第2章 改变世界的热机 评价卷
时间:40分钟 满分:100分
班级: 学号: 姓名: 成绩:
一、选择题(每小题3分,共30分)
1.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
2.1883年人类发明了汽油机。一台四冲程汽油机的一个冲程中,火花塞点火,燃料猛烈燃烧,产生高温高压的气体推动活塞对外做功,则该冲程( )
A.是压缩冲程
B.气体对外做功,内能转化为机械能
C.活塞依靠飞轮转动的能量而运动
D.气体对外做功,气体的内能增加
3.下列关于热机和环境保护的说法中,正确的是( )
A.使用热值更高的燃料,可以有效提高热机效率
B.热机的功率越大则效率越高
C.热机就是指内燃机
D.改进热机性能,可以有效利用资源,减小排放污染
4.某四冲程汽油机的转速是1500 r/min,那么在1 min内,该汽油机的冲程个数和燃气做功次数分别是( )
A.3 000个,6 000次
B.6 000个,3 000次
C.3 000个,750次
D.750个,3 000次
5.如图所示是四冲程汽油机的工作示意图。从能量转化的角度看,机械能转化为内能的冲程是( )
6.关于热机,下列说法正确的是( )
A.蒸汽机不属于热机
B.柴油机的效率能达到100%
C.汽油机会散发出汽油味属于扩散现象
D.内燃机的压缩冲程将内能转化为机械能
7.家用汽车常用汽油机提供动力,以下有关说法正确的是( )
A.汽油燃烧时它的热值减小
B.汽油机的冷却液温度越高,含有的热量越多
C.汽油机的做功冲程,内能转化为机械能
D.汽车尾气的汽油味越浓说明汽油燃烧越充分
8.2024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(如图)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.火箭发射上升过程燃料的化学能转变成火箭的机械能
9.家用燃油汽车的发动机主要是汽油机,下列说法正确的是( )
A.汽油机的效率能达到100%
B.汽油机燃烧汽油会造成环境污染
C.汽油机的一个工作循环中,对外做功4次
D.汽油机在吸气冲程中只吸入汽油
10.涡轴9“玉龙”是我国完全自主研发的航空涡轴发动机,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。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
二、填空题(每空2分,共32分)
11.汽车发动机散热降温,常用水作为冷却液是因为水的 (选填“比热容”或“热值”)较大;在汽油机的一个工作循环中,将内能转化为机械能的冲程是 (选填“做功”或“压缩”)冲程。
12.如图所示,在矿泉水瓶上打一个孔,在瓶内喷入酒精,用纸杯倒扣在瓶口。用点火枪点燃酒精,纸杯飞起来。酒精燃烧膨胀对外做功,将 能转化为纸杯的机械能,这相当于内燃机的 (选填“压缩”或“做功”)冲程。
13.一台四冲程汽油机,已知其飞轮的转速为1 200 r/min,则该汽油机每秒内做功的次数是 次,完成 个冲程数,在做功冲程中,它把燃料燃烧放出的 部分转化为机械能,当完全燃烧
1 kg汽油,则能够获得 J的内能,用来做有用功的能量为 J(已知:汽油的热值为4.6×107 J/kg,这台汽油机的效率为30 %)。
14.小明抓紧充满气的气球,放气时气孔处温度下降,这与汽油机 冲程的能量转化相同。如图所示,某发动机的箱体内有四个气缸,飞轮若1个气缸1 s对外做功25次,则飞轮转速为 r/min,为了提供曲轴连续的动力,四个气缸的做功过程应该 (选填“错开”或“同步”)。
15.某台柴油机在一个工作循环中消耗了10 g柴油(热值q=4.3×
