九年级全一册物理同步精剖细解讲义（人教版）-14.2 热机的效率（解析版）

14.2热机的效率——精剖细解讲义知识点1：探究不同燃料的热值的大小【实验目的】比较煤油和菜籽油的热值大小【实验装置图】【实验步骤】在两个相同规格的灯壶中分别加入相同质量的煤油和菜籽油;；在两个相同规格的烧杯中加入质量相同、初温相同的水；点燃煤油灯和菜籽油灯；
当烧杯内水的温度升高10℃时，停止加热，然后用天平分别称量两灯的质量。【实验记录】煤油灯的质量大于菜籽油的质量。【实验分析】因为两烧杯内水的质量相同，升高温度相同，所以两杯水吸收的热量相同，即两种燃料放出的热量相同;开始时两灯壶的总质量相等，后来煤油灯的质量大，说明剩余的煤油质量多，燃烧消耗的煤油质量少；根据热值公式可知，煤油的热值大。【实验结论】煤油的热值比菜籽油大。【实验方法】转换法∶实验中，用水吸收的热量来表示燃料燃烧放出的热量。控制变量法：实验中，燃料燃烧释放的热量相同，通过比较消耗燃料质量的多少来比较热值的大小。将相等质量的然后全部耗尽，再比较液体升高的温度。【实验控制的量】实验的控制的相同量：液体的种类，质量，初温，燃料的种类，实验装置实验的控制的不同量：燃料的质量【实验注意事项】为了使物质受热均匀，可用玻璃棒或搅拌器对物质进行搅拌。注意不能用温度计代替搅拌器。测量的热值偏小，原因：①燃料无法完全燃烧②不同物体吸收的热量不等于热源放出的热量，存在热损失。热值偏小的解析：若利用Q吸=cm△t计算出水吸收的热量，并测出煤油灯或者菜籽油灯减少的质量（即消耗燃料的质量），还可根据公式粗略计算出煤油或菜籽油的热值（由于热量损失，计算出的热值偏小）。探究不同燃料的热值的大小1.如图所示，甲、乙、丙三图中装置完全相同，燃料质量都是10g，烧杯内液体质量和初温也相同。（1）比较不同液体的比热容，可以选择甲、丙两图；比较不同燃料的热值，可以选择甲、乙两图；（2）为了研究不同物质的吸热能力，利用其中两幅图进行实验，根据记录数据作出了两种液体的温度随时间变化的图象，如图丁所示：①由图可以看出，在开始时a液体的温度升高得快，b液体的比热容较大；②如果已知b液体比热容是1.8×103J/（kg•℃），则a液体比热容是0.9×103J/（kg•℃）；（3）水的比热容较大，人们往往利用这一特性为生活、生产服务或解释一些自然现象，下列事例中与它这一特性无关的是D。A.让流动的热水流过散热器取暖B.汽车发动机用水作为冷却剂C.沿海地区昼夜温差比内陆地区小D.夏天在房间内洒水降温【分析】（1）比较比热容的方法有两个：1、取相同质量的两种物质，吸收相同的热量，比较温度的变化量；2、取相同质量的两种物质，升高相同的温度，比较吸收的热量；比较热值大小是利用燃烧相同质量的不同燃料给质量相同的同种液体加热，比较液体升温的多少；（2）①升高相同的温度，我们可以在纵轴上取一相同的温度，做横轴的平行线，看谁的加热时间长，谁的比热容就大，加热时间越短，吸热能力越弱；②根据Q吸＝cmΔt可知在质量和升高温度相同时，吸收的热量和比热容成正比，据此求出a的比热容；（3）对水的比热容大的理解：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。【解答】解：（1）要比较不同液体的比热容，必须控制燃料的种类和质量相同，改变加热液体的种类，控制加热液体的质量相同，可让两种液体升高相同的温度，比较加热时间，从而判断两种比热容的大小关系，应选择甲、丙两图进行实验；要比较不同燃料热值大小，需要控制加热液体的种类、质量相同，改变燃料的种类，根据温度计的示数高低得出吸热多少，从而判断热值大小，因此选择甲、乙两图进行实验；（2）①由图示图象可知，a和b升高相同的温度，如温度都升到80℃，a温度升高的快，a需要的是时间是10min，b需要的时间是20min，b需要更长的加热时间，故b吸收的热量更多，这也就说明了b的吸热能力强一些，a的吸热能力弱，所以b液体的比热容较大；②根据Q吸＝cmΔt可知，在质量和升高温度一定时，液体吸收的热量和比热容成正比，由②知a、b温度由20℃升高到80℃即升高相同的温度时，b的加热时间为a加热时间的2倍，b吸收的热量为a吸收热量的2倍，所以b的比热容为a比热容的2倍，所以ca＝cb＝×1.8×103J/（kg•℃）＝0.9×103J/（kg•℃）；（3）A、让流动的热水流过散热器供暖，因为水的比热容较大，降低相同的温度，水放出的热量多，故A不符合题意；B、汽车发动机的冷却循环系统用水作为工作介质，因为水的比热容较大，升高相同的温度，水吸收的热量多，所以用水作内燃机的冷却液，故B不符合题意；C、沿海地区昼夜温差较小是因为水的比热容大，在吸收或放出同样热量的情况下，水的温度变化较小，昼夜温差小，故C不符合题意；D、夏天在房间内洒水降温是利用蒸发吸热的原理，与水的比热容没有关系，故D符合题意。