课时训练16　热机及其效率　能量的转化和守恒

///课时训练(十六)热机及其效率能量的转化和守恒(限时:40分钟)|根底过关|一、选择题1.[2019·滨州]如图K16-1所示是内燃机工作循环中的一个冲程,它是 ()图K16-1A.压缩冲程,将化学能转化为内能 B.压缩冲程,将机械能转化为内能C.做功冲程,将内能转化为机械能 D.做功冲程,将机械能转化为内能2.[2019·云南]汽车是一种运输工具,关于汽车的知识以下说法正确的选项是 ()A.发动机的做功冲程将内能转化为机械能B.汽油只有在高温时才会蒸发C.选择水作为发动机的冷却剂,是利用水的比热容较小的特点D.车轮胎上的花纹是为了减小摩擦3.[2019·临沂]小明用煤气灶烧水时,进行了如下思考,正确的选项是 ()A.煤气燃烧越充分,其热值越大 B.加热过程中水的比热容变大C.壶内水温度升高的过程中,其内能增大 D.水沸腾过程中吸收热量,温度不断升高4.[2019·孝感]2019年6月2日,我国制造的高分辨率卫星“高分六号〞成功发射升空,在其发射至完全进入太空的过程中,以下说法中正确的选项是 ()图K16-2A.在上升过程中火箭受到的大气压强越来越大B.火箭使用的助推燃料,其热值越低越好C.进入太空后,卫星“高分六号〞的质量变为零D.竖直向上加速过程中,卫星“高分六号〞受到的支持力大于其自身的重力5.[2019·孝感]关于做功或能量转化的过程,以下说法正确的选项是 ()A.汽油机在压缩冲程中,是内能转化为机械能B.拉弯的弓将箭射出,其弹性势能主要转化为动能C.电动机工作过程中,是机械能转化为电能D.吊车吊着货物沿水平方向移动一段距离,此过程中货物的重力对自身做了功6.[2019·内江]根据能量守恒定律,以下情形可能发生的是 ()A.随着科学技术不断开展和提高,永动机是可以制成的B.两个斜面相对连接,小球从左斜面滚下后冲上右斜面C.电水壶里的水沸腾后断电,水的沸腾却一直持续下去D.出枪膛的子弹射穿木板后,以更快的速度继续运动7.[2019·达州]对于图K16-3中所示的四幅图,以下说法正确的选项是 ()图K16-3A.图甲中软木塞飞出时,管内水蒸气内能增加B.图乙中两个压紧的铅块能吊起钩码,主要是因为分子间存在引力C.图丙中活塞向上运动是内燃机的做功冲程D.图丁中小朋友下滑时,内能转化为机械能二、填空题8.[2019·白银]如图K16-4所示是四冲程汽油机工作过程的一个冲程,该冲程是将能转化为能。

图K16-49.[2019·南充]某台汽油机飞轮的转速为1800r/min,在1s内,汽油机完成了个工作循环。如果汽油机在一段时间内消耗了500g汽油,假设这些汽油完全燃烧,可放出热量J。(q汽油=4.6×107J/kg)

10.[2019·连云港]天然气热水器将40kg的水由22℃加热到42℃,水的内能增加了J,水内能的增加是通过方式实现的。假设天然气燃烧放出的热量有84%被水吸收,需要消耗kg的天然气。[c水=4.2×103J/(kg·℃),q天然气=4×107J/kg]

11.[2019·南京]天然气已经被广泛利用,它是一种(选填“可〞或“不可〞)再生能源,完全燃烧0.07m3天然气释放的热量为J,假设这些热量的30%被水吸收,可以将4kg的水由20℃加热到℃。[q天然气=4×107J/m3,c水=4.2×103J/(kg·℃)]

12.[2019·泸州]泸州沱江六桥全程长4km,桥面设计为双向8车道,中间预留了轻轨线路,于2019年1月通车。一辆小轿车做匀速直线运动通过全程,速度为50km/h,受到的阻力恒为660N,通过全程所需的时间为min,牵引力所做的功为J;假设通过全程消耗了0.2kg的汽油,汽油机的效率为。(q汽油=4.4×107J/kg)

