《内能的利用》知识点总结及综合练习.docx
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《内能的利用》知识点总结及综合练习
第十四章 内能的利用
第1节 热机
一、热机
1.定义:
利用__内能做功__的机械。
2.原理:
燃料的化学能―→__内__能―→__机械__能。
3.内燃机:
燃料直接在发动机__缸内燃烧__产生动力的热机。
分为__汽油机__和__柴油机__。
二、汽油机
1.构造:
汽缸、进气门、排气门、__火花塞__、活塞、连杆和曲轴。
2.工作循环:
四冲程汽油机的一个工作循环由__吸气__(吸入__汽油和空气__混合物)、__压缩__、__做功__和__排气__冲程构成。
3.工作规律:
在一个工作循环中,活塞往复__两__次,曲轴转动__两__周,汽缸内的燃油燃烧__一__次,对外做功__一__次。
三、柴油机
1.构造:
汽缸、进气门、排气门、__喷油嘴__、活塞、连杆和曲轴。
2.工作循环:
与汽油机相比有以下不同:
(1)吸气冲程中吸入的只有__空气__。
(2)压缩冲程中缸内气体被压缩的程度更__大__,气体温度更__高__,压强更__大__。
(3)压缩冲程末的点火方式是__压燃式__,此时喷油嘴喷出的是__雾状柴油__。
知识点1 热机
1.如图所示的四种交通工具,不用热机作为动力机械的是(A)
A.自行车 B.轮船
C.卡车 D.飞机
2.关于内燃机,下列说法不正确的是(D)
A.内燃机是利用内能来做功的机器
B.内燃机的燃料在汽缸内燃烧
C.内燃机是通过燃气直接推动活塞做功来实现能量转化的
D.内燃机都是以汽油为燃料的
3.如图所示,在试管内装一些水,用软木塞塞住,用酒精灯加热试管,使水沸腾,水蒸气会把软木塞冲出,在水蒸气冲出软木塞的过程中,__水蒸气__的内能减小而软木塞的__机械__能增加,此现象的应用有__制造热机(火箭)等__。
知识点2 汽油机
4.如图所示四幅图片分别表示四冲程内燃机的四个冲程,它们正确的工作循环是(A)
A.甲、丁、乙、丙 B.丁、丙、乙、甲
C.甲、乙、丙、丁D.甲、丙、乙、丁
5.如图所示为汽油机工作过程中某一冲程的示意图,此冲程的名称及能量转化是(B)
A.吸气冲程,内能转化为机械能
B.压缩冲程,机械能转化为内能
C.做功冲程,内能转化为机械能
D.排气冲程,机械能转化为内能
6.如图所示是四冲程汽油机工作的示意图,其中表示内能转化为机械能的冲程的是(B)
7.热机是把内能转化为__机械__能的装置,汽油机的一个工作循环是由吸气冲程、__压缩__冲程、__做功__冲程和排气冲程组成的。
每个工作循环活塞对外做功__一__次,曲轴转动__两__周。
知识点3 柴油机
8.下列关于汽油机与柴油机的说法中,不正确的是(D)
A.汽油机和柴油机使用的燃料不同
B.汽油机采用点燃式点火,柴油机采用压燃式点火
C.汽油机汽缸顶部有个火花塞,柴油机汽缸顶部有个喷油嘴
D.汽油机和柴油机除使用的燃料不同外,在构造上完全相同
9.一柴油机曲轴转动了四圈,则它完成了__八__个冲程,它完成吸气冲程时,吸入汽缸里的物质是__空气__。
10.如图所示是某种内燃机某一冲程的示意图,由图可知:
(1)这种内燃机是__柴油__机。
(2)它表示的是__压缩__冲程。
(3)在这个冲程中__机械__能转化为__内__能。
(4)完成这一冲程,曲轴和飞轮转__半__转。
(5)仔细观察其铭牌,可见“1800r/min”字样,则它正常工作时,1s对外做功__15__次。
11.(2016·潍坊中考)汽车已成为现代生活中不可缺少的一部分。
汽油机的四个冲程中,使汽车获得动力的是(C)
A.吸气冲程B.压缩冲程C.做功冲程D.排气冲程
12.汽油机和柴油机有很多的异同点,下列有关四冲程汽油机和柴油机的异同点说法不正确的是(B)
A.汽油机和柴油机都是内燃机
B.吸气冲程,汽油机吸入的只有空气,柴油机吸入的是柴油和空气的混合物
