初中物理教科版九年级上册1 热机综合训练题

第二章  内能的利用改变世界的热机单元检测卷（解析版）

一、选择题（每小题3分，共39分）

1.下列过程中，属于利用内能做功的例子是（　　）。

A．用砂轮磨刀，有火星迸出；

B．太空中的星体碎片坠入大气层，成为流星；

C．壶中的水沸腾时，壶盖不断地跳动；

D．用打气筒给轮胎打气

【答案】C。

【解析】A、砂轮打磨工件时火星四溅，是砂轮与工件之间发生摩擦，是机械能转化为内能，不符合题意；

B、陨石坠入地球大气层成为流星，是陨石和空气摩擦生热的过程，是机械能转化为内能的过程，不符合题意；

C、水烧开的时候，壶盖不断“跳动”，是水蒸气对壶盖做功的结果，把水蒸气的内能转化为壶盖的机械能，符合题意；

D、打气时克服筒壁之间的摩擦做功，所以是机械能转化为内能，不符合题意，故选C。

2.下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况.关于对图中①②③④的补充正确的是（　　）。

A．①做功冲程  ②内能转化为机械能  ③压缩冲程  ④机械能转化为内能；

B．①压缩冲程  ②内能转化为机械能  ③做功冲程  ④机械能转化为内能；

C．①做功冲程  ②机械能转化为内能  ③压缩冲程  ④内能转化为机械能；

D. ①压缩冲程  ②机械能转化为内能  ③做功冲程  ④内能转化为机械能

【答案】D。

【解析】热机的四个冲程，吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。压缩冲程中，活塞上升压缩气缸内的气体，使气体内能增大，燃料燃烧产生高温高压的燃气，机械能转化为内能；

做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞向下运动，内能转化为机械能。故选D。

3.如图是四冲程内燃机工作循环中的一个冲程，它是（　　）。

A．压缩冲程，将内能转化为机械能            B．压缩冲程，将机械能转化为内能

C．做功冲程，将内能转化为机械能            D．做功冲程，将机械能转化为内能

【答案】B。

【解析】图中的气门关闭，活塞上行，因此这是压缩冲程；在压缩冲程中，将机械能转化为内能。

4.汽油机和柴油机相比较，其中正确的是（　 ）。

A、汽油机顶部有喷油嘴，吸入的是空气，效率高；

B、汽油机顶部有火花塞，吸入的是汽油和空气的混合物，效率高；

C、柴油机顶部有火花塞，吸入的是柴油和空气的混合物，效率高；

D、柴油机顶部有喷油嘴，吸入的是空气，效率高

【答案】D。

【解析】汽油机顶部有火花塞，吸入的是汽油和空气的混合物。热机效率是指用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，与柴油机相比，汽油机在压缩冲程结束时，燃气压强和温度比较低，因此在做功冲程中，用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比较小，所以汽油机效率较低。选项A、B错误。

柴油机顶部有喷油嘴，吸入的是空气，效率高。选项C错误，选项D正确。

5.如图所示是四冲程汽油机的其中一个冲程的剖面图，下列说法正确的是（　　）。

A．该冲程是压缩冲程；

B．该冲程中活塞向上运动；

C．该冲程是内能转化为机械能的过程；

D．该冲程是机械能转化为内能的过程

【答案】C。

【解析】根据图示可知，两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，气缸容积增大，因此是做功冲程。在做功冲程中将内能转化为机械能，故A、B、D错，C正确。

