第二章 改变世界的热机 同步训练 2024-2025学年教科版物理九年级上册

第二章 改变世界的热机 同步训练 一．选择题（共8小题） 1．如图甲所示是四缸四冲程汽油机某冲程示意图，图乙为空气压缩引火仪，图丙对试管中水加热一段时间后瓶塞“飞出”。关于这三幅图（　　） A．三幅图所示的过程改变气体内能的方式不同 B．三幅图所示的过程气体内能大小的变化情况相同 C．甲图为汽油机的做功冲程，其能量转化与图丙中的能量转化相同 D．若该汽油机每个飞轮的转速均为3000r/min，则1s内该汽油机每缸做功25次 2．在两个相同的烧杯中分别加入100g水和干泥土，先后用同一酒精灯加热，用温度计测量它们的温度变化，若水和干泥土单位时间内吸收的热量相等，q酒精＝3.0×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃）。下列说法正确的是（　　） 升高温度（℃） 时间（min） 土的时间（min） 5 2 0.4 10 4 0.8 15 6 1.2 20 8 1.6 25 10 2.0 A．加热10min，水吸收的热量为4.2×103J B．干泥土的c土＝0.8×103J/（kg•℃） C．加热2min，干泥土吸收的热量为2.1×103J D．酒精灯的加热效率为15% 3．“鸣笛水壶”的特点是当水烧开的时候，就会发出好听的鸣笛声，提醒人们水烧开了。你知道鸣笛水壶为什么会发出笛音吗？“鸣笛水壶”鸣笛的奥秘就在壶盖上。在壶盖的内侧，上面有几片簧片（类似于口琴中的簧片），利用水烧开时产生大量高压的水蒸气冲击簧片（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 4．如图所示，是四冲程汽油机工作过程中某一冲程的示意图，此冲程的名称及能量转化是（　　） A．吸气冲程，机械能转化为内能 B．压缩冲程，机械能转化为内能 C．排气冲程，内能转化为机械能 D．做功冲程，内能转化为机械能 5．用燃气热水器给质量为10kg、温度为20℃的水进行加热时，完全燃烧了0.1m3的煤气。已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值为4×107J/m3，该热水器烧水的效率是63%。下列说法中（　　） ①水吸收的热量是2.52×106J ②加热过程中水的内能保持不变 ③煤气完全燃烧放出的热量是4×103J ④水温升高了60℃ A．只有①④正确 B．只有②③正确 C．只有①②正确 D．只有②③④正确 6．如图所示，舰载飞机正从“辽宁号”航母上起飞，下列说法中正确的是（　　） A．给飞机提供动力的是发动机的压缩冲程 B．飞机升空利用了流体流速大的地方压强大的原理 C．飞机飞离航母前后，航母所受浮力变小 D．飞机飞离航母后，航母底部受到海水的压强增大 7．如图为四冲程汽油机内部结构图，下列说法正确的是（　　） A．汽油机吸气冲程吸入的是汽油和空气混合物 B．飞轮每转4转，汽油机对外做功1次 C．图中冲程能量转化是将机械能转为内能 D．汽车在汽油机的压缩冲程获得牵引力 8．某同学利用塑料瓶制作的“水火箭”如图甲所示，其原理是压缩空气使水从“火箭”尾部向下喷出，推动“火箭”飞向空中。下列判断不正确的是（　　） A．空气使水从“火箭”尾部向下喷出后，空气内能增加 B．水火箭获得升力是因为水向下喷出时产生反作用力，从而推动水火箭 C．从能量转化角度讲，水火箭发射过程与图乙中（3）所示的原理相似 D．从能量转化角度讲，图乙中（2）冲程是把机械能转化为内能 二．填空题（共7小题） 9．制造飞机时采用密度 　 　的材料；发射火箭用的推进剂会选用热值较 　 　的燃料。（均选填“大”或“小”） 10．汽油机的一个工作循环是由四个冲程组成，其中在做功冲程中燃气对活塞做功，实现了　 　能向　 　能的转化，如图所示的是汽油机的　 　冲程。 11．如图所示是四冲程汽油机的 　 　冲程。工作时需要用水为其冷却，若5kg的水温度升高2℃，则吸收的热量为 　 　J。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）] 12．一台单缸四冲程汽油机，如图所示的汽油机正处于　 　冲程；在此过程中燃气的内能　 　（选填“增加”、“减小”或“不变”）；若飞轮的转速为1800r/min，该汽油机每秒钟做功　 　次。 13．如图所示为我国自主研制的可工程化应用的整体式固体火箭发动机。整体式固体火箭发动机用固态推进剂作燃料，已知固态推进剂的热值为4.2×107J/kg，完全燃烧0.5kg的固态推进剂可放出 　 　J的热量；若推进剂在氧气不足的条件下燃烧，推进剂的热值将 　 　（选填“变大”“变小”或“不变”）。 14．北京时间2021年10月16日00时23分，搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火升空。