十四章内能的利用练习题

第十四章内能的利用
14.1 热机
1. 热机包括内燃机，柴油机和汽油机都属于内燃机，关于热机的下列说法中正确的是（）A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞
B．柴油机在吸气冲程中将柴油和空气的混合气吸入气缸
C．四冲程汽油机在工作过程中，进、排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程
D．在柴油机的压缩冲程中，机械能转化为柴油和空气混合物的内能
2. 生活中常见的汽车和摩托车大多是采用四冲程汽油机来工作的．四冲程汽油机在一个工作循环中，下列说法不正确的是（）
A．对外做功一次B．有两次能量转化
C．曲轴转动两周D．压缩冲程把内能转化为机械能
3. 从原理的发现到实际的应用，往往要解决许多技术上的难题．如图所示的汽
油机只有在做功冲程中燃气才给活塞一个动力，但汽油机却可以连续工作，其
中关键部件是（）
A．火花塞 B．连杆 C．曲轴和飞轮 D．进气门和排气门
4. 热机是将________能转化成机械能的机器，如图所示是汽油机的_______冲
程．美国《大众科学》杂志评出2006～2007年度奇思妙想十大发明，其中最引人
注意的是“六冲程引擎”，这种引擎在完成四冲程工作后，会把水注入汽缸，使
水瞬间变成水蒸气，从而带动活塞运动，产生第五冲程，为汽车提供动力．第六
冲程是让水蒸气进入冷凝器，变成可再次注入汽缸中的水．请你指出该“六冲程
引擎”的一个优点：________．
5. 如图所示，在透明塑料盒的底部钻一个孔，把电子式火花
发生器的放电针管紧紧地塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒中滴
入数滴酒精，再将盒盖盖紧，然后揿动电火花发生器的按钮．你
观察到的现象是________．图中情景演示的是“四冲程”汽油
机工作过程中的________冲程，这个情景中________能转化为
________能．
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6. 如图所示为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆
把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做
功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸
在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工
作．
1.C
解析：汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，A选项错误；柴油机吸入的只是空气，B 选项错误；进、排气门都关闭的是压缩冲程和做功冲程，C选项正确；在柴油机的压缩冲程，机械能转化为空气的内能，D选项错误．故选C．
2.D
解析：在做功冲程中，气体推动活塞对外做功，将气体的内能转化为活塞的机械能，对外做功一次，选项A说法正确，不符合题意．在压缩冲程中，活塞对气缸内的气体做功，将机械能转化为内能；在做功冲程中，将气体的内能转化为活塞的机械能．故在一个工作循环中有两次能量转化，选项B说法正确，不符合题意．在汽油机的一个工作循环中，可以完成四个冲程，活塞往复两次，曲轴转动两周，选项C说法正确，不符合题意．在压缩冲程中，活塞对气缸内的气体做功，将机械能转化为内能，选项D说法错误，符合题意．故选D．
3.C
解析：解决此题要知道内燃机的工作过程：在一个工作循环中有四个冲程，活塞往复运动两次，曲轴和飞轮转动两周，只有在做功冲程中使机车获得动力，其他三个冲程均为辅助冲程，依靠惯性完成．在汽油机的做功冲程中，燃气给活塞一个动力，汽油机的曲轴和飞轮获得动能，虽然在其他冲程没有动力，但由于惯性汽油机可以连续工作；故选C．
4. 内做功提高热机效率（节能、环保）
解析：热机就是利用热来工作的，将内能转化为机械能；图中所示火花塞冒出电火花，活塞向下运动，进气门和排气门关闭，是做功冲程；我们都知道热机在工作时产生了大量的热，“六冲程引擎”可以利用水将这些热量转化为水蒸气，再次利用起来，大大地提高了热机的效率，节约了能源．
5. 盒盖被弹飞，塑料盒口有白雾出现做功内机械
解析：透明的塑料盒相当于一个气缸，塑料盒的盖相当于活塞，酒精在塑料盒内燃烧，产生高温高压的燃气，推动塑料盒盖运动，把内能转化为机械能，内能减小，温度降低，水蒸气液化成小水滴，此过程类似于内燃机中的做功冲程．
6.思维点睛：（1）内机械（2）①1.2×105 0.5 ②600 （3）1.2×106
解析：（1）发动机在做功冲程里，高温高压的燃气膨胀推动活塞做功，将燃气的内能转化为机械能．
（2）①发动机在1 s内做功：W=Pt=120×103 W×1s=1.2×105 J．
因为四缸总排量为2.0 L，单缸排量：V=2.0 L/4=0.5 L．
②因为发动机在1 s内做功1.2×105 J，发动机有四个缸同时工作，
所以每个缸1 s内做功：W=1.2×105 J/4=3×104 J．
又因为转速为6000 r/min，四冲程内燃机每个工作循环曲轴转两周，做功一次，
所以1s内做功50次，每个做功冲程做功：W′=3×104 J/50=600 J．
（3）因为W′=pV，V=0.5 L=0.5×10-3 m3，
所以燃气对活塞的压强：p= W′/ V=600 J/0.5×10-3 m3=1.2×106 Pa．
14.2 热机的效率
1. 日常生活中，我们使用了干木柴、煤炭、液化石油气、天然气、酒精等多种燃料。

