第十四章内能的利用

第十四章内能的利用一、选择题(每小题3分,共36分)1.下列关于热值和热机效率的描述，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．燃料燃烧释放的热量越大，热值越大；D．热值和热机效率都是定值，与外界条件无关【答案】B。【解析】A、热值是燃料的特性，与燃烧情况无关，故A错误。B、使燃料燃烧更充分，可以增大有效利用的能量，提高热机的效率，故B正确。C、热值是燃料的特性，与放出热量的多少无关，故C错误。D、热值取决与燃料种类，与外界条件无关；而燃料的燃烧情况、能量的损失都会影响热机效率，故D错误。故选：B2.下列所示的工具工作过程中使用热机的是() A.自行车 B.柴油车 C.脚踏船 D.皮筏艇【答案】B【解析】热机是把内能转化为机械能的装置.自行车、脚踏船、皮筏艇消耗人体的化学能,将其转化为机械能;柴油车是热机的一种,将内能转化为机械能.故选B.3.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【答案】C。【解析】四冲程汽油机的一个循环，其工作顺序是吸气冲程→压缩冲程→做功冲程→排气冲程；从图中可以看出，①是压缩冲程，压缩冲程是将机械能转化为其内能；③是做功冲程，做功冲程是将内能转化为机械能。关于对图中补充解释正确的是C。4.如图所示是四冲程汽油机一个工作循环中的三个冲程,缺少的一个冲程的名称及顺序,下列判断正确的是（）甲乙丙A.吸气冲程,应在甲图之前 B.压缩冲程,应在甲、乙图之间C.做功冲程,应在乙、丙图之间 D.排气冲程,应在丙图之后【答案】C【解析】甲图进气门打开、排气门关闭,活塞向下运动,所以为吸气冲程;乙图中进气门、排气门都关闭,活塞向上运动,所以为压缩冲程;丙图进气门关闭、排气门打开,活塞向上运动,所以为排气冲程;综上所述可以知道,所缺冲程为处于乙和丙图之间的做功冲程.5.对于下列四幅图,说法正确的是()A.甲图中软木塞飞出时,管内水蒸气的内能增加B.乙图中两个压紧的铅块能吊起重物,主要是因为大气压强的存在C.丙图中活塞向上运动,表示内燃机的做功冲程D.丁图中小朋友下滑时,将机械能转化为内能【答案】D【解析】甲图中软木塞飞出时,管内水蒸气的内能减少,故A错误;乙图中两个压紧的铅块能吊起重物,主要是因为分子间存在引力,故B错误;丙图中活塞向上运动,进气门关闭,排气门打开,是内燃机的排气冲程,故C错误;丁图中小朋友下滑时,将机械能转化为内能,故D正确.6.古语道:“人要实,火要虚.”此话的意思是说做人要脚踏实地,才能事业有成;固体可燃物要架空一些,才能燃烧得更旺.“火要虚”的目的是()A.增大固体可燃物的热值 B.降低固体可燃物的着火点C.使固体可燃物完全燃烧 D.提高固体可燃物的利用率【答案】D【解析】固体可燃物要架空一些,才能燃烧得更旺.“火要虚”的目的是增大固体可燃物与空气的接触面积,使燃烧更旺,即提高固体可燃物的利用率,故D正确,A、B、C错误.故选D.7.目前,我国北方地区正在大力推进“煤改气”,即将原来的燃煤锅炉、取暖炉改为燃烧燃气,这主要是因为()A.燃气的热值比煤炭大 B.燃气燃烧时的温度比煤炭高C.燃气便于运输、成本低 D.燃烧燃气的有害排放少,利于保护环境【答案】D【解析】我国北方地区雾霾越来越严重,大力推进“煤改气”,主要原因是燃烧燃气的有害排放比煤炭少,利于保护环境.