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第2课时 内能的利用
第18讲 内能 内能的利用
过教材 串知识 夯基础
知识点1 热机
1．热机：利用内能______的机械。
2．种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。
做功
3．四冲程汽油机工作示意图
冲程
名称 吸气冲程 ______冲程 ______冲程 排气冲程
示例
图
压缩
做功
气门、
活塞
变化 进气门______，排气门______，活塞向____运动 进气门______，排气门______，活塞向____运动 进气门______，排气门关闭，活塞向____运动 进气门______，排气门______，活塞向____运动
能量
转化 机械能转化为____能 内能转化为______能
打开
关闭
下
关闭
关闭
上
关闭
下
关闭
打开
上
内
机械
技巧点拨：汽油机一个工作循环包括4个冲程，对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转动2周。
知识点2 热机的效率
1．燃料的热值
(1)定义：某种燃料__________放出的热量与其质量(或体积)之比。
(2)单位：___________________________________。
(3)性质：与燃料的形态、体积、质量、是否完全燃烧无关，只与燃料的种类有关。
完全燃烧
焦每千克(J/kg)[或焦每立方米(J/m3)]
2．热机的效率
(1)定义：用来做________的那部分能量，与燃料__________放出的能量之比。
(2)公式：_________________。
(3)提高热机效率的方法
①让燃料燃烧更充分。
②在设计和制造过程中，不断改进和创新，以减小各种能量损失。
③设法利用废气的能量。
有用功
完全燃烧
知识点3 能量的转化和守恒
1．能量的转化：在一定条件下，各种形式的能量是可以__________的。
2．能量守恒定律
(1)内容：能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式______为其他形式，或者从一个物体______到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量__________。
(2)根据能量守恒定律，使人们认识到，________(选填“可能”或“不可能”)制造出永动机。
相互转化
转化
转移
保持不变
不可能
研重难 学方法 提能力
重难点1 热机冲程的辨别
【典例1】 (2024·岱岳区一模)一天在开车时，小蒙突然发现自家汽车不能提供稳定的动力，汽车修理店师傅经检测告诉她是因为其中一个汽缸的火花塞坏掉，不能产生电火花导致做功冲程不能顺利进行。下列四个图中，属于做功冲程的是( )
√
C [A选项题图中：进气门打开，活塞向下运行，汽缸容积增大，是吸气冲程，不符合题意；B选项题图中：排气门打开，活塞向上运动，汽缸容积减小，是排气冲程，不符合题意；C选项题图中：气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运行，汽缸容积增大，是做功冲程，符合题意；D选项题图中：气门都关闭，活塞向上运行，汽缸容积减小，是压缩冲程，不符合题意。故选C。]
【变式1】 (2022·泰安)如图所示，用酒精灯给试管中的水加热，水温上升，直至沸腾一段时间后，会看到试管口的橡皮塞被冲出。下列描述正确的是( )
A．试管中的水在升温过程中是通过做功的方式
增加内能的
B．试管中的水沸腾时吸收热量，温度升高
C．水蒸气对橡皮塞做功，水蒸气的内能增加
D．水蒸气对橡皮塞做功，其能量转化与汽油机做功冲程的能量转化相同
√
【变式2】 某公司研发了一款新型汽车，在同样油耗和使用条件下，发动机工作时，尾气中“汽油味”明显降低，动力更强劲。主要改进的冲程是( )
A B C D
√
C [在同样油耗和使用条件下，发动机工作时，尾气中“汽油味”明显降低，动力更强劲，做功冲程中汽油燃烧的越充分，尾气中的“汽油味”越低，所以主要改进的冲程是做功冲程。A选项题图中进气门打开，活塞向下运动，是吸气冲程，A错误；B选项题图中两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，B错误；C选项题图中两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，C正确；D选项题图中排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，D错误。故选C。]
重难点2 热学综合计算
【典例2】 (2024·泰安)某地利用地热资源建立温泉浴池。某温泉池注入了6×103 kg的水，初始水温为42 ℃，一段时间后水温降至30 ℃，放出的热量为Q，已知c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q天然气＝3.2×107 J/m3。求：
(1)Q的大小；
(2)完全燃烧多少立方米的天然气放出的热量为Q。
[答案] (1)Q的大小为3.024×108 J (2)完全燃烧9.45 m3的天然气放出的热量为Q
3.8×106
√
【变式5】 氢燃料新能源具有清洁无污染、效率高等优点，其热值为q氢＝1.4×108 J/kg。
(1)质量为0.3 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？
(2)用这些热量给质量为400 kg、温度为15 ℃的水加热(不计热量损失)，水的末温是多少摄氏度？已知水的比热容为c水＝4.2×103 J/ (kg·℃)。
(3)某氢能源汽车以1.4×105 W的恒定功率做匀速行驶，如果0.3 kg的氢燃料完全燃烧获得的热量有50%用来做有用功，能使该汽车匀速行驶多长时间？
[答案] (1)质量为0.3 kg的氢燃料完全燃烧放出4.2×107 J热量 (2)水的末温是40 ℃ (3)这些热量能让该氢能源汽车匀速行驶150 s
重难点3 能量守恒定律
【典例3】 下列关于能量及其转化的说法正确的是( )
A．电风扇吹风——机械能转化为电能
B．电热毯取暖——化学能转化为内能
C．钻木取火——机械能转化为内能
D．人造地球卫星从近地点向远地点运动——重力势能转化为动能
√
C [电风扇工作时，消耗电能，使电风扇转动，得到的是机械能，所以是电能转化为机械能，故A错误；电热毯取暖时，消耗电能，得到的是内能，所以是电能转化为内能，故B错误；钻木取火，克服摩擦力做功，使物体的内能增大，所以是机械能转化为内能，故C正确；卫星由近地点向远地点运动，其速度减小，动能减小，同时高度增大，重力势能增大，所以是动能转化为重力势能，故D错误。故选C。]
【变式6】 (2024·泰山区模拟)下列说法正确的是( )
A．汽车散失的热量不能收集起来再利用，不能说明能量的转化具有方向性
B．夏天城市温度高，环卫车洒水降温，是利用了水的比热容大的特点
C．饭菜做熟后香味飘满整个厨房，这是因为分子在不停地做无规则运动
D．在柴油机的压缩冲程中，机械能转化为柴油和空气混合物的内能
√
C [汽车散失的热量不能收集起来再利用，说明能量的转化具有方向性，故A错误；夏天城市温度高，环卫车洒水降温，是利用蒸发吸热来降温的，故B错误；饭菜做熟后香味飘满整个厨房，是扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动，故C正确；柴油机只吸入空气，因而在柴油机的压缩冲程中，机械能转化为空气的内能，故D错误。故选C。]
