第14课时 内能的利用
知能优化训练
中考回顾
1.(2018·四川成都中考)在四冲程汽油机的工作过程中,内能转化为机械能的是( )
A.吸气冲程
B.压缩冲程
C.做功冲程
D.排气冲程
答案C
2.(2018·四川眉山中考)以下说法正确的是( )
A.物体吸收热量,温度一定升高
B.热机的大量使用有利于环境的保护
C.燃料的热值与燃料的质量没有关系
D.热机的工作过程只是将内能转化成机械能的过程
答案C
3.(2018·四川内江中考)根据能量守恒定律,下列情形可能发生的是( )
A.随着科学技术不断发展和提高,永动机是可以制成的
B.两个斜面相对连接,小球从左斜面滚下后冲上右斜面
C.电水壶里的水沸腾后断电,水的沸腾却一直持续下去
D.出枪膛的子弹射穿木板后,以更快的速度继续运动
答案B
4.(2018·四川南充中考)某台汽油机飞轮的转速为1 800 r/min,在1 s内,汽油机完成了 个工作循环。汽油机在一段时间内消耗了500 g汽油,若这些汽油完全燃烧,可放出热量 J。(q汽油=4.6×107 J/kg)
答案15 2.3×107
5.(2018·湖南常德中考)在四冲程汽油机工作过程中,实现机械能转化为内能的是 冲程。汽油机产生2.3×107 J的热量需要完全燃烧 kg的汽油。(汽油的热值为4.6×107 J/kg)
答案压缩 0.5
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6.(2018·河北秦皇岛中考)有如图所示的两套相同装置,分别在两个燃烧皿中放入质量相同的不同燃料,点燃后加热质量相等的同种液体,通过比较燃料 (选填“燃烧相同时间”或“全部燃烧”)后温度计示数的变化,来判断两种燃料的热值的大小。燃料燃烧, 转化为内能,用比热容 的液体可以使实验现象更明显。(实验中液体没有沸腾)
答案全部燃烧 化学能 小
模拟预测
1.如图所示实验,试管口木塞冲出过程( )
A.试管口出现的白雾是水蒸气
B.试管口出现白雾说明水蒸气内能增加
C.能量转化情况与内燃机压缩冲程相同
D.水蒸气对木塞做功,水蒸气的内能减少
答案D
解析试管口出现的白雾是水蒸气液化成的小液滴,选项A错误;液化放热,所以内能变小,选项B错误;此过程是将内能转化为机械能,与内燃机的做功冲程相似,选项C错误;水蒸气对外做功,内能减少,选项D正确。
2.生活中能量转化的实例很多。下列描述错误的是( )
A.摩擦生热是把机械能转化为内能
B.摩擦起电是把电能转化为机械能
C.电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能
D.燃料燃烧放热是把化学能转化为内能
答案B
解析摩擦生热是克服摩擦做功,把机械能转化为内能,故A正确;摩擦起电是电子的转移,可以把机械能转化为电能,故B错误;电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能,故C正确;燃料燃烧放热是把自身蕴含的化学能转化为内能,故D正确。
3.关于热机,下列说法错误的是( )
A.通过技术改进,可以使热机的效率达到100%
B.减少城市热岛效应的措施之一就是倡导“绿色出行”
C.用水而不用其他循环物质降低热机的温度,主要是利用水的比热容大的特性
D.严寒的冬天,有人晚上把热机水箱中的水放出,是防止气温降低时,水凝固而胀坏水箱
答案A
解析任何机器的效率都小于100%,热机的效率不可能达到100%,选项A的说法是错误的;选项B、C、D中的说法都是正确的。
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4.下列说法正确的是( )
A.升高相同温度时,吸收热量越多的物体比热容越大
B.燃料不完全燃烧时,热值变小
C.物体吸收热量,温度不一定升高
D.扫地时尘土飞扬,是分子不停地无规则运动造成的
答案C
解析由Q吸=cmΔt可知,升高相同的温度时,吸收的热量多,比热容不一定大,选项A错误;燃料不完全燃烧时,其热值不变,选项B错误;物体吸收热量,温度可能升高,也可能不变,如晶体熔化过程及液体沸腾过程中,虽然吸收热量但温度保持不变,故选项C正确;扫地时尘土飞扬,是物体的机械运动,不是分子的运动,选项D错误。
5.发射卫星的火箭使用的燃料主要是液态氢,这是利用了氢燃料的( )
A.热值大 B.比热容大
C.密度大 D.以上说法都不正确
答案A
解析发射火箭采用液态氢作为火箭的燃料,原因是液态氢具有较高的热值,完全燃烧相同质量的氢时,可以释放出更多的热量,故A正确。
6.关于能量的转化和转移,下列说法错误的是( )
A.电池充电,电能转化为化学能
B.暖瓶塞被热气冲开,机械能转化为内能
C.电动机工作,电能转化为机械能
D.摩擦生热,机械能转化为内能
答案B
