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14.3热机的效率
一、单选题
1．如图是烤肉串架在炭火上烤的情景，有关说法中正确的是（ ）
A．烤肉温度越高，热量越多
B．很远就闻到肉香，说明分子在不停运动
C．肉烤熟是通过做功的方式改变其内能
D．木炭在燃烧的过程中，热值减小
2．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是，烧杯内的液体质量和初温也相同，烧杯内液体加热后均未沸腾，下列关于实验说法中正确的是（　　）
A．比较不同燃料的热值应选择图甲和图乙进行实验，并控制燃料燃烧时间相同
B．比较不同物质吸热升温的特点应选图甲、丙进行实验，燃料燃烧完全后读出温度计示数
C．比较不同物质吸热升温的特点实验，吸热的多少通过加热时间反映
D．比较不同燃料热值和不同物质吸热的多少均可通过液体升高的温度反映
3．电火花发生器点燃塑料盒内的酒精，酒精燃烧产生的燃气能将盒盖喷出很远，实验时在盒内滴入0.2g的酒精（q酒精＝3×107J/kg）。对此实验过程，以下说法正确的是（　　）
A．酒精燃烧将内能转化为化学能
B．燃气在喷出过程中内能增大
C．能量转化方式与汽油机的压缩冲程相同
D．酒精燃烧放出的热量可能小于6000J
4．下列图像所示的情境均涉及热学知识，其中说法正确的是（ ）
①羊肉放到开水锅里，逐渐变熟，这是通过热传递改变了它的内能
②汽油机的压缩冲程，活塞对汽缸内的气体做功，气体的温度升高
③尾气中的“汽油味”越浓燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值
④我国首艘国产大型邮轮“爱达·魔都”号燃油的利用率可以达到100%
A．只有①②正确 B．只有②③正确
C．只有③④正确 D．只有①④正确
5．2025年4月24日在酒泉卫星发射中心，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭发射升空。关于火箭发动机，下列说法正确的是（　　）
A．火箭发动机使用比热容大的燃料
B．火箭燃料燃烧越充分，热值越大
C．火箭发动机主要通过热传递获得机械能
D．火箭发动机属于热机
6．内燃机的发明是第二次工业革命中应用技术领域的一项重大成就。如图所示为单缸四冲程汽油机的一个冲程示意图，若该汽油机的效率为30%，飞轮每分钟转动1800圈，则下列说法正确的是（　　）(q汽油=4.6ｘ107J/kg)
A．图中所示冲程是压缩冲程
B．若该汽油机完全燃烧5kg汽油，则汽油机做的有用功为2.3ｘ108J
C．该汽油机在1s内做功30次
D．汽油机消耗的燃料越少，效率一定越高
7．蒸馏法在酿酒过程中得到广泛应用，如图所示为蒸馏过程中的原理图，烧瓶内装有含酒精和水的酒糟，在蒸馏的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．酒精灯内酒精的热值随着其质量的减少而减小
B．当烧瓶内的酒精沸腾时，烧瓶中的水不会发生汽化
C．冷凝器管内的酒精蒸汽遇冷液化
D．冷凝器管外的冷却水吸收热量温度不变
8．如图所示为某柴油水泵机组（水泵机组动力由单缸四冲程柴油机提供），正常工作1小时可以将54m3的水抽到20m高处，该水泵机组的效率为40%，下列说法正确的是（ρ水=1.0×103kg/m3，q柴油=4.6×107J/kg，g取10N/kg）（　　）
A．水泵机组对水做的功为1.2×107J
B．水泵机组对水做功的功率为3000W
C．水泵机组消耗柴油的质量为0.46kg
D．单缸四冲程柴油机的压缩冲程将内能转化为机械能
9．在两个相同的烧杯中分别加入100g水和干泥土，先后用同一酒精灯加热，用温度计测量它们的温度变化，记录水和干泥土升高一定温度所需时间如表所示。测得共消耗酒精3g，若水和干泥土单位时间内吸收的热量相等，q酒精=3.0×107J/kg，c水=4.2×103J/（kg·℃）。下列说法正确的是（　　）
升高温度（℃） 水的时间（min） 土的时间（min）
5 2 0.4
10 4 0.8
15 6 1.2
20 8 1.6
25 10 2.0
A．由表可知，吸收相同的热量，土升高的温度较低
B．加热10min，水吸收的热量为4.2×103J
C．干泥土的比热容为c土=1.68×103J/（kg·℃）
D．酒精灯的加热效率为14%
二、填空题
