初中物理第2节 热机的效率巩固练习

14.2热机的效率

一、选择题

1.释放化学能的过程不断地发生在人体内，食物也是一种“燃料”.营养成分在人体细胞里与氧结合提供细胞组织所需的能量.人体摄入的能量（营养师常称之为热量）过多或过少都有损于健康.某种巧克力的营养成分表上标有“每100g能量2000kJ”，该标识的含义与以下哪个物理量含义类似（　　）

A.热量 B.热值 C.内能 D.比热容

【答案】B

【解析】巧克力的营养成分表上标有“每100g能量2000kJ”，该标识的含义为每100g巧克力能够提供的能量为2000kJ，则1kg提供的能量为20000kJ，即2×107J，可表达为：2×107J/kg；可见其含义与热值相似，热值表示1kg燃料完全燃烧时放出的热量；故ACD错误，B正确。

2.关于热机，下列说法正确的是（　　）

A.随着科学技术的发展，热机的效率可达到100%

B.四冲程汽油机在工作过程中，进气门和排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程

C.汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞

D.柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大

【答案】B

【解析】A.通过技术改造只能提高热机的效率，但不可能达到100%，故A错误；

B.压缩冲程是进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，做功冲程是在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，是燃料猛烈燃烧，高温高压的气体推动活塞向下运动，对外做功，此时进气门和排气门都关闭，故B正确；

C.汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，故C错误；

D.柴油机的效率比汽油机的高，主要是因为柴油机为压燃式，压缩的程度更高，气缸内温度更高，能量转化的程度更高，和热值无关，故D错误。

故选B。

3.关于热现象，下列说法正确的是（　　）

A.燃料燃烧时放出的热量越多，其热值越大

B.沿海地区比沙漠地区昼夜温差小，这与水的比热容比沙石的比热容小有关

C.热馒头放一会儿变凉，这是通过做功改变了馒头的内能

D.试管中的水蒸气把橡皮塞弹出过程中，是水蒸气的内能转化为橡皮塞的机械能

【答案】D

【解析】A.热值是燃料的一种特性，热值的大小由燃料本身决定，和烧时放出的热量的多少，故A错误；

B.沿海地区水多，内陆地区水少、沙石多，因为水的比热容较大，白天，相同质量的水和沙石比较，吸收相同的热量，水的温度升高的少；夜晚，放出相同的热量，水的温度降低的少，使得沿海地区昼夜的温差小，故B错误；

C. 热馒头放一会儿变凉，这是通过热传递改变了馒头的内能，故C错误；

D.水蒸气把橡皮塞弹出过程中，水蒸气的内能减少，水蒸气的内能转化为橡皮塞的机械能，故D正确。

故选D。

4.如图所示是某教师自制的教具.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，纸筒立即飞出.关于此实验，说法不正确的是（     ）

A.酒精不完全燃烧时热值不变

B.能闻到酒精的气味说明分子不停的做无规则运动

C.燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的压缩冲程

D.纸筒飞出后瓶内气体的内能减小，温度降低

【答案】C

【解析】A. 热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料是否充分燃烧无关，故A叙述正确；

B. 能闻到酒精的气味说明分子酒精分子在永不停息的做无规则运动，故B叙述正确；

C. 燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的做功冲程，故C叙述错误；

D. 纸筒飞出后瓶内气体的内能减小，温度降低，故D叙述正确.

故选C.

5.某机器的能量流向如图所示，据此推理该机器可能是（　　）

A.热机 B.电动机 C.发电机 D.电热水器

【答案】B

【解析】由图示可以看出，这个机器把电能主要转化成的机械能，还有一部分转化成了内能。

A.热机主要是将内能转化为机械能的机器，故A错；

B.电动机在工作时，主要将电能转化为机械能，还有一少部分电能转化为内能，故B正确；

C.发电机是将机械能转化为电能的机器，故C错；

D.电热水器主要是将电能转化为内能，故D错。

应选B。

6.阅读下列材料：①扩散现象实质是一切物质分子都在不停地作无规则运动；②内燃机压缩冲程是将内能转化为机械能；③压缩气体使气体温度升高是通过做功改变物体内能；④热机效率是热机性能的重要指标之一.以下答案正确的是（    ）

A.①③④正确 B.只有①③正确

C.①②正确 D.①②③④正确

【答案】A

【解析】①分子的运动眼睛无法直接观察，是通过扩散现象来反映的.扩散现象表明一切物质的分子不停地做无规则运动，故正确；

②内燃机压缩冲程是将机械能转化为内能，故错误；

③压缩气体使气体温度升高是通过做功把机械能转化成内能，改变物体内能，故正确；

④热机效率是热机性能的重要指标之一，故正确.

