課時(shí)訓(xùn)練16　熱機(jī)及其效率　能量的轉(zhuǎn)化和守恒

///課時(shí)訓(xùn)練(十六)熱機(jī)及其效率能量的轉(zhuǎn)化和守恒(限時(shí):40分鐘)|根底過(guò)關(guān)|一、選擇題1.[2019·濱州]如圖K16-1所示是內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)中的一個(gè)沖程,它是 ()圖K16-1A.壓縮沖程,將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 B.壓縮沖程,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C.做功沖程,將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 D.做功沖程,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能2.[2019·云南]汽車(chē)是一種運(yùn)輸工具,關(guān)于汽車(chē)的知識(shí)以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是 ()A.發(fā)動(dòng)機(jī)的做功沖程將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能B.汽油只有在高溫時(shí)才會(huì)蒸發(fā)C.選擇水作為發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻劑,是利用水的比熱容較小的特點(diǎn)D.車(chē)輪胎上的花紋是為了減小摩擦3.[2019·臨沂]小明用煤氣灶燒水時(shí),進(jìn)行了如下思考,正確的選項(xiàng)是 ()A.煤氣燃燒越充分,其熱值越大 B.加熱過(guò)程中水的比熱容變大C.壺內(nèi)水溫度升高的過(guò)程中,其內(nèi)能增大 D.水沸騰過(guò)程中吸收熱量,溫度不斷升高4.[2019·孝感]2019年6月2日,我國(guó)制造的高分辨率衛(wèi)星“高分六號(hào)〞成功發(fā)射升空,在其發(fā)射至完全進(jìn)入太空的過(guò)程中,以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是 ()圖K16-2A.在上升過(guò)程中火箭受到的大氣壓強(qiáng)越來(lái)越大B.火箭使用的助推燃料,其熱值越低越好C.進(jìn)入太空后,衛(wèi)星“高分六號(hào)〞的質(zhì)量變?yōu)榱鉊.豎直向上加速過(guò)程中,衛(wèi)星“高分六號(hào)〞受到的支持力大于其自身的重力5.[2019·孝感]關(guān)于做功或能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程,以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是 ()A.汽油機(jī)在壓縮沖程中,是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能B.拉彎的弓將箭射出,其彈性勢(shì)能主要轉(zhuǎn)化為動(dòng)能C.電動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中,是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能D.吊車(chē)吊著貨物沿水平方向移動(dòng)一段距離,此過(guò)程中貨物的重力對(duì)自身做了功6.[2019·內(nèi)江]根據(jù)能量守恒定律,以下情形可能發(fā)生的是 ()A.隨著科學(xué)技術(shù)不斷開(kāi)展和提高,永動(dòng)機(jī)是可以制成的B.兩個(gè)斜面相對(duì)連接,小球從左斜面滾下后沖上右斜面C.電水壺里的水沸騰后斷電,水的沸騰卻一直持續(xù)下去D.出槍膛的子彈射穿木板后,以更快的速度繼續(xù)運(yùn)動(dòng)7.[2019·達(dá)州]對(duì)于圖K16-3中所示的四幅圖,以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是 ()圖K16-3A.圖甲中軟木塞飛出時(shí),管內(nèi)水蒸氣內(nèi)能增加B.圖乙中兩個(gè)壓緊的鉛塊能吊起鉤碼,主要是因?yàn)榉肿娱g存在引力C.圖丙中活塞向上運(yùn)動(dòng)是內(nèi)燃機(jī)的做功沖程D.圖丁中小朋友下滑時(shí),內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能二、填空題8.[2019·白銀]如圖K16-4所示是四沖程汽油機(jī)工作過(guò)程的一個(gè)沖程,該沖程是將能轉(zhuǎn)化為能。

圖K16-49.[2019·南充]某臺(tái)汽油機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速為1800r/min,在1s內(nèi),汽油機(jī)完成了個(gè)工作循環(huán)。如果汽油機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)消耗了500g汽油,假設(shè)這些汽油完全燃燒,可放出熱量J。(q汽油=4.6×107J/kg)