13.[2019·达州]小张驾驶一辆额定功率35kW、效率为30%的汽车在一段平直的公路上匀速行驶,在额定功率下行驶1h至少需要L汽油(汽油的热值为3.5×107J/L);假设行驶的速度为72km/h,那么汽车受到的阻力为N,汽油属于(选填“可再生〞或“不可再生〞)能源。

三、综合题14.[2019·云南]小明家新买来一台容量为80L的天然气热水器。小明学习了热效率的知识后,尝试估测该热水器的热效率,他把“进水量〞设置为40L,“出水温度〞设置为40℃后,开始加热。当水温到达40℃时,自动停止加热。当时自来水的温度是20℃,加热前天然气表的示数为129.96m3,停止加热后变为130.06m3。天然气的热值q天然气=4.2×107J/m3,水的比热容c水=4.2×103J/(kg·℃),1L=10-3m3。求:(1)水箱中水的质量。(2)水箱中水吸收的热量。(3)该热水器的热效率。15.[2019·威海]为响应国家“低碳环保,节能减排〞的号召,威海市新上线一批以天然气为燃料的新型公交汽车,其参数如图K16-5所示。某次行驶过程中,汽车搭载人员及物品共3000kg,所受阻力为总重力的0.01倍。在40s时间内匀速直线行驶了400m,共消耗天然气0.025kg(天然气完全燃烧,其热值为6.4×107J/kg,g取10N/kg)。针对此次行驶过程,求:(1)汽车对地面的压强。(2)汽车的功率。(3)汽车发动机的效率。图K16-5|能力培优|16.[2019·安徽]一台额定功率为2019W的电热水器,水箱内装有50kg的水,要把这些水从20℃加热到60℃,热水器正常工作需要s;假设水吸收的热量全部由燃烧天然气提供,那么需要完全燃烧m3的天然气[不计能量损失,c水=4.2×103J/(kg·℃),q天然气=4.2×107J/m3]。

17.[2019·遂宁]我国于2019年5月18日在南海海域成功试采“可燃冰〞,“可燃冰〞作为新型能源,有着巨大的开发使用潜力,在相同条件下,“可燃冰〞完全燃烧放出的热量可达天然气的数十倍。如果“可燃冰〞热值是天然气的10倍,设天然气热值为4.2×107J/kg,完全燃烧0.5kg“可燃冰〞放出的热量为J;假设在不考虑热量损失的情况下,这些热量能使800kg、45℃的水刚好到达沸点,那么此时水的沸点是℃,水面上方的气压(选填“大于〞“小于〞或“等于")标准大气压。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]

18.[2019·绵阳]2019年5月8日,全球首条智能轨道快运系统在湖南株洲试开通。该智能轨道快运列车使用新能源的快充钛酸锂电池,电池容量为170kW·h,满载时电耗为4kW·h/km,最高运行速度为70km/h。该电池充满电时储存的能量与质量是kg的汽油完全燃烧放出的热量相同(结果保存一位小数);假设列车满载匀速行驶电动机驱动列车的效率为75%,那么列车匀速行驶过程中受到的平均阻力大小是N。(汽油的热值是4.6×107J/kg)

