初三物理寒假练习基础 第3讲热机效率 能量转化守恒.docx

1、初三物理寒假练习基础 第3讲热机效率 能量转化守恒二、热机的效率1.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，叫做热值。（2）数值：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。（3）焦每千克，即“J/kg”。（4）公式：q=Q/m，其中Q表示燃料完全燃烧放出的热量，m表示燃料的质量，q表示燃料的热值。推导公式：Q=mq。（5）物理意义：表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出热量的多少。同种燃料的热值相同，不同燃料的热值一般不同。（6）如果是气体，人们还使用完全燃烧某气体所释放的热量来描述气体燃烧放热的性质，因此有Q=Vq，q的单位是。2.热机的效率：在热机中，用来做有用功的那部分能量

2、，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。（1）由于热机在工作过程中，总有能量损失，所以热机的效率总小于1。柴油机比汽油机的效率高。（2）根据机械效率的公式，可以推导出3.能量的转化和守恒（1）在一定条件下，各种形式的能都可以相互转化。（2）能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，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。这就是能量守恒定律，所有能量转化的过程，都服从能量守恒定律。【典型例题】类型一、燃料的热值和热机效率2、为节约能源，需提高热机的效率，下列措施中不能提高热机效率的是（） A尽量使燃料充分燃烧 B尽量减少热机部件

3、间的摩擦 C尽量减少废气带走的热量 D尽量增加热机的工作时间【思路点拨】在热机中，用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫热机的效率；提高热机效率的方法有：使燃料尽可能充分燃烧；减少运动部件摩擦发热的损失；减少废气带走的热量。【答案】D【解析】减少热量的损失可以提高热机的效率，所以使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失，提高效率。增加热机的工作时间，并不能减少热量的损失，所以不能提高热机的效率。类型二、能量守恒定律2、学习了“能量的转化和守恒”的知识后，同学们提出了下面的一些关于利用和开发能源的建议，其中不可行的是 （）A我国煤炭资源丰富，

4、应研究并采用如何让燃料充分燃烧，以减少热量损失的措施 B电力部门应加快进行将内能直接转化为电能的研究，以减少内能在多次转化过程中的损失 C我国应进一步开发利用江河水利资源 D随着资源的不断消耗，应研究出一种既可以不消耗或少消耗能量，又能不断对外多做功的机器【答案】D【解析】A、煤炭在燃烧的过程中，由于燃烧不够充分，导致散失的热量较多，故研究并采用如何让燃料充分燃烧，以减少热量损失的措施是必要的，此项说法正确；B、现在我国的发电主要是火力发电，故研究内能直接转化为电能，以减少内能在多次转化过程中的损失，也是非常必要的此项说法正确；C、根据我国地利特点，进一步的开发潮汐能，也是可行的此项说法正确；

5、D、能量既不会消灭，也不会产生，能量在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变；此项说法错误。一选择题（共9小题）1下列关于热现象的说法中正确的是（）A物体的温度越高所含的热量越多 B燃料的热值、比热容与燃料的质量有关 C一块0的冰熔化成0的水后，温度和内能均不变 D热量可以从内能少的物体传递到内能多的物体【分析】（1）根据热量的描述进行判断；（2）热值的大小与燃料的种类有关，比热容的大小与物质的种类和状态有关；（3）内能的大小跟质量、温度、状态有关；晶体熔化过程吸收热量，温度不变；（4）热传递的条件是两个物体之间存在温度差，热量从高温物体传给低温物体。【解答】解：A、热量不是状态量，不能说含有

6、或者具有热量，故A错误；B、热值是燃料的特性，只与燃料的种类有关，与质量无关；比热容的大小与物质的种类和状态有关，故B错误；C、一块0的冰熔化成0的水后，吸收热量，温度不变，内能增加，故C错误；D、发生热传递时，热量可以从高温物体传递到低温物体，内能大的物体温度不一定高，所以热量可以从内能少的物体传递到内能多的物体；故D正确。故选：D。【点评】本题综合考查了热传递的条件、熔化吸热、热量的概念和比热容等知识，综合性较强，易出错。2如图所示长征七号火箭使用的是液氧煤油推进剂，无毒、无污染，清洁环保。下列说法正确的是（）A运载火箭采用液氢作为推进剂的主要原因是因为它的热值大 B运载火箭在发射升空过程

