内容正文:
【第十章机械能、内能及其转化】第五节调查燃料的利用及其对环境的影响
一、单选题
1.如图是“五香甜沫”,它是以小米面为主熬煮的咸粥,是济南一道传统美食,下面分析正确的是( )
A.用燃气灶熬煮时,调大火力可以提高燃气的热值
B.煮粥时锅上方冒的“白气”是水汽化成的水蒸气
C.不敢大口喝热腾腾的甜沫,因为粥里含有的热量多
D.用高压锅煮粥熟得更快,因为锅内气压大液体沸点高
2. 如图是深圳街头出现的雾炮车。喷向空中的水等能使尘埃粒子快速沉降到地面, 起到净化空气的作用. 下列关于雾炮车的说法正确的是 ( )
A.尘埃粒子快速沉降到地面, 说明分子热运动减慢了
B.用水循环来降低汽油机的温度主要是利用水蒸发吸热的特点
C.雾炮车的汽油发动机做功冲程是内能转化为机械能
D.雾炮车汽油机吸气冲程吸入汽油和空气的混合物可以提高汽油的热值
3.下列现象的解释错误的是( )
A.沿海地区昼夜温差小,主要原因是水的比热容较大
B.把煤磨成煤粉燃烧能提高燃料利用率是由于其热值变大
C.家用“暖气”用水作介质是利用水的比热容大
D.在房间内洒水可以降低气温,该降温过程不是利用水比热容大的原理
4.冬天天气变冷,火锅以“麻、辣、鲜、香”且“方便、快捷”的大众化特色被消费者接受和喜爱。下列关于火锅的说法正确的是( )
A.火锅里的汤汁温度高时比温度低时含有的热量多
B.用气体燃料燃烧加热食物时,燃料的热值是不变的
C.用气体燃料燃烧加热食物时,燃料的内能转化为化学能
D.往火锅里加的食物温度升高是通过做功改变食物的内能
5.甲、乙两台汽油机,甲的效率比乙的低,下列说法正确的是( )
A.甲汽油机做的有用功比乙的少
B.甲汽油机的功率比乙的少
C.在做相同有用功的情况下,甲汽油机消耗的燃料多
D.在做相同有用功的情况下,甲汽油机损失的能量少
6.我国科技人员历时13年自主研制的F级50兆瓦重型燃气轮机正式完工。燃气轮机的本质是一种通过燃料(主要为天然气)与空气燃烧产生高温高压气体,推动叶片带动发电机来发电的机械。联合循环一小时获得的电能,消耗的天然气(天然气的热值取)。下列有关说法正确的是( )
A.燃料燃烧是化学能转化为机械能
B.发电机是由电能转化为机械能
C.联合循环的热效率约为20%
D.燃气轮机联合循环一小时天然气共释放出的热量
7.2020年11月24日,长征五号遥五运载火箭成功发射“嫦娥五号”探测器,经过23天太空之旅后,于12月17日在完成月球自动采样后返回地球,携着1731g月壤样品安全着陆。下列说法正确的是( )
A.火箭点火升空时相当于热机的做功冲程,将机械能转化为内能
B.长征五号火箭的发射过程中,燃料燃烧过程中热值不断增大
C.火箭加速升空过程中,动能和重力势能增大,机械能增大
D.火箭使用液氢做燃料,主要是利用了液氢的密度小
8.小欢用不同装置分别加热 100g 的水和 100g 的某种物质,水从 50℃加热至 98℃刚好消 耗了 2g 酒精 (q 酒精=3×107J/kg) ,她根据实验数据绘制出水和该物质的温度随时间变 化的图线。若单位时间内该物质吸收的热量与水吸收的热量相等,c 水=4.2×103J/ (kg · ℃) ,下列说法正确的是( )
A.10~25min 该物质没有吸收热量
B.0~ 10min 该物质的比热容大于水的比热容
C.0~20min 该物质吸收的热量为 1.008×104J
D.加热水的酒精灯的加热效率为 35.6%
二、多选题
9.下列说法中正确的是( )
A.物体在熔化过程中吸收热量,内能增大
B.物体的内能增加一定是由于吸收了热量
C.酒精的热值是3.0×107J/kg,表示1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J
D.一杯水的比热容比一桶水的比热容小
10.关于热值和热机效率,下列说法错误的是( )
A.使燃料燃烧更充分,可提高热机效率
B.热机使用的燃料热值越大,热机效率就越高
C.1kg汽油在汽缸内燃烧放出的热量,就是汽油的热值
