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第十四章 内能的利用
能力提优测试卷
时间:60分钟　　满分:100分
题序 一 二 三 四 评卷人 总分
得分
一、填空题(本题共8小题,每空2分,共32分)
1.如图所示,这是我国自主研制的大飞机“运-20”,其使用航空煤油作为燃料,这是因为航空煤油的　　　　(选填“热值”或“比热容”)较大;“运-20”使用的航空发动机　　　　(选填“属于”或“不属于”)热机。
2.当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”,这时发动机的效率　　　　(选填“升高”“不变”或“降低”),此时汽油的热值　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
3.如图所示,这是一位“发明家”设计的一种永动机,设想“利用上水池的水向下的冲力使水轮发电机发电,然后,利用发电机产生的电能驱动抽水机把下水池的水再抽回上水池(在此过程中,水轮发电机产生的部分电能供用电器使用),这样不断循环下去,就可以制成一个永动机”。这个永动机　　　　(选填“能”或“不能”)持续运转。实际中,抽水机和发电机工作时会发热,有一部分能量转化为　　　　能。
4.中华武术和中医药文化是中华文化的瑰宝,其中蕴含了许多物理知识。图甲中与内燃机做功冲程相似的气功动作是　　　　　　;图乙利用艾条燃烧产生的热量刺激人体穴位,达到防病治病的目的,若一根质量为0.05 kg的艾条完全燃烧能放出1.4×106 J的热量,则该艾条的热值为　　　　J/kg。
5.如图所示,这是甲、乙两热机某次做功的参数。甲、乙两热机相比,　　　　热机损失的能量较多,　　　　热机的效率较高。
6.小明在吹气球时,没好好握住吹大了的气球,气球一下就飞出去了,如图甲所示,此过程中发生的能量转化与图　　　　(选填“乙”或“丙”)所示汽油机工作冲程中的能量转化相同;若该汽油机飞轮的转速为1 800 r/min,则汽油机每秒完成　　　　个冲程。
7.《天工开物》中的“生熟炼铁炉”如图所示,古人将铁料熔炼成铁水,炙热的铁水沿管道流入较低处的水塘,完成淬火,最终制成熟铁块。铁的熔点约为1 525 ℃,室温约为25 ℃,在熔炼铁水时,将炉内1 000 kg的铁从室温加热到刚要熔化时,铁吸收的热量是　　　　J,如果铁吸收的热量全部由木炭燃烧提供,木炭的热效率只有30%,则熔炼这么多铁需要　　　　kg的木炭。[假设木炭完全燃烧,c铁=0.46×103 J/(kg·℃),q木炭=3.4×107 J/kg,计算结果保留一位小数]
8.我国新型潜艇以氢燃料电池作为潜艇的备用动力,氢燃料电池比常规的发电机有更多的优势,主要是动力效率高,而且工作时无振动、无噪声。若潜艇携带2.4×103 kg的氢燃料,则这些氢燃料完全燃烧放出的热量为　　　J。若这些热量的80%被用来驱动潜艇航行,且潜艇匀速航行时受到的阻力为2.4×105 N,则该潜艇可匀速航行的距离为　　　m。(q氢=1.4×108 J/kg)
二、选择题(本题共8小题,每小题4分,共32分)
9.如果请你设计一辆在月球上使用的月球车,因月球上没有大气,则以下哪个动力装置在月球上可以用 (　　)
A.柴油机 B.汽油机
C.喷气式发动机 D.电动机
10.关于能量转化,下列说法不正确的是 (　　)
A.电饭锅工作时,将内能转化为电能
B.电风扇工作时,将电能主要转化为机械能
C.水果电池供电时,将化学能转化为电能
D.核电站发电时,将核能转化为电能
11.光发动机可用于卫星的能源补充,其原理如图所示,密闭化学反应室中N2O4在光照下会分解,使反应室气压增大,推动活塞右移,无光条件下发生逆反应,控制光照即可实现活塞往复运动。活塞右移过程相当于汽油机的 (　　)