10.[2019·連云港]天然氣熱水器將40kg的水由22℃加熱到42℃,水的內(nèi)能增加了J,水內(nèi)能的增加是通過(guò)方式實(shí)現(xiàn)的。假設(shè)天然氣燃燒放出的熱量有84%被水吸收,需要消耗kg的天然氣。[c水=4.2×103J/(kg·℃),q天然氣=4×107J/kg]

11.[2019·南京]天然氣已經(jīng)被廣泛利用,它是一種(選填“可〞或“不可〞)再生能源,完全燃燒0.07m3天然氣釋放的熱量為J,假設(shè)這些熱量的30%被水吸收,可以將4kg的水由20℃加熱到℃。[q天然氣=4×107J/m3,c水=4.2×103J/(kg·℃)]

12.[2019·瀘州]瀘州沱江六橋全程長(zhǎng)4km,橋面設(shè)計(jì)為雙向8車(chē)道,中間預(yù)留了輕軌線路,于2019年1月通車(chē)。一輛小轎車(chē)做勻速直線運(yùn)動(dòng)通過(guò)全程,速度為50km/h,受到的阻力恒為660N,通過(guò)全程所需的時(shí)間為min,牽引力所做的功為J;假設(shè)通過(guò)全程消耗了0.2kg的汽油,汽油機(jī)的效率為。(q汽油=4.4×107J/kg)

13.[2019·達(dá)州]小張駕駛一輛額定功率35kW、效率為30%的汽車(chē)在一段平直的公路上勻速行駛,在額定功率下行駛1h至少需要L汽油(汽油的熱值為3.5×107J/L);假設(shè)行駛的速度為72km/h,那么汽車(chē)受到的阻力為N,汽油屬于(選填“可再生〞或“不可再生〞)能源。

三、綜合題14.[2019·云南]小明家新買(mǎi)來(lái)一臺(tái)容量為80L的天然氣熱水器。小明學(xué)習(xí)了熱效率的知識(shí)后,嘗試估測(cè)該熱水器的熱效率,他把“進(jìn)水量〞設(shè)置為40L,“出水溫度〞設(shè)置為40℃后,開(kāi)始加熱。當(dāng)水溫到達(dá)40℃時(shí),自動(dòng)停止加熱。當(dāng)時(shí)自來(lái)水的溫度是20℃,加熱前天然氣表的示數(shù)為129.96m3,停止加熱后變?yōu)?30.06m3。天然氣的熱值q天然氣=4.2×107J/m3,水的比熱容c水=4.2×103J/(kg·℃),1L=10-3m3。求:(1)水箱中水的質(zhì)量。(2)水箱中水吸收的熱量。(3)該熱水器的熱效率。15.[2019·威海]為響應(yīng)國(guó)家“低碳環(huán)保,節(jié)能減排〞的號(hào)召,威海市新上線一批以天然氣為燃料的新型公交汽車(chē),其參數(shù)如圖K16-5所示。某次行駛過(guò)程中,汽車(chē)搭載人員及物品共3000kg,所受阻力為總重力的0.01倍。在40s時(shí)間內(nèi)勻速直線行駛了400m,共消耗天然氣0.025kg(天然氣完全燃燒,其熱值為6.4×107J/kg,g取10N/kg)。針對(duì)此次行駛過(guò)程,求:(1)汽車(chē)對(duì)地面的壓強(qiáng)。(2)汽車(chē)的功率。(3)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。圖K16-5|能力培優(yōu)|16.[2019·安徽]一臺(tái)額定功率為2019W的電熱水器,水箱內(nèi)裝有50kg的水,要把這些水從20℃加熱到60℃,熱水器正常工作需要s;假設(shè)水吸收的熱量全部由燃燒天然氣提供,那么需要完全燃燒m3的天然氣[不計(jì)能量損失,c水=4.2×103J/(kg·℃),q天然氣=4.2×107J/m3]。

