第十四章《内能的利用》测评卷
(时间:45分钟 满分:100分)
一、选择题(每小题4分,共32分)
1.以下交通工具中,常用汽油机作为动力装置的是( )
A.小轿车 B.载重卡车
C.远洋轮船 D.动车
2.下列关于汽油机和柴油机的主要区别,其中错误的是( )
A.柴油机的上部是喷油嘴,汽油机的顶部有火花塞
B.在做功冲程中,柴油机的点火方式叫点燃式,汽油机的点火方式叫压燃式
C.柴油机比汽油机笨重,但燃料便宜
D.柴油机吸入汽缸的只是空气,汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物
3.一台四冲程汽油机的飞轮转速为2400 r/min,那么该汽油机每秒完成的冲程个数为( )
A.40 B.80 C.20 D.160
4.天然气的热值约为8.4×107 J/m3,完全燃烧0.01 m3的天然气产生的热量,可以使10 kg的20 ℃的水温度升高〔不计热量损耗,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)〕( )
A.10 ℃ B.20 ℃ C.30 ℃ D.40 ℃
5.如图所示为某内燃机的能流图,则该内燃机的效率可表示为( )
6.双燃料汽车以天然气或汽油作为燃料,以下说法正确的是( )
A.燃料的热值越大,燃烧时放出的热量越多
B.以天然气为燃料,汽车发动机的效率可以达到100%
C.在压缩冲程中,燃料混合物的温度升高,内能增大
D.汽油与天然气相比,燃烧时汽油对环境的污染较小
7.高铁动车组在高速行驶时是利用车上电动机提供的动力,到站前又可以先停止供电,车速从200 km/h减至90 km/h,这段时间是利用车的惯性前进,磁场中线圈随车轮一起转动,产生感应电流,在90 km/h以下才进行机械刹车,这样既可以减少机械磨损又可以节约能源。整个过程中没有涉及的能量转化是( )
A.电能转化为机械能
B.机械能转化为电能
C.机械能转化为内能
D.内能转化为机械能
8.下列知识结构中有错误的是( )
二、填空题(每空2分,共32分)
9.从能量转化的角度来看,内燃机是把内能转化为 能的机器。内燃机的效率较低,它在工作过程中,能量大部分以 能的形式耗散掉。
10.(2014·江苏南京)如图所示是演示点火爆炸的实验装置。按动电火花发生器的按钮,点燃盒内酒精,盒盖被打出去,这是因为酒精燃烧产生的燃气对外 ,燃气的 能转化为盒盖的 能,这与四冲程汽油机的 冲程的能量转化相同。
11.有经验的柴油机维修师,不用任何仪器,只是靠近柴油机排气管口闻一下,并将手伸到排气管口附近感觉一下尾气的温度,就能初步判断这台柴油机的节能效果。在同样负荷的情况下,尾气的柴油味越 (选填"浓"或"淡"),柴油机的效率越高;尾气温度越 (选填"高"或"低"),柴油机越节能。
12.如图所示是日月坛·微排大厦(简称日月坛),是全球最大太阳能办公大楼。实现了太阳能热水供应、采暖、制冷、光能发电等。利用光能发电,白天,太阳能转化为电能,除供正常使用外,将多余的能量储存在蓄电池内供夜晚使用。请完成下面的方框图,使其正确反映这个过程中能量发生转化的情况。
太阳能→电能→ → →光能
13.随着人民生活水平的提高,汽车已在家庭逐步普及。
小明通过查询得知:一辆某型号的汽车在额定功率下行驶时单位时间内的能量流向图。
(1)从能量转化角度看,其中"摩擦损耗"的这部分能量转化成 能。
(2)若将汽车转化为有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为"能量转化效率",则该发动机的能量转化效率η为 。
14.(2014·四川泸州)汽车四冲程内燃机的一个工作循环一般分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程,在这四个冲程中,把机械能转化为内能的是 冲程。某单缸四冲程内燃机飞轮转速为1 200 r/min,该内燃机每秒对外做功的次数为 。
15.(2014·山东滨州)西气东输工程让滨州市民用上了物美价廉的天然气。在标准大气压下,将质量为2 kg、温度为20 ℃的水加热至沸腾,水至少要吸收 J热量,这需要完全燃烧 m3的天然气。〔c水=4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值为8×107 J/m3〕
三、简答题(8分)
16.汽车的诞生改变了人类的生活方式。事实上,人类很早就在探寻着更好的代步工具,法国人居纽于1769年制造了世界上第一辆蒸汽驱动的三轮车。现在你看到的如图所示这幅漫画,据说是牛顿设计的蒸汽汽车的原理图。试就该原理图回答下列问题:
(1)找出原理图中运用了哪些物理知识。
(2)该原理图中涉及哪几种形式的能量?请简述对应的能量转化过程。
(3)使汽车向前运动的力是怎样产生的?这个力的施力物体是谁?