发送神舟飞船的运载火箭用液氢做燃料是利用了液态氢 　 　的优点。在火箭升空过程中与大气剧烈摩擦，通过 　 　的方式使箭体温度急剧升高，所以火箭外壳是用钛合金、铍合金等耐高温材料做成的。 15．2023年9月17日午间，我国在西昌卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭，成功将遥感三十九号卫星发射升空，发射任务获得圆满成功，如图所示是发射时的情景； （1）运载火箭使用液态氢作为燃料的主要原因是液态氢具有较高的 　 　； （2）某火箭发射时携带了30t液态氢燃料，求30t液态氢完全燃烧放出的热量 　 　； （3）若30t液态氢燃料完全燃烧产生热量的80%被水吸收，在1标准大气压下，能将 　 　千克初温为20℃的水加热至沸腾。（c水＝4.2×103J/（kg•℃），q液氢＝1.4×108J/kg） 三．解答题（共5小题） 16．如图所示，2022年9月27日，由中国自主研制的“鲲龙”AG600M灭火机以全新消防涂装在湖北荆门漳河机场成功完成12吨投汲水试验。若该飞机某段时间内消耗航空燃油1吨10J。[航空燃油的热值为4×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]求： （1）飞机在投水的过程中保持水平匀速直线飞行，飞机的动能 　 　，机械能 　 　（均选填“增大”“不变”或“减小”）。 （2）12吨水温度从26℃升高到96℃可以吸收多少热量？ （3）发动机的效率是多少？ 17．目前汽车普遍应用于人们日常生活中的出行，汽车发动机的工作，多是靠燃料在发动机气缸内燃烧做功，效率都很低。为了提高能源的利用率，涡轮增压技术应运而生。涡轮增压是一种利用内燃机运作产生的废气驱动空气压缩机的技术，带动同轴的叶轮高速转动，叶轮将新鲜空气压缩后推进到气缸中 （1）废气推动涡轮转动的过程中，内能转化成 　 　能； （2）若气缸内完全燃烧1.5kg汽油，释放的热量为多少？（qᵣₑ＝4.6×107J/kg） （3）结合以上信息，请你说出一条“涡轮增压”能提高热机效率的原因； （4）当气缸内吸入相同体积的空气时，安装了涡轮增压器的发动机和传统发动机相比，谁对外做的功更多？请结合能量的知识解释你的观点。 18．如何减少能耗，提高汽车发动机的效率越来越受到人们的重视； （1）大多数家用汽车的发动机均为汽油机，它把汽油燃烧产生的内能部分转化成机械能，再通过传动机构将动力传给车轮使汽车行驶　 　； （2）一辆汽车以20m/s的速度在平直的公路上匀速行驶了3km，受到的平均阻力为1150N，燃烧了0.3kg汽油。求：（汽油的热值q＝4.6×107J/kg） ①牵引力做了多少功？ ②这些汽油完全燃烧放出的热量是多少？ ③发动机的效率是多少？ （3）请提出一条提高汽油机效率的方法：　 　。 19．某款混合动力汽车由一台内燃机和一台电动机组成，其部分参数如表所示，其中电池能量密度是指电池平均单位质量所释放出的电能。 整车质量 1600kg 纯电能耗 22kW•h/100km 电池容量 44.5kW•h 车轮与地面总接触面积 0.2m2 燃油能耗 7.5L/100km 电池能量密度 178（W•h）/kg （1）该混合动力汽车的内燃机是四冲程汽油机，如图所示是汽油机的 　 　冲程。 （2）该混合动力汽车静止在水平地面上时，对地面的压强是多少？（g取10N/kg） （3）该混合动力汽车配备的电池质量是多少kg？ （4）该混合动力汽车以纯油驱动匀速直线行驶100km，汽车所受阻力为700N，若该汽车内燃机工作时的热效率为40%，剩余能量全部用于电池充电，则能为电池充电的能量为多少J？（汽油密度取0.7×103kg/m3，汽油热值取4.6×107J/kg） 20．小王学习燃料的热值之后，自己设计一个实验来探究酒精和碎纸片热值的大小。 （1）为保证实验结论的可靠，以及方便比较，小王同学在实验中应让酒精和碎纸片、两烧杯中水的 　 　都保持相等； （2）实验过程中，直至燃料完全燃烧后，通过比较 　 　（选填“加热时间”或“温度计示数的变化”）来比较燃料燃烧放出的热量的多少，从而比较两种燃料热值的大小； （3）实验数据记录如下表： 燃料 加热前水温/℃ 燃料燃尽时水温/℃ 燃料的热值/（J•kg﹣1） 酒精 15 35 2.4×106 碎纸片 15 25 ？ 根据表中数据，计算出碎纸片的热值是 　 　J/（kg•℃）； （4）通过实验得到的燃料热值与实际相比是偏 　 　（选填“大”或“小”），你认为出现这种情况的主要原因是：　 　。（答出一个即可） 参考答案与试题解析 一．选择题（共8小题） 1．如图甲所示是四缸四冲程汽油机某冲程示意图，图乙为空气压缩引火仪，图丙对试管中水加热一段时间后瓶塞“飞出”。关于这三幅图（　　） A．