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1、第十四章 内能的利用考点1内燃机的结构及工作过程1 2019年春节期间热映的流浪地球被誉为开启了中国科幻电影元年。这部电影讲述了多年以后太阳急速衰老膨胀,无法再给地球提供能量,人类为了拯救地球而点燃木星周围的可燃气体,逃离太阳系的故事。其中“点燃木星”将地球推开相当于内燃机的()A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程2.如图1所示是四冲程汽油机的剖面图,关于其四个冲程的描述正确的是()图1A.吸气冲程中,汽油和空气的混合物进入汽缸B.压缩冲程中,通过做功的方式使汽缸内气体的内能减小C.做功冲程中,燃料释放的能量绝大部分转化为机械能D.排气冲程中,废气带走了燃料释放的能量的极少部
2、分3.= 一种用于轻型低速飞机的活塞式航空发动机,它有多个汽缸,汽缸工作时经历进气、压缩、膨胀、排气四个过程,在这四个过程中,能为飞机提供动力的是()A.进气 B.压缩 C.膨胀 D.排气4.某汽油机工作过程有吸气、压缩、做功和排气四个冲程。如图2所示为冲程工作示意图,活塞向运动,燃料混合物被压缩,在这个过程中机械能转化为。 图25.如图3所示是汽油机的冲程。在压缩冲程中,是通过方式增加燃气的内能的。汽油机的转速为3000 r/min,则1 s内汽油机对外做功次。图3 考点2燃料的热值及热量的计算6 木炭的热值为3.4×107 J/kg,它表示1 kg木炭()A.
3、具有3.4×107 J的热量 B.具有3.4×107 J的内能C.完全燃烧对外做功3.4×107 J D.完全燃烧放出热量3.4×107 J7. 下列关于热机、热值的说法中正确的是()A.汽油机、柴油机都有火花塞和喷油嘴这两个关键部件B.某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫做这种燃料的热值,单位是 kg/JC.柴油机的效率是35%,说明它工作时柴油燃烧释放的能量65%转化为有用功D.四冲程内燃机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的8. 把质量为2 kg、温度为25 的水加热到75 ,水吸收的热量为J,这些热量相当于完全燃烧 m
4、3的天然气所放出的热量。c水=4.2×103 J/(kg·),q天然气=4.2×107 J/m3 9. 2019年6月5日,我国首次用固体燃料运载火箭把“文昌物联一号”卫星成功送上太空。火箭发射时要选用热值(选填“大”或“小”)的固体燃料,燃料的质量减少,热值(选填“变小”或“不变”)。 考点3热机的效率10.用天然气灶将一壶质量为2 kg、初温为30 的水加热到80 ,消耗了16 g天然气。已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·),天然气的热值为4.2×107 J/kg,则天然气完全燃烧放出的热量为J,水吸
5、收的热量为J,天然气灶烧水的效率为。 11.标准大气压下,将质量为1.0 kg的水从20 加热到沸腾,水吸收的热量是J。小明家天然气热水器的热效率是84%,他某次洗澡,耗水40 kg,自来水进热水器的温度是24 ,出热水器的温度是40 ,小明这次洗澡消耗的天然气为m3。已知水的比热容是4.2×103 J/(kg·),天然气的热值是3.2×107 J/m3,假设天然气完全燃烧。 12. (1)完全燃烧1.4 g酒精释放的热量是完全燃烧0.7 g酒精释放热量的倍。0.7 g酒精完全燃烧释放的热量是2.1×104 J。这些热量全部被100
6、g的液体A吸收,液体A的温度升高了50 ;完全燃烧1.4 g酒精释放的热量全部被200 g的液体A吸收,液体A的温度升高了t=(不考虑散热)。(2)现用如图4所示装置加热200 g的液体A,燃烧了1.4 g酒精,液体升高的温度小于t,有哪些原因会导致这个结果? 。 图4 13.小明家用铁皮桶制作简易太阳能热水器,替代燃烧木柴的加热方式,小明观测到某日铁皮桶装满水后,经过一天的太阳光照,水温从20 升高到60 。已知铁皮桶的容积为50 L,c水=4.2×103 J/(kg·),水=1.0×103 kg/m3,问:(1)当日桶内的水吸收
