第十三章 内能与热机(60分钟 100分)
一、选择题:本题共10小题,每小题3分,共30分。
1.(2023·邵阳中考)湿地被称为“地球之肾”,能调节空气的湿度和温度,其中能调节温度主要是因为水的 (A)
A.比热容大 B.密度大
C.流动性大 D.热值大
2.(2023·厦门一模)下列生活实例中,通过做功改变物体内能的是 (C)
A.入冬用暖气供热,使室内暖和 B.用天然气烧水,使水沸腾
C.两手相互摩擦,手的温度升高 D.海鲜放在冰上,可以降温
3.下列关于热值和热机效率的说法,正确的是 (B)
A.使燃料燃烧更充分,可以增大热值
B.使燃料燃烧更充分,可以提高热机效率
C.柴油机的热机效率通常为100%
D.燃料燃烧释放的热量越大,热值越大
4.下列四幅图是汽油机一个工作循环的四个冲程,其中不是靠飞轮惯性完成的是 (C)
5.下列事例中,属于内能转化为机械能的是 (C)
A.用气筒给自行车打气时、气筒会发热
B.两手互相摩擦,手心变热
C.水壶中水沸腾后,壶盖被水蒸气顶起
D.流星与空气摩擦生热发光
6.(2023·福建三模)关于温度、热量、内能的关系,下列说法正确的是 (D)
A.冰熔化时吸收热量,内能增加,分子的运动越来越剧烈
B.物体的温度升高,一定是从外界吸收了热量
C.对物体做功,它的内能一定增加,温度不一定升高
D.物体的温度升高,内能一定增加
7.已知铁的比热容大于铜的比热容,当初温相同、质量相等的铜球和铁球,吸收相同的热量后接触在一起,则 (B)
A.内能从铁球传给铜球
B.内能从铜球传给铁球
C.温度从铁球传给铜球
D.温度从铜球传给铁球
8.(2023·福建模拟)小金根据表中数据得出了四个结论,其中正确的是 (C)
几种物质的比热容/J(kg·℃)-1
水 4.2×103 冰 2.1×103
酒精 2.4×103 沙石 0.92×103
煤油 2.1×103 铝 0.88×103
A.同一物质发生物态变化后,物质的比热容不变
B.煤油和冰的比热容相同,所以比热容不是物质的特性
C.100 g的铝和酒精吸收相同的热量,铝温度变化较大
D.同温度的100 g水和200 g煤油升高到同一温度,所需吸收的热量不同
9. (2024·福州鼓楼区联考期中)如图所示,下列说法正确的是 (B)
A.随着技术的进步,内燃机的效率可以达到100%
B.内燃机的转速是60 r/s,其每秒对外做功30次
C.如图所示冲程把机械能转化为内能
D.内燃机在吸气冲程时吸入的都是空气和燃料的混合气体
10.如图是家居装修时使用的一种空气锤的示意图,它利用压缩空气使活塞迅速推出,从而产生巨大压力,将铁钉打入木板,下列说法正确的是 (D)
A.在空气被压缩时,自身的内能会减小
B.在压缩空气对外做功时,自身的温度会升高
C.在铁钉被打入木板时会发热,说明铁钉吸收了热量
D.反复敲打,铁钉也会发热,其能量转化与内燃机压缩冲程相同
二、填空题:本题共4小题,每空2分,共18分。
11.(2023·鸡西中考)2023年6月5日,“神舟十四号”火箭发射成功。火箭使用液态氢作燃料,是因为液态氢的 热值 较大;火箭向下喷射燃气获得推力加速上升,是 内 能转化为机械能。
12. (2023·长沙中考)如图所示,在配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉,把活塞迅速压下去,看到的现象是 硝化棉燃烧起来 。这是因为活塞压缩空气,使空气的内能 增大 ,温度升高,这一过程与内燃机工作的 压缩 冲程原理相同。
13.一台单缸四冲程汽油机,飞轮转速是1 200 r/min,该汽油机每秒活塞对外做功 10 次。若该汽油机消耗了0.2 kg汽油,则这些汽油完全燃烧放出的热量是 9.2×106 J(汽油的热值为4.6×107 J/kg)。
