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第十四章　内能的利用
姓名________　得分________　评价________
一、选择题(本大题共10小题，每小题3分，共30分)
1．以下机械属于内燃机的是( )
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.火箭喷气发动机 B．汽油机
C．滑轮组 D．洗衣机
2．下列事例中，属于能量转移的是( )
A.两手相互搓一搓，手心发热
B．水沸腾后，壶盖被水蒸气顶起
C．用嘴对手心吹气，手心变热
D．流星与空气摩擦，发光发热
3．下列关于能量守恒和转化的说法正确的是( )
A.风力发电，说明能量可以凭空产生
B．汽车刹车，说明能量可以凭空消失
C．木炭燃烧，说明光能可以转化为化学能
D．钻木取火，说明机械能可以转化为内能
4．下列关于热机的说法中正确的是( )
A．火箭使用液态氢作燃料，是因为它含有的热量多
B．汽油机的气缸顶部有一个喷油嘴
C．热机所用燃料的化学能转化成的内能越多，效率越高
D．汽油机和柴油机工作时它们点火的方式不同
5．如图所示是四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，下列关于该冲程及其能量转化判断正确的是( )
A.做功冲程，将机械能转化为内能
B．做功冲程，将内能转化为机械能
C．压缩冲程，将机械能转化为内能
D．压缩冲程，将内能转化为机械能
6．热机效率的高低，决定于( )
A．热机功率的大小，功率越大，热机效率越高
B．热机的燃料的热值，燃料热值大的放出热量多，效率就高
C．热机对燃料的利用率，利用率高的热量损失少，效率就高
D．热机做功的本领，做功本领大的效率就一定高
7．家用汽车常用汽油机提供动力，以下有关说法正确的是( )
A.汽油燃烧时它的热值减小
B．汽油机的冷却液温度越高，含有的热量越多
C．汽油机的做功冲程，内能转化为机械能
D．汽车尾气的汽油味越浓说明汽油燃烧越充分
8．如图所示是某科技馆的一台“永动机”，它由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，进入热水后因叶片伸展“划水”而转动，离开热水后形状记忆合金迅速复原。关于该“永动机”的说法正确的是( )
A.科技发展制造了永动机
B．转动会使水温升得更高
C．“永动机”依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
D．水的内能转化为转轮的机械能
9．将装有酒精的金属管固定在桌子上，并用塞子塞紧管口，快速来回拉动绕在管上的绳子，过一会儿塞子跳起来，金属管口有雾。如图所示，关于这一过程，下列说法中错误的是( )
A．拉动绳子的过程中，金属管温度升高，内能增加
B．塞子跳起的现象和内燃机中的做功冲程相似
C．“雾”是酒精气体对外做功后温度降低，汽化成小液滴造成的
D．塞子跳起时，管内气体的内能转化为塞子的机械能
10．(多选)某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9 km，用时5 min 45 s，消耗燃油1.5 kg，已知汽车的牵引力是2 000 N，燃油的热值为4.6×107 J/kg，假设燃油完全燃烧。通过计算可知，下列结果正确的是( )
A.汽车行驶速度是72 km/h
B．消耗的燃油完全燃烧放出的热量是6.8×107 J
C．汽车发动机的效率是20%
D．汽车牵引力做功的功率是30 kW
二、填空题(本大题共6小题，每空1分，共15分)
11．如图所示，图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图，图E、F是演示实验的示意图。B图是__ __冲程，与它原理相同的是__ __图所示的演示实验。
12．用固体燃料运载火箭把人造卫星成功送上太空，火箭发射时要选用热值__ __(填“大”或“小”)的固体燃料；燃料的质量减少，热值__ __(填“变小”“变大”或“不变”)；燃料燃烧产生的内能__ __(填“大于”“小于”或“等于”)火箭增加的机械能。
