华师大版九年级上册3 热机优秀巩固练习

第3节　热机

【基础练习】

知识点 1　燃料的热值

1.木柴、焦炭、木炭等都是常用的燃料,对它们取不同质量进行完全燃烧,得到了下表的数据:          

 (1)从表中的数据可以得到:相同质量的不同燃料,它们完全燃烧所释放的热量是　　　　                            的;对于同一种燃料,质量越大,完全燃烧所释放的热量越　　　　。 

(2)从表中的数据还可以看出,对于同一种燃料,　　　　　　　　和　　　　　　　的比值是不变的,这个不变的比值,反映了燃料本身的一种性质,把它称为　　　　,它是用来描述燃料完全燃烧时,释放热量能力大小的物理量。

(3)完全燃烧0.01 m3的天然气放出的热量是　　　　J;如果这些热量完全用于加热水,可使　　　　kg的水温度升高10 ℃ ,实际加热这些水所燃烧的天然气比上述要多许多,原因是用燃气灶烧水时,除了水吸收的热量外,一部分热量传给了盛水容器,另外一部分传给了　　　　 (答一个即可)。[q天然气=4.2×107 J/m3,c水=4.2×103 J/(kg·℃)] 

(4)在烧水过程中,人们关心的是燃烧天然气所放出的热量中有多少被水吸收,为了衡量水吸收的热量在完全燃烧天然气放出的热量中所占比例,引入热效率来描述,我们总是希望它的值越　　　　越好。 

2.随着航天事业发展需要,我国正在研制大功率液氢发动机。这种发动机使用氢做燃料主要是因为氢有(　　)

A.较小的密度      B.较大的比热容

C.较高的热值      D.较低的沸点

知识点 2　热机

3.人们发现内能可以用来做功,且制造出各种利用内能做功的机械——热机,下列这些机械中不属于热机的是(　　)

A.电动机  B.柴油机  C.汽油机  D.蒸汽机

4.下列关于热机的说法中正确的是(　　)

A.汽油机顶部有喷油嘴,柴油机顶部有火花塞

B.柴油机在吸气冲程中将柴油和空气的混合气体吸入气缸

C.四冲程汽油机在工作过程中,进、排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程

D.在柴油机的压缩冲程中,机械能转化为柴油和空气混合物的内能

5.如图1所示是内燃机工作循环中的一个冲程,它是(　　)

图1

A.压缩冲程,将化学能转化成内能  

B.压缩冲程,将机械能转化成内能

C.做功冲程,将内能转化成机械能  

D.做功冲程,将机械能转化成内能

6.汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分,现代汽车多数采用汽油机作为发动机,如图2所示是四冲程汽油机的工作循环示意图,下列说法中正确的是(　　)

图2

A.甲冲程把机械能转化为内能   

B.乙冲程把内能转化为机械能

C.工作的正确顺序:丁、乙、丙、甲  

D.工作的正确顺序:乙、丙、丁、甲

7.单缸四冲程汽油机工作时,有些冲程是辅助冲程,要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成,只有一个冲程不是靠飞轮的惯性来完成的,这个冲程是(　　)

A.压缩冲程  　　    B.做功冲程

C.吸气冲程 　　    D.排气冲程

  【能力提升】

8.近期煤价节节攀升,少数不法商贩将煤矸石破碎后掺在优质煤中高价销售,客户为了

不上当,最恰当的方法是检测下列物理量中的 (　　)

A.热值　　  B.比热容　　 C.温度　　  D.质量

9.关于热机的效率,下列说法正确的是(　　)

A.在做功同样多的情况下,热机的效率越高,消耗的燃料越多

B.一般情况下柴油机的效率比汽油机的高

C.热机的效率越高,说明做功越快

D.热机损失的能量中,废气带走的能量较少,主要是由于机械摩擦损失的

10. [2020·烟台] 如图3所示,给试管里的水加热,水沸腾后,水蒸气推动橡皮塞冲出试管口,这个过程与如图4所示四冲程汽油机工作示意图中,哪一个冲程的能量转化过程是相同的(　　)

