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第3节 热机的效率
一、单选题
1．现在使用涡轮增压发动机的汽车越来越多，和自然吸气发动机相比，涡轮增压发动机燃料可以更充分的燃烧，下列关于热值和热机效率说法，正确的是（　　）
A．燃料燃烧更充分，可以增大热值
B．燃料燃烧更充分，可以提高热机效率
C．涡轮增压发动机的热机效率可达100%
D．燃料燃烧释放的热量越大，热机效率越高
2．小郡在加油站看到普通汽车只要加92号汽油，而涡轮增压的车需要加95号汽油，通过查资料得知，汽油标号不同是因为汽油中的异辛烷（化合物）含量不同：汽油标号越高，辛烷值越高，越不容易在压缩冲程中爆燃。涡轮增压的汽车利用发动机排出的废气驱动涡轮旋转，将空气压缩后压入汽缸，使汽油获得更多氧气，燃烧更充分。下列说法正确的是（　　）
A．95号汽油和92号汽油的热值一定相同
B．汽油机的压缩冲程是将内能转化为机械能
C．涡轮增压技术使汽油燃烧更充分，从而能提高汽油的热值
D．高温尾气带走的能量较多，将这部分能量利用起来可以提高热机效率
3．某汽车厂技术进行了创新，在同样油耗和使用条件下，汽车发动机工作时较以前排放的尾气“汽油味”明显降低，动力更强劲。如图所示，是汽油机工作时的某个冲程示意图，下列说法正确的是（　　）
A．该冲程温度降低，内能减小
B．该冲程为做功冲程，内能全部转化为机械能，所以动力更强劲
C．发动机减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护
D．尾气中“汽油味”降低，可以增大汽油的热值
4． 关于燃料的热值，下列说法正确的是
A．容易燃烧的燃料，热值一定大
B．燃烧不充分的燃料，热值会变小
C．煤的热值大于干木柴的热值，所以煤燃烧时放出的热量比干木柴放出的多
D．每种燃料都有自己的热值，燃料不同，热值一般不同
5．运载“嫦娥号”探测器的火箭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．较小的密度
C．较低的沸点 D．较大的比热容
6．关于热机的效率，下列说法正确的是（　　）
A．热机做的有用功越多，热机的效率就越高
B．热机的功率越大，热机的效率就越高
C．热机消耗的燃料少，热机的效率就越高
D．以上说法都不对
二、多选题
7．如图所示是我国自主研制的舰载机，舰载机在航空母舰上起飞的情境。下列说法正确的是（　　）
A．舰载机机翼上方空气流速大，气体压强大
B．舰载机的燃料在燃烧过程中，热值不断减小
C．以起飞的舰载机为参照物航空母舰是运动的
D．舰载机起飞后，航空母舰受到的浮力减小
三、填空题
8．现代火箭用液态氢作燃料，是因为它具有较大的　 　（选填“比热容”或“热值”）．火箭在加速上升过程中机械能　 　（选填“增大”、“减小”或“不变”）。
9．母亲节当天，小明在厨房为妈妈准备晚餐。切菜时，他发现菜刀的刀刃非常薄，“刀刃薄”是通过减少受力面积的方法增大　 　。炒菜时，在客厅就能闻到菜香，说明分子在　 　。若做一顿晚饭，完全燃烧天然气，则这些天然气完全燃烧放出的热量是　 　J。（）
10．某汽油机工作过程有吸气、压缩、做功和排气四个冲程。压缩冲程　 　能转化为　 　能。若该汽油机的飞轮转速是4 800 r/min，则汽油机每秒钟做功　 　次
11．2025年2月11日，长征八号甲运载火箭成功发射，该火箭的芯二级以液氢为燃料，这主要是因为液氢的　 　大，它燃烧过程中将　 　能转化为内能。火箭高速运动过程中，外壳与空气摩擦，温度升高，这是通过　 　（选填“做功”或“热传递”）的方式改变火箭外壳的内能。
12．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”）。发动机散热器常用　 　做冷却剂，这是因为它的　 　大，汽油燃烧的过程是将　 　能转化为　 　能的过程。
13．汽油发动机工作时，汽油必须和吸进的空气成适当的比例，才能形成可以有效燃烧的混合气，这就是空燃比（可燃混合气中空气质量与燃油质量之比），某总排量为2.0L的发动机的空燃比为22∶1，混合燃气的密度为1.5kg/m3，则发动机做一次功，燃料燃烧产生的热量为　 　J，当发动机曲轴每分钟转速为3000转时，此时汽车输出的机械功率为90kW，则该发动机每秒钟做功　 　次，此时该发动机的效率是　 　%（汽油的热值为4.6107J/kg）。若该汽油机的效率为20%，年平均消耗汽油420kg，如果将效率提高了1%，则一年可以节约　 　kg的汽油。
四、计算题
