第十四章内能与热机综合评价
一、选择题（本题共7个小题，每小题3分，共21分.第1～6题为单项选择题.第7题为多项选择题，在每小题给出的四个选项中，至少有两项是符合题目要求的，全选对的得3分，选对但不全的得1分，选错或不选得0分）
1.下列关于物体内能的说法正确的是（ C ）
A.内能就是机械能
B.0 ℃的物体没有内能
C.物体内能大小与其温度有关
D.物体内能大小与其运动速度有关
2.一桶水全部凝固成冰后，下列判断正确的是（ C ）
A.体积一定变小 B.比热容一定不变
C.具有的内能一定变小 D.含有的热量一定变小
3.在“让笔杆热起来”的活动中，小明做了如下操作，在改变内能方式上与其他三个不同的是（ B ）
A.把笔杆放在火焰上方烤一烤
B.将笔杆在衣服上摩擦一会儿
C.把笔杆放在烈日下晒一段时间
D.把笔杆放在热水中泡一下
4.下列关于热值的说法，正确的是（ D ）
A.2 kg煤的热值大于1 kg煤的热值
B.燃料热值越大，燃烧放出的热量越多
C.燃料燃烧不完全时热值变小
D.燃料的热值是燃料本身的特性，与其他因素无关
5.如图所示，下列关于四冲程内燃机的说法中，不正确的是（ A ）
A.如图所示为内燃机的排气冲程
B.汽油机在吸气冲程中吸入气缸的是空气和汽油的混合物
C.一个工作循环对外做功一次
D.压缩冲程中将机械能转化为内能
6.使质量相等的铜块和铁块，吸收相等的热量后，相互接触（c铜＜c铁），则（ D ）
A.热量将由铜块传给铁块 B.热量将由铁块传给铜块
C.两者之间不会发生热传递 D.无法确定
7.（多项选择）甲、乙两物体质量都为1 kg，丙物体质量为2 kg，三个物体温度都升高1 ℃，吸收热量如图，以下说法正确的是（ ABD ）
A.乙的比热容与丙的不相等
B.甲的比热容比乙的大
C.甲温度升高1 ℃，需吸收2 000 J的热量
D.甲、乙的温度都降低1 ℃，乙比甲放出的热量少
二、填空题（本题共4个小题，每空2分，共10分）
8.扣动步枪扳机，射出一颗子弹.弹壳内火药燃烧将化学能转化为燃气的内能，燃气推动子弹在枪膛中运动，该过程相当于内燃机的 做功 冲程.
9.城市的“热岛效应”是指市中心的温度比郊区高一些，这是因为砂石的比热容 小 （选填“大”或“小”），在吸收了相同热量后升温较快.
10.“涡轮增压”是目前在各种汽油机和柴油机中采用的一项节能技术.它是利用热机排出的废气带动涡轮旋转，先将新鲜空气压缩后再送入内燃机的进气口.这样做的好处是提高了内燃机的 效率 （填写物理量名称）.
11.一台四冲程汽油机，运行时每分钟完成4 000个冲程，每个做功冲程消耗0.2 g汽油（汽油的热值为4.6×107 J/kg），各种能量损耗大致为：气缸散热损失占30％，废气带走的能量占30％，摩擦等能量损耗占15％，则这台汽油机正常运行时每分钟对外做功 1 000 次，每分钟输出的有用功为 2.3×106 J.
三、作图题（本题共3个小题，每小题2分，共6分）
12.如图所示的场景发生在炎热的天气，在图中虚线框内画一条带箭头的线段，用来表示地面附近空气的流动方向.
答案：如图所示.
13.如图所示，图甲为四冲程内燃机压缩冲程的示意图，图中画出了压缩冲程中活塞、曲轴的位置和进气门、排气门的开闭情况，请在图乙中，画出做功冲程中活塞运动的方向（用“↑”或“↓”表示）和进气门、排气门的开闭情况（用“T”表示）.
答案：如图所示.