7、的热量是多少?(2)若用燃烧木柴加热,木柴完全燃烧释放热量的28%被桶内水吸收,则当日使用该太阳能热水器可节约多少木柴?(q木=1.2×107 J/kg)14.如图5所示是一款新型四轮沙滩卡丁车,其满载时的质量为600 kg,每个车轮与沙滩接触的面积为500 cm2,卡丁车满载时在水平沙滩上匀速直线运动,10 min行驶6 km,它的发动机功率恒为11.5 kW。(g取10 N/kg)(1)当卡丁车满载并静止在水平沙滩上时,它对沙滩的压强为多少?(2)此次行驶中卡丁车所受的阻力为多少?(3)该卡丁车以汽油为燃料,若在这次行驶中消耗的汽油为0.6 kg,求该卡丁车汽油机的效率。(q汽油
8、=4.6×107 J/kg,假设汽油完全燃烧)图5考点4能量的转化和守恒15. 多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的,从能量转化的角度看,将内能转化为机械能的冲程是()A.吸气冲程B.压缩冲程C.做功冲程D.排气冲程16.我们的生产与生活总离不开能量及其转化。下列说法中正确的是()A.提高能量利用中的转化效率是节能问题的核心B.全自动洗衣机工作时,电能全部转化为机械能C.吊装码头上,只要货物受到的合力为零,它的能量就不变D.用燃气灶烧水,只要调大火力,燃气灶的加热效率就会提高17. “加水就能跑的神车”事件曾一度成为舆论热点,该汽车实际是利用车内水解
9、制氢技术获得氢气,通过氢燃料电池给车提供动力(该技术成本很高,目前仍处在试验阶段),但被曲解为“加水就能跑”。下列对该事件的看法中错误的是()A.氢燃料电池是将氢气的化学能转化为电能B.水解技术制取氢气的过程一定要消耗其他能量C.对于热点事件要遵从科学原理,不能盲从,更不能以讹传讹D.该车行驶的能量最终来源于水,水是一种能源答案解析1.C解析 影片“流浪地球”中,人类为了拯救地球而点燃木星周围的可燃气体,将地球推开,将内能转化为机械能,相当于内燃机的做功冲程。2.A解析 汽油机在吸气冲程中,进气门打开,排气门关闭,活塞向下运动,汽油和空气的混合物进入汽缸,故A正确;在压缩冲程中,进气门和排气门
10、都关闭,活塞向上运动,燃料混合物被压缩,气体的内能变大,此过程是将机械能转化为内能的过程,故B错误;在做功冲程中,燃料燃烧释放的内能大部分需要克服摩擦、发生热传递而散失,只有小部分转化为机械能,故C错误;在排气冲程中,废气带走了燃料释放的能量的大部分,故D错误。3.C解析 内燃机工作时,提供动力的冲程是做功冲程,即汽缸工作时经历进气、压缩、膨胀、排气四个过程中的膨胀过程,能为飞机提供动力。4.压缩上内能解析 由图知,进气门、排气门均关闭,活塞向上运动,所以该图为汽油机的压缩冲程工作示意图,此时燃料混合物被压缩,燃料混合物的温度升高,内能增加,活塞的机械能转化为燃料混合物的内能。5.做功做功25
11、解析 观察图可知,此时两个气门都关闭,活塞向下运动,火花塞喷出电火花,故该冲程是做功冲程;压缩冲程中活塞压缩燃气做功,将机械能转化为内能,是通过做功的方式增加燃气内能的;汽油机的转速为3000 r/min=50 r/s,说明每秒钟飞轮转过50转,完成25个工作循环,对外做功25次。6.D7.D解析 汽油机和柴油机的构造不同,汽油机有火花塞,柴油机有喷油嘴,故A错误;燃料的热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧时放出的热量,所以热值的单位是J/kg,故B错误;柴油机的效率为35%,说明它工作时柴油完全燃烧放出的热量35%转化为有用功,故C错误;四冲程内燃机是吸气、压缩、做功、排气四个冲程连续工
12、作的循环过程,故D正确。8.4.2×1050.01解析 水吸收的热量:Q吸=cmt=4.2×103 J/(kg·)×2 kg×(75 -25 )=4.2×105 J;由Q吸=Q放得,天然气的体积:V=0.01 m3。9.大不变解析 火箭发射时要选用热值大的固体燃料,因为完全燃烧质量相同的不同物质,热值大的燃料放出的热量多;热值是燃料的一种特性,只与燃料的种类有关,与其质量、体积和燃烧是否充分无关,所以燃料的质量减少,热值不变。10.6.72×1054.2×10562.5%解析 天然气完全燃烧放出的热量:Q放=mq=