解析暖瓶塞被热气冲开,是暖瓶内空气受热膨胀对瓶塞做功,把内能转化为机械能,故选项B错误。
7.关于能量的转移和转化,下列判断正确的是( )
A.热量可以从低温物体转移到高温物体
B.能量转移和转化没有方向性
C.电取暖器辐射到房间里的热量可以再利用
D.汽车由于刹车散失的热量可以再自动地用来驱动汽车
答案A
解析热量不可以自发地从低温物体转移到高温物体,在外界的影响下,热量可以从低温物体转移到高温物体,例如电冰箱在压缩机消耗电能的情况下,热量可以从低温物体转移到高温物体,故A正确;能量转移和转化有方向性,故B错误;电取暖器辐射到房间里的热量被人和房间吸收,不可以再利用,故C错误;汽车刹车时,由于摩擦,汽车的动能转化为地面、空气的内能,这些能量会散发到周围的环境中,无法再回收利用,因此不能驱动汽车,故D错误。
8.2017年4月20日19时41分在文昌航天发射场,长征七号重型运载火箭搭载天舟一号货运飞船发射升空。该型号火箭以液氧煤油为燃料,在火箭加速上升过程中( )
A.液氧煤油燃烧放出的热量全部转化为火箭和天舟一号的机械能
B.液氧煤油燃烧放出的热量全部转化为火箭和天舟一号的动能
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C.天舟一号的动能和重力势能都增大
D.天舟一号的动能转化为重力势能
答案C
解析火箭升空时,液氧煤油燃烧放出的热量大部分转化为火箭和天舟一号的机械能,但不是全部,故A错误;天舟一号加速上升,质量不变,速度增加,所以动能变大,同时质量不变,高度增加,故重力势能变大,因此转化的火箭和天舟一号的机械能包括动能和重力势能,故B错误,C正确;动能变大,重力势能也变大,故该过程不可能存在动能和重力势能的转化,故D错误。
9.一台单缸四冲程内燃机正常工作时的转速为1 800 r/min,该内燃机每秒共经历了 个冲程。
答案60
解析已知转速为1800r/min=30r/s,四冲程内燃机曲轴转一圈,完成2个冲程,故内燃机每秒钟转30r,故共经过30×2=60个冲程,做功15次。
10.工程师设计了一款单缸六冲程内燃机,它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同。在第四冲程结束后,立刻向汽缸内喷水,水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气,推动活塞再次做功,水蒸气温度 (选填“升高”“降低”或“不变”),其内能 (选填“增加”“减少”或“不变”)。这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能,提高了热机的 。为进入下一个工作循环,这款内燃机的第六冲程是 冲程。
答案降低 减少 效率 排气
解析水蒸气推动活塞做功时,水蒸气的内能减小,温度降低,水蒸气的内能转化为机械能,这样在六个冲程中两次做功,提高了热机的效率,水蒸气推动活塞做功后,进入下一个工作循环前,必须先将剩余的废气排出汽缸,即第六冲程应是排气冲程。
11.在下图所示的四幅图中,甲、乙是两个演示实验示意图,丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图。与压缩冲程原理相同的是 图所示的演示实验。汽油机利用内能来做功的冲程是 图。
答案乙 丙
解析与汽油机压缩冲程原理相同的是图乙,均将机械能转化为内能;利用内能做功的冲程为做功冲程,为图丙,高温高压的燃气推动活塞向下运动,对活塞做功。
12.把1 kg初温为35 ℃的水加热到85 ℃,消耗了10 g的煤气,此过程水吸收的热量为 J,加热装置的效率为 。(煤气的热值q煤气=4.2×107 J/kg)
答案2.1×105 50%
解析水吸收的热量为Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×(85℃-35℃)=2.1×105J,
煤气完全燃烧放出的热量为Q放=m煤气q=1×10-2kg×4.2×107J/kg=4.2×105J,加热装置的效率为η=Q吸Q放=2.1×105J4.2×105J×100%=50%。
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13.某团队在海拔3 000多米的高山上野营时,使用铁锅烧水,他们发现把体积为2 L的水从10 ℃加热到85 ℃时,共消耗了5 kg的干木柴,已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),干木柴的热值为1.2×107 J/kg。求:
(1)干木柴完全燃烧放出的热量;
(2)水吸收的热量;
(3)铁锅烧水的效率;
(4)他们也发现在高山上用铁锅煮马铃薯时,尽管锅里的水沸腾了很长时间,马铃薯还是煮不软,为什么?
