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第十四章　内能的利用

考点一　汽油机及柴油机（“两转一次功”）
典例1　关于汽油机，下列说法中错误的是（　　）
A. 有火花塞，没有喷油嘴
B. 吸气冲程只吸入空气
C. 采用点燃式点火方式
D. 常用在小汽车、轻型摩托车上
解析：汽油机有火花塞，没有喷油嘴，柴油机顶部有喷油嘴，故A正确；汽油机吸气冲程中进入汽缸的是汽油和空气的混合物，故B错误；汽油机的点火方式叫点燃式，柴油机的点火方式叫压燃式，故C正确；汽油机常用在小汽车、轻型摩托车上，故D正确。
答案：B

1. （2022·牡丹江海林校级期中）一台单缸四冲程柴油机飞轮的转速是3.6×103r/min，则该柴油机每秒钟（　B　）
A. 完成60个工作穴环，120个冲程
B. 做功30次，活塞往复60次
C. 完成60个工作穴环，60个冲程
D. 做功1200次，活塞往复1200次
B
2. 2022年4月16日，“神舟十三号”的航天员翟志刚、王亚平、叶光富乘返回舱顺利归来。返回舱在下落过程中的能量转化与下列四个冲程相同的是（　A　）
A
考点二　热机效率
典例2　（2022·北京东城期末）某汽油机工作时的能量损失情况如下：汽缸散热损失的能量占30%，废气带走的能量占35%，机械摩擦及其他损耗的总能量占10%。已知汽油热值为4.6×107J/kg。下列说法中，正确的是（　　）
A. 该汽油机的工作效率是25%，工作时汽油燃烧释放能量的75%转化为机械能
B. 若该汽油机消耗2kg汽油，则获得的机械能为2.3×107J
C. 若该汽油机消耗2kg汽油，则损失的能量为3.22×107J
D. 经过不断改进和创新，汽油机的效率可以提高到100%
解析：该汽油机的工作效率是η＝1－30%－35%－10%＝25%，工作时汽油燃烧释放能量的25%转化为机械能，故A错误；若该汽油机消耗2kg汽油，则产生的热量Q放＝mq＝2kg×4.6×107J/kg＝9.2×107J，由η＝×100%得，获得的机械能W有＝ηQ放＝25%×9.2×107J＝2.3×107J，故B正确；若该汽油机消耗2kg汽油，则损失的能量Q损耗＝Q放－W有＝9.2×107J－2.3×107J＝6.9×107J，故C错误；由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于100%，汽油机的效率不可以提高到100%，故D错误。
答案：B
方法归纳
热机能量损失的因素与提高效率的方法
　　热机在工作过程中造成能量损失的因素：① 燃料很难全部燃烧；② 排出的废气带走能量；③ 热机部件要散热；④ 运转克服机件之间的摩擦要消耗能量。提高热机效率的方法：① 尽量让燃料充分燃烧；② 设法利用废气的能量；③ 减少能量损失；④ 保证良好的润滑。

3. 汽车排气量是指发动机汽缸的工作容积，一般情况下，汽车排气量越大，功率越大，空燃比是指汽缸内空气和燃油的质量比。如表所示为某汽车发动机上铭牌的数据，当汽车以100km/h的速度匀速运动时，根据表中数据求汽车发动机的效率。（结果精确到0.1%）
1min做功次数 排气量 发动机最大功率
2600 1.8L 75kW
汽缸内汽油和空气的混合密度 热　值 空燃比
1.35kg/m3 4.6×107J/kg 14∶1
解：由ρ＝得，做一次功消耗燃气的质量m燃气＝ρV＝1.35kg/m3×1.8×10－3m3＝2.43×10－3kg，因为空燃比是14∶1，所以做一次功消耗的汽油质量m汽油＝2.43×10－3kg×＝1.62×10－4kg，由q＝得，1min内汽油完全燃烧释放的热量Q＝nm汽油q＝1.62×10－4kg×4.6×107J/kg×2600＝1.93752×107J，则根据P＝可知，发动机所做的有用功W＝Pt＝75000W×60s＝4.5×106J，所以发动机的效率η＝×100%＝×100%≈23.2%
4. （2022·肇庆端州校级期中）无人驾驶清扫车利用激光雷达、超声波雷达等多种传感器相融合的感知系统和嵌入式车规级处理器来工作，具有自动遇障暂停、自动避障绕障、自动驾驶清扫、自动驾驶喷雾打药与防疫等功能，如图所示为一款远程无人驾驶清扫车，在城郊一段平直的公路上匀速行驶并清扫路面的场景，在该路段匀速行驶1600m，消耗汽油0.2kg。若清扫车此时的质量保持1.15×103kg不变，行驶中受到的阻力为车重的。求：（q汽油＝4.6×107J/kg，g取10N/kg）
（1） 0.2kg汽油完全燃烧放出的热量。
（第4题）
解：（1） 0.2kg汽油完全燃烧放出的热量Q放＝m汽油q汽油＝0.2kg×4.6×107J/kg＝9.2×106J
（2） 在此过程中清扫车牵引力做的功。
解：（2） 清扫车行驶中受到的阻力f＝0.01G＝0.01m车g＝0.01×1.15×103kg×10N/kg＝115N；由于匀速行驶，清扫车的牵引力和受到的阻力是一对平衡力，大小相等，所以清扫车的牵引力F＝f＝115N；此过程中牵引力做的功W＝Fs＝115N×1600m＝1.84×105J
（3） 清扫车发动机的效率。
解：（3） 清扫车发动机的效率η＝×100%＝
×100%＝2%
（第4题）