C.汽油机和柴油机的一个工作循环对外只做一次功,活塞往复两次
D.柴油机压缩冲程末的温度比汽油机高,燃料燃烧更完全,效率比汽油机高
13.(2017·南京中考)小明将铁丝快速弯折十余次,铁丝弯折处的温度会升高。
以下四个事例中能量转化与之相同的是(A)
A.甲、丙B.甲、丁C.乙、丙D.乙、丁
14.烧开同一锅水,完全燃烧的干木材与完全燃烧的天然气质量不同,是因为它们具有不同的__热值__;当水烧开后,水蒸气会把锅盖顶开,这个过程中的能量转化和内燃机的__做功__冲程中的能量转化相似。
15.(2016·广东中考)如图所示,图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图,图E、F是演示实验的示意图,C图是__做功__冲程,与它原理相同的是__F__图的演示实验,汽油机的工作示意图中机械能转化为内能的冲程是__B__图。
16.美国《大众科学》杂志曾评出一个奇思妙想的发明“六冲程引擎”。
在这种引擎完成四冲程工作后,会把水注入气缸,让水瞬间变成水蒸气,从而带动活塞运动,产生第五冲程,为汽车提供动力。
第六冲程让水蒸气进入冷凝器,变成可再次注入汽缸的水。
(1)其中第五冲程相当于四冲程汽油机的哪个冲程?
(2)能量如何转化?
(3)请你指出该“六冲程引擎”的优点。
(指出一点即可)
答案:
(1)做功冲程
(2)第五冲程内能转化机械能。
(3)六冲程引擎不用燃烧燃料做功,所以节约能源,同时无污染;防止燃气带走大量的热,提高了效率。
第2节 热机的效率
一、燃料的热值
1.定义:
某种燃料__完全燃烧__放出的热量与其__质量__之比。
用Q表示。
2.单位:
焦每千克,符号是__J/kg__。
3.特性:
与燃料的__形状__、__体积__、__质量__无关,只与燃料的__种类__有关。
二、燃料燃烧放热计算
1.固体燃料:
Q=__mQ__
2.气体燃料:
Q=__VQ__
三、热机效率
1.定义:
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。
2.意义:
热机效率越高,做功同样多的情况下,消耗的燃料__更少__,从而节省__能源__,减少__污染__。
3.提高热机效率办法
(1)技术改进和创新,使燃料__充分燃烧__;
(2)做好润滑保养,减少__摩擦损耗__;
(3)__废气能量__再利用。
知识点1 燃料的热值
1.2016年10月17日,我国“长征”二号F运载火箭成功地将“神舟”十一号载人飞船送向太空。
火箭燃料中有液态氢,液态氢常作为燃料,是因为液态氢具有(D)
A.含有较多的热量B.较小的密度
C.较大的比热容D.较大的热值
2.关于热值的概念,下列说法中正确的是(C)
A.任何物体都有热值
B.燃料燃烧时才有热值
C.燃料的热值与燃料是否完全燃烧无关
D.燃烧时放出热量多的燃料热值大
3.煤的热值大于干木柴的热值,这里是指(D)
A.煤比干木柴含有的热量多一些
B.烧煤比烧干木柴产生的温度高一些
C.烧煤比烧干木烧产生的热量多一些
D.要使它们放出相同的热量,烧煤用的质量较少
4.酒精的热值是3.0×107J/kg,现有酒精0.5kg,若燃烧一半,放出的热量为__7.5×106__J,剩余酒精的热值是__3.0×107__J/kg。
5.如图所示是A、B两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量的关系图。
从图中可看出A燃料的热值__小于__(填“大于”“小于”或“等于”)B燃料的热值。
6.一个成年人参加一次长跑,身体消耗的能量为6.6×106J,这些能量相当于完全燃烧0.55kg干木柴才能得到,则干木柴的热值为__1.2×107__J/kg__,如果用掉一半后,干木柴的热值将变为__1.2×107__J/kg__。
7.下表列出了几种燃料的热值,单位是J/kg。
干木柴
无烟煤
酒精
