2020-2021学年人教版九年级物理全一册第十四章 内能的利用单元测试题（含答案）

第十四章
内能的利用　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
一、选择题(每题3分,共24分)
1.如图1所示,给试管里的水加热,水沸腾后,水蒸气推动橡皮塞冲出试管口,这个过程与如图2所示的四冲程汽油机工作示意图中哪一个冲程的能量转化过程是相同的(　　)
图1
图2
2.下列关于热值和热机效率的说法,正确的是
(　　)
A.使燃料燃烧更充分,可以增大热值
B.使燃料燃烧更充分,可以提高热机效率
C.柴油机的热机效率通常为100%
D.燃料燃烧释放的热量越大,热值越大
3.关于内燃机,下列说法正确的是
(　　)
A.汽油机顶部有喷油嘴,柴油机顶部有火花塞
B.柴油机在吸气过程中,将柴油和空气的混合物吸入汽缸中
C.汽油机在做功冲程中,进气门关闭,排气门打开
D.四个冲程中,做功冲程是唯一一个对外做功的冲程
4.如图3所示是某中学新安装的太阳能路灯,关于该太阳能路灯,下列表述不正确的是(　　)
图3
A.太阳能电池板将太阳能转化为电能
B.灯泡将电能转化为光能
C.蓄电池白天将化学能转化为电能
D.在使用太阳能路灯的整个过程中,能量是守恒的
5.甲、乙两种燃料完全燃烧放出的热量与其质量关系的图象如图4所示,下列分析正确的是
(　　)
图4
A.甲燃料的热值小于乙燃料的热值
B.使用甲燃料的热机做的有用功一定更多
C.完全燃烧相同质量的两种燃料,甲放出的热量更多
D.使用甲燃料的热机效率一定高,但是热机效率肯定小于100%
6.汽油机工作时的热损失情况:汽缸散热损失30%,废气带走35%,机械摩擦损耗10%。则完全燃烧2
g汽油(热值为4.6×107
J/kg)获得的机械能是
(　　)
A.2.76×104
J
B.3.22×104
J
C.0.92×104
J
D.2.3×104
J
7.有甲、乙两台汽油机,甲的功率是乙的1.5倍,甲的效率为20%,乙的效率为25%,那么甲与乙每小时消耗油量之比为
(　　)
A.6∶5
B.15∶8
C.5∶6
D.8∶15
8.一辆小轿车以某一速度在平直路面上匀速行驶100
km,消耗汽油10
L,若这些汽油完全燃烧放出的热量有30%用来驱动汽车做有用功,所用汽油的热值为4.6×107
J/kg,密度为0.7×103
kg/m3,则以下说法
(　　)
①小轿车是将机械能转化为内能的机器
②这些汽油完全燃烧放出的热量为3.22×108
J
③驱动汽车做的有用功为9.66×107
J
④这辆轿车以该速度匀速行驶时受到的阻力为966
N
A.①②③④均正确
B.只有①②③正确
C.只有②③④正确
D.只有②④正确
二、填空题(每空2分,共32分)
9.汽油机是汽车的“心脏”,汽油机的　　　　冲程将内能转化为机械能。一汽车油箱中的汽油用掉一半后,剩下的汽油热值　　　　(选填“变小”“变大”或“不变”)。汽车的发动机在工作时还会产生大量的热量,通常采用水循环将热量带走,这是利用水的　　　　　的特性。?
10.南海探明有大量的“可燃冰”,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,2
kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量可以使　　　　kg的水从20
℃加热至60
℃。[q煤气=4.2×107
J/kg,水的比热容c=4.2×103
J/(kg·℃)]?
11.如图5所示,将活塞迅速下压,玻璃筒底的硝化棉被点燃。此过程是通过　　　　的方式增加了筒内空气的内能,能量转化方式与汽油机的　　　　冲程相同。某汽油机在一次工作中消耗了2
kg汽油,对外做功为2.3×107
J,则汽油机的效率是　　　　。(汽油热值为4.6×107
J/kg)?
　图5
12.已知某氢燃料电池车的输出功率为40
kW,以80
km/h的速度行驶100
km,则需要消耗氢气　　　　kg(已知氢燃料电池车的能量转化效率为60%,每千克氢气释放的能量为1.5×108
J),这些氢气的总能量大约相当于　　　　kg汽油完全燃烧放出的热量。(最后一空计算结果保留一位小数,已知汽油的热值为4.5×107
J/kg)?
13.压缩空气储能是一项全新的储能技术,它将多余电能利用压缩机把空气压缩到密闭容器中,通过做功方式将能量转化为气体的内能并储存。需要时,使压缩空气膨胀推动机器转动,这一过程类似于四冲程柴油机的　　　　冲程。一台四缸四冲程柴油机,它的转速是800
r/min,做功冲程中推动活塞一次做功1500
J,那么这台柴油机的功率为　　　　W;若该柴油机的效率是40%,则该柴油机每分钟消耗的柴油是　　　　kg。(最后一空计算结果保留两位小数。注:四缸发动机的工作原理是内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上,并使各汽缸的做功过程错开,在飞轮转动的每半周里,都有一个汽缸在做功,其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作。q柴油=4.3×107
J/kg)?
14.中国古代玩具“饮水鸟”曾经让大科学家爱因斯坦也惊叹不已。饮水鸟内装有乙醚液体,鸟头四周包有棉花,平时如图6甲所示,鸟身略向前倾,上球和下球空间中充满乙醚的饱和蒸气,当给鸟的嘴滴上水后,水分蒸发吸热,使上球内乙醚蒸气温度下降,气压减小,小于下球内乙醚饱和蒸气的气压,使下球内的乙醚被压到上球,于是整个鸟的重心上移,形成如图乙所示的状态,鸟嘴“喝水”,同时上、下球中的乙醚蒸气联通混合,气压趋于一致,上球中的乙醚由于重力又回流到下球,饮水鸟的姿态又回到图甲的状态,如此循环往复。根据以上分析,“饮水鸟”可以看成　　　　(填写一种简单机械的名称),“饮水鸟”获得的机械能是由空气的　　　　能转化而来的。“饮水鸟”被称为第二类永动机,所以在能量转化过程中　　　　(选填“遵循”或“不遵循”)能量守恒定律。?
图6
三、实验探究题(共29分)
15.(14分)小柯同学自己设计了一个实验探究煤油和菜籽油热值的大小关系,他实验时组装了如图7所示的两套规格完全相同的装置,并每隔1
min记录一次杯中水的温度(见下表)。
图7
加热的时间/min
0
1
2
3
4
5
6
甲杯水温/℃
25
27
29
32
34
36
38
乙杯水温/℃
25
26
27
28
29
30
31
(1)在安装、调整图甲中实验器材时,合理的顺序是先调整固定　　　　的位置,再调整固定　　　　的位置。(均选填“A”或“B”)?
(2)为保证实验便捷、可靠,实验时应控制两套装置中的一些量相同,主要有:加热时间、水的　　　　和　　　　。?
(3)通过表中记录的数据,你认为煤油和菜籽油两种燃料中,热值较大的是　　　　。?
(4)小柯同学实验前用天平测出了烧杯中水的质量及两油灯中燃料的质量并记录了数据,利用公式Q吸=cm(t-t0)计算出水吸收的热量,同组的小红同学认为通过这些数据不能准确地计算出煤油和菜籽油的热值,她的理由是　
。?
(5)已知酒精的热值为3.0×107
J/kg,完全燃烧20
g酒精放出的热量是　　　　J。?
16.(15分)木柴、焦炭、木炭等都是常用的燃料,对它们取不同质量进行完全燃烧,得到了下表的数据:
燃料的质量/g
100
200
300
400
燃料完全
燃烧放出
的热量
Q木柴/J
1.3×106
2.6×106
3.9×106
5.2×106
Q焦炭/J
3.0×106
6.0×106
9.0×106
12.0×106
Q木炭/J
3.4×106
6.8×106
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,一部分传给了盛水的容器,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·℃)]?
(4)在烧水过程中,人们关心的是燃烧天然气所放出的热量中有多少被水吸收,为了衡量水吸收的热量在完全燃烧天然气放出的热量中所占的比例,物理学中引入　　　　来描述,我们总是希望它的值越　　　　越好。?
四、计算题(共15分)
17.(6分)发动机的效率是汽车经济性能的指标之一。某汽车的测试数据如下:汽车在平直公路匀速行驶时,车上速度表的示数如图8所示;百公里耗油量为10
L;发动机输出功率为20
kW;使用燃料为92#汽油(热值为4.6×107
J/kg、密度为0.7×103
kg/m3)。请推算在测试条件下:
(1)汽车发动机所做的有用功。
(2)该汽车发动机的效率。
图8
18.(9分)“减少污染排放,还我一片蓝天”是每一个公民的责任。为了“节能减排”,绿色能源(天然气被称为绿色能源)公交车已经投入运营,请通过下表中性能指标的比较计算说明:
公交车发动机
热机效率
热值
价格
天然气发动机
η2=45%
q2=2.3×107
J/m3
4.5元/m3
汽油发动机
η1=30%
q1=4.6×107
J/kg
9.0元/kg
(1)天然气公交车完全燃烧2
m3天然气所做的有用功。
(2)做同样多的有用功,汽油公交车需要完全燃烧多少千克汽油。
(3)若某公交汽车每天消耗100
m3的天然气,与用汽油相比,它每天节约的运行成本是多少。
答案
1.C　[解析]
水沸腾后,水蒸气推动橡皮塞冲出试管口,是水蒸气的内能转化为橡皮塞的机械能,这与汽油机做功冲程中的能量转化相同。图A中,两气门都关闭,活塞上行,汽缸容积变小,是压缩冲程,此冲程将机械能转化为内能;图B中,排气门开启,活塞上行,气体流出汽缸,是排气冲程;图C中,两气门都关闭,活塞下行,汽缸容积变大,是做功冲程,此冲程将内能转化为机械能;图D中,进气门开启,活塞下行,气体流入汽缸,是吸气冲程。
2.B　[解析]
热值是燃料的特性,只与燃料的种类有关,与燃料燃烧是否充分、释放热量的多少无关,故A、D
错误;使燃料燃烧更充分,可以增大有效利用的能量,可以提高热机的效率,故B正确;热机在工作时不可避免地要克服机械部件间的摩擦做额外功,机械效率不可能达到100%,故C错误。
3.D　[解析]
汽油机顶部有火花塞,柴油机顶部有喷油嘴,故A错误;汽油机在吸气过程中,将汽油和空气的混合物吸入汽缸中,柴油机在吸气过程中,将空气吸入汽缸中,故B错误;汽油机在做功冲程中,进气门关闭,排气门也关闭,故C错误;热机的四个冲程中,做功冲程是唯一一个对外做功的冲程,故D正确。
4.C　[解析]
白天,太阳能电池板给蓄电池充电,是将太阳能转化为电能再转化为化学能;晚上,蓄电池给灯泡供电,将化学能转化成电能再转化为光能使用,故A、B正确,C错误。能量是守恒的,不会凭空消失,也不会凭空产生,所以在使用太阳能路灯的整个过程中,能量是守恒的,故D正确。
5.C　[解析]
由图可知,质量相同时,Q甲>Q乙,根据q=可知,q甲>q乙,即甲燃料的热值大于乙燃料的热值,故A错误;甲燃料的热值大,由Q放=mq可知,完全燃烧相同质量的甲燃料和乙燃料,甲放出的热量多,但使用甲燃料的热机做的有用功不一定多;使用甲燃料的热机做的有用功与燃料完全燃烧放出的热量之比不一定大,使用甲燃料的热机效率不一定高(热机效率一定小于100%),故B、D错误,C正确。
6.D　[解析]
汽油机的效率:η=100%-30%-35%-10%=25%;
2
g汽油完全燃烧产生的热量:Q=mq=2×10-3
kg×4.6×107
J/kg=9.2×104
J;
根据η=可知获得的机械能:W=ηQ=25%×9.2×104
J=2.3×104
J。
7.B　[解析]
因为=20%,=25%,所以=×=×=。
8.C　[解析]
小轿车是将内能转化为机械能的机器,故①错误;消耗汽油的体积:V=10
L=10
dm3=10×10-3
m3,由ρ=可得,行驶100
km消耗汽油的质量:m=ρV=0.7×103
kg/m3×10×10-3
m3=7
kg;这些汽油完全燃烧放出的热量:Q放=mq=7
kg×4.6×107
J/kg=3.22×108
J,故②正确;根据η=可得用来驱动汽车做的有用功:W有用=ηQ放=30%×Q放=30%×3.22×108J=9.66×107
J,故③正确;由W有用=Fs得轿车的牵引力:F===966
N,又因为轿车匀速行驶,所以轿车受到的阻力:f=F=966
N,故④正确。
9.做功　不变　比热容较大
10.热值　5000　[解析]
在同等条件下(包含质量相同),“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”的热值很大。2
kg煤气完全燃烧放出的热量:Q放=mq煤气=2
kg×4.2×107
J/kg=8.4×107
J,由题意可得,2
kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量:Q放'=Q放×10=8.4×107
J×10=8.4×108
J;由题意可知Q吸=Q放'=8.4×108
J,由Q吸=cmΔt可得加热水的质量:m水===5000
kg。
11.做功　压缩　25%
[解析]
在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小撮硝化棉,用力将活塞迅速向下压,棉花燃烧起来;说明将活塞迅速下压,活塞对玻璃筒内的空气做功,使筒内空气的内能增加,温度升高,活塞的机械能转化为空气的内能,该过程与内燃机压缩冲程的能量转化形式相同。汽油完全燃烧放出的热量:Q放=mq=2
kg×4.6×107
J/kg=9.2×107
J;汽油机的效率η=×100%=×100%=25%。
12.2　6.7　[解析]
以80
km/h的速度行驶100
km,则行驶的时间为t===1.25
h=4500
s,氢燃料电池车做的有用功为W=Pt=4×104
W×4500
s=1.8×108
J;已知氢燃料电池车的能量转化效率为60%,故需要氢气提供的能量为Q===3×108
J,则消耗氢气的质量为m氢气===2
kg;若这些能量由汽油完全燃烧来提供,则需要汽油的质量为m汽油===6.7
kg。
13.做功　4×104　0.14　[解析]
需要时,使压缩空气膨胀推动机器转动,内能转化为机器的机械能,这一过程类似于四冲程柴油机的做功冲程。飞轮转速为800
r/min,因为一个工作循环活塞往复2次,曲轴转动2周,做功1次,所以该柴油机一个汽缸1
min对外做功400次;四缸柴油机1
min内做的总功W=4×400×1500
J=2.4×106
J,柴油机的功率:P===4×104
W。因为η=,所以柴油机工作消耗的总能量(柴油完全燃烧放出的热量)Q放===6×106
J;因为Q放=mq,所以消耗柴油的质量:m===0.14
kg。
14.杠杆　内　遵循　[解析]
“饮水鸟”可以绕固定点转动,因此其相当于一个杠杆;由题意可知,当给鸟的嘴滴上水后,水分蒸发吸热,使上球内乙醚蒸气温度下降,气压减小,小于下球内乙醚饱和蒸气的气压,使下球内的乙醚被压到上球,于是整个鸟的重心上移,形成如图乙所示的状态,所以饮水鸟工作时可以把空气的内能转化为机械能;“饮水鸟”被称为第二类永动机,在能量转化过程中遵循能量守恒定律,即能的总量保持不变。
15.(1)B　A
(2)质量　初温
(3)煤油　
(4)燃料不可能完全燃烧,且燃烧产生的热量不能完全被水吸收　
(5)6×105
16.(1)不同　多　(2)完全燃烧放出的热量　质量　热值
(3)4.2×105　10　空气(或燃气灶)
(4)热效率　高
17.(1)由图可知汽车的速度为v=90
km/h,
由公式v=可知,行驶100
km所用的时间为t===
h=4000
s,
在一百公里内汽车发动机做的有用功为W=Pt=20×103
W×4000
s=8×107
J。
(2)由公式ρ=可知所用汽油的质量为m=ρV=0.7×103
kg/m3×10×10-3
m3=7
kg,
汽油完全燃烧放出的热量为Q=mq=7
kg×4.6×107
J/kg=3.22×108
J,
发动机的效率为η=×100%=×100%≈24.8%。
18.(1)天然气完全燃烧放出的热量:Q放=Vq2=2
m3×2.3×107
J/m3=4.6×107
J;
根据η=知所做的有用功:W有用=η2Q放=45%×4.6×107
J=2.07×107
J。
(2)做同样多的有用功,燃烧汽油放出的热量:Q放'===6.9×107
J;
需要燃烧汽油的质量:m===1.5
kg。
(3)100
m3天然气完全燃烧放出的热量:Q天然气=V'q2=100
m3×2.3×107
J/m3=2.3×109
J,
天然气发动机做的有用功:W=Q天然气η2=2.3×109
J×45%=1.035×109
J,
做相同的有用功汽油发动机完全燃烧汽油释放的热量:Q汽油===3.45×109
J,
需要汽油的质量:m'===75
kg;
使用天然气比使用汽油节约的成本:9元/kg×75
kg-4.5元/m3×100
m3=225元。