    图3                              图4

11.[2018·衢州改编] 小柯在科技馆看到 “六冲程引擎”,这种引擎在完成四冲程工作后,会把水注入气缸,使水瞬间变成水蒸气,从而带动活塞运动,产生第五冲程,为汽车提供动力,第六冲程是让水蒸气进入冷凝器,变成可再次注入气缸的水。则第五冲程相当于图5中四冲程汽油机的(　　)

图5

A.甲——压缩冲程     B.乙——排气冲程

C.丙——做功冲程     D.丁——吸气冲程

12.一台四冲程柴油机飞轮的转速为2400 r/min,则在1 s内,柴油机完成　　　　个冲程,对外做功　　　　次。 

13.2017年5月,中国首次海域可燃冰试采成功,成为全球第一个实现在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家。可燃冰的主要成分是甲烷,燃烧后几乎没有污染,是一种绿色的新型能源。根据测算,1 m3可燃冰可以分解释放出约160 m3的天然气。不考虑热量损失,100 L可燃冰完全燃烧释放的能量约　　　　J,可以使约　　　　m3的水温度从20 ℃升高到100 ℃。[q天然气=3.36×107J/m3 ,c水=4.2×103J/(kg·℃) ,ρ水=1.0×103kg/m3] 

14.如图6甲所示,先在一个配有活塞的厚壁玻璃筒里放一小团蘸了乙醚的棉花,然后迅速压下活塞,筒内棉花燃烧起来。对这一现象的解释是,活塞压缩玻璃筒内的空气,对筒内空气做了功,使空气的　　　　增加,温度升高,达到乙醚的着火点。如图乙所示是汽油机工作时各冲程的示意图,从能量转化的角度看,其中与图甲实验相同的是图　　　　冲程。如果该汽油机飞轮转速是1800 r/min,则它每秒钟内对外做功　     次。

图6

15.“环境小组”的同学在研究性活动中对小明家新装的燃气热水器(如图7甲所示)耗能进行测试,按表中热水器铭牌事先在热水器水箱中注满水,将与计算机相连的红外线热传感器接入热水器水箱后,开始加热。计算机显示出热水器中水温随时间变化的图像如图乙所示。求:[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值约为4×107 J/m3]

图7

(1)加热4 min,水吸收的热量为多少。

(2)加热4 min,完全燃烧了多少立方米的天然气。

答案

1.(1)不同　多

(2)完全燃烧放出的热量　燃料的质量　热值

(3)4.2×105　10　空气

(4)大(高)

[解析] (1)由表格中数据可知:完全燃烧质量相同的木柴、焦炭、木炭放出的热量不同;对于同一种燃料,质量越大,完全燃烧所释放的热量越多。(2)对于同一种燃料,完全燃烧放出的热量与燃料的质量成正比,即完全燃烧放出的热量与燃料质量的比值不变;物理学中用热值表示燃料的这一特性。(3)完全燃料0.01 m3的天然气放出的热量:Q放=Vq天然气=0.01 m3×4.2×107 J/m3=4.2×105 J;由于Q吸=Q放,由Q吸=cmΔt得,水的质量:m===10 kg;天然气完全燃烧放出的热量一部分被水吸收,除此之外,还会被容器、空气吸收。(4)为了衡量水吸收的热量在完全燃烧天然气放出的热量中所占比例,引入热效率的概念来描述,能量损失越少,热效率越高,便能节约能源,减小对环境的破坏。

2.C

3.A　[解析] 利用内能来做功的机器称为热机,其工作过程是内能转化为机械能的过程;蒸汽机、汽油机、柴油机都属于热机,工作过程中都是将内能转化为机械能,而电动机工作时将电能转化为机械能,故电动机不属于热机。

4.C　[解析] 汽油机气缸顶部有一个火花塞,柴油机气缸顶部是一个喷油嘴;在吸气冲程中,汽油机吸入的是空气和汽油的混合物,柴油机吸入的是空气;在柴油机的压缩冲程中,机械能转化为空气的内能。

