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第十四章 内能与热机 综合素质评价
（45分钟 70分）
一、填空题（每小题2分，共20分）
1．天气渐凉，淮南人喜欢早上喝一碗牛肉汤暖暖身子，刚出锅的牛肉汤，端起来烫手，这是通过_ _ _ _ _ _ 改变了手的内能。
2．糖炒栗子一直是我国秋冬季节人们喜爱的美食。如图所示是翻炒栗子的情景，为了能快速、均匀加热栗子，常常将砂石与栗子混合在一起翻炒，从物理角度来分析，这主要是因为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
（第2题）
3．甲、乙、丙三个相同的烧杯中盛有水。甲烧杯中水的质量为、温度为，乙烧杯中水的质量为、温度为，丙烧杯中水的质量为、温度为，则_ _ _ _ 烧杯中水的内能最大。
4．神舟二十号航天员乘坐神舟二十一号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆意味着载人飞行任务取得圆满成功。如图所示为返回舱进入大气层的景象，宛如流星划过天际，十分壮观，此过程中飞船的内能_ _ _ _ （选填“增大”“不变”或“减小”）。
（第4题）
5．我国科学家和工程师们在南海成功试采了新型能源——“可燃冰”。其燃烧产生的热量比相同体积的煤、石油和天然气要多出数十倍。已知“可燃冰”的热值为，其中“”所表示的物理含义是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
6．某些窨井连接着化粪池，里面的污水、粪便和枯枝败叶等发酵后会产生沼气。沼气的主要成分为甲烷，它属于可燃性气体，当遇到明火且浓度值达到极限时就会发生爆炸，把窨井盖炸“飞”，如图所示。窨井内气体发生爆炸的过程和内燃机工作时的_ _ _ _ 冲程相同。我们要“珍爱生命，注意安全”，不要在窨井附近玩火。
（第6题）
7．“过桥米线”是一种云南特色小吃，食材很多，包括一碗热汤、上面浮着一层油，一碟鲜肉薄片，一碗熟米线，等肉熟后再加入米线。已知汤的质量为，初温为，比热容为；肉的初温为，比热容为。为了饮食健康，肉必须加热至，则汤内最多可以放入_ _ _ _ 肉（不计热量损失）。
8．安徽省是汽车生产大省，某物理小组参观汽车制造厂时，了解并绘制了一辆某种型号汽车在额定功率下行驶时单位时间的能量流向图，若将机器转化为有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”，由图中提供的数据可得，该汽车的能量转化效率为_ _ _ _ _ _ _ _ 。
9．小丽爸爸最近在纠结“现在买车，买油车还是电车？”，如图所示，假如你是小丽同学，请你列举一条传统燃油车或新兴的电动汽车的优点：_ _ _ _ _ _ _ _ 。
（第9题）
10．用相同的热源分别对甲、乙两种液体加热，已知甲、乙质量相等（不计热量损失）。加热过程甲、乙两种液体温度随加热时间变化的关系图像如图所示，则甲、乙两种液体的比热容之比为_ _ _ _ _ _ 。
（第10题）
二、选择题（每小题2分，共14分；每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题意的）
11．《齐民要术》中对醋的制作工艺有记载：“作大豆千岁苦酒（醋）法：用大豆一斗，熟汰之，渍令泽炊。暴极燥，以酒醅灌之。任性多少，以此为率。”蒸煮是酿醋过程中的一个重要工序，如图所示是将大豆进行蒸煮的过程，下列说法正确的是（ ）