1. （2022·南通崇川校级四模）如图所示为“探究不同物质吸热升温现象”和“比较不同燃料燃烧时放出的热量”的实验，关于这两个实验，下列说法中正确的是（　B　）
A. 研究对象都是容器中被加热的物体
B. 图甲是通过加热时间来反映物体吸收热量的多少，图乙是通过温度计上升的示数来比较燃料燃烧放出热量的多少
C. 甲、乙两实验中都要控制燃料的质量相同，被加热物体的质量相同
D. 除了图中所示的测量器材，两个实验都要用到天平和停表
B
2. （2022·广州）下列选项中，可能符合汽车热机能量流向的是（　D　）
D
3. （2022·日照）小明用塑料瓶进行了如下探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（如图甲）；扭转瓶子（如图乙）；轻轻拧开瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾（如图丙）。如图乙和图丙所示的过程分别与四冲程内燃机连续的两个冲程相似，这两个冲程是（　B　）
A. 吸气冲程和压缩冲程
B. 压缩冲程和做功冲程
C. 做功冲程和排气冲程
D. 压缩冲程和排气冲程
B
4. （2022·黄冈黄州校级期中）关于四冲程汽油机，下列说法中正确的是（　C　）
A. 吸气冲程中，只有空气进入汽缸
B. 压缩冲程中，汽缸内物体的内能不变
C. 做功冲程中，燃料释放的能量只有一小部分转化为机械能
D. 排气冲程中，废气带走了极少部分燃料释放的能量
5. 下列关于能量转化和守恒的说法，正确的是（　B　）
A. 植物吸收太阳光进行光合作用，是化学能转化为光能
B. 水电站里的水轮机带动发电机发电，是机械能转化为电能
C. 在太阳内部，氢原子核在超高温下发生裂变释放出巨大的核能
D. 永动机是可以制成的
C
B
6. （2022·天津模拟）比较四冲程汽油机和柴油机的工作，下列说法中，正确的是（　C　）
A. 汽油机的吸气冲程：只吸入空气
B. 柴油机的压缩冲程：汽缸内温度降低
C. 汽油机飞轮转动两周，对外做功一次
D. 柴油机燃料燃烧不充分，效率较低
7. 某型号汽油机工作时的热损失情况是：汽缸散热损失30%，废气带走35%，机械摩擦损耗10%。由于汽油容易挥发等原因其利用率只有90%，则2kg能利用的汽油完全燃烧（热值为4.6×107J/kg）获得的机械能是（　D　）
A. 0.09×107J B. 3.39×107J
C. 0.88×107J D. 2.07×107J
C
D
8. 某型号汽车在车型测试中，在一段平直的公路上以80km/h的速度匀速行驶了6km，消耗汽油1.5L（1L＝1dm3），已知汽油的密度ρ汽油＝0.7×103kg/m3，热值q汽油＝4.5×107J/kg。假设汽油完全燃烧，汽油机的效率为40%，在此过程中（　D　）
A. 汽油的热值减小
B. 消耗汽油1.5kg
C. 汽油完全燃烧放出的热量为3.5×1010J
D. 汽车受到3.15×103N的阻力
D
9. 在“比较不同燃料热值”的实验中，小明利用如图所示完全相同的两套实验装置，分别在燃烧皿中放入质量相同的燃料甲和燃料乙，点燃后对质量都为100g和初温都为20℃的水加热。燃烧相同时间后，用燃料甲加热后的水温度为30℃，另一杯水的温度为24℃，此过程水的内能 　增大　 （填“增大”或“减小”）。此时 　不能　 （填“能”或“不能”）说明甲的热值较大，理由是 　相同时间内消耗两种燃料的质量不一定相等　 。
增大　
不能
相同时间内消耗两种燃料的质
量不一定相等　
10. 水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），表示的物理意义是 　1kg的水温度升高（或降低）1℃，吸收（或放出）的热量是4.2×103J　 。4kg的水温度由20℃升高到50℃吸收的热量为 　5.04×105　 J。若天然气完全燃烧放出热量的30%被水吸收，则此过程至少需要燃烧 　0.042　 m3的天然气。[q天然气＝4×107J/m3，c水＝4.2×103J/（kg·℃）]
