第14章内能的利用（1）一、选择题（每小题3分，共30分）1．（2013•日照）如图所示是汽油机工作时各种冲程的示意图，其中表示做功冲程的是（　　）A．B．C．D．【考点】汽油机；柴油机．【难度】易【专题】比热容、热机、热值．【分析】汽油机的四个冲程是吸气、压缩、做功和排气冲程．吸气冲程进气阀打开，排气阀关闭，活塞向下运动；压缩冲程两个气阀都关闭，活塞向上运动；做功冲程两个气阀都关闭，活塞向下运动，火点塞点火；排气冲程排气阀打开，进气阀关闭，活塞向上运动．【解答】解：A、一个气阀打开，活塞向下运动，所以是吸气冲程；B、两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以是压缩冲程；C、两个气阀都关闭，活塞向下运动，火点塞点火，所以是做功冲程；D、一个气阀打开，活塞向上运动，所以是排气冲程．故选C．【点评】考查了内燃机的四个冲程的判断，解决此题需要结合内燃机的四个冲程工作特点进行分析解答．　　2．（2014秋•福安市期中）汽油机和柴油机相比较，其中正确的是（　　）A．汽油机顶部有喷油嘴，吸入的是空气，效率高B．汽油机顶部有火花塞，吸入的是汽油和空气的混合物，效率高C．柴油机顶部有火花塞，吸入的是柴油和空气的混合物，效率高D．柴油机顶部有喷油嘴，吸入的是空气，效率高【考点】汽油机；柴油机．【难度】易【专题】比热容、热机、热值．15\n【分析】①汽油机和柴油机结构不同之一：汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴；②工作过程中，汽油机吸入的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入的是空气；③柴油机的效率比汽油机的效率高．【解答】解：AB、油机汽缸顶部有一个火花塞，吸入的是空气和汽油的混合物，效率低；故AB错误；CD、柴油机顶部有喷油嘴，吸入的是空气，效率高，故C错误，D正确．故选D．【点评】此题考查的是汽油机和柴油机的结构区别及吸入物质区别，属于热机部分的重点内容，需要熟练掌握．　3．（2013•德州）下列有关热和能的说法中正确的是（　　）A．物体内能增大，一定从外界吸收热量B．汽油机在做功冲程中把机械能转化为内能C．物体的温度越高，分子无规则运动越剧烈D．燃料的热值越大，燃烧时放出的热量越多【考点】汽油机．【难度】易【专题】分子热运动、内能．【分析】①改变内能的方法有两种方式：做功和热传递．②汽油机只有在做功冲程对外做功，将内能转化为机械能．③分子运动的快慢与温度有关．④燃料在燃烧时放出的热量与热值，燃料的质量，燃料是否完全燃烧有关．【解答】解：A、物体内能增大，可能是从外界吸收了热量．也可能是外界对物体做了功，不符合题意；B、汽油机在做功冲程中把内能转化为机械能，不符合题意；C、分子运动的快慢与温度有关，物体的温度越高，分子无规则运动越剧烈，符合题意；D、燃烧时放出的热量不仅仅跟燃料的热值有关，跟燃料的多少及燃烧情况等都有关系，不符合题意．故选C．【点评】本题考查热学的相关知识，简单但较综合．影响某个物理量变化的因素往往不止一15\n个，要全面分析．4．（2016秋•新泰市校级期中）某单缸四冲程汽油机的转速是600R/min，则下列说法正确的是（　　）A．1min内燃机对外做了600次功B．1s内完成了10个工作循环C．燃气做一次功的时间间隔是0.2sD．1s内活塞共来回20次【考点】汽油机．【难度】中【分析】内燃机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．【解答】解：飞轮转速为600R/min=10R/s，因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，每秒钟可以完成5个工作循环，做功5次，活塞往复10次，故BD错误；1min内燃机对外做5×60s=300次，故A错误；每秒钟做功5次，则燃气做一次功的时间间隔为0.2s，故C正确．