14.用两个相同的“热得快”分别给质量、初温都相同的甲、乙两种液体同时加热,两液体的温度随时间变化关系的图像如图所示。根据图像可知,甲液体的比热容 小于 (选填“大于”“小于”或“等于”)乙液体的比热容。如果乙液体是水,那么质量为500 g、初温为20 ℃的乙液体吸收9.45×104 J的热量,则乙液体的温度升高了 45 ℃。(气压为1个标准大气压)
三、简答题:本题共1小题,共4分。
15.如图所示,在大口厚玻璃瓶内装入少量的水,塞紧塞子后,用气筒向瓶内打气,当塞子跳起时,看到瓶口有“白雾”出现,但“白雾”又很快消失了,请解释“白雾”形成和消失的原因。
答:“白雾”形成的原因:瓶塞跳起时,瓶内气体对瓶塞做功,将瓶内气体的内能转化为瓶塞的机械能,导致瓶内气体的内能减小,温度降低,瓶口附近的水蒸气遇冷液化形成的小水珠便是“白雾”;“白雾”消失的原因:小水珠从空气中吸热发生了汽化现象,由液态又变成了气态。
四 、实验题:本题共3小题,共18分。
16.(7分)为了比较水和煤油的吸热能力,小红用两个相同的装置做了如图所示的实验。
(1)在两个相同的烧杯中应加入初温相同、 质量 (选填“质量”或“体积”)相同的水和煤油。
(2)实验中搅拌器的作用是:使液体 受热均匀 ,选用相同酒精灯加热的目的是:使水和煤油在相同时间内 吸热 相同。
(3)实验中发现水的温度比煤油的温度升高得 慢 (选填“快”或“慢”),这表明 水 (选填“煤油”或“水”)吸热本领更强。
(4)实验中,使水和煤油升高相同的温度,通过比较 加热时间 判断两种液体的吸热能力,这里用了哪些研究物理问题的方法 控制变量法和转换法 。
17.(6分)某同学学习了燃料的热值后,自己设计了一个实验来探究“煤油和菜籽油的热值大小关系”。他在实验时组装了如图甲、乙所示的两套规格完全相同的装置,并每隔1 min记录杯中水的温度(如表)。
加热时间/min 0 1 2 3 4 5 6
图甲中水温/℃ 25 27 29 32 34 36 38
图乙中水温/℃ 25 26 27 28 29 30 31
(1)在安装、调整实验器材时,科学合理的顺序是(甲图中):先调整固定 B 的位置,再调整固定 A 的位置。(选填“A”或“B”)
(2)为保证实验结论的可靠性,实验时应控制两套装置中煤油和菜籽油的质量、水的 质量 和 初温 相同。
(3)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 。
(4)如图丙所示的是这两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量m的关系图像,其中物质 a (选填“a”或“b”)是煤油。
18.(5分)为了探究物体温度升高时吸收热量的多少与哪些因素有关,小明用4个相同的烧杯分别盛水和煤油,用 同样的 (选填“同样的”或“不同的”)加热器加热水和煤油,实验数据记录如表:根据实验记录数据, 请你分析物体温度升高时吸热多少与哪些因素有关:
烧杯编号 液体 质量/g 初温/℃ 末温/℃ 加热时间/min
1 水 300 20 30 12.3
2 水 150 20 30 6.2
3 煤油 300 20 30 6.1
4 煤油 300 20 25 3.1
(1)比较1、2两烧杯的实验记录,得出的结论是 同种物质,升高相同温度,质量越大,吸收热量越多 。
(2)比较 3、4 两烧杯的实验记录,得出的结论是物质吸收热量的多少与变化温度有关。
(3)比较1、3两烧杯的实验记录,得出的结论是 在质量和升高的温度都相同时,不同物质吸收的热量不同 。
(4)综合上述结论,物体温度升高时吸收热量的多少与 物质的种类、物体的质量、 温度的变化量 有关。
五、计算题:本题共3小题,共30分。
