第十四章 内能的利用 2024-2025学年物理人教版九年级全一册（含答案）

第十四章 内能的利用
时间:60分钟　　满分:100分
题序 一 二 三 四 评卷人 总分
得分
一、填空题(本题共6小题,每空2分,共24分)
1.酒精的热值为3×107 J/kg,一瓶酒精用去一半后,剩余部分的热值为　　　J/kg。火箭的燃料是液态氢,主要是因为它的　　　　大。
2.当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”,这时发动机的效率　　　　(选填“升高”、“不变”或“降低”),此时汽油的热值　　　　(选填“变大”、“变小”或“不变”)。
3.小玉家的下水管堵了,小玉爸爸用固体疏通剂进行疏通,具体操作:先将适量的疏通剂倒入下水道,再缓慢加入清水,疏通剂与水发生化学反应生成高温高压气体,通过高温高压气体的膨胀将管道疏通。在疏通剂与水发生化学反应的过程中,能量的转化情况是　　　　　　　　　　　　　　　　　;高温高压气体疏通管道的过程相当于四冲程汽油机的　　　　　　冲程。
4.如图所示,A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图,E、F是演示实验的示意图。其中C图所示的汽油机正处于　　　　冲程,与它的能量转化相同的是　　　　(选填“E”或“F”)图所示的演示实验。
5.体积为0.28 m3、热值为3.6×107 J/m3的煤气完全燃烧放出的热量为　　　J;若这些热量的50%被温度为20 ℃、质量为30 kg的水吸收,则水的末温是　　　　℃。[水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃)]
6.我国新型潜艇以氢燃料电池作为潜艇的备用动力,氢燃料电池比常规的发电机有更多的优势,主要是动力效率高,而且工作时无振动、无噪声。若潜艇携带2.4×103 kg的氢燃料,则这些氢燃料完全燃烧放出的热量为　　　J。若这些热量的80%被用来驱动潜艇航行,且潜艇匀速航行时受到的阻力为2.4×105 N,则该潜艇可匀速航行的距离为　　　m。(q氢=1.4×108 J/kg)
二、选择题(本题共8小题,每小题4分,共32分)
7.关于燃料的热值,以下说法正确的是 (　　)
A.燃烧1 kg某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值
B.燃料的热值与燃料的种类有关,与燃料的质量和燃烧状况无关
C.燃料燃烧时,质量越大,热值越大
D.燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小
8.传统燃油汽车的能量利用率很低。经测量某燃油汽车的汽缸向外散热占25%,废气带走的能量占33%,摩擦等机械损耗占11%,则它的机械效率为 (　　)
A.69%
B.42%
C.31%
D.12%
9.关于能量转化,下列说法不正确的是 (　　)
A.电饭锅工作时,将内能转化为电能
B.电风扇工作时,将电能主要转化为机械能
C.水果电池供电时,将化学能转化为电能
D.核电站发电时,将核能转化为电能
10.如图所示,这是内燃机的能流图,其中对(1)和(2)的表述最恰当的是 (　　)
A.(1)内能;(2)机器散热
B.(1)内能;(2)废气带走的能量
C.(1)化学能;(2)机械损耗
D.(1)化学能;(2)废气带走的能量
11.与汽油机比较,柴油机 (　　)
A.汽缸顶部无火花塞,吸入汽缸的是柴油,效率高
B.汽缸顶部有喷油嘴,吸入汽缸的是空气,效率高
C.汽缸顶部有火花塞,吸入汽缸的是空气,效率低
D.汽缸顶部有火花塞,吸入汽缸的是柴油和空气的混合燃料,效率高
12.如图所示,这是四冲程汽油机工作时某个冲程的示意图,下列说法正确的是 (　　)
A.该冲程是排气冲程
B.该冲程汽缸内的物质只有空气
C.该冲程中机械能转化为内能
D.该冲程汽缸内物质的内能在减小
