12.4　热机与社会发展 同步练习（含解析）

12.4　热机与社会发展
31623059055知识要点分类练 夯实基础
知识点 1　热机的能量转化
1．热机的共同特点：燃料燃烧时，________能转化为________能，又通过做功将________能转化为________能。
2．常见汽车的动力机械是内燃机，从能量转化的角度来看，内燃机是把______能转化为________能的机器。内燃机的效率较低，它在工作过程中，能量大部分以______能的形式耗散掉。
知识点 2　汽油机的工作过程
3．如图12－4－1所示为四冲程内燃机工作示意图，这四个冲程中活塞和曲轴的位置，进气门、排气门的开闭情况有错误的是(　　)
图12－4－1
4．在汽油机的四个冲程中，都发生能量转化的一组冲程是(　　)
A．吸气冲程和压缩冲程 B．压缩冲程和做功冲程
C．做功冲程和排气冲程 D．排气冲程和吸气冲程
5．内燃机的工作过程由四个冲程组成，其中将机械能转化为内能的是________冲程，将内能转化为机械能的是________冲程。
6．汽车已成为现代生活中不可缺少的一部分，大部分汽车里的发动机是以汽油为燃料的内燃机。气缸里吸进空气和汽油混合物质的是________冲程，使汽车获得动力的是________冲程，排出废气的是________冲程。
7．如图12－4－2所示是四冲程汽油机工作的部分冲程示意图，其中图______是做功冲程，图______是依靠飞轮的惯性来完成的冲程。
图12－4－2
知识点 3　热机效率与环境
8．甲、乙两台汽油机，甲的效率低于乙的效率，意义是(　　)
A．甲的功率大于乙的功率
B．甲消耗的燃料多于乙消耗的燃料
C．乙将燃料燃烧放出的能变成有用功的那部分能的比例比甲大
D．工作相同时间甲消耗的燃料一定比乙少
9．为节约能源，需提高热机的效率，下列措施中不能提高热机效率的是(　　)
A．尽量使燃料充分燃烧 B．尽量减少热机部件间的摩擦
C．尽量减少废气带走的热量 D．尽量增加热机的工作时间
10．下列关于热机和环境保护的说法中，正确的是(　　)
A．热机排出的尾气没有内能 B．热机的效率能达到100%
C．热机都是利用汽油作燃料的 D．热机的大量使用会造成环境污染
11．____________是热机性能的一个重要指标。有一台热机，若一部分燃料完全燃烧时，放出的能量为8×103 J，其中用来做有用功的那部分能量为3×103 J，该热机的效率是________。
12．柴油机是工农业生产中常用的热机。已知某型号柴油机的效率是30%，在柴油机内完全燃烧3 kg柴油能放热______J，该柴油机能对外做功______J。(柴油的热值为4.3×107 J/kg)
18288083820规律方法综合练 提升能力
13．下列有关热机的说法中正确的是(　　)
A．内燃机的冷却液需要用比热容较小的物质
B．内燃机除做功冲程以外的三个冲程都是靠飞轮的惯性来完成的
C．内燃机工作时将机械能转化为内能
D．在汽油机的压缩冲程中，进气门、排气门都关闭，活塞向下运动
14．如图12－4－3所示为四冲程内燃机四个冲程的示意图，箭头表示活塞的运动方向。请你结合气门的开闭作出判断，其正确的工作顺序是(　　)
图12－4－3
A．甲、丁、乙、丙 B．乙、丙、丁、甲 C．丙、甲、乙、丁 D．丙、乙、丁、甲
15．如图12－4－4所示是内燃机工作时的某冲程示意图，以下事例中能量的转化与其相同的是(　　)
A．火箭升空　　　　　　　 B．用电炉加热水
C．衣服在阳光下暴晒升温　 D．双手摩擦生热

图12－4－4 图12－4－5
16．如图12－4－5所示为内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为(　　)
A．η＝×100% B．η＝×100%
C．η＝×100% D．η＝×100%
17．图12－4－6甲、乙是四冲程汽油机其中两个冲程的工作示意图，其中图________是压缩冲程；它的原理与图________(选填“丙”或“丁”)的演示实验相同。
图12－4－6
18．某台四冲程汽油机飞轮的转速为240 r/min，在1 min内，汽油机完成________个工作循环，活塞往复________次，对外做功________次，完成________个冲程。
19．柴油机和汽油机在构造上的主要区别是柴油机的气缸顶部没有__________而有__________，在吸气冲程中，汽油机吸入气缸的是__________________________，而柴油机吸入气缸的是________。
20．科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同，在第四冲程结束后，立即向气缸内喷水，水在高温气缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度________(选填“升高”“降低”或“不变”)，这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的________。为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是________冲程。