19.(9分)天然气是福州市民常用的一种能源。某用户用天然气将50 kg的水从20 ℃加热到60 ℃。已知水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值q=4.2×107 J/m3。求:
(1)这些水升高的温度。
(2)这些水吸收的热量。
(3)加热这些水所需要天然气的体积(设天然气完全燃烧、不计热量损失)。
解:(1)这些水升高的温度:Δt=t-t0=60 ℃-20 ℃=40 ℃;
(2)这些水吸收的热量:Q吸=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×50 kg×40 ℃=8.4×106 J;
(3)由题知,不计热量损失,天然气完全燃烧放出的热量:Q放=Q吸=8.4×106 J,
由Q放=Vq得加热这些水所需要天然气的体积:
V===0.2 m3
20.(10分)某学习小组同学想研究酒精灯烧水时的热效率。他们用酒精灯给100 g的水加热,经过一段时间测得水温升高了60 ℃、消耗了4.2 g酒精。已知:水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),酒精的热值为3×107 J/kg。求:
(1)此过程中水吸收的热量。
(2)4.2 g酒精完全燃烧放出的热量。
(3)酒精灯烧水时的热效率。
解:(1)100 g=0.1 kg,水吸收的热量:Q吸=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×0.1 kg×60 ℃=2.52×104 J。
(2)酒精完全燃烧产生的热量:Q放=mq=0.004 2 kg×3×107 J/kg=1.26×105 J。
(3)酒精灯烧水时的热效率:η=×100%=×100%=20%。
21.(11分)(2024·漳州质检)一款新型汽车以某一速度在一段平直的公路上匀速行驶一段距离,消耗了2 kg汽油,其发动机的效率为30%,则在这段运动过程中,[已知:汽油的热值为4.6×107 J/kg,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),环境为1标准大气压]求:
(1)汽油完全燃烧放出的热量;
(2)该汽车发动机做的有用功;
(3)若发动机耗损的能量全部被初温25 ℃质量200 kg的水吸收,水升高的温度。
解:(1)汽油完全燃烧放出的热量:Q放=mq=2 kg×4.6×107 J/kg=9.2×107 J;
(2)发动机的效率为30%,则该汽车发动机做的有用功为:W有=ηQ放=30%×9.2×107 J=2.76×107 J;
(3)发动机耗损的能量为:Q吸=(1-η)×Q放=70%×9.2×107 J=6.44×107 J;
由Q吸=cmΔt得水温度的变化是:
Δt===76.7 ℃。
则此时末温应为25 ℃+76.7 ℃=101.7 ℃
在1标准大气压下水的沸点为100 ℃,则当水的温度达到沸点100 ℃时,虽继续吸热,但末温保持100 ℃不变,故水升高温度为100 ℃-25 ℃=75 ℃。第十三章 内能与热机(60分钟 100分)
一、选择题:本题共10小题,每小题3分,共30分。
1.(2023·邵阳中考)湿地被称为“地球之肾”,能调节空气的湿度和温度,其中能调节温度主要是因为水的 ( )
A.比热容大 B.密度大
C.流动性大 D.热值大
2.(2023·厦门一模)下列生活实例中,通过做功改变物体内能的是 ( )
A.入冬用暖气供热,使室内暖和 B.用天然气烧水,使水沸腾
C.两手相互摩擦,手的温度升高 D.海鲜放在冰上,可以降温
3.下列关于热值和热机效率的说法,正确的是 ( )
A.使燃料燃烧更充分,可以增大热值
B.使燃料燃烧更充分,可以提高热机效率
C.柴油机的热机效率通常为100%
D.燃料燃烧释放的热量越大,热值越大