A. 煮大豆是通过做功的方式增加内能的
B. 用火种引燃木柴的过程与钻木取火的原理相同
C. 灶里木柴燃烧的过程，木柴的热值变小
D. 将木柴架空一些火能燃烧更旺，能提高木柴的热效率
12．关于热量、温度、内能的关系，下列说法正确的是（ ）
A. 一个物体的温度越高，所含有的热量越多
B. 物体吸收热量，温度一定升高，内能一定增加
C. 物体放出热量，内能会减小，其温度可能不变
D. 热量不可能从内能小的物体向内能大的物体传递
13．我国研制的全球首款本体热效率达的柴油机正式亮相世界内燃机大会，刷新了柴油机热效率的世界纪录。如图所示的是内燃机的四个冲程，气缸内气体的内能最小的是（ ）
A. B.
C. D.
14．某一沿海城市和某一内陆城市年气温变化曲线如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. 线是沿海城市的温度变化曲线
B. 城市温度变化大，砂石比热容大
C. 城市温度变化大,吸收的热量多
D. 城市温度变化小,海水比热容大
15．如图所示，汽车发动机内的燃气燃烧释放的能量只有少部分转化为机械能被利用，其余的都散失掉了。下列说法中无法有效提高燃料利用率的是（ ）
A. 利用涡轮增压技术，增加进气量
B. 选用符合标准的低黏度润滑油
C. 增加气缸的个数或容积
D. 将原来由吸气冲程吸入燃油的供油方式改为缸内直喷，使燃烧更充分
16．将质量和初温均相同的煤油和水分别倒入两个完全相同的试管中，然后将这两个试管同时放入温度较高的热水中，如图所示，经过足够长的时间后，试管中的煤油和水从热水中吸收的热量分别为、，温度升高分别为、，已知,则下列关系正确的是（ ）
（第16题）
A. ， B. ，
C. ， D. ，
17．如图所示，某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为，气缸容积为；满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为，飞轮转动，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），若消耗汽油，汽油的热值为，下列说法错误的是（ ）
（第17题）
A. 做功冲程中燃气对活塞的平均压力为
B. 燃气对活塞做功的功率是
C. 一个做功冲程中燃气对活塞做的功是
D. 该汽油机的效率是
三、实验题（第18小题4分，第19小题6分，第20小题6分，共16分）
18．为探究“通过做功方式改变物体内能”，小明设计了图甲的装置，由数据采集器、圆底烧瓶、温度传感器、橡皮塞、橡皮管、注射器等组成。
（1） 小明向烧瓶内注入几滴酒精后打气，发现装置没有明显变化，瓶内气体的温度也几乎没有变化，你认为可能的原因是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
（2） 改进实验装置后，不断向瓶内打气，数据采集器获得如图乙的图像。则打气后可能出现的现象是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
19．在“比较不同物质吸热能力”的实验中，组装了如图a所示的装置。将甲、乙两种不同的液体分别放入两个相同的烧杯中，用相同的酒精灯同时加热。记录相关数据，并绘制出如图b的图像。（不计热量损失）
（1） 图a中有一处错误，你认为错误是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
（2） 实验中，给质量相同的不同物质，加热相同的时间，通过比较_ _ _ _ _ _ _ _ ，可以判断它们的吸热能力的强弱。
（3） 甲、乙两种液体中，_ _ _ _ （选填“甲”或“乙”）更适合作为发动机的冷却剂。
20．如图甲所示，小明用该装置粗测花生米的热值，过程如下：用电子秤取水放入烧杯中，将温度传感器插入水中，并连接电脑；取花生米穿在细铁丝上，点燃花生米，立即移到烧杯正下方，给水加热，传感器获得的温度—时间图像如图乙所示。
（1） 实验过程中老师提醒小明要适当转动花生米，这样做的目的是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
（2） 根据图乙，粗略测得花生米的热值为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。在实验中小明看到花生米燃烧冒大量的黑烟，这会导致测得的热值_ _ _ _ 真实值。
