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第1節(jié)　熱機
第十四章　內(nèi)能的利用
欄目導航
新知梳理
分層訓練
一、熱機
1.熱機原理
新知梳理
化學
內(nèi)能
2.定義
把　 　轉(zhuǎn)化為　 　的機器。
3.內(nèi)燃機
(1)定義:燃料直接在發(fā)動機汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動力的熱機。
(2)分類:包括　 　機和柴油機。
機械
內(nèi)能
機械能
汽油
二、汽油機
1.汽油機的工作過程包括:吸氣、　 　、做功、排氣四個沖程。
2.
壓縮
工作沖程 示意圖 工作特點
　 沖程 進氣門　 　,排氣門　 　,活塞向　 　運動,汽油和空氣的混合物進入汽缸
　 沖程 進氣門和排氣門都　 　,活塞向　 　運動,將　 　能轉(zhuǎn)化為　 　能
吸氣
打開
關(guān)閉
下
壓縮
關(guān)閉
上
機械
內(nèi)
　 沖程 進氣門和排氣門都　 　,活塞向　 　運動,將　 　能轉(zhuǎn)化為
　 　能
　 沖程 進氣門　 　,排氣門　 　,活塞向　 　運動,排出汽缸內(nèi)的廢氣
除了做功沖程是靠燃氣推動活塞做功,其他三個沖程都是靠安裝在曲軸上的飛輪的　 　來完成的
做功
關(guān)閉
下
內(nèi)
機械
排氣
關(guān)閉
打開
上
慣性
三、汽油機與柴油機的區(qū)別
汽油機 柴油機
構(gòu)造 汽缸頂部是　 汽缸頂部是　
燃料 汽油 柴油
吸入物質(zhì) 吸入　 只吸入　
點火方式 點燃式 壓燃式
火花塞
噴油嘴
空氣和汽油
空氣
分層訓練
1.下列四種交通工具,不是用熱機作為動力機械的是( )
A.電瓶車 B.輪船
C.卡車 D.飛機
2.(2023綏化)下列是四沖程汽油機的工作示意圖。從能量轉(zhuǎn)化的角度看,機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的沖程是( )
A
A
3.下列關(guān)于四沖程內(nèi)燃機的說法中正確的是( )
A.汽油機汽缸頂部有噴油嘴,而柴油機汽缸頂部有火花塞
B.汽油機在吸氣沖程中吸入汽缸的是空氣
C.一個工作循環(huán)對外做功一次
D.壓縮沖程中將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能
C
4.(多選)汽車已經(jīng)成為現(xiàn)代生活不可缺少的一部分,汽車多數(shù)采用汽油機作為發(fā)動機,如圖是四沖程汽油機的工作循環(huán)示意圖,下列說法中正確的是( )
A.(甲)沖程是把機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
B.(乙)沖程是排氣沖程
C.(丙)沖程是把機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
D.(丁)沖程是吸氣沖程
ABD
5.(2023丹東)如圖所示是四沖程汽油機其中一個沖程的示意圖,這是
　 　沖程;到加油站給汽車加油時,能聞到汽油味兒,
這是　 　 現(xiàn)象。
做功
擴散
6.內(nèi)燃機工作時,燃料在汽缸里面燃燒,生成高溫高壓的燃氣,用來推動活塞　 　,內(nèi)能轉(zhuǎn)化為　 　能。
7.(2023蘇州)工地上太陽暴曬的鋼筋熱得燙手,鋼筋內(nèi)能是通過
　 　的方式增加的,用切割機切割鋼筋,切割片溫度急劇上升,該過程內(nèi)能變化情況與熱機的　 　沖程相同。
做功
機械
熱傳遞
壓縮
8.熱機是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為　 　能的裝置,如圖是　 　(選填“汽油機”或“柴油機”)的構(gòu)造示意圖,此時為　 　沖程。
在這個沖程中　 　能轉(zhuǎn)化為　 　能,完成這一沖程,曲軸和飛輪轉(zhuǎn)　 　圈。仔細觀察其銘牌,可看見“4 800 r/min”字樣,則它正常工作時,1秒鐘對外做功　 　次,完成了　 　個工作循環(huán),　 　個沖程。