【变式7】 (2024·泰安校级模拟)如图1所示是某型号手电筒风扇。只闭合照明开关时，照明灯亮起；只闭合风扇开关时，风扇单独工作。如图2是手电筒风扇工作时的能量流向示意图，电池充电时，将能量以化学能的形式储存，工作时给电动机和照明灯供电。对图2方框中能量形式判断正确的是( )
A．甲是“内能” B．乙是“电能”
C．丙是“光能” D．丁是“机械能”
B [电池充电时，是将电能转化为化学能，电池分别给电动机和照明灯供电时，是将储存的化学能转化为电能，然后将电能分别转化为机械能和光能，故选项B正确，A、C、D错误。故选B。]
√
课时分层评价卷(二十一) 内能的利用
1．(2024·泰山区校级模拟)如图所示是汽油机工作的四个冲程，其中表示机械能转化为内能的冲程是( )
A B
C D
√
D [机械能转化为内能的冲程是压缩冲程。A选项题图中，气门都关闭，活塞向下运行，汽缸容积增大，是做功冲程，不符合题意；B选项题图中，进气门打开，活塞向下运行，汽缸容积增大，是吸气冲程，不符合题意；C选项题图中，排气门打开，活塞向上运动，汽缸容积减小，是排气冲程，不符合题意；D选项题图中，气门都关闭，活塞向上运行，汽缸容积减小，是压缩冲程，符合题意。故选D。]
2．(2024·岱岳区校级模拟)以下机械的动力装置不属于热机的是
( )
A．燃油汽车 B．喷气式飞机
C．火箭 D．“玉兔号”月球车
√
D [热机工作时需要将燃料在汽缸内燃烧，把燃料的内能转化为机械能。燃油汽车工作时，汽油燃烧将化学能转化为内能，再通过内燃机将内能转化为机械能，属于热机，故A不符合题意；喷气式飞机工作时，也是燃烧燃料将化学能转化为内能，然后燃气膨胀对外做功，将内能转化为机械能，属于热机，故B不符合题意；火箭是热机的一种，工作时将燃料燃烧释放的内能转化为机械能，对外做功，故C不符合题意；玉兔号月球车工作时利用的是电能，电能是由太阳能转化来的，不属于热机，故D符合题意。故选D。]
3．下列关于热学知识的表述正确的是( )
A．燃料不完全燃烧时，燃料的热值会变小
B．一个物体的温度不变时，内能也一定不变
C．四冲程内燃机工作时的压缩冲程是通过做功改变内能的
D．热量总是从内能多的物体传递到内能少的物体
√
C [热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度、放出热量的多少等均无关，燃料不完全燃烧时，燃料的热值不变，故A错误；物体的温度不变时，内能也可能改变，例如晶体熔化时，吸收热量，温度不变，内能增加，故B错误；热机中的压缩冲程活塞向上运动，压缩气体，活塞对气体做功，将机械能转化为气体内能，故C正确；热量总是从温度高的物体传递到温度低的物体，或从物体的高温部分传向低温部分，故D错误。故选C。]
4．下列说法不正确的是( )
A．做功和热传递都可以改变物体的内能
B．水的比热容大，因此水含有的热量多
C．汽油不能完全燃烧，放出的热量会变小
D．汽油机顶部的结构叫做火花塞，吸气冲程吸入的是汽油和空气
√
B [改变内能的方式有做功和热传递，故A正确，不符合题意；热量是过程量，不能说含有热量，故B错误，符合题意；汽油不能完全燃烧，放出的热量会变小，故C正确，不符合题意；汽油机顶部的结构叫做火花塞，吸气冲程吸入的是汽油和空气混合物，故D正确，不符合题意。故选B。]
5．下列运载工具中，不需要利用热机的是( )
A．喷气式飞机 B．柴油拖拉机
C．纯电动汽车 D．长征系列火箭
√
C [热机是利用燃料燃烧释放的热量转化成机械能的装置，喷气式飞机、柴油拖拉机、火箭均需要用到燃料，故都需要用热机；纯电动汽车利用的是电动机，将电能转化为机械能，不属于热机。故选C。]
6．如图甲、乙所示是“探究不同物质吸热升温的现象”和“比较不同燃料燃烧时放出的热量”的两组实验装置，下列关于该两组实验的说法正确的是( )
A．每组实验中，烧杯中物质的质量应该相等
B．甲组实验中，可以根据温度计示数变化来比较吸热的多少
C．乙组实验中，燃料燃烧的时间必须相等
D．乙组实验中，可以根据加热时间的长短来比较吸热的多少
√
A [根据“比较不同燃料燃烧时放出的热量”和“探究不同物质吸热升温的现象”两实验的要求，容器中被加热物质的质量都要相同，故A正确；题图甲“探究不同物质吸热升温的现象”实验时，根据加热时间来比较杯中物质吸热的多少，故B错误；如题图乙所示实验中，必须是酒精和碎纸烧尽，不需要控制酒精和碎纸燃烧相同时间，故C错误；乙组实验中，可以根据温度计示数的变化来比较吸热的多少，故D错误。故选A。]
7．我国完全自主研发的某航空涡轴发动机，其大致工作过程是：空气通过进气道进入压气机，被压气机压缩后进入燃烧室与燃料混合，燃料在燃烧室燃烧后，产生的高温高压气体推动涡轮转动，从而输出动力。关于该发动机工作过程中的相关说法正确的是( )
A．燃烧室中燃料燃烧越充分，发动机效率越高
B．燃料和压缩空气混合后，燃料的热值增大
C．压气机压缩空气，空气的内能减小
D．高温高压气体推动涡轮转动时，将机械能转化为内能
√
A [在工作过程中，燃料燃烧越充分，损失的能量越少，热机的效率越高；燃料的热值是物质本身固有的一种性质，只与燃料的种类有关；压缩空气做功，机械能转化为内能；高温高压气体推动涡轮转动时，将内能转化为机械能。
使燃料燃烧越充分，可以增大有效利用的能量，提高热机的效率，故A正确；热值只跟燃料的种类有关，燃料和压缩空气混合后，燃料的种类不变，燃料的热值不变，故B错误；压气机压缩空气，对空气做功时，机械能转化为内能，空气的内能增加，故C错误；高温高压气体推动涡轮转动时，将内能转化为机械能，故D错误。故选A。]
8．如图所示的是甲、乙、丙三部汽油机的参数。甲、乙、丙相比，正确的是( )
A．甲输出的机械能比丙多，效率比丙高
B．在消耗质量相同的同种燃料时，乙输出机械能与甲一样多
C．在输出的机械能相同时，乙比丙消耗更多的同种燃料
D．三部汽油机中，乙的效率最高
√
9．2024年4月25日，搭载着“神舟十八号”载人飞船的“长征二号”F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。下列说法正确的是( )
A．火箭的燃料燃烧得越充分，热值越大
B．火箭发动机工作过程中的热机效率是100%
C．火箭“体内”的液氢燃料温度低至－253 ℃，内能为零
D．火箭搭载着飞船升空的过程中，飞船的重力势能越来越大
√
D [热值是燃料本身的一种特性，热值由燃料本身决定，与燃料是否充分燃烧无关，故A错误；火箭发动机工作过程中，会有热量的损失、克服机械摩擦力消耗部分能量、燃料不可能完全燃烧等因素的存在，所以热机效率不会达到100%，故B错误；一切物体在任何情况下都有内能，所以液氢燃料温度低至－253 ℃时也有内能，故C错误；火箭搭载着飞船升空的过程中，飞船的质量不变，高度增大，所以重力势能越来越大，故D正确。故选D。]
10．用天然气灶将质量为2.2 kg、初温为25 ℃的水加热到75 ℃，水吸收的热量是_________J。若烧水的效率为42%，则此过程中完全燃烧天然气________m3。[q天然气＝4.4×107 J/m3，c水＝4.2×103 J/ (kg·℃)]
4.62×105
0.025