关于燃料的热值，下列说法中属于正确理解的是（）
A．燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比
B．燃料的热值跟燃料的质量成正比
C．容易燃烧的燃料热值一定大
D．就某种确定的燃料而言，它的热值是一个确定的值，跟燃料的质量及燃料燃烧放出的热量无关
2. 载重大汽车使用的一般是柴油机，而小汽车使用的一般是汽油机，这是因为柴油机的效率比汽油机高。

柴油机的效率高是由于（）
A．柴油的热值比汽油的热值大
B．柴油的比热容比汽油的比热容大
C．柴油机气缸里的燃气产生的压强比汽油机里的高
D．柴油的密度比汽油的密度大
3. 上海大众汽车有限公司正推出氢燃料电池轿车，用氢气作燃料是利用氢气的________大的优点．在标准大气压下，若氢气灶的热效率为80%，则3 kg氢气完全燃烧放出的热量可将
________kg的水从20℃加热到沸腾．[已知氢气的热值为1.4×108J/kg，水的比热容为
4.2×103 J/（kg•℃）]．
4. 一台单缸四冲程汽油机，做功冲程中将________能转化为________能．以汽油为燃料的某品牌小汽车行驶100 km发动机牵引力所做的功为1.15×108 J，消耗汽油10 kg，小汽车发动机的效率为________．（汽油的热值q汽油=4.6×107 J/kg）
5. 小明同学为测量地球表面植物吸收太阳能的本领，他用一个脸盆装6 kg的水，水面的表面积为0.1 m2，经太阳垂直照射15 min，温度升高了5℃，则水吸收的热量为________J，这部分热量是由________能转化来的；若地表植物接收太阳能的能力与水相同，则每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为________J；若绿色植物在光合作用下每吸收1×103 J的太阳能可以放出0.05 L的氧气，那么，100 m2绿地每秒可以放出________L的氧气．
6. 近年来，我国部分省份开始推广使用乙醇汽油，乙醇汽油是由10%体积的乙醇与90%体积的汽油混合而成．已知乙醇的热值为2.4×107 J/L，汽油的热值为3.3×107 J/L．设混合后总体积不变，请计算乙醇汽油的热值为多少？（解答要求：写出依据的主要公式，有数据代入，答案中必须明确写出数值和单位）
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液化石油气，（Liquefied Petroleum Gas，简称LPG），石油产品之一，为无色气体或黄棕色油状液体，是丙烷和丁烷的混合物，通常伴有少量的丙烯和丁烯。

