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第四节 热机
一、单选题
1．下列关于热机和环境保护的说法中，正确的是（　　）
A．热机排出的尾气没有内能
B．热机的效率能达到100%
C．燃料的热值与燃料的质量没有关系
D．热机的工作过程只是将内能转化成机械能的过程
2．民为国垒，谷为民命，粮食事关国运民生。粮食安全是国家安全的重要基础。如图是两台收割机正在收割小麦的场景。完成1-4题
（1） 德顺同学和紫琦同学分别驾驶甲乙收割机以同一速度同一方向运动，判断甲收割机里面的德顺同学静止所选的参照物是(　　)
A．车前小麦 B．地面
C．远处的树 D．乙收割机的紫琦同学
（2） 善于思考的索希同学和赢胜同学发现收割机上有很多花纹，收割机轮胎上设有凹凸不平花纹的目的是(　　)
A．增大摩擦力 B．减小摩擦力 C．增大压力 D．减小压力
（3）炎丽同学和悦悦同学发现小麦在进仓前需要烘干，炎丽同学提出思考：烘干使小麦中的水(　　)
A．液化 B．熔化 C．汽化 D．升华
（4）晓凤同学提出问题：收割机用四冲程柴油机提供动力，其中压缩冲程过程中，柴油机气缸内气体(　　)
A．质量变大 B．内能减小 C．体积变大 D．温度升高
3．2023年12月9号，世界首枚液体甲烷火箭“朱雀2号遥三”运载火箭在我国酒泉卫星发射中心发射升空，将搭载的“天仪33”和“鸿鹄”两卫星成功送入预定轨道，下列说法正确的是（　　）
A．运载火箭加速升空过程中，卫星动能转化为重力势能
B．运载火箭加速升空过程中，卫星重力势能转化为动能
C．运载火箭加速升空过程中，卫星机械能变大
D．运载火箭采用液氢为燃料是因为其比热容大
4．下列说法正确的是（　　）
A．冰块熔化时温度不变，其内能一定不变
B．热值越大的燃料，完全燃烧放出的热量越多
C．汽油机的做功冲程主要是将内能转化为机械能
D．温度越高的物体含有的热量越多
5．如图所示是我国传统的“走马灯”。点燃底部蜡烛，在热空气的驱动下，扇叶转动起来，该过程中的能量转化情况与汽油机哪一冲程相似（　　）
A． B．
C． D．
6．发射卫星的火箭常使用液态氢作为燃料，主要是因为液态氢具有（　　）
A．较高的热值 B．较大的比热容
C．较低的沸点 D．较小的密度
二、填空题
7．2021年4月29日11时23分，搭载着中国空间站天和核心舱的长征五号B遥二运载火箭，在我国文昌航天发射场点火升空，准确进入预定轨道。火箭发射时要选用　 　大的燃料；如果不考虑质量变化，火箭加速升空时，其动能　 　（选填“增大”、“减小”或“不变”）。
8．如图是内燃机的能量流向图，根据图中给出的信息，该内燃机的效率为　 　，在汽油机中，燃料在汽缸内燃烧，而且燃料与空气混合，因此汽油机的效率比蒸汽机更　 　（选填“高”或“低”）。
9．某单缸汽油发动机汽缸的活塞面积是 120cm2，做功过程中活塞移动的距离是 30cm，气体的平均压强是5×105Pa，汽油的热值是4.6×107J/kg，每次做功耗油0.2g，气体一次膨胀对活塞做的功是　 　J：若每次做功过程中汽油的 90%完全燃烧，每次汽油燃烧放出的热量为　 　J。
10．小明家新安装了一台容积为0.5m3的太阳能热水器，加满水后，经过4h阳光的照射，水温由原来的20℃升高到了40℃．则在这4h内水吸收　 　热量，若这些热量由效率为20%的火炉燃烧焦炭来提供，则需要燃　 　千克焦炭？[水的比热容c水=4.2×103J/（kg ℃）、焦炭的热值q=3.0×107J/kg]与其它形式的能量相比，太阳能具有优点　 　．（写出两点即可）