故选C．【点评】本题主要考查了内燃机的四冲程中做功次数与飞轮转数之间的关系，关键要搞清一个工作循环包括四个冲程，飞轮转两周，对外做功一次．　5．（2016秋•和县期中）两台汽油机中，甲的效率比乙的效率高，其物理意义是（　　）A．甲每秒输出的功比乙的大B．甲所消耗的汽油比乙所消耗的更少C．在消耗相同汽油的条件下，甲输出的功比乙多D．输出相同功的条件下，甲消耗的汽油比乙消耗的多【考点】热机的效率．【难度】中【分析】热机的效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，效率高则比值大．功率是表示物体做功快慢的物理量，与效率没有关系．【解答】解：A、甲每秒输出的功比乙的大说明甲做功的功率比乙大，功率大只能说明做功快，与效率没有关系，故A错误；B、甲所消耗的汽油比乙所消耗的更少，但不知道有用功的多少，无法比较效率高低，故B错误；CD、甲汽油机的效率高于乙汽油机的效率，说明：消耗相同的汽油，甲汽油机做的有用功多，即输出的能量多；做相同的有用功，甲消耗的汽油少，故C正确、D错误．故选C．【点评】此题主要考查了对热机效率的理解，并且考查了热机效率与功率的区别．热机效率是表示热机性能好坏的，功率是表示热机做功快慢的，不要把二者混淆在一起．　6．（2016秋•包头期中）下列说法正确的是（　　）15\nA．热值与燃料的燃烧情况有关B．古人钻木取火，是通过热传递的方式使物体内能增加C．热机的做功冲程是将机械能转化为内能D．质量相同的水和沙石，如果吸收相同的热量，则水升高的温度比砂石的小【考点】燃料的热值；热机【难度】中【分析】（1）热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关；（2）做功和热传递都可以改变物体的内能；（3）热机在做功冲程中，汽油机将内能转化为机械能，由此获得动力；（4）水的比热容大，在同等情况下，水比其它物质的温度变化小．【解答】解：A、燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的燃烧情况无关，故A错误；B、古人钻木取火，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，是通过做功的方式使物体内能增加，故B错误；C、在热机的做功冲程中，燃料燃烧生成高温高压的燃气，燃气推动活塞运动，活塞从而带动曲轴转动，使汽车获得动力，在此过程中，将内能转化为机械能，故C错误；D、质量相同的水和沙石，水的比热容大，因此如果吸收相同的热量，水升高的温度比砂石的小，故D正确．故选D．【点评】本题考查了热值的特点、物体内能的改变、热机的工作原理，以及水的比热容的特点等，属热学综合题．7.（2015•益阳）下列关于内燃机的说法正确的是（　　）A．汽车的发动机是内燃机B．蒸汽机、汽轮机、喷气发动机都是内燃机C．内燃机工作时，压缩冲程将内能转化为机械能D．先进的制造技术能将内燃机的效率提高到100%【考点】热机．【难度】中【专题】比热容、热机、热值．15\n【分析】（1）内燃机分为汽油机和柴油机．（2）内燃机是热机的一种，热机的种类分为：①蒸汽机；②内燃机；③汽轮机；④喷气发动机．（3）压缩冲程：机械能→内能．（4）使用热机时，真正能转变为对外做的有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分，热机的效率不能达到100%【解答】解：A、汽车的发动机是内燃机．故A正确；B、蒸汽机、汽轮机、喷气发动机、内燃机都属于热机．故B错误；C、内燃机工作时，压缩冲程将机械能转化为内能．故C错误；D、热机在工作时，废气会带走一部分热量、燃料不可能完全燃烧、克服部件之间的摩擦会消耗能量等，所以热机的效率不可能达到100%，故D错误；故选A．