D.把煤磨成煤粉或煤粒,加大送风量使其燃烧更充分,可以提高煤的热值
11.2023 年 10 月 26 日搭载神舟十七号载人飞船的长征二号 F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。下列关于载人飞船发射升空的说法正确的是 ( )
A.火箭的外壳需要用熔点高、密度大的材料制作
B.火箭使用氢作为燃料是因为氢的热值大
C.火箭加速升空时机械能不断变大
D.火箭升空与大气层摩擦时的能量转化与热机的做功冲程相同
12.关于热值、热机和热机效率,下列说法中正确的是( )
A.燃料燃烧得越充分,它的热值就越大
B.燃料的热值大小与它质量的大小无关
C.热机做的有用功多,热机的效率就高
D.汽油机做功冲程将内能转化成机械能
13.关于热值和热机,以下说法不正确的是( )
A.汽油机和柴油机均属于内燃机
B.燃料燃烧,释放的热量越大热值越大
C.使用热值更大的燃料可以提高热机的效率
D.使燃料燃烧更充分可以提高热机的效率
14.关于热机与环境,下列说法不正确的是( )
A.现代热机的出现,极大地改变了人类的工作方式和生存条件
B.热机虽然促进人类的文明进程,但同时对环境造成了极大的污染和破坏,我们应该禁止热机的使用
C.随着新材料,新工艺不断涌现,我们现在应该用新动力取代所有传统热机
D.我们要利用热机来改善人类工作条件和生活方式,一点点污染不算啥
15.如图所示,北京时间2024年4月25日20时59分,搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,约10分钟后,神舟十八号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道。目前,航天员乘组状态良好,发射取得圆满成功。下列关于火箭发射的说法中正确的是( )
A.火箭升空过程中,神舟十八号飞船与运载火箭保持相对静止
B.火箭点火加速升空时,动能转化为重力势能
C.火箭的燃料燃烧时,质量减小,热值不变
D.燃料充分燃烧时,火箭发动机的效率可以达到100%
三、填空题
16.随着世界性能源危机的日益加剧,一向为人们所唾弃的垃圾也身价倍增。利用垃圾的一种方式是将其填埋后,通过厌氧发酵产生沼气,再利用沼气燃烧获取内能为人类服务,如图所示为某品牌的沼气炉,在一次加热水的过程中其热效率为63%,在此过程中,完全燃烧的沼气将40kg初温为15℃的水加热到45℃,则沼气的热值为 。【】
17.某种新型能源有着巨大的开发使用潜力,1kg该能源完全燃烧放出的热量为4.2×108J,若需要8.4×109J的热量应该完全燃烧 kg的该能源,其燃烧一半后,其热值 ,比热容 (后两空均填“变大”、“不变”或“变小”)。
18.汽车的散热器通常用水作冷却剂,是因为水的 大;燃气汽车主要以天然气为燃料,相比汽油而言,天然气的 (以上两空均选填“比热容”“密度”或“热值”)更大,完全燃烧0.6m3的天然气可以放出 J的热量。(q天然气=3.9×107J/m3)
19.“可燃冰”作为新能源,有着巨大的开发使用潜力。完全燃烧2m3的“可燃冰”可放出的热量为 J,若这些热量60%被水吸收,可以将8×104kg水升温 ℃。[可燃冰的热值为1.4×1010J/m3,水的比热容为4.2×103J/(kg•℃)]
20.某台汽油机飞轮的转速为1800r/min,在1s内,汽油机完成了 个工作循环。完全燃烧0.1kg的汽油,放出热量为 J,如果这些热量全部被质量为100kg、初温为20℃的水吸收,能使水的温度升高 。(q汽动=4.6×107J/kg,c水=4.2×103(J/kg·℃))
21.小明利用如图所示装置测算酒精的热值。燃烧皿中酒精的质量为12g,烧杯中水的质量为200g,初温为23℃,点燃酒精,当水温升高到43℃时,立即熄灭火焰。该过程水吸收的热量为 J;他想计算酒精的热值,还需进行的实验操作是 。[假设酒精燃烧放出的热量全部被烧杯中的水吸收且不考虑整个过程中酒精汽化,]