13．焦炭的热值为3.0×107 J/kg，它的物理意义是__ _ _ __；完全燃烧__ __kg的焦炭放出的热量能使50 kg水的温度升高60 ℃。[不计热量损失，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
14．某台单缸四冲程汽油机的转速为1 200 r/min，在1 s内汽油机对外做了__ __次功。如果汽油机在某段时间内消耗了400 g汽油，则汽油完全燃烧可放出热量为__ __J。(q汽油＝4.6×107 J/kg)
15．一台四冲程汽油机，除了__ __冲程，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性来完成的；已知所用汽油的热值是4.6×107 J/kg，完全燃烧2 g汽油所释放的热量是__ __J；若热机效率为40%，燃烧2 g汽油转化的机械能是__ __J。
16．氢能源作为新型能源，其热值大，有着巨大的开发使用潜力。1 kg氢能源完全燃烧放出的热量为__ __J。若这些热量有21%被水吸收，可以使__ __kg的水从20 ℃升高到70 ℃。与化石能源相比，“氢能源”的优势还有__ __(写出一个即可)。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q氢＝1.43×108 J/kg]
三、作图与简答题(本大题共2小题，共9分)
17．(4分)如图所示，图甲为四冲程内燃机吸气冲程的示意图，图中画出了吸气冲程中活塞与曲轴的位置和进气门、排气门的开闭情况。请在图乙中画出压缩冲程中活塞运动的方向(用“↑”或“↓”表示)和进气门、排气门的开闭情况。
18．(5分)热机的发明及使用，使人们实现了日行千里的梦想，现代的交通运输工具(如：汽车、飞机等)都依靠它来提供动力，有力地推动了社会的高速发展。
(1)汽车发动机工作时，使用水来充当冷却剂，主要是利用了水的什么特性？
(2)热机的使用既给人们带来便利，也对环境造成了一定的不利影响。请你从环保的角度提出两条减少热机不利影响的建议。
答：(1)汽车发动机工作时，使用水来充当冷却剂，主要是利用了水的比热容大的特性。
(2)改善交通环境方面：增修或拓宽道路；对特别拥堵的交通路段，采取限行，比如同一天只允许单号或双号车行驶；鼓励人们外出尽可能乘坐公交车。减小空气污染方面：植树造林增加绿地；提高汽车尾气的净化技术；汽车采用清洁能源技术。
四、实验探究题(本大题共1小题，共14分)
19．(14分)某同学学习了燃料的热值后，自己设计了一个实验来“探究煤油和菜籽油的热值大小关系”。他实验时组装了如图所示的两套规格完全相同的装置，并每隔1 min记录一次杯中水的温度(见下表)：
加热的时间/min 0 1 2 3 4 5 6
甲杯水温/℃ 25 27 29 31 33 35 37
乙杯水温/℃ 25 26 27 28 29 30 31
(1)在安装、调整实验器材时，科学合理的顺序是(甲图中)先调整固定__ __的位置，再调整固定__ __的位置。(均填“A”或“B”)
(2)为了保证实验结论的可靠性，实验时应控制两套装置中相同的量有加热时间和水的__ __、__ __。
(3)本实验是通过__ __来反映热值大小的，通过表中记录的数据，你认为煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是__ __。
(4)该同学实验前用天平测出了烧杯中水的质量及两油灯中燃料的质量，并由记录的数据，利用公式Q吸＝cm(t－t0)计算出了水吸收的热量，他认为通过这些数据能准确地计算出煤油和菜籽油的热值。你认为他的计算结果可靠吗？为什么？__ __。
五、综合应用题(本大题共2小题，共32分)
20．(16分)(工程实践)阅读短文，回答问题。
C919
我国研制的大客机C919机舱内覆有一层高孔率“超细航空级玻璃棉”，能很好地保温与吸收噪声，其单丝纤维直径只有3～5 μm，1 m3的质量为5 kg。机舱内先进的“呼吸系统”，使飞机在气压只有2.5×104 Pa左右的万米高空时，能将机外－50 ℃以下的冷空气不断压缩，使送入舱内的空气温度达到50 ℃以上，同时系统依靠传感器的自动控制，使舱内气压和温度达到舒适值。该飞机有较大的翼载，翼载指飞机的最大起飞质量与机翼面积的比值；机上搭载的新一代涡扇发动机的热效率和推进效率比一般客机高，所谓热效率是指发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推进效率则是指发动机传递给飞机的推进功(推力所做的功)与其获得的机械能之比。(如表所示是飞机的部分技术参数，燃油热值为4.6×107 J/kg)