三幅图所示的过程改变气体内能的方式不同 B．三幅图所示的过程气体内能大小的变化情况相同 C．甲图为汽油机的做功冲程，其能量转化与图丙中的能量转化相同 D．若该汽油机每个飞轮的转速均为3000r/min，则1s内该汽油机每缸做功25次 【分析】（1）改变物体内能有两种方式：做功和热传递。做功主要有摩擦生热和压缩气体做功，做功实质是能量的转化，热传递实质是内能从一个物体转移到另一个物体，或者是从一个物体的高温部分传到低温部分，其实质是能的转移； （2）对物体做功，物体的内能增加，物体对外做功，物体的内能会减小； （3）根据气门和活塞的运动情况判断出甲图为哪一冲程，做功冲程将内能转化为机械能，压缩冲程将机械能转化为内能；图丙中将水的内能转化为瓶塞的机械能； （4）热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周。 【解答】解：A、三幅图所示的过程都是做功改变物体的内能； BC、甲图是汽油机的压缩冲程，内能增加，内能增加，内能减小，甲图能量转化与丙图不同； D、若该汽油机每个飞轮的转速均为3000r/min，由于一个工作循环有一个压缩冲程，所以每秒可完成25个工作循环，故D正确。 故选：D。 【点评】此题是考查对做功和热传递改变物体内能的辨别、热机的工作过程，是中考热点，难度不大。 2．在两个相同的烧杯中分别加入100g水和干泥土，先后用同一酒精灯加热，用温度计测量它们的温度变化，若水和干泥土单位时间内吸收的热量相等，q酒精＝3.0×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃）。下列说法正确的是（　　） 升高温度（℃） 时间（min） 土的时间（min） 5 2 0.4 10 4 0.8 15 6 1.2 20 8 1.6 25 10 2.0 A．加热10min，水吸收的热量为4.2×103J B．干泥土的c土＝0.8×103J/（kg•℃） C．加热2min，干泥土吸收的热量为2.1×103J D．酒精灯的加热效率为15% 【分析】（1）根据Q＝cmΔt计算加热10min，水吸收的热量； （2）水和干泥土单位时间内吸收的热量相等，因此加热2min，Q水吸′＝c水m水Δt水′＝Q土吸＝c土m土Δt土，代入数据计算泥土的c土； （3）根据Q＝cmΔt计算加热2min，干泥土吸收的热量； （4）根据Q放＝q酒精m酒精求出3g酒精完全燃烧放出的热量，根据η＝×100%计算酒精灯的加热效率。 【解答】解：A、加热10min水吸＝c水m水Δt水＝4.2×108J/（kg•℃）×100×10﹣3kg×25℃＝1.05×108J，故A错误； B、水和干泥土单位时间内吸收的热量相等，Q水吸′＝c水m水Δt水′＝Q土吸＝c土m土Δt土，代入数据得4.2×105J/（kg•℃）×100×10﹣3kg×5℃＝c土×100×10﹣7kg×25℃，解得c土＝0.84×103J/（kg•℃），故B错误； C、加热5min土吸＝c土m土Δt土＝0.84×103J/（kg•℃）×100×10﹣3kg×25℃＝2.1×104J，故C正确； D、3g酒精完全燃烧放出的热量为Q放＝q酒精m酒精＝3.7×107J/kg×3×10﹣7kg＝9×104J，酒精灯的加热效率为η＝×100%＝14%。 故选：C。 【点评】此题考查了吸收热量的计算、燃料的热值及其计算、能量的利用效率，有一定难度。 3．“鸣笛水壶”的特点是当水烧开的时候，就会发出好听的鸣笛声，提醒人们水烧开了。你知道鸣笛水壶为什么会发出笛音吗？“鸣笛水壶”鸣笛的奥秘就在壶盖上。在壶盖的内侧，上面有几片簧片（类似于口琴中的簧片），利用水烧开时产生大量高压的水蒸气冲击簧片（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【分析】（1）气体膨胀做功，内能转化为机械能； （2）做功冲程将内能转化为机械能。 【解答】解：水蒸气会顶起壶盖冲出壶外，该过程中水蒸气的内能转化为壶盖的机械能； A、吸气冲程没有能量转化； B、压缩冲程将机械能转化为内能； C、汽油机的做功冲程中燃气的内能转化为机械能； D、排气冲程没有能量转化。 故选：C。 【点评】本题考查了四冲程汽油机工作过程中的能量转化，比较简单。 4．如图所示，是四冲程汽油机工作过程中某一冲程的示意图，此冲程的名称及能量转化是（　　） A．吸气冲程，机械能转化为内能 B．压缩冲程，机械能转化为内能 C．排气冲程，内能转化为机械能 D．做功冲程，内能转化为机械能 【分析】内燃机是热机的一种，是燃料在汽缸内燃烧的热机．内燃机分为汽油机和柴油机． （1）汽油机的工作原理：燃料在汽缸中燃烧时，将存储的化学能转变为高温高压的燃气（蒸汽）的内能，又通过燃气（蒸汽）推动活塞做功，由内能转变为机械能． （2）汽油机的工作流程：内燃机通过吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环来保证连续工作的，如图． ①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭．活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸． ②压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩汽缸内燃料混合物，温度升高． ③做功冲程：在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功． ④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸． （3）工作过程中能量的转化：①压缩冲程：机械能→内能；②做功冲程：先是化学能→内能，再由内能→机械能． 【解答】解：压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，温度升高。故B符合题意。 故选：B。 【点评】本题考查四冲程判断及能量转化，属于基础题。 5．用燃气热水器给质量为10kg、温度为20℃的水进行加热时，完全燃烧了0.1m3的煤气。已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值为4×107J/m3，该热水器烧水的效率是63%。下列说法中（　　） ①水吸收的热量是2.52×106J ②加热过程中水的内能保持不变 ③煤气完全燃烧放出的热量是4×103J ④水温升高了60℃ A．只有①④正确 B．只有②③正确 C．只有①②正确 D．只有②③④正确 【分析】（1）知道完全燃烧煤气的体积、热值，利用Q放＝Vq求出煤气完全燃烧放出的热量； （2）知道热水器烧水的效率，利用η＝求出水吸收的热量； （3）利用Q吸＝cmΔt求水升高的温度； （4）水吸收热量、温度升高、内能增大。 【解答】解： ③煤气完全燃烧放出的热量： Q放＝Vq＝0.1m2×4×107J/m4＝4×106J，故③错误； ①由η＝得水吸收的热量： Q吸＝ηQ放＝63%×3×106J＝2.52×103J，故①正确； ④由Q吸＝cmΔt可得水升高的温度： Δt＝＝＝60℃； ②在加热过程中，水的温度升高，故②错误。 故选：A。 【点评】本题考查了燃料完全燃烧放热公式、效率公式和吸热公式的应用，属于基础题目。 6．如图所示，舰载飞机正从“辽宁号”航母上起飞，下列说法中正确的是（　　） A．给飞机提供动力的是发动机的压缩冲程 B．飞机升空利用了流体流速大的地方压强大的原理 C．飞机飞离航母前后，航母所受浮力变小 D．飞机飞离航母后，航母底部受到海水的压强增大 【分析】（1）做功冲程将内能转化为机械能； （2）流体流速越大的位置，压强越小； （3）漂浮时浮力等于自身重力； （4）航母在水中漂浮，此时浮力等于自身重力，飞机飞离航母后，航母所受浮力减小，由阿基米德原理F浮＝ρ液gV排可得排开液体体积减少，也就是航母上浮，此时深度减小，由p＝ρgh可得航母底部受到海水的压强变化情况。 【解答】解：A．提供动力是将内能转化为机械能，故A错误； B．飞机机翼做成上凸下平的形状，空气经过上方的路程长。经过下方的路程短。上方空气流速越大，下方空气流速越小。所以机翼下方的气压大于上方的气压，即飞机升力是根据流体流速大的地方压强小获得的； C．航母在水中漂浮，飞机飞离航母后，所以航母所受浮力减小； D．航母在水中漂浮，飞机飞离航母后，由阿基米德原理F浮＝ρ液gV排可得排开液体体积减少，也就是航母上浮，由p＝ρgh可得航母底部受到海水的压强减小。 故选：C。 【点评】此题考查了热机的冲程、流体压强与流速的关系、浮沉条件的应用、液体压强计算公式的应用等，属于综合题目。 7．如图为四冲程汽油机内部结构图，下列说法正确的是（　　） A．汽油机吸气冲程吸入的是汽油和空气混合物 B．飞轮每转4转，汽油机对外做功1次 C．图中冲程能量转化是将机械能转为内能 D．汽车在汽油机的压缩冲程获得牵引力 【分析】（1）吸气冲程中，是空气和汽油的混合物进入汽缸； （2）做功冲程中，进气门和排气门关闭，火花塞点火，将内能转化为机械能； （3）四冲程汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次。 【解答】解：A．汽油机吸气冲程吸入的是汽油和空气混合物； B．四冲程汽油机一个工作循环完成4个冲程，对外做功1次，汽油机对外做功3次； C．图中火花塞点火，能量转化是将内能转为机械能； D．汽车在汽油机的做功冲程获得牵引力。 故选：A。 【点评】此题考查了热机冲程的认识，属于基础知识。 8．某同学利用塑料瓶制作的“水火箭”如图甲所示，其原理是压缩空气使水从“火箭”尾部向下喷出，推动“火箭”飞向空中。