21．如图12－4－7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和激光测距仪来了解周围的交通状况。该款车以72 km/h的速度在一段平直的公路上匀速行驶了8 km，消耗汽油1.5 L。假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为30%，那么，在这段运动过程中，求：
(1)该汽车发动机做的有用功是多少。
(2)该汽车的输出功率为多少。
(已知：汽油的密度为0.8×103kg/m3，汽油的热值为4.5×107J/kg)
图12－4－7
考|　　题|　　展|　　示
22． 下列有关热机的说法中正确的是(　　)
A．柴油机顶部是火花塞，吸气冲程吸入的是空气
B．热机的工作原理是将内能转化为机械能
C．内燃机压缩冲程时体积增大，内能减少，温度升高
D．热机效率可以等于1
23．用天然气烧水，水烧开后，壶盖不断向上跳动，此过程中能量转化与四冲程汽油机的________冲程的能量转化相同；若天然气完全燃烧放出的热量有50%被水吸收，在1个标准大气压下把5 kg的水从20 ℃加热至沸腾，需完全燃烧________m3天然气。[c水＝4.2×103J/(kg·℃)，q天然气＝4×107J/m3]
教师详解详析
1．化学　内　内　机械
2．内　机械　内
3．B　4.B　5.压缩　做功　
6．吸气　做功　排气　7.乙　甲　8.C
9．D　[解析] 热机效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，所以减少热量的损失可以提高热机的效率．使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦，都可以减少热量的损失，提高效率。增加热机的工作时间，并不能减少热量的损失，所以不能提高热机的效率。
10．D　
11．热机效率　37.5%
12．1.29×108　3.87×107
13．B　[解析] 内燃机的冷却液需要用比热容较大的物质，一般用水，是因为水的比热容较大，在同等情况下，可以吸收更多的热量，故A错误；内燃机工作时有四个冲程，只有做功冲程做功，其他三个冲程都是靠飞轮的惯性来完成的，故B正确；内燃机工作时将内能转化为机械能，故C错误；汽油机在压缩冲程中，进气门、排气门都关闭，活塞向上运动，故D错误。
14．D　15.A
16．D　[解析] 由能流图可知：燃料完全燃烧放出的热量为E，有用机械能即有用功为E2，所以内燃机的效率可表示为η＝×100%。
17．甲　丙　[解析] 图甲两气门都关闭，活塞上行，气缸容积变小，是压缩冲程，压缩冲程将机械能转化为内能；图乙两气门都关闭，活塞下行，气缸容积变大，是做功冲程，做功冲程将内能转化为机械能。图丙是用力将活塞压下，活塞对空气做功，将机械能转化为内能；图丁对试管中的水加热，加快水的蒸发，使试管中水的内能增大，体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能；由以上分析可知，图甲是压缩冲程，图丙的原理与其原理相同。
18．120　240　120　480　[解析] 四冲程汽油机的飞轮转速为240 r/min，因为一个工作循环飞轮转2圈，活塞往复两次，完成四个工作冲程，做功1次，所以1 min完成120个工作循环，活塞往复240次，对外做功120次，完成480个冲程。
19．火花塞　喷油嘴　汽油和空气的混合气体　空气
20．降低　效率　排气
21．(1)由ρ＝变形得消耗汽油的质量：
m＝ρV＝0.8×103 kg/m3×1.5×10－3 m3＝1.2 kg，
汽油完全燃烧放出的热量：
Q放＝qm＝4.5×107 J/kg×1.2 kg＝5.4×107 J；
由η＝×100%得，汽油机做的有用功：
W＝ηQ放＝30%×5.4×107 J＝1.62×107 J。
(2)由v＝得汽车运动的时间：
t＝＝＝h＝400 s，
汽车的输出功率：
P＝＝＝4.05×104 W。
22．B　[解析] 柴油机与汽油机结构上存在差异，柴油机顶部是喷油嘴，吸气冲程吸入的是空气，故A错误；热机是将燃料燃烧释放出的内能转化为机械能的机器，故B正确；内燃机是最常见的热机，在内燃机的压缩冲程中，活塞压缩燃气做功，内能增加，温度升高，体积减小，压强增大，故C错误；热机工作过程中，尾气带走大量的热量，另外燃料不可能完全燃烧，克服机械摩擦及机械散热损失能量等，所以热机获得的有用机械能很少，机械效率远小于1，故D错误。
23．做功　0.084　[解析] 水烧开以后，水蒸气膨胀对壶盖做功，把壶盖顶起来，将水蒸气的内能转化为壶盖的机械能。这与汽油机的做功冲程的能量转化相同，在汽油机的做功冲程中，是将燃气的内能转化为活塞的机械能；在1个标准大气压下水的沸点为100 ℃，即水的末温为100 ℃，水吸收的热量：
Q吸＝c水m水Δt＝4.2×103 J/(kg·℃)×5 kg×(100 ℃－20 ℃)＝1.68×106 J。
由η＝×100%得天然气完全燃烧放出的热量：
Q放＝＝＝3.36×106 J，
由Q放＝qV得天然气的体积：
V＝＝＝0.084 m3。