人教版物理高二选修2-2第四章第一节热机原理 热机效率同步练习

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人教版物理高二选修2-2第四章
第一节热机原理 热机效率同步练习
一．单选题
1．关于热机，下列说法是正确的（　　）
A． 汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞
B． 柴油机在吸气冲程中，将柴油和空气的混合气吸入气缸
C． 汽油机在做功冲程中，进气门关闭排气门打开
D． 汽油机在做功冲程中，是把内能转化为机械能
答案：D
解析：解答：A、汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴；B、柴油机在吸气冲程中，将空气吸入气缸；C、汽油机在做功冲程中，进气门和排气门都是关闭的；D、汽油机的做功冲程中，将内能转化成了机械能．故选D．
分析：汽油机的顶端是火花塞，吸气冲程中吸进的是汽油和空气的混合物；柴油机的顶端是喷油嘴，吸气冲程中吸进的是空气．汽油机的做功冲程中，进气门和排气门都是关闭的，汽油和空气的混合物越到明火剧烈燃烧，产生了高温高压的燃气，推动活塞运动，将燃气的内能转化为活塞运动的机械能．
2．下列说法正确的是（　　）
A． 炽热的铁水具有内能，冰冷的铁块不具有内能
B． 汽油机工作时，在压缩冲程中内能转化为机械能
C． 汽车发动机用水作为冷却物质，是因为水的比热容较大
D． “尘土飞扬”是分子在做无规则运动
答案：C
解析：解答：A、炽热的铁水与冰冷的铁块都具有内能，故A错误；B、汽油机工作时，在压缩冲程中机械转化为内能，故B错误；C、汽车发动机用水作为冷却物质，是因为水的比热容较大，故C正确；D、“尘土飞扬”是分子固体小颗粒的无规则运动，不是分子的无规则运动，故D错误；故选C．
分析：A、组成物质的所有分子的动能与势能的和是物体的内能，任何物体都具有内能；B、内燃机工作时在压缩冲程机械能转化为内能；C、水的比热容较大，常用水作为冷却剂；
D、组成物质的分子很小，用肉眼直接观察不到．
3．热机的广泛使用已成为一个国家工业化程度的标志，人类的现代生活已越来越离不开各种热机，热机从根本上改变着我们的世界．下列相关说法正确的是（　　）
A． 热机是把内能转化为机械能的装置
B． 内燃机完成一个工作循环对外做功两次
C． 使用热值大的燃料可提高热机效率
D． 采取有效措施可以使热机效率达到100%
答案：A
解析：解答：A．热机是利用内能来工作的机器，其中能量的转化是将内能转化为机械能的机械，故A正确；B．四冲程内燃机的一个工作循环包括四个冲程，一个工作循环对外做一次功，故B不正确；C．燃料的热值是燃料的特性，燃料的热值大，只能说明完全燃烧1kg的燃料放出的热量多，而热机的效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，采用使用热值大的燃料，并不能提高热机的效率，故C不正确；D．热机工作时，总要克服摩擦做功、总有部分能量散失到空中，用来做有用功的能量一定小于燃料完全燃烧产生的能量，所以热机效率一定小于1，故D不正确．故选A．
分析：（1）热机是将内能转化为机械能的机器；（2）四冲程内燃机的一个工作循环包括四个冲程，分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程；（3）燃料的热值：1kg的某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值；热机的效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比；（4）热机的效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，减少热的损失，可以提高效率．
4．内燃机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀而做功，则（　　）
A． 这些气体的内能一定不变 B． 这些气体的内能一定增加
C． 这些气体的温度一定降低 D． 这些气体的温度一定升高
答案：C
解析：解答：当内燃机内部的高温燃气迅速膨胀对外做功时，内能转化为机械能，使得燃气的内能减小、温度降低．故选C．
分析：做功可以改变物体的内能：当外界对物体做功时，机械能转化为物体的内能，物体的内能增大、温度升高；例如克服摩擦做功、压缩气体做功、弯折铁丝做功、敲打铁块做功等
当物体对外界做功时，物体的内能转化为机械能，物体的内能减小，温度降低；例如气体膨胀做功．
5．下列说法中正确的是（　　）
A． 一桶水的比热容和一杯水的比热容不同
B． 摩托车上的热机工作时提供动力的是做功冲程
C． 阳光射入房间内看到尘土飞扬，可以说明分子做无规则运动