下列判断不正确的是（　　） A．空气使水从“火箭”尾部向下喷出后，空气内能增加 B．水火箭获得升力是因为水向下喷出时产生反作用力，从而推动水火箭 C．从能量转化角度讲，水火箭发射过程与图乙中（3）所示的原理相似 D．从能量转化角度讲，图乙中（2）冲程是把机械能转化为内能 【分析】（1）工作过程中能量的转化：①压缩冲程：机械能→内能；②做功冲程：先是化学能→内能，再由内能→机械能。 （2）做功可以改变物体的内能，当外界对物体做功时，物体的内能增大，当物体对外界做功时，物体的内能就会减小。 【解答】解：往“水火箭”里打气时，压缩瓶内空气做功，温度升高，乙图（1）吸气冲程，（3）做功冲程。 A、空气使水从“火箭”尾部向下喷出后，故A正确； B、水火箭获得升力是因为水向下喷出时产生反作用力，故B正确； C、从能量转化角度讲，故C不正确； D、从能量转化角度讲，故D正确。 故选：C。 【点评】本题考查四冲程能量转化及做功改变物体的内能，属于基础题。 二．填空题（共7小题） 9．制造飞机时采用密度 　小　的材料；发射火箭用的推进剂会选用热值较 　大　的燃料。（均选填“大”或“小”） 【分析】同体积下，密度小，质量小；热值是燃料的一种特性，热值越大，完全燃烧相同质量的燃料时，释放出的热量越多。 【解答】解：为了减轻火箭自身的质量，箭体应选用密度较小的材料，密度小的材料； 火箭发动机应选用热值较大的燃料，在燃料质量相同时。 故答案为：小；大。 【点评】本题考查密度和热值的有关知识，是一道综合题。 10．汽油机的一个工作循环是由四个冲程组成，其中在做功冲程中燃气对活塞做功，实现了　内　能向　机械　能的转化，如图所示的是汽油机的　排气　冲程。 【分析】内燃机的四个冲程有吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，将机械能转化为内能的是压缩冲程，将内能转化为机械能的是做功冲程。 【解答】解：热机工作过程中，做功冲程利用内能做功。 图中进气门关闭，排气门打开。 故答案为：内；机械。 【点评】本题主要考查对热机一个工作循环中各冲程情况的了解，要掌握涉及能量转化的两个冲程。 11．如图所示是四冲程汽油机的 　压缩　冲程。工作时需要用水为其冷却，若5kg的水温度升高2℃，则吸收的热量为 　4.2×104　J。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）] 【分析】（1）汽油机的工作流程 ①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭．活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸． ②压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩汽缸内燃料混合物，温度升高． ③做功冲程：在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功． ④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸． （2）物体的温度升高时吸收热量为：Q吸＝cm（t﹣t0） 【解答】解：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，温度升高是压缩冲程，则吸收的热量为Q吸＝cmΔt＝4.2×104J/（kg•℃）×5kg×2℃＝7.2×104J。 故答案为：压缩；4.2×104。 【点评】本题考查了学生对吸热公式Q吸＝cmΔt、内燃机四个冲程的掌握和运用，计算时注意温度升高了和升高到（末温）的区别。 12．一台单缸四冲程汽油机，如图所示的汽油机正处于　压缩　冲程；在此过程中燃气的内能　增加　（选填“增加”、“减小”或“不变”）；若飞轮的转速为1800r/min，该汽油机每秒钟做功　15　次。 【分析】（1）根据气门的开关和活塞的运动情况判断冲程的名称，进而得出内能的变化； （2）在四冲程内燃机完成个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次。 【解答】解：如图所示，汽油机的进气门，且活塞向上运动，此冲程中机械能转化成内能； 四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min＝30r/s，则该飞轮每秒钟转30r， 因为飞轮转2r，对外做功1次，对外做功15次。 故答案为：压缩；增加。 【点评】本题主要考查学生对热机飞轮转速的含义的理解以及对热机工作循环中各冲程情况的了解，难度不大，属于基础知识的考查。 13．如图所示为我国自主研制的可工程化应用的整体式固体火箭发动机。