故选：D。故答案为：（1）甲、丙；甲、乙；（2）①a；b；②0.9×103；（3）D。2.学习了燃料的热值和物质的比热容后，为了探究酒精和碎纸片的热值大小以及水和煤油的吸放热能力，小芸设计了如下三个实验装置。（1）为了探究酒精和碎纸片的热值大小，应该选用的实验装置是甲和乙。为了探究水和煤油的吸放热能力，应该选用的实验装置是甲和丙。（2）三套实验装置中，用来燃烧产生热量的酒精和碎纸片的质量应该相同，被加热的水和煤油质量应该相同。（两空均选填“相同”或“不相同”）（3）同时点燃甲、乙、丙中的酒精和碎纸片，全部燃尽时，通过记录三支温度计的示数，得到如表所示的数据：加热的时间/min0123456甲杯水温度/℃25272931333537乙杯水温度/℃2526272829丙杯煤油温度/℃25293337414549根据表中数据可以判断出：热值较大的是酒精，吸放热性能较强的是水（两空均选填：“酒精”、“碎纸片”、“水”、“煤油”）。【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，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断两种比热容的大小关系；（2）根据控制变量法分析。【解答】解：（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，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小，应选择甲、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，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断两种比热容的大小关系，应选择甲、丙两图进行实验；（2）由控制变量法可知，三套实验装置中，用来燃烧产生热量的酒精和碎纸片的质量应该相同，被加热的水和煤油质量应该相同；（3）由甲、乙两组数据可知，相同质量的酒精和碎纸完全燃烧，酒精使水升高的温度高，说明酒精的热值较大；由甲、丙两组数据可知，吸收相同的热量，水的温度变化较小，说明水的吸放热性能较强。故答案为：（1）甲和乙；甲和丙（2）相同；相同（3）酒精；水。3.某物理研究小组组装了如图所示的甲、乙、丙装置，在完全相同的烧杯中分别装有A、B两种液体，在完全相同的燃料盒中分别装有两种不同的燃料。（1）为了比较不同燃料燃烧时放热的本领，应选甲、乙两图的装置进行实验；为了比较液体的吸热本领，应选甲、丙两图的装置进行实验。（2）此实验用加热时间（选填“温度计示数”或“加热时间”）来反映液体A和液体B吸收热量的多少。根据实验数据绘制出如图所示的图象，分析图象可知，液体B的温度升高得较慢，A、B两种液体的比热容之比为1：2。（3）实验小组的同学经过讨论和实验，用图甲所示的实验方法进行数据测量，并求出燃料的热值。求出的热值比真实值偏小（选填“偏大”或“偏小”）。【分析】（1）为了比较两种液体的比热容，需要燃烧质量相同的同种燃料，加热质量相同的不同液体，吸收相同的热量，通过比较液体温度的变化，判断两种液体比热容的大小关系；为了比较热值大小要用质量相同的不同燃料，加热质量相同的同种液体，通过比较液体温度的变化比较吸热多少，进而判断热值大小。（2）在甲、丙实验中，用加热时间来反映液体A和液体B吸收热量的多少；根据图像可知，液体B的温度升高得较慢，并且升高相同的温度B液体加热所用时间是A液体加热所用时间的2倍，利用Q吸＝cmΔt求出比热容之比。（3）在实验过程中，存在热损失，燃料完全燃烧放出的热量不能被液体吸收。【解答】解：（1）比较不同燃料的热值，应选择不同的燃料加热相同的物质，即用甲、乙两图进行实验；要比较不同物质的吸热本领，必须保证不同液体的质量相等，相同时间吸收的热量相同，所以选择甲、丙；（2）在甲、丙实验中，用加热时间来反映液体A和液体B吸收热量的多少。