?14.2 熱機(jī)的效率（解析版）

一、選擇題
1.關(guān)于熱機(jī)，下列說法正確的是（ ）。
A.改進(jìn)技術(shù)，能使熱機(jī)的效率達(dá)到100% ；
B.柴油機(jī)的壓縮沖程使得氣缸內(nèi)的氣體內(nèi)能減?。?br /> C.利用循環(huán)水可為熱機(jī)降溫，主要是利用水蒸發(fā)時(shí)吸熱的特性；
D.汽油機(jī)除了做功沖程外，其他三個(gè)沖程都依靠飛輪的慣性完成
【答案】D。
【解析】A.改進(jìn)技術(shù)，能使熱機(jī)的效率達(dá)到100% ；這種說法錯(cuò)誤，任何熱機(jī)都會有能量損耗，其效率不可能得到100%。
B.柴油機(jī)的壓縮沖程使得氣缸內(nèi)的氣體內(nèi)能減??；壓縮沖程使得氣缸內(nèi)氣體體積減小，內(nèi)能增加，故此說法錯(cuò)誤。
C.利用循環(huán)水可為熱機(jī)降溫，主要是利用水蒸發(fā)時(shí)吸熱的特性；此說法錯(cuò)誤，利用循環(huán)水主要是水的比熱容大，升高溫度相同時(shí)，水吸收的熱量多，故此說法錯(cuò)誤。
D.汽油機(jī)除了做功沖程外，其他三個(gè)沖程都依靠飛輪的慣性完成；此說法正確。正確答案是D。
2. 關(guān)于熱機(jī)，下列說法錯(cuò)誤的是（ ）。
A．熱機(jī)性能好壞的重要標(biāo)志之一是熱機(jī)效率；
B．在四沖程內(nèi)燃機(jī)中減少廢氣帶走的大量熱量可以大大提高熱機(jī)效率；
C．柴油機(jī)的效率比汽油機(jī)的高，這是因?yàn)椴裼偷臒嶂当绕偷拇螅?br /> D．在壓縮沖程中內(nèi)燃機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
【答案】C。
【解析】A．熱機(jī)性能好壞的重要標(biāo)志之一是熱機(jī)效率；這種說法正確，效率大小事熱機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。故A正確。
B．在四沖程內(nèi)燃機(jī)中減少廢氣帶走的大量熱量可以大大提高熱機(jī)效率；這種說法正確，減少廢氣排放帶走的熱量，也就提高了熱機(jī)的工作效率，故B正確。
C．柴油機(jī)的效率比汽油機(jī)的高，這是因?yàn)椴裼偷臒嶂当绕偷拇?；這種說法錯(cuò)誤，柴油機(jī)的效率高不是因?yàn)槠錈嶂蹈叩木壒?。故C錯(cuò)誤。
D．在壓縮沖程中內(nèi)燃機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；這種說法是正確的。壓縮氣缸中的氣體，使其內(nèi)能增加，是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。故D的說法正確。此題答案是C。
3. 氫能源具有來源廣、熱值高、無污染等優(yōu)點(diǎn)。氫氣的熱值為14.3×107J／kg，完全燃燒0.5kg的氫氣可放出 J的熱量；若一罐氫氣用去了一半，則剩余氫氣的熱值 (大于、等于、小于)14.3×107J／kg。
【答案】、等于。
【解析】熱值是燃料所特有的屬性，燃料的熱值不因其多少而發(fā)生變化。
對于有關(guān)熱值的計(jì)算，需要大家掌握熱值的概念；此題計(jì)算如下：
0.5kg氫氣放出的熱量為：。
4.“可燃冰”是一種新型能源，主要成分是甲烷，可直接點(diǎn)燃，燃燒后幾乎不產(chǎn)生任何殘?jiān)?，所以“可燃冰”是一種新型 能源(選填“清潔”或“污染”)；1m3甲烷完全燃燒能產(chǎn)生 J熱量，這些熱量可以使 kg的水從20℃加熱到100℃。[甲烷的熱值q甲烷=4.2×107J／m3，c水=4.2×103J／(kg·℃)]
【答案】清潔、4.2×107、125。
【解析】此題考查學(xué)生有關(guān)熱值得計(jì)算問題，在計(jì)算時(shí)要注意統(tǒng)一單位。可燃冰是一種熱值高的清潔能源，它的利用價(jià)值很高。
1m3甲烷完全燃燒產(chǎn)生的熱量：；
這些熱量可以把水從20加熱到100，水的質(zhì)量為：
。
故答案為：清潔、4.2×107、125。
5. 完全燃燒了0.5kg的某種燃料，這些熱量全部被水吸收，使200kg的水溫度由30℃升高到40℃，則這種燃料的熱值是多少？
【答案】。
【解析】水的比熱容是：，200kg水，溫度由30oC升高到40oC，吸收的熱量為：。
故此燃料的熱值：。
6. 某汽車的輸出功率是60kW，正常行駛的速度為54km/h，汽車的效率是25％，該汽車要是行駛108km，要消耗多少kg的汽油？（汽油的熱值4.5×107J/kg）
【答案】38.4kg。
【解析】汽車行駛的時(shí)間：,
汽車輸出的能量：，
汽車消耗的總能量：；
消耗的汽油質(zhì)量為：。
7.我國的地?zé)豳Y源相當(dāng)豐富，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的天然溫泉就有2000處以上。溫泉水的溫度大多在60oC以上，個(gè)別地方達(dá)到100oC-140oC。
（1）100kg的溫泉水從60oC降低到20oC時(shí)所放出的熱量是多少J？
（2）這相當(dāng)于多少m3煤氣完全燃燒放出的熱量？（煤氣的熱值為4.2×107J/m3）
【答案】（1）水放出的熱量為：。（2）煤氣的體積：。
【解析】此題考查熱值和熱量的概念。（1）水的比熱容是：，那么，100kg水，從60oC降到20oC時(shí)，水放出的熱量為：。
（2）煤氣的熱值為：q=4.2×107J/m3，的熱量與Vm3煤氣完全燃燒相當(dāng)，故：。
8.某飾品加工廠有酒精噴燈加工飾品，張師傅在1分鐘內(nèi)用去酒精60g，被加工的一只質(zhì)量為36g的銅飾品溫度從20℃升高到1070℃，求：
（1） 銅飾品吸收的熱量是多少？
（2） 酒精完全燃燒放出的熱量是多少？
（3） 酒精噴燈的效率是多少？
（c銅=4.2×103J/（kg·oC），q酒精=3×107J/kg）
【解析】（1）銅飾品吸收的熱量：；
（2）酒精完全燃燒放出的熱量：；
（3）酒精噴燈的效率為：。


