寒假作业07 热机与热机效率（巩固培优）九年级物理新教材苏科版

限时练习：50min 完成时间： 月 日 天气： 作业07 热机与热机效率 一、热机 热机的定义：将燃料燃烧产生的高温、高压燃气的内能转化为机械能的装置。 内燃机是最常见的一种热机，按照所使用燃料的不同，内燃机可分为汽油机、柴油机和天然气发动机等。 内燃机的工作过程（以汽油机为例）： 冲程 能量转化 活塞运动 阀门状态 作用 吸气冲程 无 向下 进气门开，排气门闭 吸入空气和汽油的混合物 压缩冲程 机械能→内能 向上 两个门都关闭 压缩气体，提高温度和压强 做功冲程 内能→机械能 向下 两个门都关闭 对外做功 排气冲程 无 向上 进气门闭，排气门开 排出废气 汽油机和柴油机的区别： 结构：汽油机顶部是火花塞，柴油机顶部是喷油嘴。 吸气冲程：汽油机吸入汽油与空气的混合物，柴油机只吸空气。 做功冲程：汽油机火花塞放出电火花，柴油机喷油嘴喷出雾状柴油。 点火方式：汽油机—点燃式，柴油机—压燃式。 2、 热值 热值的定义：燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，叫作这种燃料的热值。 热量的计算公式：或。 3、 热机效率 热机效率的定义：热机用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。 热机效率计算公式：。 加热效率计算公式：。 三层必刷：巩固提升+能力培优+创新题型 1．四冲程汽油机在工作过程中，将机械能转化为内能的冲程是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】B 【详解】AD．吸气冲程和排气冲程中没有能量转化，故AD不符合题意； B．压缩冲程中，活塞压缩气体做功，将机械能转化为内能，故B符合题意； C．做功冲程中，高温、高压的气体推动活塞对外做功，将内能转化为机械能，故C不符合题意。 故选B。 2．小刚用天然气烧水，将水由加热到，使用天然气，加热效率为84%，已知，，则加热水的质量为（   ） A．36g B．3.6g C．3.6kg D．36kg 【答案】D 【详解】天然气燃烧放出的热量 水吸收的热量 则加热水的质量 故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 3．用同一个实验装置分别加热200g的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化的图像如图所示。其中乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了8g酒精。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，，，则下列说法正确的是（　　） A．乙液体是水 B．8g酒精完全燃烧放出的热量为 C．该酒精灯的加热效率为28% D．0-4min内甲吸收的热量为 【答案】B 【详解】A．由图可知，加热相同时间，吸收相同热量，乙升高的温度比甲高，由可知，乙的比热容小，甲的比热容大，所以甲是水，故A错误； B．8g酒精完全燃烧放出的热量为 故B正确； CD．0-8min内甲吸收的热量为 加热相同时间，吸收相同热量，甲8min吸收的热量是4min吸收热量的2倍，所以0-4min内甲吸收的热量为 乙从20℃加热至沸腾需要10min，单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，甲加热10min，甲吸收的热量为 所以乙吸收的热量为 该酒精灯的加热效率为 故CD错误。 故选B。 4．如图所示是汽油机工作时的四个冲程示意图，下列说法正确的是（　　） A．甲是吸气冲程，吸进的物质是空气 B．乙是压缩冲程，将内能转化为机械能 C．四冲程汽油机实现能量转化的两个冲程分别是：压缩冲程和排气冲程 D．汽油机飞轮转速3000r/min，则1s内汽油机对外做25次功 【答案】D 【详解】A．甲图中进气门打开，排气门关闭，汽油机在吸气冲程中吸入汽缸的是空气和汽油的混合物，故A错误； B．乙图中两个气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能，故B错误； C．四冲程汽油机实现能量转化的两个冲程分别是压缩冲程和做功冲程，压缩冲程是将机械能转化为内能，做功冲程是将内能转化为机械能，故C错误； D．四冲程汽油机的飞轮转速为 即飞轮每秒转50圈，由于汽油机的1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，所以1s内该汽油机对外做功25次，故D正确。 故选D。 5．有甲、乙两台汽油机，甲做的有用功与乙做的有用功之比是3:2，甲、乙的热机效率之比是5:4，那么甲、乙消耗的汽油质量之比是（    ） A．