第十四章　第2节　热机的效率 同步习题（word版，含答案部分解析）

第2节　热机的效率
1.现代火箭用液态氢作燃料,是因为它具有(　　)
A.较大的比热容 B.较低的沸点
C.较高的凝固点 D.较大的热值
2.(2018·湖南益阳中考)关于热机的效率,下列说法正确的是(　　)
A.一般情况下柴油机的效率比汽油机的高
B.热机的效率越高,在做功同样多的情况下消耗的能量越多
C.热机的效率越高说明做功越快
D.热机损失的能量中,废气带走的能量较少,主要是由于机械摩擦而损失的
3.在地球上阳光充足的地方,1 m2的面积每年获得的太阳能可达4.2×109 J。这些能量相当于　　　　 kg焦炭完全燃烧放出的热量(焦炭的热值为3.0×107 J/kg)。?
4.用煤气灶把2 kg,初温为30 ℃的水烧到80 ℃,消耗了20 g煤气,已知水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),煤气的热值为4.2×107 J/kg,则水吸收的热量为　　　　　　J,煤气完全燃烧放出的热量为
　　　　　　J,煤气灶烧水的效率为　　　　%。?
5.5 kg某种燃料完全燃烧放出1.7×108 J的热量,求:
(1)燃料的热值;
(2)依据表格中的信息,判断该燃料是什么。
燃料
热值
燃料
热值
干木柴
约1.2×107 J/kg
柴油
4.3×107 J/kg
烟煤
约2.9×107 J/kg
汽油
4.6×107 J/kg
无烟煤
约3.4×107 J/kg
氢
1.4×108 J/kg
1.一杯酒精用掉一半,剩下的酒精的质量、密度、比热容和热值的情况是(　　)
A.质量、密度、比热容和热值不变
B.质量和密度变为原来的一半,比热容和热值不变
C.质量和热值变为原来的一半,密度和比热容不变
D.质量变为原来的一半,密度、比热容和热值不变
2.甲、乙两种燃料完全燃烧时的Q-m图象如图所示,则甲、乙两种燃料热值关系是(　　)
A.q甲>q乙
B.q甲C.q甲=q乙
D.条件不足,无法判断
3.“可燃冰”作为新型能源,有着巨大的开发使用潜力,同等条件下,“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍,说明“可燃冰”的　　　　很大。以10倍的关系粗略计算,1 kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为　　　　　 J,可以使　　　　　 kg的水从20 ℃加热至60 ℃。[c水=4.2×103 J/(kg·℃),q煤气=4.2×107 J/kg]?
4.太阳能是一种清洁能源。某太阳能热水器每天能使500 kg的水温度升高30 ℃,那么这些水吸收的热量为　　　　　　 J,这些热量相当于完全燃烧　 　　m3的天然气放出的热量。[天然气的热值取4.2×107 J/m3,水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃)]?
★5.木柴、焦炭、木炭等都是常用的燃料,取不同质量的这三种物质分别进行完全燃烧,得到了下表的数据:
燃料的质量/g
100
200
燃料完全
燃烧放出
的热量
Q木柴/J
1.3×106
2.6×106
Q焦炭/J
3.0×106
6.0×106
Q木炭/J
3.4×106
6.8×106
燃料的质量/g
300
400
燃料完全
燃烧放出
的热量
Q木柴/J
3.9×106
5.2×106
Q焦炭/J
9.0×106
12.0×106
Q木炭/J
10.2×106
13.6×106
(1)从表中的数据可以得到,相同质量的不同燃料,它们完全燃烧所释放的热量是　　　　的;对于同一种燃料,质量越大,完全燃烧所释放的热量越　　　　。?
(2)从表中的数据还可以看出,对于同一种燃料,　　　　　　　和　　　　的比值是不变的,这个不变的比值,反映了燃料本身的一种性质,物理学中把它称之为　　　　,它是用来描述燃料完全燃烧时,释放热量能力大小的物理量。?
(3)完全燃烧0.01 m3的天然气放出的热量是　　　　　J;如果这些热量完全用于加热水,可使　　　　kg的水温度升高10 ℃;实际加热这些水所燃烧的天然气比上述要多许多,原因是用燃气灶烧水时,除了水吸收的热量外,一部分传给了盛水容器,另外一部分传给了　　　　(答一个即可)。[q天然气=4.2×107 J/m3,c水=4.2×103 J/(kg·℃)]?