6.汽车已经成为现代生活不可缺少的一部分，汽车多数采用汽油机作为发动机，如图是四冲程汽油机的工作循环示意图，下列说法中不正确的是（　　）。

A、甲冲程是把机械能转化为内能；

B、乙冲程是排气冲程；

C、丙冲程是把机械能转化为内能；

D、丁冲程是吸气冲程

【答案】C。

【解析】热机的四个冲程，吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。

甲图：气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，将机械能转化为了内能，A正确；

乙图：排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，B正确；

丙图：气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，将内能转化为了机械能，C错误；

丁图：进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，D正确。

7.关于热机效率以下几种说法中，正确的是（　　）。

A.有用功跟燃料燃烧值的比值；

B.用来做有用功的那部分能量跟燃料燃烧所放出的能量之比；

C.用来做有用功的那部分能量跟燃料完全燃烧所放出的能量之比；

D.燃料完全燃烧所放出的能量跟用来做有用功的那部分能量之比

【答案】C。

【解析】热机所做有用功（有效利用的能量）与燃料完全燃烧释放的热量之比叫做热机效率。（热机工作时总是有能量的损失，所以热机效率始终小于1）。故选C。

8.（多选）下列现象中利用内能加热的是（　 ）。

A、晾晒稻谷           B、喷气式飞机在空中飞行

C、用高炉熔化铁　 　　D、燃气推动发动机叶轮

【答案】AC。

【解析】选项A中太阳照在稻谷上，使稻谷的温度升高，内能增大，能量的形式末变，是利用内能加热；

选项B中，燃料燃烧获得的内能转化成了飞机的机械能，能量的形式发生了变化；

选项C中，炉子传热给铁，使铁熔化，能量的形式未发生变化；

选项D中，燃气推动发动机叶轮转动，燃气的内能转化为叶轮的机械能，能量的形式发生了变化，所以选项C和A正确。

9.关于四冲程内燃机，下面说法错误的是（　　）。

A．内燃机是利用内能来做功的机器；

B．在做功冲程，内能转化为机械能；

C．在压缩冲程，内能转化为机械能；

D．四个冲程依次为吸气、压缩、做功、排气冲程

【答案】C。

【解析】A、内燃机是利用内能来做功的机器，故A正确；

B、做功冲程高温高压燃气推动活塞向下运动，将内能转化为机械能，故B正确；

C、压缩冲程活塞向上运动，压缩气体对气体做功，将机械能转化为内能，故C错误；

D、内燃机的四个冲程是吸气、压缩、做功、排气冲程，故D正确；故选：C。

10．关于热机和能量守恒定律的说法中不正确的是（　　）。

A．汽油机做功冲程中内能转化为机械能；

B．汽油机的效率低于柴油机的效率；

C．任何一种热机工作时要遵守能量守恒定律；

D．蒸汽机的效率为6%～15%，工作时不遵守能量守恒定律

【答案】D。

【解析】A、汽油机做功冲程中，高温高压的燃气对外做功，将内能转化为机械能，故A正确；

B、由热机的特点可知，汽油机的效率低于柴油机的效率，故B正确；

CD、任何一种热机工作时要遵守能量守恒定律，蒸汽机也不例外，故C正确，D错误。故选：D。

11.为节约能源，需提高热机的效率，下列措施中不能提高热机效率的是（　　）。

A．尽量使燃料充分燃烧                 B．尽量减少热机部件间的摩擦

C．尽量减少废气带走的热量             D．尽量增加热机的工作时间

【答案】D。

【解析】减少热量的损失可以提高热机的效率，所以使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失，提高效率。增加热机的工作时间，并不能减少热量的损失，所以不能提高热机的效率。

12.为体现低碳经济的理念，上海世博会充分利用太阳能发电技术，其主题馆屋面太阳能板的面积达3×104m2，年发电量3×106kW•h。若这些电能由火力发电站提供（煤的热值为3×107J/kg，煤完全燃烧释放的内能转化为电能的效率是30%），则仅此一项每年可节约煤炭的质量为（　　）。

A．2.0×104kg       B．1.2×105kg       C．3.6×105kg        D．1.2×106kg

【答案】D。

【解析】由题知，利用太阳能年发电量：

；

∵若这些电能有火力发电站提供：；

∴用火力发电需要煤炭：；

每年可节约煤炭1.2×106kg。

13.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．热机都是使用汽油作燃料；D．热机的大量使用会造成环境污染

【答案】D。

【解析】A、一切物体在任何温度下都有内能，所以热机排放的尾气也有内能，所以A是错误的；

B、热机在工作时不可避免的要克服机械部件间的摩擦做额外功，机械效率不可能达到100%，所以B是错误的；

C、汽油机燃烧汽油，柴油机燃烧柴油，蒸汽机燃烧煤，并不是所有的热机都燃烧汽油的，所以C是错误的；

D、热机在使用时会排放出一些有害的气体，造成环境污染，所以D是正确的。

二、填空题（每空1.5分，共30分）

14.如图所示，工作中的四冲程汽油机正处于　   　冲程，该冲程将　   　转化为机械能，若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外做功　  　次、飞轮转过　  　圈。