機械
柴油機
壓縮
機械
內(nèi)
半
40
40
160
9.(2024曲靖期末)內(nèi)燃機的一個工作循環(huán)是由四個沖程組成的,圖中的　 　[選填“(甲)”“(乙)”“(丙)”或“(丁)”]是壓縮沖程。若該四沖程內(nèi)燃機1秒內(nèi)對外做功 10次,則飛輪轉(zhuǎn)速是　 　r/min。
(甲)
1 200
10.如圖所示,在塑料瓶內(nèi)裝入少量的液態(tài)乙醚,待乙醚充滿整個塑料瓶后,啟動電子打火器,活塞瞬間飛出,下列說法正確的是( )
A.活塞飛出是機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
B.液態(tài)乙醚發(fā)生了升華現(xiàn)象
C.乙醚分子在不停地運動
D.此過程相當于熱機的壓縮沖程
C
11.科學家發(fā)明了一款單缸六沖程內(nèi)燃機,它每一個工作循環(huán)的前四個沖程與單缸四沖程內(nèi)燃機相同,在第四沖程結(jié)束后,立即向汽缸內(nèi)噴水,水在高溫汽缸內(nèi)迅速汽化成高溫、高壓水蒸氣,推動活塞再次做功,水蒸氣溫度　 　(選填“升高”“降低”或“不變”),其內(nèi)能
　 　(選填“增大”“減小”或“不變”),這樣燃燒同樣多的燃料獲得了更多的機械能。為進入下一個工作循環(huán),這款內(nèi)燃機的第六沖程是　 　沖程。
降低
減小
排氣
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微專題一　熱學綜合計算
類型一能量轉(zhuǎn)移型
1.冬天喝牛奶前人們常常將其放在熱水中,如圖(甲)所示。陳娜同學想根據(jù)這一現(xiàn)象測牛奶的比熱容,她將質(zhì)量為250 g的牛奶放入75 g的熱水中,同時用兩支溫度計測出牛奶和水的溫度的變化,將實驗數(shù)據(jù)描在坐標紙上,用平滑的曲線將這些點連接起來得到如圖(乙)所示的兩條圖線。[忽略熱量的損失、盛牛奶和水的器皿吸放熱的影響,c水=4.2×103 J/(kg·℃)],求:
(1)水、牛奶的初溫和它們的最終溫度。
解析:(1)從圖象中可知,水的初溫是90 ℃,牛奶的初溫是20 ℃,質(zhì)量為250 g的牛奶放入75 g的熱水中,由于存在溫度差而發(fā)生熱傳遞,達到熱平衡時兩者的溫度相同。由圖象可知,經(jīng)過一段時間后,牛奶和水的溫度相同,均為40 ℃。
答案:(1)90 ℃　20 ℃　40 ℃
(2)牛奶的比熱容。
答案:(2)3.15×103 J/(kg·℃)
類型二能量轉(zhuǎn)化型
題組一　化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
2.2023年7月6日,來自云南省能源局的消息,云南2個應急氣源儲備中心項目于日前建成,并進入調(diào)試階段,云南大型天然氣儲氣設(shè)施從無到有,實現(xiàn)“零的突破”。如今,鄉(xiāng)親們已逐漸淘汰了柴爐,改用了清潔干凈的天然氣爐。
(1)要將2 kg初溫為20 ℃的一壺水恰好加熱到100 ℃,需要吸收多少熱量
解析:(1)Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃-20 ℃)
=6.72×105 J。
答案:(1)6.72×105 J
(2)若天然氣爐完全燃燒天然氣放出的熱量有40%被水吸收,燒開這壺水需要燃燒多少立方米天然氣 [天然氣熱值為 4.2×107 J/m3,水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃)]
答案:(2)0.04 m3
3.2023年9月23日,第19屆亞運會在中國杭州舉行。此次亞運會首次使用廢碳再生的綠色甲醇作為主火炬塔燃料,實現(xiàn)循環(huán)內(nèi)的零排放,助力打造首屆碳中和亞運會。已知水的比熱容是4.2×103 J/(kg·℃),甲醇的熱值約為2.3×107 J/kg。求:
(1)完全燃燒4.2 kg甲醇能放出多少熱量
解析:(1)Q1=m1q1=4.2 kg×2.3×107 J/kg=9.66×107 J。