19.[2019·安顺]一辆汽车以恒定的功率在平直的公路上做直线运动,其v-t图像如图K16-6所示,在第10s时速度到达20m/s,通过的路程为120m。(1)求在0~10s内汽车的平均速度。(2)设汽车在行驶过程中所受阻力不变,大小为f=4000N,那么在10~20s内汽车发动机产生的牵引力所做的功是多少?(3)假设发动机的转化效率为80%,那么10~20s内燃烧了多少千克汽油?(汽油的热值大约为5×107J/kg)图K16-6参考答案1.C2.A3.C[解析]热值是燃料的特性,只与燃料的种类有关,故A错误。比热容是物质本身的一种属性,与温度无关,故B错误。物体温度升高,分子运动加剧,内能增大,故C正确。水沸腾过程中吸收热量,温度保持不变,故D错误。4.D5.B[解析]汽油机压缩冲程中,将机械能转化为内能;拉弯的弓具有弹性势能,将箭射出去,使箭有了动能,即将弹性势能转化为动能;电动机是利用电能工作的,将电能转化为机械能;吊车吊着货物沿水平方向移动,重力方向竖直向下,与移动方向垂直,对货物不做功。应选B。6.B[解析]永动机违反了能量守恒定律,永远无法制成,故A错误。两个斜面相对连接,小球从左斜面滚下后,由于小球具有动能,会继续冲上右斜面,故B正确。在电水壶的使用过程中消耗了电能,而水的温度升高,内能增加,断电后,水不再吸收热量,沸腾会停止,故C错误。出枪膛的子弹高速运动,说明子弹具有动能,射穿木板时,由于摩擦生热会使动能减小,它的速度将减慢,故D错误。7.B8.机械内9.152.3×107[解析]汽油机的一个工作循环飞轮转2圈,该飞轮的转速为1800r/min,那么每秒转数n=180060=30,完成15个工作循环,汽油燃烧放出的热量Q=mq汽油=0.5kg×4.6×107J/kg=2.3×10710.3.36×106热传递0.1[解析]水吸收的热量Q吸=c水m1(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×40kg×(42℃-22℃)=3.36×106J;天然气放出的热量Q放=Q吸η=3.36×106J84%=4×106J,需要天然气的质量11.不可2.8×10670[解析]天然气是不可再生能源;完全燃烧0.07m3天然气释放的热量Q放=q天然气V=4×107J/m3×0.07m3=2.8×106J;水吸收的热量Q吸=ηQ放=30%×2.8×106J=8.4×105J,水升高的温度Δt=Q吸c水m=8.4×105J4.2×103J/(kg·12.4.82.64×10630%[解析]小轿车通过全程所需时间t=sv=4km50km/h=0.08h=4.8min,匀速直线行驶时汽车受力平衡,牵引力与阻力大小相等,那么牵引力做的功W=Fs=fs=660N×4000m=2.64×106J,汽油完全燃烧放出的热量Q放=mq汽油=0.2kg×4.4×107J/kg=8.8汽油机效率η=WQ放=213.121750不可再生[解析]根据W有=ηW总得Pt=η·qV,代入数据可得,35×103W×3600s=30%×3.5×107J/L×V,解得V=12L;由题意知,v=72km/h=20m/s,根据公式P=Fv得,牵引力F=Pv=35×103W20m14.解:(1)把“进水量〞设置为40L,那么水箱中水的体积V=40L=40dm3=40×10-3m3,水箱中水的质量m=ρV=1×103kg/m3×40×10-3m3=40kg。(2)由题意可得,水吸收的热量Q吸=c水mΔt=4.2×103J/(kg·℃)×40kg×(40℃-20℃)=3.36×106J。(3)使用天然气的体积V天然气=130.06m3-129.96m3=0.1m3,天然气完全燃烧释放的热量Q放=q天然气V天然气=4.2×107J/m3×0.1m3=4.2×106J,该热水器的热效率η=Q吸Q放15.解:(1)汽车对地面的压力F=G=mg=(13000kg+3000kg)×10N/kg=1.6×105N,汽车对地面的压强p=FS=1.6×105(2)汽车所受阻力f=0.01G=0.01×1.6×105N=1.6×103N,汽车匀速行驶,牵引力与阻力平衡,汽车所受牵引力F牵=f=1.6×103N,汽车牵引力做功W=F牵s=1.6×103N×400m=6.4×105J,汽车的功率P=Wt=6.4×105J40s(3)0.025kg天然气完全燃烧放出的热量Q=q天然气m天然气=6.4×107J/kg×0.025kg=1.6×106J,汽车发动机的效率η=WQ=6.16.42000.2[解析]水吸收的热量Q=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×50kg×(60℃-20℃)=8.4×106J,热水器加热所需要的时间t=WP=QP=8.4×106J2000W=4200s。需要天然气的质量m'=Q放q17.2.1×108107.5大于[解析]“可燃冰〞热值是天然气的10倍,设天然气热值为4.2×107J/kg,那么“可燃冰〞热值为4.2×108J/kg,完全燃烧0.5kg“可燃冰〞放出的热量为Q放=mq=0.5kg×4.2×108J/kg=2.1×108J;假设不考虑热量损失,这些热量全部被水吸收,那么有Q放=Q吸=c水m水Δt,Δt=Q吸c水m水=2.1×108J4.2×103J/(kg·℃)×800kg=62.18.13.31.08×104[解析]电池充满电时储存的能量W=170kW·h=6.12×108J,那么完全燃烧汽油的质量m=Qq=Wq=6.12×108J4.6×107J/kg≈13.3kg;满载时电耗为4kW·h/km,且其效率为