煤油
氢气
1.2×107
3.4×107
3.0×107
4.6×107
1.4×108
从表中可以看出酒精的热值是3.0×107J/kg,表示的物理意义是__1__kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107__J__;那么完全燃烧1g的酒精可放出热量__3.0×104__J;放出相同的热量,完全燃烧干木柴与氢气的质量之比是__35∶3__。
知识点2 热机的效率
8.赛车运动距今已有超过100年的历史。
最早的赛车比赛是在城市间的公路上进行的,许多车手因为公路比赛极大的危险性而丧生,于是专业比赛赛道应运而生。
第一场赛车比赛于1887年4月20日在巴黎举行,假设甲赛车的效率比乙赛车的效率低,这表明(D)
A.甲的功率比乙小
B.甲做的功比乙少
C.甲消耗的柴油多
D.甲柴油机内能转化成机械能的百分比小
9.提高热机的效率的有效途径是(B)
A.采用优质的燃料
B.减少热机的各种热损失,保证良好的润滑
C.降低热机的效率
D.避免使用热机
10.关于热机的效率的说法中,不正确的是(D)
A.燃料燃烧释放的内能不可能全部用来做功
B.减小各种热损失和增加机件的润滑,可以提高热机效率
C.减小和利用废气带走的能量来提高热机效率
D.热机工作时能量全部用来做有用功
11.__热机的效率__是热机性能的一个重要指标。
有一热机,若一部分燃料完全燃烧时,放出的能量为8×103J,其中用来做有用功的那部分能量为3×103J,该热机的效率是__37.5%__。
12.煤、石油、天然气的过量开采使人类面临能源危机。
某县在冬季利用地热能为用户取暖。
县内有一口自喷状态地热井,出水温度为90℃,出水流量为150m3/h。
(1)求每小时流出的地热水温度降低到50℃所放出的热量。
(2)这些热量如果用天然气蒸汽锅炉供热,且天然气蒸汽锅炉的热效率为90%,则利用上述地热能供暖一小时可以节约多少天然气?
[ρ水=1.0×103kg/m3,c水=4.2×103J/(kg·℃),天然气的热值为4×107J/m3]
答案:
(1)2.52×1010J
(2)700m3
解析:
(1)已知出水流量为150m3/h,由ρ=
得,水的质量m=ρV=1.0×103kg/m3×150m3=1.5×105kg,水放出的热量Q放=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×1.5×105kg×(90℃-50℃)=2.52×1010J;
(2)由η=
得,天然气需要放出的热量Q放′=
=
=
=2.8×1010J,由Q放′=V′Q得,天然气的体积V′=
=
=700m3。
13.(2017·河北中考)下列说法中正确的是(D)
A.热机消耗的燃料越多,效率就越低
B.热传递中温度总是从热的物体传给冷的物体
C.同一物质,温度降低得越多,放出的热量就越多
D.人体内水的比例很高,有助于调节体温,以免温度变化太快对身体造成危害
14.(2017·枣庄中考)新农村建设中正在大力推广使用瓶装液化气。
如果每瓶装10kg液化气,液化气的热值取4.2×107J/kg,则每瓶液化气全部完全燃烧放出的热量是__4.2×108__J,若放出的热量有40%被水吸收,在标准大气压下可把__500__kg的水从20℃加热至沸腾。
[c水=4.2×103J/(kg·℃)]
15.(2016·兰州中考)某燃气热水器工作时,燃烧产生热量的功率为20kW,水温升高25℃时,每分钟出水量为10L。
[c水=4.2×103J/(kg·℃),ρ水=1.0×103kg/m3]求:
(1)1min内水吸收的热量;
(2)热水器的效率。
答案:
(1)1.05×106J
(2)87.5%
解析:
本题考查热量的计算和能量利用效率。
(1)1min出水体积V=10L=0.01m3,由ρ=