最大起飞质量 72.5 t 客舱内气压 8.0×104 Pa
巡航速度 920 km/h 发动机巡航推力 3.6×104 N
(1)C919在起飞的过程中，将燃料燃烧产生的内能转化为客机的__ __。
(2)机舱内先进的“呼吸系统”将机外－50 ℃以下的冷空气不断压缩，使送入舱内的空气温度达到50 ℃以上，这个过程中，是通过__ __方式使空气的内能增加。
(3)若客机在平流层匀速飞行时，耗油1 000 kg，则这些燃油完全燃烧放出的热量为__ __J。
(4)若客机以巡航速度匀速飞行1 h共消耗2 500 kg燃油，当热效率为50%时，推进效率为__ __。21.(16分)某油电混合动力汽车工作原理如图所示，当它以90 km/h的速度匀速行驶10 min的过程中，发动机和驱动电机共同为汽车提供动力，驱动汽车行驶所需的能量E1＝3×107 J，其中η1＝60%来自于汽油燃烧，而汽油燃烧放出热量的η2＝40%用于驱动汽车行驶和对蓄电池充电，其中用于充电的能量E2＝2×106 J，设汽油在发动机气缸内完全燃烧，汽油热值取q＝5×107 J/kg。
(1)当该汽车制动刹车时，驱动电机会反转为发电机给蓄电池充电，产生的电能是从汽车的__ __能转化而来的。
(2)求题述过程中汽车受到的阻力。
(3)题述过程中，汽车所消耗汽油的质量用m表示。
①求汽车所消耗汽油的质量m；
②请将下列表达式填写完整：η1E1＝__ __(用q、m、η2和E2表示)。第十四章　内能的利用
姓名________　得分________　评价________
一、选择题(本大题共10小题，每小题3分，共30分)
1．以下机械属于内燃机的是(B)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.火箭喷气发动机 B．汽油机
C．滑轮组 D．洗衣机
2．下列事例中，属于能量转移的是(C)
A.两手相互搓一搓，手心发热
B．水沸腾后，壶盖被水蒸气顶起
C．用嘴对手心吹气，手心变热
D．流星与空气摩擦，发光发热
3．下列关于能量守恒和转化的说法正确的是(D)
A.风力发电，说明能量可以凭空产生
B．汽车刹车，说明能量可以凭空消失
C．木炭燃烧，说明光能可以转化为化学能
D．钻木取火，说明机械能可以转化为内能
4．下列关于热机的说法中正确的是(D)
A．火箭使用液态氢作燃料，是因为它含有的热量多
B．汽油机的气缸顶部有一个喷油嘴
C．热机所用燃料的化学能转化成的内能越多，效率越高
D．汽油机和柴油机工作时它们点火的方式不同
5．如图所示是四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，下列关于该冲程及其能量转化判断正确的是(B)
A.做功冲程，将机械能转化为内能
B．做功冲程，将内能转化为机械能
C．压缩冲程，将机械能转化为内能
D．压缩冲程，将内能转化为机械能
6．热机效率的高低，决定于(C)
A．热机功率的大小，功率越大，热机效率越高
B．热机的燃料的热值，燃料热值大的放出热量多，效率就高
C．热机对燃料的利用率，利用率高的热量损失少，效率就高
D．热机做功的本领，做功本领大的效率就一定高
7．家用汽车常用汽油机提供动力，以下有关说法正确的是(C)
A.汽油燃烧时它的热值减小
B．汽油机的冷却液温度越高，含有的热量越多
C．汽油机的做功冲程，内能转化为机械能
D．汽车尾气的汽油味越浓说明汽油燃烧越充分
8．如图所示是某科技馆的一台“永动机”，它由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，进入热水后因叶片伸展“划水”而转动，离开热水后形状记忆合金迅速复原。关于该“永动机”的说法正确的是(D)
A.科技发展制造了永动机
B．转动会使水温升得更高
C．“永动机”依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
D．水的内能转化为转轮的机械能
9．将装有酒精的金属管固定在桌子上，并用塞子塞紧管口，快速来回拉动绕在管上的绳子，过一会儿塞子跳起来，金属管口有雾。如图所示，关于这一过程，下列说法中错误的是(C)