6:5 B．5:9 C．9:5 D．5:6 【答案】A 【详解】根据热机效率公式可得 依题意可得 即 得，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 6．如图是汽油机的能量流向图。下列说法正确的是（　　） A．减少各部件间的摩擦可提高汽油机的效率 B．可以采用增大功率的方法来提高汽油机的效率 C．由图可知该汽油机的效率是30% D．尾气中的“汽油味”越浓表明燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值 【答案】A 【详解】A．减少汽油机工作过程中的各种摩擦，可以减少克服摩擦耗能，从而提高汽油机的效率，故A正确； B．功率是指做功快慢的物理量，而热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，两个概念没有必然联系，故增大功率的方法不一定可以提高汽油机的效率，故B错误； C．热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，输出有用机械能所占比例为 故该汽油机的效率是28%，故C错误； D．热值是燃料本身的一种特性，和燃料的质量、燃烧是否充分无关，故D错误。 故选A。 7．某学校利用锅炉供应开水，在一个标准大气压下，某次燃烧了4kg的无烟煤，将204kg的水从20℃加热到100℃。已知水的比热容为，无烟煤的热值为，则此次锅炉烧水的效率为 。 【答案】50.4% 【详解】水从20℃加热到100℃吸收的热量为 燃烧了4kg的无烟煤放出的热量为 此次锅炉烧水的效率为 8．生活中我们经常看到司机往汽车发动机的水箱里灌水，内燃机常用水做冷却剂，它是利用了水的 大；内燃机的四个冲程中，将机械能转化为内能的是 ，若飞轮转速，该内燃机每秒对外做功 次。 【答案】 比热容 压缩冲程 15 【详解】[1]内燃机常用水做冷却剂，是利用了水的比热容较大的特点，水的吸热能力比较强。 [2]内燃机的压缩冲程中，两个气门关闭，活塞向上运动压缩空气与汽油的混合物，活塞对汽油与空气混合物做功，将机械能转化为内能。 [3]已知飞轮的转速为，即1s的时间内，飞轮转30圈；因为四冲程内燃机1个工作循环曲轴飞轮转2圈，所以1s的时间内，内燃机完成了工作循环；因为1个工作循环对外做功一次，所以1s的时间内，内燃机对外做功15次。 9．如图所示，《天工开物》记载了菜籽油的榨取过程：“榨具已整理，则取诸麻菜籽入釜，文火慢炒……透出香气。”在某次炒菜籽的过程中，需要将10kg的菜籽从20℃加热到140℃，需要燃烧0.4kg的干木柴，则菜籽吸收的热量为 ，完全燃烧0.4kg的干木柴放出的热量为 J；加热菜籽的热效率为 %。[菜籽的比热容1.0×103J/（kg·℃），q干木柴=1.2×107J/kg] 【答案】 1.2×106 4.8×106 25 【详解】[1]菜籽吸收的热量为 [2]完全燃烧0.4kg的干木柴放出的热量为 [3]加热菜籽的热效率为 10．某单缸四冲程汽油机飞轮转速为3600r/min，则该汽油机1s内燃气推动活塞做功的次数为 次。军事爱好者小明了解到某型号飞机的热机每消耗100kg燃油可使飞机获得的机械能，燃油热值取，则该热机的效率为 %，油箱中剩余燃油的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】 30 45 不变 【详解】[1]汽油机飞轮转速为，汽油机飞轮转两圈对外做一次功，则汽油机1s内燃气推动活塞做功的次数为30次。 [2]100kg燃油燃烧产生的热量为 该热机的效率为 [3]热值是燃料本身的特性，只与燃料的种类和状态有关，与质量无关，所以剩余燃油的热值不变。 11．小亮家有一个容积为2L的水壶，水壶里装有初温为25℃的水，在1标准大气压下小亮用天然气炉具对水加热。［已知天然气的热值q=8.4×107J/m3，水的比热容c水=4.2×103 J/（kg·℃）,水的密度ρ水=1.0×103kg/m3］求： (1)1L水的质量； (2)烧开1L水，水需要吸收的热量； (3)若天然气炉具的效率是30%，则烧开1L水需要完全燃烧多少m3的天然气。 【答案】(1)1kg (2)3.15×105J (3)0.0125m3 【详解】（1）1L水的质量为 （2）在1标准大气压下水的沸点为100℃。烧开1L水，水需要吸收的热量为 （3）烧开1L水完全燃烧天然气放出的热量为 需要完全燃烧天然气的体积为 12．百度旗下的“萝卜快跑”作为无人驾驶出租车的先行者，已在全国11个城市开展了载人测试运营服务，并取得了显著成效。无人驾驶汽车是一种智能汽车，主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。某无人驾驶汽车沿水平路面匀速直线行驶了，发动机提供的牵引力为，消耗柴油2.1kg。