得水的质量m=ρV=1×103kg/m3×0.01m3=10kg,1min水吸收的热量Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×10kg×25℃=1.05×106J;
(2)1min燃气燃烧产生热量Q放=Pt=20000W×60s=1.2×106J,热水器的效率η=
=
×100%=87.5%。
16.阅读下面的材料,解答问题。
山东菏泽向“大气污染宣战”
某环保局研究表明:
“PM2.5来源中,机动车的排放占33.1%,排第一位,燃煤污染排放占第二位”。
“减少污染排放,还我一片蓝天”成为每一个公民的责任。
下面是菏泽有关部门针对“节能减排”采取的部分措施。
首批50辆LNG(液化天然气)新能源公交车已经投入运营。
为了方便市民出行,市区公交车全面安装“北斗导航系统”,市民可以通过手机(导航系统接收器)查询公交车的动态位置。
天然气汽车和汽油车相比较,据有关资料显示:
尾气中的有害气体排放明显减少:
90%CO、24%CO2、90%SO2、39%NO、无粉尘排放,因此天然气被称为绿色能源。
热机效率
热值
价格
天然气发动机
η1=45%
Q1=2.3×107J/m3
4.5元/m3
汽油发动机
η2=30%
Q2=4.6×107J/kg
9.0元/kg
根据表格提供的信息,通过计算说明:
(1)天然气汽车燃烧1m3天然气所做的有用功是多少?
做同样多的有用功,汽油车需要燃烧多少汽油?
(2)若某公交汽车每天消耗100m3的天然气,与用汽油相比,它每天节约的运行成本是多少?
答案:
(1)1.035×107J 0.75kg
(2)225元
解析:
(1)由η=
得,1m3天然气燃烧,通过发动机能做的有用功W有1=η1VQ1=45%×1m3×2.3×107J/m3=1.035×107J,设燃烧mkg的汽油,通过发动机所做的有用功与W有1相同,则W有2=W有1,W有2=η2mQ2=30%×m×4.6×107J/kg,解得需要的汽油m=0.75kg。
(2)燃烧1m3天然气可节约的资金为0.75×9元-4.5元=2.25元,天然气汽车每天节约的运行成本是2.25×100元=225元。
第3节 能量的转化和守恒
一、能量的转移和转化
在一定条件下,各种形式的能量是可以相互__转化__的。
1.“摩擦生热”是__机械__能转化为__内__能;
2.“水力发电”是__机械__能转化为__电__能。
3.“火力发电”是内能先转化为__机械__能,再转化为__电__能。
4.“热机”化学能先转化为__内__能,再转化为__机械__能。
5.“电动机”是__电__能转化为__机械__能。
6.“电灯”是__电__能转化为__光__能和__内__能。
7.“光合作用”是__光__能转化为__化学__能。
8.“热传递”是内能__转移__。
二、能量守恒定律
1.定义:
能量既不会__凭空消灭__,也不会__凭空产生__,它只会从一种形式__转化__为另一种形式,或者从一个物体__转移__到其他物体,而在转化和转移的过程中,__能量的总量__保持不变。
2.“永动机”是__不可能__造出来的,因为它违背了__能量守恒定律__。
知识点1 能量的转化
1.如图所示的做法中,属于能量转化的是(A)
2.如图所示为新型太阳能公共卫生间,该卫生间的照明全部由位于顶部的太阳能电池板提供,它还能将多余的能量储存在蓄电池里。
其能量转化和存储的方式是(B)
A.太阳能转化为光能,再转化为电能
B.太阳能转化为电能,再转化为化学能
C.太阳能转化为内能,再转化为化学能
D.太阳能转化为电能,再转化为光能
3.下列关于能量的转化的说法正确的是(D)
A.物体匀速上升的过程中其机械能不变
B.热机的四个冲程中做功冲程将机械能转化成内能
C.给蓄电池充电将化学能转化成电能
D.风力发电将风的动能转化成电能
4.下列事例中,由内能转化为机械能的是(A)
A.水壶中的水沸腾后壶盖被顶起B.杯中热水的温度逐渐降低
C.两手相搓,手心会变暖D.流星坠入大气层发出光和热