A．拉动绳子的过程中，金属管温度升高，内能增加
B．塞子跳起的现象和内燃机中的做功冲程相似
C．“雾”是酒精气体对外做功后温度降低，汽化成小液滴造成的
D．塞子跳起时，管内气体的内能转化为塞子的机械能
10．(多选)某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9 km，用时5 min 45 s，消耗燃油1.5 kg，已知汽车的牵引力是2 000 N，燃油的热值为4.6×107 J/kg，假设燃油完全燃烧。通过计算可知，下列结果正确的是(AC)
A.汽车行驶速度是72 km/h
B．消耗的燃油完全燃烧放出的热量是6.8×107 J
C．汽车发动机的效率是20%
D．汽车牵引力做功的功率是30 kW
二、填空题(本大题共6小题，每空1分，共15分)
11．如图所示，图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图，图E、F是演示实验的示意图。B图是__压缩__冲程，与它原理相同的是__E__图所示的演示实验。
12．用固体燃料运载火箭把人造卫星成功送上太空，火箭发射时要选用热值__大__(填“大”或“小”)的固体燃料；燃料的质量减少，热值__不变__(填“变小”“变大”或“不变”)；燃料燃烧产生的内能__大于__(填“大于”“小于”或“等于”)火箭增加的机械能。
13．焦炭的热值为3.0×107 J/kg，它的物理意义是__1_kg的焦炭完全燃烧放出的热量为3.0×107_J__；完全燃烧__0.42__kg的焦炭放出的热量能使50 kg水的温度升高60 ℃。[不计热量损失，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
14．某台单缸四冲程汽油机的转速为1 200 r/min，在1 s内汽油机对外做了__10__次功。如果汽油机在某段时间内消耗了400 g汽油，则汽油完全燃烧可放出热量为__1.84×107__J。(q汽油＝4.6×107 J/kg)
15．一台四冲程汽油机，除了__做功__冲程，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性来完成的；已知所用汽油的热值是4.6×107 J/kg，完全燃烧2 g汽油所释放的热量是__9.2×104__J；若热机效率为40%，燃烧2 g汽油转化的机械能是__3.68×104__J。
16．氢能源作为新型能源，其热值大，有着巨大的开发使用潜力。1 kg氢能源完全燃烧放出的热量为__1.43×108__J。若这些热量有21%被水吸收，可以使__143__kg的水从20 ℃升高到70 ℃。与化石能源相比，“氢能源”的优势还有__清洁无污染__(写出一个即可)。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q氢＝1.43×108 J/kg]
三、作图与简答题(本大题共2小题，共9分)
17．(4分)如图所示，图甲为四冲程内燃机吸气冲程的示意图，图中画出了吸气冲程中活塞与曲轴的位置和进气门、排气门的开闭情况。请在图乙中画出压缩冲程中活塞运动的方向(用“↑”或“↓”表示)和进气门、排气门的开闭情况。
18．(5分)热机的发明及使用，使人们实现了日行千里的梦想，现代的交通运输工具(如：汽车、飞机等)都依靠它来提供动力，有力地推动了社会的高速发展。
(1)汽车发动机工作时，使用水来充当冷却剂，主要是利用了水的什么特性？
(2)热机的使用既给人们带来便利，也对环境造成了一定的不利影响。请你从环保的角度提出两条减少热机不利影响的建议。
答：(1)汽车发动机工作时，使用水来充当冷却剂，主要是利用了水的比热容大的特性。
(2)改善交通环境方面：增修或拓宽道路；对特别拥堵的交通路段，采取限行，比如同一天只允许单号或双号车行驶；鼓励人们外出尽可能乘坐公交车。减小空气污染方面：植树造林增加绿地；提高汽车尾气的净化技术；汽车采用清洁能源技术。
四、实验探究题(本大题共1小题，共14分)
19．(14分)某同学学习了燃料的热值后，自己设计了一个实验来“探究煤油和菜籽油的热值大小关系”。他实验时组装了如图所示的两套规格完全相同的装置，并每隔1 min记录一次杯中水的温度(见下表)：
加热的时间/min 0 1 2 3 4 5 6