［，］求： (1)消耗的柴油完全燃烧释放的热量； (2)汽车发动机的效率； (3)若2.1kg柴油完全燃烧释放的热量全部被水吸收，可将多少千克水从20℃加热到70℃； (4)在一个标准大气压下，若2.1kg柴油完全燃烧释放的热量的40%被质量为100kg、初温为 的水吸收，则吸收热量后的水温为多少？ 【答案】(1) (2)40% (3)400kg (4)100℃ 【详解】（1）消耗的柴油完全燃烧释放的热量为 （2）汽车发动机做的有用功为 汽车发动机的效率为 （3）根据题意可得，水吸收的热量 水的温度变化量为 根据 可得，水的质量为 （4）水吸收的热量为 在一个标准大气压下，水的沸点是100℃。如果水从30℃加热到100℃，需要吸收的热量为 因水实际吸收的热量大于使水达到沸点所需的热量，所以水温会升高到100℃并开始沸腾，温度保持在100℃不变。因此，吸收热量后水的最终温度为100℃。 1．下面有关物理观念的表述正确的是（　　） A．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小 B．物体的质量越大，升温时吸收的热量越多，它的比热容越大 C．0℃的冰熔化成0℃的水时，吸收热量，温度不变，内能不变 D．热传递改变内能是内能的转移过程，做功改变内能是内能与其它形式能的转化过程 【答案】D 【详解】A．热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料质量、燃烧情况等无关，燃料不完全燃烧时的热值与完全燃烧时的热值相同，故A错误； B．比热容是物质的固有属性，与物质的种类和状态有关，与物体的质量无关，故B错误； C．把0℃的冰块加热熔化成0℃的水，吸收热量，温度不变，但内能增大，故C错误； D．热传递改变内能是内能的转移过程‌，指的是热量从高温物体流向低温物体，内能从一个物体转移到另一个物体，但总能量守恒。做功改变内能是内能与其它形式能的转化过程‌，指的是通过机械运动、压缩或膨胀等方式，使能量在机械能等其他形式的能量和内能之间相互转化，故D正确。 故选D。 2．如图甲是四冲程汽油机工作时某一个冲程的示意图，如图乙所示，给试管里的水加热，水沸腾后瓶塞被迅速冲出试管且管口出现“白气”。下列说法正确的是（     ） A．图甲所示的冲程是依靠飞轮上的惯性完成的 B．图甲所示的冲程存在着机械能转化为内能的过程 C．在图甲所示的冲程末，汽油机气缸内的压强大于柴油机气缸内的压强 D．图甲所示的冲程存在的能量转化过程与图乙存在的能量转化过程有两次相同 【答案】D 【详解】A．图甲中火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，该冲程是燃气推动活塞完成的，并非依靠飞轮惯性，故A错误； B．图甲做功冲程中，燃气的内能转化为活塞的机械能，不存在机械能转化为内能的过程，故B错误； C．柴油机的压缩比远大于汽油机，做功冲程末柴油机气缸内的压强更大，故C错误； D．图甲做功冲程是内能转化为机械能，图乙中水蒸气推动瓶塞冲出也是内能转化为机械能，两者能量转化过程相同，故D正确。 故选D。 3．某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均气压为，飞轮转速为1800r/min，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），1min消耗汽油15mL，（，），则下列计算正确的是（　　） A．做功冲程中燃气对活塞的平均压力270N B．汽油机的功率为2025W C．一个做功冲程中，燃气对活塞做的功1350J D．汽油机的效率为36% 【答案】B 【详解】A．做功冲程中燃气对活塞的平均压力等于气压与气缸活塞面积的乘积 故A错误； BC．一个做功冲程中，活塞被燃气推动在气缸中移动的距离是50mm，燃气对活塞做的功为 由于一个工作循环飞轮转2圈，对外做功一次，飞轮转速为1800r/min，则1min对外做功900次，汽油机的功率为 故C错误，B正确； D．1min消耗汽油的质量为 1min消耗汽油放出的热量为 汽油机的效率为 故D错误。 故选B。 4．如图所示是一款远程无人驾驶清扫车，其发动机为单缸四冲程汽油机。某次作业，该款车在一段平直的公路上匀速行驶3km，用时5min，消耗汽油0.3kg。清扫车匀速直线行驶过程中所受阻力为1380 N，汽油的热值为4.6×107J/kg 。下列有关说法正确的是（    ） A．若清扫车发动机飞轮转速3000r/min，则每秒发动机完成200个冲程 B．清扫车所受牵引力做功的功率为1380W C．清扫车发动机的效率为30% D．换用热值更大的燃料，可以提高清扫车发动机的效率 【答案】C 【详解】A．四冲程发动机的一个工作循环包括4个冲程，飞轮转2圈，完成1次做功冲程，即对外做功一次，所以飞轮转速为，所以发动机每秒完成个冲程，故A错误； B．