物理特色专题：热值与热机

试卷更新日期：2024-03-08 类型：一轮复习

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一、选择题

1. 汽油机使用汽油作为燃料，下列说法正确的是（）

A、使用汽油，是因为汽油的比热容最大 B、油箱中汽油用掉一半后，剩余汽油的热值不变 C、汽油机将汽油的化学能全部转化为内能 D、改进技术后，汽油机的效率可达到100%

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2. 2022年5月10日，搭载天舟四号货运飞船的长征七号运载火箭，在我国文昌航天发射场升空，成功进入预定轨道。长征七号运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有（）

A、较大的比热容 B、较低的沸点 C、较大的热值 D、较小的质量

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3. 小汽车已成为大多数家庭出行代步的工具，其发动机大多数为汽油机，下列有关汽油机的说法正确的是（）

A、汽油机的吸气冲程吸入的是空气 B、汽油机的效率一般比柴油机的效率高 C、汽油机的点火方式是压燃式 D、汽油机的压缩冲程是把机械能转化为内能

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4. 在冬天，人们常常搓手取暖，这个过程中的能量转化与四冲程内燃机的哪个冲程相同（　　）

A、吸气冲程 B、压缩冲程 C、做功冲程 D、排气冲程

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5. 质检部门为了检测汽油中是否有掺假销售，主要检测它的

A、热量 B、内能 C、热值 D、比热容

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6. 关于热机，下列说法中正确的是（）

A、热机的效率越高说明热机做功越快 B、新能源汽车的电动机的效率可达 100% C、在做功同样多的情况下，消耗的燃料越多，热机的效率越高 D、做功冲程既存在化学能转化为内能，也存在内能转化为机械能

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7. 下列关于汽油机与柴油机的说法错误的是

A、汽油机与柴油机使用的燃料不同 B、汽油机多用于小型汽车，柴油机多用于载重汽车 C、柴油机与汽油机除使用的燃料不同外，在构造上完全相同 D、柴油机采用压燃式点火，汽油机采用点燃式点火

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8. 为了节约能源，需要提高热机的效率，下列措施不能提高热机效率的是（）

A、让燃料与空气混合充分，使燃料燃烧得比较完全 B、在设计与制造热机时要不断改进与创新，以减少能量的损失 C、尽量减少热机内部各部件间的摩擦 D、尽量增加热机的工作时间

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9. 现有两个使用同一种燃料的加热器，用它们分别对甲、乙两种不同的物质加热.已知甲物质的比热容是乙物质的2倍，甲物质的质量是乙物质的 $\frac{1}{3}$ ，当甲物质升高的温度是乙物质的 $\frac{3}{4}$ 时(甲、乙物质的物态都不发生改变)，加热甲物质所用燃料是加热乙物质的 $\frac{1}{2}$ ，则两加热器利用热能的效率之比是（）.

A、3：4 B、1：1 C、3：2 D、2：1

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二、填空题

10. 如图甲所示是一台单缸四冲程汽油机工作状态示意图，由图甲可以看出，此时它所处在冲程，其能量转化情况与（选填“乙”或“丙”）图相同；若飞轮转速是1200r/min，则汽油机每分钟对外做功次．

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11. 如图甲所示，这是四冲程汽油机的冲程。如图乙所示，这是我国自主生产的某品牌小汽车，汽油机的转速为2400r/min，汽油机1s内对外做功次。

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12. 小华发现家中正在煮饭的高压锅限压阀被气流顶起，这一现象与热机的工作循环中的冲程原理相同，一单缸四冲程汽油机，飞轮转速为 $3000 r / m i n$ ，则 $1 s$ 对外做功次。

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13. 东东设计了一个估算酒精的热值实验，实验装置如图。燃烧血中酒精的质量 $12 g$ ，烧杯中水的质量为 $200 g$ ，初温为 $2 3^{°} C ， C_{*} = 4.2 \times 1 0^{3} J / (k g \cdot^{°} C)$ 。

(1)、点燃酒精，当水温升高到 $4 3^{°} C$ 时，立即熄灭火焰。该过程水吸收的热量 $Q =$ J；

(2)、东东想利用 $Q_{放} = Q 吸$ 吸计算酒精的热值，还需进行的实验操作是

(3)、用这个方法，东东算出的热值比课本上真实值偏

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14. 汽油机是热机的一种，若转速是1800r／min，此汽油机每秒钟完成个做功冲程，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(升高／不变／降低)；

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15. 炎炎夏日，公园里儿童玩耍的沙地热得烫脚，而湖水却不怎么热，这是由于湖水的比热容（选填“大于”“小于”或“等于”）沙子的比热容；火箭以液态氢为燃料，是因为液态氢的热值比较大，若完全燃烧2kg的液态氢，可放出热量J，若液态氢燃烧不完全，其热值将（选填“变大”“不变”或“变小”）。（已知液态氢的热值q_氢＝1.4×10⁸J/kg）