故选D.8.一台效率为40%的柴油机，当输出3.44×107J有用功时，消耗的柴油质量是（）。（柴油的热值是4.3×107J/kg）A．0.8kg B．2kg C．0.32kg D．2.8kg【答案】B。【解析】知道有用功和柴油机的效率，利用效率公式求柴油机工作消耗的总能量，再利用燃料完全燃烧放热公式Q放=mq求消耗柴油的质量。解答：因为，所以柴油机工作消耗的总能量（柴油完全燃烧放出的热量），因为Q放=mq，所以消耗柴油的质量：；故选B。9.一台四冲程内燃机的飞轮转速为3600r/min,以下说法正确的是()A.工作过程中能量转化顺序是内能→化学能→机械能B.它在1s内完成了120个冲程C.完成一个工作循环所花的时间为1120D.每个做功冲程对活塞做功1500J,则它的平均功率为10kW【答案】B【解析】内燃机工作过程中能量转化顺序是化学能→内能→机械能,故A错误;已知内燃机的飞轮转速是3600r/min,即每秒钟转60圈,完成30个工作循环,120个冲程,因此完成一个工作循环的时间为130s,故B正确,C错误;已知每个做功冲程对活塞做功1500J,则它的平均功率P=Wt=1500J130s10.做同样多的功,甲柴油机工作3h,消耗2kg柴油;乙柴油机工作2h,消耗3kg柴油.下列说法正确的是()A.甲柴油机的功率大,效率高 B.甲柴油机的功率大,效率低C.乙柴油机的功率大,效率高 D.乙柴油机的功率大,效率低【答案】D【解析】功率是表示物体做功快慢的物理量,而热机效率是做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧释放的能量之比.根据题意可知,甲、乙柴油机做相同的功,甲柴油机用的时间长,乙柴油机用的时间短,由P=Wt可知,乙柴油机的功率大;由Q=mq可知,乙柴油机消耗的柴油完全燃烧放出的热量多,由η=WQ×100%可得,11.为改善驻守在南沙某岛礁边防战士的工作、生活条件，今年在岛上安装了太阳能电池板．白天，太阳能电池板给蓄电池充电；晚上，蓄电池为探照灯供电。这样白天与晚上的能量转化形式是（）。A．白天：太阳能→内能→电能B．白天：太阳能→电能→化学能C．晚上：化学能→电能→太阳能D．晚上：化学能→电能→化学能【答案】B。【解析】南沙某岛礁上安装了太阳能电池板．白天，太阳能电池板吸收太阳能，直接将太阳能转化成电能利用，也可以将多余的太阳能给蓄电池充电，将电能转化成化学能储存起来，以便在晚上使用；所以在白天太阳能电池板给蓄电池充电是将太阳能→电能→化学能；在晚上，蓄电池给探照灯供电，只是将化学能转化成电能使用。故选B。12.（多选）随着人们生活水平的提高,汽车走进了千家万户.关于小汽车涉及的知识,下列说法正确的是()A.用甘油作发动机的冷却剂 B.发动机的做功冲程将内能转化为机械能C.即使精心保养也不可使发动机的效率达到100% D.排放的尾气对环境没有任何污染【答案】BC【解析】汽车发动机用水作冷却剂,是因为水的比热容大,在质量和升高温度相同的情况下,水吸收的热量多,A错误;发动机在做功冲程中,将内能转化为机械能,B正确;不论怎样保养,发动机的效率都不可能达到100%,C正确;汽车排放的尾气会对环境造成污染,D错误.二、填空题(每空1分,共17分)13.人们在选购轿车时,常常听到导购员介绍这辆车耗油少,这里耗油少是指汽油机的高,行驶相同的路程,消耗燃料.