14.如图1所示是一个内壁光滑且密闭绝热的金属圆筒，左端固定在墙上，现在先用力F向左推活塞，使活塞从A位置运动到C位置.撤销力F后，活塞又被圆筒内气体推回到A位置.请在图2中作出活塞从A位置运动到C位置再返回到A位置过程中金属圆筒内的气体内能随时间变化的大致关系图像.（绝热：表示没有热量传递，坐标原点为内能零起点）
答案：如图所示.
图1 图2
四、简答题（本题共3个小题，每小题3分，共9分）
15.小明认为“当0 ℃的冰熔化为0 ℃的水时，它的内能没有发生改变”.请你判断他的观点是否正确，并说明理由.
答：小明的观点是错误的.因为当0 ℃的冰熔化为0 ℃的水时，质量不变，但熔化过程中要吸收热量，从而使它的内能增大.
16.目前，“节能减排”已引起全球的关注.如何减少能耗，提高汽车发动机的效率越来越受到人们的重视.内燃机的效率较低，请你就如何提高它的效率提两条合理化建议.
答：使燃料尽可能完全燃烧、减少废气带走的热量、减小摩擦、减小热散失等.
17.如图所示是北方供暖使用的暖气片，铃铃发现暖气片是用水作为介质，把燃料燃烧时产生的热量带到房屋中取暖的.请用所学的物理知识回答下列问题：
（1）暖气片是通过什么途径改变了室内空气的内能的？
（2）用水作为运输能量的介质有什么好处？
答：（1）空气从暖气片中吸收热量，这是通过热传递途径改变了室内气体的内能；
（2）相同质量的水和其他物质相比，降低相同的温度，水可以放出更多的热量，当其循环通过“暖气”时，能向温度较低的室内放出更多的热量，所以用水作为运输能量的介质可以达到更好的加热效果.
五、实验与科学探究题（本题共3个小题，共28分）
18.（8分）如图所示是探究“不同物质的吸热能力”的实验装置，取质量均为200 g、初温均为20 ℃的甲、乙两种液体，分别倒入两个完全相同的烧杯中，再用相同的电加热器加热，实验数据记录如表格.
甲 乙
温度/℃ 20 30 40 50
加热时间/s 甲 0 40 80 120
乙 0 20 40 60
（1）选用相同电加热器加热的目的：使两种液体在相同时间内 吸收的热量 相同.
（2）分析数据可知，当它们升高相同的温度时， 甲 （选填“甲”或“乙”）液体需要吸收的热量更多.
（3）于翔同学认为可以通过比较甲、乙两种液体加热至沸腾的时间长短来判断哪种液体的吸热能力更强.你认为他的方法 不可行 （选填“可行”或“不可行”）.
（4）若这两种液体中选出一种液体作为冷却剂，则 甲 （选填“甲”或“乙”）液体的冷却效果更好.
19.（10分）小明同学学习了燃料的热值后，考虑到燃料燃烧放出的热量会被水吸收，而水的比热容已知.（注：燃料完全燃烧放热用Q放＝mq计算，某燃料的热值用q表示，其质量用m表示）自己设计一个实验来探究煤油和菜籽油的热值大小关系.他组装了如图所示的装置进行实验，记录结果如下表：
燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃
煤油 25 44
菜籽油 25 34
（1）为了保证实验结论的可靠性，小明同学选择了两套相同的装置，在实验中还应控制：煤油和菜籽油的质量及 水的质量 相同.
（2）分析得出：煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是 煤油 .
（3）小明同学还想利用这种实验方案计算出煤油和菜籽油的热值，那么小明还需要补充的实验仪器是 天平 .利用此实验方法计算出的热值将比真实值 偏小 （选填“偏大”或“偏小”），理由是 燃料并不可能完全燃烧，燃料燃烧放出的部分热量会散失到空气中，又或被烧杯等实验装置吸收，使Q放大于Q吸 .
20.（10分）小明发现篮球的气压不足，于是用打气筒给篮球打气.在收起打气筒时小明发现外壁有些发热，于是他在想，导致打气筒的外壁发热的主要原因是什么呢？小明联系所学物理知识，提出了以下两个猜想：
猜想一：活塞在筒内往复运动时，与筒壁摩擦导致发热；
猜想二：活塞在筒内往复运动时，不断压缩气体做功导致发热.
为验证猜想，小明设计了实验进行探究，选用的实验器材有：打气筒、测温枪、计时器和气压不足的篮球等，并在打气筒的下部标注一个测温点，如图所示.请回答下列问题：
（1）打气筒内壁的热量是通过 热传递 的方式传递到外壁.
（2）用打气筒往气压不足的篮球内打气，10秒内使活塞在筒内往复运动20次，立即用测温枪测出此测温点的温度.待打气筒外壁温度降至室温（25 ℃）后，放出篮球中的部分气体，重复上述操作.实验数据记录如表：
实验次序 时间/s 活塞往复次数 下部温度t/℃
1 10 20 36.6
2 10 20 36.2
3 10 20 36.3
实验过程中打气筒的温度升高，其原因是机械能转化为 内能 .
（3）小明 不能 （选填“能”或“不能”）根据表中数据判断出导致打气筒外壁发热的主要原因，理由是 活塞向下运动时既克服摩擦做功，又压缩空气做功，且没有测量上部分的温度 .
（4）为继续探究打气筒的外壁发热的主要原因，小明在上述实验的基础上提出了以下改进方法：
①打气筒不与篮球连接，直接让活塞在相同的时间内往复运动相同的次数，用测温枪测出打气筒外壁的温度；
②用打气筒往气压不足的篮球内打气时，让活塞在相同的时间内往复运动相同的次数，用测温枪测出打气筒外壁的温度.你认为要得出结论，接下来的步骤应该是 对比两次所测温度，如果温度相差不大，说明是克服摩擦力做功导致发热，如果两次的温度相差较大，则是不断压缩气体做功导致发热 .
六、综合应用题（本题共2个小题，共16分.解答时需写出必要的文字说明、计算公式及过程，若只写出计算结果将不得分）
21.（8分）小明家新安装了一台如图所示的太阳能热水器，热水器铭牌如下表[ρ水＝1.0×103 kg/m3，c水＝4.2×103 J/（kg·℃）]：
型号HM－20 集热管数/28支
水箱容积/200 L 集热管总面积/2 m2
防水等级A 系统承压/3.0 MPa
（1）已知太阳能热水器每小时每平方米吸收的太阳能是6×106 J，求太阳能热水器5 h吸收了多少焦的太阳能？
（2）热水器贮满水后，5 h吸收的太阳能使水温从20 ℃升高到50 ℃，则太阳能热水器的效率是多少？
（3）若通过完全燃烧天然气加热一满箱水，使其温度从20 ℃升高到50 ℃时，转化效率为50％，需要多少立方米天然气？（天然气的热值为4.0×107 J/m3）
解：（1）已知太阳能热水器每小时每平方米吸收的太阳能是6×106 J，且集热管总面积为2 m2，
所以太阳能热水器5 h吸收的太阳能：
E＝5 h×2 m2×6×106 J/（h·m2）＝6×107 J；
（2）热水器贮满水后，水箱中水的体积：
V＝200 L＝200 dm3＝0.2 m3，
水的质量：m＝ρV＝1.0×103 kg/m3×0.2 m3＝200 kg，
水吸收的热量：Q吸＝cm（t－t0）＝4.2×103 J/（kg·℃）×200 kg×（50 ℃－20 ℃）＝2.52×107 J，
太阳能热水器的效率：η＝＝＝42％；
（3）天然气完全燃烧放出的热量：Q放＝＝＝5.04×107 J，
则所需天然气的体积：V＝＝＝1.26 m3.
22.（8分）目前大多数汽车刹车时均采用油压制动，油压制动刹车时消耗的动能最终被释放掉，造成了能源的浪费.为节约能源，现在的混合动力汽车采用再生制动器，能把汽车刹车制动时消耗的机械能转化为电能而储存起来，同时产生汽车所需的制动力，从而有效减少了汽车的燃油消耗和制动器摩擦片的磨损.
（1）某司机制动反应时间为0.5 s，这段时间内汽车保持原速前行了10 m，则原来的速度是多少？
（2）某次制动共消耗了0.5 kg汽油，它完全燃烧放出的热量是多少？（q汽油＝4.6×107 J/kg）
（3）汽车关闭发动机和再生制动器进行制动时与关闭发动机并打开再生制动器，试分析两者从能量的转化角度，哪个更能体现节能减排的理念？
（4）某次测试中，先让汽车正常行驶，然后关闭发动机，分别测出开启和关闭再生制动器两种情况下，汽车通过的路程s与对应的速度大小v，计算出动能Ek，画出Ek随s变化的图像如图所示.则图中表示开启再生制动器的图线是哪个？你的判断依据是什么？
解：（1）汽车原来的速度：
v＝＝＝20 m/s；
（2）汽油完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq＝0.5 kg×4.6×107 J/kg＝2.3×107 J；
（3）汽车关闭发动机和再生制动器进行制动时，汽车的动能转化为内能，造成了能源的浪费，而汽车再生制动器，能把汽车刹车制动时消耗的机械能转化为电能而储存起来，所以关闭发动机并打开再生制动器更能体现节能减排的理念；
（4）图中表示开启再生制动器的图线是②.判断依据：关闭发动机后，关闭再生制动器，汽车克服摩擦力做功，动能全部转化为内能，开启再生制动器，有部分动能转化为电能，克服摩擦力做功的能量减少，摩擦力大小不变，所以汽车运动的距离减小，所以图中表示开启再生制动器的图线是②.第十四章内能与热机综合评价
一、选择题（本题共7个小题，每小题3分，共21分.第1～6题为单项选择题.第7题为多项选择题，在每小题给出的四个选项中，至少有两项是符合题目要求的，全选对的得3分，选对但不全的得1分，选错或不选得0分）
1.下列关于物体内能的说法正确的是（ ）
A.内能就是机械能
B.0 ℃的物体没有内能
C.物体内能大小与其温度有关
D.物体内能大小与其运动速度有关
2.一桶水全部凝固成冰后，下列判断正确的是（ ）
A.体积一定变小 B.比热容一定不变
C.具有的内能一定变小 D.含有的热量一定变小
3.在“让笔杆热起来”的活动中，小明做了如下操作，在改变内能方式上与其他三个不同的是（ ）
A.把笔杆放在火焰上方烤一烤
B.将笔杆在衣服上摩擦一会儿
C.把笔杆放在烈日下晒一段时间
D.把笔杆放在热水中泡一下
4.下列关于热值的说法，正确的是（ ）
A.2 kg煤的热值大于1 kg煤的热值
B.燃料热值越大，燃烧放出的热量越多
C.燃料燃烧不完全时热值变小
D.燃料的热值是燃料本身的特性，与其他因素无关
5.如图所示，下列关于四冲程内燃机的说法中，不正确的是（ ）
A.如图所示为内燃机的排气冲程
B.汽油机在吸气冲程中吸入气缸的是空气和汽油的混合物
C.一个工作循环对外做功一次
D.压缩冲程中将机械能转化为内能
6.使质量相等的铜块和铁块，吸收相等的热量后，相互接触（c铜＜c铁），则（ ）
A.热量将由铜块传给铁块 B.热量将由铁块传给铜块
C.两者之间不会发生热传递 D.无法确定
7.（多项选择）甲、乙两物体质量都为1 kg，丙物体质量为2 kg，三个物体温度都升高1 ℃，吸收热量如图，以下说法正确的是（ ）
A.乙的比热容与丙的不相等
B.甲的比热容比乙的大
C.甲温度升高1 ℃，需吸收2 000 J的热量
D.甲、乙的温度都降低1 ℃，乙比甲放出的热量少
二、填空题（本题共4个小题，每空2分，共10分）
8.扣动步枪扳机，射出一颗子弹.弹壳内火药燃烧将化学能转化为燃气的内能，燃气推动子弹在枪膛中运动，该过程相当于内燃机的 冲程.
9.城市的“热岛效应”是指市中心的温度比郊区高一些，这是因为砂石的比热容 （选填“大”或“小”），在吸收了相同热量后升温较快.