22.三种不同材料的燃料,乙、丙质量2kg,甲质量1kg,三者温度都升高1℃,吸收热量如图a,完全燃烧后放出的热量如图b,则:
(1)甲的比热容 丙的比热容,甲的热值 乙的热值(以上两空均选填“大于”“小于”“等于”);
(2)乙的比热容为 J/(kg·℃),丙的热值为 J/kg。
23.如图所示是质量是200g固体的熔化实验装置和根据实验数据绘制出的曲线图,如果从开始记录到刚沸腾时,完全燃烧了热值为3.0×107J/kg的酒精5g,假设酒精灯在相等的时间内提供的内能一样多,此过程中,则CD段吸收的热量为 J,ABCD段的热转化效率是 。[该物质液态时的比热容为1.5×103J/(kg·℃)]
四、实验探究题
24.如图所示,甲、乙、丙三个实验装置完全相同,燃料的质量均为10g。
燃料
加热前水温(℃)
燃料燃尽后水温(℃)
a
25
38
b
25
31
(1)实验中,发现食用油和水在加热相同时间,食用油的温度上升得较多,由此可以判断 (填“水”或“食用油”)物质的吸热能力较强。
(2)若比较不同燃料的热值应选择 两个装置;比较不同物质的比热容应选择 两个装置(两空均选填装置序号:甲、乙、丙)。
(3)在“比较不同燃料的热值”的实验中,通过观察 比较燃料燃烧放出热量的多少,进一步分析数据可知:热值较大的是 。
25.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分钟记录了杯中水的温度(见下表)
加热的时间
/min
0
1
2
3
4
5
6
甲杯水温/℃
25
27
29
32
34
36
38
乙杯水温/℃
25
26
27
28
29
30
31
(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(均填“A”或“B”)
(2)为保证实验结论的可靠性,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的数据,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、计算题
26.小明家用燃气灶将质量为m的水从t0加热到t,燃烧了体积为V天然气,已知水的比热容为c,天然气的热值为q。求:(计算结果用已知量字母表示)
(1)水需吸收的热量;
(2)天然气完全燃烧放出的热量;
(3)燃气灶烧水的效率。
27.随着节能意识的兴起,某同学家里安装了太阳能热水器,该热水器的铭牌如图所示。若该太阳能热水器安装在平均日照辐射强度为的阳台处,阳台上平均每天的日照时间约为,则:
(1)该热水器的采光板,每天吸收的热量为多少J?
(2)若每天热水器内注满的冷水,第一天晚上储水桶中的热水温度为,则该热水器的热效率为多少?
(3)若晚上洗澡前,储水桶内储存有部分的热水,打开冷水进水阀45s,20℃的冷水加入桶内,水温稳定在,若要将水温调至,还需要打开冷水阀多少秒?(冷热水混合过程中,无热损失,且冷水阀的水流恒定)
六、作图题
28.作图题:
(1)请在如图坐标系中画出煤油的热值与其完全燃烧所放出的热量Q的关系图像;
(2)如图甲为探究摆球的动能与势能相互转化的示意图(不计空气阻力),在图乙中画出摆球从A点到C点的过程中其动能E随时间t变化的图像;(小球由A点静止释放)
(3)用两个相同的加热器同时给质量和初温均相等的水和煤油加热,水的温度随时间的变化关系如图所示,已知煤油的比热容是水的一半,且加热过程中物态不变,请画出给煤油加热后温度随时间变化的关系图像。
七、综合题
29.同学们到研学基地开展实践活动。小明垒好柴火灶为大家煮饭,为了测试柴火灶的效率,他用1kg的干木柴给5kg的水加热,烧完木柴时,水温从20℃升高到60℃。(干木柴的热值q干木柴=1.2×107J/kg)
(1)1kg的干木柴完全燃烧放出的热量是 J;
(2)水吸收的热量为多少J?[];
(3)该柴火灶的效率为多少?
