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第2章 章末 综合练习
综合练习
一、选择题（共3题）
1．如图所示四种物理情境的示意图，下列分析正确的是（　　）
A．图甲：排球在上升时合力方向为竖直向上
B．图乙：移走小磁针，通电导线周围磁场消失
C．图丙：汽油机正处于压缩冲程
D．图丁：电路的连接方式符合家庭电路安全规范
2．下列说法中正确的是（　　）
A．只有气体之间才能发生扩散
B．热机的效率能达到100％
C．热机都是使用汽油作为燃料
D．物体分子间同时存在引力和斥力
3．下列说法正确的是（　　）
A．一瓶酒精用去一半，酒精的热值减小一半
B．汽油机的做功冲程主要是将内能转化为机械能
C．煤的热值比干木柴的热值大，所以完全燃烧时煤放出的热量较多
D．质量越大的汽油完全燃烧后放出的热量越多，说明汽油的质量越大，热机的效率越高
二、填空题（共2题）
4．如图是一组实验，观察实验完成填空。
(1)如图甲，向一根封闭的玻璃管中注水至一半位置，再注入酒精直至充满。封闭管口，并将玻璃管反复翻转，观察液面的位置，发现液体总体积变小，说明分子间存在__________；
(2)如图乙所示的装置，其中一个瓶子装有密度比空气大的红棕色二氧化氮气体，另一个装有空气，则演示扩散现象时应该把装有二氧化氮气体的瓶子放在__________方（选填“上”或“下”）；
(3)如图丙，把一块玻璃板用弹簧测力计拉出水面，在离开水面时，观察到弹簧测力计示数变大，说明了分子间存在__________；
(4)如图丁所示此过程中的能量转化情况与汽油机__________冲程相同；
(5)在制造汽车发动机时，通常将汽油机浸于冷却液中，这样做的目的是通过__________（选填“做功”或“热传递”）的方式来减少内能，若内燃机每秒钟完成20个做功冲程，则内燃机的曲轴转速是__________r/min。
5．按要求填空。
(1)图甲是一台单缸四冲程汽油机________冲程的示意图，其能量转化情况与________（选填“乙”或“丙”）图相同，此过程中通过________方式改变汽缸内燃料混合物的内能。若汽油机飞轮的转速为2400 r/min，在1 s内，汽油机对外做功________次，完成________个冲程；
(2)科学家设计了一款单缸六冲程汽油机，它的构造和工作循环的前四个冲程与四冲程汽油机相似，在第四冲程结束后，再完成两个冲程。
①第五冲程中，向汽缸内喷水，水在汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，则第五冲程为________（选填“吸气”“压缩”“做功”或“排气”）冲程；
②第六冲程中活塞向________运动（选填“上”或“下”）。
三、综合题（共4题）
6．城市热岛效应即中心城区气温明显高于郊区。
(1)减弱热岛效应措施之一：增加绿地、城市水体，是利用水的________较大。
(2)机动车是造成城市热岛效应的因素之一。四冲程内燃机工作过程中，将内能转化为机械能的是________（单选）。
A．吸气冲程　B．压缩冲程　C．做功冲程　D．排气冲程
(3)汽车内燃机的能量流程图如图所示，该热机效率为________，释放出的内能无法自动地转化为机械能再用来驱动汽车，说明能量的转化具有________。
7．无人驾驶汽车是一种智能汽车，依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。某无人驾驶汽车沿水平路面匀速直线行驶8400 m，消耗汽油2.1 kg，汽车受到的牵引力是2000 N。[汽油热值q=4.6×10 J/kg，c水=4.2×10 J/(kg·℃)，氢的热值q氢=1.4×10 J/kg]
(1)2.1 kg汽油完全燃烧释放的热量是多少？
(2)若2.1 kg汽油完全燃烧释放的热量全部被水吸收，可将多少千克水从20℃加热到70℃？