答案:(1)9.66×107 J　
(2)若4.2 kg甲醇完全燃燒釋放的熱量全部被水吸收,可以使2.3 t的水的溫度上升多少攝氏度
答案:(2)10 ℃
題組二　太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
4.(1)我國幅員遼闊,日照充足,一年可獲得的太陽能約為3.6×1022 J,這些太陽能相當于多少噸標準煤完全燃燒釋放的能量 (q煤=3×
107 J/kg)
答案:(1)1.2×1012 t　
(2)利用太陽能的一種方式是用集熱器把水加熱,某太陽能集熱器把質(zhì)量為100 kg、初溫為20 ℃的水加熱到80 ℃,水吸收的熱量是多少 若改用焦炭來加熱這些水,需要完全燃燒多少千克焦炭 [c水=4.2×
103 J/(kg·℃),設(shè)焦炭放出的熱量全部被水吸收,q焦炭=3×107 J/kg]
答案:(2)2.52×107 J　0.84 kg
5.某款太陽能熱水器平均每小時接收4.2×106 J 的太陽能。在5 h的有效照射時間內(nèi),使熱水器中100 kg、初溫為20 ℃的水溫度升高到 60 ℃。已知c水=4.2×103 J/(kg·℃)。求該過程中:
(1)水吸收的熱量。
解析:(1)水吸收的熱量為
Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×(60 ℃-20 ℃)
=1.68×107 J。
答案:(1)1.68×107 J
(2)太陽能熱水器的效率。
答案:(2)80%
(3)若改用熱效率為40%的煤爐達到同樣的燒水效果,需要燃燒煤的質(zhì)量。(q煤=3.0×107 J/kg)
答案:(3)1.4 kg
題組三　化學能轉(zhuǎn)化為機械能
6.某新型節(jié)能汽車的油箱最多可加45 kg燃油,它行駛時所受阻力的大小與速度的關(guān)系如表所示。
速度v/ (m·s-1) 10 20 30 40
阻力f/ N 0.3×102 1.2×102 2.7×102 3.6×102
已知汽車發(fā)動機將燃油完全燃燒的能量轉(zhuǎn)化為機械能的效率是30%,汽車使用的燃油的熱值為4.5×107 J/kg,則:
(1)汽車油箱中加滿燃油時,完全燃燒這些燃油獲得的能量是多少
解析:(1)完全燃燒這些燃油獲得的能量
Q=mq燃油=45 kg×4.5×107 J/kg=2.025×109 J。
答案:(1)2.025×109 J
(2)汽車油箱加滿燃油,并且以30 m/s的速度勻速行駛時,汽車的最大行駛里程是多少
答案:(2)2 250 km
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章末知識復習
欄目導航
基礎(chǔ)整合
題組訓練
基礎(chǔ)整合
題組一　熱機
題組訓練
1.如圖所示,(甲)、(乙)、(丙)、(丁)是單缸內(nèi)燃機一個工作循環(huán)的四個沖程示意圖,該內(nèi)燃機工作時飛輪轉(zhuǎn)速為2 400 r/min。以下說法正確的是( )
A.該內(nèi)燃機一個工作循環(huán)的正確順序是(丙)、
(甲)、(丁)、(乙)
B.圖(丙)是做功沖程,機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
C.汽油機和柴油機的吸氣沖程吸入的都只是空氣
D.汽油機和柴油機的構(gòu)造相似,柴油機在壓縮沖程中對氣體的壓縮程度更高
D
2.(多選)下列四個現(xiàn)象中,屬于內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的是( )
BD
A.壓縮點燃棉花 B.蒸汽頂起壺蓋
C.冬天哈氣取暖 D.燃氣推動活塞
3.(2023棗莊)如圖所示,給試管內(nèi)水加熱至一定程度,發(fā)現(xiàn)試管口木塞會被推出。給水加熱是通過　 　的方式使水的內(nèi)能增加;四沖程內(nèi)燃機的　 　沖程與上述實驗木塞被推出過程的能量轉(zhuǎn)化相同。
4.現(xiàn)有一臺四沖程汽油機,飛輪的轉(zhuǎn)速為 20 r/s,這臺汽油機每秒對外做功　 　次,活塞完成　 　次往復運動,一個工作循環(huán)需要