一、選擇題
1．下列關(guān)于熱現(xiàn)象說法正確的是（ ）。
A．內(nèi)燃機(jī)的做功沖程是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；
B．現(xiàn)代火箭用液態(tài)氫作燃料，是因?yàn)闅涞谋葻崛荽螅?br /> C．高壓鍋是利用增大鍋內(nèi)氣壓來降低液體沸點(diǎn)工作的；
D．打氣筒在打氣時(shí)，筒壁發(fā)熱主要是通過做功改變了內(nèi)能
【答案】D。
【解析】A、內(nèi)燃機(jī)的做功沖程將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，A錯(cuò)誤；
B、現(xiàn)代火箭采用液態(tài)氫作為火箭的燃料，原因是液態(tài)氫具有較高的熱值，完全燃燒相同質(zhì)量的氫時(shí)，可以釋放出更多的熱量，且氫氣燃燒后的產(chǎn)物是無污染的水，B錯(cuò)誤；
C、液體的沸點(diǎn)隨液面上方氣壓的增大而升高，故高壓鍋是利用增大鍋內(nèi)氣壓來升高液體沸點(diǎn)工作的，C錯(cuò)誤；
D、打氣筒給輪胎打氣時(shí)氣筒壁發(fā)熱，即通過做功的方式改變內(nèi)能，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，D正確；
故選：D。
2.如圖所示是實(shí)驗(yàn)室中常用的酒精燈，關(guān)于酒精燈下列說法正確的是（ ）。

