难点微专题08对比热容概念的理解+热机问题（解析版）

难点微专题08——对比热容概念的理解+热机问题方法点拨:一、对比热容概念的理解1.比热容：物理学中，将物体温度升高时吸收的热量与它的质量和升高温度的乘积之比，叫做比热容。符号：c2、质量相同时，比热容越大的物体在升高（或降低）相同的温度时吸收（或放出）的热量越多，在吸收（或放出）相同的热量时升高（或降低）的温度越少。二、热机问题（一）冲程名称进气门排气门活塞运动能的转化吸气冲程开闭向下——压缩冲程闭闭向上机械能转化为内能做功冲程闭闭向下内能转化为机械能排气冲程闭开向上——三、热机问题（二）B.例题讲解：题型一：对比热容概念的理解1．观察下表中的数据，下列说法错误的是（C）物质铝铜砂石酒精水比热容J/（kg•℃）0.88×1030.39×1030.92×1032.4×1034.2×103A．质量相同的铝块和铜块，升高同样的温度，铝块需要的加热时间更长 B．质量相等的铝块和铜块，吸收同样的热量，铜块温度升高得更多 C．汽车发动机中采用酒精作为冷却发动机的吸热介质 D．内陆地区昼夜温差大是因为水的比热容比砂石的大解析：A、由公式Q吸＝cmΔt可知，因为铜块和铝块的质量和升高的温度相同，铜的比热容比铝的比热容小，所以铝吸收的热量大于铜矿吸收的热量，铝块需要的加热时间更长，故A正确；B、由公式Q吸＝cmΔt可知，Δt＝，因为铜块和铝块的质量和吸收的热量相同，铜的比热容比铝的比热容小，所以铜块升高的温度比铝块升高的温度高，故B正确；C、因为水的比热容较大，升高相同的温度，水吸收的热量多，所以用水做汽车的冷却液，故C错误；D、水的比热容在常见的物质中是比较大的，由Q＝cmΔt可知，在质量m与吸收或放出热量Q相同的情况下，水的温度变化Δt较小，因此沿海地区昼夜温差比同纬度的内陆地区小，故D正确。二、热机问题（一）2．2023年1月4日，长征三号甲运载火箭的氢氧发动机完成高空模拟点火试车并取得圆满成功，中国航天点燃了2023年的“第一把火”。发动机喷出火焰时，其能量转化与汽油机的哪个冲程相同（C）A． B． C． D．解析：发动机喷出火焰时，将内能转化为机械能，为火箭提供动力。A、图中两气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，机械能转化为内能，故A不合题意；B、图中进气门关闭，排气门打开，是排气冲程，没有能量的转化，故B不合题意；C、图中两气门关闭，活塞向下运动，火花塞点火，燃气的内能转化为机械能，故C符合题意；D、图中进气门打开，排气门关闭，是吸气冲程，没有能量的转化，故D不合题意。三、热机问题（二）3．某四冲程汽油机曲轴转速为2400r/min，则该汽油机每秒钟对外做功20次，有80个冲程，飞轮转40周，活塞往返运动40次解析：飞轮转速是2400r/min＝40r/s，即该飞轮每秒钟转40r。因为一个工作循环飞轮转2r，完成四个工作冲程、做功1次，活塞往返运动2次，所以飞轮转40r，对外做功20次，有80个冲程，活塞往返运动40次。C.针对训练：题型一：对比热容概念的理解4．若质量相同的铝块和铜块升高相同的温度时，铜块需要的加热时间短些，那么，现将相同质量的铝块和铜块，吸收相同的热量后，下列说法正确的是（B）A．铝块上升的温度高 B．铜块上升的温度高 C．铝块和铜块上升的温度一样高 D．它们上升的温度与质量无关解析：由公式Q吸＝cmΔt可知，Δt＝，因为铜块和铝块的质量和吸收的热量相同，铜的比热容比铝的比热容小，所以铜块升高的温度比铝块升高的温度高，所以B正确。5．已知铜的比热容比铝的比热容小，下列说法正确的是（C）A．将一块铜的质量减小一半，它的比热容减半 B．质量相同的铜块和铝块，铜块的内能比铝块的内能小 C．质量相同的铜块和铝块，吸收相同的热量，铜块升高的温度多 D．质量和初温都相等的铜块和铝块，放出相等热量后相接触，热传递的方向是从铜块传给铝块解析：A、比热容是物质的一种特性，与质量无关，故将一块铜的质量减小一半，铜的比热容不变，故A错误；B、影响物体内能的因素有物质的种类、质量、温度和状态，而选项中不确定铜块和铝块的温度，因此不确定二者之间的内能大小，故B错误；C、根据Δt＝可知，质量相同的铜块和铝块，吸收相同的热量，铜的比热容较小，因此铜块升高的温度多，故C正确；D、根据Δt＝可知，质量相同的铜块和铝块，放出相同的热量，铜的比热容较小，因此铜块降低的温度多，铜块和铝块初温相同，则铜块的末温较低，所以热传递的方向是从铝块传给铜块，故D错误。