2021学年第十四章 内能的利用第2节 热机的效率综合训练题

第2节　热机的效率

测试时间:15分钟

一、选择题

1.“垃圾分分类,资源不浪费”,垃圾分类对环境保护和资源节约有着重要的意义,在一定条件下,生活垃圾能“榨”出大量的再生燃料油,燃料油的放热能力较大,可以节约更多的煤、石油等化石能源,其主要原因是燃料油的(　　)

A.沸点高　　　  B.热值大

C.凝固点高　　　D.比热容大

2.以下措施不能提高柴油机热机效率的是(　　)

A.增加工作时间　　　  B.增加活塞气密性

C.减少机械间摩擦　　　D.使燃料充分燃烧

3.如图所示是物理老师自制的火箭,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,纸筒立刻飞出。关于此实验分析正确的是(　　)

A.酒精无法完全燃烧,所以热值变小

B.酒精燃烧时电能转化为内能

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

4.下列关于热值和热机效率的说法,正确的是(　　)

A.燃料燃烧越充分,热值就越大

B.使燃料燃烧更充分,可以提高热机效率

C.柴油机的热机效率可达到100%

D.热值大的燃料燃烧释放的热量一定多

5.如图是某内燃机工作时的能量流向图,该内燃机的效率是(　　)

A.35%　　　B.15%　　　C.40%　　　D.65%

6.关于热机,下列说法正确的是(　　)

A.在热机的能量损失中,废气带走的能量最小

B.热机性能好坏的重要标志之一是热机效率

C.因为汽油机的效率比柴油机的效率高,所以汽油机被更多地用在小型轿车上

D.在压缩冲程中内燃机将内能转化为机械能

7.质量为5 kg的柴油,用去后,则剩下的柴油(　　)

A.密度变为原来的,比热容变为原来的,热值不变

B.密度不变,比热容不变,热值变为原来的

C.密度、比热容和热值均变为原来的

D.密度、比热容和热值都不变

8.一台单缸四冲程柴油机转速为1 200 r/min,则柴油机1 s内(　　)

A.完成2 400个冲程,做功1 200次

B.完成2 400个冲程,做功600次

C.完成40个冲程,做功40次

D.完成40个冲程,做功10次

二、填空题

9.在“探究水沸腾时温度变化的特点”实验中,用酒精灯给烧杯中的水加热至沸腾,完全燃烧3 g酒精放出的热量是　　　　J(酒精的热值q=3.0×107 J/kg)。                                                      

10.热机是将内能转化成　　　　能的机器。已知某柴油机的效率为η,柴油的热值为q,将质量为m的柴油完全燃烧,放出的热量Q=　　　　,通过该柴油机对外做有用功,有用功W=　　　　。 

11.汽油的热值是4.6×107　　　　(填单位),有一辆汽车在某天烧了100 kg汽油,这些汽油完全燃烧产生的热量是　　　　J。 

12.有200 g酒精,其中的一半完全燃烧,放出的热量是3×106 J,则酒精的热值为　　　　J/kg,余下一半酒精的热值是　　　　J/kg;若完全燃烧1.4 kg酒精放出的热量全部被水吸收,可使质量为250 kg、初温为70 ℃的水温度升高　　　　℃。[c水=4.2×103 J/(kg·℃),气压为一标准大气压] 

三、实验探究题

13.小昊同学学习了燃料的热值后,考虑到燃料燃烧放出的热量会被水吸收,而水的比热容已知,他设计了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小关系。他组装了如图所示的装置进行实验,记录结果见表:(燃料均燃尽)

(1)为了保证实验结论的可靠,小昊同学选择了两套相同装置,在实验中还应控制煤油和菜籽油的　　　　相同,并尽量　　　　。 

(2)分析得出:煤油和菜籽油两种燃料中,热值较大的是　　　　。 

(3)小昊同学还想利用这种实验方案粗略计算出煤油和菜籽油的热值,那么小昊还需要测量　　　　;利用此实验方法计算出的热值将　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。 

四、计算题

14.可燃冰是一种新能源,近年我国在南海开采可燃冰获得成功。1 m3可燃冰可分解释放约168 m3的天然气。问[q天然气=4×107 J/m3,c水=4.2×103 J/(kg·℃)]:

(1)完全燃烧168 m3的天然气可以释放的热量为多少J?

(2)若这些热量全部被水吸收,可以将质量为多少吨的水由20 ℃加热到70 ℃?