11．2023年10月31日，“神舟十六号”载人飞船返回舱进入大气层后下落，接近地面时反推发动机点火，最终返回舱在东风着陆场成功着陆，返回舱刚进入大气层下落时，机械能减小，请解释其原因：_______________________________________________________________________________________________；
反推发动机是喷气式发动机，它__________(选填“属于”或“不属于”)热机。
[解析] 返回舱进入大气层后，会与大气层发生剧烈摩擦，一部分机械能转化为内能，所以返回舱的机械能减小；反推发动机是喷气式发动机属于热机。
返回舱进入大气层后，会与大气层发生剧烈摩擦，一部分机械能转化为内能，所以返回舱的机械能减小
属于
12．完全燃烧0.1 m3的天然气放出的热量是____________J；若这些热量的20%被4kg的液体吸收，使其温度升高50 ℃，则该液体的比热容是____________ J/(kg·℃)。(q天然气＝3.0×107 J/m3)
3×106
3×103
13．中国工程师利用焦炉气中的氢气与工业尾气中的二氧化碳，合成液态燃料，作为第19届亚洲运动会主火炬的燃料。工程师在科普馆用如图所示的装置为同学们演示模拟实验，测量该燃料的热值。
①在空酒精灯内加入适量该液态燃料，得到“燃料灯”；
②在空烧杯内加入1 kg水，测得水的初温为31 ℃，点燃“燃料灯”开始加热；
③当水恰好沸腾时，立即熄灭“燃料灯”，测得“燃料灯”消耗燃料30 g。
已知实验时气压为1标准大气压，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，用该装置加热水的效率为42%。求：
(1)此过程中，烧杯内水吸收的热量。
(2)该液态燃料的热值。
[答案] (1)此过程中，烧杯内水吸收的热量是2.898×105 J
(2)该液态燃料的热值是2.3×107 J/kg
14．如图所示，是《天工开物》中记录的铸造铜钟的过程，大致分为“制模—熔炼—浇铸—脱模—打磨”五个步骤。下列说法正确的是( )
A．加热时推动鼓风机可以提高燃料的热值
B．熔炼过程中，铜的温度和内能都不变
C．浇铸过程中，铜所含热量不断减少
D．打磨过程中，铜的密度不变
√
D [加热时推动鼓风机可以提高燃料的利用率，但热值与燃料种类有关，热值不变，故A错误；熔炼过程中需要吸热，铜熔化时温度保持不变，但内能增大，故B错误；热量是过程量，不能用含有来描述，故C错误；打磨过程中，铜这种材料不变，铜的密度不变，故D正确。故选D。]
15．下列说法正确的是( )
A．在热传递过程中，能量也可能从内能少的物体转移到内能多的物体
B．物体吸收热量，其温度一定升高
C．冰熔化过程中温度保持不变，所以内能不变
D．内燃机消耗的燃料越多，其效率越高
√
A [热传递的条件是有温度差，内能小的物体可能温度高，所以热量可能从内能少的物体传递给内能多的物体，故A正确；物体吸收热量，内能增大，但温度不一定升高，比如晶体在熔化过程中吸收热量，而温度保持不变，故B错误；冰块熔化成水的过程中吸热，虽然温度不变，质量不变，但是状态改变了，故内能增加，故C错误；热机效率是指热机所做有用功与燃料完全燃烧释放的热量之比，这个比值越大，效率就越高，内燃机消耗的燃料越多，所做有用功多少未知，其效率不一定越高，故D错误。故选A。]
16．如图所示，甲、乙、丙装置完全相同，燃料的质量、液体的质量和初温都相等，当燃料燃尽时(烧杯内的液体均未沸腾)，温度计示数为T甲＞T乙＞T丙。下列说法正确的是( )
A．选择甲、乙，可以用燃烧相同时间比较液体升高温度来反映燃料热值的大小
B．选择甲、丙，可以用加热时间的长短来反映液体吸收热量的多少
C．液体a的比热容ca与液体b的比热容cb相比，有 ca＞cb
D．燃料1的热值q1与燃料2的热值q2相比，有 q1＜q2
√
B [选择甲、乙，液体的质量和种类相同，燃料的种类不同，可以探究热值的大小，实验中燃烧相同的时间，无法判定燃料燃烧的质量的大小，所以无法根据液体升高的温度来反映燃料热值的大小，故A错误；选择甲、丙，燃料的种类相同，液体的质量相同，种类不同，可以探究比热容的大小，实验中用加热时间的长短来反映液体吸收热量的多少，故B正确；甲、丙所示实验中所用燃料种类与质量相同，相同时间内燃料燃烧释放的热量相等，燃料燃烧释放的热量被烧杯中的液体吸收，则Qa＝Qb，甲、丙两实验烧杯中液体的
17．2022年真是我国“超级航天年”，中国航天带给了国人无数的惊喜与浪漫。3月23日，航天员在“天宫课堂”做了将水连接在两块玻璃板之间形成“水桥”、液体结晶使“冰球发热”等实验。4月16日，“神舟十三号”载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，返回舱进入大气层时，与大气剧烈摩擦，发出耀眼的光。6月5日，“长征二号”F遥十四运载火箭用氢做燃料助推“神舟十四号”发射成功。下列判断正确的是( )
①“水桥”的形成是因为分子之间存在引力 ②返回舱进入大气层发出光是重力做功改变了返回舱的内能 ③液体结晶的球发热是因为液体结晶过程中内能增加 ④火箭发动机的燃料是氢，这是因为氢的比热容很大
A．①③ B．②③
C．①② D．①
√
C [“水桥”的形成是因为水分子之间有引力，①正确；返回舱进入大气层时，返回舱与空气摩擦，机械能转化为内能，使返回舱的内能增加，温度升高，是通过做功的方式改变返回舱的内能，②正确；液体结晶是凝固过程，凝固放热，内能减少，③错误；火箭发动机的燃料是氢，这是因为氢的热值大，④错误。故选C。]
18．如图所示的省油灯，隔层上层盛油，下层注水，棉绳做灯芯。灯油的热值q＝4.6×107 J/kg，若有20 g的油完全燃烧，则放出的热量为_________J；燃烧过程中，灯油质量在不断减小，热值________(选填“变大”“变小”或“不变”)；下层
注水相比用其他物质的优势是________(选填“加快”
或“减慢”)油的升温，减少了油的蒸发，达到省油的
目的。
9.2×105
不变
减慢
[解析] 20 g灯油完全燃烧放出的热量Q放＝mq＝20×10-3 kg× 4.6×107 J/kg＝9.2×105 J；热值是燃料的一种特性，灯油质量减小时，热值不变；利用水吸热来减慢油的升温，减少了油的蒸发，达到省油的目的。
19．合理分类和利用垃圾可以变废为宝，在一定条件下，1 kg 垃圾能“榨”出0.17 kg燃料油，若燃料油的热值为4.0×107 J/kg，则这些燃料油完全燃烧释放出的热量为________J，如果这些热量的42%被水吸收，则可以使________kg的水温度从20 ℃升高到100 ℃，这是通过________的方式改变水的内能。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
6.8×106
8.5
热传递
20．氢内燃汽车是以内燃机燃烧氢气及空气中的氧气产生动力。如图所示的氢能源公交车属于氢内燃汽车，目前在我国多地投入使用。氢具有清洁无污染、效率高等优点。已知q氢＝1.4×108 J/kg，通过计算回答：
(1)质量为6 kg的氢完全燃烧放出的热量是多少？
(2)如果这6 kg的氢完全燃烧放出的热量全部用于驱动车辆行驶，能使一辆恒定功率120 kW的公交车匀速行驶多长时间？
[答案] (1)质量为6 kg的氢完全燃烧放出的热量是8.4×108 J (2)如果这6 kg的氢完全燃烧放出的热量全部用于驱动车辆行驶，能使一辆恒定功率120 kW的公交车匀速行驶7 000 s
21．(2024·眉山)热学知识与人类生活息息相关。下列说法正确的是( )