A.吸气冲程
B.压缩冲程
C.做功冲程
D.排气冲程
12.如图所示,用蒸锅在天然气灶上烧水蒸包子的过程中,下列说法正确的是 (　　)
A.天然气燃烧越充分,其热值越大
B.包子的温度越高,其所含热量越多
C.蒸包子是通过做功的方式改变包子的内能
D.天然气燃烧的过程中将化学能转化为内能
13.如图所示,这是某汽油机的主要能量流向和相关参数图,下列说法正确的是 (　　)
A.有用机械能所占比例最大
B.废气带走能量占比为25%
C.该汽油机的效率为35%
D.减小机械摩擦不能提高汽油机的效率
14.如图所示,这是四冲程汽油机工作时某个冲程的示意图,下列说法正确的是 (　　)
A.该冲程是排气冲程
B.该冲程气缸内的物质只有空气
C.该冲程中机械能转化为内能
D.该冲程气缸内物质的内能在减小
15.在某学校科技运动会上,比赛设有水火箭比高等项目。如图甲所示,这是小明用可乐瓶制作的水火箭,图乙是水火箭的示意图。小明先在瓶里装适量水,然后将带有阀门的金属管插入瓶塞,旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气,打开阀门后,水从尾部的金属管向下喷出,水火箭向上飞向空中。下列分析错误的是 (　　)
A.使用打气筒打气时,能量转化的过程与汽油机的压缩冲程相同
B.水从水火箭中喷出相当于内燃机的排气冲程
C.水火箭升空过程中,高压气体的内能转化为水火箭的机械能
D.在整个过程中,能量的总量保持不变
16.下列关于如图所示的某单缸四冲程汽油机的说法中,正确的是 (　　)
A.靠飞轮的惯性完成的冲程是甲、乙、丁
B.四冲程内燃机一个工作循环中的工作过程依次是丁、丙、甲、乙
C.若飞轮转速为3 000 r/min,则该汽油机1 s能做功25次
D.丁图中气缸内气体的温度会降低
三、实验探究题(本题共1小题,共18分)
17.关于燃料的热值,某同学做了以下实验,如图所示,甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量都是10 g,烧杯内的液体质量也相同。
(1)比较不同燃料的热值,应选择　　　　两图进行实验。可通过　　　　　　　　　反映热值的大小。
(2)假如燃料1为酒精,其热值为3×107 J/kg,完全燃烧10 g酒精放出的热量为　　　　J。假如液体a为水,小明根据实验数据利用公式算出了水吸收的热量,结合“10 g酒精”这一数据算出了酒精的热值,这种做法　　　　(选填“可靠”或“不可靠”),理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)选用　　　　两图进行实验,可探究“比较不同种类物质的吸热能力”。
四、计算题(本题共2小题,每小题9分,共18分)
18.李华家新装的天然气热水器如图所示,铭牌标注能效等级为2级。国家规定能效等级为2级的热水器,其热效率值不低于88%。李华想通过洗澡来估测一下这款天然气热水器的能效等级是否达标,于是他将天然气热水器的温度设定在40 ℃(水从热水器流出的温度),某次洗澡用水90 kg,洗澡一次使用天然气0.2 m3。已知进入热水器的冷水温度为5 ℃。[水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值q=7×107 J/m3]
(1)求消耗的天然气完全燃烧放出的热量。
(2)求水吸收的热量。
(3)通过计算判定该款热水器能效等级是否达标。
19.水上摩托是集高科技、观赏、竞技和惊险刺激于一体的水上运动。如图所示的摩托艇油箱容积为10 L,加满一次燃油最多能使摩托艇以20 m/s的速度匀速航行1 h,该过程中牵引力做的功为1.44×108 J。[ρ燃油=0.8×103 kg/m3,q燃油=4.5×107 J/kg,c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(1)摩托艇一满箱燃油完全燃烧放出的热量为多少