题型二：热机问题（一）6．如图1所示，玻璃瓶内有一些水，水上方存在水蒸气。给瓶内打气，当瓶塞跳出时，可以看到瓶内出现白雾，这是因为空气膨胀对外做功，内能减少（填“增大”或“减少”）的缘故。图3中（填“2”或“3”）汽油机的工作过程与这一实验过程中能量的转化是一致的，而图示的另一个工作过程是压缩冲程。解析：（1）在图1的实验中，给瓶内打气，当瓶塞跳出时，可以看到瓶内出现白雾，说明发生了液化现象，这是因为空气膨胀对外做功，本身的内能减小，温度降低，使水蒸气发生液化的缘故；（2）图3中，是汽油机的做功冲程，与这一实验过程中能量的转化是一致的，都是内能转化为机械能，而图2的另一个工作过程叫压缩冲程，在这个过程中机械能转化为内能。7．如图a为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，如图b为四冲程汽油机的工作示意图。下列判断错误的是（D）A．图a中气缸内的蒸汽体积膨胀，从而推动活塞使舰载机获得牵引力 B．图a中气缸内的蒸汽推动活塞时，内能减小 C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图b中B图所示的工作原理相似 D．图b中汽油机一个工作循环的正确顺序是A→B→C→D解析：A、a图中，气缸内蒸汽体积膨胀，对外做功，其内能减小，同时推动活塞，使舰载机获得巨大的牵引力，故A正确；B、图a中气缸内的蒸汽推动活塞时，内能转化为机械能，燃气的内能减小，故B正确；C、根据气门的开闭情况和活塞的运动方向可以判断出：A是吸气冲程、B是做功冲程、C是压缩冲程、D是排气冲程，蒸汽弹射装置工作时内能转化为机械能，与汽油机的做功冲程相似，与图b中B图所示的工作原理相似，故C正确；D、四冲程汽油机一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，所以汽油机一个工作循环的正确顺序是A、C、B、D，故D错误。三、热机问题（二）8．一台单缸四冲程汽油机飞轮转速是1200转/min，则此内燃机每秒做功的次数和完成的冲程是（A）A．10次，完成40个冲程 B．20次，完成40个冲程 C．10次，完成20个冲程 D．20次，完成20个冲程解析：已知飞轮转速为1200r/min＝20r/s，因为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活塞往复20次，对外做功10次，完成40个冲程，故A正确。9．一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3600转/分，该汽油机活塞1s对外做功30（每个冲程飞轮转半周）次。完全燃烧1kg汽油放出的热量是4.6×107J，若其效率为25%消耗1kg汽油转化为机械能是1.15×107J（q汽油＝4.6×107J/kg）。解析：（1）飞轮转速为3600转/分，即：1分钟飞轮转到3600转，则1s内飞轮转动＝60转；汽油机一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，做功1次，因此1s做功＝30次；（2）知道汽油的热值，完全燃烧1kg汽油放出的热量：Q＝q汽油m＝4.6×107J/kg×1kg＝4.6×107J；因为热机的效率η＝，若其效率为25%消耗1kg汽油转化为机械能：W＝Qη＝4.6×107J×25%＝1.15×107J。终极挑战：（多选）10．甲、乙两个相同的杯子中盛有质量和初温都相同的水，另有A、B两个金属球，其质量和初温也都相同，且都比水的温度高。现将A、B两球分别放入甲、乙两杯水中，热平衡后，甲杯水温升高了15℃，乙杯水温升高了8℃，则（AD）A．A球比热大于B球比热 B．A球比热小于B球比热 C．A球降低的温度更多些 D．