A．酒精燃烧过程中，质量减少，热值不变
B．铁块很难被压缩，说明固体分子之间不存在间隙
C．内燃机在做功冲程中，汽缸内气体温度升高，内能增大
D．内陆地区比沿海地区昼夜温差大，是由于砂石的比热容比水的比热容大
√
A [热值是燃料的一种特性，与燃料的质量大小无关，酒精燃烧过程中，质量减少，热值不变，故A正确；铁块很难被压缩，说明固体分子间存在斥力，故B错误；内燃机在做功冲程中，汽缸内气体温度降低，内能减小，故C错误；内陆地区比沿海地区昼夜温差大，因为内陆地区多砂石，沿海地区多水，砂石的比热容比水的比热容小，同样受冷和受热时砂石的温度变化小、水的温度变化大，故D错误。故选A。]
√
D [热值是燃料的特性，其大小仅与燃料的种类有关，而与燃料的质量和燃烧程度无关，故A、C错误；根据Q放＝mq知在质量相同时，燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少，故B错误；焦炭放出的热量Q放＝mq＝1 kg×3.0×107 J/kg＝3.0×107 J，故D正确。故选D。]
23．(2023·镇江)如图所示为单缸四冲程汽油机的________冲程，该冲程活塞移动时，汽缸内燃料混合气体的压强变______。若该汽油机转速为2 400 r/min，则它每分钟完成________个如图所示的冲程。
压缩
大
1 200
[解析] 题图中活塞向上运动，两气门关闭，因此是压缩冲程；压缩冲程过程中，汽缸内部体积变小，压强变大；若该汽油机转速是2 400 r/min，表示每分钟飞轮转动2 400圈，它每分钟完成1 200个压缩冲程。
24．(2024·广元)随着科技发展，人们已经开始将氢能作为一种新能源加以利用。已知氢燃料的热值为1.4×108 J/kg，水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料30 kg，这些氢燃料完全燃烧释放的热量为________J，若这些热量完全被水吸收，可使__________kg水的温度从20 ℃升高到100 ℃。
4.2×109
1.25×104
[解析] 氢燃料的质量为m＝30 kg，氢燃料完全燃烧释放的热量为Q放＝mq＝30 kg×1.4×108 J/kg＝4.2×109 J。氢燃料完全燃烧释放出的热量全部被初始温度为20 ℃的水吸收，则水吸收的热量为Q吸＝Q放＝4.2×109 J；由公式Q吸＝cm水Δt 得，4.2×109 J＝4.2×103 J/(kg·℃)×m水×(100 ℃－20 ℃)，解得m水＝1.25×104 kg。
25．(2024·宜宾)2024年4月19日，两辆以氢为燃料的汽车，实现了从北京到上海1 500千米长距离运输的首次测试。选用氢为燃料是因为氢的________大。假设汽车在一段平直公路上以恒定功率 75 kW匀速行驶，速度为108 km/h，则汽车所受阻力为________N。
热值
2 500
26．(2024·山西)山西拥有丰富的历史文化遗产。暑假期间小明一家从平遥古城自驾前往五台山，进行古建筑研学旅行。平遥古城到五台山全程约360 km，驾车前往大约需要4 h。(汽油的热值q取4.5×107 J/kg，汽油的密度ρ取0.8×103 kg/m3)
(1)求汽车的平均速度。
(2)汽车全程消耗汽油25 L，求汽油完全燃烧放出的热量Q。
(3)若汽车发动机全程的平均功率为25 kW，求汽车发动机的效率。
[答案] (1)汽车的平均速度为90 km/h (2)汽油完全燃烧放出的热量Q为9×108 J (3)汽车发动机的效率为40%
27．(2024·湖北)据统计，每燃烧1 kg燃油约排放 3.3 kg 二氧化碳。氢能作为一种绿色低碳的清洁能源在我国交通领域的应用场景不断扩大，使用氢燃料电池的交通工具不断丰富，其应用流程如下。
(1)氢燃料电池将化学能直接转化为________能。
(2)当储氢瓶内气体压强为3.5×107 Pa时，求瓶内壁1 cm2的面积上受到的压力。
(3)以氢燃料电池卡车为例，若卡车在水平路面上匀速行驶72 km用时1 h，功率为172 kW。
①求卡车的行驶速度。
②求卡车所受牵引力。
③与燃油卡车相比，氢燃料电池卡车行驶72 km可减排二氧化碳的质量为多少？
(燃油机的效率取36%，燃油的热值q取4.3×107 J/kg)
电
[答案] (2)瓶内壁1 cm2的面积上受到的压力为3.5×103 N (3)①卡车的行驶速度为 20 m/s ②卡车所受牵引力为8.6×103 N ③与燃油卡车相比，氢燃料电池卡车行驶72 km可减排二氧化碳的质量为132 kg第2课时 内能的利用
知识点1 热机
1．热机：利用内能做功的机械。
2．种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。
3．四冲程汽油机工作示意图
冲程 名称 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
示例 图
气门、 活塞 变化 进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动 进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动 进气门关闭，排气门关闭，活塞向下运动 进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动
能量 转化 机械能转化为内能 内能转化为机械能
技巧点拨：汽油机一个工作循环包括4个冲程，对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转动2周。
知识点2 热机的效率
1．燃料的热值
(1)定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量(或体积)之比。
(2)单位：焦每千克(J/kg)[或焦每立方米(J/m3)]。
(3)性质：与燃料的形态、体积、质量、是否完全燃烧无关，只与燃料的种类有关。
2．热机的效率
(1)定义：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比。
(2)公式：η＝×100%。
(3)提高热机效率的方法
①让燃料燃烧更充分。
②在设计和制造过程中，不断改进和创新，以减小各种能量损失。
③设法利用废气的能量。
知识点3 能量的转化和守恒
1．能量的转化：在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的。
2．能量守恒定律
(1)内容：能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
(2)根据能量守恒定律，使人们认识到，不可能(选填“可能”或“不可能”)制造出永动机。
重难点1 热机冲程的辨别
【典例1】 (2024·岱岳区一模)一天在开车时，小蒙突然发现自家汽车不能提供稳定的动力，汽车修理店师傅经检测告诉她是因为其中一个汽缸的火花塞坏掉，不能产生电火花导致做功冲程不能顺利进行。下列四个图中，属于做功冲程的是( )
A B C D
C [A选项题图中：进气门打开，活塞向下运行，汽缸容积增大，是吸气冲程，不符合题意；B选项题图中：排气门打开，活塞向上运动，汽缸容积减小，是排气冲程，不符合题意；C选项题图中：气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运行，汽缸容积增大，是做功冲程，符合题意；D选项题图中：气门都关闭，活塞向上运行，汽缸容积减小，是压缩冲程，不符合题意。故选C。]