13.如图所示,这是一种设想中的永动机,它通过高处的水冲击叶片,叶片转动对外做功,同时带动抽水器将水从低处抽到高处,从而循环工作。下列关于该永动机的分析正确的是 (　　)
A.水下落的过程中将动能转化为重力势能
B.水流冲击叶片时,可将水具有的能量全部转化为叶片的动能
C.该永动机可以在现实中推广
D.这一设想不符合能量守恒定律
14.下列关于如图所示的某单缸四冲程汽油机的说法中,正确的是 (　　)
A.靠飞轮的惯性完成的冲程是甲、乙、丁
B.四冲程内燃机一个工作循环中的工作过程依次是丁、丙、甲、乙
C.若飞轮转速为3000 r/min,则该汽油机1 s能做功25次
D.丁图中汽缸内气体的温度会降低
三、实验探究题(本题共1小题,共24分)
15.关于燃料的热值,某同学做了以下实验,如图所示,甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量都是10 g,烧杯内的液体质量也相同。
(1)比较不同燃料的热值,应选择　　　　两图进行实验。可通过　　　　　　　　　反映热值的大小。
(2)假如燃料1为酒精,其热值为3×107 J/kg,完全燃烧10 g酒精放出的热量为　　　　J。假如液体a为水,小明根据实验数据利用公式算出了水吸收的热量,结合“10 g酒精”这一数据算出了酒精的热值,这种做法　　　　(选填“可靠”或“不可靠”),理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)选用　　　　两图进行实验,可探究“比较不同种类物质的吸热能力”。
四、计算题(本题共2小题,每小题10分,共20分)
16.某氢能源公交车以10 m/s的速度在平直公路上匀速行驶,发动机的功率为200 kW,每行驶700 m消耗氢燃料200 g(氢燃料的热值为1.4×108 J/kg),求在这个过程中:
(1)200 g的氢燃料完全燃烧放出的热量。
(2)这辆公交车发动机的牵引力。
(3)这辆公交车发动机的效率。
17.一位农民梦想着:如果能将与黄金一样颜色的玉米变成“黄金”,那该多好!为此他向一位科学家寻求帮助。这位科学家经考察研发出了“乙醇汽油”,即用玉米生产乙醇(酒精),然后按一定的比例与汽油混合,就得到了“乙醇汽油”。这种“乙醇汽油”可以作为燃料使用,成了一种畅销能源。用10 kg的该燃料加热500 kg、20 ℃的水,烧水灶具的效率为30%。[c水=4.2×103 J/(kg·℃),q乙醇汽油=4.2×107 J/kg]问:
(1)10 kg该燃料完全燃烧放出的热量是多少
(2)水吸收的热量是多少
(3)水升高的温度是多少
参考答案
一、填空题
1.3×107　热值
解析:酒精用去一半后,剩余部分的热值不变,仍为3×107 J/kg;火箭的燃料是液态氢,主要是因为液态氢的热值大,与相同质量的其他燃料相比,能放出更多的热量。
2.降低　不变
解析:当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”,此时汽油的热值不变,由于尾气中带走的热量过多,因此发动机的效率降低。
3.化学能转化为内能,再转化为机械能
做功
解析:疏通剂与水发生化学反应生成高温高压气体,通过高温高压气体的膨胀将管道疏通,该过程中化学能转化为内能,再转化为机械能。汽油机的做功冲程中也将内能转化为机械能。
4.做功　F
解析:C图中,进气门和排气门均关闭,活塞向下运动,是做功冲程,该冲程中内能转化为机械能;E图中压缩空气做功,将机械能转化为内能,F图中,水蒸气推动活塞做功,将内能转化为机械能。
5.1.008×107　60
解析:煤气完全燃烧放出的热量Q放=Vq=0.28 m3×3.6×107 J/m3=1.008×107 J。水吸收的热量Q吸=ηQ放=50%×1.008×107 J=5.04×106 J,由Q=cmΔt可得,水升高的温度Δt===40 ℃,则水的末温t=t0+Δt=20 ℃+40 ℃=60 ℃。
6.3.36×1011　1.12×106