13、0.016 kg×4.2×107 J/kg=6.72×105 J;质量为2 kg、初温为30 的水加热到80 ,吸收的热量为Q吸=cm水t=4.2×103 J/(kg·)×2 kg×(80 -30 )=4.2×105 J;则天然气灶烧水的效率为=×100%=×100%=62.5%。11.3.36×1050.1解析 标准大气压下水的沸点是100 ,则将质量为1.0 kg的水从20 加热到沸腾,需要吸收的热量:Q=cm1t=4.2×103 J/(kg·)×1
14、kg×(100 -20 )=3.36×105 J;初温为24 、质量为40 kg的自来水温度升到40 需要吸收的热量:Q吸=cm2t=4.2×103 J/(kg·)×40 kg×(40 -24 )=2.688×106 J,因天然气热水器的热效率是84%,根据=×100%可知,天然气需要放出的总热量为Q放=3.2×106 J。再根据燃料放热公式Q放=Vq,则消耗天然气的体积为V=0.1 m3。12.(1)250(2)酒精没有完全燃烧;酒精燃烧放出的热量会有所损失;石棉网和烧杯也会吸收热量解析 (1)根据Q=
15、mq,在热值一定的情况下,燃料完全燃烧释放的热量与其质量成正比,所以完全燃烧1.4 g酒精释放的热量是完全燃烧0.7 g酒精释放热量的2倍;设0.7 g酒精完全燃烧放出的热量为Q1,液体A的质量为m1,升高的温度为t1,则有Q1=cAm1t1;设完全燃烧1.4 g酒精放出的热量为Q2,液体A的质量为m2,则有Q2=cAm2t;由题意可知,Q2=2Q1,m2=2m1,则=,得=,即t=t1=50 。(2)实际燃烧1.4 g酒精,液体A升高的温度小于t,原因可能有:酒精没有完全燃烧;酒精燃烧放出的热量会有所损失;石棉网和烧杯也会吸收热量等。13.(1)铁皮桶内水的体积:V水=50 L=50 dm3
16、=0.05 m3,水的质量:m水=水V水=1.0×103 kg/m3×0.05 m3=50 kg,桶内的水吸收的热量:Q=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·)×50 kg×(60 -20 )=8.4×106 J。(2)用燃烧木柴加热,木柴完全燃烧释放的热量:Q放=3×107 J,节约木柴的质量:m=2.5 kg。14.(1)卡丁车满载时的重力:G=mg=600 kg×10 N/kg=6000 N,则卡丁车满载时对水平地面的压力:F=G=6000 N,受力面积:S=4×500 cm
17、2=2000 cm2=0.2 m2,则卡丁车满载时对地面的压强:p=3×104 Pa。(2)卡丁车的行驶速度:v=10 m/s,由P=Fv得,牵引力:F牵=1.15×103 N,由于车匀速直线行驶,牵引力与阻力是一对平衡力,则卡丁车所受的阻力:f=F牵=1.15×103 N。(3)卡丁车在这次行驶中消耗的汽油为0.6 kg,完全燃烧放出的热量:Q=m'q汽油=0.6 kg×4.6×107 J/kg=2.76×107 J,卡丁车在这次行驶中牵引力做的功:W=F牵s=1.15×103 N×6000 m=6.9&
18、#215;106 J,则该卡丁车汽油机的效率:=×100%=×100%=25%。15.C16.A解析 现在节能的主要措施中,提高能量利用中的转化效率是节能问题的核心,故A正确;全自动洗衣机工作时,大部分电能转化为机械能,还有一小部分转化为内能,故B错误;吊装码头上,如果货物匀速竖直上升或竖直下降,其受到的合力为零,它的动能不变,但它的高度改变,所以重力势能改变,则机械能改变,故C错误;热效率是指有效利用的能量占燃料完全燃烧释放总能量的百分比,用燃气灶烧水时,调大火力,散失的热量也会增加,则水吸收的热量占燃气完全燃烧释放总能量的百分比不一定增大,因此燃气灶的加热效率不一定会提高,故D错误。17.D解析 氢燃料电池是将氢气的化学能最终转化为电能,再用来驱动汽车的,故A正确;根据能量守恒定律,水解技术制取氢气的过程一定要消耗其他能量,故B正确;由科学常识可知,对于热点事件要遵从科学原理,不能盲从,更不能以讹传讹,故C正确;该车行驶的能量最终来源于用水制出的氢气,不能直接说水是这里的能源,故D错误。9 / 9