第14章内能的利用单元综合检测

第14章内能的利用单元综合检测参考答案1．如图为四冲程汽油机工作过程中的某冲程示意图，该冲程为（）A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程【解析】观察图可知，进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸，是吸气冲程。故选：A。2．如图，是单缸四冲程内燃机的四个冲程的示意图，符合内燃机的工作循环顺序的是（）A．丙、丁、乙、甲 B．乙、甲、丁、丙 C．甲、乙、丁、丙 D．乙、丁、甲、丙【解析】甲图中两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程；乙图中进气门开启，活塞下移，气体流入汽缸，是吸气冲程；丙图中排气门开启，活塞上行，气体流出汽缸，是排气冲程；丁图中两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程；所以正确的排序是乙、丁、甲、丙。故选：D。3．下列说法正确的是（）A．燃料的热值与燃料燃烧情况无关 B．容易燃烧的燃料的热值一定大 C．煤的热值大于干木柴的热值，燃烧煤放出的热量比燃烧干木柴放出的热量一定多 D．1kg的煤的热值是2kg煤的热值的一半【解析】A、燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的燃烧情况无关，故A正确；B、热值大小与燃料是否容易燃烧无关，故B错误；C、煤的热值比干木柴大，说明1kg的煤完全燃烧放出的热量比1kg干木柴完全燃烧放出的热量多，本选项的说法中两者质量不一定相等，故C错误；D、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，故D错误。故选：A。4．以下关于能量转化与守恒定律说法不正确的是（）A．小华家使用的天然气热水器是将电能转化为内能 B．子弹没击中目标，最后下落陷在土地中，子弹的机械能转化为内能 C．LED灯发光效率高是因为它将电能绝大部分转化为光能 D．人体维持37℃，是因为人体内不断将食物的化学能转化为内能【解析】A、使用的天然气热水器是将化学能转化为内能，故A错误；B、子弹没击中目标，最后下落陷在土地中，子弹的克服摩擦力做功，子弹机械能转化为内能，故B正确；C、LED灯发光效率高是因为它将电能绝大部分转化为光能，故C正确；D、人体维持37℃，是因为人体内不断将食物的化学能转化为内能，故D正确。故选：A。5．下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况。关于对图中①②③④的补充正确的是（）A．①做功冲程②内能转化为机械能③压缩冲程④机械能转化为内能 B．①压缩冲程②内能转化为机械能③做功冲程④机械能转化为内能 C．①压缩冲程②机械能转化为内能③做功冲程④内能转化为机械能 D．①做功冲程②机械能转化为内能③压缩冲程④内能转化为机械能【解析】热机的四个冲程，吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。压缩冲程中，活塞上升压缩气缸内的气体，使气体内能增大，即机械能转化为内能；做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞向下运动，内能转化为机械能。故选：C。6．单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1800r/min，此汽油机在每秒钟内（）A．完成120个冲程，对外做功30次 B．完成60个冲程，对外做功15次 C．完成30个冲程，对外做功15次 D．完成60个冲程，对外做功30次【解析】飞轮转速为1800r/min＝30r/s，因一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，做功1次，完成4个冲程，所以，该汽油机1s内完成60个冲程，对外做功15次。故选：B。7．如图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%【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%＝×100%。故选：C。8．如图所示，用酒精灯加热试管里的水，产生的水蒸气将试管塞冲向空中。