【答案】效率少14.一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1800r/min，该汽油机每秒钟内完成______个工作循环,对外做功_______次。【答案】900；900。【解析】1800r/min说明飞轮每分钟转1800r，而汽油机完成1个工作循环，完成四个冲程，飞轮转2转，对外做功1次，所以汽油机每分钟完成900个工作循环，对外做功900次。故答案为：900；900。15.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J的热量;若这些热量完全被质量为100kg,初温为20℃的水吸收,则可使水温升高到℃.[已知q秸秆煤=2.1×107J/kg,c水=4.2×103J/(kg·℃)]

【答案】1.05×10745【解析】秸秆煤完全燃烧放出的热量为Q放=m秸秆煤q秸秆煤=0.5kg×2.1×107J/kg=1.05×107J,因为Q吸=Q放,所以水升高的温度为Δt=Q吸c水m水=1.05×107J16.在汽油机的四个冲程中,机械能转化为内能的是冲程.已知汽油的热值为4.6×107J/kg,则完全燃烧100g汽油放出的热量为J.

【答案】压缩4.6×106【解析】汽油燃烧放出的热量Q=mq=0.1kg×4.6×107J/kg=4.6×106J.17.汽油机是热机的一种，若转速是1800r/min，此汽油机每秒钟完成个做功冲程，当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率将（升高/不变/降低）。【答案】15；降低。【解析】（1）若飞轮转速为1800r/min=30r/s，也就是1s飞轮转动30r，飞轮转动30r，燃气对外做功15次，完成15个工作循环。（2）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。故答案为：15；降低。18.科学家发明了一种单缸六冲程内燃机,它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同,在第四冲程结束后,立刻向汽缸内喷水,水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气,推动活塞再次做功,在水蒸气推动活塞做功的过程中,主要的能量转化情况是,从而提高了热机的效率.

【答案】内能转化为机械能19.合理分类和利用垃圾可以变废为宝，在一定条件下，1吨垃圾能榨出170kg燃料油，若燃料油的热值为4.0×107J/kg，则这些燃料油完全燃烧释放出的热量为________J，燃烧时燃料油的化学能转化为___________能。【答案】(1).6.8×109；(2)内。【解析】燃料油完全燃烧释放出的热量：，燃烧时燃料油的化学能转化为内能。20.各种形式的能之间可以在一定的条件下相互转化,请按表中示例完成表格.能量转化实例化学能转化为电能干电池对外供电用电熨斗熨衣服机械能转化为内能【答案】能量转化实例化学能转化为电能干电池对外供电电能转化为内能搓手取暖内能转化为机械能汽油机的做功冲程【解析】本题为开放题,答案只要合理即可.三、实验探究题(第21小题8分,第22小题9分,共17分)21.阅读下列短文，回答问题。可燃冰可燃冰是一种新型能源，主要成份是甲烷和水，分布在深海沉积物里或陆域的永久冻土中，如图所示，可燃冰形似冰块却能燃烧，燃烧后几乎不产生任何残渣，1m3的可燃冰分解后可释放出约0.8m3的水和164m3的天然气，天然气中甲烷的含量占80%~99.9%。可燃冰的生成有三个基本条件：首先要求低温，可燃冰在0~10℃时生成，超过20℃便会分解，海底温度一般保持在2~4℃左右；其次是高压，可燃冰在0℃时，只需海水产生29个标准大气压即可生成，而以海洋的深度，此高压容易保证；最后是充足的气源，海底的有机物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化，可产生充足的气源。在温度、压强、气源三者都具备的条件下，可燃冰就会生成。请回答下列问题：[1个标准大气压取1×105Pa，海水的密度取1×103kg/m3，g取10N/kg，c水=4.2×103J/(kg·℃)，甲烷的热值取4.2×107J/m3]（1）可燃冰的主要成份是_________。（2）若要在0℃的海底生成可燃冰，海水的深度至少要_________m。（3）如图所示，海底上有一块体积为100m3且底部与海底紧密相连的可燃冰A，其受到海水的浮力为_______N。（4）0.5m3的可燃冰分解后，其中的甲烷完全燃烧放出的热量，在标准大气压下，至少可以将质量为______kg温度为20℃的水加热至沸腾。【答案】(1)甲烷和水；(2)290；(3)0；(4)8.2×103。【解析】（1）由短文知，可燃冰的主要成份是甲烷和水；（2）若要在0℃的海底生成可燃冰，需要海水产生29个标准大气压，即海水的压强为：p=29×1×105Pa=2.9×106Pa；由得需要的海水的深度为：；（3）由于可燃冰A的底部与海底紧密相连，所以海水对其底部没有向上的压力，故可燃冰A受到的浮力为0N；（4）由短文知，1m3的可燃冰分解后可释放出约0.8m3的水和164m3的天然气，天然气中甲烷的含量占80%~99.9%，可见，0.5m3的可燃冰分解后，至少可以分解出甲烷为：0.5×164×0.8m3=65.6m3，这些甲烷完全燃烧释放出的热量为，由得，即：。22.小明和小辉学习了燃料的热值后,他们一起设计了一个实验来探究煤油和菜籽油热值的大小关系.他们组装了如图1和2所示的装置进行实验,记录的结果如表所示:

图1图2燃料加热前的水温/℃燃料燃尽后的水温/℃煤油2544菜籽油2534(1)为了保证实验结论的可靠性,小明和小辉选择了两套完全相同的装置,并且控制油的质量以及水的质量.但对于两杯水的初温他们的看法却不同.请将下列他们的想法补充完整.

①小辉认为实验中是直接用来表示煤油和菜籽油放出热量的多少的,所以实验中两杯水的初温可以不同.

②小明认为因为探究过程中他们采用了法,所以只有燃料的不同,其他因素都必须控制相同.如果两杯水的初温不同,那么水的蒸发快慢以及水与周围环境的温差都不相同,于是两杯水就不相同,就有可能会出现燃料燃烧放出的热量多,而水最终吸收的热量少、水温变化小的情况,所以实验时必须控制水的初温相同.

③你认为(填“小明”或“小辉”)的想法更合理.

(2)根据他们的实验记录,你认为煤油和菜籽油两种燃料中,热值较大的是.

(3)小明和小辉在实验前用天平分别测出了烧杯中水的质量以及燃油的质量,并由记录的数据,利用公式Q吸=cm(tt0)计算出了水吸收的热量.小辉想通过这些数据计算出煤油和菜籽油的热值.你认为他的计算结果是(填“可靠”或“不可靠”)的,理由是.

【答案】(1)相同①温度计示数的变化②控制变量种类散热③小明(2)煤油(3)不可靠燃料不可能完全燃烧(或燃料燃烧放出的热量不可能完全被水吸收)【解析】(1)②欲探究煤油与菜籽油热值的大小,需要控制燃料的种类不同,而让其他的物理量相同,这里用到了控制变量的方法.四、计算题(第23小题8分,第24小题10分,第25小题12分,共30分)23.南海可燃冰试采成功是中国科学家勇攀世界科技高峰的又一标志性成就.已知1m3可燃冰分解后,可释放出约150m3天然气,且q天然气=2.1×107J/m3,c水=4.2×103J/(kg·℃).则:(1)1m3可燃冰释放出的天然气完全燃烧,放出的热量约是多少?(2)若上述热量全部被水吸收,可将多少千克的水从20℃加热至95℃?解:(1)1m3可燃冰可释放出约150m3天然气,完全燃烧放出的热量为:Q=q天然气V=2.1×107J/m3×150m3=3.15×109J;(2)水的质量:m=Qc水(t-24.随着人们生活水平的日益提高,小汽车越来越多地走进了普通家庭.一辆使用汽油为燃料的小汽车,以72km/h的速度在水平路面上匀速行驶时,发动机的实际功率为20kW.已知小汽车行驶的距离为100km,汽油的热值q=4.6×107J/kg,小汽车发动机的效率为25%.求小汽车在这段路程中:(1)运动的时间;(2)发动机所