11. “可燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发和使用潜力，在相同条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量可达到天然气的数十倍。如果“可燃冰”的热值是天然气的10倍，设天然气的热值为4.2×107J/kg，完全燃烧0.5kg“可燃冰”放出的热量为 　2.1×108　 J；若在不考虑热量损失的情况下，这些热量能使800kg、45℃的水刚好达到沸点，则此时水的沸点是 　107.5　 ℃，水面上方的气压 　大于　 （填“大于”“小于”或“等于”）标准大气压。[c水＝4.2×103J/（kg·℃）]
1kg的水温度升高（或
降低）1℃，吸收（或放出）的热量是4.2×103J　
5.04×105　
0.042　
2.1×108　
107.5　
大于　
12. （2022·杭州模拟）如图所示为A、B两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量m的关系图，从图中可看出A燃料的热值 　小于　 （填“大于”“小于”或“等于”）B燃料的热值，在标准大气压下，若一定质量的B燃料完全燃烧释放的热量为4.9×106 J，其中有60%的热量被质量为10kg、初始温度为38℃的水吸收，c水＝4.2×103J/（kg·℃），则水的温度将升高到 　100　 ℃。
（第12题）
小于　
100　
13. （2022·珠海香洲校级月考）（1） 一台单缸四冲程柴油机，飞轮的转速为3000r/min，该柴油机活塞1s对外做功 　25　 次。若其效率为40%，则消耗5kg的柴油转化成的机械能是 　8.6×107　 J。（q柴油＝4.3×107J/kg）
（2） 汽车制动时，由于摩擦使动能转化为内能，这些内能 　不能　 （填“能”或“不能”）自动地再次用于开动汽车。可见，能量的转化和转移具有方向性。
14. （2021·西宁）拦河大坝使上游水位升高，提高了水的 　重力势　 能。水从大坝的上游流下时冲击水轮机发电，该过程中水的能量最终转化为 　电　 能。
25　
8.6×107　
不能　
重力势　
电　
15. 一台单缸四冲程汽油机的能量流向如图所示，该汽油机的热机效率为 　30　 %。请你提出一条提高热机效率的措施： 　加润滑油以减小机械部件之间的摩擦（合理即可）　 。当小汽车以120km/h的速度在水平路面上匀速行驶时，发动机的实际功率为30kW。若小汽车行驶的距离为100km，汽油的热值q＝4.6×107J/kg，则该汽油机在这段路程中消耗汽油的质量是 　6.5　 kg（结果保留一位小数）。
30　
加润滑油以减小机械部件之间的摩擦（合理
即可）　
6.5　
16. （2022·菏泽曹县期中）如图所示的可燃冰是一种天然气水合物，因其外观像冰，遇火即燃，因此被称为“可燃冰”。可燃冰燃烧后仅生成少量的二氧化碳和水，产生的污染远小于煤、石油等，且储量巨大，因此被国际公认为煤、石油等的替代能源。1m3可燃冰分解后，可释放出约160m3天然气，已知q天然气＝2.1×107J/m3，c水＝4.2×103J/（kg·℃）。
（1） 1m3可燃冰释放出的天然气完全燃烧，放出的热量约是多少？
解：（1） 由题知，1m3可燃冰分解后，可释放出约160m3天然气，这些天然气完全燃烧产生的热量Q放＝q天然气V＝2.1×107J/m3×160m3＝3.36×109J
（第16题）
（2） 这些热量可以使多少千克的水从20℃升温到100℃？
解：（2） 由Q吸＝c水m水（t－t0）可得，水的质量m水＝＝＝1×104kg
（第16题）

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