11．初温为、质量为的水吸收的热量后温度将升高到　 　℃。这些水吸收的热量相当于完全燃烧　 　焦炭放出的热量，燃烧过程中焦炭的　 　能转化为　 　能。[，]
12．内燃机一个工作循环有四个冲程，实现将内能转化为机械能的是　 　冲程。某品牌汽车每行驶100km耗油7kg，这些汽油完全燃烧要放出　 　J的热量。（汽油的热值q=4.6×107J/kg）。
三、计算题
13．氢能源汽车是一种使用氢气作为燃料的新能源汽车，其核心部件是燃料电池，它利用氢气和氧气之间的化学反应产生电能，从而驱动车辆行驶。国产氢能源汽车已经开始投产运营。
（1）如果储氢瓶内气体压强为时，瓶内壁的面积上受到的压力多大
（2）氢燃料电池卡车在水平路面上匀速行驶36km用时30min，卡车的行驶速度多大
（3）某次行驶时，氢燃料电池卡车克服阻力做功如果用燃油驱动，则可以减少多少二氧化碳排放。（燃油机的效率取30%，燃油的热值q取每燃烧1kg燃油排放二氧化碳的质量取3kg。）
14．2022年北京冬奥会示范运营1000多辆氢燃料电池车（如图所示），该车排放物是水，不产生任何污染物，是当前世界新能源汽车重要的发展方向。假设某国产氢燃料电池车总质量为5×103kg。在某次测试中该车匀速行驶时受到的阻力是车重的0.02倍，在0.5h内行驶了28km的路程，消耗的氢能源为0.4kg（不考虑氢能源燃料消耗对车质量的影响）。求该测试过程中氢燃料电池车：（已知q氢=1.4×108J/kg，g取10N/kg）
（1）行驶的平均速度为多少km/h；
（2）牵引力做的功；
（3）氢能源燃烧释放的能量转化为机械能的效率。
15．
（1）完全燃烧100g焦炭放出的热量是多少？
（2）若这些热量只有21%被5kg的40℃的水吸收，能否将水加热至沸腾？（在标准气压下加热）
（3）若焦炭放出的热量约有10%被2kg的液体吸收，液体的温度升高了72℃（液体还没有沸腾），则该液体的比热容是多少？[ ， ]
四、综合题
16．项目小组开展“小区火灾隐患调查与火灾防范宣传”实践活动。借助某人工智能软件辅助生成实践活动方案，围绕可燃物、火源管控情况、消防设施等开展调查，并提出具体实施建议。
（1）调查发现：小区配有干粉灭火器；居民主要以天然气为家用燃料、以电动车为出行工具。天然气属于　 　（“纯净物”或“混合物”），其燃烧时　 　（填“放出”或“吸收”）热量；
（2）进行宣传：介绍灭火器的使用方法、常见火灾隐患及应对措施等，并张贴安全标识：
①“禁止放易燃物”的消防安全标志是　 　（填标号）；
A． B． C．
②使用干粉灭火器的灭火原理是　 　。
五、科普阅读题
17．阅读短文，回答问题。
可燃冰
可燃冰是一种新型能源，主要成分是甲烷和水，分布在深海沉积物里或酷域的永久冻土中，如图所示，可燃冰形似冰块却能燃烧，燃烧后几乎不产生任何残渣，1m3的可燃冰分解后可释放出约0.8m3的水和164m3的天然气，天然气中甲烷的含量占80%~99.9%。
可燃冰的生成有三个基本条件：首先要求低温，可燃冰在0~10℃时生成，超过20℃便会分解，海底温度一般保持在2~4℃在右；其次是高压，可燃冰在0℃时，只需海水产生29个标准大气压即可生成，而以海洋的深度，此高压容易保证；最后是充足的气源，海底的有机物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化，可产生充足的气源，在温度、压强、气源三者都具备的条件下，可燃冰就会生成。