四、实验探究题(10分)
17.某同学学习了燃料的热值后,自己设计了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值大小关系。他实验时组装了如图所示的两套规格完全相同的装置,并每隔1分钟记录杯中水的温度(见下表)。
(1)在安装、调整实验器材时,科学合理的顺序是(甲图中):先调整固定 的位置,再调整固定 (选填"A"或"B")的位置。
(2)为保证实验结论的可靠,实验时应控制两套装置中相同的量有加热时间和水的 、 。
(3)通过表中记录的数据,你认为煤油和菜籽油两种燃料中,热值较大的是 。
(4)该同学实验前用天平测出了烧杯中水的质量及两油灯中燃料的质量并记录了数据、利用公式Q吸=cm(t-t0)计算出了水吸收的热量,他认为通过这些数据能准确地计算出煤油和菜籽油的热值。你认为他的计算结果可靠吗? 。为什么? 。
五、综合题(每小题9分,共18分)
18.(2014·山东菏泽)阅读下面的材料,解答问题。
山东菏泽向"大气污染宣战"
某环保局研究表明:"PM2.5来源中,机动车的排放占33.1%,排第一位,燃煤污染排放占第二位"。"减少污染排放,还我一片蓝天"成为每一个公民的责任。下面是菏泽有关部门针对"节能减排"采取的部分措施。
第三项措施
首批50辆LNG(液化天然气)新能源公交车已经投入运营。为了方便市民出行,市区公交车全面安装"北斗导航系统",市民可以通过手机(导航系统接收器)查询公交车的动态位置。
据有关资料显示:尾气中的有害气体排放明显减少:90%CO、24%CO2、90%SO2、39%NO、无粉尘排放,因此天然气被称为绿色能源。其他性能指标的比较:
根据下表提供的信息,通过计算说明:
(1)天然气车燃烧1 m3天然气所做的有用功是多少?做同样多的有用功,汽油车需要燃烧多少千克汽油?
(2)若某公交汽车每天消耗100 m3的天然气,与用汽油相比,它每天节约的运行成本是多少?
19.(2014·山东聊城)煤、石油、天然气的过量开采使人类面临能源危机。某县在冬季利用地热能为用户取暖。县内有一口自喷状态地热井,出水温度为90 ℃,出水流量为150 m3/h。
(1)求每小时流出的地热水温度降低到50 ℃所放出的热量。
(2)这些热量如果用天然气蒸汽锅炉供热,且天然气蒸汽锅炉的热效率为90%,则利用上述地热能供暖一小时可以节约多少天然气?〔ρ水=1.0×103 kg/m3,c水=4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值为4×107 J/m3〕
答案解析：
1.A 本题考查汽油机的应用,汽油机比较轻巧,主要用于小型汽车、飞机、摩托车等,柴油机效率较高,比较笨重,主要用于载重卡车、火车、轮船等。
2.B 由柴油机和汽油机的构造可知,柴油机的上部是喷油嘴,汽油机的顶部有火花塞,故A选项正确;柴油机吸入汽缸的只是空气,汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物,故D选项正确;在做功冲程中,柴油机的点火方式叫压燃式,汽油机的点火方式叫点燃式,故B选项错误;柴油机比汽油机笨重,但燃料便宜,故C选项正确。
3.B 本题考查汽油机的工作过程。由于2 400 r/min==40 r/s,曲轴与飞轮每秒转40转,完成20次工作循环,一次工作循环有四个冲程,可知每秒完成80个冲程。
4.B 完全燃烧0.01 m3的天然气产生的热量为Q放=Vq=0.01 m3×8.4×107 J/m3=8.4×105 J,由于不计热量损耗,所以水吸收的热量Q吸=Q放=8.4×105 J,根据公式Q吸=cmΔt得
Δt==20 ℃。
5.C 根据热机效率的概念,热机中用来做有用功的能量跟燃料完全燃烧放出的能量之比叫热机的效率。
6.C 燃料燃烧时放出的热量不仅与热值有关,还与燃料的质量有关,故选项A错误;任何热机都不可能把燃料释放的热量全部用来做有用功,总会有部分能量损失,所以热机的效率总是小于100%,故选项B错误;汽油燃烧时产生的尾气中,主要污染物有一氧化碳、氮氧化物,天然气燃烧产生的是二氧化碳和水,燃烧汽油污染较大,故选项D错误。
7.D 高铁动车组在高速行驶时是利用车上电动机提供的动力,涉及的能量转化是电能转化为机械能;减速时,磁场中线圈随车轮一起转动,产生感应电流,涉及的能量转化是机械能转化为电能;在90 km/h以下进行机械刹车,涉及的能量转化是机械能转化为内能,故没有涉及的能量转化是内能转化为机械能,答案选D。
8.C A选项中改变内能的方法有做功和热传递两种。B选项中扩散现象说明了物质分子的运动发生在同状态不同物质之间。D选项中Q吸=cmΔt说明了Q吸与c、m及Δt有关。C选项中常见的内燃机有汽油机和柴油机两类,故C是错误的。