7、中是动能转化为重力势能 C发射场地有大量的水池，是利用水的密度大特性 D液氧煤油的热量大【分析】（1）热值是指1千克的某种燃料完全燃烧后释放的能量，热值越大的燃料在完全燃烧相同质量的燃料时，释放出的热量越多，所以在选择火箭燃料时首先应该考虑燃料热值的大小；（2）根据影响动能和重力势能大小的因素来进行分析即可；（3）水汽化时吸收热量；（4）燃料完全燃烧放出热量的多少与燃料的质量和热值有关。【解答】解：A、火箭使用液氧煤油，原因是液氧煤油具有较高的热值，完全燃烧相同质量的液氧煤油时，可以释放出更多的热量，故A正确；B、运载火箭加速升空的过程中，卫星的质量不变，速度增大，高度增大，因此动能和重力势能

8、都增大，故B错误；C、发射塔下的大水池盛满了水，这是利用了水的比热容大的特性，升高相同的温度，带走的热量多，同时水汽化会吸收热量，故C错误；D、燃料的热值大，由于不确定燃料质量的多少，所以无法判定放出热量的多少，热量是一个过程量，不能说热量大，故D错误。故选：A。【点评】本题既考查了火箭发射过程中的能量转化和机械能变化情况，同时也考查了对燃料热值的了解，属于基础知识的考查，难度不大。3如图所示，甲、乙两图中的装置是研究不同物质的热值实验、下列说法正确的是（）A甲、乙两装置实验时，需要保持加热时间相同 B甲、乙两装置中液体升高的温度越高，燃料的热值越大 C甲、乙两装置实验时，不需要保持液体质量相

9、同 D甲、乙两装置实验时，不需要保持燃料质量相同【分析】燃料的热值大小不能直接测量，需要通过液体吸收热量的多少来体现燃料燃烧放出热量的多少，而液体吸收热量的多少跟液体的质量和升高的温度有关，因此为了比较热值大小要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小。【解答】解：研究不同物质的热值实验中，采用了控制变量法，需要控制燃料的质量相同；为了比较不同燃料的热值要用不同的燃料，应加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小，液体升高的温度越高，燃料的热值越大；实验中不需要控制燃料的加热时间相同，故B正确，

10、ACD错误。故选：B。【点评】本题考查了学生对热值概念、转换法和控制变量法的了解与掌握，分析时利用好控制变量法是解决本题的关键。4关于汽油机的效率，下列说法中正确的是（）A热机效率越高，即汽油机做的有用功越多 B单位时间内耗费的汽油越少，效率一定越高 C做相同有用功，消耗的汽油少效率越高 D汽油机的功率越大，效率越高【分析】（1）（3）热机的效率等于有用功与燃料完全燃烧释放热量的比值，由这两个因素共同决定；（2）消耗的燃料少其实就是燃料释放热量少，但热机效率还与有用功有关；（4）功率表示做功的快慢，与效率无关。【解答】解：A、热机的效率可知，热机的效率由两个因素决定，正确说法应该是热机效率高，

11、即消耗相同的燃料，热机做的有用功多，故A错误；B、热机单位时间内耗费的燃料少，如果做的有用功也非常少，那么热机效率也不一定高，故B错误；C、热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，则有用功占总功的比例越高，即效率一定越高，故C正确；D、功率是物体做功快慢的物理量，与效率是两个完全不同的概念，故D错误。故选：C。【点评】知道热机效率的公式，了解影响热机效率的影响因素是解决本题的关键。5下列说法中正确的（）A热机的功率大，热机效率一定高 B柴油机的吸气冲程将燃料和空气的混合气体进入气缸，柴油机的效率一定比汽油机效率高 C热机单位时间内消耗的燃料少，热机效率一定高 D四冲程内燃机一个工作循环中有三个冲程

12、都要靠飞轮的惯性来完成【分析】A和C、热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比.功率是表示物体做功快慢的物理量.效率与热机单位时间内消耗的燃料多少无关B、柴油机的吸气冲程是将空气吸入气缸，燃料是从喷油嘴喷入气缸；汽油机的吸气冲程是将燃料和空气的混合物吸入气缸。D、四冲程内燃机的做功冲程为主要冲程 其它三冲程为辅助冲程，靠飞轮惯性完成【解答】解：A.功率是表示物体做功快慢的物理量，热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，两者之间没有直接关系。故A错误。B.柴油机的吸气冲程是将空气吸入气缸，而燃料是从喷油嘴喷入气缸，且效率是有用功的能量与燃料完全燃烧产生的