5.如图所示的国产和谐号动车进站前的减速过程分两个阶段进行:
第一阶段采用“再生刹车”技术,这期间关闭动力,列车依靠惯性前行并带动发电机发电,速度从250km/h减至90km/h;第二阶段采用传统的“机械刹车”,速度从90km/h不断减小直至停下来。
国产和谐号动车在进站前减速的整个过程中,发生的能量转化情况主要是(A)
A.第一阶段:
动能转化为电能;第二阶段:
动能转化为内能
B.第一阶段:
电能转化为动能;第二阶段:
动能转化为内能
C.第一阶段:
动能转化为电能;第二阶段:
内能转化为动能
D.第一阶段:
电能转化为动能;第二阶段:
内能转化为动能
6.汽车急刹车时轮胎与地面摩擦常有冒烟现象,在此过程中__机械__能转化成__内__能。
7.如图所示是我国用“长征”二号F-T2火箭将“天宫”二号空间实验室发射升空时的壮观情景。
火箭发射升空时,燃料通过燃烧将化学能转化为燃气的__内__能,再转化为火箭的__机械__能。
8.如图所示,在吹气球时,吹大了的气球没握住,它叫啸着飞跑了!
你及时捡起气球会发现它的嘴部温度__变低__(填“变高”“变低”或“无变化”)。
当球内气体喷出来时,发生的能量转化情况是__内__能转化为__机械__能。
知识点2 能量守恒定律
9.关于能量守恒定律,下列说法中错误的是(A)
A.能的转化和守恒定律只适用于物体内能的变化
B.能的转化和守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器
C.只要有能的转化和转移,就一定遵从能量守恒定律
D.任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中,消耗多少某种形式的能量,就能得到多少其他形式的能量,而能的总量是保持不变的
10.在一个生态系统的食物链中,如绿色植物→兔→蛇→鹰,绿色植物经光合作用,将太阳能转化为化学能,并沿食物链逐级传递,然而由于每级生物通过呼吸作用都要释放能量,因此,能量在传递过程中逐渐减少,对此,下列叙述中正确的是(B)
A.沿食物链传递能量的过程中,能量不守恒
B.沿食物链传递能量的过程中,能量仍然是守恒的
C.沿食物链传递能量的过程中,能量有时守恒,有时不守恒
D.沿食物链传递能量的过程中,总能量没有减少反而增多了
11.如图所示是利用频闪摄影对乒乓球跳动拍摄的照片。
乒乓球从一定的高度落到地面反弹,每一次弹起的高度都比上一次要低,机械能__减少__,__内__能增加,最后停止在地面上,能的总量__不变__。
12.(2017·大连中考)用电梯往高处搬运货箱。
当货箱随着电梯一同匀速上升时,货箱的(D)
A.动能变小,重力势能变小B.动能变小,重力势能变大
C.动能不变,重力势能变小D.动能不变,重力势能变大
13.(2016·绵阳中考)关于能量的转移和转化,下列判断正确的是(A)
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
14.(2016·滨州中考)把一乒乓球压入盛有水的烧杯底部(如图所示),松手后,乒乓球上升至水面最后漂浮在水面上。
乒乓球在上升的过程中,它的机械能不断增加。
下列关于乒乓球机械能来源的说法中正确的是(B)
A.是由水的内能转化来的
B.是由水的重力势能转化来的
C.是由乒乓球的内能转化来的
D.是由乒乓球的化学能转化来的
15.(2017·云南中考)儿童节期间,小朋友在公园里荡秋千,当秋千从高处落下时,重力势能__变小__(选填“变大”“变小”或“不变”),不再用力推时,秋千最后会停下来,在此过程中机械能转化为__内__能。
16.(2017·丹东中考)小明乘坐摩天轮,当摩天轮匀速上升时,小明的重力势能__增大__,小明的机械能__增大__。
(均填“增大”“减小”或“不变”)
17.有人说:
“利用水库的水发电,再利用这些电又把水抽回水库,那么发电机和抽水机就会永远不停地运转下去。
”你认为这可能吗?