9.解析:内燃机工作时将内能转化为机械能,由于内燃机工作时产生大量的热,只有少部分被利用,所以其效率较低。
答案:机械 热
10.解析:按动电火花发生器的按钮产生电火花,点燃盒内酒精,酒精燃烧产生高温高压的燃气,燃气膨胀对外做功,燃气的内能转化为盒盖的机械能,四冲程汽油机的做功冲程也是将内能转化为机械能,所以这一过程与四冲程汽油机的做功冲程的能量转化相同。
答案:做功 内 机械 做功
11.解析:热机的效率高低是衡量热机性能好坏的一个重要指标,在日常生活中利用排气管冒出的尾气情况是确定内燃机效率高低的一种常用方法。尾气的柴油味浓、颜色黑都说明柴油没有充分燃烧,浪费了燃料,这样柴油机的效率低。尾气的温度越高,说明散失的热量越多,柴油机的效率越低,反之,柴油机的效率越高,越节能。
答案:淡 低
12.解析:将多余的能量储存在蓄电池内供夜晚使用,就是说白天给蓄电池充电,电能转化为化学能,晚上蓄电池供电照明,化学能转化为电能,电能转化为光能。
答案:化学能 电能
13.解析:此题主要考查了能量的转化现象,以及热机的效率。题目中给出了一个新的概念"能量转化效率",同时也考查了学生的变通能力。"摩擦损耗"的能量转化情况为机械能转化为内能;该发动机的能量转化效率为 η=×100%=×100%=12.5%。
答案:(1)内 (2)12.5%
14.解析:在单缸四冲程内燃机四个冲程中,压缩冲程是将机械能转化为内能;做功冲程是将内能转化为机械能。内燃机每经历一个工作循环,飞轮转动两周,活塞对外做一次功,该内燃机飞轮转速为1 200 r/min,每秒转动20 r,因飞轮每转动两周,活塞对外做一次功,故对外做功的次数为10。
答案:压缩 10
15.解析:水吸收的热量Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃-20 ℃)=6.72×105 J;天然气完全燃烧放出的热量Q放=Q吸=6.72×105 J,由Q=Vq,得需要天然气的体积V==8.4×10-3 m3。
答案:6.72×105 8.4×10-3
16.解析:蒸汽汽车燃料燃烧化学能转化为内能,对水加热(内能从一个物体转移到另一个物体),水沸腾产生水蒸气,蒸汽汽车利用内能做功(蒸汽向后喷出反作用于蒸汽汽车,使汽车向前运动),内能转化为机械能,这是反冲现象,利用了"力的作用是相互的"这一特点进行工作;蒸汽汽车前进时,要克服滚动摩擦。
答案:(1)力的作用是相互的;利用内能做功;
反冲现象;热传递;燃料燃烧;滚动摩擦。
(2)内能、化学能、机械能。燃料的燃烧,化学能转化为内能;水蒸气向后喷出,内能转化为机械能。
(3)利用高温、高压的水蒸气向后高速喷出,推动车子做功,获得向前的推力,施力物体是水蒸气。
17.解析:(1)组装器材,要从下往上组装,故先调整固定B的位置,再调整固定A的位置。
(2)根据控制变量法的思想,应控制水的质量和初温相同。
(3)由数据分析,甲杯中水的温度升高得快,说明煤油放出的热量多,故热值较大的是煤油。
(4)因任何燃料在燃烧时都有热量损失,吸收效率无法估计,故不能测出水吸收的热量,故不能根据Q吸=cm(t-t0)=mq来计算煤油和菜籽油的热值。
答案:(1)B A (2)质量 初温 (3)煤油 (4)不可靠 煤油和菜籽油不可能完全燃烧,且有热量损失(容器、石棉网、铁圈等要吸热,水、容器等向周围环境散热),故无法准确计算燃料的热值
18.解析:(1)由η=×100%可得,1 m3天然气燃烧,通过发动机能做的有用功
=η1Vq1=45%×1 m3×2.3×107 J/m3=1.035×107 J;
根据题意可得,即1.035×107 J=η2mq2=30%×m×4.6×107 J/m3,m=0.75 kg;
(2)燃烧1 m3天然气可节约资金0.75×9元-4.5元=2.25元。天然气汽车每天节约的运行成本是2.25×100元=225元。
答案:(1)1.035×107 J 0.75 kg (2)225元
19.解析:此题综合考查了热学的综合计算。已知水的体积,由密度公式的变形公式可以求出水的质量;已知水的初、末温度和水的比热容,由放热公式可以求出水所释放的热量。已知效率,先求出天然气需要放出的热量,由Q=Vq的变形公式可以求出天然气的体积。
(1)已知出水流量为150 m3/h,
由ρ=得水的质量m=ρV=1.0×103 kg/m3×150 m3=1.5×105 kg,
水放出的热量
Q=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×1.5×105 kg×(90 ℃-50 ℃)=2.52×1010 J。
(2)由η=得
天然气需要放出的热量Q放==2.8×1010 J,
由Q放=Vq得天然气的体积V==700 m3。
答案:(1)2.52×1010 J (2)700 m3
,