17.[2019·遂寧]我國(guó)于2019年5月18日在南海海域成功試采“可燃冰〞,“可燃冰〞作為新型能源,有著巨大的開(kāi)發(fā)使用潛力,在相同條件下,“可燃冰〞完全燃燒放出的熱量可達(dá)天然氣的數(shù)十倍。如果“可燃冰〞熱值是天然氣的10倍,設(shè)天然氣熱值為4.2×107J/kg,完全燃燒0.5kg“可燃冰〞放出的熱量為J;假設(shè)在不考慮熱量損失的情況下,這些熱量能使800kg、45℃的水剛好到達(dá)沸點(diǎn),那么此時(shí)水的沸點(diǎn)是℃,水面上方的氣壓(選填“大于〞“小于〞或“等于")標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]

18.[2019·綿陽(yáng)]2019年5月8日,全球首條智能軌道快運(yùn)系統(tǒng)在湖南株洲試開(kāi)通。該智能軌道快運(yùn)列車(chē)使用新能源的快充鈦酸鋰電池,電池容量為170kW·h,滿載時(shí)電耗為4kW·h/km,最高運(yùn)行速度為70km/h。該電池充滿電時(shí)儲(chǔ)存的能量與質(zhì)量是kg的汽油完全燃燒放出的熱量相同(結(jié)果保存一位小數(shù));假設(shè)列車(chē)滿載勻速行駛電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)列車(chē)的效率為75%,那么列車(chē)勻速行駛過(guò)程中受到的平均阻力大小是N。(汽油的熱值是4.6×107J/kg)