由题有清扫车的速度 由于清扫车在一段平直的公路上匀速即做匀速直线运动，所以牵引力与阻力为平衡力，即，所以牵引力的功率，故B错误； C．有用功 燃料释放的总能量 所以发动机效率，故C正确； D．发动机效率取决于燃料燃烧是否充分，机械摩擦、散热损失，做功过程的能量转化效率，热值大，只是说明相同质量的燃料释放更多热量，但不一定能提高效率，故D错误。 故选 C。 5．某单缸四冲程汽油机每秒完成120个冲程，则飞轮转速为 r/min，每个冲程活塞移动行程为0.1m，做功冲程中气缸内燃气的平均推力为300N，汽油机的功率为 W；若该汽油机的效率为30%，消耗100g汽油，对外做功 J。 （q汽油=4.6×107J/kg） 【答案】 3600 900 1.38×106 【详解】[1]四冲程汽油机一个工作循环包括四个冲程，飞轮转2圈，对外做功1次。若每秒完成120个冲程，就完成30个工作循环，飞轮转60圈，则1min飞轮转3600圈，即飞轮的转速为3600 r/min。 [2]一个工作循环对外做功一次，每秒完成30个工作循环，所以每秒对外做功30次。每次做功冲程中，燃气对活塞做的功 每秒做的总功 根据功率公式，可得汽油机的功率 [3]汽油完全燃烧放出的热量 由可得，汽油机对外做功 6．如图所示是最新一款无人驾驶汽车原型图，汽车自动驾驶时使用雷达传感器以及激光测距器来了解周围的交通状况。该款车以的速度在一段平直的公路上匀速行驶了时，消耗汽油。若四冲程汽油机飞轮转速为“”则这段时间内发动机共完成 个冲程，假设汽油完全燃烧，汽油机的效率为，则在这段运动过程中，该汽车发动机做的有用功是 J，汽车行进过程中受到的阻力为 N。（已知汽油的热值是） 【答案】 【详解】[1]由题汽油机飞轮转速为“”可知，每秒飞轮转50圈，由发动机一个工作循环飞轮转两圈，有4个冲程可知，每秒完成的工作循环次数为25次，则每秒发动机完成的冲程数为 该款车以的速度在一段平直的公路上匀速行驶了，根据公式得，汽车行驶的时间 则这段时间内发动机共完成的冲程数 则这段时间内发动机共完成个冲程。 （2）[2]汽油完全燃烧放出的热量 汽车所做的有用功 [3]由得汽车发动机的牵引力 汽车做匀速运动，受到的牵引力等于阻力，故汽车受到的阻力 7．氢能源公交车在部分城市已投放使用。在某次测试中，一氢能源公交车以140kW的恒定功率匀速行驶5min，完全燃烧氢燃料0.6kg[已知，]，求： (1)氢燃料燃烧放出的热量； (2)该车测试过程的效率； (3)若这些热量被质量为500kg、初温15℃的水全部吸收，则水升高的温度是多少。 【答案】(1)8.4×107J (2)50% (3)40℃ 【详解】（1）氢燃料燃烧放出的热量 （2）该车测试过程中的有用功 该车测试过程的效率 （3）水吸收的热量 水升高的温度 8．在第十五届中国航展，全球首辆量产分体式飞行汽车“陆地航母”首次向全球观众进行公开飞行。如图1所示该款分体式飞行汽车由陆行体和飞行体两部分构成，总质量约4t。几分钟的时间，飞行体从陆行体后尾箱处自动分离，展开机臂后，飞行体自动升空，巡航，降落。被大家称为“中国版变形金刚”。 (1)若陆行体的最大载油量为60kg，使用的燃油的热值为。燃料完全燃烧时放出的总热量是多少？ (2)若陆行体的发动机效率为30%，行驶过程中所受阻力为车重的0.02倍，现陆行体要去距离基地500km的目的地执行任务，问它能否在完成任务后原路返回基地？ (3)若飞行体在水平匀速飞行过程中所受阻力与速度的关系如图2所示，某次飞行过程中，以50km/h的速度水平匀速飞行时，发动机的输出功率是多少？（计算结果保留两位小数） 【答案】(1) (2)可以原路返回，过程见解析 (3) 【详解】（1）由题可知，燃油质量为 ，燃油热值为，则完全燃烧时放出的热量 （2）由题可知，陆行体总质量 则车重为 由于其做匀速直线运动，则牵引力 往返总路程 克服阻力所做功 若发动机效率为，则完成往返所需燃料释放的热量 因此燃料足够往返。 （3）从图2可知，飞行体以的速度水平匀速飞行时，阻力为 ， 则发动机输出功率 1．热机发明后，一直在持续的改进和发展中。 材料一：1769年，法国人居纽制造出蒸汽机推动的三轮汽车（图甲），传统蒸汽机的燃料在汽缸外部燃烧（图乙）。 材料二：1862年，法国人德罗夏提出内燃机（内燃指燃料在汽缸内燃烧）的四冲程循环理论：①汽缸向外运动造成的真空将混合气体燃料吸入汽缸；②通过汽缸向内运动对进入汽缸里的燃料进行压缩；③高压燃烧气体产生巨大爆发力；④将已经燃烧的废气从汽缸中排出。 材料三：1876年，德国人奥托制造出以四冲程为依据的燃气内燃机，利用飞轮的惯性使四冲程自动实现循环往复。 