为什么?
答案:
不可能。
因为抽水发电,发电又抽水的过程中,是机械能与电能的相互转化,在此过程中,摩擦不可避免,有部分机械能和部分电能会克服摩擦做功转化为内能,即机械能和电能都会逐渐减少,所以机械能和电能的总量不守恒,发电机和抽水机就不可能不停地运转下去。
方法专题训练
(二) 热值、热量的计算
【思路点拨】
【跟踪练习】
1.把1kg初温为35℃的水加热到85℃,消耗了10g的煤气,此过程水吸收的热量为__2.1×105__J,加热装置的效率为__50%__。
(煤气的热值Q煤气=4.2×107J/kg)
2.出于对安全和环保的考虑,沈阳市政府为喜爱户外烧烤的市民提供了专门的场所。
烧烤的主要原料是木炭,已知它的热值是3.4×107J/kg,那么84g的木炭完全燃烧放出__2.856×106__J热量,如果这些热量全部被水吸收,则能使初温为20℃,质量为17kg的水,温度升高到__60__℃.[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)]
3.天然气是一种热值高、污染小的清洁能源,2016年三明市迎来了天然气时代。
完全燃烧0.035m3的天然气放出多少热量?
若这些热量完全被水吸收,能使多少水温度升高50℃?
[水的比热容c=4.2×103J/(kg·℃),天然气的热值取Q=4×107J/m3]
答案:
1.4×106J 6.67kg
解析:
完全燃烧0.035m3的天然气放出的热量Q=VQ=0.035m3×4×107J/m3=1.4×106J;由Q吸=cmΔt可得,这些热量完全被水吸收后可加热水的质量
m=
=
≈6.67kg。
4.用燃气灶烧水,燃烧0.5kg的煤气,使50kg的水从20℃升高了50℃。
已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃),煤气的热值为4.2×107J/kg。
求:
(1)0.5kg煤气完全燃烧放出的热量;
(2)水吸收的热量;
(3)燃气灶烧水的效率。
答案:
(1)2.1×107J
(2)1.05×107J (3)50%
解析:
(1)煤气完全燃烧放出的热量:
Q放=Qm=4.2×107J/kg×0.5kg=2.1×107J;
(2)水吸收的热量Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×50kg×50℃)=1.05×107J;(3)燃气灶烧水的效率η=
=
×100%=50%。
5.“十一”假期,小江一家驱车外出旅游。
当汽车以30m/s的速度在高速公路上匀速直线行驶时,汽车受到的阻力是整车重的0.05倍,效率为40%。
(已知汽车整车重为2.2×104N,汽油热值Q=3.3×107J/L,g取10N/kg)求:
(1)这辆汽车匀速行驶时所受阻力是多少?
(2)汽车牵引力做功的功率是多少?
(3)若汽车按照以上速度匀速直线行驶了600km的路程,需消耗汽油多少L(升)?
答案:
(1)1100N
(2)3.3×104W (3)50L
解析:
(1)汽车匀速行驶时所受阻力f=0.05G=0.05×2.2×104N=1100N;
(2)因汽车匀速行驶时处于平衡状态,受到的牵引力和阻力是一对平衡力,所以汽车牵引力的大小F=f=1100N,汽车牵引力做功的功率P=Fv