14．2017年5月，中国首次海域天然气水合物（可燃冰）试采成功，100cm3可燃冰可释放约为1.5×10-2m3天然气。已知q天然气=2.1×107J/m3，c水=4.2×103J/(kg ℃)。则：
(1)求100cm3可燃冰释放出的天然气完全燃烧放出的热量；
(2)若将上述的天然气通过燃气灶给水加热，已知燃气灶的热效率为60%，可使多少水从20℃升高到65℃。
15．在物理实践活动中，小华通过实验测量家里的天然气热水器的效率。当热水器装满质量40kg、温度20oC的水时，他点燃天然气给水加热。燃烧了0.3m3天然气后，热水器中水的温度为70oC，已知c水＝4.2×103J/（kg oC），q沼气＝4.0×107J/m3，求：
（1）0.3m3天然气完全燃烧放出的热量；
（2）水吸收的热量；
（3）热水器的效率。
五、综合题
16．宁夏的能源储备充足，煤炭、风能、太阳能等多种能源富集互补，是全国首个新能源综合示范区，新能源利用率超过95%，居西北第一，同时水和天然气价格也相对低廉。
（1）小峰家常用天然气烧水。水烧沸腾时，壶盖不断向上跳动，此过程中能量转化与四冲程汽油机的 　 　冲程的能量转化相同。
（2）在标准大气压下用天然气把一壶2kg的水从25℃加热至刚沸腾时，水吸收了多少的热量？[c水＝4.2×103J/（kg ℃）]
（3）若燃烧天然气放出的热量有40%被水吸收，则烧开（2）中的那壶水至少需要燃烧多少天然气？（天然气热值为4.2×107J/m3，设天然气完全燃烧）
六、科普阅读题
17．阅读短文，回答文后的问题：
爆米花
爆米花是一种很受欢迎的食品，它通常是由玉米加工而成。那么玉米粒是如何变成爆米花的呢？传统的爆米机实际上是一个带有密封盖的铁罐子。加工爆米花时，用煤炉给装有玉米粒的爆米机加热，其中的水分逐渐变成水蒸气，玉米粒内部压强不断增大。部分水蒸气从玉米粒中跑出，而铁罐内气体的温度也在不断升高，压强越来越大。玉米粒像吹足气的小气球，它们不能爆开。加热到一定程度时，打开爆米机的密封盖，高温高压的玉米粒突然进入气压较低的环境中，便迅速爆开
（1）加工爆米花的过程中，通过 　 　的方式使玉米粒的内能增加。
（2）加热过程中，玉米粒中的水发生的物态变化是 　 　。
（3）在整个加工过程中，能反映罐内气体压强p和温度t变化情况的图象是 　 　。
（4）如果加工两次爆米花需要消耗1kg的无烟煤，若这些无烟煤充分燃烧，则加工一次放出的热量为 　 　J（无烟煤的热值为：3.4×107J/kg）。
答案解析部分
1．【答案】B
【知识点】燃料的热值；热机的效率
2．【答案】D
【知识点】燃料的热值；热机；热机的效率
3．【答案】C
【知识点】燃料的热值；热机；热机的四个冲程
4．【答案】D
【知识点】燃料的热值
5．【答案】A
【知识点】燃料的热值
6．【答案】D
【知识点】热机；热机的效率
7．【答案】C,D
【知识点】燃料的热值；流体压强与流速的关系；物体的浮沉条件及其应用；参照物及其选择
8．【答案】热值；增大
【知识点】动能和势能的大小变化；燃料的热值
9．【答案】压强；无规则运动；
【知识点】燃料的热值；增大压强的方法及其应用；分子热运动
10．【答案】机械；内；40
【知识点】热机的四个冲程；有关热机的计算
11．【答案】热值；化学；做功
【知识点】做功改变物体内能；燃料的热值
12．【答案】降低；水；比热容；化学；内
【知识点】燃料的热值；热机的效率；能量的转化或转移
13．【答案】6000；25；60；20
【知识点】燃料的热值；热机的效率
14．【答案】(1)3.15×105J；(2)1kg
【知识点】比热容的定义及其计算公式；燃料的热值
15．【答案】（1）1.2×107J；（2）8.4×106J；（3）70%
【知识点】比热容的定义及其计算公式；燃料的热值；热机的效率
16．【答案】（1）做功
（2）在标准大气压下水的沸点为100℃，即水的末温为100℃，
水吸收的热量Q吸＝c水m水（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg ℃）×2kg×（100℃﹣25℃）＝6.3×105J
（3）由可得，天然气完全燃烧放出的热量：
1.575×106J，
由Q放＝Vq可得，需要天然气的体积：
0.0375m3
【知识点】热量的计算；燃料的热值；热机的效率；热机的四个冲程
17．【答案】（1）热传递
（2）汽化
（3）B
（4）1.7×107
【知识点】燃料的热值；有关热机的计算
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