　 　s。
熱傳遞
做功
10
20
0.1
題組二　熱值及熱量的計算
5.下列關(guān)于熱值的說法中正確的是( )
A.燃料燃燒不完全時熱值變小
B.燃料的質(zhì)量越大,熱值越大
C.燃料熱值越大,燃燒放出的熱量越多
D.燃料的熱值是燃料本身的一種特性,只與燃料種類有關(guān),與其他因素無關(guān)
D
6.(2023東營)下列說法正確的是( )
A.打掃衛(wèi)生時塵土飛揚,屬于擴散現(xiàn)象
B.天然氣燃燒越充分,其熱值就越大
C.熾熱的鐵水具有內(nèi)能,冰冷的鐵塊也具有內(nèi)能
D.樓房中的“暖氣”用水作為介質(zhì),是因為水的比熱容較小
7.通過查表可知酒精的熱值為3.0×107 J/kg,它表示的物理意義是
　 　。
C
1 kg酒精完全燃燒時放出的熱量是3.0×107 J
8.(跨學科試題)李白在《望廬山瀑布》中寫道:“日照香爐生紫煙”,這是通過　 　(選填“做功”或“熱傳遞”)的方式來改變香爐的內(nèi)能;如果用天然氣灶來加熱2 kg 水,使其溫度上升50 ℃,則需要完全燃燒天然氣　 m3。[不考慮熱量損失,c水=4.2×103 J/(kg·℃),
q天然氣=4.2×107 J/m3]
9.(2023昆明十中開學考試)小明在家用天然氣灶燒開水,在標準大氣壓下,5 kg 水從20 ℃加熱至沸騰,完全燃燒了0.1 m3 的天然氣,此過程中,水吸收的熱量是　 　J,天然氣灶燒水的熱效率為
　 　。[水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃),天然氣的熱值約為4.0×107 J/m3]
熱傳遞
0.01
1.68×106
42%
10.(2023揚州)如圖所示,在估測薯片熱值的實驗中,小軍設(shè)計了兩種對水加熱的方式:
方式一:薯片在燒杯中燃燒;
方式二:薯片在燃燒皿中燃燒。
(1)兩種加熱方式中合理的是　 　;在進行
實驗時,要讓薯片充分燃燒,操作是　 　。
(2)用天平量取100 g水,并測出一片薯片的質(zhì)量,用以上選取的方式燃盡薯片,并用溫度計測出水升高的溫度,所測出的薯片熱值偏　 　,原因是　 　。
方式二
把薯片碾碎
小
薯片燃燒放出的熱量沒有被水全部吸收
11.菜油是人們烹飪時常用的材料,最適宜的烹飪溫度在150 ℃到
180 ℃之間。某酒店廚師在炸制酥肉時,將2 kg的菜油從 20 ℃ 加熱到170 ℃(未沸騰)。求:
(1)菜油吸收的熱量。[取c菜油=2.0×103 J/(kg·℃)]
解析:(1)菜油吸收的熱量
Q吸=c菜油mΔt=2.0×103 J/( kg· ℃)×2 kg×(170 ℃-20 ℃)
=6×105 J。
答案:(1)6×105 J　
(2)如果這些熱量由天然氣燃燒來提供,則需要完全燃燒多少立方米的天然氣 (假設(shè)天然氣完全燃燒釋放的熱量全部被菜油吸收,天然氣的熱值為4.0×107 J/ m3)
答案:(2)0.015 m3
題組三　熱機效率
12.關(guān)于熱機效率,下列說法正確的是( )
A.熱機的效率越高說明做功越快
B.一般情況下柴油機的效率比汽油機的高
C.采用熱值高的燃料一定能提高熱機的效率
D.熱機的效率越高,在做功同樣多的情況下消耗的能量越多
B
13.(2024云南師大實驗中學期末)如圖所示,北京時間2023年10月5日8時24分,我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征二號運載火箭,成功將遙感三十九號衛(wèi)星發(fā)射升空,衛(wèi)星順利進入預定軌道,發(fā)射任務獲得圓滿成功,為新中國成立74周年獻上了一份特別的生日禮物。下列關(guān)于火箭發(fā)射的說法中正確的是( )
A.火箭中的氫燃料和氧化劑是液態(tài)的,它是通過做功的方法使氣體液化
B.火箭點火加速升空時,將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
C.火箭的燃料燃燒時,質(zhì)量減小,熱值不變
D.燃料充分燃燒時,火箭發(fā)動機的效率可以達到100%