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三、实验探究题

16. 小明同学在探究“不同燃料燃烧的放热能力”和“不同物质的吸热能力”，他设计了如图甲、丙两组实验装置：

(1)、探究“不同物质的吸热能力”时应选用（选填“甲”或“丙”）组器材；

(2)、在甲组实验中两个相同的烧杯中应加入初温和相同的水和煤油，实验中用相同的酒精灯加热的目的是：使水和煤油在相同时间内；

(3)、水和煤油温度随时间变化如图乙所示，根据图乙可判断出a物质是（选填“水”或“煤油”），煤油与水的比热容之比为；

(4)、如图丙组实验中，小明称取相等质量的水装入相同规格烧杯中。再取质量相等的酒精和碎纸片，放入两个燃烧皿中，直到酒精和碎纸片完全燃烧。通过比较（选填“加热时间”或“升高的温度”）来比较水吸收热量多少；

(5)、小明认为通过实验数据能计算出酒精和碎纸片的热值。你认为他的计算结果与真实值相比（选填“偏大”“偏小”或“相等”）。

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四、计算题

17. 2023年第19届亚运会在中国杭州举行，佛山有三位火炬手参加。此次亚运会首次使用绿色零碳甲醇作为主火炬塔燃料，助力打造首届碳中和亚运会。已知水的比热容是 $4.2 \times 10^{3} J / (k g \cdot^{℃})$ ，甲醇的热值约为 $2.1 \times 10^{7} J / k g$ 。求：

(1)、完全燃烧400g甲醇能放出多少热量？

(2)、若这些热量的 $50 %$ 被质量为50kg ，初始温度为 $30^{℃}$ 的水吸收，水吸收多少焦耳的热量？水的温度上升多少摄氏度？

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18. 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 $1 k g$ 的干木柴给 $5 k g$ 的水加热，烧完木柴时，水温从 $20 ℃$ 升高到 $60 ℃$ 。 $($ 干木柴的热值 $q_{干木柴} = 1.2 \times 1 0^{7} J / k g)$

(1)、 $1 k g$ 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 $J$ ？ $[c_{水} = 4.2 \times 1 0^{3} J / (k g \cdot ℃)]$ 。

(3)、该柴火灶的效率为多少？

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19. 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进行加热。[已知天然气的热值q=8.4×10⁷J/m³ ，水的比热容 c_水=4.2×10³J/（kg·℃）]，求：

(1)、烧开1L水，水需要吸收多少热量？

(2)、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？

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20. 2023年9月23日，第十九届亚运会开幕式在杭州奥体中心体育场隆重举行。开幕式上主火炬采用废碳再生的“绿色甲醇”为燃料点燃。实现了循环内的零排放的点火创新（如图所示），此创新在亚洲奥林匹克运动发展历程中具有里程碑意义，当完全燃烧 $0.5 k g$ 的绿色甲醇时，求： $[q_{甲醇} = 2.3 \times 1 0^{7} J / k g ， c_{水} = 4.2 \times 1 0^{3} J / (k g \cdot ℃)]$

(1)、绿色甲醇完全燃烧释放出的热量；

(2)、若这些热量的80%被水吸收，可将多少千克的水温度升高 $50 ℃$ ？（结果保留一位小数）

(3)、被水吸收的热量相当于用功率为 $1000 W$ 的加热器加热多久？（忽略热量损失）

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21. 按照我国的计划，国内生产总值的能源消耗比要实现降低20%左右的目标。按此目标，火电供电标准煤的煤耗要降到360g/kW•h。问：

(1)、完全燃烧360g标准煤，放出的热量如果全部用于加热100kg的水，可以使水的温度升高多少？

(2)、火电供电标准煤的煤耗为360g/kW•h，火电厂的发电效率是多少？[取q_标准煤＝2.9×10⁷J/kg，c_水＝4.2×10³J/（kg•℃），计算结果保留到小数点后一位]

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22. 国产165型单缸四冲程汽油机的汽缸直径为65mm，活塞冲程长55mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.58×10⁵Pa，飞轮的转速是1500r/ min.

(1)、求这种汽油机满负荷工作时做功的功率(不计摩擦损失).

(2)、如果满负荷工作时每分钟消耗15g汽油，这种汽油机把内能转化为机械能的效率是多少？(汽油的燃烧值为4.6×10⁷J/kg)

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23. 水在热电站的锅炉中变为水蒸气，通过涡轮机带动发电机发电，用过的水蒸气在液化器中凝结成水，再到锅炉循环使用.液化器中的冷却水则流到冷却塔中降温，如图.水的比热容为4.2×10³J/(kg·℃)，求：

(1)、夏天，来自冷却塔的水温为16℃，而回到冷却塔的水温为30℃.若冷却塔和液化器间水的流量为15m²/s，试求这个系统通过冷却塔散热的功率.