30.我国自主研制的长征系列运载火箭已数次将卫星运送至太空。火箭发射时,发动机中的燃料快速燃烧产生大量高压燃气,使火箭升空将卫星送至预定轨道。请回答下列问题。
(1)火箭发射升空是因为发动机向下高速喷出的高压燃气,与 (选填“火箭”或“空气”)产生相互作用力。
(2)火箭在某阶段以7.8km/s的速度匀速飞行10s,则这段时间内火箭飞行的路程是多少?
(3)若火箭采用液氢作为燃料,则完全燃烧kg的液氢燃料可以释放多少热量?()
(4)在传统的发射方式中,每颗卫星需要单独发射。随着中国在航天技术领域的不断突破,我国掌握的“一箭多星”技术,可以实现用一枚运载火箭将数颗卫星送入预定轨道运行。若要实现一箭多星,运载的卫星质量增大后,在使用燃料方面可以进行哪方面的改进?请你写出改进建议并根据能量转化的相关知识说明理由。
答案解析部分
1.【答案】D
【解析】【解答】A.热值是燃料的一种特性,与燃烧程度无关,故A错误;
B.锅上冒“白气”,是水蒸气遇冷液化形成的小水滴,故B错误;
C.粥的温度高,人会感到烫,不能大口喝热腾腾的甜沫,热量是热传递时的过程量,不能说“含有”,故C错误;
D.沸点受气压影响,用高压锅煮粥,锅内气压大,液体沸点高,熟得更快,故D正确。
故选D。
【分析】热值是燃料的特性;白气是水蒸气液化形成的;温度越高,热传递时,向外放热;大气压增大,沸点升高。
2.【答案】C
【解析】【解答】A.尘埃粒子不是分子,是固体小颗粒,不能反应分子运动,A不符合题意;
B.用水循环来降低汽油机的温度,是因为水的比热容较大,降温效果好,B不符合题意;
C.雾炮车的汽油发动机做功冲程,获得机械能,是内能转化为机械能,C符合题意;
D.汽油机吸气冲程吸入汽油和空气的混合物,但汽油的热值是特性,保持不变,D不符合题意。
故答案为:C.
【分析】尘埃颗粒不是分子;水的比热容较大,便于对物体降温;汽油机的做功冲程,将内能转化为机械能;热值是燃料的特性,保持不变。
3.【答案】B
【解析】【解答】A.沿海地区,水多;内陆地区水少、沙石多,因为水的比热容较大,白天,相同质量的水和沙石比较,吸收相同的热量,水的温度升高的少;夜晚,放出相同的热量,水的温度降低的少,使得沿海地区昼夜的温差小,A不符合题意;B.热值是燃料的一种特性,和燃料是否燃烧、是否完全燃烧无关,把煤磨成粉,使燃料的燃烧面积加大,有利于充分燃烧,提高燃料的利用率,而热值不变,B错误,符合题意;C.因为水的比热容较大,降低相同的温度,放出的热量多,屋子里更暖和,所以暖气用水做介质,利用了水的比热容较大的特性,C不符合题意;D.因水蒸发有致冷作用,使周围空气温度降低,所以夏天洒水是利用了蒸发吸热的道理,D不符合题意。
故答案为:B。
【分析】水的比热容大,相同质量的水可以吸收更多的热量,冷却效果更好;热值只与物体的种类有关。
4.【答案】B
5.【答案】C
6.【答案】D
7.【答案】C
【解析】【解答】A.火箭点火升空时相当于热机的做功冲程,热机的做功冲程是将内能转化为机械能,A不符合题意;
B.热值数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量,是燃料自身的一种特性,与燃料的质量、燃烧状况等无关,长征五号火箭的发射过程中,燃料燃烧过程中热值不变,B不符合题意;
C.动能与势能之和叫做机械能,火箭加速升空过程中,速度和高度变大,故动能和重力势能增大,机械能增大,C符合题意;
D.火箭使用液氢做燃料,主要是利用了液氢的热值大的特点,D不符合题意。
故答案为:C。
【分析】做功冲程对外做功,将内能转化为机械能;另外还有压缩冲程有能量转化,将机械能转化为内能。