阅读上面材料，回答下列问题： (1)传统蒸汽机的燃料在汽缸 （选填“外”或“内”）部燃烧； (2)图丙所示是将 能转化为 能； (3)根据材料知道热机一个工作循环有四个冲程，请你判断图丁中表示的是 冲程； (4)小锦同学阅读了某牌号汽车发动机明书后，将内燃机的能量流向制成如图戊所示的图表，该车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图已所示。请根据图戊给出的信息，该汽油机的效率为 %；汽车按此效率以的速度行驶1h， 耗油约为 kg（保留2位小数）。（汽油的热值为） 【答案】(1)外 (2) 机械 内 (3)做功 (4) 30 7.25 【详解】（1）传统蒸汽机的燃料在气缸外部燃烧，内燃机的燃料在气缸内燃烧。 （2）[1][2]图丙是压缩注射器内空气的装置，压缩空气时对空气做功，将机械能转化为内能。 （3）图丁中，两气门关闭，火花塞点火，高温高压燃气推动活塞向下运动，故为做功冲程。 （4）[1]燃料释放的总热量，损耗的能量有：，，， 损耗的总能量 该汽油机的效率 [2]车速时，汽车匀速运动，处于平衡状态，受到的牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等，则汽车匀速行驶时牵引力 行驶1h的路程 有用功 由，可知燃料完全燃烧放热 由，可知耗油质量 2．阅读材料，回答问题 汽油发动机 汽油发动机是以汽油作为燃料，将化学能最终转化成机械能的发动机，汽油机的特点是转速高、结构简单、质量轻、造价低廉、运转平稳、使用维修方便，汽油机在汽车上，特别是小型汽车上大量使用，市场上汽油机的热效率普遍在35%左右，达到40%的少之又少。现在最先进的汽油机，压缩比达到了18∶1，热效率高达50%，综合油耗仅3.3L/100km； (1)如图所示是汽油机的四个冲程，其中图 所示的冲程为汽油机提供动力； (2)若某单缸四冲程汽油机飞轮的转速是1800r/min，则该汽油机每秒完成 个冲程 (3)“汽车不但要吃油，也要喝水”，汽油的热值是，若汽油没有完全燃烧，它的热值 （选填“变小”“变大”或“不变”），汽车需要用水来冷却汽车发动机，是因为水的 大，某辆汽车在过某段路时燃烧了2.5L汽油，假设汽油完全燃烧，则一共释放的热量是 （已知，汽油的密度为，汽油的热值为）； (4)如下图所示是某汽油机的能量流向图，根据图中给出的信息，该汽油机的效率为 ，若汽油机效率按此计算，当汽油完全燃烧放出的热量为时，汽车获得的机械能是 ，当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率将 （选填“升高”、“不变”或“降低”）。 【答案】(1)丁 (2)60 (3) 不变 比热容 9.2×107 (4) 30% 6.9×106 降低 【详解】（1）丁图中的两气门关闭，活塞下行，是做功冲程，做功冲程是将内能转化为机械能的过程，只有做功冲程不是依靠飞轮惯性完成，此冲程为汽油机提供动力。 （2）汽油机一个工作循环由四个冲程，飞轮转动两圈，对外做功一次，飞轮转速为1800r/min，即每秒转动30圈，则它每秒完成60个冲程。 （3）[1]热值是燃料的固有属性，表示单位质量燃料完全燃烧时所放出的热量，即使汽油没有完全燃烧，其热值不会改变。 [2]水的比热容较大，在吸收相同的热量时，水的温度上升较少，因此适合用来做冷却剂。 [3]汽油的体积为 根据可得汽油的质量为 则汽油完全燃烧释放的热量为 （4）[1]由图可知，输出的有用功在总能量中所占的比例为 所以热机的效率为30％； [2]根据可知，当汽油完全燃烧放出的热量为时，汽车获得的机械能为 [3]当汽油在发动机内燃烧不充分，废气废料带走的能量更多，造成额外功增加，这时发动机的效率将降低。 3．阅读材料，回答问题。 热岛效应 如今的人们会感觉到城市的温度高于郊区，这就是常说的热岛效应。分析城市“热岛效应”的主要原因：一是工厂、交通工具、电气设备和人群排放大量的热量；二是建筑群、马路中的矿石、水泥，在相同的日照条件下温度上升更明显；三是城区内有自然水的面积小，水的蒸发少，降温作用减弱；四是城区内楼群林立，难以形成空气对流。为了改善城市的人居环境，人们应采取一些有效的措施，例如植树造林，提高资源利用率，更多地利用太阳能、水能、风能，都可以控制环境的热污染。 回答： (1)建筑群、马路中的矿石、水泥的 小，在相同的日照条件下温度上升更明显。 (2)在我国，随着轿车大量走进家庭，热污染更加严重。汽油机是工农业生产中常用的热机，某型号汽油机的结构如图甲，小白同学阅读了某牌号汽车发动机说明书后，将内燃机的能量流向制成如图乙所示的图表，该车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图丙所示。 ①图甲为汽油机的 冲程；若汽油机飞轮转速是1200r/min，这个气缸每秒钟内完成 个冲程。 ②请根据图乙给出的信息，该汽油机的效率为 %；汽车按此效率以50km/h的速度行驶1h，汽车牵引力 N，耗油约为 kg（保留两位小数）。