第十四章 内能的利用第2节热机效率专题练习(含答案)

热机效率专题练习(含答案)

1、2019年1月3日，我国“嫦娥四号”探测器在月球背面成功着陆，标志着我国探月工程取得了历史性突破。
（1）“嫦娥四号”到达月球上方后，使用高热值燃料发动机开始点火工作，该发动机　　（填“属于”或“不属于“）热机。“嫦娥四号”减速落月过程中，其动能不断　 　（填“增大”或“减小”），“嫦娥四号“相对于其内部的巡视器是　 　（填“运动”或“静止”）的。如果是电动机做为发动机　　（填“属于”或“不属于“）热机。
（2）“嫦娥四号”降落到距月球表面100m时，开始悬停并寻找着陆点。悬停时，“嫦娥四号”发动机的推力为2.5×103N，则“嫦娥四号”的重力为　 　N．“嫦娥四号”从100m高竖直降落到月球表面所用的时间为80s，该过程中“嫦娥四号”的平均速度为　 　m/s，重力（忽略其变化）做的功为　 　J。
2、如图所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，快速压下活塞，可观察到棉花着火燃烧。此过程中活塞对筒内气体做功，使气体的　 　增加，温度升高，这与四冲程汽油机的　 　冲程的能量转化相同；某国产品牌汽车运行100km耗油5kg，这些汽油完全燃烧放出　 　J的热量。（汽油的热值q＝4.6×107J/kg）、
3、内燃机一个工作循环的四个冲程按顺序依次是：　 ，其中内能转化为机械能的是　 冲程。机械能转化为内能的是　 　冲程。在一个工作循环中做功　 　次。
4、氢能源具有来源广、热值高、无污染等优点，氢气的热值为1.4×108J/kg，请计算：
（1）完全燃烧0.5kg的氢气可放出多少的热量？
（2）若这些热量有60%被水吸收，可以使多少质量的水温度升高50℃？[C水＝4.2×103J/（kg?℃）]
5、如图所示，是最新一款无人驾驶汽车原型图。汽车自动驾驶时使用雷达传感器，以及激光测距器来了解周围的交通状况。该款车以某速度在一段平直的公路上匀速行驶了一段距离时，消耗汽油1kg。汽油机的效率为30%，那么，在这段运动过程中，（已知：汽油的热值为4.5×107J/kg，C水＝4.2×103J/kg?℃）求：
（1）汽油完全燃烧放出的热量是多少J？
（2）假设该汽车在这次行驶过程中，发动机排出的废气带走的能量占汽油完全燃烧放出的 热量的42%，这些废气的能量全部被质量100kg的水吸收，水升高的温度是多少？（水未沸腾）
（3）如果汽油机的效率提高到40%，其他条件都不变，那么汽车在这段路程消耗的汽油是多少？


6、十九大报告中指出“绿水青山就是金山银山”，在农村开始使用煤气灶烧水，燃烧0.4kg的煤气，使50kg的水从20℃升高到70℃，煤气的热值为4.2×107J/kg，求：
（1）0.4kg煤气完全燃烧放出的热量。
（2）水吸收的热量。
（3）煤气灶烧水的效率。

热机效率专题练习答案
1、
【解答】解：（1）“嫦娥四号”到达月球上方后，使用高热值燃料发动机开始点火工作，该发动机将燃料燃烧产生的内能转化为发动机的机械能，是热机；
“嫦娥四号”减速落月过程中，质量减小，速度减小，其动能减小；
“嫦娥四号“相对于其内部的巡视器没有位置的变化，是静止的；
（2）悬停时，“嫦娥四号”处于平衡状态，受到重力和发动机的推力一对平衡力的作用，大小相等，即G＝F＝2.5×103N；
从100m高竖直降落到月球表面的平均速度为：v＝＝＝1.25m/s；
重力做的功为：W＝Gh＝2.5×103N×100m＝2.5×105J。
故答案为：（1）属于；减小；静止；（2）2.5×103；1.25；2.5×105。
2、
【解答】解：
在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，快速压下活塞，棉花燃烧起来；此过程中压缩筒内空气做功，使筒内气体的内能增加；在该实验中，活塞的机械能转化为筒内空气的内能，与汽油机的压缩冲程的能量转化相同。
5kg汽油完全燃烧放出的热量为：
Q＝mq＝5kg×4.6×107J/kg＝2.3×108J；
故答案为：内能；压缩；2.3×108。
3、
【解答】解：据课本知识可知，内燃机一个工作循环的四个冲程按顺序依次是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程；内能转化为机械能的是做功冲程。机械能转化为内能的是压缩冲程。在一个工作循环中做功1次；
故答案为：吸气；压缩；做功；排气；做功；压缩；1。

4、
【解答】解：（1）完全燃烧0.5kg的氢气放出的热量：
Q放＝mq＝0.5kg×1.4×108J/kg＝7×107J；
（2）由题意可得水吸收的热量：
Q吸＝Q放η＝7×107J×60%＝4.2×107J；
由Q吸＝cm△t得，水的质量为：
m′＝＝＝200kg。
答：（1）完全燃烧0.5kg汽油产生的热量7×107J；
水的质量为200 kg。
5、
【解答】解：
（1）汽油完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq＝1kg×4.5×107J/kg＝4.5×107J，
（2）由η＝可知，
水吸收的热量为：
Q吸＝ηQ放＝42%×4.5×107J＝1.89×107J；
由Q吸＝cm△t得水升高的温度：
△t＝＝＝45℃；
（3）已知汽车所做的功相同，根据W＝ηQ可知，W＝η1Q1＝η2Q2，即：30%mq＝40%m′q，
所以m′＝＝0.75kg。
答：
（1）汽油完全燃烧放出的热量为4.5×107J；
（2）假设该汽车在这次行驶过程中，发动机排出的废气带走的能量占汽油完全燃烧放出的 热量的42%，这些废气的能量全部被质量100kg的水吸收，水升高的温度为45℃；
（3）如果汽油机的效率提高到40%，其他条件都不变，那么汽车在这段路程消耗的汽油为0.75kg。
6、【解答】解：
（1）0.4kg煤气完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq＝0.4kg×4.2×107J/kg＝1.68×107J；
（2）水吸收的热量：
Q吸＝cm△t
＝4.2×103J/（kg?℃）×50kg×（70℃﹣20℃）
＝1.05×107J；
（3）燃气灶烧水的效率：
η＝＝×100%＝62.5%。
答：
（1）0.4kg 煤气完全燃烧放出的热量为1.68×107J；
（2）水吸收的热量为1.05×107J；
（3）燃气灶烧水的效率为62.5%。