D． 用锯条锯木板时锯条发热，锯条的内能增加，木板的内能减少
答案：B
解析：解答：A、比热容是物质的一种属性，和物体的质量大小无关．故A错误；B、摩托车用的是汽油机，它的工作原理是：汽油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气，推动活塞做功，为汽油机提供动力．它发生在做功冲程．故B正确；C、在房间内看到尘土飞扬，是固体小颗粒在运动，不能说明是分子在做无规则运动．故C错误；D、用锯条锯木板时，是外力克服摩擦做功，锯条和木板的内能都会增加．故D错误．故选B
分析：此题涉及到的知识点比较多，需要同学们对每一个选项进行认真仔细分析后才能得出正确的答案．
6．下列说法中正确的是（　　）
A． 摩托车上的热机工作时提供动力的是做功冲程
B． 一桶水的比热容和一杯水的比热容不同
C． 阳光射入房间内看到尘土飞扬，可以说明分子在不停地做无规则运动
D． 用锯条锯木头时锯条发热，锯条的内能增加，木板的内能减少
答案：A
解析：解答：A、摩托车上的四冲程热机工作时，做功冲程将内能转化为机械能，提供了动力．故A正确；B、因为比热容与物体的质量无关，所以一杯水的比热容和一桶水的比热容相同；故B错误；C、分子运动是无法直接用眼睛看到的，故尘土飞扬属于机械运动，都不是分子运动的体现；故C错误；D、用锯条锯木头，要克服摩擦做功，消耗机械能转化为内能，使木头的内能增加、温度升高，这是通过做功的方式使锯条内能改变的．故D错误；
故选A．
分析：①内燃机的四个冲程包括：吸气冲程、压缩冲程和排气冲程，其中排气冲程是高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，为其提供能量．②比热容是物质的一种特性，它只与物体的种类有关，与物体的温度、质量等无关．③不同的物质在相互接触时，彼此进入对方的现象叫做扩散，这一现象说明一切物体的分子都在不停地做无规则运动．由于分子的体积很小，分子的运动无法用肉眼直接看到，但可以通过气味、颜色的变化来体现．④改变物体内能有两种方法，一是做功，对物体做功，物体的内能增加、温度升高；物体对外做功，物体的内能减少；二是热传递．据此分析判断．
7．磊磊陪爸爸看车展，看到了新款红旗轿车，他想知道中国生产的第一辆红旗轿车四冲程热机工作时提供动力的是（　　）
A． 做功冲程 B． 吸气冲程 C． 压缩冲程 D． 排气冲程
答案：A
解析：解答：在做功冲程中将燃料燃烧产生的内能转化为机械能，为热机工作提供动力；
故选A．
分析：在四冲程内燃机的做功冲程中，燃料燃烧产生大量的高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能．
8．下列说法中正确的是（　　）
A． 热机工作时提供动力的是做功冲程
B． 一桶水的比热容和一杯水的比热容不同
C． 阳光射入房间内看到尘土飞扬，可以说明分子在不停地做无规则运动
D． 我们不敢大口地喝热气腾腾的汤，是因为汤含有的热量较多
答案：A
解析：解答：A、四冲程热机工作时，做功冲程将内能转化为机械能，提供了动力．故A正确；B、因为比热容与物体的质量无关，所以一杯水的比热容和一桶水的比热容相同；故B错误；C、分子运动是无法直接用眼睛看到的，故尘土飞扬属于机械运动，都不是分子运动的体现；故C错误；D、热量是一个过程量，不可以说含有热量，故D错误．
故选A．
分析：①内燃机的四个冲程包括：吸气冲程、压缩冲程和排气冲程，其中排气冲程是高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，为其提供能量．②比热容是物质的一种特性，它只与物体的种类有关，与物体的温度、质量等无关．③不同的物质在相互接触时，彼此进入对方的现象叫做扩散，这一现象说明一切物体的分子都在不停地做无规则运动．由于分子的体积很小，分子的运动无法用肉眼直接看到，但可以通过气味、颜色的变化来体现．④根据热量描述进行判断．
9．下列交通工具中，动力设备不是热机的是（　　）
A． 远洋轮船 B． 载重汽车 C． 战斗机 D． 电动摩托
答案：D
解析：解答：远洋轮船、载重汽车、战斗机工作时都要使用化石能源作燃料，都是使用热机工作的．电动摩托车工作时是通过电动机工作的，没有使用热机．故选D．
分析：热机原理：燃料具有化学能，在压缩冲程的末端，燃料燃烧，燃烧时化学能转化为内能，产生高温高压的燃气，推动活塞做功，内能转化为机械能．
10．下列关于热机的说法中正确的是（　　）
A． 热机为外界提供动力在压缩冲程
B． 所有的热机都是用汽油作为燃料
C． 汽车排出的尾气发生在热机做功冲程
D． 热机对大气的污染主要是尾气的排放
答案：D