4.下列四幅图是汽油机一个工作循环的四个冲程,其中不是靠飞轮惯性完成的是 ( )
5.下列事例中,属于内能转化为机械能的是 ( )
A.用气筒给自行车打气时、气筒会发热
B.两手互相摩擦,手心变热
C.水壶中水沸腾后,壶盖被水蒸气顶起
D.流星与空气摩擦生热发光
6.(2023·福建三模)关于温度、热量、内能的关系,下列说法正确的是 ( )
A.冰熔化时吸收热量,内能增加,分子的运动越来越剧烈
B.物体的温度升高,一定是从外界吸收了热量
C.对物体做功,它的内能一定增加,温度不一定升高
D.物体的温度升高,内能一定增加
7.已知铁的比热容大于铜的比热容,当初温相同、质量相等的铜球和铁球,吸收相同的热量后接触在一起,则 ( )
A.内能从铁球传给铜球
B.内能从铜球传给铁球
C.温度从铁球传给铜球
D.温度从铜球传给铁球
8.(2023·福建模拟)小金根据表中数据得出了四个结论,其中正确的是 ( )
几种物质的比热容/J(kg·℃)-1
水 4.2×103 冰 2.1×103
酒精 2.4×103 沙石 0.92×103
煤油 2.1×103 铝 0.88×103
A.同一物质发生物态变化后,物质的比热容不变
B.煤油和冰的比热容相同,所以比热容不是物质的特性
C.100 g的铝和酒精吸收相同的热量,铝温度变化较大
D.同温度的100 g水和200 g煤油升高到同一温度,所需吸收的热量不同
9. (2024·福州鼓楼区联考期中)如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.随着技术的进步,内燃机的效率可以达到100%
B.内燃机的转速是60 r/s,其每秒对外做功30次
C.如图所示冲程把机械能转化为内能
D.内燃机在吸气冲程时吸入的都是空气和燃料的混合气体
10.如图是家居装修时使用的一种空气锤的示意图,它利用压缩空气使活塞迅速推出,从而产生巨大压力,将铁钉打入木板,下列说法正确的是 ( )
A.在空气被压缩时,自身的内能会减小
B.在压缩空气对外做功时,自身的温度会升高
C.在铁钉被打入木板时会发热,说明铁钉吸收了热量
D.反复敲打,铁钉也会发热,其能量转化与内燃机压缩冲程相同
二、填空题:本题共4小题,每空2分,共18分。
11.(2023·鸡西中考)2023年6月5日,“神舟十四号”火箭发射成功。火箭使用液态氢作燃料,是因为液态氢的 较大;火箭向下喷射燃气获得推力加速上升,是 能转化为机械能。
12. (2023·长沙中考)如图所示,在配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉,把活塞迅速压下去,看到的现象是 。这是因为活塞压缩空气,使空气的内能 ,温度升高,这一过程与内燃机工作的 冲程原理相同。
13.一台单缸四冲程汽油机,飞轮转速是1 200 r/min,该汽油机每秒活塞对外做功 次。若该汽油机消耗了0.2 kg汽油,则这些汽油完全燃烧放出的热量是 J(汽油的热值为4.6×107 J/kg)。
14.用两个相同的“热得快”分别给质量、初温都相同的甲、乙两种液体同时加热,两液体的温度随时间变化关系的图像如图所示。根据图像可知,甲液体的比热容 (选填“大于”“小于”或“等于”)乙液体的比热容。如果乙液体是水,那么质量为500 g、初温为20 ℃的乙液体吸收9.45×104 J的热量,则乙液体的温度升高了 ℃。(气压为1个标准大气压)
三、简答题:本题共1小题,共4分。
15.如图所示,在大口厚玻璃瓶内装入少量的水,塞紧塞子后,用气筒向瓶内打气,当塞子跳起时,看到瓶口有“白雾”出现,但“白雾”又很快消失了,请解释“白雾”形成和消失的原因。
四 、实验题:本题共3小题,共18分。
16.(7分)为了比较水和煤油的吸热能力,小红用两个相同的装置做了如图所示的实验。