(2)该过程中摩托艇发动机的热机效率是多少
(3)若一满箱燃油完全燃烧放出热量的70%被水吸收,可将多少千克水的温度从20 ℃升高到80 ℃
参考答案
一、填空题
1.热值　属于　解析:“运-20”使用航空煤油作为燃料,是因为航空煤油具有较高的热值,完全燃烧相同质量的航空煤油时,可以放出更多的热量;航空发动机属于热机的一种。
2.降低　不变　解析:当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”,此时汽油的热值不变,由于尾气中带走的热量过多,因此发动机的效率降低。
　　燃料的热值是燃料本身的一种特性,与燃料的质量及燃烧条件无关。燃料燃烧得越充分,燃料的燃烧效果越好,不能说其热值越大。
3.不能　内　解析:因为抽水发电,发电又抽水的过程中,机械能与电能相互转化,在此过程中,有部分机械能和部分电能会转化为内能,即机械能和电能都会逐渐减少,所以机械能和电能的总量不守恒,发电机和抽水机就不可能不停地运转下去,不可能永远有供用电器工作的电。
4.排山倒海　2.8×107　解析:图中排山倒海是将内能转化为机械能,内燃机的做功冲程中将内能转化为机械能;艾条的热值q===2.8×107 J/kg。
5.乙　甲　解析:由图可知,甲热机损失的能量为500 J,乙热机损失的能量为5 000 J,因此乙热机损失的能量较多。甲热机的效率η甲===50%,乙热机的效率η乙==≈33.3%,所以甲热机的效率较高。
6.丙　60　解析:图甲中气球喷出气体时,球内气体对气球做功,气体的内能转化成气球的机械能;在图丙中,进气门和排气门都关闭,活塞向下运动,属于汽油机的做功冲程,该冲程中,高温高压的燃气推动活塞做功,将内能转化为机械能,与图甲所示现象中的能量转化是一致的;因为汽油机在1个工作循环中,飞轮转动2圈,对外做功1次,完成4个冲程,所以该汽油机飞轮的转速为=30 r/s,则汽油机每秒完成60个冲程。
7.6.9×108　67.6　解析:铁吸收的热量Q吸=c铁m(t-t0)=0.46×103 J/(kg·℃)×1 000 kg×(1 525 ℃-25 ℃)=6.9×108 J,木炭完全燃烧放出的热量Q放===2.3×109 J,需要木炭的质量m木炭==≈67.6 kg。
8.3.36×1011　1.12×106　解析:氢燃料完全燃烧放出的热量Q放=mq氢=2.4×103 kg×1.4×108 J/kg=3.36×1011 J;潜艇动力做的有用功W=ηQ放=80%×3.36×1011 J=2.688×1011 J,潜艇匀速航行时受到的阻力为2.4×105 N,则潜艇所受的牵引力F=f=2.4×105 N,根据W=Fs可知,潜艇可匀速航行的距离s===1.12×106 m。
二、选择题
9 10 11 12 13 14 15 16
D A C D C C B C
9.D　解析:月球表面没有空气,燃料不能燃烧,所以柴油机、汽油机、喷气式发动机都不能使用,可以使用电动机。
10.A　解析:电饭锅工作时,将电能转化为内能;电风扇工作时,将电能主要转化为机械能;水果电池工作时,将化学能转化为电能;核电站发电时,将核能转化为电能。
11.C　解析:当太阳光照射时,反应室内发生化学反应,导致室内气压增大,这时将化学能转化为内能,内能再转化为机械能,从而推动活塞移动,相当于汽油机的做功冲程。
12.D　解析:热值是燃料本身的一种特性,热值由燃料本身决定,与燃料是否充分燃烧无关,故A选项错误;热量是一个过程量,不能用“含有”“具有”来描述,故B选项错误;蒸包子时,包子吸收热量,内能增大,温度升高,这是通过热传递的方式改变包子的内能,故C选项错误;天然气燃烧的过程中将化学能转化为内能,故D选项正确。