一种强烈的气味剂乙硫醇被加入液化石油气，这样石油气的泄漏会很容易被发觉。

液化石油气主要用作石油化工原料，用于烃类裂解制乙烯或蒸气转化制合成气，可作为工业、民用、内燃机燃料。

液化石油气在1910年由沃尔特·史内林博士首次生产出来，1912年出现了第一个商业产品。

液化石油气的热值高达4.6×107 J/kg，一些不法商贩为牟取暴利，常将液化石油气与价格低廉、热值仅为2.9×107 J/kg的二甲醚混合装入钢瓶内销售给客户．某市质监局对某液化石油气站销售的瓶装燃气进行检测：将质量为100 kg、初始温度为31℃的水装入容器内，用高效炉灶燃烧瓶内燃气加热容器中的水直至100℃恰好沸腾，瓶内燃气消耗了0.84 kg．通过高效炉灶，水能吸收燃气完全燃烧释放热量的75%．
【拓宽延伸】
（1）瓶内燃气的热值是多少？
（2）该液化石油气站销售的瓶装液化石油气有无掺混二甲醚？
④小灯泡通电发光
吸0（100℃-31℃）=2.898×107 J ；
燃气燃烧放出的热量为：77Q 2.89810J Q 3.86410J 75%75%
⨯===⨯吸放； 瓶内燃气的热值为：77Q 3.86410J q 4.610J /kg m 0.84kg
⨯===⨯放气． （2）通过计算得出的瓶内燃气的热值正好等于液化石油气的热值，即q =q 石油气=4.6× 107 J/kg ；故该液化石油气站销售的瓶装液化石油气没有掺混二甲醚．
14.3 能量的转化和守恒
1. 根据能量的转化和守恒定律可知，能量在转化或转移的过程中，其总量__________．电能可以使电灯发光，同时产生内能散失在空气中，但这些内能却无法自动转化为电能．该现象说明能量的转化具有_____________．
2. 某研究性学习小组对能量转化现象进行了研究，他们利用铁
丝、镍铬丝、灵敏电流计等器材组成一个闭合电路，如图所示，
A 点为铁丝和镍铬丝绞合在一起组成的加热点．用打火机给A
点加热时，观察到灵敏电流计的指针发生了明显偏转，这一实
验现象说明了 能可以转化成________能．
3. 下列关于能量转化的实例，你认为说法正确的是（ ）
A ．水轮机带动发电机发电——电能转化为机械能
B ．燃料燃烧——化学能转化为内能
C ．汽油机的做功冲程——机械能转化为内能
D ．给蓄电池充电——化学能转化为电能
4. 根据能量守恒定律，下列四幅图中仅发生能量转移的一组是:（ ）
A ．①②
B ．②③
C ．③④
D ．①③
①试管内的冷水放
入热水中变热
5. 下图表示白炽电灯将电能转化为光能和内能的大致比例，由此可以计算出白炽电灯的发光效率为_____________．
6. 【科技前沿】下图是火箭发射时的壮观情景．
【问题延伸】火箭发射升空时，燃料通过燃烧将 能转化为燃气的内能，燃气对火箭做功，又将内能转化为火箭的 能．
14.3
能量的转化和守恒 1. 保持不变 方向性
2. 内 电
3. B
4. D
5. 10%
6. 化学 机械
第十四章内能的利用
1. 随着石油的价格不断上涨，双燃料汽车逐渐进入人们的生活，这种汽车以天然气或汽油作为燃料．以下说法正确的是（）
A．燃料的热值越大，燃烧时放出的热量越多
B．以天然气为燃料，汽车发动机的效率可以达到100%
C．在压缩冲程中，燃料混合物的温度升高，内能增大
D．汽油与天然气相比，燃烧时汽油对环境的污染较小
2. 据中央人民广播电台报道：我国科学家在南海发现了一种俗称“可燃冰”的冰块状天然气水合物，能源总量可达全国石油总量的一半，燃烧1 m3的可燃冰释放的能量与164 m3天然气相当．由上文可以判断，“可燃冰”（）
A．具有较高的内能B．具有较大的比热容
C．具有较大的热值D．只有燃烧时才有内能
3. 我国是一个航天大国，2013年将实施“天宫一号”与“神舟十号”载人飞行任务，开展载人天地往返运输系统首次应用性飞行。

发射飞船的火箭常用液态氢作燃料，相同质量的氢和汽油完全燃烧，氢放出的热量约为汽油的3倍．下列说法正确的是（）
A．火箭发动机是一种热机
B．氢的热值约为汽油热值的三分之一
C．火箭上升时，以发射塔为参照物，火箭是静止的
D．火箭加速上升过程中，机械能保持不变
4. 随着我国经济的高速发展，人们的生活水平日益提高，春梅家就刚刚购买了一辆小轿车。

轿车的发动机也是一种热机，关于“热机”，下列说法中正确的是（）
A．做功冲程的能量转化是机械能转化为内能
B．改进技术，可以使热机的效率达到100%
C．用水循环来降低热机的温度，主要是利用水蒸发时吸热的特性
D．冬天晚上要把热机水箱中的水放出，是防止气温降低时水凝固胀坏水箱
5. 汽车的发动机一般是柴油机或汽油机，它把燃料燃烧放出的________能转化成为柴油机或汽油机的机械能．汽车发动机常用循环流动的水来帮助它散热，主要是利用了水的____ ____较大的特点．在发动机压缩冲程中，通过________的方式改变了气缸内气体的内能．
6. 转速为1200 r/min的四冲程单缸内燃机，若每工作循环做功600 J，该内燃机的功率为________W．若汽缸的横截面积为200 cm2，活塞一个冲程运动的距离是30 cm，则做功冲程产生的平均压力是________N，压强是________Pa．
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火箭是以热气流高速向后喷出，利用产生的反作用力向前运动的喷气推进装置．它自身携带燃烧剂与氧化剂，不依赖空气中的氧助燃，既可在大气中，又可在外层空间飞行．火箭在飞行过程中随着火箭推进剂的消耗，其质量不断减小，是变质量飞行体．现代火箭可用作快速远距离运送工具，如作为探空、发射人造卫星、载人飞船、空间站的运载工具，以及其他飞行器的助推器等．如用于投送作战用的战斗部(弹头)，便构成火箭武器。