107 J/kg),这些柴油完全燃烧产生的热量是 J;若这台柴油机的效率为40%,则一个工作循环中输出的有用机械能为 J。
16.一位同学阅读了某型号汽车发动机的说明书后,将该发动机的能量流向制成如图所示的图表,请你根据给出的信息,计算该内燃机的效率为24%至 ,写出一种提高热机效率的方法: 。
三、实验探究题(共8分)
17.如图所示,用细金属罐做成两个小“火箭”。通过火箭尾部的小孔向罐内注入适量的酒精,再将沾有酒精的棉花球捆扎在“火箭”的下面。当点燃酒精棉球后,就会看到火焰从“火箭”的小孔中喷出。在两个“火箭”飞速旋转的过程中,还能听到火焰喷射的“呼呼”声。(实验时,请注意安全,不要对人喷射)
(1)请将材料中的两个实验现象填在横线上: 、 。
(2)产生上面实验现象中两金属罐旋转的原因:两金属罐内酒精燃烧产生 、 的气体向后喷出,给金属罐一个向 的作用力使它们转动。
(3)请简单分析实验中能量转化情况:酒精的 能转化为燃气的 ,再转化为金属罐和杆的 能。
四、简答题(共6分)
18.如图是汽油机的能量流动图,请根据该图并结合生活实际回答下列问题。
(1)请你说出一种提高汽油机效率的方法;
(2)由于燃油汽车尾气的大量排放造成了环境污染,请你结合实际提出一种切实可行的方法加以解决。
五、计算题(19题9分,20题15分,共24分)
19.为保障全校师生饮水安全,学校安装了热效率达到80%的现代化高效天然气节能锅炉,每天可以将1 000 L的水从20 ℃升高到100 ℃,已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值为3×
107 J/m3,求:
(1)学校饮水设备中水的质量;
(2)学校饮水设备中的水吸收的热量;
(3)每天至少需要燃烧天然气的体积。
20.科技助“荔”打造智慧果园。海南荔枝农利用植保无人机巡逻、喷药、施肥,百亩荔枝施肥只需三小时。作业前,装满药剂和汽油的无人机停在水平地面上,对水平地面的压强为5×104 Pa,支架与水平地面的总接触面积为5×10-3 m2。作业时,该无人机先匀速直线上升3 m,接着水平匀速飞行喷洒药剂。无人机上升时空气阻力和汽油消耗忽略不计。请完成下列问题。(ρ汽油=0.7×103 kg/m3,q汽油=4.6×107 J/kg,取g=10 N/kg)
(1)无人机匀速上升时升力与总重力 (选填“是”或“不是”)一对平衡力。
(2)满载时无人机的总质量为多少kg
(3)上升过程升力做了多少功
(4)若无人机的热机效率是40%,无人机消耗200 mL汽油所做的有用功是多少 第2章 改变世界的热机 评价卷
时间:40分钟 满分:100分
班级: 学号: 姓名: 成绩:
一、选择题(每小题3分,共30分)
1.下列运载工具中,不需要利用热机的是(C)
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
2.1883年人类发明了汽油机。一台四冲程汽油机的一个冲程中,火花塞点火,燃料猛烈燃烧,产生高温高压的气体推动活塞对外做功,则该冲程(B)
A.是压缩冲程
B.气体对外做功,内能转化为机械能
C.活塞依靠飞轮转动的能量而运动
D.气体对外做功,气体的内能增加
3.下列关于热机和环境保护的说法中,正确的是(D)
A.使用热值更高的燃料,可以有效提高热机效率
B.热机的功率越大则效率越高
C.热机就是指内燃机
D.改进热机性能,可以有效利用资源,减小排放污染
4.某四冲程汽油机的转速是1500 r/min,那么在1 min内,该汽油机的冲程个数和燃气做功次数分别是(C)
A.3 000个,6 000次
B.6 000个,3 000次
C.3 000个,750次
D.750个,3 000次
5.如图所示是四冲程汽油机的工作示意图。从能量转化的角度看,机械能转化为内能的冲程是(A)