【变式1】 (2022·泰安)如图所示，用酒精灯给试管中的水加热，水温上升，直至沸腾一段时间后，会看到试管口的橡皮塞被冲出。下列描述正确的是( )
A．试管中的水在升温过程中是通过做功的方式增加内能的
B．试管中的水沸腾时吸收热量，温度升高
C．水蒸气对橡皮塞做功，水蒸气的内能增加
D．水蒸气对橡皮塞做功，其能量转化与汽油机做功冲程的能量转化相同
[答案] D
【变式2】 某公司研发了一款新型汽车，在同样油耗和使用条件下，发动机工作时，尾气中“汽油味”明显降低，动力更强劲。主要改进的冲程是( )
A B C D
C [在同样油耗和使用条件下，发动机工作时，尾气中“汽油味”明显降低，动力更强劲，做功冲程中汽油燃烧的越充分，尾气中的“汽油味”越低，所以主要改进的冲程是做功冲程。A选项题图中进气门打开，活塞向下运动，是吸气冲程，A错误；B选项题图中两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，B错误；C选项题图中两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，C正确；D选项题图中排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，D错误。故选C。]
重难点2 热学综合计算
【典例2】 (2024·泰安)某地利用地热资源建立温泉浴池。某温泉池注入了6×103 kg的水，初始水温为42 ℃，一段时间后水温降至30 ℃，放出的热量为Q，已知c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q天然气＝3.2×107 J/m3。求：
(1)Q的大小；
(2)完全燃烧多少立方米的天然气放出的热量为Q。
[解析] (1)Q＝c水m(t0－t)＝4.2×103 J/(kg·℃)×6×103 kg×12 ℃＝3.024×108 J。
(2)V＝＝＝9.45 m3。
[答案] (1)Q的大小为3.024×108 J (2)完全燃烧9.45 m3的天然气放出的热量为Q
【变式3】 (2022·泰安)沼气是一种清洁燃料，部分地区因地制宜建造沼气池，利用沼气烧水做饭。已知沼气的热值为，完全燃烧0.2 m3沼气，放出的热量为________J。
[解析] 沼气完全燃烧放出的热量Q放＝V沼气q沼气＝×1.9×107 J/m3＝3.8×106 J。
[答案] 3.8×106
【变式4】 (2021·泰安)利用一燃气热水器对10 kg、20 ℃的水进行加热时，完全燃烧了的煤气。已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，煤气的热值为4×107 J/m3，该热水器烧水的效率是50%。下列说法( )
①煤气完全燃烧放出的热量是4.41×103 J ②水吸收的热量是2.1×106 J ③水温升高了 50 ℃ ④加热过程中水的内能保持不变
A．只有①④正确 B．只有②③正确
C．只有①②正确 D．只有②③④正确
[答案] B
【变式5】 氢燃料新能源具有清洁无污染、效率高等优点，其热值为q氢＝1.4×108 J/kg。
(1)质量为0.3 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？
(2)用这些热量给质量为400 kg、温度为15 ℃的水加热(不计热量损失)，水的末温是多少摄氏度？已知水的比热容为c水＝4.2×103 J/(kg·℃)。
(3)某氢能源汽车以1.4×105 W的恒定功率做匀速行驶，如果0.3 kg的氢燃料完全燃烧获得的热量有50%用来做有用功，能使该汽车匀速行驶多长时间？
[解析] (1)0.3 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量Q放＝mq氢＝0.3 kg×1.4×108 J/kg＝4.2×107J。
(2)水吸收的热量Q吸＝Q放＝4.2×107 J，由Q吸＝cmΔt得水升高温度为Δt＝＝＝25 ℃，水的末温为t′＝15 ℃＋25 ℃＝40 ℃。
(3)由题知氢能源汽车所做的功W＝η Q放＝50%×4.2×107 J＝2.1×107 J，由P＝得氢能源汽车行驶时间t＝＝＝150 s。
[答案] (1)质量为0.3 kg的氢燃料完全燃烧放出4.2×107 J热量 (2)水的末温是40 ℃ (3)这些热量能让该氢能源汽车匀速行驶150 s
重难点3 能量守恒定律
【典例3】 下列关于能量及其转化的说法正确的是( )
A．电风扇吹风——机械能转化为电能
B．电热毯取暖——化学能转化为内能
C．钻木取火——机械能转化为内能
D．人造地球卫星从近地点向远地点运动——重力势能转化为动能
C [电风扇工作时，消耗电能，使电风扇转动，得到的是机械能，所以是电能转化为机械能，故A错误；电热毯取暖时，消耗电能，得到的是内能，所以是电能转化为内能，故B错误；钻木取火，克服摩擦力做功，使物体的内能增大，所以是机械能转化为内能，故C正确；卫星由近地点向远地点运动，其速度减小，动能减小，同时高度增大，重力势能增大，所以是动能转化为重力势能，故D错误。故选C。]
【变式6】 (2024·泰山区模拟)下列说法正确的是( )
A．汽车散失的热量不能收集起来再利用，不能说明能量的转化具有方向性
B．夏天城市温度高，环卫车洒水降温，是利用了水的比热容大的特点
C．饭菜做熟后香味飘满整个厨房，这是因为分子在不停地做无规则运动
D．在柴油机的压缩冲程中，机械能转化为柴油和空气混合物的内能
C [汽车散失的热量不能收集起来再利用，说明能量的转化具有方向性，故A错误；夏天城市温度高，环卫车洒水降温，是利用蒸发吸热来降温的，故B错误；饭菜做熟后香味飘满整个厨房，是扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动，故C正确；柴油机只吸入空气，因而在柴油机的压缩冲程中，机械能转化为空气的内能，故D错误。故选C。]
【变式7】 (2024·泰安校级模拟)如图1所示是某型号手电筒风扇。只闭合照明开关时，照明灯亮起；只闭合风扇开关时，风扇单独工作。如图2是手电筒风扇工作时的能量流向示意图，电池充电时，将能量以化学能的形式储存，工作时给电动机和照明灯供电。对图2方框中能量形式判断正确的是( )
A．甲是“内能” B．乙是“电能”
C．丙是“光能” D．丁是“机械能”
B [电池充电时，是将电能转化为化学能，电池分别给电动机和照明灯供电时，是将储存的化学能转化为电能，然后将电能分别转化为机械能和光能，故选项B正确，A、C、D错误。故选B。]
课时分层评价卷(二十一) 内能的利用
1．(2024·泰山区校级模拟)如图所示是汽油机工作的四个冲程，其中表示机械能转化为内能的冲程是( )
A B
C D
D [机械能转化为内能的冲程是压缩冲程。A选项题图中，气门都关闭，活塞向下运行，汽缸容积增大，是做功冲程，不符合题意；B选项题图中，进气门打开，活塞向下运行，汽缸容积增大，是吸气冲程，不符合题意；C选项题图中，排气门打开，活塞向上运动，汽缸容积减小，是排气冲程，不符合题意；D选项题图中，气门都关闭，活塞向上运行，汽缸容积减小，是压缩冲程，符合题意。故选D。]
2．(2024·岱岳区校级模拟)以下机械的动力装置不属于热机的是( )
A．燃油汽车 B．喷气式飞机
C．火箭 D．“玉兔号”月球车