★6.某物理小组的同学在社会实践活动中,通过实际调查和网上查询,绘制了一辆某种型号普通轿车在额定功率下行驶时单位时间内的能量流向图,请你参与讨论有关问题。
(1)根据图中的能量流向,说出该轿车行驶时有哪几方面的能量损耗。
(2)若将机器转化为有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”。由图中提供的数据可得,该轿车的能量转化效率为　　　　。(保留一位小数)?
(3)对减少汽车行驶中的能量损耗,据你所知,给出一条建议。(不作解释)

答案与解析
夯基达标
1.D　氢的热值大,放出相同热量时使用的氢的量少,用氢作燃料的火箭质量小,便于升空。选项D正确。
2.A　柴油机的效率一般要高于汽油机,多用在重型机器上,故A正确。热机效率越高,做有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值越大,即在做功相同的情况下,消耗的燃料较少,或消耗相同的燃料,做功较多,故B错误。热机效率是有用能量在燃料完全燃烧放出热量中所占比值,功率是热机做功的快慢,两者没有必然联系,故C错误。在热机的各种能量损失中,废气带走的热量最多,故D错误。
3.解析 m=Qq=4.2×109 J3.0×107J/kg=140 kg。
答案 140
4.解析 水吸收的热量为Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(80 ℃-30 ℃)=4.2×105 J,煤气完全燃烧放出的热量为Q放=m煤气q=0.02 kg×4.2×107 J/kg=8.4×105 J,煤气灶烧水的效率为η=Q吸Q放=4.2×105 J8.4×105J×100%=50%。
答案 4.2×105　8.4×105　50
5.解析 (1)根据公式Q=mq,可得
q=Qm=1.7×108 J5kg=3.4×107 J/kg。
(2)与表中对比可知,该燃料为无烟煤。
答案 (1)3.4×107 J/kg　(2)无烟煤
培优促能
1.D　一杯酒精用掉一半,剩下的酒精的质量变为原来的一半,密度、比热容和热值是物质的属性,不随物体质量的改变而改变,故它们大小不变。
2.A　当质量m一定时,燃料甲完全燃烧放出的热量多,根据q=Qm可知,燃料甲的热值大。选项A正确。
3.解析 1 kg燃料完全燃烧时放出的热量叫作这种燃料的热值,所以同等条件下,“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍。若以10倍关系计算,则有q可燃冰=10q煤气=10×4.2×107 J/kg=4.2×108 J/kg,所以1 kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为 4.2×108 J,可加热水的质量m=Qc水(t-t0)=4.2×108 J4.2×103 J/(kg·℃)×(60 ℃-20 ℃)=2.5×103 kg。
答案 热值　4.2×108　2.5×103
4.解析 根据吸热公式得
Q吸=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×500 kg×30 ℃=6.3×107 J,
根据气体燃料燃烧放热公式Q放=Vq,得V=Q放q=6.3×107 J4.2×107 J/m3=1.5 m3。
答案 6.3×107　1.5
5.解析 (1)由表格中数据可知,完全燃烧质量相同的木柴、焦炭、木炭放出的热量不同;对于同一种燃料,质量越大,完全燃烧所释放的热量越多。
(2)对于同一种燃料,完全燃烧放出的热量与燃料的质量成正比,即放出热量与质量的比值不变;物理学中用热值表示燃料的这一特性。
(3)完全燃烧0.01 m3的天然气放出的热量
Q放=Vq=0.01 m3×4.2×107 J/m3=4.2×105 J;
由于Q吸=Q放,由Q=cmΔt得,水的质量m=QcΔt=4.2×105 J4.2×103 J/(kg·℃)×10℃=10 kg;天然气完全燃烧放出的热量一部分被水吸收,还会被容器、空气吸收。
答案 (1)不同　多　(2)放出热量　质量　热值　(3)4.2×105　10　空气
6.解析 (1)从题图中很容易看到,能量损耗有摩擦、散热、废气和燃料损耗。(2)根据题中给出的能量转化效率的定义可知η=W有Q输入。(3)答案不唯一,只要合理即可。
答案 (1)摩擦损耗、散热损耗、废气损耗、燃料损耗
(2)12.7%
(3)给机器加润滑油,减少有害摩擦;改进油箱的密闭性,减少蒸发损耗;提高汽油质量;对排放的尾气进行收集、再利用等。