在这个过程中，能量转化的顺序为（）A．内能﹣机械能﹣化学能 B．化学能﹣内能﹣机械能 C．机械能﹣内能﹣化学能 D．内能﹣化学能﹣机械能【解析】用酒精灯加热水的过程中，酒精的化学能转化为试管和水的内能；当水沸腾时产生大量的水蒸气，试管内的气体压强增大，大于外界大气压，就会将塞子冲出；此时试管内水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能减小，转化为塞子的机械能，即能量转化的顺序为化学能→内能→机械能，故B正确。故选：B。9．两台汽油机，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【解析】设甲的功率为P甲，其效率为η甲，乙的功率为P乙，其效率为η乙，汽油的热值为q，做功时间为t，由题意知：＝1.5，＝＝，甲在时间t内做的有用功：W甲＝P甲t，由η＝可得，甲在时间t内消耗的总能量：Q甲＝＝，由Q＝mq可得，甲在时间t内的耗油量：m甲＝＝。同理可得乙在时间t内的耗油量的表达式：m乙＝。甲乙两汽油机在相同时间内的耗油量之比：＝：＝＝＝＝15：8。故选：B。10．柴油机的效率比汽油机的效率高，主要原因是（）A．柴油的热值比汽油热值大 B．柴油机和汽油机的点火方式不同 C．汽油机的做功冲程用电火花点燃方式，浪费了一部分能量 D．做功冲程中柴油机汽缸内的燃气产生的压强和温度比汽油机里的高【解析】柴油机的效率比汽油机的效率高说明柴油机损耗的能量比汽油机损耗的能量少。是因为柴油机在压缩冲程中，压缩的程度比汽油机大，燃烧更充分，燃气产生的压强更大，转化成的有用功更多。故选：D。11．表格中列出了某些物质的热值，下列判断正确的是（）酒精3.0×107J/kg液氢1.4×108J/kg焦炭3.0×107J/kg煤气3.9×107J/m3汽油4.6×107J/kg沼气1.9×107J/m3A．火箭利用液氢做燃料，是因为它的热值较大 B．液态物质的热值比气态的大 C．2kg焦炭的热值是1kg焦炭的两倍 D．所有燃料的热值都是不相等的【解析】A、火箭利用液氢做燃料，原因是液氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的液氢时，可以释放出更多的热量，故A正确；BCD、热值是燃料的一种特性，热值的大小与质量、状态等都没有关系，不同燃料的热值可能不同，也可能会相同，故BCD错误。故选：A。12．汽车发动机一是汽油机，汽油的热值为4.6×107J/kg，阅读了某汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图，下列回答不正确的是（）A．该内燃机的效率为30% B．1kg的汽油完全燃烧能够释放4.6×107J的能量 C．为确保发动机正常工作，需用水对其冷却 D．发动机压缩冲程把燃料燃烧产生的内能转化为机械能【解析】A、由图可知，有用功的能量：100%﹣33%﹣30%﹣7%＝30%，所以该内燃机的效率为30%，故A正确；B、汽油的热值为4.6×107J/kg，表示完全燃烧1kg的汽油释放的能量4.6×107J，故B正确；C、因为水的比热容较大，相同质量的水和其它物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多，所以可作为冷却剂，故C正确；D、内燃机的四个冲程中，压缩冲程把燃料燃烧产生的机械能转用化为内能，故D错误。故选：D。二．填空题（共5小题）13．如图单缸四冲程汽油机正处在排气冲程。若该汽油机转速为1800r/min，则它5分钟完成18000个冲程。用水循环带走汽油机产生的热量，这是利用了水的比热容较大的特性。【解析】（1）由图可见，一个气门打开，另一个气门关闭，并且活塞向上运动，因此该冲程是排气冲程；（2）汽油机完成1个工作循环，完成四个冲程，飞轮转2转，对外做功1次，1800r/min，即每分钟完成3600个冲程，则5分钟完成18000个冲程；（3）因为水的比热容大，相同质量的水和其它物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多，所以汽车发动机的冷却循环系统用水做工作物质，利用了水的比热容较大的特性。故答案为：排气；18000；比热容。14．农作物的秸秆可以回收加工制成秸秆煤。