42% 。
三、作图题:本题共3个小题,每小题2分,共6分。
13.请在如图坐标系中画出煤油的热值与其完全燃烧所放出的热量Q的关系图象。
答:
14.(2023·铜仁月考)如图,甲为四冲程内燃机吸气冲程的示意图,图中画出了吸气冲程中进气门、排气门的开闭情况和曲轴的位置。请在图乙、丙中画出进气门、排气门的开闭情况和曲轴的位置。
答:
15.如图1所示是一个内壁光滑且密闭绝热的金属圆筒,左端固定在墙上,现在先用力F向左推活塞,使活塞从A位置运动到最左端C位置。撤销力F后,活塞又被圆筒内气体推回到A位置。请在图2中作出活塞从A运动到C再返回A过程中金属圆筒内的气体内能随位置变化的大致关系图象。(绝热:表示没有热量传递。坐标原点为内能零起点。)
答:
四、简答题:本题共2个小题,每小题3分,共6分。
16.随着人们生活水平的提高,私家车的保有量越来越大,虽然给人们的出行带来方便,但目前汽车内燃机的效率大约只有30%,同时汽车尾气也成为我国空气污染的重要来源。请你列举两条提高内燃机效率的方法或有助于改善环境的措施。
答:减少机件间的摩擦,使燃料充分燃烧等。(提示:从提高燃料的利用率和减少热量损失方面作答)
17.热机的效率是衡量汽车发动机性能的关键指标。2020年9月,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百米赛跑首次突破10 s。立志成为汽车设计师的小明,也想设计改造发动机,使热机的效率达80%。考虑影响热机效率的因素,你认为小明可以在哪些方面改进创新 假如小明的设想实现了,会给我们的生活带来哪些影响 (写出一条即可)
答:内燃机的重力、内燃机各部件之间的摩擦、废气带走的能量都会影响热机效率的大小;所以改良发动机结构、减小摩擦、利用废气的热量都可以提高热机效率;热机效率提高后,可以节省燃料、减少有害气体的排放等。
五、实验与科学探究题:本题共3个小题,第18、19小题每小题10分,第20小题8分,共28分。温馨提示:以下试题文字较多,请耐心、仔细读题,相信你能答好题!
18.小明学习了燃料的热值后,自己设计了一个实验来研究煤油和花生油热值的大小关系,他组装了如图甲、乙所示的两套完全相同的装置,加热两个烧杯中质量和初温都相等的水,实验数据如下:
燃料 加热前 水温/℃ 燃料燃尽 后水温/℃
煤油 20 48
花生油 20 38
(1)为了保证实验结论可靠,小明在实验中还应控制:煤油和花生油的 质量 相同。
(2)分析得出:煤油和花生油两种燃料中,热值较大的是 煤油 。
(3)小明同学还想利用这种实验方案计算出两种燃料的热值,除了图中的器材外,还需增加的实验仪器是: 天平 ,利用此实验方法计算出的热值将比真实值 偏小 (选填“偏大”或“偏小”),原因是: 燃料不能完全燃烧 。
19.小明想估测薯片的热值,进行了如下实验。
(1)将天平放在水平面上并将游码归零,发现指针偏左,则应将平衡螺母向 右 端调节;测量质量时,调节天平再次平衡,右盘中的砝码和游码位置如图甲,其质量为 6.2 g。
(2)如图乙,将薯片放在燃烧皿中充分燃烧后,烧杯中0.2 kg的水温度升高了5 ℃,则水吸收的热量Q吸= 4.2×103 J。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(3)根据Q放=Q吸和Q放=mq,算出薯片的热值比实际值 小 。原因是: 薯片燃烧放出的热量不能完全被水吸收 。
20.某同学在学习了热值的知识后,自己设计了一个实验来研究煤油和菜籽油的热值大小关系。他组装了如图所示的两套完全相同的装置,并每隔1分钟记录下杯中水的温度,如下表所示。
加热时间/min 0 1 2 3 4 5 6
甲杯水温/℃ 25 27 29 32 34 36 38
乙杯水温/℃ 25 26 27 28 29 30 31
(1)为了保证实验结论的可靠性,实验时应控制相同的量有:加热时间、水的 质量 和 初温 。
(2)通过表中数据,你认为两种燃料中,热值较大的是 煤油 。
(3)该同学实验前用天平测出了烧杯中水的质量,以及两种燃料实验前后的质量,并记录数据,利用公式Q吸=cm(t-t0)计算出水吸收的热量。他认为通过这样就可以准确地计算出煤油和菜籽油的热值。你认为他的计算结果可靠吗 为什么 (至少写出两点) 不可靠;燃料燃烧产生的热量不能完全被水吸收 、 存在热损失 。
六、综合应用题:本题共2个小题,每小题8分,共16分。解答时需写出必要的文字说明、计算公式及过程,若只写出计算结果将不得分。
21.用天然气热水器加热水,将40 kg水从25 ℃加热到50 ℃,完全燃烧0.15 m3天然气。已知天然气的热值为3.5×107 J/m3,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。试求:
(1)此过程中水吸收的热量是多少
(2)0.15 m3天然气完全燃烧放出的热量是多少
(3)该热水器加热这些水的效率是多少
解:(1)此过程中水吸收的热量:
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×40kg×(50 ℃-25 ℃)=4.2×106 J。
(2)0.15 m3天然气完全燃烧放出的热量:
Q放=Vq=0.15 m3×3.5×107 J/m3=5.25×106 J。
(3)该热水器加热这些水的效率:
η==80%。
22.氢燃料是具有清洁无污染、效率高等优点的理想能源。[c水=4.2×103 J/(kg·℃);
q氢=1.4×108 J/kg]求:
(1)质量为0.9 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量;
(2)若这些热量全部被质量为200 kg、温度为20 ℃的水吸收,求水升高的温度(在标准大气压下);
(3)如果氢燃料公交车以150 kW恒定功率匀速直线行驶,其效率为50%,则燃烧0.9 kg的氢燃料可使公交车行驶多少时间
解:(1)质量为0.9 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量:
Q放=m氢q氢=0.9 kg×1.4×108 J/kg=1.26×108 J。
(2)水吸收的热量:Q吸=Q放=1.26×108 J;
由Q吸=cm(t-t0)可得,水的末温:
t=+20 ℃=170 ℃;
因为一个标准大气压下,水的沸点是100 ℃,且水沸腾时温度保持不变,所以水的末温t末=100 ℃,
故水升高的温度:Δt=t末-t0=100 ℃-20 ℃=80 ℃。
(3)由η=可得,氢燃料公交车所做的有用功:
W=ηQ放=50%×1.26×108 J=6.3×107 J;
由P=可得,氢燃料公交车行驶的时间:
t'==420 s。