请回答下列问题：[1个标准大气压取1×105Pa，海水的密度取1×103kg/m3，g取10N/kg，c水=4.2×103J/(kg·℃)，甲烷的热值取4.2×107J/m3]
（1）可燃冰的主要成分是　 　和　 　。
（2）若要在0℃的海底生成可燃冰，海水的深度至少要　 　m。
（3）如图所示，海底上有一块体积为100m3且底部与海底紧密相连的可燃冰A，其受到海水的浮力为　 　N。
（4）0.5m3的可燃冰分解后，其中的甲烷完全燃烧放出的热量是　 　J，在标准大气压下，这些热量全部被水吸收，至少可以将质量为　 　kg温度为20℃的水加热至沸腾。
答案解析部分
1．【答案】C
【知识点】内能的概念；燃料的热值；热机；热机的效率
2．【答案】（1）D
（2）A
（3）C
（4）D
【知识点】汽化及汽化吸热的特点；热机的四个冲程；摩擦力的大小；运动和静止的相对性
3．【答案】C
【知识点】机械能及其转化；燃料的热值
4．【答案】C
【知识点】热量的概念；温度、热量与内能的关系；燃料的热值；热机
5．【答案】D
【知识点】热机
6．【答案】A
【知识点】燃料的热值
7．【答案】热值；增大
【知识点】机械能及其转化；燃料的热值
8．【答案】30%；高
【知识点】热机；热机的效率
9．【答案】1800；8.28×103
【知识点】热量的计算；燃料的热值；压强的大小及其计算；功的计算及应用
10．【答案】4.2×107J；7kg；太阳能无污染，节约能源（省钱）
【知识点】热量的概念；热量的计算；燃料的热值
11．【答案】55；0.007；化学；内
【知识点】比热容的定义及其计算公式；燃料的热值
12．【答案】做功；3.22×108
【知识点】燃料的热值
13．【答案】（1）
（2）20m/s
（3）75kg
【知识点】燃料的热值；压强的大小及其计算
14．【答案】解：（1）根据可得，车行驶的平均速度为；
（2）氢燃料电池车受到的重力为G=mg=5×103kg×10N/kg=5×104N；
车匀速行驶时受到的阻力是车重的0.02倍，根据平衡力的知识可知，
车受到的牵引力为F=f=0.02G=0.02×5×104N=103N；
牵引力做的功为W=Fs=103N×28×103m=2.8×107J。
（3）消耗0.4kg的氢能源放出的热量为Q放=qm=0.4kg×1.4×108J/kg=5.6×107J；
氢能源转化为机械能的效率为。
【知识点】热机的效率；速度公式及其应用；功的计算及应用
15．【答案】（1）解：焦炭的质量m＝100g＝0.1kg，则焦炭完全燃烧放出的热量：Q放＝mq＝0.1kg×3.0×107J/kg＝3×106J.
（2）解：由η＝ ×100%得，水吸收的热量：Q吸＝ηQ放＝21%×3×106J＝6.3×105J，由Q吸＝c水m水(t t0)得，水的末温：t＝t0+ ＝40℃+ ＝70℃
在1标准大气压下，水的沸点为100℃，而t＝70℃<100℃，故不能将水加热至沸腾
（3）解：由η＝ ×100%得，液体吸收的热量：Q′吸＝η′Q放＝10%×3×106J＝3×105J，则液体的比热容c＝ ≈2.1×103J/(kg ℃).
【知识点】热量的计算；热机的效率
16．【答案】（1）混合物；放出
（2）B；隔绝氧气
【知识点】燃料的热值；物理和其他学科的联系
17．【答案】（1）甲烷；水
（2）290
（3）0
（4）2.7552×109；8.2×103
【知识点】热量的计算；燃料的热值；液体压强的计算；浮力及其产生原因
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