5.B　

6.C　[解析] 热机的四个冲程分别为吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。

图甲:进气门关闭,排气门打开,活塞向上运动,气缸容积减小,是排气冲程,没有能量转化的过程。

图乙:进、排气门都关闭,活塞向上运行,气缸容积减小,是压缩冲程,将机械能转化为内能。

图丙:进、排气门都关闭,活塞向下运行,气缸容积增大,火花塞点火,是做功冲程,将内能转化为机械能。

图丁:进气门打开,排气门关闭,活塞向下运行,气缸容积增大,是吸气冲程,没有能量转化的过程。

故工作的正确顺序:丁、乙、丙、甲。

7.B　[解析] 四冲程汽油机工作时,只有做功冲程是燃气做功推动活塞运动,其他三个冲程是靠飞轮惯性来完成的。

8.A　

9.B　[解析] 热机的效率越高,所做有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值越大,即在做功相同的情况下,消耗的燃料较少,或消耗相同的燃料,所做有用功较多。

一般情况下柴油机的效率比汽油机的高,多用在重型机器上。

热机的效率是有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值,热机的效率越高,说明有用功与总功的比值越大;功率表示做功的快慢,功率越高,说明做功越快,效率和功率是两个不同的物理量,二者之间没有必然联系。

根据内燃机的能量流向,热机损失的能量中,废气带走的能量较多。

10.C　[解析] 水沸腾后,水蒸气推动橡皮塞冲出试管口,是水蒸气的内能转化为橡皮塞的机械能,与做功冲程中的能量转化相同。

图A中,两气门都关闭,活塞上行,气缸容积变小,是压缩冲程,此冲程将机械能转化为内能;

图B中,进气门关闭,排气门开启,活塞上行,气体流出气缸,是排气冲程;

图C中,两气门都关闭,活塞下行,气缸容积变大,火花塞点火,是做功冲程,此冲程将内能转化为机械能;

图D中,进气门开启,排气门关闭,活塞下行,气体流入气缸,是吸气冲程。

11.C　[解析]  由题知,第五冲程中,把水注入气缸,气缸内的温度是比较高的,水就会迅速汽化为水蒸气,水蒸气推动活塞运动做功,内能转化为机械能,相当于四冲程内燃机的做功冲程。

12.80　20　[解析] 一台四冲程柴油机飞轮的转速为2400 r/min,则该柴油机飞轮每秒转40圈,四冲程柴油机一个完整的工作循环包括四个冲程,活塞往复运动两次,曲轴转动两周,对外做功一次,则该柴油机在1 s内完成80个工作冲程、20个工作循环,对外做功20次。

13.5.376×108　1.6

14.内能　B　15

[解析] (1)下压活塞时,活塞对筒内的空气做功,机械能转化为空气的内能,使空气的内能增加,温度升高,当温度升高到乙醚的着火点时,筒内棉花燃烧起来。

(2)图A冲程:进气门打开,排气门关闭,活塞向下运动,因此该冲程是吸气冲程;

图B冲程:进气门、排气门都关闭,活塞向上运动,因此该冲程是压缩冲程,将机械能转化为内能;

图C冲程:进气门、排气门都关闭,活塞向下运动,火花塞点火,因此该冲程是做功冲程,将内能转化为机械能;

图D冲程:进气门关闭,排气门打开,活塞向上运动,因此该冲程是排气冲程。

从能量转化的角度看,其中与图甲实验相同的是压缩冲程。

(3)内燃机在1个工作循环中,完成4个冲程,飞轮转2转,对外做功1次,1800 r/min=30 r/s,即每秒飞轮转30转,完成60个冲程,对外做功15次。

15.解:(1)根据公式ρ=可知,水的质量:

m=ρ水V水=1.0×103 kg/m3×15×10-3 m3=15 kg;

由图可知,加热4 min,水温从20 ℃升高到70 ℃,则水吸收的热量:

Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×15 kg×(70 ℃-20 ℃)=3.15×106 J。

(2)由题知,Q放×75%=Q吸,

Q放===4.2×106 J,

根据Q放=Vq可知,完全燃烧天然气的体积:

V===0.105 m3。