C
14.隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的提出,農(nóng)村煤改氣工程使天然氣進入農(nóng)村家庭,方便了農(nóng)民生活,縮小了城鄉(xiāng)差距。小明家改用了清潔干凈的天然氣灶后,燒開一壺初溫為 10 ℃、質(zhì)量為2 kg的水,需要燃燒 0.04 m3 的天然氣。求:[水的比熱容為 4.2×103 J/(kg·℃),天然氣的熱值為 4.2×107 J/m3,當?shù)貧鈮簽闃藴蚀髿鈮篯
(1)0.04 m3天然氣完全燃燒放出的熱量。
解析:(1)完全燃燒0.04 m3天然氣放出的熱量
Q放=Vq=0.04 m3×4.2×107 J/m3=1.68×106 J。
答案:(1)1.68×106 J
(2)水燒開時吸收的熱量。
(3)小明家的天然氣灶燒水的熱效率。
解析:(2)當?shù)貧鈮簽闃藴蚀髿鈮?水的沸點為100 ℃,水燒開時吸收的熱量Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃-10 ℃)
=7.56×105 J。
答案:(2)7.56×105 J　(3)45%
題組四　能量的轉(zhuǎn)化和守恒
15.根據(jù)能量守恒定律,下列說法中正確的是( )
A.發(fā)電機可以產(chǎn)生電能
B.電動機工作時消滅了電能
C.發(fā)電機和電動機都是轉(zhuǎn)化能量的機器
D.自然界中各種形式的能量在不斷地相互轉(zhuǎn)化,人類在不斷地消耗各種能量,所以總能量在不斷地減少
C
16.(2024保山隆陽區(qū)期末)2023年10月26日,神舟十七號載人飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點火發(fā)射并取得圓滿成功。火箭使用液態(tài)氫作燃料是因為液態(tài)氫的　 　較大;氫在燃燒過程中實現(xiàn)了能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移,能量的總量　 (選填“不斷減少”“保持不變”或“不斷增加”)。
熱值
保持不變
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第3節(jié)　能量的轉(zhuǎn)化和守恒
欄目導航
新知梳理
分層訓練
一、能量的轉(zhuǎn)化
自然界中存在著各種形式的能,如　 .
　等,在一定條件下,這些不同形式的能　 　(選填“可以”或“不可以”)相互轉(zhuǎn)化。
二、能量守恒定律
1.內(nèi)容:能量既不會憑空　 　,也不會憑空產(chǎn)生,它只會從一種形式　 　為其他形式,或者從一個物體　 　到其他物體,而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量　 　。
2.能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化有一定的　 　 。
新知梳理
機械能、內(nèi)能、電能、光能、化
學能、核能
可以
消滅
轉(zhuǎn)化
轉(zhuǎn)移
保持不變
方向性
3.只要有能量轉(zhuǎn)化,就一定服從能量守恒定律。
4.第一類永動機不能制成的原因:　 　。
違背了能量守恒定律
分層訓練
1.(2023聊城)如圖所示是一種太陽能背包。它的前面有一個太陽能電池板,里面有一個蓄電池,可以給手機、小風扇或數(shù)碼相機等電子產(chǎn)品供電。下列說法錯誤的是( )
A.太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能
B.給蓄電池充電將電能轉(zhuǎn)化為化學能
C.蓄電池放電將化學能轉(zhuǎn)化為電能
D.小風扇工作將化學能轉(zhuǎn)化為機械能
D
2.下列過程中,將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的是( )
A.從滑梯上滑下時臀部發(fā)熱 B.電熱水壺燒水