13.C　解析:由甲、乙两图可知,燃料完全燃烧的内能转化的有用机械能占比为35%,即该汽油机的效率为35%;废气带走的能量占比为40%,机械自身消耗的能量占比为25%,故A、B选项错误,C选项正确;减小机械摩擦能提高汽油机的效率,故D选项错误。
14.C　解析:由图可知,汽油机的两气门都关闭,活塞上行,是压缩冲程,故A选项错误;汽油机在吸气时,吸入的是汽油和空气的混合物,所以该冲程气缸内的物质是汽油和空气的混合物,故B选项错误;汽油机在压缩冲程中,压缩混合气体做功,将机械能转化为内能,混合气体的温度升高、内能增加,故C选项正确,D选项错误。
15.B　解析:向打气筒内打气的过程中,将机械能转化为内能,汽油机的压缩冲程中将机械能转化为内能,能量转化的过程是相同的,故A选项正确;水从水火箭中喷出时,里面的气体对外做功,相当于内燃机的做功冲程,故B选项错误;水火箭升空过程中,高压气体的内能转化为水火箭的机械能,故C选项正确;根据能量守恒定律可知,在整个过程中,能量的总量是保持不变的,故D选项正确。
16.C　解析:甲图中两气门都关闭,活塞下行,火花塞点燃,是做功冲程;乙图中进气门打开,排气门关闭,活塞下行,是吸气冲程;丙图中,进气门关闭,排气门打开,活塞上行,是排气冲程;丁图中两气门都关闭,活塞上行,是压缩冲程,所以正确的排序是乙、丁、甲、丙;内燃机的一个工作循环有四个冲程,只有在做功冲程中使汽车获得动力,此冲程中内能转化为机械能,其他三个冲程均为辅助冲程,依靠飞轮的惯性完成,即依靠飞轮的惯性完成的冲程是乙、丙、丁,故A、B选项错误。四冲程汽油机飞轮的转速为3 000 r/min,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,所以该汽油机1 s飞轮转50圈,共25个工作循环,完成100个工作冲程,对外做功25次,故C选项正确;丁图是压缩冲程,此冲程中机械能转化为内能,气缸内气体的内能增加,温度升高,故D选项错误。
　　“1421”巧记汽油机的工作过程:1个工作循环,4个冲程,2次能量转化,1次做功。可根据气门的开闭和活塞的运动方向来判断汽油机的四个冲程。
三、实验探究题
17.(1)甲、乙　温度计示数的变化　(2)3×105　不可靠　酒精不能完全燃烧且燃烧放出的热量没有全部被水吸收　(3)甲、丙
四、计算题
18.解:(1)天然气完全燃烧放出的热量Q放=qV=7×107 J/m3×0.2 m3=1.4×107 J。 (3分)
(2)水吸收的热量Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×90 kg×(40 ℃-5 ℃)=1.323×107 J。 (3分)
(3)热水器的热效率η===94.5%>88%,因此该款热水器能效等级达标。 (3分)
19.解:(1)油箱容积V=10 L=0.01 m3,根据ρ=,一满箱燃油的质量m=ρ燃油V=0.8×103 kg/m3×0.01 m3=8 kg,一满箱燃油完全燃烧放出的热量Q放=q燃油m=4.5×107 J/kg×8 kg=3.6×108 J。 (3分)
(2)摩托艇发动机的热机效率η===40%。 (3分)
(3)根据题意可得,水吸收的热量Q吸=70%Q放=70%×3.6×108 J=2.52×108 J,由Q吸=cmΔt可得,水的质量m水===1 000 kg。 (3分)
　　有关效率问题的计算:
有用功 总功 效率
热水器效率问题 燃气热水器 Q吸=cmΔt Q放=Vq η=
太阳能热水器 W太阳=PSt η=
汽车效率问题 燃油汽车 W机=Fs 或 W机=P车t Q放=mq η=
太阳能汽车 W太阳=PSt η=

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