热值数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量,是燃料自身的一种特性,与燃料的质量、燃烧状况等无关。
动能大小的影响因素:质量和速度,质量越大,速度越大,动能越大;重力势能大小的影响因素:质量和高度,质量越大,高度越高,重力势能越大。注意分析能量转化时,就看什么能量减少了,什么能量增加,总是减少的能量转化为增加的能量。
8.【答案】C
【解析】【解答】A.在10~25min内,酒精仍然燃烧放出热量,则加热该物质不断吸收热量,故A错误;
B.根据图片可知,0~10min内,二者吸收相同的热量,该物质从50℃升高到80℃,即温度升高30℃,而水从50℃升高到大约62℃,即温度升高12℃,那么△t>△t水。根据Q=cm△t可知,物质的比热容小于水的比热容,故B错误;
C.加入40min时水吸收的热量Q=cm△t=4.2×103J/ (kg · ℃)×0.1kg×(98℃-50℃)=2.016×104J;
0~20min该物质吸收的热量是40min时热量的一半,
那么Q1=Q吸=×2.016×104J=1.008×104J,故C正确;
D.2g酒精完全燃烧释放的热量Q放=mq=2×10-3kg×3×107J/kg=6×104J,
加热水的酒精灯的加热效率为,故D错误。
故选C。
【分析】(1)只要酒精燃烧就会放热,那么物质就会吸热;
(2)根据图像比较物质和水升高温度的大小,然后根据Q=cm△t比较比热容的大小;
(3)首先根据Q吸=cm△t计算加热40min时水吸收的热量,再根据吸热与时间成正比计算即可;
(4)根据Q放=qm计算酒精放出的热量,最后根据计算加热效率。
9.【答案】A,C
【解析】【解答】A.物体熔化过程中,温度不变,吸热热量,内能增加,A符合题意;
B.做功和热传递都可以改变物体的内能,所以物体的内能增加,可能是吸收热量,也可能是外界对其物体做功,B不符合题意;
C.酒精热值是3.0×107J/kg,它表示的物理意义是:1kg酒精完全燃烧后放出的热量是3.0×107J,C符合题意;
D.比热容属于物质的特性,只与物体的种类和状态有关,一杯水的比热容与一桶水的比热容相同,D不符合题意。
故答案为:AC。
【分析】固体熔化时,吸收热量,内能增大;改变的内能的方式有做功和热传递两种方式;热值是单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量;比热容是物体的特性,和质量无关。
10.【答案】B,C,D
11.【答案】B,C
12.【答案】B,D
13.【答案】B,C
14.【答案】B,C,D
15.【答案】A,C
【解析】【解答】】A. 火箭升空过程中, 神舟十八号飞船与运载火箭之间没有位置的变化,它们是相对静止的,故A正确;
B.火箭加速升空过程中质量不变,速度和高度都增加,动能和重力势能都增大,故机械能增大,不是动能转化为重力势能,故B错误;
C.燃料的热值是燃料的一种特性,只决定于燃料的种类,与质量和燃烧情况等无关,因此火箭的燃料燃烧时,质量减小,热值不变,故C正确;
D.内燃机效率不可能达到100%,故D错误。
故答案为:AC。
【分析】内燃机效率不可能达到100%,燃料的热值是燃料的一种特性,只决定于燃料的种类,与质量和燃烧情况等无关。
16.【答案】
17.【答案】20;不变;不变
18.【答案】比热容;热值;
【解析】【解答】 因为水的比热容较大,相同质量的水和其它物质比较,升高相同的温度,水吸收的热量多,所以可作为冷却剂; 燃气汽车主要以天然气为燃料,相比汽油而言,天然气的热值更大;根据公式求出完全燃烧0.6m3的天然气放出的热量为 。