（汽油的热值为4.6×107J/kg） 【答案】(1)比热容 (2) 做功 40 30 2000/ 7.17 【详解】（1）水的比热容大，吸热能力强，温度上升慢；建筑群、马路中的矿石、水泥的比热容小，吸热能力差，在相同的日照条件下温度上升更明显。 （2）①[1][2]如图甲，进气门关闭，排气门关闭，活塞向下运动，火花塞处有火光，是做功冲程，内能转化为机械能。 汽油机飞轮转两周，工作一个循环，有4个冲程，对外做功1次，若汽油机飞轮转速是1200r/min，即 因此这个气缸每秒钟转20周，10个工作循环，有40个冲程，对外做功10次。 ②[3][4][5]根据图乙给出的信息，该汽油机的效率为 如图丙，汽车以50km/h的速度行驶，阻力为2000N，汽车做匀速直线运动时，根据二力平衡，牵引力大小等于阻力， 汽车以50km/h的速度行驶1h的路程 汽车牵引力做功 汽油燃烧放出热量为 汽油的质量 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 限时练习：50min 完成时间： 月 日 天气： 作业07 热机与热机效率 一、热机 热机的定义：将燃料燃烧产生的高温、高压燃气的内能转化为机械能的装置。 内燃机是最常见的一种热机，按照所使用燃料的不同，内燃机可分为汽油机、柴油机和天然气发动机等。 内燃机的工作过程（以汽油机为例）： 冲程 能量转化 活塞运动 阀门状态 作用 吸气冲程 无 向下 进气门开，排气门闭 吸入空气和汽油的混合物 压缩冲程 机械能→内能 向上 两个门都关闭 压缩气体，提高温度和压强 做功冲程 内能→机械能 向下 两个门都关闭 对外做功 排气冲程 无 向上 进气门闭，排气门开 排出废气 汽油机和柴油机的区别： 结构：汽油机顶部是火花塞，柴油机顶部是喷油嘴。 吸气冲程：汽油机吸入汽油与空气的混合物，柴油机只吸空气。 做功冲程：汽油机火花塞放出电火花，柴油机喷油嘴喷出雾状柴油。 点火方式：汽油机—点燃式，柴油机—压燃式。 2、 热值 热值的定义：燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，叫作这种燃料的热值。 热量的计算公式：或。 3、 热机效率 热机效率的定义：热机用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。 热机效率计算公式：。 加热效率计算公式：。 三层必刷：巩固提升+能力培优+创新题型 1．四冲程汽油机在工作过程中，将机械能转化为内能的冲程是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 2．小刚用天然气烧水，将水由加热到，使用天然气，加热效率为84%，已知，，则加热水的质量为（   ） A．36g B．3.6g C．3.6kg D．36kg 3．用同一个实验装置分别加热200g的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化的图像如图所示。其中乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了8g酒精。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，，，则下列说法正确的是（　　） A．乙液体是水 B．8g酒精完全燃烧放出的热量为 C．该酒精灯的加热效率为28% D．0-4min内甲吸收的热量为 4．如图所示是汽油机工作时的四个冲程示意图，下列说法正确的是（　　） A．甲是吸气冲程，吸进的物质是空气 B．乙是压缩冲程，将内能转化为机械能 C．四冲程汽油机实现能量转化的两个冲程分别是：压缩冲程和排气冲程 D．汽油机飞轮转速3000r/min，则1s内汽油机对外做25次功 5．有甲、乙两台汽油机，甲做的有用功与乙做的有用功之比是3:2，甲、乙的热机效率之比是5:4，那么甲、乙消耗的汽油质量之比是（    ） A．6:5 B．5:9 C．9:5 D．5:6 6．如图是汽油机的能量流向图。下列说法正确的是（　　） A．减少各部件间的摩擦可提高汽油机的效率 B．可以采用增大功率的方法来提高汽油机的效率 C．由图可知该汽油机的效率是30% D．尾气中的“汽油味”越浓表明燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值 7．某学校利用锅炉供应开水，在一个标准大气压下，某次燃烧了4kg的无烟煤，将204kg的水从20℃加热到100℃。已知水的比热容为，无烟煤的热值为，则此次锅炉烧水的效率为 。 8．生活中我们经常看到司机往汽车发动机的水箱里灌水，内燃机常用水做冷却剂，它是利用了水的 大；内燃机的四个冲程中，将机械能转化为内能的是 ，若飞轮转速，该内燃机每秒对外做功 次。 9．如图所示，《天工开物》记载了菜籽油的榨取过程：“榨具已整理，则取诸麻菜籽入釜，文火慢炒……透出香气。”