完全燃烧0.5kg的秸秆煤可放出1.05×107J的热量；若这些热量被质量为20kg，初温为20℃的水吸收，可使水温升高到70℃，则水吸收了4.2×106J的热量，此时烧水效率为40%[已知q秸秆煤＝2.1×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]。【解析】秸秆煤完全燃烧释放的热量：Q放＝m秸秆煤q＝0.5kg×2.1×107J/kg＝1.05×107J。水吸收的热量：Q吸＝c水m水（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×20kg×（70℃﹣20℃）＝4.2×106J；此时烧水效率：η＝＝×100%＝40%。故答案为：1.05×107；4.2×106；40%。15．如图所示，是A、B两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量m的关系图，从图中可看出A燃料的热值小于（选填：“大于”、“小于”或“等于”）B燃料的热值，在燃烧的过程中，A燃料的热值不变（选填：“变大”、“变小”或“不变”）。【解析】（1）取相同质量m0，由图可知，QA＜QB根据q＝可知，qA＜qB；（2）热值是燃料的特性，只与燃料的种类有关，与其是否燃烧和燃烧是否充分无关，所以在燃烧的过程中，A燃料的热值将不变。故答案为：小于；不变。16．汽车刹车的过程，伴随着能量从机械能转化为内能，内能散失到空气中，此过程能量的总和不变（增大/不变/缩小）。散失到空气中的内能无法自动转化为机械能再用来驱动汽车，这是因为能量的转移和转化具有方向性。【解析】据能量的守恒定律可知，汽车刹车的过程，通过做功，将机械能转化为内能，内能散失到空气中，此过程能量的总和是不变的；散失到空气中的内能无法自动转化为机械能再用来驱动汽车，这是因为能量的转移和转化具有方向性。故答案为：机械能；不变；方向。17．焦炭的热值为3.0×107J/kg，它表示1kg的焦炭完全燃烧时所释放出的热量是3.0×107J。若把50kg的水温升高60℃，需完全燃烧0.42千克的焦炭。[不计热量损失，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）]【解析】（1）已知焦炭的热值为3.0×107J/kg，它表示的意思是1kg的焦炭完全燃烧时所释放出的热量是3.0×107J；（2）把50kg水的温度升高60℃所吸收的热量：Q＝cm△t＝4.2×103J/（kg•℃）×50kg×60℃＝1.26×107J；要产生此热量需要完全燃烧的焦炭质量可由热量公式Q＝qm变形可得：m＝＝＝0.42kg；故答案为：1kg的焦炭完全燃烧时所释放出的热量是3.0×107J；0.42。三．实验探究题（共2小题）18．在“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”实验中。（1）实验装置如图甲、乙所示，你认为图中横杆、温度计、烧杯、铁圈、燃具等器件在铁架台上的安装顺序应是由下而上（填“由下而上”或“由上而下”）。（2）实验中除了酒精和碎纸片的质量应该相等之外还应保持烧杯内水的质量相同（举出一条即可）。（3）实验中通过比较水升高的温度来比较酒精和碎纸片燃烧放出的热量不同。（4）根据表格中记录的实验数据可知酒精和碎纸片这两种燃料中，热值较大的是酒精。燃料加热前的水温/℃燃料燃尽后的水温/℃酒精1535碎纸片1525【解析】（1）为了利用酒精灯的外焰给烧杯充分加热，并且温度计不要碰到烧杯壁和烧杯底，应按照由下往上的顺序组装器材；（2）为了比较相同质量的酒精和碎纸片燃烧放出热量的多少，必须控制二者的质量相等、烧杯内水的质量相等、两个烧杯相同；（3）实验中，用酒精和碎纸片燃烧给水加热，可通过水升高的温度来比较酒精和碎纸片放出的热量多少；（4）相同质量的酒精和碎纸片燃烧放热，酒精燃烧放出的热量可以将水的温度升高20℃，碎纸片燃烧放出的热量可以将水的温度升高10℃，可见酒精的热值是碎纸片的2倍。故答案为：（1）由下而上；（2）烧杯内水的质量；（3）水升高的温度；（4）酒精。19．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，应选择甲乙两图进行实验，实验时要观察温度计示数的变化比较两种燃料的热值大小；比较不同物质的比热容，应选择甲丙两图进行实验，实验通过加热时间的长短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同一段时间后，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吸收的热量小于（选填“大于”或“小于”）液体b吸收的热量。