6.关于热机,下列说法正确的是(C)
A.蒸汽机不属于热机
B.柴油机的效率能达到100%
C.汽油机会散发出汽油味属于扩散现象
D.内燃机的压缩冲程将内能转化为机械能
7.家用汽车常用汽油机提供动力,以下有关说法正确的是(C)
A.汽油燃烧时它的热值减小
B.汽油机的冷却液温度越高,含有的热量越多
C.汽油机的做功冲程,内能转化为机械能
D.汽车尾气的汽油味越浓说明汽油燃烧越充分
8.2024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(如图)在酒泉卫星发射中心成功发射。下列说法正确的是(D)
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.火箭发射上升过程燃料的化学能转变成火箭的机械能
9.家用燃油汽车的发动机主要是汽油机,下列说法正确的是(B)
A.汽油机的效率能达到100%
B.汽油机燃烧汽油会造成环境污染
C.汽油机的一个工作循环中,对外做功4次
D.汽油机在吸气冲程中只吸入汽油
10.涡轴9“玉龙”是我国完全自主研发的航空涡轴发动机,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。该发动机工作过程中的相关说法正确的是(A)
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
二、填空题(每空2分,共32分)
11.汽车发动机散热降温,常用水作为冷却液是因为水的 比热容 (选填“比热容”或“热值”)较大;在汽油机的一个工作循环中,将内能转化为机械能的冲程是 做功 (选填“做功”或“压缩”)冲程。
12.如图所示,在矿泉水瓶上打一个孔,在瓶内喷入酒精,用纸杯倒扣在瓶口。用点火枪点燃酒精,纸杯飞起来。酒精燃烧膨胀对外做功,将 内 能转化为纸杯的机械能,这相当于内燃机的 做功 (选填“压缩”或“做功”)冲程。
13.一台四冲程汽油机,已知其飞轮的转速为1 200 r/min,则该汽油机每秒内做功的次数是 10 次,完成 40 个冲程数,在做功冲程中,它把燃料燃烧放出的 内能 部分转化为机械能,当完全燃烧
1 kg汽油,则能够获得 4.6×107 J的内能,用来做有用功的能量为 1.38×107 J(已知:汽油的热值为4.6×107 J/kg,这台汽油机的效率为30 %)。
14.小明抓紧充满气的气球,放气时气孔处温度下降,这与汽油机 做功 冲程的能量转化相同。如图所示,某发动机的箱体内有四个气缸,飞轮若1个气缸1 s对外做功25次,则飞轮转速为 3 000 r/min,为了提供曲轴连续的动力,四个气缸的做功过程应该 错开 (选填“错开”或“同步”)。
15.某台柴油机在一个工作循环中消耗了10 g柴油(热值q=4.3×
107 J/kg),这些柴油完全燃烧产生的热量是 4.3×105 J;若这台柴油机的效率为40%,则一个工作循环中输出的有用机械能为 1.72×
105 J。
16.一位同学阅读了某型号汽车发动机的说明书后,将该发动机的能量流向制成如图所示的图表,请你根据给出的信息,计算该内燃机的效率为24%至 30% ,写出一种提高热机效率的方法: 使燃料尽可能完全燃烧(或保证良好的润滑减小摩擦或尽量减少散热等) 。
三、实验探究题(共8分)
17.如图所示,用细金属罐做成两个小“火箭”。通过火箭尾部的小孔向罐内注入适量的酒精,再将沾有酒精的棉花球捆扎在“火箭”的下面。当点燃酒精棉球后,就会看到火焰从“火箭”的小孔中喷出。在两个“火箭”飞速旋转的过程中,还能听到火焰喷射的“呼呼”声。(实验时,请注意安全,不要对人喷射)
(1)请将材料中的两个实验现象填在横线上: 火焰从“火箭”的小孔中喷出 、 “火箭”飞速旋转 。