甲杯水温/℃ 25 27 29 31 33 35 37
乙杯水温/℃ 25 26 27 28 29 30 31
(1)在安装、调整实验器材时，科学合理的顺序是(甲图中)先调整固定__B__的位置，再调整固定__A__的位置。(均填“A”或“B”)
(2)为了保证实验结论的可靠性，实验时应控制两套装置中相同的量有加热时间和水的__质量__、__初温__。
(3)本实验是通过__温度计示数变化__来反映热值大小的，通过表中记录的数据，你认为煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是__煤油__。
(4)该同学实验前用天平测出了烧杯中水的质量及两油灯中燃料的质量，并由记录的数据，利用公式Q吸＝cm(t－t0)计算出了水吸收的热量，他认为通过这些数据能准确地计算出煤油和菜籽油的热值。你认为他的计算结果可靠吗？为什么？__不可靠，燃料并没有完全燃烧，且燃烧后所产生的热量并没有全部传递给水，有热量损失__。
五、综合应用题(本大题共2小题，共32分)
20．(16分)(工程实践)阅读短文，回答问题。
C919
我国研制的大客机C919机舱内覆有一层高孔率“超细航空级玻璃棉”，能很好地保温与吸收噪声，其单丝纤维直径只有3～5 μm，1 m3的质量为5 kg。机舱内先进的“呼吸系统”，使飞机在气压只有2.5×104 Pa左右的万米高空时，能将机外－50 ℃以下的冷空气不断压缩，使送入舱内的空气温度达到50 ℃以上，同时系统依靠传感器的自动控制，使舱内气压和温度达到舒适值。该飞机有较大的翼载，翼载指飞机的最大起飞质量与机翼面积的比值；机上搭载的新一代涡扇发动机的热效率和推进效率比一般客机高，所谓热效率是指发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推进效率则是指发动机传递给飞机的推进功(推力所做的功)与其获得的机械能之比。(如表所示是飞机的部分技术参数，燃油热值为4.6×107 J/kg)
最大起飞质量 72.5 t 客舱内气压 8.0×104 Pa
巡航速度 920 km/h 发动机巡航推力 3.6×104 N
(1)C919在起飞的过程中，将燃料燃烧产生的内能转化为客机的__机械能__。
(2)机舱内先进的“呼吸系统”将机外－50 ℃以下的冷空气不断压缩，使送入舱内的空气温度达到50 ℃以上，这个过程中，是通过__做功__方式使空气的内能增加。
(3)若客机在平流层匀速飞行时，耗油1 000 kg，则这些燃油完全燃烧放出的热量为__4.6×1010__J。
(4)若客机以巡航速度匀速飞行1 h共消耗2 500 kg燃油，当热效率为50%时，推进效率为__57.6%__。21.(16分)某油电混合动力汽车工作原理如图所示，当它以90 km/h的速度匀速行驶10 min的过程中，发动机和驱动电机共同为汽车提供动力，驱动汽车行驶所需的能量E1＝3×107 J，其中η1＝60%来自于汽油燃烧，而汽油燃烧放出热量的η2＝40%用于驱动汽车行驶和对蓄电池充电，其中用于充电的能量E2＝2×106 J，设汽油在发动机气缸内完全燃烧，汽油热值取q＝5×107 J/kg。
(1)当该汽车制动刹车时，驱动电机会反转为发电机给蓄电池充电，产生的电能是从汽车的__机械__能转化而来的。
(2)求题述过程中汽车受到的阻力。
(3)题述过程中，汽车所消耗汽油的质量用m表示。
①求汽车所消耗汽油的质量m；
②请将下列表达式填写完整：η1E1＝__η2mq－E2__(用q、m、η2和E2表示)。
解：(2)根据速度公式v＝知，以90 km/h的速度匀速行驶10 min的过程中通过的路程：s＝vt＝90 km/h× h＝15 km＝15 000 m，根据W＝Fs知，汽车匀速行驶的牵引力：F＝＝＝＝2 000 N，因为汽车做匀速直线运动，所以阻力和牵引力是一对平衡力，大小相等，即汽车受到的阻力：f＝F＝2 000 N。
(3)①②汽车行驶时，汽油燃烧放出的热量为qm，其中只有η2qm用来行驶和充电，根据题意，则有η2qm＝η1E1＋E2，即η1E1＝η2qm－E2，代入数据得60%×3×107 J＝40%×5×107 J/kg×m－2×106 J，解得消耗汽油的质量：m＝1 kg。

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