10．煤炭被称为“黑色的金子”，我国在西汉时期最早开采和使用，至今煤炭仍是一种重要的能源，为判断煤炭燃烧品质的优劣，最科学的方法是检验煤炭的 （选填“比热容”“密度”或“热值”）。
11．汽车发动机用水做冷却剂，是因为水的 ；在某次冷却过程中，水箱里5kg的水，温度升高了20℃，水吸收了 J的热量。如图所示是某汽车汽油机的能量流向图，请你根据能量流向图，提出一条提高该汽油机效率的方法： 。[水的比热容为]
12．质量为1kg的酒精和1g的酒精的热值是 （填“相同”或“不同”）的；若完全燃烧420g的酒精放出的热量全部被水吸收，可使 kg的水温度从30℃升高到90℃。[酒精的热值为3.0×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）]
13．如图所示是一台单缸四冲程汽油机的某一冲程，该冲程发生的能量转化是 ，若它每秒对外做功20次，则该汽油机的飞轮转速为 r/min。若该汽油机的效率为30%，完全燃烧10kg汽油放出的热量可以对外做功 J。（汽油的热值为4.6×107J/kg）
14．小聪一家三口使用天然气做饭、洗澡，某月消耗30m3天然气，这些天然气完全燃烧放出的热量是 J。某次洗澡完全燃烧0.42m3天然气，放出的热量使质量为100kg的水温度升高了24℃，则该天然气热水器的热效率是 。[天然气的热值为3×107J/m3，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)]
15．如图所示是在青海省海西州德令哈市建成的熔盐塔式储能光热电站。四周的定日镜将太阳光反射到中央的吸热塔，塔内的低温液态熔盐吸热升温，形成的高温液态熔盐被输送到蒸汽发生器，水吸收热量产生高温水蒸气，推动汽轮发电机组发电。在蒸汽发生器中水通过 的方式增大内能。如果光热电站每天产生的电能是，这相当于完全燃烧 t煤放出的热量。
三、实验题
16．俊俊同学在实验室对热学中的相关实验进行探究。
(1)俊俊同学用相同的酒精灯分别给水和煤油加热（如图甲所示），探究水和煤油的吸热能力。
①组装实验装置时，放置陶土网的铁圈位置和悬挂温度计的铁夹位置的调节非常重要。实验时他应当先调整固定 （填“铁圈”或“铁夹”）的位置；
②在两个相同的烧杯中应加入初温和 相同的水和煤油，实验中用相同的酒精灯加热的目的是：使水和煤油在相同时间内 ；
③水和煤油的温度随时间变化的图像如图乙所示。根据图乙可判断：a物质是 （填“水”或“煤油”），b物质吸热能力较 （填“强”或“弱”）；
(2)如图丙所示，为比较酒精和碎纸片的热值，俊俊用两个相同规格的烧杯装相等质量的水，取质量 （填“相等”或“不相等”）的酒精和碎纸片，分别放入两个燃烧皿中，分别给烧杯加热，直到酒精和碎纸片完全燃尽，通过比较 （填“加热时间”或“水升高的温度”）来确定酒精和碎纸片热值的大小。
四、计算题
17．某款国产轿车如图所示，该轿车在水平公路上以的速度匀速直线行驶，消耗汽油。已知轿车的效率为，汽油的热值为。求：
(1)该轿车匀速直线行驶，消耗的汽油完全燃烧产生的热量；
(2)该轿车匀速直线行驶时牵引力的功率。
五、综合题
18．2024年11月12日，第十五届中国航展在珠海开幕。图是我国自主研制的大型水陆两栖飞机“鲲龙”，具备强大的灭火救援能力，是国家应急救援体系建设中必备的重大航空装备。航展上，“鲲龙”飞机飞行表演525s，消耗航空燃油500kg，发动机的平均功率为。
(1)飞机飞行过程中将航空燃油燃烧放出的内能转化为飞机的 能；
(2)不考虑热量损失，消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量可使多少的水温度升高？
(3)发动机的效率是多少？
《14.3热机的效率》参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
答案 B C D A D A C B D
1．B
【详解】A．热量是过程量，描述时，应描述为吸收热量，即烤肉温度越高，吸收热量越多，故A错误；
B．很远就闻到肉香是扩散现象，说明构成物质的分子在不停运动，故B正确；
C．肉烤熟是通过热传递的方式改变其内能，故C错误；
D．热值是燃料的属性，与燃料是否燃烧无关，故D错误。
故选B。
2．C
【详解】A．为了比较不同燃料的热值，要用相同质量的不同燃料，加热质量相同的同种液体，根据Q=cmΔt，液体升温越高，则燃料放出的热量越多，这种燃料热值越大，故应选择甲、乙两图进行实验，燃料燃烧放出热量的多少，是通过温度计示数的变化来反映的，故A错误；