C.內(nèi)燃機的做功沖程 D.電風扇轉(zhuǎn)動
3.(2023智源中學期末改編)2022年4月16日,航天員乘坐神舟十三號返回艙成功返回地球。下列關(guān)于返回艙進入大氣層后的有關(guān)說法錯誤的是( )
A.返回艙下落過程中,動能轉(zhuǎn)化為重力勢能
B.返回艙加速下落過程中其動能增大
C.返回艙下落過程中與大氣摩擦,外表面溫度升高,其內(nèi)能增加
D.返回艙下落過程中,航天員相對地球是運動的
C
A
4.如圖所示是探究能量轉(zhuǎn)化的裝置,下列相關(guān)說法錯誤的是( )
A.水蒸氣驅(qū)動葉輪轉(zhuǎn)動,水蒸氣的內(nèi)能減小了
B.實驗過程中,燃料的化學能直接轉(zhuǎn)化為葉輪的機械能
C.對水加熱過程中是通過熱傳遞使水的內(nèi)能增大的
D.此實驗展現(xiàn)了熱機工作時的能量轉(zhuǎn)化過程
B
5.(2023昭通一模)如圖所示,將水壺放在燃氣灶上燒水,下列說法中正確的是( )
A.燃氣燃燒時將化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
B.燒水使水溫升高是通過做功的方式改變了水的內(nèi)能
C.燒水過程中,水含有的熱量變多
D.水沸騰后繼續(xù)吸收熱量時,溫度不變,內(nèi)能不變
A
6.(多選)在學習了內(nèi)能及能量的轉(zhuǎn)化和守恒后,同學們在一起梳理知識時交流了以下想法,你認為其中正確的是( )
A.做功可以改變物體的內(nèi)能
B.熱傳遞改變物體內(nèi)能是不同形式的能量的互相轉(zhuǎn)化
C.在一定條件下各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化
D.能量在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的過程中能量的總量保持不變
ACD
7.(物理學與社會發(fā)展)2023年 5月 17日,我國用長征三號乙運載火箭成功發(fā)射第56顆北斗導航衛(wèi)星。在衛(wèi)星發(fā)射過程的點火加速上升階段,發(fā)生的能量轉(zhuǎn)化是燃料的　 　能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,然后再轉(zhuǎn)化為衛(wèi)星的　 　能。
化學
機械
8.(2023濟南)隨著我國人民生活水平的不斷提高,汽車已進入尋常百姓家。汽車發(fā)動機的主要部分是汽油機,是把汽油燃燒放出的　 　轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。汽油機工作時,克服摩擦消耗的能量、機械傳熱損失的能量以及廢氣排出帶走的能量,都不能再自動地用來驅(qū)動汽車,這是由于能量轉(zhuǎn)化具有　 　,而我們所能利用的能源是有限的,所以需要節(jié)約能源。
內(nèi)能
方向性
9.如圖所示為一種人們設(shè)想中的永動機,它通過高處的水流沖擊葉片,葉片的轉(zhuǎn)動又帶動抽水機從低處將水抽到高處,從而循環(huán)工作,這種永動機　 　(選填“能夠”或“不能”)永遠工作下去,因為在這一過程中會有一部分　 　能轉(zhuǎn)化為　 　能,而能量的總量保持不變。
不能
機械
內(nèi)
10.(2023無錫)如圖所示,在空氣壓縮引火儀的玻璃筒底部放一小團干燥的棉花,用力將活塞迅速下壓,棉花會立即燃燒,下壓過程中活塞對筒內(nèi)空氣　 　,空氣的　 　能增大,該能量轉(zhuǎn)化過程與汽油機的
　 　沖程相同。
做功
內(nèi)
壓縮
11.如圖所示,從斜面上滾下的小球能推動水平面上的木塊前進一段距離,最后小球和木塊都靜止,對此現(xiàn)象,下列說法中正確的是( )
A.小球和木塊的機械能都消失了
B.小球的機械能轉(zhuǎn)移到木塊上,但機械能的總量保持不變
C.小球與木塊都靜止后,能量不守恒了
D.小球和木塊的機械能轉(zhuǎn)化成其他形式的能量(如內(nèi)能等),但能的總量保持不變
D