根据图像可知，液体B的温度升高得较慢，并且升高相同的温度B液体加热所用时间是A液体加热所用时间的2倍，吸收的热量：QB＝2QA，两种液体的质量相同，由Q吸＝cmΔt可知c＝，则cA：cB＝：＝QA：QB＝1：2；（3）在实验的过程中，燃料燃烧放出的热量会有一部分散失到空气中，使得液体吸收的热量小于放出的热量，由q＝可知测得的热值偏小。故答案为：（1）甲、乙；甲、丙；（2）加热时间；B；1：2；（3）偏小。知识点2：热机的效率1、燃料的热值定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比。（1kg（或1m3）某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。）符号：q。单位：焦每千克，符号J/kg。计算公式：Q＝qm或Q＝qV（q为热值）。热值是燃料本身的一种特性，它的大小只取决于燃料的种类，而与燃料的质量、放热多少等无关。不同燃料的热值一般不同。热值在数值上等于1kg的某种燃料完全燃烧放出的热量。热值反映了燃料在燃烧过程中，将化学能转化为内能的本领的大小。一些常见燃料的热值如下图所示：2、热机效率定义：热机用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。计算公式：燃料完全燃烧放出能量的用途：热机的能量流向图：燃料很难完全燃烧，释放的热量也没有全部用来做有用功，损失了大部分，在各种能量损失中，废气带走的能量最多。利用废气的能量可以提高燃料利用率。提高热机效率的途径：燃料充分燃烧；改进热机，减少各种能量损失；利用废气的能量；机器零件间保持良好的润滑、减小摩擦。热机效率和炉具效率的求解方法仪器热机炉具方法发动机的牵引力做功消耗的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比QUOTE。η=W有Q总
其中W有=Fs或W有=Pt（F是牵引力，s是汽车行驶的距离，P是汽车发动机功率，t水吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比η=Q其中Q吸=cm水△t，Q总=m燃q。有关热机的计算1．一台柴油机，功率为70kW，机械效率为40%，已知柴油的热值为4.2×107J/kg，当它正常工作时，每分钟消耗的柴油是（）A．0.25g B．250g C．0.4g D．400g【分析】已知柴油机的功率，根据W＝Pt求出每分钟做的功，再根据效率公式求出每分钟消耗柴油完全燃烧释放的热量，再根据Q放＝mq求出每分钟消耗柴油的质量。【解答】解：每分钟柴油机做的功：W＝Pt＝70×103W×60s＝4.2×106J，∵机械效率为40%，∴每分钟消耗柴油完全燃烧释放的热量：Q放＝＝＝1.05×107J，∵Q放＝mq，∴每分钟消耗柴油的质量：m＝＝＝0.25kg＝250g。故选：B。【点评】本题考查了有关热机的计算，涉及到做功公式、效率公式和燃料完全释放热量的计算，灵活的利用公式及其变形式是关键。2．一台四冲程内燃机转速为600r/min，则（）A．每分钟内做功100次，共有400个冲程 B．每分钟内做功200次，共有200个冲程 C．每秒内做功20次，共有10个冲程 D．每秒内做功5次，共有20个冲程【分析】热机一个工作循环，燃气对外做功一次，活塞往返两次，飞轮转动两周，经历四个冲程，根据这个比例进行判断。【解答】解：内燃机转速为600r/min，是指1min飞轮转动600r，根据燃气对外做功一次，飞轮转动两周，经历四个冲程，所以燃气每分钟做功300次，共经历1200个冲程，或燃气每秒做功5次，共经历20个冲程。故选：D。【点评】热机一个工作循环，燃气对外做功一次，活塞往返两次，飞轮转动两周，经历四个冲程，根据这个比例，知道其中的一者都能计算另外几者。3．一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是每分钟1200转，则汽油机每秒内（）A．完成20个冲程，做功10次 B．完成40个冲程，做功40次 C．完成40个冲程，做功10次 D．完成20个冲程，做功20次【分析】汽油机的一个工作循环由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程四个冲程组成。在一个工作循环中曲轴转2圈，飞轮转2周，做功一次。【解答】解：四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，则该飞轮每秒钟转20圈。