(1)在两个相同的烧杯中应加入初温相同、 (选填“质量”或“体积”)相同的水和煤油。
(2)实验中搅拌器的作用是:使液体 ,选用相同酒精灯加热的目的是:使水和煤油在相同时间内 相同。
(3)实验中发现水的温度比煤油的温度升高得 (选填“快”或“慢”),这表明 (选填“煤油”或“水”)吸热本领更强。
(4)实验中,使水和煤油升高相同的温度,通过比较 判断两种液体的吸热能力,这里用了哪些研究物理问题的方法 。
17.(6分)某同学学习了燃料的热值后,自己设计了一个实验来探究“煤油和菜籽油的热值大小关系”。他在实验时组装了如图甲、乙所示的两套规格完全相同的装置,并每隔1 min记录杯中水的温度(如表)。
加热时间/min 0 1 2 3 4 5 6
图甲中水温/℃ 25 27 29 32 34 36 38
图乙中水温/℃ 25 26 27 28 29 30 31
(1)在安装、调整实验器材时,科学合理的顺序是(甲图中):先调整固定 的位置,再调整固定 的位置。(选填“A”或“B”)
(2)为保证实验结论的可靠性,实验时应控制两套装置中煤油和菜籽油的质量、水的 和 相同。
(3)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 。
(4)如图丙所示的是这两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量m的关系图像,其中物质 (选填“a”或“b”)是煤油。
18.(5分)为了探究物体温度升高时吸收热量的多少与哪些因素有关,小明用4个相同的烧杯分别盛水和煤油,用 (选填“同样的”或“不同的”)加热器加热水和煤油,实验数据记录如表:根据实验记录数据, 请你分析物体温度升高时吸热多少与哪些因素有关:
烧杯编号 液体 质量/g 初温/℃ 末温/℃ 加热时间/min
1 水 300 20 30 12.3
2 水 150 20 30 6.2
3 煤油 300 20 30 6.1
4 煤油 300 20 25 3.1
(1)比较1、2两烧杯的实验记录,得出的结论是 。
(2)比较 两烧杯的实验记录,得出的结论是物质吸收热量的多少与变化温度有关。
(3)比较1、3两烧杯的实验记录,得出的结论是 。
(4)综合上述结论,物体温度升高时吸收热量的多少与 有关。
五、计算题:本题共3小题,共30分。
19.(9分)天然气是福州市民常用的一种能源。某用户用天然气将50 kg的水从20 ℃加热到60 ℃。已知水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值q=4.2×107 J/m3。求:
(1)这些水升高的温度。
(2)这些水吸收的热量。
(3)加热这些水所需要天然气的体积(设天然气完全燃烧、不计热量损失)。
20.(10分)某学习小组同学想研究酒精灯烧水时的热效率。他们用酒精灯给100 g的水加热,经过一段时间测得水温升高了60 ℃、消耗了4.2 g酒精。已知:水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),酒精的热值为3×107 J/kg。求:
(1)此过程中水吸收的热量。
(2)4.2 g酒精完全燃烧放出的热量。
(3)酒精灯烧水时的热效率。
21.(11分)(2024·漳州质检)一款新型汽车以某一速度在一段平直的公路上匀速行驶一段距离,消耗了2 kg汽油,其发动机的效率为30%,则在这段运动过程中,[已知:汽油的热值为4.6×107 J/kg,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),环境为1标准大气压]求:
(1)汽油完全燃烧放出的热量;
(2)该汽车发动机做的有用功;
(3)若发动机耗损的能量全部被初温25 ℃质量200 kg的水吸收,水升高的温度。