答案(1)6×107 J (2)6.3×105 J (3)1.05% (4)在海拔3 000多米的高山上,大气压较低,水的沸点较低,即锅内水虽然沸腾了,但温度比较低,故而尽管水沸腾了很长时间,马铃薯还是煮不软。
解析(1)干木柴完全燃烧放出的热量
Q放=mq=5kg×1.2×107J/kg=6×107J。
(2)2L的水的质量
m水=ρV=1.0×103kg/m3×2×10-3m3=2kg,
水吸收的热量Q吸=cm水Δt=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(85℃-10℃)=6.3×105J。
(3)铁锅烧水的效率
η=Q吸Q放=6.3×105J6×107J×100%=1.05%。
(4)液体的沸点随气压的减小而降低;大气压随高度的增加而减小。山上气压低,水的沸点低,所以不易把马铃薯煮软。
14.王大刚同学和家人在郊外野餐,用木炭烧水。铁锅内装有5 kg水,把水从18 ℃加热至98 ℃,已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。如果木炭的热值为3.4×107 J/kg,它燃烧放出的热有10%被水吸收。求:
(1)在这个过程中水吸收的热量;
(2)在这个过程中用掉多少木炭。
答案(1)1.68×106 J (2)0.49 kg
解析(1)吸收的热量Q吸=cm(t-t0)
=4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(98℃-18℃)
=1.68×106J;
(2)由η=Q吸Q放得Q放=Q吸η=1.68×106J10%=1.68×107J,由Q放=mq得需要的木炭m=Q放q=1.68×107J3.4×107J/kg≈0.49kg。
15.阅读下面的短文,回答问题。
空气能热水器
空气能热水器(如图甲)是吸收空气的内能来给水加热的装置。其耗能约为电热水器的四分之一。空气能属于可再生的新能源,拥有先天的节能环保的优势。
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图乙是空气能热水器的工作原理示意图,它主要由储水箱、毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝器等部件组成。制冷剂在毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝器之间的循环过程与我们所熟悉的电冰箱的制冷循环过程相同,其工作过程如下:
1.液态制冷剂经过一段很细的毛细管缓慢地进入蒸发器,在蒸发器内迅速汽化,并从空气中吸收热量。
2.制冷剂汽化生成的蒸气被压缩机压缩后变成高温高压的蒸气进入冷凝器。
3.在冷凝器中,高温高压的蒸气将热能传递给冷水并发生液化。
制冷剂依此不断循环流动,使水的温度不断上升。
空气能热水器有一个很重要的指标是能效比,它是指水箱中的水吸收的热量(Q)与压缩机等电器消耗的电能(W)的比值。能效比越高,说明热水器的制热效果越好。
(1)制冷剂在 中汽化,在 中液化。
(2)制冷剂在工作循环过程中,将 中的内能不断地“搬运”至 中。
(3)某品牌空气能热水器正常工作时的参数如下:
电源电
压/V
额定输入
功率/kW
进水温
度/℃
出水温
度/℃
能效比
220
0.84
20
56
3.4
从表格中的数据可知,该空气能热水器正常工作1 h可产生的热水的体积为 L。〔水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),水的密度为1.0×103 kg/m3〕
答案(1)蒸发器 冷凝器 (2)空气 水 (3)68
解析通过分析材料并结合题图可知,制冷剂在蒸发器中汽化,在冷凝器中液化;制冷剂在工作循环中,将空气中的内能不断地搬运到冷凝器周围的冷水中;由空气能热水器的参数可知,该热水器工作时消耗的电能为W=Pt=840W×3600s=3024000J,根据能效比的意义可知,水箱中的水吸收的热量Q=3.4W=3.4×3024000J=10281600J,根据Q=cmΔt可得水的质量为m=QcΔt=10281600J4.2×103J/(kg·℃)×36℃=68kg,产生的热水的体积为V=mρ=68kg1.0×103kg/m3=68×10-3m3=68L。
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