因为一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，所以飞轮转20圈，共40个冲程，共做功10次。故选：C。【点评】本题主要考查对热机飞轮转速的含义的理解以及对热机工作循环中各冲程情况的了解。4．某四冲程内燃机的飞轮转速为3600r/min，则在每秒钟内（）A．曲轴转120转 B．对外做功60次 C．完成120个冲程 D．完成60个工作循环【分析】在四冲程汽油机曲轴转一圈，完成2个冲程，1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次。【解答】解：四冲程内燃机的飞轮转速为3600r/min＝60r/s，表示每秒飞轮转动60圈，故1s内活塞往复60次，曲轴转动60周，对外做功30次，完成30个工作循环，完成120个冲程，故C正确。故选：C。【点评】解决此题要结合内燃机的四个冲程工作特点进行分析解答，记住相关的数据大小，会根据转速进行相关计算。燃料的热值及其计算5．2023年五一期间，淄博烧烤火出圈，“坐高铁去撸串”等话题不断在社交平台刷屏。如图所示，羊肉串架在微炭火上烤的情景。关于烤羊肉串涉及的物理现象，下列说法中错误的是（）A．肉烤熟是通过热传递的方式改变其内能 B．肉温度越高，所含热量越多 C．木炭在燃烧的过程中，热值不变 D．很远就能闻到肉香味是说明分子在不停地做无规则运动【分析】（1）改变物体内能的方式有两种：做功和热传递；（2）热量是过程量，就是说，热量只存在热传递中，只能说吸收或放出热量；热量不是状态量，不能说含有热量；（3）热值是燃料的特性，只与燃料的种类有关；（4）物质都是由分子组成的，分子在永不停息地做无规则运动。【解答】解：A、肉在火上烤，火的热量传递给肉，肉烤熟是通过热传递的方式改变其内能，故A正确；B、热量总是从温度高的物体传递到温度低的物体，热量是过程量，不能说含有或者具有热量，故B错误；C、热值是燃料的特性，只与燃料的种类有关，所以，燃料在燃烧过程中，质量减小，热值不变，故C正确；D、一切物质的分子都在不停地做无规则的运动，温度越高，热运动越剧烈，很远就能闻到肉香味是说明分子在不停地做无规则运动，故D正确。故选：B。【点评】本题综合考查了改变物体内能的方式、分子动理论内容以及对热值的理解等，涉及的知识点多，但都属于基础知识考查范围。6．2023年5月30日，长征二号F遥十六运载火箭搭载神舟十六号载人飞船成功发射（如图）。火箭使用一种叫做偏二甲肼的液体燃料，是因为该燃料具有较大的（）A．热值 B．比热容 C．密度 D．体积【分析】热值是燃料的一种特性，热值越大的燃料在完全燃烧相同质量的燃料时，释放出的热量越多。【解答】解：火箭使用一种叫做偏二甲肼的液体燃料，主要的原因是它具有较大的热值，完全燃烧相同质量的该液体燃料时，可以释放出更多的热量，故A正确，BCD错误。故选：A。【点评】本题考查了对热值特性的理解，属于基础题目。7．酒精的热值是3.0×107J/kg，一瓶酒精用去半瓶后剩下的半瓶酒精的热值是（）A．1.5×107J/kg B．3.0×107J/kg C．6.0×107J/kg D．9.0×107J/kg【分析】燃料的热值是燃料的特性，只与燃料的种类有关，不随燃料质量的改变而改变。【解答】解：∵燃料的热值是燃料的特性，不随燃料质量的改变而改变，∴酒精质量变少后，剩余酒精的热值不变，仍为3.0×107J/kg。故选：B。【点评】本题考查了学生对热值概念的了解与掌握，注意燃料的热值是燃料的特性，与质量的多少无关。8．小明和小华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。他们组装了如图所示的装置进行实验，为了保证实验结论的可靠性，下列措施不合理的是（）A．两杯水的质量应相等 B．两杯水的初温应相等 C．两种燃料质量应相等 D．燃料燃烧时间应相等【分析】利用控制变量法和转换法设计实验的能力，由于燃料的热值不能直接测量，所以通过水温升高的度数大小来体现燃料的热值大小，又由于燃料燃烧释放的热量既与燃料的质量多少有关，又与燃料的热值大小有关，所以在设计实验时应控制质量相同。【解答】解：由于燃料燃烧释放的热量既与燃料的质量多少有关，又与燃料的热值大小有关，所以在设计实验时应控制燃料的质量相同，即煤油和菜籽油的质量相同；由于水吸收热量后升高的温度受水的质量的影响，所以在实验中还应控制水的质量和水的初温相等，故D符合题意。故选：D。【点评】本题是一道关于热值的实验探究题，知道热值的意义；会用控制变量法和转换法设计探究实验是本题的解题关键。热机的效率9．某汽油机工作时的能量损失情况是：汽缸散热损失30%，废气带走35%，机械摩擦及其它损耗总和为10%。已知汽油热值为4.6×107J/kg。下列说法中正确的是（）A．该汽油机工作的效率是25%，工作时汽油燃烧释放能量的75%转化为机械能 B．若该汽油机消耗2kg汽油，获得的机械能为2.3×107J C．若该汽油机消耗2kg汽油，损失的能量为3.22×107J D．经过不断改进和创新，汽油机的效率可以提高到100%【分析】（1）热值：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，公式：Q＝mq；热值的物理意义：热值表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少，同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同；（2）热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率，其表达式为：η＝×100%，由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1；热机在工作过程中造成能量损失的因素有：①燃料很难全部燃烧；②排出的废气带走能量；③热机部件要散热；④克服运转机件之间的摩擦消耗能量；提高热机效率的方法：①尽量让燃料充分燃烧；②设法利用废气的能量；③减少能量损失；④保证良好的润滑。【解答】解：A、该汽油机工作的效率是1﹣30%﹣35%﹣10%＝25%，工作时汽油燃烧释放能量的25%转化为机械能，故A错误；B、若该汽油机消耗2kg汽油，产生的热量为：Q总＝mq＝2kg×4.6×107J/kg＝9.2×107J，由η＝×100%得，获得的机械能为：W＝Q有用＝ηQ总＝25%×9.2×107J2.3×107J＝2.3×107J，故B正确；C、若该汽油机消耗2kg汽油，损失的能量为：Q损耗＝Q总﹣Q有用＝9.2×107J﹣2.3×107J＝6.9×107J，故C错误；D、由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1，汽油机的效率不可以提高到100%，故D错误。故选：B。【点评】会计算热量，理解热值的物理意义，理解热机的效率并会运用。10．如图所示为某种型号的由柴油机提供动力的水泵机组，它的优点是重量轻，体积小，功率大，省时省油。若该水泵机组的效率为40%，正常工作1小时可以将54m3的水抽到20m高处，则下列说法中不正确的是（取g＝10N/kg，q柴油＝4.3×107J/kg）（）A．柴油机通过做功冲程将内能转化为机械能 B．水泵机组对水做功1.08×107J C．水泵机组的有用功功率为3000W D．上述过程水泵机组消耗的柴油约6.3kg【分析】（1）柴油机通过做功冲程将燃气的内能转化为活塞的机械能；（2）根据G＝mg＝ρVg计算水的重力，根据W＝Gh计算水泵机组对水做功；（3）根据P＝计算水泵机组的有用功功率；（4）根据Q放＝计算水泵机组消耗的柴油放出的热量，根据m＝计算耗柴油的质量。【解答】解：A、柴油机通过做功冲程将燃气的内能转化为活塞的机械能，故A正确；B、水的重力G＝mg＝ρVg＝1.0×103kg/m3×54m3×10N/kg＝5.4×105N，水泵机组对水做功W＝Gh＝5.4×105N×20m＝1.08×107J，故B正确；C、水泵机组的有用功功率为P＝＝＝3000W，故C正确；D、上述过程水泵机组消耗的柴油放出的热量Q放＝＝＝2.7×107J，消耗柴油的质量m柴油＝＝≈0.63kg，故D错误。故选：D。【点评】本题考查了内燃机做功冲程的能量转化、功的计算W＝Gh，功率的计算P＝，热量的计算Q放＝，消耗燃料的质量的计算m＝，内容较多，都需要掌握。11．如图为甲、乙两汽油机的数据。两者相比，甲汽油机（）A．热机效率较大 B．热机效率较小 C．产生的有用机械能较少 D．产生的有用机械能较多【分析】热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，分析比较图中相关数据得出结论。【解答】解：AB、由图可知，甲汽油机有用机械能的占比为25%，乙汽油机有用机械能的占比为30%，所以，甲汽油机热机效率较小，乙汽油机热机效率较大，故A错误，B正确；CD、由图可知，甲损耗的能量为1800J，占比为75%，则甲获取的总能量Q甲总＝＝＝2400J，获得的有用机械能W甲有＝η甲Q甲总＝25%×2400J＝600J；同样，由图可知，乙损耗的能量为1400J，占比为70%，则乙获取的总能量Q乙总＝＝＝2000J，获得的有用机械能W乙有＝η乙Q乙总＝30%×2000J＝600J，即W甲有＝W乙有，故CD错误。故选：B。【点评】本题考查了本题考查了热机的效率的概念，能从图中获得有用信息是解题的关键。12．关于某单缸四冲程汽油机，下列说法正确的是（）A．通过技术改进，汽油机的效率可以达到100% B．在汽油机的做功冲程中，机械能转化内能 C．汽油机的压缩冲程为汽油机提供动力 D．汽油机在1s内完成了15个工作循环，则该汽油机工作时飞轮的转速为1800r/min【分析】（1）任何能量转化过程都伴随能量的损失，所以转化效率不可能达到100%；（2）（3）四个冲程中压缩冲程是机械能转化为内能，做功冲程是内能转化为机械能；（4）四冲程内燃机曲轴转一圈，完成2个冲程，1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次。【解答】解：A、由于热机在工作过程中总有能量损失，所以汽油机的效率不可能达到100%，故A错误；BC、在汽油机的做功冲程中，将燃气内能转化为机械能，做功冲程为汽油机提供动力，故BC错误；D、汽油机在1s内完成了15个循环，1s内转15×2＝30r，则1min转30×60＝1800r，故该汽油机工作时飞轮的转速为1800r/min，故D正确。故选：D。【点评】本题考查了汽油机的四个冲程及有关计算、能量转化以及热机效率的有关知识，难度不大。填空题13．如图所示，为汽油机的压缩冲程，若飞轮转速是3600r/min，则该汽油机1s对外做功30次。若汽油机效率是25%，完全燃烧2kg汽油放出的热量可以对外做功2.3×107J。汽油机工作时会产生大量的热，常利用水进行降温，这是利用了水的比热容大的特性。（已知汽油的热值为4.6×107J/kg）【分析】（1）判断汽油机的四个冲程，先看进气门和排气门的关闭情况，再看活塞的运动方向；（2）在四冲程内燃机曲轴转一圈，完成2个冲程，1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次；（3）根据热值公式Q＝mq计算出汽油完全燃烧放出的热量，再根据热机效率公式计算出有用功；（4）利用水的比热容大的特点分析。【解答】解：（1）由图可知，两个气门均关闭，活塞向上运动，故为压缩冲程；（2）单缸四冲程汽油机的飞轮转速是3600r/min，即每秒钟转60圈，完成30个工作循环，30个做功冲程，故1s做功30次；（3）完全燃烧2kg汽油放出的热量：Q放＝mq汽油＝2kg×4.6×107J/kg＝9.2×107J；根据η＝得对外做的功为：W＝Q放η＝9.2×107J×25%＝2.3×107J；（4）用水循环带走汽油机产生的热量，在质量和升高的温度均相同时，水吸收的热量多，这是利用了水的比热容较大的特性。故答案为：压缩；30；2.3×107；比热容大。【点评】该题考查了对内燃机的四个冲程、放热公式和热机效率知识的理解和应用；要求学生对每个冲程的特点、相关公式等情况十分熟悉才能顺利解答。14．某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），做功冲程中燃气对活塞的平均压力2700N；一个做功冲程中燃气对活塞做的功135J；该汽油机的功率2025W。【分析】（1）知道燃气的平均压强和活塞的面积，根据p＝求出做功冲程中燃气对活塞的平均压力；（2）知道活塞在气缸中移动的距离，根据W＝Fs求出一个做功冲程燃气对活塞做的功。（3）飞轮（曲轴）每转两圈对外做功一次，计算出飞轮转动1800周对外做功的次数，已经计算出一个做功冲程燃气对活塞做的功，从而可以计算出燃气对活塞做的总功，又知道做功的时间，可利用公式P＝计算出汽油机的功率。【解答】解：（1）由p＝可得，燃气对活塞的平均压力：F＝pS＝9.0×105Pa×30×10﹣4m2＝2700N；（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功：W＝Fs＝2700N×50×10﹣3m＝135J；（3）因飞轮每转两圈对外做功一次，所以，飞轮1min转动1800周，做功900次，则燃气对活塞做的总功：W总＝W×900＝135J×900＝121500J，汽油机的功率：P＝＝＝2025W。故答案为：2700；135；2025。【点评】本题考查了压强公式、做功公式、功率公式的应用，知道飞轮每转两圈对外做功一次是关键。15．如图是四冲程汽油机的工作过程中排气冲程；如果该汽油机每分钟转3600转，则该汽油机每秒做功30次；若该汽油机功率为10kW，机械效率为36%，使用的乙醇汽油热值为4×107J/kg，则汽油机工作1小时消耗2.5kg乙醇汽油。【分析】（1）汽油机有吸气、压缩、做功、排气四个冲程，根据进气门和排气门的开关情况和活塞的运动方向来判断冲程的类型；（2）内燃机完成1个工作循环，四个冲程，飞轮转2转，对外做功1次；（3）根据W＝Pt求出汽油机工作1小时牵引力做的功，利用η＝×100%求出乙醇汽油完全燃烧放出的热量，根据Q＝mq求出需要乙醇汽油的质量。【解答】解：（1）由图可见，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，该冲程是排气冲程；（2）该汽油机每分钟转3600转即每秒钟转60转，由“内燃机完成1个工作循环，飞轮转2转，对外做功1次”可知，该汽油机每秒做功30次；（3）由P＝可得，汽油机工作1小时牵引力做的功：W＝Pt＝10×103W×3600s＝3.6×107J，由η＝×100%得，乙醇汽油完全燃烧放出的热量：Q放＝＝＝1×108J，由Q＝mq得，需要乙醇汽油的质量：m＝＝＝2.5kg。故答案为：排气；30；2.5。【点评】本题考查了内燃机的四个冲程的判断和热机的相关计算，熟练的应用相关知识和公式是关键。16．如图所示是道路维修时常用的路面钻机（俗称“啄木鸟”），该机械利用压缩气体推动活塞将钻头打入路面。气体推动活塞对外做功时是将内能转化为机械能；“啄木鸟”中用到了柴油机，若柴油机完全燃烧的柴油放出的热量有40%转化为有用功，则完全燃烧50kg柴油对外做的有用功是8.6×108J（柴油的热值是4.3×107J/kg）。【分析】（1）做功可以改变物体的内能，以及能量之间的转化；（2）完全燃烧燃料产生的能量可以利用公式Q＝qm进行计算，根据η＝求出有用功。【解答】解：（1）气体推动活塞，气体对活塞做功，气体的内能转化为活塞的机械能；（2）完全燃烧50kg柴油产生的热量Q放＝qm＝4.3×107J/kg×50kg＝2.15×109J；根据η＝可知，柴油对外做的有用功：W＝Qη＝2.15×109J×40%＝8.6×108J。故答案为：内；8.6×108。【点评】本题主要考查学生对改变物体内能的方法以及能量的转化，会利用压强公式和热量公式进行分析或计算问题。17．车用乙醇汽油是在汽油中加入了适量乙醇，乙醇燃烧的过程是化学能转化为内能的过程，使用乙醇汽油的优点是可减少大气污染（答出一点即可），完全燃烧30g乙醇可以产生8.4×105J的热量。（乙醇的热值为2.8×107J/kg）【分析】燃烧过程是化学能转化为内能；从环保的角度做出分析；根据Q＝mq求出燃料燃烧放热的多少。【解答】解：乙醇燃烧时消耗化学能，内能增大，是将化学能转化为内能的过程；使用乙醇汽油的优点：可减少大气污染、节约石油资源等；由Q＝mq得，完全燃烧乙醇汽油可产生的热量Q＝mq＝30×10﹣3kg×2.8×107J/kg＝8.4×105J。故答案为：化学；可减少大气污染；8.4×105。【点评】本题考查了燃烧放热的计算、燃烧时能量的转化等，属于基础题。18．如图所示，2022冬奥会主火炬以“微火”取代熊熊燃烧的大火，传递低碳、环保的绿色奥运理念，实现了奥运历史上的一次点火创新。“微火”由清洁氢能源作为燃料供给。氢燃料流量约为1.2立方米/小时。与以往熊熊燃烧的火炬相比，大约能够节省99.9%的能量，充分体现了环保理念。氢气的热值为1.4×108J/kg，表示的物理意义是1kg氢气完全燃烧放出的热量为1.4×108J。微火炬燃烧，火炬碳纤维外壳温度升高，外壳的内能增大（选填“增大”“减小”或“不变”）。若氢气的密度为0.09kg/m3，每小时流过的氢气完全燃烧放出1.512×107J的热量。【分析】（1）热值等于热量与质量的比值，表示每kg燃料完全燃烧放出的热量。（2）物体的温度越高，内能越大。（3）运用m＝ρV求出氢气的质量，再运用Q＝mq求出热量。【解答】解：氢气的热值为1.4×108J/kg，表示的物理意义是1kg氢气完全燃烧放出的热量为1.4×108J。火炬碳纤维外壳温度升高，外壳的内能增大。氢燃料流量约为1.2立方米/小时，则每小时流过的氢气质量为：m＝ρV＝0.09kg/m3×1.2m3＝0.108kg；每小时流过的氢气完全燃烧放出热量为：Q放＝mq＝0.108kg×1.4×108J/kg＝1.512×107J。