BC．比较不同物质吸热升温的特点时，需要用相同的加热器加热质量和初温相同的不同种类的物体，所以应对比甲、丙两图；我们使用相同的热源通过加热时间的长短来比较吸热多少，故B错误，C正确；
D．“探究不同物质吸热升温的现象”，在燃烧皿中放入同种燃料，用秒表记录加热时间，用加热时间反映液体吸热的多少；“比较质量相等的不同燃料燃烧放出的热量”，在燃烧皿中放入不同燃料，燃料充分燃烧完后，用温度计记录烧杯中液体的温度，燃料燃烧放出热量的多少，是通过温度计示数的变化来反映的，故D错误。
故选C。
3．D
【详解】A．酒精燃烧将酒精的化学能转化为内能，故A错误；
B．燃气在喷出过程中，对外做功，燃气的内能减小,温度降低，故B错误；
C．酒精燃烧产生的燃气膨胀做功，将盒盖喷出，燃气的内能转化为机械能，与汽油机的做功冲程相同，故C错误；
D．酒精完全燃烧放出的热量为，但在实际的燃烧过程中，酒精不能完全燃烧，所以酒精燃烧放出的热量可能小于6000J，故D正确。
故选D。
4．A
【详解】①改变内能的方式有做功和热传递，羊肉放到开水锅里，吸收热量，逐渐变熟，这是通过热传递改变了它的内能，故①正确；
②根据图可知，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，此冲程为压缩冲程，活塞对汽缸内的气体做功，气体内能增加，气体温度升高，故②正确；
③燃料的热值是燃料的一种特性，燃料的热值与燃料的种类有关， 而与燃料的质量、 体积和是否完全燃烧无关，汽车尾气中的“汽油味”越浓燃料燃烧得越不充分，燃料的热值不变，故③错误；
④使用任何机械都不省功，热机的效率不可能达到100%，我国首艘国产大型邮轮“爱达 魔都”号燃油的利用率不可以达到100%，故④错误。
故A正确，BCD错误。
故选A。
5．D
【详解】A．火箭发动机需要燃料释放大量能量，因此应选择热值大的燃料，而非比热容大的燃料，比热容大与燃料释放的总能量无关，故A错误；
B．热值是燃料的固有属性，与是否充分燃烧无关，燃烧充分只能提高能量利用率，但不会改变热值，故B错误；
C．火箭发动机通过燃料燃烧产生高温高压气体，喷出时对外做功，将内能转化为机械能，属于通过做功获得机械能，而非热传递，故C错误；
D．热机是将内能转化为机械能的装置，火箭发动机通过燃烧燃料获得内能，并转化为机械能，符合热机的定义，故D正确。
故选D。
6．A
【详解】A．由图可知，两气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，故A正确；
B．汽油机做的有用功为
故B错误；
C．该汽油机飞轮每分钟转动1800圈，则每秒转动30圈，该汽油机飞轮转动2圈对外做功一次，则在1s内做功15次，故C错误；
D．根据可知，汽油机消耗的燃料越少，燃料完全燃烧释放的热量越少，做的有用功未知，故效率不一定越高，故D错误。
故选A。
7．C
【详解】A．热值是燃料的一种属性，与燃料的种类有关，与其质量和是否完全燃烧无关，因此酒精灯内酒精的热值随着其质量的减少保持不变，故A错误；
B．当烧瓶内的酒精沸腾时，烧瓶中的水虽然不会达到沸点而沸腾，但一直在蒸发，因此会发生汽化，故B错误；
C．冷凝器管内的酒精蒸汽遇冷由气态变为液态，发生液化，故C正确；
D．冷凝器管外的冷却水吸收热量，温度升高，故D错误。
故选C。
8．B
【详解】A．1h所抽送的水的体积为V=54m3，这些水的重力大小为
这些水被提升的高度为h=20m，对水所做的功为
故A错误；
B．水泵机组对水做功的功率为
故B正确；
C．根据可得，柴油完全燃烧所放出的热量为
则消耗柴油的质量为
故C错误；
D．四冲程柴油机的压缩冲程将机械能转化为内能，故D错误。
故选B。
9．D
【详解】A．由表中数据可知，当加热时间都为2min时，可认为水和土吸收的热量相同，此时水升高的温度为5℃，土升高的温度为25℃，土升高的温度比水高，故A错误；
B．由表中数据可知，加热10min，水吸收的热量为
Q水吸=c水m水ΔT水=4.2×103J/（kg·℃）×0.1kg×25℃=1.05×104J
故B错误；
C．由表中数据可知，加热时间为2min时，干泥土与水吸收的热量相同，则有
Q吸土=c土m土ΔT土=c水m水ΔT水
加热时间为2min时，土的升高温度为25℃，水的升高温度为5℃，水和干泥土的质量相同，将数据代入上式可得土的比热容为
c土=0.2c水=0.84×103J/（kg·℃）