整体式固体火箭发动机用固态推进剂作燃料，已知固态推进剂的热值为4.2×107J/kg，完全燃烧0.5kg的固态推进剂可放出 　2.1×107　J的热量；若推进剂在氧气不足的条件下燃烧，推进剂的热值将 　不变　（选填“变大”“变小”或“不变”）。 【分析】（1）利用Q放＝qm计算固态推进剂完全燃烧放出的热量； （2）热值是燃料的一种特性，其大小与燃料的种类有关，而与燃料的质量大小、燃烧程度无关。 【解答】解：（1）固态推进剂完全燃烧放出的热量： ； （2）燃料的热值与燃料的燃烧程度无关，推进剂在氧气不足时燃烧不充分。 故答案为：2.1×106；不变。 【点评】本题考查了燃料完全燃烧放热公式的应用、对热值特性的理解，属于基础题目。 14．北京时间2021年10月16日00时23分，搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火升空。发送神舟飞船的运载火箭用液氢做燃料是利用了液态氢 　热值大　的优点。在火箭升空过程中与大气剧烈摩擦，通过 　做功　的方式使箭体温度急剧升高，所以火箭外壳是用钛合金、铍合金等耐高温材料做成的。 【分析】热值是燃料的一种特性，完全燃烧相同质量的不同燃料，热值越大，放出的热量越多； 改变物体内能的方法：做功、热传递。 【解答】解：由于液氢的热值大，与其他物质相比，则发动机采用液氢为燃料。 在火箭升空过程中与大气剧烈摩擦，通过摩擦生热。 故答案为：热值大；做功。 【点评】本题考查了对热值特性的理解和改变物体内能方式，属于基础题。 15．2023年9月17日午间，我国在西昌卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭，成功将遥感三十九号卫星发射升空，发射任务获得圆满成功，如图所示是发射时的情景； （1）运载火箭使用液态氢作为燃料的主要原因是液态氢具有较高的 　热值　； （2）某火箭发射时携带了30t液态氢燃料，求30t液态氢完全燃烧放出的热量 　4.2×1012J　； （3）若30t液态氢燃料完全燃烧产生热量的80%被水吸收，在1标准大气压下，能将 　1×107　千克初温为20℃的水加热至沸腾。（c水＝4.2×103J/（kg•℃），q液氢＝1.4×108J/kg） 【分析】（1）热值是燃料本身的一种特性，热值的大小只与燃料的种类有关，热值高的燃料，在相同条件下，完全燃烧时放出的热量比其他燃料多； （2）利用Q放＝mq可以计算出液态氢完全燃烧放出的热量； （3）根据题意可知Q吸＝ηQ放，1个标准大气压下，水的沸点是100℃，利用Q吸＝cm（t﹣t0）计算出水的质量。 【解答】解：（1）火箭采用液态氢作为燃料，原因是液态氢具有较高的热值放＝qm可知，完全燃烧相同质量的液态氢和其它燃料相比； （2）30t液态氢完全燃烧放出的热量为： Q放＝m氢q氢＝30×103kg×1.2×108J/kg＝4.3×1012J； （3）根据题意可知，水吸收的热量为： Q吸＝ηQ放＝80%×4.2×1012J＝7.36×1012J， 1个标准大气压下，水的沸点是100℃吸＝cm（t﹣t0）可知，水的质量为： 。 答：（1）热值；（2）5.2×1012J；（3）1×103。 【点评】本题考查热值的概念、燃料燃烧放热的计算以及效率公式的应用，熟记公式并能灵活运用是解题的关键。 三．解答题（共5小题） 16．如图所示，2022年9月27日，由中国自主研制的“鲲龙”AG600M灭火机以全新消防涂装在湖北荆门漳河机场成功完成12吨投汲水试验。若该飞机某段时间内消耗航空燃油1吨10J。[航空燃油的热值为4×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]求： （1）飞机在投水的过程中保持水平匀速直线飞行，飞机的动能 　减小　，机械能 　减小　（均选填“增大”“不变”或“减小”）。 （2）12吨水温度从26℃升高到96℃可以吸收多少热量？ （3）发动机的效率是多少？ 【分析】（1）影响动能的因素：质量和速度：质量越大，速度越大，动能越大；影响重力势能大小的因素：重力势能与物体的质量和被举高度有关，质量越大、被举得越高，则重力势能越大。动能和势能合称机械能。 （2）知道水的质量、比热容、初温和末温，根据Q吸＝cm（t﹣t0）计算吸收的热量； （3）知道燃油的质量和热值，根据Q放＝mq计算放出的热量；根据率η＝计算效率。 【解答】解：（1）飞机在投水的过程中保持水平匀速直线飞行，质量变小、高度不变、重力势能减小； （2）12吨水温度从26℃升高到96℃可以吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.3×103J/（kg•℃）×1.7×104kg×（96℃﹣26℃）＝3.528×108J； （3）消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量Q放＝m油q＝1×103kg×8×107J/kg＝4×1010J； 发动机的效率η＝＝＝50%。 