答案全解全析

1.答案　B　在一定条件下,生活垃圾能“榨”出大量的再生燃料油,燃料油的放热能力较大,完全燃烧相同质量的燃料油和其他燃料,燃料油放出的热量多,则燃料油的热值大,故B正确。

2.答案　A　增加活塞气密性、减少机械间摩擦都可以减少能量的损失,从而提高热机效率;使燃料充分燃烧,可以提高燃料的利用率,也可以提高热机效率;增加工作时间不能提高热机效率,故A正确。

3.答案　D　热值是燃料的一种特性,只与燃料的种类有关,与燃烧的情况无关,所以酒精不完全燃烧时热值是不变的,故A错误;燃料本身具有化学能,因此酒精燃烧时将化学能转化为内能,故B错误;燃气推动纸筒飞出的过程中,内能转化为机械能,与内燃机做功冲程的能量转化相同,故C错误;纸筒飞出时,瓶内气体的内能转化为纸筒的机械能,则瓶内气体的内能减小,温度降低,故D正确。

4.答案　B　热值是指单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量,是燃料的一种特性,只与燃料的种类有关,与燃料燃烧是否充分无关,故A错误;使燃料充分燃烧,可以提高燃料的利用率,可以提高热机效率,故B正确;柴油机工作过程中由于机件的摩擦总是要做额外功,因此效率不能达到100%,故C错误;由Q放=qm可知,燃料燃烧释放的热量与燃料的热值和消耗燃料的质量有关,因此仅燃料热值大,燃料燃烧释放的热量不一定多,故D错误。

5.答案　A　由能量流向图可知该内燃机的效率为η=100%-25%-40%=35%,故A正确。

6.答案　B　在热机的能量损失中,废气温度很高,带走的能量很多,故A错误;热机的效率高,说明消耗相同的燃料,热机做的有用功多,则证明其性能好,因此热机性能好坏的重要标志之一是热机效率,故B正确;柴油机的效率比汽油机的效率高,故C错误;在压缩冲程中内燃机将机械能转化为内能,在做功冲程中将内能转化为机械能,故D错误。

7.答案　D　比热容、密度和热值是物质的特性,不随物质的多少而变化,质量为5 kg的柴油,用去后,则剩下柴油的比热容、密度和热值都不变。故选D。

8.答案　D　单缸四冲程内燃机完成一个工作循环,要经过4个冲程,对外做功1次,活塞往返2次,飞轮转动2 r。一台单缸四冲程柴油机转速为1 200 r/min=20 r/s,则每秒钟飞轮转20 r,完成40个冲程,对外做功10次。故选D。

9.答案　9×104

解析　完全燃烧3 g酒精所放出的热量Q=mq=3×10-3 kg×3.0×107 J/kg=9×104 J。

10.答案　机械　qm　ηqm

解析　热机是将燃料燃烧释放的内能转化为机械能的机器;柴油完全燃烧放出的热量为Q=qm;由η=可知有用功W=ηQ=ηqm。

11.答案　J/kg　4.6×109

解析　某种燃料完全燃烧放出的热量和质量的比值叫热值,则汽油的热值是4.6×107 J/kg;汽油完全燃烧放出的热量Q放=mq=100 kg×4.6×107 J/kg=4.6×109 J。

12.答案　3×107　3×107　30

解析　有200 g酒精,其中的100 g=0.1 kg完全燃烧,放出的热量是3×106 J,则酒精的热值为q===3×107 J/kg;热值的大小只与燃料的种类有关,与质量无关,所以余下一半酒精的热值仍为3×107 J/kg;1.4 kg酒精完全燃烧放出的热量Q放'=m'q=1.4 kg×3.0×107 J/kg=4.2×107 J;水吸收的热量Q吸=

Q放'=4.2×107 J,

根据Q吸=cmΔt可得,水升高的温度Δt===40 ℃;

因为标准大气压下70 ℃的水升高30 ℃时已经达到沸点,开始沸腾,且沸腾后温度不再升高,所以水的温度只能升高30 ℃。

13.答案　(1)质量　完全燃烧　(2)煤油　(3)水、煤油和菜籽油的质量　偏小

解析　(1)为了保证实验的可靠性,需要控制煤油和菜籽油的质量相同,煤油和菜籽油燃烧程度相同。

(2)分析表格数据可知,燃料燃尽后甲装置烧杯中水的温度升高得多,即煤油燃烧产生的热量多,所以其热值大。

(3)要粗略计算出煤油和菜籽油的热值,还需要知道燃烧煤油和菜籽油的质量以及水的质量,需要用天平来测量水的质量以及煤油和菜籽油的质量;由于燃料并不可能完全燃烧,燃料燃烧放出的热会有一部分散失到空气中,又或被烧杯等实验装置吸收,使Q放大于Q吸,所以依此计算出煤油和菜籽油的热值会偏小些。

14.答案　(1)6.72×109 J　(2)32 t

解析　(1)天然气完全燃烧所放出的热量Q放=Vq天然气=168 m3×4×107 J/m3=6.72×109 J;

(2)水吸收的热量Q吸=Q放=6.72×109 J,

由Q吸=c水m水Δt得,水的质量:

m水===3.2×104 kg=32 t。