D [热机工作时需要将燃料在汽缸内燃烧，把燃料的内能转化为机械能。燃油汽车工作时，汽油燃烧将化学能转化为内能，再通过内燃机将内能转化为机械能，属于热机，故A不符合题意；喷气式飞机工作时，也是燃烧燃料将化学能转化为内能，然后燃气膨胀对外做功，将内能转化为机械能，属于热机，故B不符合题意；火箭是热机的一种，工作时将燃料燃烧释放的内能转化为机械能，对外做功，故C不符合题意；玉兔号月球车工作时利用的是电能，电能是由太阳能转化来的，不属于热机，故D符合题意。故选D。]
3．下列关于热学知识的表述正确的是( )
A．燃料不完全燃烧时，燃料的热值会变小
B．一个物体的温度不变时，内能也一定不变
C．四冲程内燃机工作时的压缩冲程是通过做功改变内能的
D．热量总是从内能多的物体传递到内能少的物体
C [热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度、放出热量的多少等均无关，燃料不完全燃烧时，燃料的热值不变，故A错误；物体的温度不变时，内能也可能改变，例如晶体熔化时，吸收热量，温度不变，内能增加，故B错误；热机中的压缩冲程活塞向上运动，压缩气体，活塞对气体做功，将机械能转化为气体内能，故C正确；热量总是从温度高的物体传递到温度低的物体，或从物体的高温部分传向低温部分，故D错误。故选C。]
4．下列说法不正确的是( )
A．做功和热传递都可以改变物体的内能
B．水的比热容大，因此水含有的热量多
C．汽油不能完全燃烧，放出的热量会变小
D．汽油机顶部的结构叫做火花塞，吸气冲程吸入的是汽油和空气
B [改变内能的方式有做功和热传递，故A正确，不符合题意；热量是过程量，不能说含有热量，故B错误，符合题意；汽油不能完全燃烧，放出的热量会变小，故C正确，不符合题意；汽油机顶部的结构叫做火花塞，吸气冲程吸入的是汽油和空气混合物，故D正确，不符合题意。故选B。]
5．下列运载工具中，不需要利用热机的是( )
A．喷气式飞机 B．柴油拖拉机
C．纯电动汽车 D．长征系列火箭
C [热机是利用燃料燃烧释放的热量转化成机械能的装置，喷气式飞机、柴油拖拉机、火箭均需要用到燃料，故都需要用热机；纯电动汽车利用的是电动机，将电能转化为机械能，不属于热机。故选C。]
6．如图甲、乙所示是“探究不同物质吸热升温的现象”和“比较不同燃料燃烧时放出的热量”的两组实验装置，下列关于该两组实验的说法正确的是( )
A．每组实验中，烧杯中物质的质量应该相等
B．甲组实验中，可以根据温度计示数变化来比较吸热的多少
C．乙组实验中，燃料燃烧的时间必须相等
D．乙组实验中，可以根据加热时间的长短来比较吸热的多少
A [根据“比较不同燃料燃烧时放出的热量”和“探究不同物质吸热升温的现象”两实验的要求，容器中被加热物质的质量都要相同，故A正确；题图甲“探究不同物质吸热升温的现象”实验时，根据加热时间来比较杯中物质吸热的多少，故B错误；如题图乙所示实验中，必须是酒精和碎纸烧尽，不需要控制酒精和碎纸燃烧相同时间，故C错误；乙组实验中，可以根据温度计示数的变化来比较吸热的多少，故D错误。故选A。]
7．我国完全自主研发的某航空涡轴发动机，其大致工作过程是：空气通过进气道进入压气机，被压气机压缩后进入燃烧室与燃料混合，燃料在燃烧室燃烧后，产生的高温高压气体推动涡轮转动，从而输出动力。关于该发动机工作过程中的相关说法正确的是( )
A．燃烧室中燃料燃烧越充分，发动机效率越高
B．燃料和压缩空气混合后，燃料的热值增大
C．压气机压缩空气，空气的内能减小
D．高温高压气体推动涡轮转动时，将机械能转化为内能
A [在工作过程中，燃料燃烧越充分，损失的能量越少，热机的效率越高；燃料的热值是物质本身固有的一种性质，只与燃料的种类有关；压缩空气做功，机械能转化为内能；高温高压气体推动涡轮转动时，将内能转化为机械能。
使燃料燃烧越充分，可以增大有效利用的能量，提高热机的效率，故A正确；热值只跟燃料的种类有关，燃料和压缩空气混合后，燃料的种类不变，燃料的热值不变，故B错误；压气机压缩空气，对空气做功时，机械能转化为内能，空气的内能增加，故C错误；高温高压气体推动涡轮转动时，将内能转化为机械能，故D错误。故选A。]
8．如图所示的是甲、乙、丙三部汽油机的参数。甲、乙、丙相比，正确的是( )
A．甲输出的机械能比丙多，效率比丙高
B．在消耗质量相同的同种燃料时，乙输出机械能与甲一样多
C．在输出的机械能相同时，乙比丙消耗更多的同种燃料
D．三部汽油机中，乙的效率最高
D [如题图所示，假设纵坐标轴的单位长度为1，由机械效率公式η＝×100%可得，甲、乙、丙的效率分别为：η甲＝×100%＝×100%＝25%；η乙＝×100%＝×100%＝50%；η丙＝×100%＝×100%＝25%，可见，三部汽油机中，乙的效率最高，甲、丙的效率相同，故A错误，D正确；由题图可知，在消耗质量相同的同种燃料时，乙输出的机械能最多，在输出的机械能相同时，乙消耗的同种燃料最少，故B、C错误。故选D。]
9．2024年4月25日，搭载着“神舟十八号”载人飞船的“长征二号”F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。下列说法正确的是( )
A．火箭的燃料燃烧得越充分，热值越大
B．火箭发动机工作过程中的热机效率是100%
C．火箭“体内”的液氢燃料温度低至－253 ℃，内能为零
D．火箭搭载着飞船升空的过程中，飞船的重力势能越来越大
D [热值是燃料本身的一种特性，热值由燃料本身决定，与燃料是否充分燃烧无关，故A错误；火箭发动机工作过程中，会有热量的损失、克服机械摩擦力消耗部分能量、燃料不可能完全燃烧等因素的存在，所以热机效率不会达到100%，故B错误；一切物体在任何情况下都有内能，所以液氢燃料温度低至－253 ℃时也有内能，故C错误；火箭搭载着飞船升空的过程中，飞船的质量不变，高度增大，所以重力势能越来越大，故D正确。故选D。]
10．用天然气灶将质量为2.2 kg、初温为25 ℃的水加热到75 ℃，水吸收的热量是________J。若烧水的效率为42%，则此过程中完全燃烧天然气________m3。[q天然气＝4.4×107 J/m3，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
[解析] 水吸收的热量是Q吸＝c水mΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×2.2 kg×(75 ℃－25 ℃)＝4.62×105 J；若烧水的效率为42%，则放出的热量为Q放＝＝＝1.1×106 J，则此过程中完全燃烧天然气V＝＝＝。
[答案] 4.62×105 0.025
11．2023年10月31日，“神舟十六号”载人飞船返回舱进入大气层后下落，接近地面时反推发动机点火，最终返回舱在东风着陆场成功着陆，返回舱刚进入大气层下落时，机械能减小，请解释其原因：______________________________；
反推发动机是喷气式发动机，它__________(选填“属于”或“不属于”)热机。
[解析] 返回舱进入大气层后，会与大气层发生剧烈摩擦，一部分机械能转化为内能，所以返回舱的机械能减小；反推发动机是喷气式发动机属于热机。
[答案] 返回舱进入大气层后，会与大气层发生剧烈摩擦，一部分机械能转化为内能，所以返回舱的机械能减小 属于
12．完全燃烧0.1 m3的天然气放出的热量是____________J；若这些热量的20%被4kg的液体吸收，使其温度升高50 ℃，则该液体的比热容是____________ J/(kg·℃)。(q天然气＝3.0×107 J/m3)