（3）若甲图烧杯中为500g的水，10g酒精完全燃烧温度计示数升高了20℃，水吸收的热量是4.2×104J，若酒精燃烧放出的热量全部被水吸收，则酒精的热值是4.2×106J/kg，算出的热值比标准值偏小。（选填“偏大”、“偏小”或“一样”）。[水的比热容是4.2×103J/（kg•℃）]【解析】（1）为了比较不同燃料的热值，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；实验是通过加热时间的长短反映物体吸热的多少。（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Q吸＝cm△t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＝cm△t可知，液体a吸收的热量小于液体b吸收的热量；（3）水吸收的热量：Q吸＝cm△t＝4.2×103J/（kg•℃）×0.5kg×20℃＝4.2×104J；根据题意可知，Q放＝Q吸，由Q放＝qm可得，酒精的热值为：q＝＝＝4.2×106J/kg；由于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；温度计示数的变化；甲丙；加热时间的长短；（2）小于；（3）4.2×104；4.2×106；偏小。20．油电混合动力汽车是新型节能汽车。这种汽车在内燃机启动时，可以给车提供动力，同时也给动力蓄电池组充电。已知某型号混合动力汽车所用的蓄电池能够储存的最大电能是1.0×108J，若该车以80km/h的车速匀速直线行驶了0.5h，此时所受阻力f大小为900N，蓄电池组的电能也增加了最大电能的10%，内燃机共消耗燃油2.5kg。（q油＝4.6×107J/kg）则：（1）该汽车此次行驶中，若燃油完全燃烧可放出多少热量？（2）该汽车行驶中牵引力做了多少功？（3）该汽车内燃机的效率是多大？【解析】（1）燃油完全燃烧放出的热量为：Q＝mq油＝4.6×107J/kg×2.5kg＝1.15×108J；（2）因为汽车匀速直线行驶，所以牵引力F＝f＝900N；通过的路程为：s＝vt＝80km/h×0.5h＝40km＝4×104m，汽车行驶中牵引力所做的功为：W＝Fs＝900N×4×104m＝3.6×107J；（3）蓄电池增加的电能：W′＝1.0×108J×10%＝1.0×107J，汽车内燃机的效率为：η＝×100%＝×100%＝40%。答：（1）该汽车此次行驶中，若燃油完全燃烧可放出1.15×108J热量；（2）该汽车行驶中牵引力做功3.6×107J；（3）该汽车内燃机的效率是40%。21．今年5月18日，我国在世界上第一次对可燃冰实现安全可控开采。假设1m3可燃冰分解后，可释放出约180m3天然气，（已知q天然气＝3×107J/m3，在1标准大气压下）．求：（1）1m3可燃冰释放出的天然气完全燃烧，放出的热量是多少？（2）若这些热量用来加热水，50%的热量被水吸收，可将初温为20摄氏度，质量为2×104kg的水加热到多少℃？【解析】（1）由题知，1m3可燃冰分解后，可释放出约180m3天然气，这些天然气完全燃烧放出的热量：Q放＝Vq＝180m3×3×107J/m3＝5.4×109J；（2）由题知，水吸收的热量：Q吸＝50%Q放＝50%×5.4×109J＝2.7×109J；由Q吸＝cm（t﹣t0）可得，水的末温：t＝+t0＝+20℃≈52℃。答：（1）1m3可燃冰释放出的天然气完全燃烧，放出的热量约是5.4×109J；（2）若上述热量全部被水吸收，可将2×104kg的水从20℃加热至52℃。22．某中学为学生供应开水，用锅炉将200kg的水从25℃加热到100℃，燃烧了6kg的无烟煤。无烟煤的热值是3.4×107J/kg。求：（1）锅炉内的水吸收的热量是多少？（2）无烟煤完全燃烧放出的热量是多少？（3）此锅炉的效率是多少？【解析】（1）水吸收的热量：Q吸＝cm△t＝4.2×103J/（kg•℃）×200kg×（100℃﹣25℃）＝6.3×107J；（2）无烟煤燃烧放出的热量：Q放＝m′q＝6kg×3.4×107J/kg＝2.04×108J；（3）锅炉的效率：η＝＝×100%≈30.9%。答：（1）锅炉内的水吸收的热量是6.3×107J；（2）无烟煤完全燃烧放出的热量是