解析：解答：A、做功冲程中将燃料燃烧产生的内能转化为机械能，为热机工作提供动力，所以A是错误的；B、热机中有燃烧汽油的（汽油机），有燃烧柴油的（柴油机），有燃烧液态氢的（火箭喷气发动机），所以B是错误的；C、汽车排出的尾气发生在热机排气冲程，所以C是错误的；D、热机都是靠燃烧燃料获得能量的，汽油、柴油等燃料燃烧时都会放出有害气体，污染环境，所以D是正确的．故选D．
分析：（1）在四冲程内燃机的做功冲程中，燃料燃烧产生大量的高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能．（2）热机的种类有很多，像老式火车的蒸汽机（燃烧煤）、汽车的内燃机（燃烧汽油）、发电厂的汽轮机（燃烧煤）、火箭的喷气发动机（燃烧氢）都是利用内能做功的机器．（3）内燃机的四个冲程有吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程．（4）汽车排放的尾气中有水蒸气、二氧化碳等无害气体，也有二氧化氮等氮氢化合物有害气体．
11．以下说法中正确的是（　　）
A． 甲汽油机的热机效率比乙汽油机的热机效率高，说明甲消耗的汽油比乙少
B． 汽油机的压缩冲程内能转化为机械能
C． 汽油的热值比柴油的热值大，说明汽油燃烧时放出的热量多
D． 四冲程汽油机的做功冲程使汽车获得动力
答案：D
解析：解答：A、汽油机的效率是汽油机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，甲汽油机效率比乙汽油机效率高，说明甲汽油机有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比大，故A错误．B、在压缩冲程中，活塞压缩汽油与空气形成的燃料混合物，活塞对气体做功，将机械能转化为气体的内能，故B错误．C、汽油比柴油的热值大，说明相同质量的汽油和柴油完全燃烧时放出的热量多，故C错误；D、在汽油机的四个冲程中，只有做功冲程可以使汽车获得动力，故D正确．故选D．
分析：（1）用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率．效率高说明比值大．（2）在内燃机的做功冲程中能量转化是内能转化为机械能，压缩冲程中能量转化是机械能转化为内能．（3）1kg某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值．（4）在做功冲程中，燃料的化学能转化为内能，而内能又转化为机械能，带动飞轮转动做功．
12．下列现象中，通过做功改变物体内能的是（　　）
A． 放入电冰箱中的食物温度降低
B． 夏天，在阳光的照射下，柏油路面温度升高
C． 给自行车轮胎充气时，气筒变热
D． 用火炉烧水，水的温度升高
答案：C
解析：解答：A、电冰箱中的食物放出热量、内能减少、温度降低，是利用热传递改变物体的内能，不符合题意；B、路面从太阳吸收热量、内能增加、温度升高，是利用热传递改变物体的内能，不符合题意；C、给自行车轮胎充气时，压缩空气做功，使空气和气筒内能增加、温度升高，是利用做功改变物体的内能，符合题意；D、水从火吸收热量，内能增加、温度升高，是利用热传递改变物体的内能，不符合题意；故选C．
分析：改变物体内能的方法：做功和热传递，
热传递是能的转移过程，即内能从高温物体向低温物体转移的过程；
做功实质是能的转化过程．
二．填空题
13．内燃机的一个工作循环有四个冲程，其中压缩冲程是把 转化 ；某四冲程汽油机的转速3000转每分钟，那么在1分钟内，该汽油机的冲程数是 个，对外做功 次．
答案：机械能|内能|6000|1500
解析：解答：（1）内燃机的压缩冲程将机械能转化为内能；（2）汽油机飞轮转速为3000r/min，则1min内完成×3000=1500个工作循环，完成的冲程为1500×4=6000个，对外做功1500次．故答案为：机械能；内能；6000；1500．
分析：（1）内燃机的四个冲程中压缩冲程将机械能转化成内能，做功冲程是将内能转化为机械能；（2）汽油机飞轮每转2转，对外做功一次，完成一个工作循环．
14．如图表示的是汽油机的 冲程；在该冲程中，是 能转化为 能．
答案：做功|内|机械
解析：解答：进气门和排气门都是关闭的，活塞下行，火花塞喷出电火花，可以判断是做功冲程，做功冲程中内能转化为机械能．
故答案为：做功；内；机械．
分析：由进气门和排气门的关闭和打开情况、活塞的上行和下行情况来判断是哪个冲程；
汽油机四个冲程中压缩冲程是机械能转化为内能，做功冲程是内能转化为机械能，排气和吸气冲程没有能的转化．
15．内燃机的工作原理是：燃料在气缸内燃烧，将 能转化为 能，产生的高温高压燃气推动活塞对外做功，又将燃气的 能转化为 能．
答案：化学|内|内|机械
解析：解答：内燃机的燃料在气缸内燃烧，燃烧燃料将化学能转化为内能生成高温高压的燃气，燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能．
故答案为：化学；内；内；机械．