(2)产生上面实验现象中两金属罐旋转的原因:两金属罐内酒精燃烧产生 高温 、 高压 的气体向后喷出,给金属罐一个向 前 的作用力使它们转动。
(3)请简单分析实验中能量转化情况:酒精的 化学 能转化为燃气的 内能 ,再转化为金属罐和杆的 机械 能。
四、简答题(共6分)
18.如图是汽油机的能量流动图,请根据该图并结合生活实际回答下列问题。
(1)请你说出一种提高汽油机效率的方法;
(2)由于燃油汽车尾气的大量排放造成了环境污染,请你结合实际提出一种切实可行的方法加以解决。
答案:(1)减少机械自身消耗的能量(减小机械之间的摩擦或减轻机械的质量等)或提升燃气的利用率(减少废气带走的能量或增加废气的利用等)来提高汽油机的效率。
(2)可以通过采用更先进的发动机技术,提高燃烧效率,降低尾气排放;或严格落实汽车排放标准,对不符合标准的汽车进行淘汰;或发展电动汽车等。(开放性答案,合理即可)
五、计算题(19题9分,20题15分,共24分)
19.为保障全校师生饮水安全,学校安装了热效率达到80%的现代化高效天然气节能锅炉,每天可以将1 000 L的水从20 ℃升高到100 ℃,已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值为3×
107 J/m3,求:
(1)学校饮水设备中水的质量;
(2)学校饮水设备中的水吸收的热量;
(3)每天至少需要燃烧天然气的体积。
解析:(1)学校饮水设备中水的体积:V=1 000 L=1 000 dm3=1 m3。
学校饮水设备中水的质量:m=ρV=1.0×103 kg/m3×1 m3=1.0×103 kg;
(2)学校饮水设备中的水吸收的热量:Q吸=cm水Δt=4.2×
103 J/(kg·℃)×1.0×103 kg×(100 ℃-20 ℃)=3.36×108 J。
(3)天然气节能锅炉的效率η=80%,由η=可得天然气完全燃烧放出的热量Q放===4.2×108 J,
由Q放=qV可得需要燃烧的天然气的体积:V===14 m3。
答案:(1)1.0×103 kg (2)3.36×108 J (3)14 m3
20.科技助“荔”打造智慧果园。海南荔枝农利用植保无人机巡逻、喷药、施肥,百亩荔枝施肥只需三小时。作业前,装满药剂和汽油的无人机停在水平地面上,对水平地面的压强为5×104 Pa,支架与水平地面的总接触面积为5×10-3 m2。作业时,该无人机先匀速直线上升3 m,接着水平匀速飞行喷洒药剂。无人机上升时空气阻力和汽油消耗忽略不计。请完成下列问题。(ρ汽油=0.7×103 kg/m3,q汽油=4.6×107 J/kg,取g=10 N/kg)
(1)无人机匀速上升时升力与总重力 (选填“是”或“不是”)一对平衡力。
(2)满载时无人机的总质量为多少kg
(3)上升过程升力做了多少功
(4)若无人机的热机效率是40%,无人机消耗200 mL汽油所做的有用功是多少
解析:(1)无人机匀速(直线)上升时,处于平衡状态,受到的升力与总重力是一对平衡力;
(2)由p=可得无人机对水平地面的压力F=pS=5×104Pa×5×10-3m2=250 N,
无人机的总重力:G=F=250 N,
无人机的总质量:m===25 kg;
(3)上升过程升力做的功:W=G总h=250 N×3 m=750 J;
(4)消耗汽油的体积V汽油=200 mL=200 cm3,
汽油的质量:m汽油=ρ汽油V汽油=0.7 g/cm3×200 cm3=140 g=0.14 kg,
汽油完全燃烧放出的热量:Q放=m汽油q汽油=0.14 kg×4.6×107 J/kg=
6.44×106 J,
由η=可得做的有用功:W=ηQ放=40%×6.44×106 J=2.576×106 J。
答案:(1)是 (2)25 kg (3)750 J (4)2.576×106 J