(3)近年来我国的氢能源汽车产业快速发展，如果该汽车使用氢气作为燃料，且氢气完全燃烧产生热量的40%用于牵引力做功，则该过程需要消耗多少千克的氢气？
(4)提高热机的效率具有什么积极意义？（写出一条即可）
8．现代社会中，大部分交通工具的发动机都是热机。
(1)为了更好地理解热机工作原理，小曹同学自制如图实验器材，他在矿泉水瓶的侧壁上钻一个孔，把电火花发生器紧紧塞进孔中，实验时从瓶口喷入酒精并盖上锥形纸筒，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，纸筒即刻飞出。纸筒飞出后瓶内气体内能________（选填“增大”“减小”或“不变”），它是通过________方式改变的内能。
(2)小曹一家十一长假开车外出旅游，在某段行程中汽车消耗了10 kg的汽油。
①求这些汽油完全燃烧放出的热量（汽油的热值为4.6×10 J/kg）；
②若小曹家汽车热机效率是30%，求在这段行程中汽油机做的有用功。
(3)某型号汽油机的结构如图甲，小曹同学阅读了某牌号汽车发动机说明书后，将内燃机的能量流向制成如图乙所示的图表。
①图甲为汽油机的________冲程；
②请根据图乙给出的信息，该汽油机的效率为________%。
(4)热机效率与机械的效率：某次升旗时，由于滑轮与拉绳之间存在摩擦，小曹用恒为30 N的拉力将重20 N的国旗匀速提升了10 m，则该滑轮的机械效率为________；比较完两种效率的计算，我们发现热机的效率和机械的效率计算方法本质上是________的（选填“A．相同”或“B．不相同”）。
(5)航天器发动机用氢做燃料，这是因为氢的________较大（选填“A．热值”或“B．比热容”）；通过技术改进，热机效率________（选填“能”或“不能”）达到100%。
9．校园科技节上，同学们开展了“自制动力装置”的实践活动，请完成以下填空。
(1)某组同学选用空易拉罐、中性笔管、小风扇、酒精灯等器材制作了简易热机模型。向易拉罐注入半罐水，密封后置于支架上，笔管尖端对准扇叶，点燃酒精灯加热。加热时，罐内的水发生__________（填物态变化名称），产生高温高压的水蒸气。水蒸气推动扇叶转动的过程与汽油机的__________冲程能量转化相同。若实验中扇叶转动不顺畅，排除机械摩擦因素后，还可能的原因是__________。
(2)另一组同学制作简易直流电动机：用漆包线绕成矩形线圈作为转动部分，将线圈两端引线的漆皮处理为“左端全刮、右端刮半周”，再将线圈放在强磁体之间，连接电池和支架。引线的刮漆处理让线圈依靠__________能连续转动。线圈转动时，电能转化为__________能。如果整个制作没有问题，但接上电源后线圈不动，这时应做哪些尝试？__________（写出一条即可）
三、实验探究题（共1题）
10．在跨学科实践课上，某小组围绕“制作内燃机还是外燃机模型”进行了探究，最终完成了简易热机模型的设计与制作。
【项目提出】简易热机模型的类型探究——内燃机与外燃机的比较与选择。
【项目分析】
(1)热机的原理：如图(a)，将试管中的水加热一段时间后，塞子冲了出去，瓶内气体的内能转化为塞子的________能。此实验基本展示了热机的工作原理。
(2)热机的分类：外燃机：燃烧室在气缸外，如蒸汽机，燃烧燃料使水变成________，推动活塞做功。内燃机：燃料在气缸内部燃烧，利用燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功，其原理与图(b)中________的原理相同。
【项目实施】
(3)制作简易内燃机模型：如图(c)，在塑料瓶的侧壁上打一个小孔，向瓶内喷入适量酒精，将塑料杯倒扣在瓶口，用点火器通过侧壁小孔点燃瓶内酒精，塑料杯被向上弹开，瓶内气体内能变________（选填“大”或“小”），此过程与四冲程内燃机________冲程的能量转化相同。
参考答案与解析