【点评】本题考查了热机的种类、热机工作时的能量转化、热机效率等，要明确热机的效率不能达到100%．8．（2016秋•定州市期中）世界上还有许多欠发达地区至今用不上电，美国哈弗大学的学生设计制作了一种发电足球，球在被踢的过程中，其内部装置能够发电，并将产生的电能储存在蓄电池中，用来点亮LED灯，该过程中的能量转化形式是（　　）A．机械能→电能→化学能→光能B．电能→机械能→化学能→光能C．机械能→电能→光能→化学能D．电能→机械能→光能→化学能【考点】能量的转化．【难度】中【分析】根据课本中关于发电机的工作原理和能量转化以及给蓄电池充电时能量转化的基础知识可以得到此题的答案．【解答】解：球在被踢的过程中，其内部的小发电机工作，是将机械能转化为电能；然后再将电能转化为化学能储存在蓄电池中；LED灯发光时，将化学能转化为光能；故其完整的能量转化过程为机械能→电能→化学能→光能．故选A．【点评】解题的难点：蓄电池充电的过程，此过程中是将电能转化为化学能；蓄电池放电，是将化学能转化为电能．　9．（2014•北海模拟）完全燃烧l00克柴油放出的热量能使多少质量的水温度升高20℃[已知柴油的热值是4.2×107J/kg，水的比热容是4.2×103J/（kg•℃），假定放出的热量被水完全吸收．]（　　）15\nA．2kgB．20kgC．50kgD．500kg【考点】燃料的热值．【难度】中【专题】计算题；比热容、热机、热值．【分析】（1）根据燃料完全燃烧放出热量公式Q放=mq计算汽油完全燃烧所放出的热量；（2）由题知Q吸=Q放，求出水吸收的热量，再根据吸热公式Q吸=cm△t求水的质量．【解答】解：（1）汽油完全燃烧所放出的热量：Q放=m汽油q=100×10﹣3kg×4.2×107J/kg=4.2×106J；（2）由题知：Q吸=Q放=4.2×106J，∵Q吸=cm水△t，∴水的质量：m水===50kg．故选C．【点评】本题考查了学生对燃料完全燃烧放热公式Q放=mq和吸热公式Q吸=cm△t了解与掌握，计算时注意单位统一．　10．（2015秋•郴州校级月考）一台柴油机中的燃料完全燃烧放出了8×107J的热量，损失了4.8×107J热量，该柴油机的效率为（　　）A．30%B．40%C．60%D．32%【考点】热机的效率．【难度】中【专题】热和能．【分析】热机效率是热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，据此计算．【解答】解：有效利用的能量：E有用=8×107J﹣4.8×107J=3.2×107J，柴油机的效率为：η=×100%=×100%=40%15\n故选B．【点评】本题主要考查了热机效率的计算，由于没有直接给出有效利用的能量，较好地考查了学生对机械效率概念的理解．　二、填空题（每空2分，共30分）11.（2015秋•安庆期末）汽油的燃烧值是4.6×107焦/千克，氢的燃烧值是1.4×108焦/千克．在燃烧单位质量这两种燃料时，　　放出的热量多，因此，发射火箭时常用　　做燃料．【考点】燃料的热值．【难度】易【专题】比热容、热机、热值．【分析】根据热值的物理含义进行分析解答即可．【解答】解：∵氢的热值大于汽油的热值∴在燃烧单位质量这两种燃料时，氢完全燃烧放出的热量大于汽油完全燃烧放出的热量，因此射火箭时常用液氢做燃料．故答案为：氢；液氢．【点评】本题考查对热值含义的理解，属于基础题目．　12.（2016秋•新泰市校级期中）四冲程汽油机中将机械能转化为内能的是　　冲程，它与柴油机在构造上的不同是它的顶部安装的是　　．【考点】汽油机；柴油机．【难度】中【分析】（1）汽油机一个工作循环有四个冲程，分别是吸气、做功、压缩和排气，各冲程的特点不同，因此根据气门的状态和活塞的运行方向确定冲程；并且只有做功冲程对外做功，将内能转化为机械能；另外还有压缩冲程有能量转化，将机械能转化为内能．