[解析] 完全燃烧0.1 m3的天然气放出的热量Q放＝Vq天然气＝0.1 m3×3×107 J/m3＝3×106 J。这些热量的20%被4 kg的液体吸收，Q吸＝20%×3×106 J＝6×105 J，Q吸＝cmΔt，c＝＝＝3×103 J/(kg·℃)。
[答案] 3×106 3×103
13．中国工程师利用焦炉气中的氢气与工业尾气中的二氧化碳，合成液态燃料，作为第19届亚洲运动会主火炬的燃料。工程师在科普馆用如图所示的装置为同学们演示模拟实验，测量该燃料的热值。
①在空酒精灯内加入适量该液态燃料，得到“燃料灯”；
②在空烧杯内加入1 kg水，测得水的初温为31 ℃，点燃“燃料灯”开始加热；
③当水恰好沸腾时，立即熄灭“燃料灯”，测得“燃料灯”消耗燃料30 g。
已知实验时气压为1标准大气压，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，用该装置加热水的效率为42%。求：
(1)此过程中，烧杯内水吸收的热量。
(2)该液态燃料的热值。
[解析] (1)水吸收的热量为Q吸＝c水m水(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(100 ℃－31 ℃)＝2.898×105 J。
(2)液态燃料燃烧放出的热量为Q放＝＝＝6.9×105 J；q液体＝＝＝2.3×107 J/kg。
[答案] (1)此过程中，烧杯内水吸收的热量是2.898×105 J
(2)该液态燃料的热值是2.3×107 J/kg
14．如图所示，是《天工开物》中记录的铸造铜钟的过程，大致分为“制模—熔炼—浇铸—脱模—打磨”五个步骤。下列说法正确的是( )
A．加热时推动鼓风机可以提高燃料的热值
B．熔炼过程中，铜的温度和内能都不变
C．浇铸过程中，铜所含热量不断减少
D．打磨过程中，铜的密度不变
D [加热时推动鼓风机可以提高燃料的利用率，但热值与燃料种类有关，热值不变，故A错误；熔炼过程中需要吸热，铜熔化时温度保持不变，但内能增大，故B错误；热量是过程量，不能用含有来描述，故C错误；打磨过程中，铜这种材料不变，铜的密度不变，故D正确。故选D。]
15．下列说法正确的是( )
A．在热传递过程中，能量也可能从内能少的物体转移到内能多的物体
B．物体吸收热量，其温度一定升高
C．冰熔化过程中温度保持不变，所以内能不变
D．内燃机消耗的燃料越多，其效率越高
A [热传递的条件是有温度差，内能小的物体可能温度高，所以热量可能从内能少的物体传递给内能多的物体，故A正确；物体吸收热量，内能增大，但温度不一定升高，比如晶体在熔化过程中吸收热量，而温度保持不变，故B错误；冰块熔化成水的过程中吸热，虽然温度不变，质量不变，但是状态改变了，故内能增加，故C错误；热机效率是指热机所做有用功与燃料完全燃烧释放的热量之比，这个比值越大，效率就越高，内燃机消耗的燃料越多，所做有用功多少未知，其效率不一定越高，故D错误。故选A。]
16．如图所示，甲、乙、丙装置完全相同，燃料的质量、液体的质量和初温都相等，当燃料燃尽时(烧杯内的液体均未沸腾)，温度计示数为T甲＞T乙＞T丙。下列说法正确的是( )
A．选择甲、乙，可以用燃烧相同时间比较液体升高温度来反映燃料热值的大小
B．选择甲、丙，可以用加热时间的长短来反映液体吸收热量的多少
C．液体a的比热容ca与液体b的比热容cb相比，有 ca＞cb
D．燃料1的热值q1与燃料2的热值q2相比，有 q1＜q2
B [选择甲、乙，液体的质量和种类相同，燃料的种类不同，可以探究热值的大小，实验中燃烧相同的时间，无法判定燃料燃烧的质量的大小，所以无法根据液体升高的温度来反映燃料热值的大小，故A错误；选择甲、丙，燃料的种类相同，液体的质量相同，种类不同，可以探究比热容的大小，实验中用加热时间的长短来反映液体吸收热量的多少，故B正确；甲、丙所示实验中所用燃料种类与质量相同，相同时间内燃料燃烧释放的热量相等，燃料燃烧释放的热量被烧杯中的液体吸收，则Qa＝Qb，甲、丙两实验烧杯中液体的初温相等，末温T甲＞T丙，则Δt甲＞Δt丙，即Δta＞Δtb，因为Qa＝Qb，m相等，Q＝cmΔt，所以由c＝可知，ca＜cb，故C错误；甲、乙两实验所使用的燃料质量相同而种类不同，加热质量相同的同种液体，液体温度升高得越多，则表明燃料放出的热量越多，燃料的热值越大，由于T甲＞T乙，所以q1＞q2，故D错误。故选B。]
17．2022年真是我国“超级航天年”，中国航天带给了国人无数的惊喜与浪漫。3月23日，航天员在“天宫课堂”做了将水连接在两块玻璃板之间形成“水桥”、液体结晶使“冰球发热”等实验。4月16日，“神舟十三号”载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，返回舱进入大气层时，与大气剧烈摩擦，发出耀眼的光。6月5日，“长征二号”F遥十四运载火箭用氢做燃料助推“神舟十四号”发射成功。下列判断正确的是( )
①“水桥”的形成是因为分子之间存在引力 ②返回舱进入大气层发出光是重力做功改变了返回舱的内能 ③液体结晶的球发热是因为液体结晶过程中内能增加 ④火箭发动机的燃料是氢，这是因为氢的比热容很大
A．①③ B．②③
C．①② D．①
C [“水桥”的形成是因为水分子之间有引力，①正确；返回舱进入大气层时，返回舱与空气摩擦，机械能转化为内能，使返回舱的内能增加，温度升高，是通过做功的方式改变返回舱的内能，②正确；液体结晶是凝固过程，凝固放热，内能减少，③错误；火箭发动机的燃料是氢，这是因为氢的热值大，④错误。故选C。]
18．如图所示的省油灯，隔层上层盛油，下层注水，棉绳做灯芯。灯油的热值q＝4.6×107 J/kg，若有20 g的油完全燃烧，则放出的热量为________J；燃烧过程中，灯油质量在不断减小，热值________(选填“变大”“变小”或“不变”)；下层注水相比用其他物质的优势是________(选填“加快”或“减慢”)油的升温，减少了油的蒸发，达到省油的目的。
[解析] 20 g灯油完全燃烧放出的热量Q放＝mq＝20×10-3 kg×4.6×107 J/kg＝9.2×105 J；热值是燃料的一种特性，灯油质量减小时，热值不变；利用水吸热来减慢油的升温，减少了油的蒸发，达到省油的目的。
[答案] 9.2×105 不变 减慢
19．合理分类和利用垃圾可以变废为宝，在一定条件下，1 kg 垃圾能“榨”出0.17 kg燃料油，若燃料油的热值为4.0×107 J/kg，则这些燃料油完全燃烧释放出的热量为________J，如果这些热量的42%被水吸收，则可以使________kg的水温度从20 ℃升高到100 ℃，这是通过________的方式改变水的内能。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
[解析] 这些燃料油完全燃烧放出的热量为Q放＝qm＝4.0×107 J/kg×0.17 kg＝6.8×106 J；由题可知水吸收的热量为Q吸＝42%Q放＝42%×6.8×106 J＝2.856×106 J，由Q吸＝cm(t－t0)可知加热水的质量为m水＝＝＝8.5 kg；燃料油燃烧放出的热量传递给水，因此这是通过热传递的方式改变水的内能。
[答案] 6.8×106 8.5 热传递
20．氢内燃汽车是以内燃机燃烧氢气及空气中的氧气产生动力。如图所示的氢能源公交车属于氢内燃汽车，目前在我国多地投入使用。氢具有清洁无污染、效率高等优点。已知q氢＝1.4×108 J/kg，通过计算回答：