故答案为：（1）减小；减小； （2）12吨水温度从26℃升高到96℃可以吸收8.528×109J热量； （3）发动机的效率是50%。 【点评】本题考查了液体升温吸热、燃料燃烧放热、效率的计算，公式较多，都是基础知识，都要求掌握。 17．目前汽车普遍应用于人们日常生活中的出行，汽车发动机的工作，多是靠燃料在发动机气缸内燃烧做功，效率都很低。为了提高能源的利用率，涡轮增压技术应运而生。涡轮增压是一种利用内燃机运作产生的废气驱动空气压缩机的技术，带动同轴的叶轮高速转动，叶轮将新鲜空气压缩后推进到气缸中 （1）废气推动涡轮转动的过程中，内能转化成 　机械　能； （2）若气缸内完全燃烧1.5kg汽油，释放的热量为多少？（qᵣₑ＝4.6×107J/kg） （3）结合以上信息，请你说出一条“涡轮增压”能提高热机效率的原因； （4）当气缸内吸入相同体积的空气时，安装了涡轮增压器的发动机和传统发动机相比，谁对外做的功更多？请结合能量的知识解释你的观点。 【分析】（1）废气推动涡轮转动的过程中，废气对涡轮做功，将内能转化为机械能，废气内能减少； （2）利用Q放＝mq可以计算出完全燃烧汽油放出的热量； （3）根据涡轮增压技术和图示进行回答； （4）从燃料燃烧更充分、废弃做功等方面分析回答。 【解答】解：（1）废气推动涡轮转动的过程中，高温废气对涡轮做功； （2）完全燃烧1.5kg汽油释放的热量： Q放＝mq＝8.5kg×4.4×107J/kg＝6.3×107J； （3）涡轮增压技术是指通过涡轮增压器提高发动机进气量的一种技术，涡轮增压器的动力来自发动机排出的废气，空气中密度小，叶轮高速转动、压强小，空气在压强差的作用下，提高了气缸内的空气量，在热机效率一定时； （4）安装了涡轮增压器的发动机对外做的功多；当气缸内吸入相同体积的空气时，使空气的质量变大，燃烧时释放的内能增大，可以做的有用功越多。 答：（1）机械； （2）释放的热量为6.5×107J； （3）涡轮增压技术是指通过涡轮增压器提高发动机进气量的一种技术，涡轮增压器的动力来自发动机排出的废气，空气中密度小，叶轮高速转动、压强小，空气在压强差的作用下，提高了气缸内的空气量，在热机效率一定时； （4）安装了涡轮增压器的发动机对外做的功多；当气缸内吸入相同体积的空气时，使空气的质量变大，燃烧时释放的内能增大，可以做的有用功越多。 【点评】此题主要考查了涡轮增压的汽车的优点以及能量的转化，属于综合性题目。 18．如何减少能耗，提高汽车发动机的效率越来越受到人们的重视； （1）大多数家用汽车的发动机均为汽油机，它把汽油燃烧产生的内能部分转化成机械能，再通过传动机构将动力传给车轮使汽车行驶　废气带走的能量　； （2）一辆汽车以20m/s的速度在平直的公路上匀速行驶了3km，受到的平均阻力为1150N，燃烧了0.3kg汽油。求：（汽油的热值q＝4.6×107J/kg） ①牵引力做了多少功？ ②这些汽油完全燃烧放出的热量是多少？ ③发动机的效率是多少？ （3）请提出一条提高汽油机效率的方法：　减少散热损失　。 【分析】（1）由于汽油燃烧产生的内能，主要热量散失是废气带走的热量，所以能流图中损失能量较多的填废气，还有部分能量克服机械摩擦损失了； （2）①已知汽车行驶时受到的阻力，匀速直线运动的物体受力平衡，由二力平衡的条件可知汽车的牵引力，再根据W＝Fs可求出牵引力做的功； ②已知汽油的热值和消耗汽油的质量，利用Q放＝qm可求出汽油完全燃烧放出的热量； ③利用η＝可求出发动机的效率； （3）根据热能的损失来判断提高机械效率的措施。 【解答】解：（1）由于汽油燃烧产生的内能，主要热量散失是废气带走的热量； （2）①汽车在平直的公路上匀速行驶了3km，受到的阻力和牵引力是一对平衡力，则牵引力做功为： W＝Fs＝1150N×3km＝1150N×3000m＝3.45×106J； ②燃烧了0.8kg汽油，完全燃烧放出的热量： Q＝mq＝0.3kg×4.6×107J/kg＝4.38×107J； ③发动机的效率为： η＝＝＝25%； （3）根据图示的能量流向图可知，要提高汽油机效率、减少尾气带走的热量、减小摩擦做功。 答：（1）废气带走的能量； （2）①牵引力做了3.45×106J功； ②这些汽油完全燃烧放出的热量为6.38×107J； ③发动机的效率为25%； （3）减少散热损失。 【点评】本题考查了对二力平衡条件、功、热值和效率的计算公式的应用，熟练掌握相关知识即可，难度不大。 19．某款混合动力汽车由一台内燃机和一台电动机组成，其部分参数如表所示，其中电池能量密度是指电池平均单位质量所释放出的电能。 