分析：要解决此题，需要掌握内燃机的工作原理：将燃料的内能转化为机械能．
16．四冲程汽油机在做功冲程中，气缸内的高温高压气体迅速膨胀而推动活塞对外做功，此时气体的温度会 （填“升高”或“降低”），气体的内能将 （填“增大”或“减小”）．
答案：降低|减少
解析：解答：当内燃机内部的高温气体迅速膨胀对外做功时，内能转化为机械能，故气体的内能会减小，气体的温度会降低；
故答案为：降低，减少．
分析：解决此题要知道做功可以改变物体的内能：
当对物体做功时，机械能转化为物体的内能，物体的内能增大；
当物体对外做功时，物体的内能转化为机械能，物体的内能减小．
17．如图是汽油机工作的四个冲程（顺序已打乱），汽油机一个工作循环对外做功 次，请按一个工作循环的过程，将四个图重新排序： ，内燃机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀而对外做功，做功时气体的温度 ，内能 ．
答案：一|DACB|降低|减小
解析：解答：汽油机一个工作循环包括四个冲程，只有做功冲程对外做功，因此一个工作循环做功一次；
A图中的两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程；
B中的一个气阀打开，活塞向上运动，所以为排气冲程；
C中的两个气阀都关闭，活塞下运动，所以为做功冲程；
D中的一个气阀打开，活塞向下运动，所以为吸气冲程；
故正确的排列顺序应该为：DACB．
内燃机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀而对外做功，做功时气体的温度降低，内能减小，将内能转化为机械能．
故答案为：一；DACB；降低；减小．
分析：要解决此题首先要掌握汽油机的四个冲程：吸气、压缩、做功、排气冲程，同时需要掌握汽油机四冲程的特点；汽油机完成1个工作循环，对外做功一次．
18．近期科学家发明了一种单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同，在第四冲程结束后，立刻向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速 （填物态变化名称）成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，在水蒸气推动活塞做功的过程中主要的能量转化情况是 ，从而提高了热机的效率．
答案：汽化|内能转化为机械能
解析：解答：据题意可知，该内燃机在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸汽，推动活塞再次做功，使得水蒸气的内能转化为内燃机的机械能，即这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的效率．
故答案为：汽化；内能转化为机械能．
分析：（1）物质由液体变为气态称为汽化；（2）看清该过程中消耗了哪种形式的能，进而又产生了哪种形式的能即可；
19．四冲程的汽油机一个工作循环对外做功 次，在做功过程中，气缸内高温气体迅速膨胀而推动活塞做功，将 能转化为 能．
答案：1|内|机械
解析：解答：在内燃机的四个冲程中，只有做功冲程经内能转化为机械能，即对外做功；所以在汽油机的一个工作循环中，对外做功一次．
故答案为：1；内；机械．
分析：内燃机的一个工作循环包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程，只有做功冲程对外做功．
20．科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同，在第四冲程结束后，立刻向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度 （选填“升高”、“降低”或“不变”），其内能
（选填“增大”、“减小”或“不变”），这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的 ．
答案：降低|减小|效率
解析：解答：在做功冲程中，高温气体迅速膨胀对活塞做功，气体的内能减小，转化为机械能；
在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸汽，推动活塞再次做功，水蒸汽温度降低；这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的效率．
故答案为：降低；减小；效率．
分析：改变物体内能的方法：一是做功，对物体做功，物体的内能增加，物体对外做功，物体的内能减小；二是热传递；
在消耗的总能量相同时，机器所做的有用功越多，其效率越高．
21．汽车是我们十分熟悉的交通工具，也包含丰富的物理知识．
①汽车发电机是利用 原理制成的，汽车上的热机工作时提供动力的是 冲程．