12.小強制作了一個實驗裝置,自稱為“永動機”,如圖所示,它由轉(zhuǎn)輪(5根輕桿組成)和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成,在輕桿末端裝有形狀記憶合金制成的葉片。輕推轉(zhuǎn)輪,彎曲的葉片進入熱水后,因吸熱而伸展,起到“劃水”的作用,從而推動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動。葉片離開熱水后,因冷卻形狀迅速恢復成彎 曲,轉(zhuǎn)輪因此能較長時間轉(zhuǎn)動。請你回答:
(1)進入熱水的葉片會伸展,它的彈性勢能轉(zhuǎn)化為　 　能。
(2)葉片在熱水中吸收的熱量一定　 　(選填“大于”“等于”或“小于”)葉片對水做的功。
(3)實驗證明這個“永動機”并不能一直工作,“永動機”的設(shè)想違背了　 　。
動
大于
能量守恒定律
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第2節(jié)　熱機的效率
欄目導航
新知梳理
分層訓練
一、燃料的熱值
1.定義:某種燃料　 　放出的熱量與其　 　之比,用符號q表示。
[注意] 完全燃燒是燒完、燒盡。
2.單位:焦每千克,符號:　 　或焦每立方米,符號:　 。
3.熱值是燃料本身的一種特性,它只與燃料的種類有關(guān),與燃料的質(zhì)量、體積、是否完全燃燒等　 　關(guān)。
新知梳理
完全燃燒
質(zhì)量
J/kg
J/m3
無
[注意] 選用公式是由熱值的單位決定的。
二、熱機效率
1.定義:用來做　 　的那部分能量,與燃料　 　放出的能量之比。
2.物理意義:反映熱機對能量利用率的高低。
有用功
完全燃燒
3.熱機的效率是熱機性能的重要指標。(熱機效率總小于1)
4.提高辦法
(1)使燃料　 　。
(2)減少　 　。
(3)減小　 　。
(4)減少　 帶走的能量。
充分燃燒
熱量散失
摩擦
廢氣
分層訓練
1.(2023赤峰)轎車行駛過程中,油箱中汽油逐漸減少,剩余汽油的熱值、密度變化情況為( )
A.熱值不變,密度不變
B.熱值不變,密度變小
C.熱值變小,密度不變
D.熱值變小,密度變小
A
2.為了節(jié)約能源,需提高熱機的效率,下列措施中不能提高熱機效率的是( )
A.盡量使燃料充分燃燒
B.盡量減小熱機部件間的摩擦
C.盡量減少廢氣帶走的熱量
D.盡量減少熱機工作的時間
D
3.(2023昆明二模)2023年1月1日起,國內(nèi)全面推行國六B汽油,相比國六A汽油,國六B汽油烯烴(碳氫元素組成的化合物)含量降低約3%,因此汽車發(fā)動機工作時,能有效減少尾氣中污染物的排放。圖為汽車發(fā)動機某沖程的示意圖,下列說法正確的是( )
A.更換國六B汽油,發(fā)動機效率就可達到100%
B.更換國六B汽油,發(fā)動機積碳會增多
C.該沖程為壓縮沖程,機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
D.該沖程中汽缸內(nèi)壓強減小
C
4.兩種燃料的熱值之比為2∶1,它們的質(zhì)量之比為4∶1,那么這兩種燃料完全燃燒放出的熱量之比為( )
A.1∶2 B.2∶1 C.8∶1 D.4∶1
5.(2023威海)2023年5月30日,在酒泉基地發(fā)射的“神舟十六號”載人飛船升空過程中,燃料艙內(nèi)的液態(tài)氫的熱值　 　(選填“變大”“不變”或“變小”);若100g液態(tài)氫完全燃燒放出的熱量有60%被水吸收,水溫升高了50 ℃,則水的質(zhì)量為　 　kg。[q液氫=1.4×108 J/kg,c水=4.2×103 J/(kg· ℃)]
6.當汽油在發(fā)動機內(nèi)燃燒不充分時會冒“黑煙”,這時汽油的熱值會
　 　,發(fā)動機的效率　 　。(均選填“升高”“不變”或“降低”)
C
不變
40
不變
降低
7.(2023云大附中校考期中)如圖是鳴子在“比較酒精和碎紙片燃燒對外放出的熱量多少”的實驗。
(1)由于燃料充分燃燒放出熱量的多少不僅與燃料種類這一個因素有關(guān),因此實驗時必須控制酒精和碎紙片的　 　相等;實驗中還需控制被加熱的水的質(zhì)量和初溫均相同,以便于　 .