13、能量之比，汽油机的效率是26%40%，柴油机的效率是34%45%，柴油机的效率通常比汽油机高。故B错误。C.热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，与热机单位时间内消耗的燃料多少无关。故C错误。D.四冲程内燃机的一个工作循环中吸气冲程、压缩冲程、排气冲程都是靠飞轮的惯性来完成的。故D正确。故选：D。【点评】此题考查热机的效率问题，分别从不同方面考查了影响热机效率的因素，也涉及到四冲程内燃机的工作循环，是一道考查较全面的题目。6两台汽油机，甲的效率比乙的效率高，其意义是（）A甲的功率比乙的大 B甲消耗的汽油比乙的少 C在消耗相同的汽油时，甲输出的功率比乙的大 D在消耗相同的

14、汽油时，甲做的有用功比乙的多【分析】热机的效率等于有用功与燃料完全燃烧放出的热量之比，即，热机的效率与功率大小无关。【解答】解：A、甲的效率比乙的效率高，与甲乙的功率大小无关，故A错误。B、甲的效率比乙的效率高，说明在做同样多的有用功时，甲消耗汽油少，故B错误。C、甲的效率比乙的效率高，说明在消耗相同的汽油时，甲做的有用功多，故C错误。D、甲的效率比乙的效率高，说明在消耗相同的汽油时，甲做的有用功比乙的多，故D正确。故选：D。【点评】深入理解热机效率的定义和公式，可解答此题。7一台汽油机飞轮转速为2400r/min，则每秒对外做功的次数为（）A10次 B20次 C30次 D40次【分析】四冲程

15、内燃机曲轴转一圈，完成2个冲程，活塞往复1次，1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次。【解答】解：四冲程汽油机的飞轮转速为2400r/min，则该飞轮每秒钟转40圈，既完成80个冲程。因为一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，所以飞轮转40圈，共20个工作循环，对外做功20次。故选：B。【点评】此题考查了内燃机的相关知识，应充分理解掌握冲程、做功、转和工作循环之间的关系，是一道典型的题目。8某单缸汽油机的飞轮转速是1800r/min，则每秒钟该汽油机完成（）A60个工作冲程，做功15次 B30个工作冲程，做功15次 C30个工作冲程，做功30次 D60个工作冲程，做功30次【分

16、析】四冲程内燃机完成1个工作循环，完成4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴和飞轮转2圈，并对外做功1次。【解答】解：飞轮转速是1800r/min30r/s，即每秒钟转30r，因为飞轮转2r，对外做功1次，完成4个冲程，所以，飞轮转30r，对外做功15次，完成60个冲程；故选：A。【点评】本题考查热机知识，要求灵活运用所学知识，解释实际问题，体现了新课标的要求，属于中考热点题目。9现代汽车的发动机一般都是四冲程内燃机，若四个冲程如图所示，若飞轮的转速为3000r/min。则从吸气冲程到排气冲程的排序和1s内对外做功的次数正确的是（）AACBD 25次 BCBAD 25次 CCADB 50次 DCAD

17、B 25次【分析】（1）四冲程内燃机一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，根据两个气门的开关、活塞的运动方向可以确定每个冲程，从而排列出正确的顺序。（2）热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周，根据这个比例关系可以求出答案。【解答】解：（1）A、进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程；B、气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，内能转化成机械能；C、气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，机械能转化成内能；D、排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程。则从吸气冲程到排气冲程的顺序是ACBD；（2

18、）飞轮转速是3000r/min50r/s，表示每秒飞轮转动50圈，而每2圈4个冲程，所以1s内完成100个冲程，对外做功25次。故选：A。【点评】本题考查了内燃机的四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程的判断，同时也考查学生对热机转速的掌握，记住相关的数据大小，会根据转速进行相关计算是解决该题的关键。二填空题（共6小题）10“西气东输”工程已全线竣工，输送的燃料为天然气，这是利用了天然气热值较大的特性。【分析】热值是单位质量的某种燃料完全燃烧时放出的热量；在其它条件相同时，热值大的燃料燃烧时放出的热量多，结合天然气和其它燃料的热值大小分析。【解答】解：天然气的热值大，相同质量的天然气

19、与其它燃料相比较，天然气燃烧时放出的热量多，所以选择使用天然气；故答案为：热值。【点评】本题主要考查了学生对热值特性的掌握和运用，难度不大。11汽油的热值是4.6107J/kg，它的物理意义是质量为1kg的汽油完全燃烧时放出的热量是4.6107J，汽油的比热容是2.2103J/（kg）的物理意义是1kg汽油升高或降低1吸收或放出的热量是2.2103J。汽油用掉一半后，剩余汽油的热值为4.6107J/kg。【分析】燃料的热值是物质本身固有的一种性质，只与燃料的种类有关，与物质的质量无关；比热容是单位质量的某种物质温度升高1所吸收的热量。【解答】解：汽油的热值是4.6107J/kg，其物理意义是：