①③④正确；

7.为了节约能源，需要提高热机的效率，下列措施不能提高热机效率的是（　　）

A.让燃料与空气混合充分，使燃料燃烧得比较完全

B.尽量增加热机的工作时间

C.尽量减少热机内部各部件间的摩擦

D.在设计与制造热机时要不断改进与创新，以减少能量的损失

【答案】B

【解析】ACD.热机效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。所以减少热量的损失可以提高热机的效率。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、在设计与制造热机时不断改进与创新，都可以减少热量的损失，提高效率，故ACD正确，不符合题意；

B.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，故B错误，符合题意。

故选B。

8.质量为5kg的汽油，用去一半后，剩下的汽油（  ）

A.密度、比热容、热值都变为原来的一半

B.密度不变，比热容、热值变为原来的一半

C.密度、比热容变为原来的一半，热值不变

D.密度、比热容、热值都不变

【答案】D

【解析】密度、比热容、热值三个物理量，是从不同的角度来描述物质的特性，同种物质的密度、比热容、热值只与物质的种类和状态有关，是一般不发生变化的量，质量为5kg的汽油用去一半后，质量、体积发生变化，但剩下的汽油的密度、比热容、热值都不变，故ABC不符合题意，D符合题意。

故选D。

9.某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9km，用时5min45s，消耗燃油1.5kg，已知汽车的牵引力是2000N，燃油的热值为4.6×107J/kg，假设燃油完全燃烧。通过计算可知，下列结果正确的是（　　）

①汽车行驶速度是72km/h

②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是6.8×107J

③汽车发动机的效率是20%

④汽车牵引力做功的功率是30kW

A.只有①和② B.只有①和③ C.只有②和③ D.只有②和④

【答案】B

【解析】①汽车的行驶速度

v==72km/h

故①正确；

②消耗的燃油完全燃烧放出的热量

Q放=mq=1.5kg×4.6×107J/kg=6.9×107J

故②错误；

③该汽车牵引力所做的功

W=Fs=2000N×6.9×103m=1.38×107J

汽车发动机的效率

η==20%

故③正确；

④该汽车牵引力所做功的功率

P==40000W=40kW

故④错误。

故选B。

10.（多选）下列说法中正确的是（　　）

A.水结冰后，分子静止不动

B.沿海地区昼夜温差小，主要原因是由于水的比热容大

C.水不容易被压缩是因为水分子之间存在相互作用的斥力

D.汽油的热值比柴油的热值大，完全燃烧时比柴油产生的热量多

【答案】BC

【解析】A.构成物质的分子在永不停息地做无规则运动，不会停止，故A错误；

B.由于水的比热容较大，当吸收或放出相同的热量时，温度变化较小，所以沿海地区昼夜温差小，故B正确；

C.分子间同时存在着相互作用的引力和斥力，水不容易被压缩是因为水分子之间存在相互作用的斥力起主要作用，故C正确；

D.虽然汽油的热值比柴油的热值大，由于不知道质量大小，所以不能判断出完全燃烧时放出热量的多少，故D错误。

故选BC。

三、填空题

11.天然气热值为 8.4×10 7J/m3，则完全燃烧 8m3的天然气能放出_____J 的热量。

【答案】6.72×108

【解析】气体燃料的热值在数值上等于完全燃烧1 m3的气体燃料放出的热量，那么，燃烧8m3的天然气放出的热量为

12.我国首次在南海成功试采出绿色能源―“可燃冰”。完全燃烧50g的“可燃冰”来加热水，最多可以使质量为100kg，初温为20℃的水温升高到______℃[q可燃冰=4.2×108J/kg；c水=4.2×103J/（kg·℃）]。

【答案】70

【解析】完全燃烧50g的“可燃冰”放出热量

因为

根据得到最多可以使质量为100kg，初温为20℃的水温升高到

13.某兴趣小组的同学，用煤炉给l0kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线，若在6min内完全燃烧0.4kg煤，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，煤的热值约为3×107J/kg，煤炉烧水时的热效率_________。