【分析】本题考查了水的比热容的特点和天然气热值的特点,以及 燃料燃烧放出热量的计算,难度不大。
19.【答案】2.8×1010J;50
20.【答案】15;4.6×106;11℃
【解析】【解答】汽油机的转速是1800r/min,则1s内的工作循环是,汽油放出的热量为,水的温度差为。
故答案为:15;4.6×106;11℃。
【分析】根据汽油机冲程数和做功数的关系判断做功数,利用燃料的热量计算放热的多,利用水的吸热、质量和比热容计算温度差。
21.【答案】1.68×104;测量出剩余酒精的质量
22.【答案】大于;大于;2000;
23.【答案】1.2×104;32%
【解析】【解答】根据图片可知,该物质CD段即从第6分钟至第8分钟,温度由50℃升高到90℃,温度升高了Δt=90℃-50℃=40℃,
该物质从第6分钟至第8分钟吸收的热量为:Q吸=cmΔt=1.5×103J/(kg•℃)×0.2kg×40℃=1.2×104J;
酒精放出的总热量为:Q放=m酒q酒=5×10-3kg×3.0×107J/kg=1.5×105J,
由于从第6min到第8min该物质共吸热1.2×104J,所以该物质每分钟吸热为0.6×104J,
由图乙可知,从开始记录到刚沸腾共用时8min,
所以该物质共吸热:Q吸总=8×0.6×104J=4.8×104J,
此过程中,热转化效率。
【分析】从图片中确定CD段的加热时间,升高的温度,然后根据Q吸=cmΔt计算该物质这段时间内吸收的热量,然后根据“吸收热量和加热时间成正比”计算出8min内吸收的热量,接下来根据Q放=m酒q酒计算酒精放出的热量,最后根据计算转化效率。
24.【答案】水;乙、丙;甲、乙;温度计示数的变化;燃料a
25.【答案】B;质量;水的初温;煤油;不可靠;煤油和菜籽油不可能完全燃烧,且有热量损失
26.【答案】(1)解:水需吸收的热量为
答:水需吸收的热量为cm(t-t0);
(2)解:天然气完全燃烧放出的热量为
答:天然气完全燃烧放出的热量为Vq;
(3)解:燃气灶烧水的效率为
答:燃气灶烧水的效率 。
【解析】【分析】(1)利用求得水需吸收的热量。
(2)利用求得天然气完全燃烧放出的热量。
(3)利用求得燃气灶烧水的效率。
27.【答案】(1)8.4×107J
(2)20%
(3)90s
28.【答案】(1)
(2)
(3)
29.【答案】1.2×107;8.4×105 J;7%
【解析】【解答】(1)的干木柴完全燃烧放出的热量;
(2)水吸收的热量是;
(3)该柴火灶的效率。
【分析】(1)利用求1kg的干木柴完全燃烧放出的热量;可以从自然界直接获取的能源叫一次能源;不能从自然界直接获取,必须通过一次能源的消耗才能得到的能源叫二次能源;
(2)根据求水吸收的热量;
(3)根据求该柴火灶的效率。
30.【答案】(1)火箭
(2)
(3)
(4)改进建议:使用热值更大的燃料。
理由:运载质量更大的卫星至预定轨道,卫星的机械能增大了,因此要让燃料燃烧释放的热量更多。燃料质量一定时,热值越大,释放的热量越多。
【解析】【解答】(1)火箭升空时,向下喷出的燃气,对地面有压力,地面的反作用力,使火箭上升,利用了力的作用是相互的;
(4)火箭要运载质量更大的卫星至预定轨道,卫星的机械能增大了,因此要让燃料燃烧释放的热量更多。燃料质量一定时,热值越大,释放的热量越多。
【分析】(1)物体间力的作用是相互的;
(2)根据s=vt,可以计算路程;
(3)根据Q=mq,可以计算燃料放出的热量;
(4)热值越大,相同质量时,放出的热量越多。
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