（2）汽油机和柴油机的相同点：四个冲程相同，能的转化相同；不同点：①吸入的物质不同；②结构不同；③压强不同，效率不同；④点火方式不同；【解答】解：（1）在四冲程汽油机中，将机械能转化为内能的冲程是压缩冲程；（2）汽油机的气缸顶部是火花塞，柴油机的气缸顶部是一个喷油嘴．15\n故答案为：压缩；火花塞．【点评】本题主要考查对热机一个工作循环中各冲程情况的了解以及工作的实质，并掌握涉及能量转化的两个冲程；还要知道从构造和冲程上掌握汽油机和柴油机的相同点和不同点；　　　13．（2016秋•蚌埠期中）一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速是1800r/min，此柴油机每秒钟内完成　　个冲程，对外做功　　次．【考点】柴油机．【难度】中【专题】应用题；比热容、热机、热值．【分析】在四冲程内燃机的一个工作循环中，完成4个冲程，并对外做功1次，曲轴和飞轮转2圈．【解答】解：内燃机的一个工作循环有四个冲程，飞轮转2圈．单缸四冲程内燃机飞轮的转速为1800R/min，则该柴油机每秒钟转30圈，完成15个工作循环，完成60个冲程，对外做15次功．故答案为：60；15；【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．　14．把一个薄壁金属管固定在桌上，里面放一些乙醚，用塞子塞紧，拿一根绳子在管外绕几圈并迅速地来回拉绳子，将看到如图所示的现象．关于这一过程中能量的转化或者转移有如下的一个关系图，请完成填空．15\n【考点】能量的转化【难度】中【专题】应用题；分子热运动、内能．【分析】解决此类问题要知道改变物体内能的方式有两种：做功和热传递，热传递过程也就是能量的转移过程，做功过程是能量的转化过程．【解答】解：当用一根绳子绕在金属管上迅速来回拉时，绳子要克服与金属管之间的摩擦力做功，其内能增加，温度升高，拉动绳子的机械能转化为金属管的内能；因金属管和乙醚有温度差，所以金属管会把热量传递给乙醚气体，使乙醚的内能增加，温度升高，当乙醚的内能足够大时会将塞子顶起，乙醚的内能会转化为塞子的机械能．故答案为：机械；内；做功；机械．【点评】本题考查能量转化的有关问题，解决此类问题要结合改变物体内能的方式进行分析解答．15.（2015•汕尾）走近加油站，会闻到一股汽油味，这是因为汽油分子在　　；完全燃烧10g汽油可以放出　　J的热量（汽油的热值为4.6×107J/kg）；汽油机是把内能转化为　　能的动力设备．【考点】燃料的热值，能量的转化．【难度】中【专题】简答题；分子热运动、内能；比热容、热机、热值．【分析】（1）两种不同的物质相互接触时，彼此进入对方的现象叫扩散现象；（2）根据质量和热值利用Q放=mq计算完全燃烧燃料放出的热量．（3）在内燃机的四个冲程中做功冲程对外做功，将内能转化为机械能；热机是将内能转化为机械能的机器．【解答】解：（1）走近加油站时，闻到汽油味，这是因为汽油分子在不停地做无规则运动，是属于扩散现象；（2）汽油完全燃烧时放出的热量：15\nQ放=mq=0.01kg×4.6×107J/kg=4.6×105J；（3）热机是将内能转化为机械能的机器．故答案为：不停地做无规则运动；4.6×105；机械．【点评】本题考查扩散现象、热量的计算以及热机的工作原理，是一道基础性题目．　16．（2015•青神县模拟）双能源（汽油和天然气）汽车以其经济、污染小等优点倍受人们青睐．（已知汽油的热值为3.2×107J/L、天然气的热值为7.2×107J/m3）（1）内燃机是汽车的“心脏”，它是把内能转化为　　能的机器．（2）完全燃烧9L汽油放出的热量与完全燃烧　　m3的天然气放出的热量相等．【考点】燃料的热值【难度】难【专题】热和能．【分析】（1）内燃机是利用内能做功的机器，其在工作时有四个冲程，即吸气、压缩、做功、排气四个冲程．