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第2章 2.3热机效率 课时1 热机效率与能量转化
课时作业
一、选择题（共6题）
1．下列关于热值和热机效率的描述，正确的是（　　）
A．一瓶酒精用去一半，酒精的热值减少一半
B．使燃料充分燃烧，可以增大燃料的热值
C．让燃料尽可能完全燃烧，可以提高热机的效率
D．在热机的能量损失中，燃料没有完全燃烧损失的能量最多
2．提高热机效率能缓解能源紧缺问题。下列关于热机效率的说法中，正确的是（　　）
A．热机效率高，就没有环境污染
B．柴油机的效率一般低于汽油机的效率
C．减少内部部件间的摩擦可提高热机效率
D．使用有热机的新能源汽车，热机效率可达到100%
3．下列关于比热容、热值和热机的效率的描述，正确的是（　　）
A．燃料燃烧越充分，其热值越大
B．使用热值大的燃料，就可以提高热机的效率
C．水的比热容，表示水温升高1℃吸收的热量是4.2×10 J
D．甲柴油机的效率比乙的效率高，完全燃烧质量相等的同种燃料，甲柴油机产生的有用功比乙大
4．提高热机效率对缓解能源紧缺非常重要。下列有关热机效率的说法正确的是（　　）
A．尽量减少热机内部各部件间的摩擦可提高热机效率
B．实现“零排放”的新型燃料汽车的热机效率为100%
C．使用的燃料热值越高，热机的效率越高
D．柴油机的效率一般低于汽油机的效率
5．关于热机的效率，下列说法正确的是（　　）
A．一般情况下汽油机的效率比柴油机的高
B．热机损失的能量中，废气带走的能量最少
C．热机的效率越高说明做功越快
D．热机的效率越高，在做功相同的情况下消耗的燃料越少
6．如图，燃料未完全燃烧损失5%的能量，废气带走30%的能量，克服摩擦消耗15%的能量，机械传热损失10%的能量，则该热机的热机效率为（　　）
A．65%
B．45%
C．40%
D．30%
一、选择题（共1题）
7．同学们在进行跨学科实践活动——制作简易热机模型时，某小组同学制作了如图所示的简易汽轮机模型。下列说法正确的是（　　）
A．易拉罐喷出蒸汽使小风扇转动的过程中，内能转化为机械能
B．易拉罐中的水吸热升温后，水的比热容不断减小
C．该模型的工作原理与四冲程汽油机压缩冲程的能量转化情况相同
D．将空笔管与易拉罐口的接口处密封，可以提高简易热机模型的热机效率
二、填空题（共3题）
8．小明阅读了家里的汽车发动机说明书后，画出了如图所示的内燃机能量主要走向示意图（假设燃料完全燃烧）。根据图中信息，我们可以从________（写一种即可）等方面采取措施，以提高热机效率。
9．某品牌汽车燃油机的能量流程图如图所示，若汽车行驶过程中消耗燃油4 kg（燃油的热值为3.15×10 J/kg），该热机的效率约为________，假如这些燃油完全燃烧，牵引力做的功是________J。
10．我们身边的气候现象与热学知识息息相关。
(1)绿地中的人工湖具有“吸热”功能，在盛夏时期能减弱周围地区的“热岛效应”。水的比热容为4.2×10 J/(kg·℃)，其物理意义为质量为1 kg的水，温度升高1℃时________为4.2×10 J。现有一人工湖，湖水吸收一定热量，水温升高2℃，若这些热量被同等质量的砂石吸收（c砂石＜c水），则砂石升高的温度将________2℃（选填：A、大于　B、小于　C、等于）；
(2)在沿海地区炎热晴朗的天气里，易形成海陆风。海陆风是由于地面和大海升温和降温的快慢不同，从而使空气对流形成的。如图所示是在________（选填：A、白天　B、夜晚）的海陆风的示意图；
(3)下列关于热值和热机效率的描述，正确的是（　　）
A．一瓶酒精用去一半，酒精的热值减少一半
B．使燃料充分燃烧，可以增大燃料的热值
C．让燃料尽可能完全燃烧，可以提高热机的效率
D．在热机的能量损失中，燃料没有完全燃烧损失的能量最多
三、计算题（共2题）
11．一台汽油机，完全燃烧0.5 kg汽油（q汽油=4.6×10 J/kg）。
(1)0.5 kg汽油完全燃烧放出多少热量？
(2)若该汽油机效率为30%，求可以输出的有用机械能；
(3)汽油机工作过程中，大量能量随废气流失，请写出一条提高热机效率的途径。
12．小爽学习热机知识后，研究了自己家汽车的汽油机的情况。查阅资料得知：自己家汽车使用的是92号汽油，满箱油的质量为35 kg，汽油机的能量流向如图所示（q汽油=4.5×10 J/kg，c水=4.2×10 J/(kg·℃)）。
(1)满箱汽油完全燃烧放出的热量是多少？
(2)发动机正常工作时，需要用冷却水在汽缸周围循环地流动给汽油机降温。若满箱汽油使用完，冷却水吸收的热量可以使多少千克的水从40℃升高到100℃？
(3)满箱汽油完全燃烧时，可使小汽车输出的有用功是多少？
(4)写出一条如何提高热机效率？
三、综合题（共1题）
13．汽车给我们的生活提供了便利。
(1)汽车发动机常用乙二醇水溶液作冷却剂，这是利用了水的________大的特点。
(2)行驶过程中，闻到尾气有汽油味，有可能是因为汽油没有完全燃烧，则此时汽油的热值________（选填“变大”“不变”或“变小”）。
(3)关于汽车发动机的热机效率，下列说法中正确的是（　　）
A．热机效率越高，热机做功越快
B．热机效率越高，热机做的有用功越多
C．热机效率越高，消耗的燃料越少
D．减少机械摩擦和热损失可以提高热机效率
(4)一桶汽油用去一半，剩下的半桶汽油不变的物理量是________。（不定项）
A．热值　B．内能　C．比热容　D．质量　E．密度
参考答案与解析
1．【答案】C
【解析】A、B．热值是燃料的固有特性，仅与燃料种类有关，与质量、燃烧充分程度无关，故A、B错误；C．热机效率公式为η=W有用/Q放，让燃料尽可能完全燃烧，可增大有用功占燃料完全燃烧放出总热量的比值，提高热机效率，故C正确；D．热机的能量损失中，废气带走的能量最多，故D错误。故选C。
2．【答案】C
【解析】A．热机效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，效率高只说明有用功占比高，热机工作时仍会产生环境污染，故A错误；B．柴油机的压缩比更大，燃料燃烧更充分，柴油机的效率一般高于汽油机，故B错误；C．减少内部部件间的摩擦，可以减少额外功的消耗，从而提高用来做有用功的能量占比，即提高热机效率，故C正确；D．热机工作过程中不可避免地要克服机械部件间的摩擦做额外功，同时废气也会带走一部分能量，热机效率不可能达到100%，故D错误。故选C。
3．【答案】D
【解析】A．热值与燃料的种类有关，与燃料燃烧是否充分无关，故A错误；B．使用热值大的燃料，不一定能提高热机效率，故B错误；C．水的比热容是4.2×10 J/(kg·℃)，表示1 kg的水升高（或降低）1℃吸收（或放出）的热量是4.2×10 J，选项中缺少“1 kg”关键条件，故C错误；D．燃烧质量相同的燃料，放出的热量相同，由η=W有/Q放可知，甲柴油机效率比乙高，则甲将燃料燃烧释放的能量转化为有用功的比例比乙大，即甲产生的有用功比乙大，故D正确。故选D。
4．【答案】A
【解析】A．减少热机内部部件间的摩擦，可以减少额外功的损耗，让更多燃料燃烧释放的能量用于做有用功，能够提高热机效率，故A正确；B．任何热机工作时都不可避免会有热量散失、克服机械摩擦等额外能量损耗，不存在热机效率达到100%的热机，故B错误；C．燃料的热值仅代表燃料的放热能力，热机效率和燃料热值没有必然关联，故C错误；D．柴油机的压缩比更大，能量利用程度更高，其热机效率一般高于汽油机，故D错误。故选A。
5．【答案】D
【解析】A．一般情况下柴油机的效率高于汽油机，故A错误；B．热机损失的能量中，废气带走的能量最多，故B错误；C．热机效率反映有用功占燃料完全燃烧放热总量的比例，做功快慢是功率的物理意义，二者无关联，故C错误；D．由热机效率公式η=W/Q放变形得m=W/(qη)，当有用功、燃料热值相同时，效率η越大，消耗的燃料质量越少，故D正确。故选D。
6．【答案】C
【解析】由题意可知，总损失占比为5%+30%+15%+10%=60%，热机效率是转化为对外做有用功的能量占燃料完全燃烧释放总能量的比例，即η=100%-60%=40%。故选C。
7．【答案】AD
【解析】A．易拉罐喷出蒸汽使小风扇转动，蒸汽对外做功，内能转化为机械能，故A正确；B．比热容是物质的一种特性，与温度无关，水吸热升温后比热容不变，故B错误；C．该模型将内能转化为机械能，与四冲程汽油机的做功冲程能量转化相同，压缩冲程是将机械能转化为内能，故C错误；D．将接口处密封，减少蒸汽泄漏，使更多的内能转化为机械能，可以提高热机效率，故D正确。故选AD。
8．【答案】利用废气的能量（或利用散热的能量、减小机械摩擦）
【解析】从示意图可知，燃料完全燃烧释放的总能量中，额外损耗的能量主要为克服摩擦耗能、机械散热耗能、废气带走的热量；若想要提高热机效率，可以从任意一种能量损耗的角度采取措施，比如通过减小机械摩擦损耗、回收利用废气带走的能量、再利用机械散热的能量等。
9．【答案】35%；4.41×10
【解析】由图可得该热机的效率约为η=100%-33%-25%-7%=35%；这些燃油完全燃烧释放的热量Q放=mq=4 kg×3.15×10 J/kg=1.26×10 J，牵引力做的功W=Q放η=1.26×10 J×35%=4.41×10 J。
10．【答案】(1)吸收的热量；A (2)B (3)C
【解析】(1)水的比热容为4.2×10 J/(kg·℃)，其物理意义为质量为1 kg的水，温度升高1℃时吸收的热量为4.2×10 J。由Q吸=cmΔt可知，质量、吸收的热量相同时，比热容越小，物质升高的温度越大，因为c砂石＜c水，故砂石升高的温度大于2℃，选A。(2)海水比热容大于陆地，夜晚放出相同的热量，陆地气温低，空气下沉，风从陆地吹向海洋，形成陆风，与图示气流方向一致，故选B。(3)A．酒精用去一半后热值不变，故A错误；B．热值与燃料是否充分燃烧无关，故B错误；C．让燃料尽可能完全燃烧，可减少能量损失，提高热机效率，故C正确；D．热机能量损失中废气带走的能量最多，故D错误。故选C。
11．【答案】(1)2.3×10 J (2)6.9×10 J (3)使燃料充分燃烧、回收利用废气余热、减少摩擦损耗等（合理即可）
【解析】(1)汽油完全燃烧放出热量Q放=mq=0.5 kg×4.6×10 J/kg=2.3×10 J。(2)由η=W有/Q放×100%得，输出的有用机械能W有=ηQ放=30%×2.3×10 J=6.9×10 J。(3)热机效率是有效利用的能量占燃料完全燃烧放出总热量的比例，针对废气带走大量热量的特点，回收利用废气余热、使燃料充分燃烧等方式都可以减少能量浪费，提升热机效率。
12．【答案】(1)1.575×10 J (2)1875 kg (3)5.04×10 J (4)使燃料充分燃烧（或保证良好润滑减小机械摩擦损耗、利用废气的余热供暖等）
【解析】(1)满箱汽油完全燃烧放出的热量Q放=m汽油q汽油=35 kg×4.5×10 J/kg=1.575×10 J。(2)由能量流向图可知，冷却水吸收的热量占总放热的30%，因此冷却水吸收的热量Q吸=Q放×30%=1.575×10 J×0.3=4.725×10 J；水温变化Δt=100℃-40℃=60℃，由Q吸=c水m水Δt得m水=Q吸/(c水Δt)=4.725×10 J/(4.2×10 J/(kg·℃)×60℃)=1875 kg。(3)由能量流向图可知，热机输出有用功占总放热的比例为η=100%-33%-30%-5%-32%=32%？由题图实际标注（废气33%、冷却水30%、摩擦与辐射5%、其他损耗32%）可得有用功占32%，因此W有=Q放×32%=1.575×10 J×0.32=5.04×10 J。(4)保证良好润滑减小机械摩擦损耗；让汽油充分燃烧；利用废气的余热供暖等。
13．【答案】(1)比热容 (2)不变 (3)D (4)ACE
【解析】(1)水的比热容大，相同质量的水和其他物质相比，升高相同温度时能吸收更多热量，冷却效果更好，因此适合做冷却剂。(2)热值是燃料的固有特性，只和燃料的种类有关，和燃料是否完全燃烧无关，所以汽油不完全燃烧时热值不变。(3)A．功率反映做功快慢，与热机效率无关，故A错误；B．热机效率是有用功与燃料完全燃烧放出总热量的比值，未限定总耗能量的条件，无法得出有用功增加的结论，故B错误；C．未明确有用功大小，无法比较燃料消耗量，故C错误；D．减少机械摩擦和热损失可降低额外能量损耗，增大有用功占总能量的比例，能够提高热机效率，故D正确。故选D。(4)热值、比热容、密度都是物质的固有特性，只与物质种类、状态有关，汽油用去一半后这些特性不变；内能与质量有关，汽油量减半后总内能减小；质量减小。故不变的物理量为A、C、E。

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