四、计算与推导题（第21小题6分，第22小题8分，第23小题6分，共20分；解答要有必要的公式和过程）
21．人工智能时代机器狗的研发和应用在科技创新和提升人类生活质量上都产生了积极的影响。如图是杭州某科技公司生产的一款机器狗。该机器狗的运动是利用液压驱动系统，此驱动系统能够在较小的体积和质量下产生较大的动力，而且还可以适应较恶劣的工作环境，如救援和安防领域等。
（1） 此机器狗的液压驱动系统所用液压油温度不能过高，一般不超过。的液压油温度由升高到需要吸收的热量，则该液压油的比热容是多少？
（2） 若液压油吸收的热量由天然气来提供，需要完全燃烧天然气的体积为多少？（不计热量损失，已知天然气的热值）
22．近年来我国的氢能源汽车产业快速发展，一款国产氢能源汽车一次可携带的氢气燃料，并使用质子交换膜燃料电池进行能量转换，可获得相比于传统热机更大的能量转化效率。在一次性能测试中，该汽车装满氢气后匀速行驶了，恰好用完所有氢气。已知汽车与驾驶员的总质量为，汽车受到阻力为车重的，氢气热值为，汽油热值为,取。求：
（1） 汽车牵引力做的功。
（2） 如果该汽车使用汽油作为燃料，且汽油完全燃烧产生热量的用于牵引力做功，则该过程需要消耗多少千克的汽油？
23．小红在实验室利用电热器加热，完成了晶体的熔化实验。实验测得某物质温度随时间变化的图像如图所示，已知该物质在固态时的比热容。假设这种物质从热源吸热的功率恒定不变。求：
（1） 该物质在液态时的比热容。
（2） 若规定“单位质量的晶体在熔化时变成同温度的液态物质所吸收的热量，叫做这种物质的熔化热”，用“ ”表示。根据图像信息，计算该物质的熔化热。
答案
一、填空题（每小题2分，共20分）
1．天气渐凉，淮南人喜欢早上喝一碗牛肉汤暖暖身子，刚出锅的牛肉汤，端起来烫手，这是通过_ _ _ _ _ _ 改变了手的内能。
【答案】热传递
2．糖炒栗子一直是我国秋冬季节人们喜爱的美食。如图所示是翻炒栗子的情景，为了能快速、均匀加热栗子，常常将砂石与栗子混合在一起翻炒，从物理角度来分析，这主要是因为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
（第2题）
【答案】砂石的比热容较小
3．甲、乙、丙三个相同的烧杯中盛有水。甲烧杯中水的质量为、温度为，乙烧杯中水的质量为、温度为，丙烧杯中水的质量为、温度为，则_ _ _ _ 烧杯中水的内能最大。
【答案】丙
4．神舟二十号航天员乘坐神舟二十一号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆意味着载人飞行任务取得圆满成功。如图所示为返回舱进入大气层的景象，宛如流星划过天际，十分壮观，此过程中飞船的内能_ _ _ _ （选填“增大”“不变”或“减小”）。
（第4题）
【答案】增大
5．我国科学家和工程师们在南海成功试采了新型能源——“可燃冰”。其燃烧产生的热量比相同体积的煤、石油和天然气要多出数十倍。已知“可燃冰”的热值为，其中“”所表示的物理含义是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
【答案】的“可燃冰”完全燃烧时所放出的热量是
6．某些窨井连接着化粪池，里面的污水、粪便和枯枝败叶等发酵后会产生沼气。沼气的主要成分为甲烷，它属于可燃性气体，当遇到明火且浓度值达到极限时就会发生爆炸，把窨井盖炸“飞”，如图所示。窨井内气体发生爆炸的过程和内燃机工作时的_ _ _ _ 冲程相同。我们要“珍爱生命，注意安全”，不要在窨井附近玩火。
（第6题）
【答案】做功
7．“过桥米线”是一种云南特色小吃，食材很多，包括一碗热汤、上面浮着一层油，一碟鲜肉薄片，一碗熟米线，等肉熟后再加入米线。已知汤的质量为，初温为，比热容为；肉的初温为，比热容为。为了饮食健康，肉必须加热至，则汤内最多可以放入_ _ _ _ 肉（不计热量损失）。
【答案】0.4
8．安徽省是汽车生产大省，某物理小组参观汽车制造厂时，了解并绘制了一辆某种型号汽车在额定功率下行驶时单位时间的能量流向图，若将机器转化为有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”，由图中提供的数据可得，该汽车的能量转化效率为_ _ _ _ _ _ _ _ 。
【答案】
【解析】该汽车的能量转化效率。
9．小丽爸爸最近在纠结“现在买车，买油车还是电车？”，如图所示，假如你是小丽同学，请你列举一条传统燃油车或新兴的电动汽车的优点：_ _ _ _ _ _ _ _ 。
（第9题）
【答案】电动车环保