A．向燈內(nèi)添加酒精時(shí)會聞到酒精味道，這是擴(kuò)散現(xiàn)象；
B．酒精不斷燃燒，其熱值會減小；
C．酒精燈的火焰溫度約為70﹣90℃；
D．燈內(nèi)a處酒精的壓強(qiáng)大于b處酒精的壓強(qiáng)
【答案】A。
【解析】A、能夠聞到酒精味，是酒精分子無規(guī)則運(yùn)動的結(jié)果，屬于擴(kuò)散現(xiàn)象，故A正確；
B、熱值是燃料的一種特性，其大小只與燃料的種類有關(guān)，酒精不斷燃燒，質(zhì)量減小、熱值不變，故B錯(cuò)誤；
C、酒精燈的外焰溫度約為400～500℃左右，故C錯(cuò)誤；
D、在同種液體中的液體的壓強(qiáng)與深度有關(guān)，深度越深，壓強(qiáng)越大，燈內(nèi)a處酒精的壓強(qiáng)小于b處酒精的壓強(qiáng)，故D錯(cuò)誤；故選：A。
3.西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號運(yùn)載火箭，于2019年4月20日將第44顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功送上太空。下列說法中正確的是（ ）。
A．火箭升空過程中，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；
B．燃料燃燒時(shí)將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；
C．火箭使用液氫燃料，主要是利用了液氫的比熱容較大；
D．火箭使用液氫燃料，主要是利用了液氫的熱值較大
【答案】D。
【解析】A、火箭升空過程中，燃料燃燒釋放出的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為火箭的機(jī)械能；故A錯(cuò)誤；
B、燃料燃燒時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故B錯(cuò)誤；
CD、發(fā)射火箭采用液態(tài)氫作為火箭的燃料，原因是液態(tài)氫具有較高的熱值，完全燃燒相同質(zhì)量的氫時(shí)，可以釋放出更多的熱量，故C錯(cuò)誤，D正確。故選：D。
4.如圖所示，將活塞迅速下壓，玻璃筒底的棉花被點(diǎn)燃。此過程是通過　 　的方式增加了筒內(nèi)空氣的內(nèi)能，能量轉(zhuǎn)化方式與汽油機(jī)的　 　沖程相同。某汽油機(jī)在一次工作中消耗了2kg汽油，對外做功為2.3×107J，則汽油機(jī)的效率是　 　（汽油熱值為4.6×107J/kg）。