1．【答案】D
【解析】A．排球上升过程中，受到竖直向下的重力和竖直向下的空气阻力，两个力方向相同，合力方向竖直向下，故A错误；B．通电导线周围的磁场是电流产生的，小磁针仅用来显示磁场的存在，移走小磁针后磁场不会消失，故B错误；C．图丙中汽油机进气门打开、排气门关闭，活塞向下运动，该冲程是吸气冲程，故C错误；D．家庭电路连接中，开关接在相线上，灯泡螺旋套接中性线、顶端接相线，三孔插座“左零右火上接地”，图中接法符合家庭电路安全规范，故D正确。故选D。
2．【答案】D
【解析】A．扩散可以发生在气体、液体和固体中，如墨水在水中扩散、金块在铅块中扩散，故A错误；B．热机工作时总有热量损失（如摩擦、散热），效率不可能达到100%，故B错误；C．热机可以使用多种燃料，如汽油机用汽油、柴油机用柴油，故C错误；D．分子间同时存在引力和斥力，固体难以压缩说明存在斥力，固体保持形状说明存在引力，故D正确。故选D。
3．【答案】B
【解析】A．热值是燃料的特性，与质量无关，一瓶酒精用去一半，剩余酒精的热值不变，故A错误；B．汽油机在做功冲程中，燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，故B正确；C．燃料完全燃烧放出的热量由热值和质量共同决定，煤的热值大，但若质量较小，完全燃烧放出的热量可能比干木柴少，故C错误；D．热机效率是有用功与燃料完全燃烧放出总热量的比值，与燃料质量无直接关系，质量大的汽油完全燃烧放出的热量多，效率不一定高，故D错误。故选B。
4．【答案】间隙；下；引力；做功；热传递；2400
【解析】(1)因为分子间存在空隙，水和酒精充分混合后，酒精分子和水分子分别进入对方分子的间隙中，混合后的总体积变小。(2)二氧化氮气体的颜色是红棕色的，且密度比空气大，应放在下面的瓶子中，避免因重力使气体下落造成干扰。(3)玻璃和水接触在一起，玻璃分子和水分子间的距离在引力作用范围内，水分子和玻璃分子之间存在相互作用的引力，向上拉玻璃板时，弹簧测力计示数变大。(4)图丁中塞子被冲出，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，与汽油机做功冲程的能量转化相同。(5)将汽油机浸于冷却液中，汽油机放热、冷却液吸热，是通过热传递的方式减少内燃机内能；内燃机每秒钟完成20个做功冲程，即完成20个工作循环，曲轴每秒钟转40圈，转速为40 r/s=2400 r/min。
5．【答案】(1)压缩；丙；做功；20；80 (2)①做功 ②上
【解析】(1)图甲中汽缸两个气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，压缩冲程将机械能转化为内能；图乙中试管内水蒸气将内能转化为机械能，塞子冲出；图丙中向下压活塞，外界对瓶内空气做功，将机械能转化为内能，故压缩冲程能量转化情况与图丙相同。压缩冲程中活塞对汽缸内燃料混合物做功，燃料混合物内能增大，是通过做功方式改变内能的。飞轮转速为2400 r/min=40 r/s，汽油机完成一个工作循环对外做功一次、飞轮转动2圈，故1 s内对外做功20次，完成80个冲程。(2)①第五冲程中高温高压水蒸气推动活塞再次做功，故为做功冲程；②完成第五冲程后，第六冲程中活塞应向上运动，排出汽缸内的废气。
6．【答案】(1)比热容 (2)C (3)35%；方向性
【解析】(1)水的比热容较大，和同质量的其他物质相比，吸收相同热量时温度升高幅度更小，可以有效调节城市气温，因此增加绿地、城市水体是利用水的比热容大的特点减弱热岛效应。(2)将内能转化为机械能的冲程是做功冲程，故选C。(3)由能量流向图可知，废气带走33%、冷却水带走25%、摩擦与辐射损失7%，则热机效率η=100%-33%-25%-7%=35%；释放出的内能无法自动地转化为机械能再用来驱动汽车，说明能量的转化具有方向性。