10．用相同的热源分别对甲、乙两种液体加热，已知甲、乙质量相等（不计热量损失）。加热过程甲、乙两种液体温度随加热时间变化的关系图像如图所示，则甲、乙两种液体的比热容之比为_ _ _ _ _ _ 。
（第10题）
【答案】
【解析】甲的温度从升高至，，需要，吸收的热量；乙的温度从升高至，，需要，吸收的热量；由题知，用相同的热源分别对甲、乙两种液体加热，在相同的时间内，甲和乙吸收的热量相同，则，，甲、乙的比热容之比。
二、选择题（每小题2分，共14分；每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题意的）
11．《齐民要术》中对醋的制作工艺有记载：“作大豆千岁苦酒（醋）法：用大豆一斗，熟汰之，渍令泽炊。暴极燥，以酒醅灌之。任性多少，以此为率。”蒸煮是酿醋过程中的一个重要工序，如图所示是将大豆进行蒸煮的过程，下列说法正确的是（ ）
A. 煮大豆是通过做功的方式增加内能的
B. 用火种引燃木柴的过程与钻木取火的原理相同
C. 灶里木柴燃烧的过程，木柴的热值变小
D. 将木柴架空一些火能燃烧更旺，能提高木柴的热效率
【答案】D
12．关于热量、温度、内能的关系，下列说法正确的是（ ）
A. 一个物体的温度越高，所含有的热量越多
B. 物体吸收热量，温度一定升高，内能一定增加
C. 物体放出热量，内能会减小，其温度可能不变
D. 热量不可能从内能小的物体向内能大的物体传递
【答案】C
13．我国研制的全球首款本体热效率达的柴油机正式亮相世界内燃机大会，刷新了柴油机热效率的世界纪录。如图所示的是内燃机的四个冲程，气缸内气体的内能最小的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】D
14．某一沿海城市和某一内陆城市年气温变化曲线如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. 线是沿海城市的温度变化曲线
B. 城市温度变化大，砂石比热容大
C. 城市温度变化大,吸收的热量多
D. 城市温度变化小,海水比热容大
【答案】D
15．如图所示，汽车发动机内的燃气燃烧释放的能量只有少部分转化为机械能被利用，其余的都散失掉了。下列说法中无法有效提高燃料利用率的是（ ）
A. 利用涡轮增压技术，增加进气量
B. 选用符合标准的低黏度润滑油
C. 增加气缸的个数或容积
D. 将原来由吸气冲程吸入燃油的供油方式改为缸内直喷，使燃烧更充分
【答案】C
16．将质量和初温均相同的煤油和水分别倒入两个完全相同的试管中，然后将这两个试管同时放入温度较高的热水中，如图所示，经过足够长的时间后，试管中的煤油和水从热水中吸收的热量分别为、，温度升高分别为、，已知,则下列关系正确的是（ ）
（第16题）
A. ， B. ，
C. ， D. ，
【答案】A
【解析】煤油和水的质量相等、初温相同，分别倒入两个完全相同的试管中，且。经过足够长的时间以后，试管中的煤油和水的末温相同，升高的温度相同，即。由可得，水从热水中吸收的热量是煤油的2倍，即。故选。
17．如图所示，某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为，气缸容积为；满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为，飞轮转动，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），若消耗汽油，汽油的热值为，下列说法错误的是（ ）
（第17题）
A. 做功冲程中燃气对活塞的平均压力为
B. 燃气对活塞做功的功率是
C. 一个做功冲程中燃气对活塞做的功是
D. 该汽油机的效率是
【答案】D
【解析】满负荷工作时，由可得，做功冲程燃气对活塞的平均压力，正确。气缸容积，一个做功冲程中燃气对活塞做的功；因飞轮每转两圈对外做功一次，飞轮转动，做功900次，则燃气对活塞做的总功，燃气对活塞做功的功率，正确。消耗汽油完全燃烧释放的热量，该汽油机的效率，错误。
三、实验题（第18小题4分，第19小题6分，第20小题6分，共16分）
18．为探究“通过做功方式改变物体内能”，小明设计了图甲的装置，由数据采集器、圆底烧瓶、温度传感器、橡皮塞、橡皮管、注射器等组成。
（1） 小明向烧瓶内注入几滴酒精后打气，发现装置没有明显变化，瓶内气体的温度也几乎没有变化，你认为可能的原因是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