【答案】做功；壓縮；25%。
【解析】（1）在空氣壓縮引火儀玻璃筒的底部放一小撮干燥的棉絮，用力將活塞迅速向下壓，棉絮燃燒起來；說明將活塞迅速下壓，活塞對桶內(nèi)空氣做功，使筒內(nèi)空氣的內(nèi)能增加，溫度升高；壓縮過程中，活塞的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能，故該過程中，與內(nèi)燃機(jī)的壓縮沖程相同；
（2）汽油完全燃燒放出的熱量：Q放＝mq＝2kg×4.6×107J/kg＝9.2×107J；
汽油機(jī)的效率η＝×100%＝×100%＝25%。
故答案為：做功；壓縮；25%。
5.青海油田澀北天然氣田連續(xù)10年保持穩(wěn)產(chǎn)，為西寧人民的生產(chǎn)、生活用氣提供了有力保障。已知天然氣的熱值是7×108J/m3，若小明家完全燃燒0.01m3的天然氣，放出的熱量為　 　J；做飯時(shí)會聞到飯香，從物理學(xué)角度來看，屬于　 　現(xiàn)象。
【答案】7×106；擴(kuò)散。
【解析】（1）完全燃燒0.01m3天然氣，放出的熱量：
Q放＝Vq＝0.01m3×7×108J/m3＝7×106J；
（2）做飯時(shí)會聞到飯香，說明了分子在不停地做無規(guī)則運(yùn)動，是擴(kuò)散現(xiàn)象。
故答案為：7×106；擴(kuò)散。
6.天然氣的熱值為4.4×107J/kg，小明燒開一壺水消耗了0.05kg。完全燃燒這些天然氣放出熱量為　 　J；水沸騰時(shí)壺蓋被頂起，這是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為　 　能，汽油機(jī)的　 　沖程與此原理相似。
【答案】故答案為：2.2×106；機(jī)械；做功。
【解析】消耗0.05g天然氣釋放的熱量：
Q＝mq＝0.05kg×4.4×107J/kg＝2.2×106J；
水沸騰時(shí)壺蓋被頂起，這是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，在汽油機(jī)的做功沖程中，高溫高壓的燃?xì)馀蛎涀龉?，將?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
故答案為：2.2×106；機(jī)械；做功。
7.一臺汽油機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速為3600r/min，在1s內(nèi)汽油機(jī)對外做了　 　次功。如果汽油機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)消耗了0.5kg汽油，若這些汽油完全燃燒，可放出熱量　 　J。汽油機(jī)用水作冷卻液，是利用水的　 　大的特點(diǎn)。（q汽油＝4.6×107J/kg）
【答案】30；2.3×107；比熱容。
【解析】汽油機(jī)飛輪轉(zhuǎn)速是3600r/min＝60r/s，每秒鐘飛輪轉(zhuǎn)動60圈，完成30個(gè)工作循環(huán)，對外做功30次；
0.5kg汽油完全燃燒放出的熱量：
Q放＝mq＝0.5kg×4.6×107J/kg＝2.3×107J；
因?yàn)樗谋葻崛葺^大，所以常用來作為冷卻液使用。
故答案為：30；2.3×107；比熱容。
8.如圖，“長征五號B”運(yùn)載火箭首次采用了我國最新研制的大推力液氧煤油發(fā)動機(jī)。煤油的熱值為4.6×107J/kg，完全燃燒2kg煤油放出的熱量為　 　J?；鸺蘸笾破鲿詣用撀?。助推器脫落后在　 作用下落回地面。此時(shí)火箭相對地面是　 　的。

【答案】9.2×107；重力；運(yùn)動。
【解析】完全燃燒2kg煤油放出的熱量：Q放＝qm＝4.6×107J/kg×2kg＝9.2×107J；
火箭升空后助推器會自動脫落后，助推器會在重力的作用下落回地面，此時(shí)火箭相對于地面發(fā)生了位置的變化，則火箭是運(yùn)動的。
故答案為：9.2×107；重力；運(yùn)動。
9.熱機(jī)發(fā)明后，一直在持續(xù)的改進(jìn)和發(fā)展中。
材料一：1769年，法國人居紐制造出蒸汽機(jī)推動的三輪汽車（圖甲），傳統(tǒng)蒸汽機(jī)的燃料在氣缸外部燃燒（圖乙），熱效率為5%～8%之間。