(1)质量为6 kg的氢完全燃烧放出的热量是多少？
(2)如果这6 kg的氢完全燃烧放出的热量全部用于驱动车辆行驶，能使一辆恒定功率120 kW的公交车匀速行驶多长时间？
[解析] (1)质量为6 kg的氢完全燃烧放出的热量Q放＝mq氢＝6 kg×1.4×108 J/kg＝8.4×108 J。
(2)6 kg的氢燃料燃烧放出的热量对公交车做的功W＝Q放＝8.4×108 J；公交车行驶的时间t＝＝＝7 000 s。
[答案] (1)质量为6 kg的氢完全燃烧放出的热量是8.4×108 J (2)如果这6 kg的氢完全燃烧放出的热量全部用于驱动车辆行驶，能使一辆恒定功率120 kW的公交车匀速行驶7 000 s
21．(2024·眉山)热学知识与人类生活息息相关。下列说法正确的是( )
A．酒精燃烧过程中，质量减少，热值不变
B．铁块很难被压缩，说明固体分子之间不存在间隙
C．内燃机在做功冲程中，汽缸内气体温度升高，内能增大
D．内陆地区比沿海地区昼夜温差大，是由于砂石的比热容比水的比热容大
A [热值是燃料的一种特性，与燃料的质量大小无关，酒精燃烧过程中，质量减少，热值不变，故A正确；铁块很难被压缩，说明固体分子间存在斥力，故B错误；内燃机在做功冲程中，汽缸内气体温度降低，内能减小，故C错误；内陆地区比沿海地区昼夜温差大，因为内陆地区多砂石，沿海地区多水，砂石的比热容比水的比热容小，同样受冷和受热时砂石的温度变化小、水的温度变化大，故D错误。故选A。]
22．(2024·连云港)下列关于燃料的热值说法正确的是( )
A．燃料燃烧越充分，其热值越大
B．燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少
C．一瓶酒精用去，剩余酒精的热值将减小
D．焦炭的热值是3.0×107 J/kg，完全燃烧1 kg焦炭能放出3.0×107 J的热量
D [热值是燃料的特性，其大小仅与燃料的种类有关，而与燃料的质量和燃烧程度无关，故A、C错误；根据Q放＝mq知在质量相同时，燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少，故B错误；焦炭放出的热量Q放＝mq＝1 kg×3.0×107 J/kg＝3.0×107 J，故D正确。故选D。]
23．(2023·镇江)如图所示为单缸四冲程汽油机的________冲程，该冲程活塞移动时，汽缸内燃料混合气体的压强变____________。若该汽油机转速为2 400 r/min，则它每分钟完成____________个如图所示的冲程。
[解析] 题图中活塞向上运动，两气门关闭，因此是压缩冲程；压缩冲程过程中，汽缸内部体积变小，压强变大；若该汽油机转速是2 400 r/min，表示每分钟飞轮转动2 400圈，它每分钟完成1 200个压缩冲程。
[答案] 压缩 大 1 200
24．(2024·广元)随着科技发展，人们已经开始将氢能作为一种新能源加以利用。已知氢燃料的热值为1.4×108 J/kg，水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料30 kg，这些氢燃料完全燃烧释放的热量为________J，若这些热量完全被水吸收，可使________kg水的温度从20 ℃升高到100 ℃。
[解析] 氢燃料的质量为m＝30 kg，氢燃料完全燃烧释放的热量为Q放＝mq＝30 kg×1.4×108 J/kg＝4.2×109 J。氢燃料完全燃烧释放出的热量全部被初始温度为20 ℃的水吸收，则水吸收的热量为Q吸＝Q放＝4.2×109 J；由公式Q吸＝cm水Δt 得，4.2×109 J＝4.2×103 J/(kg·℃)×m水×(100 ℃－20 ℃)，解得m水＝1.25×104 kg。
[答案] 4.2×109 1.25×104
25．(2024·宜宾)2024年4月19日，两辆以氢为燃料的汽车，实现了从北京到上海1 500千米长距离运输的首次测试。选用氢为燃料是因为氢的________大。假设汽车在一段平直公路上以恒定功率 75 kW匀速行驶，速度为108 km/h，则汽车所受阻力为________N。
[解析] 由于所有的燃料中，氢的热值较大，质量相同的氢与其他燃料相比，完全燃烧时可以放出更多的热量，所以汽车选用氢做燃料；汽车的速度v＝108 km/h＝30 m/s，由P＝＝＝Fv得，汽车发动机的牵引力F＝＝＝2 500 N，因为汽车在平直公路上匀速行驶，所以汽车受到的阻力f＝F＝2 500 N。
[答案] 热值 2 500
26．(2024·山西)山西拥有丰富的历史文化遗产。暑假期间小明一家从平遥古城自驾前往五台山，进行古建筑研学旅行。平遥古城到五台山全程约360 km，驾车前往大约需要4 h。(汽油的热值q取4.5×107 J/kg，汽油的密度ρ取0.8×103 kg/m3)
(1)求汽车的平均速度。
(2)汽车全程消耗汽油25 L，求汽油完全燃烧放出的热量Q。
(3)若汽车发动机全程的平均功率为25 kW，求汽车发动机的效率。
[解析] (1)汽车平均速度为v＝＝＝90 km/h。
(2)消耗汽油的质量为m＝ρV＝＝20 kg；燃烧释放的热量为Q＝qm＝4.5×107 J/kg×20 kg＝9×108 J。
(3)汽车发动机做的机械功为W＝Pt＝25 kW×4 h＝3.6×108 J；发动机的机械效率为η＝×100%＝＝40%。
[答案] (1)汽车的平均速度为90 km/h (2)汽油完全燃烧放出的热量Q为9×108 J (3)汽车发动机的效率为40%
27．(2024·湖北)据统计，每燃烧1 kg燃油约排放 3.3 kg 二氧化碳。氢能作为一种绿色低碳的清洁能源在我国交通领域的应用场景不断扩大，使用氢燃料电池的交通工具不断丰富，其应用流程如下。
(1)氢燃料电池将化学能直接转化为________能。
(2)当储氢瓶内气体压强为3.5×107 Pa时，求瓶内壁1 cm2的面积上受到的压力。
(3)以氢燃料电池卡车为例，若卡车在水平路面上匀速行驶72 km用时1 h，功率为172 kW。
①求卡车的行驶速度。
②求卡车所受牵引力。
③与燃油卡车相比，氢燃料电池卡车行驶72 km可减排二氧化碳的质量为多少？
(燃油机的效率取36%，燃油的热值q取4.3×107 J/kg)
[解析] (1)由题图可知，氢燃料电池是将氢的化学能直接转化为电能。
(2)根据p＝可知，当储氢瓶内气体压强为3.5×107 Pa时，则瓶内壁1 cm2的面积上受到的压力为F＝pS＝3.5×107 Pa×1×10-4 m2＝3.5×103 N。
(3)①卡车的行驶速度为v＝＝＝72 km/h＝20 m/s；②卡车所做的机械功为W＝Pt＝172×103 W×3 600 s＝6.192×108 J，根据W＝Fs可知，卡车所受牵引力为F＝＝＝8.6×103 N；③根据η＝可知，燃油完全燃烧放出的热量为Q放＝＝＝1.72×109 J，消耗燃油的质量为m＝＝＝40 kg，则减排二氧化碳的质量为m′＝3.3 m＝3.3×40 kg＝132 kg。
[答案] (1)电 (2)瓶内壁1 cm2的面积上受到的压力为3.5×103 N (3)①卡车的行驶速度为 20 m/s ②卡车所受牵引力为8.6×103 N ③与燃油卡车相比，氢燃料电池卡车行驶72 km可减排二氧化碳的质量为132 kg
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