故C错误；
D．由题意可知，本实验消耗的酒精完全燃烧释放的热量为
Q放= q酒精m酒精=0.003kg×3.0×107J/kg=9×104J
由表中的数据可知，本实验结束时水和泥土升高的温度都为25℃，则实验结束时泥土吸收的热量为
Q吸土=c土m土Δt=0.84×103J/（kg·℃）×0.1kg×25℃=2.1×103J
水吸收的热量为
Q吸水=c水m水Δt=4.2×103J/（kg·℃）×0.1kg×25℃=1.05×104J
酒精灯的加热效率为
故D正确。
故选D。
10．热值
【详解】热值是指单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量，反映了燃料燃烧放热的本领，因此判断煤炭品质的优劣，最科学的方法是检验煤炭的热值。
11． 比热容较大 加润滑油，减小摩擦
【详解】[1] 因为水的比热容较大，所以人们选用水作为汽车发动机的冷却剂，升高一定的温度，能够吸收更多的热量。
[2] 根据热量的计算公式，水需要吸收的热量是
[3]由能量流向图可知，机械各部分之间的摩擦损失部分能量，可以针对此提出提高热机效率的措施为加润滑油，减小摩擦。
12． 相同 50
【详解】[1]热值是燃料本身的一种特性，它与燃料的质量以及燃烧条件无关，所以质量为1kg的酒精和1g的酒精的热值相同。
[2]酒精完全燃烧放出的热量
由题意，
由，则水的质量
13． 机械能转化为内能 2400 1.38×108
【详解】[1]由图可知，两个气门都关闭，活塞向上运动，因此是压缩冲程，该冲程发生的能量转化是机械能转化为内能。
[2]汽油机一个工作循环，飞轮和曲轴转2圈，完成4个冲程，对外做功1次，因此若汽油机每秒对外做功20次，则每秒飞轮转40圈，每分钟飞轮转2400圈，因此该汽油机的飞轮转速为2400r/min。
[3]完全燃烧10kg汽油放出的热量Q放=mq=10kg×4.6×107J/kg=4.6×108J
该汽油机的效率为30%，则可以对外做功W=ηQ放=30%×4.6×108J=1.38×108J
14． 9×108 80%
【详解】[1]这些天然气完全燃烧放出的热量Q放=Vq=30m3×3×107J/m3=9×108J
[2]某次洗澡完全燃烧0.42m3天然气，放出的热量Q放1=V1q=0.42m3×3×107J/m3=1.26×107J
水吸收的热量为Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×100kg×24℃=1.008×107J
该天然气热水器的热效率
15． 热传递 48
【详解】[1]在蒸汽发生器中水吸收热量产生高温水蒸气，是通过热传递的方式增大内能。
[2]光热电站每天产生的电能相当于完全燃烧煤的质量为
16．(1) 铁圈 质量 吸收相等的热量 水 弱
(2) 相等 水升高的温度
【详解】（1）[1]由于需要用酒精灯的外焰加热，所以实验装置应按自下而上的顺序组装，应当先调整固定铁圈的位置。
[2][3]为了达到实验目的前提条件是：在两个相同的烧杯中应加入初温相同、质量相同的水和煤油，选取相同的酒精灯可以在相同的时间内提供的热量相同，使水和煤油在相同时间内吸收的热量相同。
[4][5]由图乙可知，a、b两物质加热相同时间后（吸热相同），b物质的温度变化的快，b物质的吸热本领弱，b物质是煤油，a物质是水。
（2）[1]燃料燃烧释放的热量既与燃料的质量有关，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。
[2]将酒精和碎纸片放入两个燃烧皿中，分别给烧杯加热，直到酒精和碎纸片完全燃烧，通过比较水升高的温度比较热值的大小，水升高的温度比较多，说明该燃料的热值较大。
17．(1)
(2)
【详解】（1）由题知轿车匀速直线行驶消耗的汽油为，汽油完全燃烧产生的热量
（2）轿车工作时主要将内能转化为机械能，轿车的效率为。轿车获得的机械能
轿车匀速直线行驶所用的时间
牵引力的功率
18．(1)机械
(2)
(3)
【详解】（1）飞机飞行过程中，燃油燃烧放出的内能转化为飞机的机械能，提供飞行动力。
（2）消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量为
不考虑热量损失，则
由可知，水的质量
（3）发动机做的有用功
发动机的效率

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