在某次炒菜籽的过程中，需要将10kg的菜籽从20℃加热到140℃，需要燃烧0.4kg的干木柴，则菜籽吸收的热量为 ，完全燃烧0.4kg的干木柴放出的热量为 J；加热菜籽的热效率为 %。[菜籽的比热容1.0×103J/（kg·℃），q干木柴=1.2×107J/kg] 10．某单缸四冲程汽油机飞轮转速为3600r/min，则该汽油机1s内燃气推动活塞做功的次数为 次。军事爱好者小明了解到某型号飞机的热机每消耗100kg燃油可使飞机获得的机械能，燃油热值取，则该热机的效率为 %，油箱中剩余燃油的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 11．小亮家有一个容积为2L的水壶，水壶里装有初温为25℃的水，在1标准大气压下小亮用天然气炉具对水加热。［已知天然气的热值q=8.4×107J/m3，水的比热容c水=4.2×103 J/（kg·℃）,水的密度ρ水=1.0×103kg/m3］求： (1)1L水的质量； (2)烧开1L水，水需要吸收的热量； (3)若天然气炉具的效率是30%，则烧开1L水需要完全燃烧多少m3的天然气。 12．百度旗下的“萝卜快跑”作为无人驾驶出租车的先行者，已在全国11个城市开展了载人测试运营服务，并取得了显著成效。无人驾驶汽车是一种智能汽车，主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。某无人驾驶汽车沿水平路面匀速直线行驶了，发动机提供的牵引力为，消耗柴油2.1kg。［，］求： (1)消耗的柴油完全燃烧释放的热量； (2)汽车发动机的效率； (3)若2.1kg柴油完全燃烧释放的热量全部被水吸收，可将多少千克水从20℃加热到70℃； (4)在一个标准大气压下，若2.1kg柴油完全燃烧释放的热量的40%被质量为100kg、初温为 的水吸收，则吸收热量后的水温为多少？ 1．下面有关物理观念的表述正确的是（　　） A．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小 B．物体的质量越大，升温时吸收的热量越多，它的比热容越大 C．0℃的冰熔化成0℃的水时，吸收热量，温度不变，内能不变 D．热传递改变内能是内能的转移过程，做功改变内能是内能与其它形式能的转化过程 2．如图甲是四冲程汽油机工作时某一个冲程的示意图，如图乙所示，给试管里的水加热，水沸腾后瓶塞被迅速冲出试管且管口出现“白气”。下列说法正确的是（     ） A．图甲所示的冲程是依靠飞轮上的惯性完成的 B．图甲所示的冲程存在着机械能转化为内能的过程 C．在图甲所示的冲程末，汽油机气缸内的压强大于柴油机气缸内的压强 D．图甲所示的冲程存在的能量转化过程与图乙存在的能量转化过程有两次相同 3．某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均气压为，飞轮转速为1800r/min，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），1min消耗汽油15mL，（，），则下列计算正确的是（　　） A．做功冲程中燃气对活塞的平均压力270N B．汽油机的功率为2025W C．一个做功冲程中，燃气对活塞做的功1350J D．汽油机的效率为36% 4．如图所示是一款远程无人驾驶清扫车，其发动机为单缸四冲程汽油机。某次作业，该款车在一段平直的公路上匀速行驶3km，用时5min，消耗汽油0.3kg。清扫车匀速直线行驶过程中所受阻力为1380 N，汽油的热值为4.6×107J/kg 。下列有关说法正确的是（    ） A．若清扫车发动机飞轮转速3000r/min，则每秒发动机完成200个冲程 B．清扫车所受牵引力做功的功率为1380W C．清扫车发动机的效率为30% D．换用热值更大的燃料，可以提高清扫车发动机的效率 5．某单缸四冲程汽油机每秒完成120个冲程，则飞轮转速为 r/min，每个冲程活塞移动行程为0.1m，做功冲程中气缸内燃气的平均推力为300N，汽油机的功率为 W；若该汽油机的效率为30%，消耗100g汽油，对外做功 J。 （q汽油=4.6×107J/kg） 6．如图所示是最新一款无人驾驶汽车原型图，汽车自动驾驶时使用雷达传感器以及激光测距器来了解周围的交通状况。该款车以的速度在一段平直的公路上匀速行驶了时，消耗汽油。若四冲程汽油机飞轮转速为“”则这段时间内发动机共完成 个冲程，假设汽油完全燃烧，汽油机的效率为，则在这段运动过程中，该汽车发动机做的有用功是 J，汽车行进过程中受到的阻力为 N。（已知汽油的热值是） 7．氢能源公交车在部分城市已投放使用。在某次测试中，一氢能源公交车以140kW的恒定功率匀速行驶5min，完全燃烧氢燃料0.6kg[已知，]，求： (1)氢燃料燃烧放出的热量； (2)该车测试过程的效率； (3)若这些热量被质量为500kg、初温15℃的水全部吸收，则水升高的温度是多少。 