7．【答案】(1)9.66×10 J (2)460 kg (3)0.3 kg (4)节约能源、减少有害气体的排放量，降低对空气的污染（合理即可）
【解析】(1)汽油完全燃烧放出的热量Q放=m汽油q汽油=2.1 kg×4.6×10 J/kg=9.66×10 J。(2)热量全部被水吸收，Q吸=Q放=9.66×10 J，Δt=70℃-20℃=50℃，水的质量m水=Q吸/(c水Δt)=9.66×10 J/[4.2×10 J/(kg·℃)×50℃]=460 kg。(3)牵引力做的有用功W=Fs=2000 N×8400 m=1.68×10 J，氢气完全燃烧需要放出的总热量Q放氢=W/η=1.68×10 J/40%=4.2×10 J，消耗氢气的质量m氢=Q放氢/q氢=4.2×10 J/(1.4×10 J/kg)=0.3 kg。(4)提高热机的效率，意味着在获得相同有用功的情况下消耗更少的燃料，达到节约能源的目的；同时燃料消耗减少使废气排放减少，有助于减轻环境污染。
8．【答案】(1)减小；做功 (2)①4.6×10 J ②1.38×10 J (3)①做功 ②30 (4)66.7%；A (5)A；不能
【解析】(1)按动电火花发生器按钮，点燃瓶内酒精后，瓶内气体温度升高、内能增大；气体对纸筒做功，自身内能减小，是通过做功的方式改变内能。(2)①汽油完全燃烧放出的热量Q放=mq=10 kg×4.6×10 J/kg=4.6×10 J；②由η=W有/Q放得，汽油机做的有用功W有=ηQ放=30%×4.6×10 J=1.38×10 J。(3)①图甲中进气门、排气门都关闭，活塞向下运动，火花塞处有火花，为做功冲程；②由图乙可知，汽油机效率η=100%-33%-30%-7%=30%。(4)使用定滑轮，绳子自由端移动的距离s=h=10 m，机械效率η=W有/W总=Gh/(Fs)=20 N×10 m/(30 N×10 m)≈66.7%；热机效率是有用功与燃料完全燃烧放出的能量之比，机械效率是有用功与总功的比值，二者本质相同，都是有用功（或有用能量）与总功（或总能量）的比值，故选A。(5)航天器发动机用氢做燃料，是因为氢的热值较大，相同质量的氢与其他燃料相比完全燃烧放出的热量多，选A；由于燃料不可能完全燃烧、废气带走热量、机器散热和摩擦等都会造成热量散失，通过技术改进也不能使热机效率达到100%。
9．【答案】(1)汽化；做功；水蒸气气流速度慢（可加大火力使罐内产生更多水蒸气，合理即可） (2)惯性；机械；拨动一下线圈，让它越过平衡位置（合理即可）
【解析】(1)向易拉罐注入半罐水，加热时水吸收热量、内能增加、温度升高，罐内的水发生汽化，产生高温高压的水蒸气推动扇叶转动，将内能转化为机械能，与汽油机做功冲程能量转化相同；扇叶转动不顺畅，排除机械摩擦因素后，可能的原因是水蒸气气流速度慢，可加大火力，使罐内产生更多高温高压水蒸气。(2)线圈引线“左端全刮、右端刮半周”，在刮去绝缘漆的半圈内，通电线圈受磁场力作用而转动；没有刮去绝缘漆的半圈内无电流、不受磁场力，线圈依靠惯性转过另外半圈，故刮漆处理让线圈依靠惯性能连续转动；线圈转动将电能转化为机械能。若线圈不动，可能是线圈恰好处在平衡位置，应拨动一下线圈，让它越过平衡位置（或检查电池连接、磁体是否放好等）。
10．【答案】机械；水蒸气；甲；小；做功
【解析】(1)试管中的水加热后，瓶内气体对塞子做功，瓶内气体的内能转化为塞子的机械能，此实验基本展示了热机的工作原理。(2)外燃机如蒸汽机，燃料燃烧使水吸收热量汽化成水蒸气，水蒸气推动活塞做功；内燃机燃料在气缸内部燃烧，高温高压气体推动活塞做功，与图(b)中甲（燃料燃烧产生高温高压气体推动风车转动，内能转化为机械能）的原理相同。(3)点燃瓶内酒精后，酒精燃烧放热使瓶内气体内能增大，塑料杯被向上弹开，气体内能转化为塑料杯的机械能，瓶内气体内能变小；此过程与四冲程内燃机做功冲程的能量转化相同。

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