　。
質(zhì)量
通過比較水升高的溫度
來比較燃料燃燒放出的熱量
(2)在組裝圖中的實驗器材時,需要按照　 　(選填“自上而下”或“自下而上”)的順序組裝。如圖是鳴子安裝好的實驗裝置,其中存在的錯誤是　 　。
(3)小王糾正了鳴子的錯誤,又組裝了一套相同的實驗裝置,備好秒表,在兩燃燒皿中分別加入準備好的酒精和碎紙片,讀出水的初溫后,進行如下操作:
①先點燃酒精,再點燃碎紙片;
②保證酒精和碎紙片燃燒時間相同,讀取溫度計的示數(shù);
③待酒精和碎紙片充分燃燒結(jié)束,分別讀取溫度計的示數(shù);
自下而上
溫度計的玻璃泡沒有和液體充分接觸
小偉認為上述操作中,操作　 　(選填“①”“②”或“③”)是錯誤的,鳴子根據(jù)正確操作獲得的數(shù)據(jù),算出了燃料的熱值,發(fā)現(xiàn)結(jié)果小于該燃料的實際熱值,原因是　 　。
(4)小褚要比較不同物質(zhì)吸熱升溫的特點:
①小禇應選擇圖　 　 兩個裝置進行實驗。
②實驗中通過　 　(選填“溫度計升高的示數(shù)”或“加熱時間”)來反映液體吸收熱量的多少。
②
燃料燃燒放出的熱量沒有全部被水吸收
(甲)、(乙)
加熱時間
8.(2023聊城)高能聚合油是一種安全、清潔、可再生的新型環(huán)保燃料。某次用高能聚合油灶具將10 kg的水從25 ℃加熱到100 ℃。已知水的比熱容是4.2×103 J/(kg· ℃),高能聚合油的熱值約為4.2×
107 J/kg。求:
(1)這些水吸收的熱量。
解析:(1)水吸收的熱量Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×10 kg× (100 ℃-25 ℃)=3.15×106 J。
答案:(1)3.15×106 J
(2)若該高能聚合油灶具燒水的熱效率為75%,則燃燒了多少千克高能聚合油
答案:(2)0.1 kg
9.(2022云南)順口溜“五月五、過端午、蒸粽子、吃包子、掛菖蒲、佩香囊、賽龍舟”,生動地呈現(xiàn)了某地端午文化習俗。蒸粽子是利用水沸騰產(chǎn)生的蒸汽進行加熱。若將2.5 kg的水加熱到沸騰,水溫升高了80 ℃[c水=4.2×103 J/(kg·℃),q煤=3×107 J/kg],在此過程中,求:
(1)水吸收的熱量。
解析:(1)根據(jù)Q=cmΔt可知,水吸收的熱量為
Q吸=c水m水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×2.5 kg×80 ℃=8.4×105 J。
答案:(1)8.4×105 J
(2)采用煤爐加熱,煤爐加熱水的效率為10%,煤燃燒放出的熱量。
(3)需要完全燃燒煤的質(zhì)量。
答案:(2)8.4×106 J (3)0.28 kg
10.(2024云大附中期末)2023年9月23日,第十九屆亞運會開幕式在杭州奧體中心體育場隆重舉行。開幕式上主火炬采用廢碳再生的“綠色甲醇”為燃料點燃。實現(xiàn)了循環(huán)內(nèi)的零排放的點火創(chuàng)新,此創(chuàng)新在亞洲奧林匹克運動發(fā)展歷程中具有里程碑意義。當完全燃燒0.5 kg的綠色甲醇時,[q甲醇=2.3×107 J/kg,c水=4.2×103 J/(kg·℃)]求:
(1)綠色甲醇完全燃燒釋放出的熱量。
解析:(1)完全燃燒0.5 kg的綠色甲醇放出的熱量
Q放=mq甲醇=0.5 kg×2.3×107 J/kg=1.15×107 J。
答案:(1)1.15×107 J
(2)若這些熱量的80%被水吸收,可將多少千克的水溫度升高50 ℃ (結(jié)果保留一位小數(shù))
答案:(2)43.8 kg
(3)被水吸收的熱量相當于用功率為1 000 W的加熱器加熱多久 (忽略熱量損失)
答案:(3)9.2×103 s
11.小明取少量燃料置于燃燒皿中,點燃后對100 g的熱水加熱4 min,然后立即將其熄滅,測得消耗燃料4.2 g,并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制了水溫隨時間變化的圖象如圖(乙)中a線所示。已知此過程中燃料均勻燃燒放熱,該燃料的熱值為2×106 J/kg,水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃),整個過程中忽略水的質(zhì)量變化,下列說法中正確的是( )
A.通過圖象計算得知4 min水吸收的熱量為2 520 J
B.通過計算得出燃料燃燒放出的熱量有40%被水吸收
C.水吸收的熱量和燃料燃燒放出的熱量都與加熱時間成正比
D.若實驗裝置和熱損失比例均不變,利用該燃料加熱另一杯水,繪出了如圖
(乙)中b線所示圖象,則這杯水的質(zhì)量大于上一杯水的質(zhì)量
C
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