整车质量 1600kg 纯电能耗 22kW•h/100km 电池容量 44.5kW•h 车轮与地面总接触面积 0.2m2 燃油能耗 7.5L/100km 电池能量密度 178（W•h）/kg （1）该混合动力汽车的内燃机是四冲程汽油机，如图所示是汽油机的 　压缩　冲程。 （2）该混合动力汽车静止在水平地面上时，对地面的压强是多少？（g取10N/kg） （3）该混合动力汽车配备的电池质量是多少kg？ （4）该混合动力汽车以纯油驱动匀速直线行驶100km，汽车所受阻力为700N，若该汽车内燃机工作时的热效率为40%，剩余能量全部用于电池充电，则能为电池充电的能量为多少J？（汽油密度取0.7×103kg/m3，汽油热值取4.6×107J/kg） 【分析】（1）根据气门的开、关情况和活塞的运动方向来判断属于哪个冲程； （2）当该车静止在水平地面上时，对地面的压力和自身的重力相等，根据F＝G＝mg求出其大小，利用p＝求出对地面的压强； （3）根据电池容量和单位质量电池所包含的能量计算电池的质量； （4）根据密度公式变形可求得汽油的质量，利用Q＝mq可求得汽油完全燃烧放出的热量；再利用内燃机的效率可求得有用能量；根据W＝Fs求出牵引力所做的功；用有用能量减去牵引力做的功可得蓄电池增加的能量。 【解答】解：（1）由图可知，两个气门都关闭，所以是压缩冲程； （2）当该车静止在水平地面上时，对地面的压力： F＝G＝mg＝1600kg×10N/kg＝1.6×106N， 对水平地面的压强： p＝＝＝6×104Pa； （3）由表中数据可知，单位质量电池所包含的能量为178（W•h）/kg＝0.178（kW•h）/kg， 电池容量是44.2kW•h，因此电池的质量为：m＝； （4）由题意知，燃油能耗4.5L/100km，消耗汽油7.4L即7.5×10﹣7m3， 消耗汽油的质量为：m汽油＝ρ汽油V＝0.4×103kg/m3×4.5×10﹣3m4＝5.25kg， 汽油完全燃烧放出的热量为：Q放＝m汽油q汽油＝5.25kg×2.6×107J/kg＝2.415×108J， 内燃机的热效率为40%，则转化的能量为：W＝ηQ放＝40%×2.415×106J＝9.66×107J， 汽车所受阻力为700N，匀速行驶处于平衡状态， 因此汽车所做机械功为：W机械＝Fs＝700N×100×108m＝7×107J， 为电池充电的电量为：W电＝W﹣W机械＝7.66×107J﹣7×107J＝2.66×107J。 答：（1）压缩； （2）该混合动力汽车静止在水平地面上时，对地面的压强是2×104Pa； （3）该混合动力汽车配备的电池质量是250kg； （4）能为电池充电的能量为2.66×106J。 【点评】本题为力学、电学综合题，考查了密度公式、压强公式的应用和功、热量、热机效率的计算，要求灵活应用相关公式，注意单位统一。 20．小王学习燃料的热值之后，自己设计一个实验来探究酒精和碎纸片热值的大小。 （1）为保证实验结论的可靠，以及方便比较，小王同学在实验中应让酒精和碎纸片、两烧杯中水的 　质量　都保持相等； （2）实验过程中，直至燃料完全燃烧后，通过比较 　温度计示数的变化　（选填“加热时间”或“温度计示数的变化”）来比较燃料燃烧放出的热量的多少，从而比较两种燃料热值的大小； （3）实验数据记录如下表： 燃料 加热前水温/℃ 燃料燃尽时水温/℃ 燃料的热值/（J•kg﹣1） 酒精 15 35 2.4×106 碎纸片 15 25 ？ 根据表中数据，计算出碎纸片的热值是 　1.2×106　J/（kg•℃）； （4）通过实验得到的燃料热值与实际相比是偏 　小　（选填“大”或“小”），你认为出现这种情况的主要原因是：　烧杯、空气也吸收热量，并且燃料不可能完全燃烧　。（答出一个即可） 【分析】（1）本实验是用燃烧酒精和碎纸片放出的热量加热烧杯内的水，通过水温度的变化，比较水吸热的多少，从而得出碎纸片的热值与酒精热值的大小关系，再计算出碎纸片的热值，因此要控制变量（酒精和碎纸片的质量、两烧杯中水的质量、以及两个烧杯）相等或相同； （2）通过水温度的变化值得出水吸热的大小关系，也就知道燃烧酒精和碎纸片放出热量的关系，又知道燃烧的质量相同，据此得出热值关系，求出碎纸片的热值； （3）有两个原因，一是“烧杯、空气也吸收热量”，二是“燃料不可能完全燃烧” 【解答】解： （1）为了比较相同质量的酒精和碎纸片燃烧放出热量的多少，必须控制二者的质量相等、两个烧杯相同； （2）相同质量的酒精和碎纸片燃烧放热，酒精燃烧放出的热量可以将水的温度升高20℃，可见酒精的热值是碎纸片的2倍6J/kg； （3）因为烧杯、空气也吸收热量，所以测得的热值会偏小。 故答案为： （1）质量； （2）2.2×106； （3）小；烧杯，并且燃料不可能完全燃烧。 【点评】用相同质量的酒精和碎纸片燃烧加热水，通过水温的变化比较水吸热多少，通过水吸热多少比较放热多少，从而得出相同质量的酒精和碎纸片燃烧放热多少，即比热容的大小，较难理解！ 第1页（共1页） 学科网（北京）股份有限公司 $$