②汽车晚上行驶时车内灯通常是关闭的，这样可以防止 （选填“车内”或“车外”）的景物平面镜成像而影响到司机对路况的观察．
答案：电磁感应|做功|车内
解析：解答：（1）发电机是利用电磁感应现象制成的．在热机的工作冲程中，做功冲程是将内能转化为机械能，即提供动力的冲程．（3）当车内开灯时，灯发出的光线照射到车内的物体上，车内物体能够反射出较强的光线，其中一部分射到汽车前面的挡风玻璃上，以挡风玻璃为平面镜成像在挡风玻璃的前面，将前面的路况和车内的景物混杂在一起，影响到司机对路况的观察．
分析：（1）发电机是利用电磁感应原理制成的；提供动力的冲程是将得到机械能的冲程．（2）当玻璃两侧的光线不同时，能从较暗的一侧看到物体的像．
22．汽车是我们十分熟悉的交通工具，也包含丰富的物理知识．
a汽车的喇叭声是通过 传到人耳的．
b汽车发电机是利用 原理制成的，汽车上的热机工作时提供动力的是 冲程．
c汽车晚上行驶时车内灯通常是关闭的，这样可以防止 （选填“车内”或“车外”）的景物平面镜成像而影响到司机对路况的观察．
答案：a空气|b电磁感应|做功|c车内
解析：解答：（1）喇叭和人耳之间只用空气，所以声音是通过空气进入人耳的．（2）发电机是利用电磁感应现象制成的．在热机的工作冲程中，做功冲程是将内能转化为机械能，即提供动力的冲程．（3）当车内开灯时，灯发出的光线照射到车内的物体上，车内物体能够反射出较强的光线，其中一部分射到汽车前面的挡风玻璃上，以挡风玻璃为平面镜成像在挡风玻璃的前面，将前面的路况和车内的景物混杂在一起，影响到司机对路况的观察．
故答案为：（1）空气；（2）电磁感应；做功；（3）车内．
分析：（1）通过喇叭与人的耳朵之间的物质可以确定声音是通过哪种介质进入人耳朵的．（2）利用发电机的基础知识可以确定其制成原理；提供动力的冲程是将得到机械能的冲程．（3）根据提到的物理情景进行分析，可以得到此题的答案．
23．小轿车上的汽油机工作时提供动力的是 冲程，将 能转化为机械能，一台效率为30%的汽油机，当输出6.9×107 J有用功时，消耗的汽油质量是 kg．（汽油的热值是4.6×107 J/kg）
答案：做功|内|5
解析：解答： 内燃机的四个冲程中，提供动力的是做功冲程，它将内能转化成机械能；
∴
．
故答案为：做功；内；5．
分析：（1）内燃机的一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，其中压缩冲程将机械能转化成内能，做功冲程将内能转化成机械能，做功冲程提供动力；（2）知道汽油机的效率和做有用功的能量，利用效率公式求燃料完全燃烧放出的热量，再根据Q放=mq求消耗汽油的质量．
24．由江淮汽车公司自主研发和量产的、荣获“中国心”十佳发动机称号的VVT发动机，在国内处于领先水平、在国际处于先进水平．VVT发动机工作时， 冲程使汽车获得了动力；若VVT发动机的能量流向如图所示，则热机效率是 ．
答案：做功|30%
解析：解答：（1）VVT发动机工作时，在做功冲程中，将内能转化为机械能，使汽车获得了动力；（2）从发动机的能流图可知，热量损失主要有废气带走的热量、冷却水带走的热量、摩擦与辐射损耗的能量，
所以发动机的热机效率：100%﹣33%﹣30%﹣7%=30%；
故答案为：做功；30%．
分析：热机工作时，通过做功冲程来给机器提供动力；根据发动机在工作过程中的能量流向图求解出内燃机的热机效率，热机的效率等于有用能量与总能量比值．
三．解答题
25．图1为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作．
排量 2.0L
输出功率 120kW
转速 6000r/min
（1）发动机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将 能转化为 能．
答案：内|机械
（2）有一台四缸发动机，其主要技术指标如上表所示．其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离L（如图2）．该发动机在1s内做功 J，单缸排量V=
L．
答案： 1.2×105|0.5
解析：解答：（1）在做功冲程里，高温、高压的燃气膨胀做功，将内能转化为机械能；（2）∵，
∴发动机在1s内做功：
W=Pt=120×103W×1s=1.2×105J，
∵四缸总排量为2.0L，
单缸排量：
V=×2.0L=0.5L，
故答案为：（1）内；机械；（2）1.2×105；0.5．
分析：（1）发动机在做功冲程里，高温、高压的燃气膨胀推动活塞做功，将燃气的内能转化为机械能．（2）知道发动机的输出功率，利用功率公式计算发动机在1s内做功；知道四个缸总排量，可以求单缸排量．
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