(2)、如果发电机的发电功率是56万千瓦，发电机把机械能转化为电能的效率为80%，不计水蒸气通过涡轮机过程中由于热传递产生的能量损失及涡轮机的摩擦，试求水蒸气的能量转化为电能的效率.

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24. 天然气是泰安市民常用的一种能源。现有某用户用天然气炉灶将2kg的水从25℃加热100℃，燃烧了0.02m³天然气。已知水的比热容（c=4.2×10³J/(kg⋅℃)，天然气的热值q=4.2×10⁷J/m³ ，求：

(1)、这些水吸收的热量；

(2)、天然气炉灶的效率。

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五、科普阅读题

25. 阅读短文，回答问题。
涡轮增压现代柴油机具有节能、低污染的先天优势，能满足日益严格的排放法规要求，这得益于普遍采用了涡轮增压技术。
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，大致原理如图所示：发动机排出的高温废气冲击涡轮运转，带动同轴的叶轮高速转动，叶轮将空气压缩后推进到气缸中。由于压缩后的空气密度增大，氧含量也增加，可以燃烧更多的燃料，让车子更有劲。一辆汽车装上涡轮增压器后，其最大功率和未装的时候相比可以增加 $40 %$ 甚至更高，从另一方面看，就是增加了燃油的经济性和降低废气的排放。

(1)、图中的发动机处在冲程。

(2)、废气推动涡轮转动的过程中，内能转化成能，废气内能 $($ 选填“增大”、“减少”或“不变” $)$ 。

(3)、安装了涡轮增压器的发动机和传统发动机相比，由于相同时间燃烧更多的燃料，因此具有更高的，由于它能够利用废气的能量，所以具有更高的。 $($ 以上两空均选填“功率”或“热机效率” $)$

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六、综合题

26. 氢燃料具有清洁、效率高等优点，被认为是理想的能源之一，目前我国部分城市已有多批氢能源公交车投放使用。一辆氢能源公交车以140kW的恒定功率匀速行驶5min，消耗了0.6kg氢燃料。已知q_氢＝1.4×10⁸J/kg。则：

(1)、这辆公交车在这5min里的牵引力做功多少J？

(2)、0.6kg氢燃料完全燃烧放出的热量是多少J？

(3)、该氢能源公交车的热机效率是多少？

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27. 在工业以及科研中为解决机器的过热问题，除通过空气自然散热之外，还采用水冷却技术，其原理是将冷水注人与机器接触的水冷管，冷水吸热升温后被排出，使机器工作温度保持稳定.现有一台输入功率为P、效率为η的发动机，为使其在室温为t的环境下正常工作时不能过热，每秒从水冷管入口处通入体积为V、温度为t的冷水，出口处的水温为T假设该发动机的总散热面积为S，其中与水冷管接触的面积为S₁ ，其余部分与空气接触，且空气接触部分只能带走按面积分配的25%的热量，余下热量全部由水冷管带走.求该发动机正常工作时，S₁与S的比值.(已知水的比热容为c，密度为ρ)

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28. 在当今世界，研制各种机器都必须考虑节约能源和治理废气污染这一重要课题，在内燃机中，废气带走了很多能量，如果能将这些能量再利用起来，会使内燃机的效率提高许多.某工厂科研人员研制生产的四冲程汽车专用柴油发动机，就采用了很多新技术.其中最重要的一项叫“增压”技术，它是利用“废气涡轮增压器”使排气冲程中排出的高温、高压的废气去冲击“废气涡轮"高速旋转，它同时又带动同轴的进气系统中的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使做功冲程中柴油燃烧更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高柴油发动机效率和减少废气污染的目的.这种柴油发动机有6个汽缸，汽缸直径为110 mm，活塞行程为135 mm，当转速为2300 r/min时，发动机功率为220 kW，最低油耗可达240g/(kW·h)，柴油的热值为4.3×10⁷J/kg.请回答下列问题：

(1)、该柴油发动机的效率最高可达多少？

(2)、在做功冲程中汽缸内的平均压强是多少？

(3)、如果将我国这种机型的汽车柴油发动机都安装“增压器”后，能使它们的平均效率由原来约31%提高到近35%，安装前按每年消耗3亿吨柴油估算，这项技术每年能为我国节约多少吨柴油？

(4)、如果目前我国柴油的平均价格为3750元/吨，根据上面的估算结果，计算使用“增压”技术后仅节约柴油一项可使我国每年节约多少资金.由此你有哪些认识？

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