20、质量为1kg的汽油完全燃烧时放出的热量是4.6107J；热值是燃料的特性，不随物质的量而变化，若汽油燃烧一半，则剩余汽油的热值仍为4.6107J/kg；水的比热容是2.2103J/（kg），表示的物理意义是1kg汽油升高或降低1吸收或放出的热量是2.2103J。故答案为：质量为1kg的汽油完全燃烧时放出的热量是4.6107J；1kg汽油温度升高或降低1吸收或放出的热量是2.2103J；4.6107J/kg。【点评】本题考查了比热容、热值的物理意义、特性，是一道基础题，掌握基础知识即可正确解题。12现代生活离不开汽车，某辆行驶的小轿车，其正常工作时的能量转化情况如图1所示，若输入的化学能为200

21、0J，输出的有用能量是动能为300J，则小轿车正常工作时的效率为15%；如图2甲、乙是汽油机两个冲程的示意图，其中乙图中的冲程为汽车提供了动力；汽油机在吸气冲程吸入气缸的是汽油和空气（选填“空气”或“汽油和空气”）；表中给出了发动机的相关数据，在汽车行驶过程中，油箱内汽油越来越少，则汽油的热值不变（选填“变小”“不变”或“变大”）；在1s内汽油机对外做了20次功。1min内完成的工作循环数2400次汽油的热值4.6107J/kg【分析】根据求出效率的大小；为汽车提供动力的冲程是做功冲程；在吸气冲程中汽油机吸入的是汽油和空气的混合物；热值的大小只与燃料的种类有关；汽油机完成一个工作循环，要经过4

22、个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周。【解答】解：输入的化学能为2000J，输出的有用能量是动能为300J，则效率为：15%；由图可知，甲图中两个气门都关闭，活塞上行，为压缩冲程，图乙中，两个气门关闭，活塞下行，为做功冲程，为汽车提供动力的冲程是做功冲程，故图乙是正确的；在吸气冲程中汽油机吸入的是汽油和空气的混合物；在汽车行驶过程中，油箱内汽油越来越少，汽油的种类不变，则汽油的热值不变；汽油机飞轮转速是2400r/min40r/s，每秒钟飞轮转动40圈，完成20个工作循环，对外做功20次。故答案为：15%；乙；汽油和空气；不变；20。【点评】本题是关于内燃机的综合题目，能否知道

23、汽油机和柴油机的区别、四个冲程的特点及压缩和做功冲程的特点是解决此类问题的关键。13某物理小组的同学在社会实践活动中，通过实际调查和网上查阅，绘制了一辆某种普通型号轿车在额定功率下行驶时单位时间内的能量流向图，请你参与讨论有关问题。（1）根据图中的能量流向，说明该轿车行驶时有哪几方面能量损耗。四个方面：摩擦损耗、散热损耗、废气损耗、燃料损耗（蒸发）。（2）若将机器转化为有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”，由图中提供的数据可得，该轿车的能量转化效率为12.7%。（精确至0.1%）【分析】（1）有用功是指某一物理过程中不得不做的功，从流程图上看能量损耗为有用功之外的损耗。（

24、2）机器转化有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”，根据定义和图解计算出能量转化率。【解答】解：（1）从能量流程图上可以读出，有用功之外的能量损耗为四个方面：摩擦损耗、散热损耗、废气损耗、燃料损耗（蒸发）。（2）轿车的能量转化效率为100%100%12.7%。故答案为：（1）摩擦损耗、散热损耗、废气损耗、燃料损耗（蒸发）；（2）12.7%。【点评】本题考查了热机的能量转化及热机效率的计算，能够从流程图上获得有用的信息是解题的关键。14对于老司机，全凭多年的感觉就能判断出汽车转速大概是多少.网上说汽车按一般速度行驶时，转速每分钟20002500转最省油，某单缸四冲程汽油机转速

25、为2400r/min，则该车每1秒钟做功20次。汽车发动机工作时的温度高，最高温度超过2000，如果得不到有效冷却，将影响其正常工作.为此，常使用水冷式冷却系统对汽车发动机降温，水冷的原理：是通过流动的冷却液包裹缸套和缸头，通过热传递（选填“做功”或“热传递”）使发动机内能减少，温度降低。冷却液的特点是比热容大、凝固点低。【分析】（1）在四冲程内，汽油机曲轴转一圈，完成2个冲程，1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次；（2）改变物体内能的方式有做功和热传递；（2）冷却液的比热容大，质量相同的冷却液和其它物质相比，升高相同的温度，吸收的热量多。【解答】解：单缸四冲程汽油机转速为2400r/mi