【答案】做功；内能；10；20。

【解析】（1）如图，进气门和排气门都是关闭的，火花塞放电，活塞下行，可以判断是做功冲程，做功冲程中内能转化为机械能。

（2）热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周，若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外做功10次，飞轮转动20周。

15.内燃机的大量使用，促进了社会的进步，使人们享受了现代文明，但在使用内燃机的同时又给人类带来了污染，如排放过多二氧化碳，引起了________，内燃机废气和冷却水带走总热量的60%，使内燃机成为城市的________元凶之一。在内燃机工作过程中，如图所示的是内燃机能流图，它的能量损失所占的百分比是：废气内能35%，散热损失30%，机械能损失10%，则内燃机的热机效率是________。我们在高效利用能源的同时，也必须重视环境保护。

【答案】大气；噪声；25%。

【解析】（1）内燃机在使用过程中，排放过多二氧化碳引起了温室效应，产生的废气是热岛效应的元凶；

（2）在内燃机的能流图中，废气损失内能35%，散热损失30%，机械能损失10%，因此内燃机的效率是η=1-35%-30%-10%=25%。

故答案为：温室效应；热岛效应；25%。

16.100℃的水能自动地把内能转移给低温的空气，低温的空气________（填“也能”或“不能”）自动地把内能转移给100℃的水；汽车制动时，由于摩擦，汽车的________转变为地面、空气的内能，这些散失到空气和地面的内能，不能自动地用来再次开动汽车，这说明能量的转化和转移具有________。

【答案】不能； 机械能；方向性。

【解析】100℃的水温度较高，能自动地把内能转移给低温的空气，反向不能传递；
汽车制动由于摩擦，汽车的机械能转变为地面、空气的内能；

这些散失到空气和地面的内能，不能自动地用来再次开动汽车，这说明能量的转化和转移具有方向性。

故答案为：不能，机械能，方向性。

17．能量可以导致事物的发生、引起物质的变化，它无处不在，并有多种形式。我们听见的声音是一种能，叫做　 　；看见的光也是一种能，叫做　 　；感到的热也是一种能，叫做　 　；物体运动也具有能，叫做　 　等等。

【答案】声能；光能；内能；动能。

【解析】我们听见的声音是一种能，叫做声能；

看见的光也是一种能，叫做光能；

感到的热也是一种能，叫做内能；

物体运动也具有能，叫做动能等等。

故答案为：声能；光能；内能；动能。

18．能量既不会凭空　 　，也不会凭空　 　，它只会从一种形式　 　为其他形式，或者从一个物体　 　到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持　  　，这就是能量守恒定律。

【答案】消灭；产生；转化；转移；不变。

【解析】能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体上，在转移和转化过程中，能的总量保持不变。

故答案为：消灭；产生；转化；转移；不变。

19.如图甲所示的某品牌插秧机使用北斗导航，农民只需在作业前进行相关设定，即可实现24小时无人值守自动作业。

(1)北斗导航卫星是通过电磁波向插秧机发送位置信息的；

(2)该插秧机使用四冲程汽油机，图乙中汽油机处于        冲程。如果该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功            次；

(3)汽油属于      （选填“清洁”或“非清洁”）能源，某段时间插秧机消耗汽油0.21kg，汽油完全燃烧放出的热量是     J；若这些热量完全被40kg初温15°C的水吸收，则水温升高    °C。[q汽油=4.6×107J/kg，c水=4.2×103J/（kg·°C）]

【答案】 (2)压缩；30；(3) 非清洁；9.66×106J；57.5。

【解析】(1)电磁波可以在真空中传播，可以传递信息，北斗卫星导航系统在实现定位、导航和授时服务时，主要是利用电磁波传递信息的。

(2)从图中可以看出，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为了内能。

飞轮的转速是60r/s，飞轮转动2圈完成一个冲程，所以1s汽油机每秒钟对外做次数是30次。

(3)由于汽油燃烧后会产生污染大气的废气，所以汽油属于非清洁能源。

汽油完全燃烧放出的热量：Q放=mq=0.21kg×4.6×107J/kg=9.66×106J；

由Q放=cm△t得水温升高的温度为：△t= = = 57.5℃。

三、解答题（31分）

20.（6分）如图所示为汽油机做功冲程的示意图。若某型号单缸四冲程汽油机的活塞直径为60 mm（面积近似取S=3.0×10-3 m2），活塞冲程长度为L=0.06 m，某种工作状态下做功冲程燃气的平均压强为p=1.0×106 Pa，活塞以n=1380次/min做往复运动，汽油机往复运动两次，对外做功一次。