其中压缩冲程将机械能转化为内能；做功冲程将内能转化为机械能；（2）知道汽油体积和热值，利用燃料完全燃烧放热公式求放出的热量，再根据燃料完全燃烧放热公式求需要完全燃烧的天然气的体积．【解答】解：（1）内燃机是将内能转化为机械能的机器；（2）9L汽油完全燃烧放出的热量：Q放=vq汽油=9L×3.2×107J/L=2.88×108J，因为Q放=Vq天然气，所以需要完全燃烧天然气的体积：V===4m3；故答案为：（1）机械；（2）4．【点评】（1）此题主要考查了内燃机工作时的能量转化情况；（2）学生对燃料完全燃烧放热公式掌握和运用．　三、实验题（每小题8分，共16分）17．（2013•三明）某实验小组利用如图所示的实验装置粗略测量蜡烛的热值q，图中A为穿有小木棍的容器（内装有水），B为下部开了许多通气孔的罩子．15\n（1）观察实验装置可知，实验小组同学是通过测量　　间接测量蜡烛燃烧放出的热量；（2）要完成本实验，除了图中的实验器材，还必需的测量工具是　　和　　；（3）某次实验测得的数据如下表，则粗略测得这支蜡烛的热值q=　　J/kg（质量为m的燃料完全燃烧放出的热量是Q=mq．c水=4.2×103J/（kg•℃））．物理量测量值容器中水的质量m/g150容器中水的初温t1/℃25容器中水的末温t2/℃40燃烧前蜡烛的质量m1/g20.6燃烧后蜡烛的质量m2/g20（4）本实验测出的热值会比真实值更　　，造成这一偏差的原因是　　（写一条即可）．【考点】燃料的热值．【难度】中【专题】探究型实验综合题．【分析】（1）根据图示实验装置分析答题．（2）实验过程中需要测水的温度、水的质量、蜡烛的质量，据此选择实验器材．（3）蜡烛释放的热量等于水所吸收的热量，由热量公式与燃烧值公式可以求出蜡烛的燃烧值．（4）蜡烛燃烧释放的热量没有被水完全吸收，蜡烛可能没有完全燃烧，据此分析燃烧值的测量值与真实值间的关系．【解答】解：（1）由实验装置可知，蜡烛燃烧给水加热，通过测量A容器中水升高的温度和水的质量可以间接测量蜡烛燃烧放出的热量；（2）要完成本实验，需要测量水的温度与水和蜡烛的质量，因此还需要温度计与天平；15\n（3）这支蜡烛的热值q=====1.575×107J/kg．（4）实验过程中蜡烛燃烧放出的热量没有全部被水吸收，因此实验测出的热值比真实值小．故答案为：（1）A容器中水升高的温度和水的质量；（2）温度计；天平；（3）1.575×107；（4）偏小；蜡烛燃烧放出的热量没有被水完全吸收．【点评】分析清楚图示情景，确定实验原理与实验目的即可正确解题．18.（2015秋•惠城区期末）如图所示，A、B、C三个实验装置完全相同，燃料的质量都为10g，烧杯内液体的质量都相同．（1）比较不同燃料的热值应选择　　两个装置，比较不同物质的比热容应选择　　两个装置（选填装置序号A、B、C）．（2）在“比较不同燃料的热值”的实验中，通过观察温度计的　　比较燃料燃烧放出热量的多少．已知酒精的热值为3.0×107J/kg，10g酒精完全燃烧放出的热量是　　J．（3）水的比热容是4.2×103J/（kg•℃），它的含义是　　．【考点】燃料的热值．【难度】难【专题】实验题；比热容、热机、热值．【分析】（115\n）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）燃料完全燃烧释放的热量可以通过液体温度计示数变化来反应；知道酒精的质量和酒精的热值，利用燃料完全燃烧放出的热量公式Q放=mq求酒精完全燃烧放出的热量．（3）根据比热容的概念（单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量叫做这种物质的比热容）回答．【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BC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AB两图进行实验；（2）燃料完全燃烧放出的热量的多少，是通过温度计示数的变化来反应．