A球放出的热量更多些解析：（1）甲、乙两个杯子中水的质量m相同，两球放入水中后，水吸收热量温度升高，甲杯的水温升高15℃，乙杯中水温升高8℃，即：Δt甲＞Δt乙，水的比热c相同，不计热量损失，由Q＝cmΔt可知，∴ΔQ甲吸＞ΔQ乙吸，∵ΔQ甲吸＝ΔQa放，ΔQ乙吸＝ΔQb放，∴ΔQA放＞ΔQB放；A球放出的热量更多些；（2）甲、乙水的初温t相同，Δt甲＞Δt乙，∴t甲＞t乙，∴tA＞tB，球的初温t初相同，∴t初﹣tA＜t初﹣tB；质量相同、初温t初相同的两球A和B，对于A有：ΔQA放＝cAmA（tA﹣t初）…①对于b有：ΔQB放＝cBmB（tB﹣t初）…②已知：∴ΔQA放＞ΔQB放，mA＝mB，得：＞1，所以＝cAmA（tA﹣t初）＞cBmB（tB﹣t初）；∵t初﹣tA＜t初﹣tB，则有cA＞cB。（多选）11．在相同的加热条件下，对质量为m1、比热容为c1的物质A和质量为m2、比热容为c2的物质B均匀加热，物质A、B的温度随加热时间的变化情况如图所示，根据图象分析可推断出错误的结论是（ABC）A．若c1＞c2；则m1＞m2 B．若m1＝m2；则c1＜c2 C．若c1＝c2；则m1＜m2 D．若m1＜m2；则c1＞c2解析：设加热时间相同，由于加热条件相同，所以在相同的加热时间内，物质A、B吸收的热量相同，据图可知，Δt1＜Δt2，根据Q吸＝cmΔt可得：c1m1＞c2m2，A、若c1＞c2，则m1、m2的大小关系不能确定，故A错误；B、若m1＝m2，则c1＞c2，故B错误；C、若c1＝c2，则m1＞m2，故C错误；D、若m1＜m2，则c1＞c2，故D正确。12．请阅读《四缸汽油机》回答题。四缸汽油机通常汽车发动机依靠燃料在汽油机汽缸内燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功，从而对外输出有用功。汽缸是汽油机的核心部件，活塞在汽缸内往复运动，吸气、压缩、做功和排气四个冲程不断循环进行，活塞往复运动过程中，其在汽缸内所封闭空间的体积会不断发生变化。汽缸工作容积指活塞上表面从上止点到下止点所扫过的容积，该容积又称单缸排量，如图1所示，它的大小取决于活塞的横截面积S和活塞从上止点运动到下止点距离L（即冲程长）。排量通常用升（L）或毫升（mL）来度量。单杠做功冲程所做的功W＝FL，又因为F＝pS，即单次做功W＝FL＝pSL＝pV。一般来讲，汽车的排量可以反映发动机（汽油机）输出功率的大小，所以增加汽缸数量或者增加每个汽缸的单缸排量可以提高发动机的输出功率。因而实际的汽车发动机都有多个汽缸，比如常见的四缸、六缸和八缸发动机。多缸发动机中每个汽缸的排量都相同，每个汽缸的排量之和就是汽车发动机的排量，常见的家用小客车发动机的排量一般为0.8L～2.8L。如图2所示为四缸发动机结构原理图：发动机通过连杆把四个汽缸的活塞连在同一根曲轴上，并使各汽缸的做功冲程的时间相互错开，在曲轴转动的每半周内，都有一个汽缸处在做功冲程，其他三个汽缸分别处在吸气、压缩和排气冲程。这样既能保证发动机有足够的输出功率，还能让发动机的动力连续平稳输出，减小发动机工作时带来的振动，从而提高乘坐汽车的舒适性。此外，对于排量已经固定的发动机，也可以通过增加发动机的转动速度，即增加活塞的往复运动速度，以便在相同时间内增加汽缸的做功次数，从而提高发动机的输出功率。以一辆采用四缸汽油发动机的家用小客车为例，其发动机的排量为2.0L（即该发动机中四个汽缸工作容积的总和），发动机的转速表示每分钟曲轴所转的周数，用n表示，其单位为r/min（转每分钟）。通过测量得到了这种轿车的输出功率与转速的关系如图3所示，可见在允许范围内，发动机转速增加时，输出功率也增加了。根据上述材料，回答下列问题：（1）该家用小客车发动机的单缸排量（工作容积）V＝0.5L。（2）由图3可知，该家用小客车发动机转速在1000～4000r/min范围内，其输出功率与转速大致成正比。（选填“正”或“反”）（3）该家用小客车以72km/h的速度行驶了2h，其中每个活塞的平均压强为1.5×106Pa，单个活塞每次做功冲程做功多少焦耳？若该汽车一直以3000r/min的转速行驶且该汽油机的热机效率为30%，整个过程中消耗燃油多少升？（q汽油＝3.6×107J/kg，汽油密度0.8×103kg/m3）解析：（1）由题意可知，发动机的排量为2.0L，则该家用小客车发动机的单缸排量V＝＝0.5L；（2）由图3可知，输出功率与转速的关系图象是一条倾斜的直线，则其输出功率与转速大致成正比；（3）每个活塞的平均压强为1.