故答案为：1kg氢气完全燃烧放出的热量为1.4×108J；增大；1.512×107。【点评】理解热值的含义，知道影响内能的因素，熟练运用密度、热量的计算公式，可解答此题。19．如图所示，是A、B两种燃料完全燃烧放的热量Q与其质量m的关系图，从图中可看出A燃料的热值小于B燃料的热值（大于/小于/等于），在标准大气压下，若B燃料的热值为7×106J/kg，则1kg的B燃料完全燃烧释放的热量为7×106J，其中有60%的热量被质量为10kg、初始温度为20℃的水吸收，c水＝4.2×103J/（kg•℃），则水的温度将升高80℃。【分析】（1）单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量叫这种燃料的热值，在图象上取某一质量m0，比较相应的Q值，从而比较这两种燃料的热值大小。（2）根据Q放＝mq可求1kg的B燃料完全燃烧释放的热量；知道水的质量、水的比热容，根据Q吸＝Q放η＝cmΔt可计算水升高的温度。（注意水的末温为100℃，水沸腾时，吸热但温度不变）。【解答】解：（1）如图所示：；取相同质量m0，由图可知，QB＞QA，由Q＝mq可得q＝，由图比较：qB＞qA。（2）1kg的B燃料完全燃烧释放的热量：Q放＝mq＝1kg×7×106J/kg＝7×106J，水吸收的热量：Q吸＝Q放η＝7×106J×60%＝4.2×106J；由Q吸＝cmΔt，可得水升高的温度：Δt＝＝＝100℃，水的末温t＝t0+Δt＝20℃+100℃＝120℃，在一标准大气压下水的沸点是100℃，水的温度升高到100℃，温度不再变化，因此水的温度将升高100℃﹣20℃＝80℃。故答案为：小于；7×106；80。【点评】本题考查学生对燃料完全燃烧放出热量公式和吸热公式的掌握和运用，计算时注意沸腾的特点。20．水是生命之源，在生活中的应用很广泛，汽车发动机的冷却循环系统用水作为工作物质，是利用水的比热容大（选填“大”或“小”）的特点；墨墨家天然气热水器的热效率是84%，他某次洗澡耗水40kg，自来水进热水器的温度是24℃，出热水器的温度是40℃，墨墨这次洗澡消耗天然气0.1m3。[已知水的比热容是4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值是3.2×107J/m3]【分析】（1）水的比热容大，质量相同的水与其他物质相比，升高或降低相同的温度，水吸收或放出的热量多。（2）先根据公式Q吸＝cmΔt算出水吸收的热量，再根据Q放＝算出天然气放出的热量，最后根据V＝算出消耗天然气的体积。【解答】解：（1）汽车发动机的冷却循环系统用水作为工作物质，是利用水的比热容大的特点；（2）水吸收的热量：Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×40kg×（40﹣24）℃＝2.688×106J；天然气放出的热量：Q放＝＝＝3.2×106J；消耗天然气的体积：V＝＝＝0.1m3。故答案为：大；0.1。【点评】本题考查了水的比热容特点与热量的计算，有一定的难度。21．如图所示是四冲程内燃机工作循环中的做功冲程。若此内燃机1s内对外做功20次，则曲轴的转速是2400r/min。在一个工作循环中消耗了20g汽油（q汽油＝4.6×107J/kg），若这台汽油机的效率为30%，则一个工作循环中输出的有用机械能为2.76×105J。【分析】（1）判断汽油机的四个冲程，先看进气门和排气门的关闭情况，进气门打开的是吸气冲程，排气门打开的是排气冲程，进气门和排气门都关闭的是压缩冲程或者做功冲程；活塞由下向上运动为压缩冲程和排气冲程；活塞由上向下运动为吸气冲程和做功冲程。（2）四冲程汽油机曲轴转一圈，完成2个冲程，并对外做功1次。（3）知道汽油的质量和热值，利用Q放＝qm求汽油完全燃烧产生的热量（总能量）；知道汽油机的效率，利用热机效率公式求有用机械能。【解答】解：（1）图中，内燃机两气门都关闭，火花塞点火，活塞由上向下运动，汽缸容积变大，是做功冲程；（2）四冲程内燃机的曲轴转2圈，完成4个冲程，并对外做功1次；内燃机每秒内对外做功20次，曲轴转40圈，则每分钟对外做功1200次，曲轴转2400圈，因此曲轴的转速为2400r/min；（3）已知m＝20g＝0.02kg，Q放＝qm＝4.6×107J/kg×0.02kg＝9.2×105J，燃料放出的总热量相当于机械做的总功，由热机效