材料二：1862年，法國人德羅夏提出內(nèi)燃機(jī)（內(nèi)燃指燃料在氣缸內(nèi)燃燒）的四沖程循環(huán)理論：①氣缸的向外運(yùn)動造成的真空將混合氣體燃料吸入氣缸；②通過氣缸的向內(nèi)運(yùn)動對進(jìn)入氣缸里的燃料進(jìn)行壓縮；③高壓燃燒氣體產(chǎn)生巨大爆發(fā)力；④將已經(jīng)燃燒的廢氣從氣缸中排出。
材料三：1876年，德國人奧托制造出以四沖程為依據(jù)的煤氣內(nèi)燃機(jī)，利用飛輪的慣性使四沖程自動實(shí)現(xiàn)循環(huán)往復(fù)，內(nèi)燃機(jī)的效率達(dá)到14%。
（1）四沖程循環(huán)理論提及的“巨大爆發(fā)力”由圖中的　 　沖程實(shí)現(xiàn)。

（2）德羅夏提到的內(nèi)燃方式是基于　 　的猜想；
（3）老師在重復(fù)演示“做功改變內(nèi)能”實(shí)驗(yàn)（圖丙）之間，需在拔出活塞后將厚玻璃筒甩幾下，其目的與內(nèi)燃機(jī)的　 ?。ㄟx填“吸氣”“壓縮”“做功”或“排氣”）沖程的原理相似。
【答案】（1）C；（2）燃料在氣缸內(nèi)燃燒，熱量損失少，熱效率高；（3）排氣。
【解析】（1）在四沖程內(nèi)燃機(jī)中，提供動力的是做功沖程；由圖可知，A中進(jìn)氣門打開，活塞下行，為吸氣沖程；B中兩個(gè)氣門關(guān)閉，活塞上行，為壓縮沖程；C中兩個(gè)氣門關(guān)閉，活塞下行，為做功沖程；D中排氣門打開，活塞上行，為排氣沖程；故“巨大爆發(fā)力”由C沖程實(shí)現(xiàn)；
（2）德羅夏提到的內(nèi)燃方式是基于燃料在氣缸內(nèi)燃燒，熱量損失少，熱效率高的猜想；
（3）老師需在拔出活塞后將厚玻璃筒甩幾下，其目的是排出里面的廢氣，相當(dāng)于內(nèi)燃機(jī)的排氣沖程。
故答案為：（1）C；（2）燃料在氣缸內(nèi)燃燒，熱量損失少，熱效率高；（3）排氣。
10. 小明學(xué)習(xí)了熱學(xué)的有關(guān)知識后，知道水的比熱容是4.2×103 J/(kg·℃)，他想估算一下自己家每天燒水做飯需要的熱量。于是小明仔細(xì)記錄了他家每天燒水、煮飯、炒菜需要的時(shí)間，并把它折算成燒水時(shí)間，相當(dāng)于每天將30kg20℃的水燒開。
（1）小明家每天燒水做飯需要多少熱量？
（2）如果普通煤的熱值為3×107 J/kg，從理論上講小明家每天燒水做飯需要多少千克普通煤？
（3）小明家實(shí)際平均每天需要燒4塊蜂窩煤，按每塊蜂窩煤含煤0.5 kg算，他家每天實(shí)際用煤2 kg，由此小明計(jì)算出他家煤爐的效率只有16.5％。你認(rèn)為小明家煤爐效率低的原因是什么？
（4）從大的方面講，家用煤除了熱效率低、浪費(fèi)能源的缺點(diǎn)外，另一個(gè)主要缺點(diǎn)是什么？
【解析】（1）小明家每天燒水做飯需要的熱量即是水升溫吸收的熱量Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×30 kg×（100℃－20℃）=1.008×107 J。
（2）小明家每天燒水做飯需要的能量需要煤燃燒放出，即Q放= Q吸=1.008×107 J，則需要的煤的質(zhì)量為m=Q放/q=1.008×107J/3×107J/kg=0.336 kg。
（3）小明家煤爐效率低的原因是：一方面煤不能完全燃燒，另一方面煤燃燒放出的熱量不能被水完全吸收，大部分的熱量散失掉了。
（4）煤在燃燒過程中產(chǎn)生廢渣、廢氣，造成環(huán)境污染。

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第2節(jié) 熱機(jī)的效率

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