【答案】21%

【解析】0.4kg煤完全燃烧产生的热量

由图可知，水吸收的热量为

煤炉烧水时的热效率

14.如图所示是热机的_____冲程；一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，该汽油机每秒钟完成做功_____次。若该汽油机的效率为30%，完全燃烧10kg的汽油放出的热量可以对外做功_____J（汽油的热值为4.6×107J/kg）。

【答案】排气    10    1.38×108

【解析】[1]如图，进气门关闭、排气门打开，活塞上移，是排气冲程。

[2]单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1200r/min=20r/s，也就是1s飞轮转动20r，飞轮转动20r，燃气对外做功10次，完成10个工作循环、完成40个冲程。

[3]汽油完全燃烧时放出的热量

Q放=mq=10kg×4.6×107J/kg=4.6×108J

该汽油机可以对外做功

W有用=ηQ放=30%×4.6×108J=1.38×108J

15.电热安全压力锅解除了普通压力锅的安全隐患，既省时又省电。若使用额定电压为220V，额定功率为1200W的压力锅，将2kg初温为20℃的水加热升温至120℃的过程中，水吸收的热量为________J，这些热量相当于完全燃烧_________g的煤气。（水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值为5.0×107J/kg）

【答案】8.4×105    16.8   

【解析】[1]由=cmt可得，水吸收的热量

[2]根据Q=qm可得，完全燃烧煤气的质量

四、简答题

16.如图，小汽车是常用的交通工具。请你运用所学的物理知识回答下面有关小汽车的问题：

（1）燃料在汽车发动机内发生了哪些能量转化？

（2）人们要求小汽车等交通工具放弃传统能源而使用新能源的主要目的是什么？（写出两条）

（3）试从小汽车的外型判断小汽车在水平路面行驶时和静止时，对地面压强哪一个大？为什么？

【答案】（1）燃料在发动机内发生了两次能量转化，先由化学能转化为内能，再由内能转化为机械能

（2）放弃传统能源使用新能源的主要目的是节约不可再生能源（或化石能源）和减少废气造成的环境污染

（3）小汽车静止时比行驶时对地面压强大；小汽车行驶时上方气流速度比下方大，根据“流速越大压强越小”原理，流过汽车的空气产生向上的压强差，汽车就会受到向上的压力，故汽车对地面的压强减小。

【解析】（1）燃料在发动机内燃烧时，消耗化学能，产生内能，所以将化学能转化为内能，在做功冲程过程中，将内能转化为机械能；

（2）传统能源具有很多缺点，如不能再生，污染大；新能源应克服这些缺点，从而达到经济，环保，可持续利用等目的；

（3）小汽车是流线型，小汽车行驶时上方气流速度比下方大，流速越大的地方压强越小，所以上方的压强小于下方的压强，流过汽车的空气产生向上的压强差，汽车就会受到向上的压力，汽车对地面的压力减小，从而得到对地面的压强减小。

五、综合题

17.某私家小汽车尾部上标有“2.0T”的字样，其中“T”就是“涡轮增压”，是利用高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，来带动同轴的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使汽油燃烧更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高发动机效率和减少废气污染的目的；这辆汽车的最低油耗可达0.2kg/(kWh)，已知汽油的热值为4.6×107J/kg。[温馨提示：最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量；0.2 kg/(kWh)表示获得1kWh能量消耗0.2kg汽油。请回答下列问题：

（1）请用文中的表述回答：为什么正常情况下涡轮增压发动机会比自然吸气发动机更加省油？

答：________________；

（2）从能量的转化来看，汽车的内燃机工作时____________冲程将机械能转化为内能；

（3）根据题中的数据可知该汽车发动机的效率最高可达_________%。（计算到1%）

【答案】使汽油燃烧更充分    压缩    39   

【解析】(1)[1]正常情况下涡轮增压发动机会比自然吸气发动机更加省油，原因是涡轮增压发动机工作时汽油燃烧更充分；

(2)[2]从能量的转化来看，汽车的内燃机工作时压缩冲程将机械能转化为内能；

(3)[3]根据题意可知，完全燃烧0.2kg汽油获得最大有用功的能量为

，

汽车发动机的最高效率：