（1）汽油机在此工作状态下的功率是多少？

（2）如果此工作状态下每分钟消耗20 g汽油，那么汽油机把内能转化为机械能的效率是多少？（q汽油=4.6×107 J/kg，不计摩擦）

【解析】（1）燃气对活塞的推力：F=pS

一次做功：W=FL=pSL=1.0×106 Pa×3.0×10-3 m2×0.06 m=180 J，

汽油机的功率：；

（2）每分钟汽油燃烧放出的热量：

机械效率：。

21．（10分）太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置，下表是小明家的太阳能热水器某天在阳光照射下的相关信息

（其中太阳辐射功率是指1h内投射到1m2面积上的太阳能。）求：

（1）水在10h内吸收的热量；

（2）如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧多少m3的天然气；（天然气的热值为8.4×l07J/m3，天然气完全燃烧放出的热量全部给水吸收）。

（3）该太阳能热水器的能量转化效率。

【解析】（1）水在10h内吸收的热量（有用能量）：

Q吸＝cm△t＝4.2×103J/（kg•℃）×100kg×50℃＝2.1×107J；

（2）由题意可知，Q放＝Q吸＝2.1×107J，

由Q放＝Vq可得需要天然气的体积：V＝＝＝0.25m3；

（3）10h太阳能热水器吸收的太阳能（总能量）：

Q总＝1.68×106J/（m2•h）×2.5m2×10h＝4.2×107J，

该太阳能热水器的能量转化效率：η＝×100%＝×100%＝50%。

答：（1）水在10h内吸收的热量为2.1×107J；（2）如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧0.25m3的天然气；（3）该太阳能热水器的能量转化效率为50%。

22.（12分）发动机是汽车的核心部件，发动机的质量决定了整车的性能和品质。若某台以93号汽油为燃料的汽车，其发动机的相关数据如下表所示。表中空燃比指汽缸内空气和燃油的质量比。

（1）汽车内燃机一个工作循环包括四个冲程，一个汽缸正常工作四个冲程的顺序是       乙甲丁丙（对甲、乙、丙、丁重新排序），其中内能转化为机械能的冲程是图        。

（2）汽车以120km/h的速度匀速运动时发动机的输出功率最大，此时汽车1min内做的有用功是多少？

（3）汽车完成一个工作循环时，燃料完全燃烧放出的热量是多少？

（4）当汽车以120km/h的速度匀速行驶时，发动机的效率是多大？

【解析】（1）甲中的两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，是第二冲程；乙中的一个气阀打开，活塞向下运动，所以为吸气冲程，是第一冲程；丙中的一个气阀打开，活塞向上运动，所以为排气冲程，是第四冲程；丁中的两个气阀都关闭，活塞下运动，所以为做功冲程，是第三冲程；故排序为：乙甲丁丙。其中做功冲程内燃机给汽车提供动力。

（2）汽车以120km/h速度匀速运动时，1min中内做的有用功：W有用=Pt=8.28×104W×60s=4.968×106J；

（3）1min内汽油燃烧释放的热量：

；

（4）发动机的效率：。

答：（1）乙甲丁丙；丁；（2）汽车1min内做的有用功是4.968×106J；（3）燃料完全燃烧放出的热量是8.28×103J；（4）发动机的效率是25%。　　

23.（3分）一辆重力为5×104N的汽车，在平直马路上以72km/h的速度匀速行驶时，遇到的阻力为车重的O.02倍，每小时需汽油6kg，则这辆汽车发动机的效率为多少？（汽油的热值q=4.6×107J/kg）

【答案】26.1%。

【解析】在水平方向上，汽车受阻力，

因为汽车做匀速直线运动，处于平衡状态，所以牵引力；

因为，所以汽车的路程 。

牵引力的功：。

汽油完全燃烧释放出的热量：。

发动机的效率。