26、n，则每秒内转过40r，两圈对外做一次功，则该车每1秒钟做功20次；水冷的原理是冷却液从缸套和缸头吸收热量，使缸套和缸头的温度降低，是通过热传递使发动机内能减少，温度降低；冷却液的特点是比热容大，升高相同的温度，吸收较多的热量。故答案为：20；热传递；大。【点评】此题考查了水的比热容最大的应用、改变内能方式的理解，注重了物理和生活的联系，属于热学基础知识的考查，比较简单。15某单缸四冲程内燃机，在1min内曲轴转动2400圈，做功冲程推动活塞一次做功1500J，该内燃机工作时的功率是3104W。【分析】在1min内曲轴转动2400圈，则做功1200次，知道做功冲程推动活塞一次做功大小，可求1m

27、in内燃机对外所做的功；利用P求出功率；【解答】解：由于在1min内曲轴转动2400圈，则内燃机对外做功1200次，对活塞做的功：W1500J12001.8106J；对活塞做功的功率：P3104W；故答案为：3104。【点评】本题主要考查了学生对内燃机的四冲程中做功次数与飞轮转数之间的关系、功率计算公式的理解和掌握，关键要搞清一个工作循环包括四个冲程，飞轮转两周，对外做功一次。三计算题（共3小题）16据新华社报道，2020年4月8日，中国新疆塔里木盆地传来振奋人心的消息：人们新发现了储量达到2.28亿吨的石油，如图所示。这一发现进一步证实了塔里木盆地下方富含石油！石油燃烧时能释放出巨大的能量。

28、已知c水4.2103J/（kg），q石油按4.4107J/kg计算求：（1）200g石油完全燃烧放出的热量多少J？（2）若这些热量的42%被水吸收，可以使多少kg的水的温度升高40？【分析】（1）根据Q放mq求出200g的石油完全燃烧放出的热量。（3）由题知，Q吸Q放计算出水吸收的热量，根据Q吸cmt的变形式求出水的质量。【解答】解：（1）石油的质量：m200g0.2kg，石油完全燃烧放出的热量：Q放 mq0.2kg4.4107J/kg8.8106J；（2）若这些热量的42%被水吸收，则有：Q吸42%Q放42%8.8106J3.696106J；由Q吸cmt可得：m水22kg。答：（1）200g

29、石油完全燃烧放出的热量8.8106J（2）若这些热量的42%被水吸收，可以使22kg的水的温度升高40。【点评】本题考查了学生对燃料完全燃烧放热公式、吸热公式的掌握和运用，因条件已给出，难度不大。17某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30cm2，气缸容积为150mL；满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0105Pa，飞轮1min转动1800r/min，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），若1min消耗汽油10g，汽油的热值为4.6107J/kg，求：（1）一个做功冲程中燃气对活塞做的功；（2）该汽油机的效率；（3）若燃气对活塞的平均压强为p，设活塞的面积为S，冲程长为L，气缸工作容积（单缸排

30、量）为V，如图所示，请推导出一个做功冲程燃气对活塞做的功WpV。【分析】（1）知道燃气的平均压强和活塞的面积，根据p求出做功冲程中燃气对活塞的平均压力，知道气缸容积和汽缸活塞面积根据VSh算出活塞运动距离，根据WFs求出一个做功冲程燃气对活塞做的功。（2）飞轮（曲轴）每转两圈对外做功一次，计算出飞轮转动1800周对外做功的次数，已经计算出一个做功冲程燃气对活塞做的功，从而可以计算出燃气对活塞做的总功，又知道1min消耗汽油的质量，根据Q放mq求出汽油完全燃烧释放的热量，根据100%求出该汽油机的效率；（3）在做功冲程里燃气对活塞的压强和活塞的面积，利用p求出活塞受到的压力，又知道活塞移动的距离（冲程长），利用功的公式WFs求每个做功冲程燃气做功。【解答】解：（1）满负荷工作时做功冲程燃气的平均压力为：FpS9.0105Pa30104m22700N，气缸工容积为V150mL150cm3则活塞运动距离为：L5cm0.05m，则一个做功冲程中燃气对活塞做的功为WFL2700N0.05m135J；（2）因飞轮每转两圈对外做功一次，所以飞轮1min转动1800周，做功900次，则燃气对活塞做的总功为：W总W900135J9001.215105J，1mi