火箭是目前唯一能使物体达到宇宙速度，克服或摆脱地球引力，进入宇宙空间的运载工具，而火箭的速度是由火箭发动机工作获得的．
【拓展延伸】
（1）“神州飞船”是由我国自行研制的长征运载火箭发射升空的．当火箭在空中高速飞行时，它的头部与空气摩擦，温度可升至几千摄氏度，为了防止烧坏火箭内部搭载的仪器和设备，常在火箭的头部涂有一层特殊的材料，为什么？
（2）用水作汽车发动机的冷却液，液态氢作火箭的燃料，是由于（）
A．水的比热容较小，氢的热值较大B．水的比热容较大，氢的热值较小
C．水的比热容较大，氢的热值较大D．水的比热容较小，氢的热值较小
第十四章内能的利用
1.C
解析：由Q放=mq可知，燃烧时放出的热量与燃料的热值和质量有关，故A错；以天然气为燃料时，仍有热散失，仍需克服摩擦做额外功，其机械效率不能达到100%，故B错；在压缩冲程中，对燃料混合物做功，使其温度升高，内能增大，故C正确；使用天然气作燃料的目的是保护环境、成本低，故D错．故选C．
2.C
解析：燃烧1 m3的可燃冰释放的能量与164 m3天然气相当，说明完全燃烧相同体积可燃冰和天然气，可燃冰放出的热量多，即可燃冰的热值大．故选C．
3.A
解析：火箭发动机也是靠燃烧燃料获得动力的，是热机，所以A是正确的．相同质量的氢和汽油完全燃烧，氢放出的热量约为汽油的3倍，说明氢的热值约为汽油热值的3倍，所以B 是错误的．火箭发射时，火箭离发射塔的距离越来越大，以发射塔为参照物，火箭是运动的，所以C是错误的．火箭加速上升时，质量一定，速度变大，动能变大；高度变大，重力势能变大，则机械能变大，所以D是错误的．故选A．
4.D
解析：热机的做功冲程利用高温高压的气体推动活塞运动，获得机械能，将内能转化为机械能，所以A是错误的；使用热机不可避免的要克服机器部件摩擦做额外功，效率不可能达到100%，所以B是错误的；水的比热容比较大，在升高相同的温度时需要吸收更多的热量，所以利用水来降低热机的温度，所以C是错误的；水凝固时体积变大，会胀坏水箱，所以冬天要把水箱中的水放出，所以D是正确的．故选D．
5. 内比热容做功
解析：汽车发动机把燃料燃烧放出的内能转化为机械能；用水来作汽车发动机的散热剂，主要是利用了水的比热容较大的特点，在相同条件下，它可以吸收更多的热；发动机压缩冲程中，活塞向上压缩气体，使得气缸内气体的内能增加，温度升高，故是通过做功改变物体内能的．
6. 6×1032×1031×105
解析：（1）曲轴每转两圈对外做功一次，1 min转动1200周，则转两周，需要的时间：t= 60 s/（1200×2）=0.1 s；故该内燃机的功率：P= W/t=600 J/0.1 s=6×103 W；
（2）做功冲程产生的平均压力：F= W/s=600 J/0.3 m=2000 N；压强：p= F/S=2000 N/
0.02 m2=1×105 Pa．
思维点睛：
答：（1）当火箭在空中高速飞行时，它的头部与空气摩擦升温，这时火箭的头部涂有的特殊
材料在高温下熔化和汽化吸热，降低火箭头部的温度，防止烧坏火箭内部搭载的仪器和设备．（2）C
解析：（1）物态变化中，熔化、汽化、升华是吸热的，凝固、液化、凝华是放热的．此题考查的是汽化和熔化吸热在生活中的应用，是一道理论联系实际的题目．
（2）用水作汽车发动机的冷却液，为的就是在发动机同样放热的情况下，水因为具有较大的比热容而可以吸收更多的热量而起到较好的散热效果；液态氢作火箭的燃料，考虑的主要是氢这种燃料的热值比较大．故选C．。