19.[2019·安順]一輛汽車(chē)以恒定的功率在平直的公路上做直線運(yùn)動(dòng),其v-t圖像如圖K16-6所示,在第10s時(shí)速度到達(dá)20m/s,通過(guò)的路程為120m。(1)求在0~10s內(nèi)汽車(chē)的平均速度。(2)設(shè)汽車(chē)在行駛過(guò)程中所受阻力不變,大小為f=4000N,那么在10~20s內(nèi)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的牽引力所做的功是多少?(3)假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)化效率為80%,那么10~20s內(nèi)燃燒了多少千克汽油?(汽油的熱值大約為5×107J/kg)圖K16-6參考答案1.C2.A3.C[解析]熱值是燃料的特性,只與燃料的種類(lèi)有關(guān),故A錯(cuò)誤。比熱容是物質(zhì)本身的一種屬性,與溫度無(wú)關(guān),故B錯(cuò)誤。物體溫度升高,分子運(yùn)動(dòng)加劇,內(nèi)能增大,故C正確。水沸騰過(guò)程中吸收熱量,溫度保持不變,故D錯(cuò)誤。4.D5.B[解析]汽油機(jī)壓縮沖程中,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;拉彎的弓具有彈性勢(shì)能,將箭射出去,使箭有了動(dòng)能,即將彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能;電動(dòng)機(jī)是利用電能工作的,將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;吊車(chē)吊著貨物沿水平方向移動(dòng),重力方向豎直向下,與移動(dòng)方向垂直,對(duì)貨物不做功。應(yīng)選B。6.B[解析]永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒定律,永遠(yuǎn)無(wú)法制成,故A錯(cuò)誤。兩個(gè)斜面相對(duì)連接,小球從左斜面滾下后,由于小球具有動(dòng)能,會(huì)繼續(xù)沖上右斜面,故B正確。在電水壺的使用過(guò)程中消耗了電能,而水的溫度升高,內(nèi)能增加,斷電后,水不再吸收熱量,沸騰會(huì)停止,故C錯(cuò)誤。出槍膛的子彈高速運(yùn)動(dòng),說(shuō)明子彈具有動(dòng)能,射穿木板時(shí),由于摩擦生熱會(huì)使動(dòng)能減小,它的速度將減慢,故D錯(cuò)誤。7.B8.機(jī)械內(nèi)9.152.3×107[解析]汽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)飛輪轉(zhuǎn)2圈,該飛輪的轉(zhuǎn)速為1800r/min,那么每秒轉(zhuǎn)數(shù)n=180060=30,完成15個(gè)工作循環(huán),汽油燃燒放出的熱量Q=mq汽油=0.5kg×4.6×107J/kg=2.3×10710.3.36×106熱傳遞0.1[解析]水吸收的熱量Q吸=c水m1(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×40kg×(42℃-22℃)=3.36×106J;天然氣放出的熱量Q放=Q吸η=3.36×106J84%=4×106J,需要天然氣的質(zhì)量11.不可2.8×10670[解析]天然氣是不可再生能源;完全燃燒0.07m3天然氣釋放的熱量Q放=q天然氣V=4×107J/m3×0.07m3=2.8×106J;水吸收的熱量Q吸=ηQ放=30%×2.8×106J=8.4×105J,水升高的溫度Δt=Q吸c(diǎn)水m=8.4×105J4.2×103J/(kg·12.4.82.64×10630%[解析]小轎車(chē)通過(guò)全程所需時(shí)間t=sv=4km50km/h=0.08h=4.8min,勻速直線行駛時(shí)汽車(chē)受力平衡,牽引力與阻力大小相等,那么牽引力做的功W=Fs=fs=660N×4000m=2.64×106J,汽油完全燃燒放出的熱量Q放=mq汽油=0.2kg×4.4×107J/kg=8.8汽油機(jī)效率η=WQ放=213.121750不可再生[解析]根據(jù)W有=ηW總得Pt=η·qV,代入數(shù)據(jù)可得,35×103W×3600s=30%×3.5×107J/L×V,解得V=12L;由題意知,v=72km/h=20m/s,根據(jù)公式P=Fv得,牽引力F=Pv=35×103W20m14.解:(1)把“進(jìn)水量〞設(shè)置為40L,那么水箱中水的體積V=40L=40dm3=40×10-3m3,水箱中水的質(zhì)量m=ρV=1×103kg/m3×40×10-3m3=40kg。(2)由題意可得,水吸收的熱量Q吸=c水mΔt=4.2×103J/(kg·℃)×40kg×(40℃-20℃)=3.36×106J。(3)使用天然氣的體積V天然氣=130.06m3-129.96m3=0.1m3,天然氣完全燃燒釋放的熱量Q放=q天然氣V天然氣=4.2×107J/m3×0.1m3=4.2×106J,該熱水器的熱效率η=Q吸Q放15.解:(1)汽車(chē)對(duì)地面的壓力F=G=mg=(13000kg+3000kg)×10N/kg=1.6×105N,汽車(chē)對(duì)地面的壓強(qiáng)p=FS=1.6×105(2)汽車(chē)所受阻力f=0.01G=0.01×1.6×105N=1.6×103N,汽車(chē)勻速行駛,牽引力與阻力平衡,汽車(chē)所受牽引力F牽=f=1.6×103N,汽車(chē)牽引力做功W=F牽s=1.6×103N×400m=6.4×105J,汽車(chē)的功率P=Wt=6.4×105J40s(3)0.025kg天然氣完全燃燒放出的熱量Q=q天然氣m天然氣=6.4×107J/kg×0.025kg=1.6×106J,汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率η=WQ=6.16.42000.2[解析]水吸收的熱量Q=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×50kg×(60℃-20℃)=8.4×106J,熱水器加熱所需要的時(shí)間t=WP=QP=8.4×106J2000W=4200s。需要天然氣的質(zhì)量m'=Q放q17.2.1×108107.5大于[解析]“可燃冰〞熱值是天然氣的10倍,設(shè)天然氣熱值為4.2×107J/kg,那么“可燃冰〞熱值為4.2×108J/kg,完全燃燒0.5kg“可燃冰〞放出的熱量為Q放=mq=0.5kg×4.2×108J/kg=2.1×108J;假設(shè)不考慮熱量損失,這些熱量全部被水吸收,那么有Q放=Q吸=c水m水Δt,Δt=Q吸c(diǎn)水m水=2.1×108J4.2×103J/(kg·℃)×800kg=62.18.13.31.08×104[解析]電池充滿電時(shí)儲(chǔ)存的能量W=170kW·h=6.12×108J,那么完全燃燒汽油的質(zhì)量m=Qq=Wq=6.12×108J4.6×107J/kg≈13.3kg;滿載時(shí)電耗為4kW·h/km,且其效率為