【提高练习】《第四节 热机效率和环境保护》（物理沪科九年级全一册）.docx

第四节 热机效率和环境保护提高练习 一、单选题1. 下列说法中错误的是()A. 温度为0的物体一定有内能B. 燃料的热值越大，燃烧时放出的热量越多C. 物体内能增大，可能从外界吸收了热能，也可能外界对物体做了功D. 烈日当空的海边，沙子烫脚而海水凉凉的，这是由于水的比热容大于沙石的比热容2. 燃烧煤炭易造成环境污染，氢是一种自然界中储量巨大的清洁能源.已知：无烟煤的热值是3.4107J/kg，氢的热值是1.4108J/kg.下列说法正确的是()A. 燃烧1kg的无烟煤，放出的热量为3.4107JB. 完全燃烧1kg的氢，放出的热量为1.4108J/kgC. 1kg的氢和无烟煤均完全燃烧，氢放出的热量为无烟煤的四倍以上D. 氢和无烟煤均完全燃烧，放出相同的热量，氢的质量为无烟煤的两倍以上3. 对于燃料的热值，下列说法中正确的是()A. 燃料的热值跟燃料的质量成反比B. 燃料的热值跟燃料的质量成正比C. 燃料的热值与燃料的体积有关D. 燃料的热值跟燃料燃烧放出的热量无关4. 下列说法正确的是()A. 热机消耗的燃料越多，效率就越低B. 热传递中温度总是从热的物体传给冷的物体C. 同一物体，温度降低的越多，放出热量就越多D. 人体内水的比例很高，有助于调节体温，以免温度变化太快对身体造成危害5. 如图，是酒精灯给试管中的水加热，一段时间后橡皮塞被冲开，下列说法正确的是()A. 酒精灯中酒精的质量越大，酒精的热值越大B. 酒精燃烧放出的热量能全部被试管中的水吸收C. 试管中水的内能是通过热传递的方式增加的D. 橡皮塞被冲开的过程与内燃机的压缩冲程都是内能转化为机械能的过程二、填空题6. 煤改气是一项利国利民的工程，“清洁供暖，温暖过冬”是今年我国北方供暖明确提出一口号。天然气的热值约为3.5107J/m3，天然气的价格为2.5元/m3，一位用户若用天然气取暖，每年冬天需要花费约2000元，则所消耗的天然气完全燃烧可放出_J的热量。7. 厦门市出租车采用天然气来代替燃油，减小了污染，而且降低运营成本.某出租车在一段时间内消耗了500g天然气，若这些天然气完全燃烧，可放出_ J的热量(天然气的热值为4.2107J/kg).这些热量可使1吨的水温度升高_ .(水的比热容为4.2103J/(kg)8. “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，这说明“可燃冰”的_ 很大.若以10倍的关系粗略计算，1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量可以使_ kg的水升高40.(c水=4.2103J/(kg),q煤气=4.2l07J/kg)。9. 汽车发动机工作时，当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率_(选填“升高”、“不变”或“降低”).发动机散热器常用水做冷却剂，这是因为水的_大.对于四冲程汽油机，将机械能转为内能的是_冲程。10. 汽车行驶在水平地面上，若汽油机飞轮的转速为20r/s，则在1min内汽油机完成_个工作循环。若汽车行驶过程中消耗汽油2kg，则这些汽油完全燃烧能放出_J的热量。在紧急刹车时，刹车片会发烫，这是通过_的方式增加物体内能的，但转化得到的内能不可能再转化为机械能，这是因为能量的转化具有_性。(汽油的热值为4.6107J/kg)三、实验探究题11. 如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是10g，烧杯内的液体质量也相同。(1)比较不同燃料的热值，应选择_两图进行实验，实验时要观察_比较两种燃料的热值大小；比较不同物质的比热容，应选择_两图进行实验，实验通过_反映物体吸热的多少。(2)比较不同物质的比热容，选用上图合适装置加热相等一段时间后，液体a升温多，由此可知：质量相同的液体a与b，升高相同的温度时，液体a吸收的热量_(选填“大于”或“小于”)液体b吸收的热量。(3)若甲图烧杯中为50ml的水，10g酒精完全燃烧，温度计示数升高了20，求：水吸收的热量是_J；若酒精完全燃烧放出的热量全部被水吸收，酒精的热值是_J/kg； 算出的热值比标准值_(选填“偏大”、“偏小”或“一样”)。12. 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，得到了如表的数据：燃料的质量/g100200300400燃料完全燃烧放出的热量Q木柴/J1.31062.61063.91065.2106Q焦炭/J3.01066.01069.010612.0106Q木炭/J3.41066.810610.210613.6106(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，对于同一种燃料热量和质量的比值是不变的，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0.01m3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=4.2107J/m3,c水=4.2103J/(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比例，物理中引入_ 来描述，我们总是希望它的值越大越好。四、计算题13. 小芳家浴室里使用天然气提供热水.已知水进入热水器前的温度是10，洗澡时热水器输出热水的温度设定为40，如果小芳洗一次澡用热水0.06m3，水的比热容是4.2103J/(kg).求：(1)所用热水的质量为多少？(2)这些水从热水器中吸收多少热量？(3)若天然气完全燃烧释放热量的70%被水吸收，则需要消耗多少立方米的天然气？(天然气的热值q=4107J/m3)14. 某学习小组同学想研究酒精灯烧水时的热效率。他们用酒精灯给100g的水加热，经过一段时间测得水温升高了60、消耗了4.2g酒精。已知：水的比热容为4.2103J/(kg)，酒精的热值为3107J/kg。求：(1)此过程中水吸收的热量；(2)4.2g酒精完全燃烧放出的热量；(3)酒精灯烧水时的热效率。15. 汽油发动机每一个工作循环活塞经历四个冲程，带动曲轴转动两圈.一台汽油机，活塞面积是50cm2，活塞行程是25cm，做功冲程燃气产生的平均压强为8105Pa，若飞轮的转速是2000转/分钟，效率为30%，求：(1)做功冲程中，燃气对活塞的平均压力是多少？(2)做功冲程中，平均压力做多少功？(3)汽油机在1小时内要消耗多少在汽油？(汽油的热值为4.6107J/kg)答案和解析【答案】1. B2. C3. D4. D5. C6. 2.810107. 2.1107；58. 热值；25009. 降低；比热容；压缩10. 600；9.2107；做功；方向11. (1)甲乙升高的温度甲丙加热时间(2)小于(3)4.21034.2105偏小12. (1)不同；多(2)热值(3)4.2105；10；空气(4)热效率13. 解：(1)由=mV可得，热水的质量：m=V=1.0103kg/m30.06m3=60kg；(2)热水吸收的热量：Q吸=cm(t-t0)=4.2103J/(kg)60kg(40-10)=7.56106J；(3)天然气完全燃烧释放热量：Q放=Q吸=7.56106J70%=1.08107J，由Q放=Vq，可得，需要天然气的体积：V=Q放q=1.08107J4107J/m3=0.27m3。答：(1)所用热水的质量为60kg；(2)水从热水器中吸收7.56106J的热量；(3)若天然气完全燃烧释放热量的70%被水吸收，需要消耗0.27m3的天然气。14. 解：(1)m水=100g=0.1kg，水吸收的热量：Q吸=cmt=4.2103J/(kg)0.1kg60=2.52104J；(2)酒精完全燃烧产生的热量：Q放=mq=0.0042kg3107J/kg=1.26105J；(3)酒精灯烧水时的热效率：=Q吸Q放100%=2.52104J1.26105J100%=20%。答：(1)此过程中水吸收的热量是2.52104J；(2)4.2g酒精完全燃烧放出的热量是1.26105J；(3)酒精灯烧水时的热效率是20%。15. 解：(1)由p=FS可得，燃气对活塞的平均压力：F=pS=8105Pa5010-4m2=4000N；(2)做功冲程中，平均压力做的功：W=Fs=4000N2510-2m=1000J；(3)因飞轮的转速是2000r/min，即飞轮1min转2000r，对外做功1000次，所以，1小时内汽油机对外做功601000=60000次，汽油机在1小时内做的总功：W总=600001000J=6107J，由=WQ放可得，汽油完全燃烧放出的总能量：Q放=W总=6107J30%=2108J，由Q放=mq得，完全燃烧汽油的质量：m=Q放q=2108J4.6107J/kg4.35kg。答：(1)做功冲程中，燃气对活塞的平均压力是4000N；(2)做功冲程中，平均压力做了1000J的功；(3)汽油机在1小时内要消耗4.35kg的汽油。【解析】1. 解：A、一切物体在任何时候都具有内能.所以0度以下的物体也有内能，故A正确；B、燃料燃烧放出热量的多少不但与燃料的热值有关，还与燃料燃烧的程度及其质量有关，故B错误；C、物体内能增大，可能从外界吸收了热量，也可能外界对物体做了功，故C正确；D、烈日当空的海边，沙子烫脚而海水凉凉的，这是由于水的比热容比沙子的大，吸收相等的热量，水升高的温度较小，水的温度较低，故D正确。故选B。(1)一切物体在任何时候都具有内能；(2)燃料燃烧放出热量的多少与燃料的热值、燃烧的程度及其质量有关；(3)改变内能的方法有做功和热传递，它们在改变内能上是等效的；(4)水的比热容比沙子的大，吸收或放出相等的热量，水的温度变化较低。本题考查了内能、热值的概念、改变内能的方法，比热容的应用，有一定综合性，都属热学基础知识。2. 解：A、完全燃烧1kg的无烟煤，放出的热量为3.4107J，故A错误；B、完全燃烧1kg的氢，放出的热量为1.4108J，故B错误；C、1kg的氢和无烟煤均完全燃烧，氢放出的热量为无烟煤的n=1.4108J3.4107J4.1倍，故C正确；D、氢的热值为无烟煤热值的4.1倍，所以氢和无烟煤均完全燃烧，放出相同的热量，氢的质量为无烟煤的14，故D错误。故选C。(1)根据热值定义(1kg某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值)回答；(2)根据燃料完全燃烧放热公式Q放=mq进行分析。本题考查了燃料热值的意义、燃料完全燃烧放热公式Q放=mq的应用，属于基础题目。3. 解：燃料的热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量、体积、燃烧情况以及燃料燃烧放出的热量多少等无关，A、B、C不符合题意，D正确。故选D。热值是燃料的一种特性，它代表燃料性能的优劣，热值的大小与燃料的种类有关，与燃烧程度、质量的多少以及是否燃烧等均无关。本题的解题关键是知道热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关。4. 解：A、热机消耗的燃料多、燃烧放出的热量多，但用来做有用功的能量可能更多，即效率可能更高，所以据消耗燃料的多少是不能判断热机效率大小的，故A错误；B、热传递中，热量总是从温度高的物体传递给温度低的物体，传递的不是温度，故B错误；C、由Q=cmt可知，没有外界做功时，同一物体，温度降得越多，放出的热量就越多，若物体的状态，c液随之改变，故C错误；D、生物体内水的比例很高，在外界环境温度升高时，生物体即使吸收较多的热量，由于水的比热容较大，体温不会升的过高；同理在在外界环境温度降低时，由于水的比热容较大，即使放出较多的热量，体温也不会过低，所以生物体内的水分有助于调节生物体自身的温度，以免温度变化太快对生物体造成损害。故D正确。故选：D。(1)热机的效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比。比值越大，则效率越高。(2)热传递过程中，传递的是热量；(3)根据Q=cmt可知，质量、比热容一定时，放出热量与温度的关系；(4)相同质量的水和其它物质比较，吸收或放出相同的热量，水的温度升高或降低的少；升高或降低相同的温度，水吸收或放出的热量多。本题考查了热机的效率概念的了解、还考查学生对温度、热量与内能的关系、热传递的实质以及水的比热容的特点以及在生活中的应用，是热学的难点，是中招的热点。5. 解：A、燃料的热值仅与燃料的种类有关，燃料的质量无关，故A错误；B、酒精燃烧放出的热量要散失到空气中一部分，被试管吸收一部分，所以酒精燃烧放出的热量不能全部被试管中的水吸收，故B错误；C、加热过程中，通过热传递的方式增加水的内能，故C正确。D、塞子冲出时，是试管内气体的内能转化为塞子增加的机械能，与内燃机的做功冲程能量转化相同，故D错误。故选：C。(1)1kg某种燃料完全燃烧放出的能量，叫做这种燃料的热值。热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关；(2)酒精燃烧放出的热量要散失到空气中一部分，被试管吸收一部分，水吸收一部分，据此分析；(3)用酒精灯加热的过程中，酒精的化学能转化为试管和水的内能，属热传递的方式；(4)当水沸腾时产生大量的水蒸气，试管内的气体压强增大，就会将塞子冲出，水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能减小，转化为塞子的机械能。本题考查了影响热值的因素、改变内能的方式以及能的转化，综合性强。6. 【分析】根据每年冬天的花费计算出消耗的天然气的体积，再根据热值计算出天然气放出的热量。本题主要考查了学生对热值的相关计算的相关知识的理解和运用能力。【解答】由题意可知，消耗的天然气的体积为：V=2000元2.5元/m3=800m3，天然气完全燃烧放出的热量为：Q=qV=3.5107J/m3800m3=2.81010J。故答案为：2.81010。7. 解：天然气完全燃烧放出的热量：Q放=m气q=0.5kg4.2107J/kg=2.1107J；根据题意可知，Q吸=Q放=2.1107J，由Q吸=cm水t得，t=Q吸cm水=2.1107J4.2103J/(kg)1000kg=5。故答案为：2.1107；5。根据Q放=m气q求出天然气完全燃烧放出的热量；根据Q吸=cm水t变形求出水升高的温度。此题主要考查的是学生对热值和热量计算公式的理解和掌握，基础性题目。8. 解：(1)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)1kg煤气完全燃烧放出的热量：Q放=mq=1kg4.2l07J/kg=4.2l07J，1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量：Q放=Q放10=4.2l07J10=4.2l08J；由Q=cmt可得，m=Q放ct=4.2108J4.2103J/(kgC)40C=2500kg。故答案为：热值；2500。(1)1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫这种燃料的热值；(2)利用Q放=mq求出1kg煤气完全燃烧放出的热量，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的10倍，据此求水的质量。本题考查了学生对燃料的热值、燃料完全燃烧放热公式掌握和运用，难度不大，是一道基础题。9. 解：(1)汽车发动机工作时将内能转化为机械能，冒“黑烟”说明燃烧不充分，用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出的总能量的比值就小，所以效率降低；(2)用水做冷却剂是因为水的比热容较大，在相同条件下能吸收更多的热量。(3)压缩冲程是活塞向上运动，压缩空气，对空气做功，机械能转化为内能。故答案为：降低；比热容；压缩。(1)热机工作的过程中内能转化为机械能；热机的效率是指用来做有用功的能量占燃料完全燃料放出的总能量的百分比，据此结合现象可分析对效率的影响；(2)水具有比热容较大的特性，这是常被选做冷却剂的原因。(3)压缩冲程是将机械能转化为内能，做功冲程将内能转化为机械能。本题主要考查了热机工作时能量的转化以及对热机效率、比热容概念的理解，属于基础题目。10. 解：汽油机飞轮的转速为20r/s，则在1min内转动的圈数是1200转，因为四冲程内燃机曲轴转一圈，完成2个冲程，所以此时共完成2400个冲程，由于1个工作循环中包括4个冲程，所以完成600个工作循环；2kg汽油完全燃烧产生的热量：Q放=mq=2kg4.6l07J/kg=9.2l07J。刹车片发热，是刹车片克服摩擦做功，使刹车片的内能增加、温度升高，是通过做功途径改变物体内能；电灯发光、汽车制动过程中产生的内能散失在空气中，无法自动转化为电能或机械能，这些现象均说明能量的转化是具有方向性的。如内能是从高温物体转移向低温物体的；植物生长的过程中，总是按照生根、开花、结果这样的方向进行的，而不可能相反。故答案为：600；9.2107；做功；方向；(1)四冲程内燃机曲轴转一圈，完成2个冲程，活塞往复1次，1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次。(2)知道汽油的质量和热值，利用Q放=mq求汽油完全燃烧产生的热量。(3)改变内能的方法：一是做功，对物体做功(克服摩擦做功、压缩气体做功)，物体内能会增加；物体对外做功，物体内能会减少；二是热传递。(4)能量转化和转移是有方向性的，并且能量在转化或转移的过程中总量保持不变。此题以常见的汽车为载体综合考查了能量的转化和能量的方向性、物体内能的改变、燃料的热值和有关热机的计算，考查非常全面，要求学生熟练掌握所学知识。11. 【分析】(1)燃料的热值大小不能直接测量，需要通过液体吸收热量的多少来体现燃料燃烧放出热量的多少，而液体吸收热量的多少跟液体的质量和升高的温度有关，因此为了比较热值大小要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小；为了比较两种液体的比热容，需要燃烧相同的燃料，加热不同的液体，让液体的质量相同，温度计的示数变化相同时，通过比较加热时间比较吸热多少，进而判断两种比热容的大小关系；(2)根据a、b液体吸收热量的多少，判断a、b液体比热的大小，然后根据比热大小，分析判断质量相同的液体a与b，升高相同的温度时，a与b吸收热量的关系；(3)知道水的体积，求出水的质量；根据水的质量、水的比热容、水的初温和末温，利用吸热公式Q吸=cmt求水吸收的热量；根据公式Q=qm计算酒精的热值；在此实验中，酒精燃烧放出的热量大部分未被水吸收。本题是一道关于物质比热容的实验，实验中应用了控制变量法，熟练应用控制变量法、熟练应用燃烧值公式即可正确解题。【解答】(1)为了比较热值大小要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过液体升高的温度得出吸热多少，进而判断热值大小，应选择甲和乙两图进行实验；为了比较两种液体的比热容，需要燃烧相同的燃料，加热不同的液体，让液体的质量和温度的变化相同，通过比较加热时间(即比较吸收热量的多少)，进而判断两种比热容的大小关系，应选择甲和丙两图进行实验；(2)比较不同物质的比热容，选用甲、丙两实验，加热相同一段时间，两种液体吸收的热量相等；液体a升温多，由c=Qmt可知，a的比热容小；a的比热容小，质量相同的液体a与b，在升高相同的温度时，由Q吸=cmt可知，液体a吸收的热量小于液体b吸收的热量。(3)50ml水的质量为：m=水V=1103kg/m35010-6m3=0.05kg；水吸收的热量：Q吸=cmt=4.2103J/(kg)0.05kg20=4.2103J；根据题意可知，Q吸=Q放，由Q放=qm可知，酒精的热值为：q=Q放m=4.2103J0.01kg=4.2105J/kg；酒精完全放出的热量并没有全部被水吸收，所以算出的热值比标准值偏小。故答案为：(1)甲乙；升高的温度；甲丙；加热时间；(2)小于；(3)水吸收的热量为4.2103J；酒精的热值为4.2105J/kg；偏小。12. 【分析】(1)1kg某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值；热值是燃料的一种特性；(2)热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度、放出热量的多少以及燃烧温度的高低等均无关；(3)天然气完全燃烧放出的热量利用Q=Vq计算，后利用Q=cmt的变形公式计算水的质量；(4)物理学中，把有效利用的热量在总热量中所占比例叫做热效率。本题属于热现象的综合题，需要熟练掌握热值、热效率的概