解析:氢燃料完全燃烧放出的热量Q放=mq氢=2.4×103 kg×1.4×108 J/kg=3.36×1011 J;潜艇动力做的有用功W=ηQ放=80%×3.36×1011 J=2.688×1011 J,潜艇匀速航行时受到的阻力为2.4×105 N,则潜艇所受的牵引力F=f=2.4×105 N,根据W=Fs可知,潜艇可匀速航行的距离s===1.12×106 m。
二、选择题
7 8 9 10 11 12 13 14
B C A D B C D C
7.B
解析:完全燃烧1 kg某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值,必须是完全燃烧放出的热量,才是燃料的热值,故A选项错误;热值是燃料的一种特性,热值的大小仅与燃料的种类有关,与燃料的质量、燃料的燃烧程度等无关,故C、D选项错误,B选项正确。
8.C
解析:各种能量损耗的总和为69%,因此它的机械效率η=100%-69%=31%。
9.A
解析:电饭锅工作时,将电能转化为内能;电风扇工作时,将电能主要转化为机械能;水果电池工作时,将化学能转化为电能;核电站发电时,将核能转化为电能。
10.D
解析:内燃机工作时,把燃料燃烧的化学能转化为机械能,在热机的各种热损失中,废气带走的能量最多,故D选项正确。
11.B
解析:汽油机顶部有火花塞,柴油机顶部为喷油嘴,汽油机吸入汽缸的是空气和汽油的混合物,柴油机吸入汽缸的是空气,柴油机效率高。
12.C
解析:由图可知,汽油机的两气门都关闭,活塞上行,是压缩冲程,故A选项错误;汽油机在吸气时,吸入的是汽油和空气的混合物,所以该冲程汽缸内的物质是汽油和空气的混合物,故B选项错误;汽油机在压缩冲程中,压缩混合气体做功,将机械能转化为内能,混合气体的温度升高、内能增加,故C选项正确,D选项错误。
13.D
解析:水下落的过程中将重力势能转化为动能,故A选项错误;水流冲击叶片时,将水的部分机械能转化为叶片的动能,而不是全部,故B选项错误;设想中的永动机不能一直工作下去,因为抽水器在工作过程中,有部分机械能会转化为内能,即机械能会逐渐减少,根据能量守恒定律,最后会停止工作,因此该永动机违背了能量守恒定律,不能在现实中推广,故C选项错误,D选项正确。
14.C
解析:甲图中两气门都关闭,活塞下行,火花塞点燃,是做功冲程;乙图中进气门打开,排气门关闭,活塞下行,是吸气冲程;丙图中,进气门关闭,排气门打开,活塞上行,是排气冲程;丁图中两气门都关闭,活塞上行,是压缩冲程,所以正确的排序是乙、丁、甲、丙;内燃机的一个工作循环有四个冲程,只有在做功冲程中使汽车获得动力,此冲程中内能转化为机械能,其他三个冲程均为辅助冲程,依靠飞轮的惯性完成,即依靠飞轮的惯性完成的冲程是乙、丙、丁,故A、B选项错误。四冲程汽油机飞轮的转速为3000 r/min,因为一个工作循环飞轮转2圈,完成四个工作冲程,做功1次,所以该汽油机1 s飞轮转50圈,共25个工作循环,完成100个工作冲程,对外做功25次,故C选项正确;丁图是压缩冲程,此冲程中机械能转化为内能,汽缸内气体的内能增加,温度升高,故D选项错误。
三、实验探究题
15.(1)甲、乙　温度计示数的变化
(2)3×105　不可靠　酒精不能完全燃烧且燃烧放出的热量没有全部被水吸收　(3)甲、丙
四、计算题
16.解:(1)200 g的氢燃料完全燃烧放出的热量Q放=mq=0.2 kg×1.4×108 J/kg=2.8×107 J。 (3分)
(2)由P=Fv可得,公交车发动机的牵引力F===2×104 N。 (3分)
(3)由W=Fs可得,牵引力做的功W=Fs=2×104 N×700 m=1.4×107 J,则公交车发动机的效率η===50%。 (4分)
17.解:(1)10 kg的该燃料完全燃烧放出的热量Q放=m乙醇汽油q乙醇汽油=10 kg×4.2×107 J/kg=4.2×108 J。 (3分)
(2)根据η=可知,水吸收的热量Q吸=ηQ放=30%×4.2×108 J=1.26×108 J。 (3分)
(3)根据Q吸=cmΔt可得,水升高的温度Δt===60 ℃。 (4分)