10.“涡轮增压”是目前在各种汽油机和柴油机中采用的一项节能技术.它是利用热机排出的废气带动涡轮旋转，先将新鲜空气压缩后再送入内燃机的进气口.这样做的好处是提高了内燃机的 （填写物理量名称）.
11.一台四冲程汽油机，运行时每分钟完成4 000个冲程，每个做功冲程消耗0.2 g汽油（汽油的热值为4.6×107 J/kg），各种能量损耗大致为：气缸散热损失占30％，废气带走的能量占30％，摩擦等能量损耗占15％，则这台汽油机正常运行时每分钟对外做功 次，每分钟输出的有用功为 J.
三、作图题（本题共3个小题，每小题2分，共6分）
12.如图所示的场景发生在炎热的天气，在图中虚线框内画一条带箭头的线段，用来表示地面附近空气的流动方向.
13.如图所示，图甲为四冲程内燃机压缩冲程的示意图，图中画出了压缩冲程中活塞、曲轴的位置和进气门、排气门的开闭情况，请在图乙中，画出做功冲程中活塞运动的方向（用“↑”或“↓”表示）和进气门、排气门的开闭情况（用“T”表示）.
14.如图1所示是一个内壁光滑且密闭绝热的金属圆筒，左端固定在墙上，现在先用力F向左推活塞，使活塞从A位置运动到C位置.撤销力F后，活塞又被圆筒内气体推回到A位置.请在图2中作出活塞从A位置运动到C位置再返回到A位置过程中金属圆筒内的气体内能随时间变化的大致关系图像.（绝热：表示没有热量传递，坐标原点为内能零起点）
图1 图2
四、简答题（本题共3个小题，每小题3分，共9分）
15.小明认为“当0 ℃的冰熔化为0 ℃的水时，它的内能没有发生改变”.请你判断他的观点是否正确，并说明理由.
16.目前，“节能减排”已引起全球的关注.如何减少能耗，提高汽车发动机的效率越来越受到人们的重视.内燃机的效率较低，请你就如何提高它的效率提两条合理化建议.
17.如图所示是北方供暖使用的暖气片，铃铃发现暖气片是用水作为介质，把燃料燃烧时产生的热量带到房屋中取暖的.请用所学的物理知识回答下列问题：
（1）暖气片是通过什么途径改变了室内空气的内能的？
（2）用水作为运输能量的介质有什么好处？
五、实验与科学探究题（本题共3个小题，共28分）
18.（8分）如图所示是探究“不同物质的吸热能力”的实验装置，取质量均为200 g、初温均为20 ℃的甲、乙两种液体，分别倒入两个完全相同的烧杯中，再用相同的电加热器加热，实验数据记录如表格.
甲 乙
温度/℃ 20 30 40 50
加热时间/s 甲 0 40 80 120
乙 0 20 40 60
（1）选用相同电加热器加热的目的：使两种液体在相同时间内 相同.
（2）分析数据可知，当它们升高相同的温度时， （选填“甲”或“乙”）液体需要吸收的热量更多.
（3）于翔同学认为可以通过比较甲、乙两种液体加热至沸腾的时间长短来判断哪种液体的吸热能力更强.你认为他的方法 （选填“可行”或“不可行”）.
（4）若这两种液体中选出一种液体作为冷却剂，则 （选填“甲”或“乙”）液体的冷却效果更好.
19.（10分）小明同学学习了燃料的热值后，考虑到燃料燃烧放出的热量会被水吸收，而水的比热容已知.（注：燃料完全燃烧放热用Q放＝mq计算，某燃料的热值用q表示，其质量用m表示）自己设计一个实验来探究煤油和菜籽油的热值大小关系.他组装了如图所示的装置进行实验，记录结果如下表：
燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃
煤油 25 44
菜籽油 25 34
（1）为了保证实验结论的可靠性，小明同学选择了两套相同的装置，在实验中还应控制：煤油和菜籽油的质量及 相同.
（2）分析得出：煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是 .