m=10g=10×10﹣3kg，酒精完全燃烧放出的热量：Q放=mq=10×10﹣3kg×3.0×107J/kg=3.0×105J．（3）水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），它的物理含义是1kg水温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量为4.2×103J；故答案为：（1）BC；AB；（2）示数变化；3×105；（3）1kg水温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量为4.2×103J．【点评】本题考查了学生对热值概念、比热容概念的了解与掌握，分析时用好控制变量法是本题的关键，计算时注意单位统一．　四、计算题（每小题12分，共24分）19．（2014秋•祁阳县期中）现有一壶水要烧开需要吸收1.38×108J的热量，若不计热量损失，需要完全燃烧多少克煤油？（煤油的燃烧值是4.6×107/Kg）若实际燃烧了5千克的煤油，则该煤油炉的效率是多少？【考点】燃料的热值；热机的效率．【难度】中【专题】比热容、热机、热值．15\n【分析】（1）一壶水要烧开需要吸收1.38×108J的热量，根据Q放=mq可求需要完全燃烧多少克煤油；（2）已知煤油质量5kg，煤油的热值为4.6×107J/kg，根据Q放=mq可求出5kg煤油完全燃烧放出的热量．然后载根据η=×100%可求出煤油炉的效率．【解答】解：（1）∵Q放=mq，Q吸=Q放，∴m===3kg=3000g，（2）5kg煤油完全燃烧放出的热量Q放=m1q=5kg×4.6×107J/kg=2.3×108J，该煤油炉的效率η=×100%=×100%=60%．答：需要完全燃烧3000克煤油；该煤油炉的效率是60%．【点评】本题考查学生对燃料燃烧放出热量公式和热传递过程中吸热公式，及热效率公式的灵活运用．　20．（2015秋•蒙城县期中）百公里油耗指的是汽车在道路上行驶时每百公里平均燃料消耗量，是汽车耗油量的一个衡量指标．由于多数车辆在90公里/时接近经济车速，因此大多对外公布的理论油耗通常为90公里/小时的百公里匀速油耗．经出厂测试，某品牌汽车百公里理论油耗为8L，汽车发动机的输出功率为23kW（已知汽油的密度为0.75×103kg/m3，热值为4.6×107J/kg）．试求：（1）8L汽油完全燃烧放出的热量；（2）测试时间内发动机所做的功；（3）该品牌汽车发动机的热机效率．【考点】燃料的热值；热机的效率．【难度】难【专题】计算题；热和能．【分析】要解决此题需要掌握热机效率的概念：热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比；其中根据公式W=Pt计算出发动机做的功，即有用功；根据公式Q=mq计算出燃料完全燃烧放出的能量，最后根据公式η=计算热机的效率．【解答】解：（1）汽车百公里耗油的体积：V=8L=8×10﹣3m3，15\n由ρ=得，汽油的质量：m=ρV=0.75×103kg/m3×8×10﹣3m3=6kg，汽油完全燃烧放出的能量：Q=mq=6×4.6×107J/kg=2.76×108J；（2）汽车的速度：v=90km/h=25m/s，由P=得，在一百公里内发动机做的功为：W=Pt=P×=2.3×104W×=9.2×107J；（3）发动机的效率η=×100%=×100%≈33%．答：（1）8L汽油完全燃烧放出的热量是3.68×108J；（2）测试时间内发动机所做的功8×107J；（3）发动机的效率是33%．【点评】此题主要考查了热机效率的计算，热量的计算．涉及到的知识点较多，有一定的拔高难度，属于难题．15