（2） 改进实验装置后，不断向瓶内打气，数据采集器获得如图乙的图像。则打气后可能出现的现象是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
【答案】（1） 烧瓶有漏气的地方，气密性不好
（2） 橡皮塞弹出，瓶口冒白雾，温度传感器显示温度下降
19．在“比较不同物质吸热能力”的实验中，组装了如图a所示的装置。将甲、乙两种不同的液体分别放入两个相同的烧杯中，用相同的酒精灯同时加热。记录相关数据，并绘制出如图b的图像。（不计热量损失）
（1） 图a中有一处错误，你认为错误是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
（2） 实验中，给质量相同的不同物质，加热相同的时间，通过比较_ _ _ _ _ _ _ _ ，可以判断它们的吸热能力的强弱。
（3） 甲、乙两种液体中，_ _ _ _ （选填“甲”或“乙”）更适合作为发动机的冷却剂。
【答案】（1） 没有控制两液体的质量相等
（2） 温度变化
（3） 乙
20．如图甲所示，小明用该装置粗测花生米的热值，过程如下：用电子秤取水放入烧杯中，将温度传感器插入水中，并连接电脑；取花生米穿在细铁丝上，点燃花生米，立即移到烧杯正下方，给水加热，传感器获得的温度—时间图像如图乙所示。
（1） 实验过程中老师提醒小明要适当转动花生米，这样做的目的是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
（2） 根据图乙，粗略测得花生米的热值为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。在实验中小明看到花生米燃烧冒大量的黑烟，这会导致测得的热值_ _ _ _ 真实值。
【答案】（1） 使花生米燃烧充分
（2） ；小于
【解析】
（1） 【解析】实验过程中适当转动花生米，可以使花生米燃烧充分。
（2） 根据图乙，利用可以求得，水吸收的热量，，。
四、计算与推导题（第21小题6分，第22小题8分，第23小题6分，共20分；解答要有必要的公式和过程）
21．人工智能时代机器狗的研发和应用在科技创新和提升人类生活质量上都产生了积极的影响。如图是杭州某科技公司生产的一款机器狗。该机器狗的运动是利用液压驱动系统，此驱动系统能够在较小的体积和质量下产生较大的动力，而且还可以适应较恶劣的工作环境，如救援和安防领域等。
（1） 此机器狗的液压驱动系统所用液压油温度不能过高，一般不超过。的液压油温度由升高到需要吸收的热量，则该液压油的比热容是多少？
（2） 若液压油吸收的热量由天然气来提供，需要完全燃烧天然气的体积为多少？（不计热量损失，已知天然气的热值）
【答案】（1） 【解】由可得,该液压油的比热容。
（2） 由题知，完全燃烧天然气放出的热量，
由可得，完全燃烧天然气的体积。
22．近年来我国的氢能源汽车产业快速发展，一款国产氢能源汽车一次可携带的氢气燃料，并使用质子交换膜燃料电池进行能量转换，可获得相比于传统热机更大的能量转化效率。在一次性能测试中，该汽车装满氢气后匀速行驶了，恰好用完所有氢气。已知汽车与驾驶员的总质量为，汽车受到阻力为车重的，氢气热值为，汽油热值为,取。求：
（1） 汽车牵引力做的功。
（2） 如果该汽车使用汽油作为燃料，且汽油完全燃烧产生热量的用于牵引力做功，则该过程需要消耗多少千克的汽油？
【答案】（1） 【解】汽车匀速行驶时，受到的牵引力与阻力是一对平衡力，则牵引力，汽车牵引力做的功。
（2） 如果该汽车使用汽油作为燃料，且汽油完全燃烧产生热量的用于牵引力做功，则燃料完全燃烧放出的热量，则该过程需要消耗汽油的质量。
23．小红在实验室利用电热器加热，完成了晶体的熔化实验。实验测得某物质温度随时间变化的图像如图所示，已知该物质在固态时的比热容。假设这种物质从热源吸热的功率恒定不变。求：
（1） 该物质在液态时的比热容。
（2） 若规定“单位质量的晶体在熔化时变成同温度的液态物质所吸收的热量，叫做这种物质的熔化热”，用“ ”表示。根据图像信息，计算该物质的熔化热。
【答案】
（1） 【解】由图可知，该物质在液态时，加热，温度变化量，
该物质在固态时，加热，温度变化量，
由于物质从热源吸热的功率恒定不变，则有，故该物质在液态时的比热容。
（2） 的该物质在固态时温度升高到，吸收的热量，
该晶体物质熔化过程所用的时间
，
由于物质从热源吸热的功率恒定不变，所以该晶体物质熔化过程中吸收的热量，
该物质的熔化热
。
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