（3）小明同学还想利用这种实验方案计算出煤油和菜籽油的热值，那么小明还需要补充的实验仪器是 .利用此实验方法计算出的热值将比真实值 （选填“偏大”或“偏小”），理由是 .
20.（10分）小明发现篮球的气压不足，于是用打气筒给篮球打气.在收起打气筒时小明发现外壁有些发热，于是他在想，导致打气筒的外壁发热的主要原因是什么呢？小明联系所学物理知识，提出了以下两个猜想：
猜想一：活塞在筒内往复运动时，与筒壁摩擦导致发热；
猜想二：活塞在筒内往复运动时，不断压缩气体做功导致发热.
为验证猜想，小明设计了实验进行探究，选用的实验器材有：打气筒、测温枪、计时器和气压不足的篮球等，并在打气筒的下部标注一个测温点，如图所示.请回答下列问题：
（1）打气筒内壁的热量是通过 的方式传递到外壁.
（2）用打气筒往气压不足的篮球内打气，10秒内使活塞在筒内往复运动20次，立即用测温枪测出此测温点的温度.待打气筒外壁温度降至室温（25 ℃）后，放出篮球中的部分气体，重复上述操作.实验数据记录如表：
实验次序 时间/s 活塞往复次数 下部温度t/℃
1 10 20 36.6
2 10 20 36.2
3 10 20 36.3
实验过程中打气筒的温度升高，其原因是机械能转化为 .
（3）小明 （选填“能”或“不能”）根据表中数据判断出导致打气筒外壁发热的主要原因，理由是 .
（4）为继续探究打气筒的外壁发热的主要原因，小明在上述实验的基础上提出了以下改进方法：
①打气筒不与篮球连接，直接让活塞在相同的时间内往复运动相同的次数，用测温枪测出打气筒外壁的温度；
②用打气筒往气压不足的篮球内打气时，让活塞在相同的时间内往复运动相同的次数，用测温枪测出打气筒外壁的温度.你认为要得出结论，接下来的步骤应该是 .
六、综合应用题（本题共2个小题，共16分.解答时需写出必要的文字说明、计算公式及过程，若只写出计算结果将不得分）
21.（8分）小明家新安装了一台如图所示的太阳能热水器，热水器铭牌如下表[ρ水＝1.0×103 kg/m3，c水＝4.2×103 J/（kg·℃）]：
型号HM－20 集热管数/28支
水箱容积/200 L 集热管总面积/2 m2
防水等级A 系统承压/3.0 MPa
（1）已知太阳能热水器每小时每平方米吸收的太阳能是6×106 J，求太阳能热水器5 h吸收了多少焦的太阳能？
（2）热水器贮满水后，5 h吸收的太阳能使水温从20 ℃升高到50 ℃，则太阳能热水器的效率是多少？
（3）若通过完全燃烧天然气加热一满箱水，使其温度从20 ℃升高到50 ℃时，转化效率为50％，需要多少立方米天然气？（天然气的热值为4.0×107 J/m3）
22.（8分）目前大多数汽车刹车时均采用油压制动，油压制动刹车时消耗的动能最终被释放掉，造成了能源的浪费.为节约能源，现在的混合动力汽车采用再生制动器，能把汽车刹车制动时消耗的机械能转化为电能而储存起来，同时产生汽车所需的制动力，从而有效减少了汽车的燃油消耗和制动器摩擦片的磨损.
（1）某司机制动反应时间为0.5 s，这段时间内汽车保持原速前行了10 m，则原来的速度是多少？
（2）某次制动共消耗了0.5 kg汽油，它完全燃烧放出的热量是多少？（q汽油＝4.6×107 J/kg）
（3）汽车关闭发动机和再生制动器进行制动时与关闭发动机并打开再生制动器，试分析两者从能量的转化角度，哪个更能体现节能减排的理念？
（4）某次测试中，先让汽车正常行驶，然后关闭发动机，分别测出开启和关闭再生制动器两种情况下，汽车通过的路程s与对应的速度大小v，计算出动能Ek，画出Ek随s变化的图像如图所示.则图中表示开启再生制动器的图线是哪个？你的判断依据是什么？