8．在第十五届中国航展，全球首辆量产分体式飞行汽车“陆地航母”首次向全球观众进行公开飞行。如图1所示该款分体式飞行汽车由陆行体和飞行体两部分构成，总质量约4t。几分钟的时间，飞行体从陆行体后尾箱处自动分离，展开机臂后，飞行体自动升空，巡航，降落。被大家称为“中国版变形金刚”。 (1)若陆行体的最大载油量为60kg，使用的燃油的热值为。燃料完全燃烧时放出的总热量是多少？ (2)若陆行体的发动机效率为30%，行驶过程中所受阻力为车重的0.02倍，现陆行体要去距离基地500km的目的地执行任务，问它能否在完成任务后原路返回基地？ (3)若飞行体在水平匀速飞行过程中所受阻力与速度的关系如图2所示，某次飞行过程中，以50km/h的速度水平匀速飞行时，发动机的输出功率是多少？（计算结果保留两位小数） 1．热机发明后，一直在持续的改进和发展中。 材料一：1769年，法国人居纽制造出蒸汽机推动的三轮汽车（图甲），传统蒸汽机的燃料在汽缸外部燃烧（图乙）。 材料二：1862年，法国人德罗夏提出内燃机（内燃指燃料在汽缸内燃烧）的四冲程循环理论：①汽缸向外运动造成的真空将混合气体燃料吸入汽缸；②通过汽缸向内运动对进入汽缸里的燃料进行压缩；③高压燃烧气体产生巨大爆发力；④将已经燃烧的废气从汽缸中排出。 材料三：1876年，德国人奥托制造出以四冲程为依据的燃气内燃机，利用飞轮的惯性使四冲程自动实现循环往复。 阅读上面材料，回答下列问题： (1)传统蒸汽机的燃料在汽缸 （选填“外”或“内”）部燃烧； (2)图丙所示是将 能转化为 能； (3)根据材料知道热机一个工作循环有四个冲程，请你判断图丁中表示的是 冲程； (4)小锦同学阅读了某牌号汽车发动机明书后，将内燃机的能量流向制成如图戊所示的图表，该车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图已所示。请根据图戊给出的信息，该汽油机的效率为 %；汽车按此效率以的速度行驶1h， 耗油约为 kg（保留2位小数）。（汽油的热值为） 2．阅读材料，回答问题 汽油发动机 汽油发动机是以汽油作为燃料，将化学能最终转化成机械能的发动机，汽油机的特点是转速高、结构简单、质量轻、造价低廉、运转平稳、使用维修方便，汽油机在汽车上，特别是小型汽车上大量使用，市场上汽油机的热效率普遍在35%左右，达到40%的少之又少。现在最先进的汽油机，压缩比达到了18∶1，热效率高达50%，综合油耗仅3.3L/100km； (1)如图所示是汽油机的四个冲程，其中图 所示的冲程为汽油机提供动力； (2)若某单缸四冲程汽油机飞轮的转速是1800r/min，则该汽油机每秒完成 个冲程 (3)“汽车不但要吃油，也要喝水”，汽油的热值是，若汽油没有完全燃烧，它的热值 （选填“变小”“变大”或“不变”），汽车需要用水来冷却汽车发动机，是因为水的 大，某辆汽车在过某段路时燃烧了2.5L汽油，假设汽油完全燃烧，则一共释放的热量是 （已知，汽油的密度为，汽油的热值为）； (4)如下图所示是某汽油机的能量流向图，根据图中给出的信息，该汽油机的效率为 ，若汽油机效率按此计算，当汽油完全燃烧放出的热量为时，汽车获得的机械能是 ，当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率将 （选填“升高”、“不变”或“降低”）。 3．阅读材料，回答问题。 热岛效应 如今的人们会感觉到城市的温度高于郊区，这就是常说的热岛效应。分析城市“热岛效应”的主要原因：一是工厂、交通工具、电气设备和人群排放大量的热量；二是建筑群、马路中的矿石、水泥，在相同的日照条件下温度上升更明显；三是城区内有自然水的面积小，水的蒸发少，降温作用减弱；四是城区内楼群林立，难以形成空气对流。为了改善城市的人居环境，人们应采取一些有效的措施，例如植树造林，提高资源利用率，更多地利用太阳能、水能、风能，都可以控制环境的热污染。 回答： (1)建筑群、马路中的矿石、水泥的 小，在相同的日照条件下温度上升更明显。 (2)在我国，随着轿车大量走进家庭，热污染更加严重。汽油机是工农业生产中常用的热机，某型号汽油机的结构如图甲，小白同学阅读了某牌号汽车发动机说明书后，将内燃机的能量流向制成如图乙所示的图表，该车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图丙所示。 ①图甲为汽油机的 冲程；若汽油机飞轮转速是1200r/min，这个气缸每秒钟内完成 个冲程。 ②请根据图乙给出的信息，该汽油机的效率为 %；汽车按此效率以50km/h的速度行驶1h，汽车牵引力 N，耗油约为 kg（保留两位小数）。（汽油的热值为4.6×107J/kg） 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $