第十四章 内能的利用
（考试时间：60分钟 满分：60分）
一、选择题（本大题共10个小题，每小题2分，共20分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题意）
1.如图所示，先用绳子把一个铁锁悬挂起来，将铁锁拉到自己的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去。铁锁在来回摆动过程中( B )
A．机械能保持不变
B．机械能不断减小
C．内能转化为机械能
D．不符合能量守恒定律
2.研究了内燃机，小帅发现内燃机的效率大多不高，他设想了几种提高热机效率的方法，你认为其中可行的是( A )
A．及时更换润滑油，保养内燃机 B．提高热机的功率
C．选择热值更高的燃料 D．延长热机工作时间
3.关于四冲程汽油机的压缩冲程，下列说法不正确的是( D )
A．气缸里面的气体质量不变
B．气缸里面的气体压强增大
C．气缸里面的气体温度升高
D．气缸里面气体的内能转化为活塞的机械能
在压缩冲程中由于进气门和排气门都关闭，故气缸里面的气体质量不变，A正确；由于压缩时对气缸里面的气体做功，气体体积减小，压强增大，温度升高，B、C正确；压缩冲程中是将活塞的机械能转化为气体的内能，D错误。
4.甲、乙两台柴油机，甲的效率低于乙的效率，意义是( C )
A．甲的功率大于乙的功率
B．甲消耗的燃料多于乙消耗的燃料
C．乙将燃料燃烧放出的能变成有用功的能的比例比甲大
D．工作相同时间甲消耗的燃料一定比乙少
功率是表示物体做功快慢的物理量，与热机的效率是两个完全不同的概念，A错误；虽然甲的效率比乙低，但在不清楚两台柴油机做功多少的情况下，无法确定谁消耗的燃料多，B错误；甲柴油机的效率比乙柴油机的效率低，说明乙柴油机用来做有用功的能量占总能量的百分比大，C正确；相同时间内消耗燃料的多少与功率有关，与效率无关，D错误。
5.瓦特根据水蒸气顶起壶盖的现象，改良了蒸汽机，以下与顶起壶盖过程能量转化方式相同的是( B )
水蒸气顶起壶盖，水蒸气将内能转化为壶盖的机械能。A图中两气阀关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，此过程中将机械能转化为内能，故A不符合题意；B图中两气阀关闭，活塞向下运动，是做功冲程，此过程中将内能转化为机械能，故B符合题意；C图中吸气阀开启，排气阀关闭，活塞向上运动，是吸气冲程，没有能量转化，故C不符合题意；D图中吸气阀关闭，排气阀开启，活塞向下运动，是排气冲程，没有能量转化，故D不符合题意。故选B。
6.人类需要的能量，很大一部分来自燃料。热值是一个很重要的衡量燃料好坏的指标，下列关于热值的说法正确的是( D )
A．燃料燃烧越充分，热值就越大
B．燃料的热值越大，放出的热量越多
C．燃料不同，热值一定不同
D．燃料的热值，和其放出的热量无关
7.2024年5月，我国首款百公斤级车载液氢系统“赛道1 000”研制成功，可助力氢能重卡突破1 000公里续驶里程，这是我国将液氢应用于交通运输领域的重大技术突破（q氢＝1.4×108 J/kg）。下列说法正确的是( C )
A．氢能不属于清洁能源
B．用液氢作燃料是因为液氢含有的热量多
C．完全燃烧100 kg的液氢能释放1.4×1010 J的热量
D．氢能重卡的热机效率可高达100%
氢能属于清洁能源，故A错误；火箭使用液态氢作燃料，是因为它的热值大，热量是个过程量不能含有，故B错误；100 kg氢气完全燃烧放出的热量：Q放＝mq＝100 kg×1.4×108 J/kg＝1.4×1010 J，故C正确；氢能重卡工作过程中总是存在热量的损失，发动机的效率永远小于100%，故D错误。
8.如图所示是中国第一款完全自主研发、自主品牌赛车——渝安F5公路跑车，汽油机正常行驶时飞轮的转速是240 r/min，此时汽油机每秒钟( D )
A.完成8个冲程，对外做功4次
B．完成16个冲程，对外做功8次
C．转8 r，对外做功4次
D．转4 r，对外做功2次
汽油机飞轮的转速是240 r/min，即汽油机每秒钟飞轮转动4 r，所以汽油机每秒钟完成8个冲程，对外做功2次。
9.公路运输主要优点是灵活性强，公路建设期短，投资较低。但其缺点突出表现在消耗能量多，易污染环境。如图所示是一辆柴油机集装箱卡车，柴油机里的柴油完全燃烧放出7.5×108 J的热量，但损失了4.5×108 J的热量，则它的热机效率是( B )
A．30% B．40%
C．48% D．60%
有效利用的能量Q有用＝7.5×108 J－4.5×108 J＝3×108 J，柴油机的效率为η＝×100%＝×100%＝40%。
10.下列说法正确的是( C )
A．热值大的燃料完全燃烧，放出的热量一定多
B．物体的温度不变，它的内能一定不变
C．物体的内能增加，可能是从外界吸收了热量
D．热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递
A.燃料燃烧放出热量的多少，与燃料的热值、质量和燃烧程度有关，故A错误；B.晶体熔化时，物体不断吸热，其内能增大，但是温度保持不变，故B错误；C.物体的内能增加，可能是从外界吸收了热量，也可能外界对物体做了功，故C正确；D.热量是从高温物体向低温物体传递的或者从物体的高温部分传向低温部分，内能大的物体温度不一定高，故D错误。
二、非选择题（本大题共10小题，共40分）
11.（2分）如图所示，用活塞式打气筒为自行车轮胎打气的过程中，会发现气筒的上部筒壁只是略有发热，而气筒的下部筒壁，特别是底部附近筒壁的温度较高，甚至烫手。对于筒壁发热现象，有两个方面的原因：
a．打气时活塞压缩气体做功使气体的内能增加，升温的气体通过热传递使筒壁温度升高；
b.打气过程中活塞与筒壁之间不断地摩擦生热使筒壁的内能增加、温度升高。
但这两个使筒壁发热的原因中有一个是主要原因。
根据上述筒壁发热现象的描述：
(1)你猜想 a （选填“a”或“b”）是主要原因；
(2)你猜想的依据是 见解析 。
(1)猜想：a是主要原因；(2)因为摩擦产生的热是传给整个筒壁，气筒的筒壁各部分温度接近。压缩空气做功，使空气的内能增加、温度升高，将热传给筒壁，使气筒下部筒壁温度较高。
12.（2分）内燃机的四个冲程中， 压缩 冲程把机械能转化为内能， 做功 冲程把内能转化为机械能。
13.（2分）火箭发射的场景如图所示，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的 热值 大；火箭发射升空时，燃料的化学能转化为 内 能，再转化为火箭的机械能。
14.（2分）如图所示是四冲程汽油机工作时的 压缩 冲程，此过程中通过做功方式使气缸内燃料混合物的内能增大，若其工作时，曲轴转速为1 200 r/min，此汽油机1 s内完成 10 个排气冲程。
15.（2分）某型号汽车发动机的能量流向图如图所示，该发动机完全燃烧0.2 kg的汽油能够获得 9.2×106 J的能量，这些能量能产生 2.76×106 J的有用功。（汽油的热值为4.6×107 J/kg）
16.（5分）探究热机的基本工作原理如图所示。
(1)在这个实验中，酒精燃烧放出的热量，通过 热传递 将一部分能量转移给水，燃料的化学能转化为水的 内 能；
(2)水沸腾产生大量的水蒸气，水蒸气膨胀对软木塞 做功 ，把塞子冲出去，水蒸气的 内 能转化为塞子的 机械 能。
(1)用酒精灯加热的过程中，酒精的化学能转化为内能，这些内能传递给试管中的水，使得水的内能增加，即通过热传递将一部分能量转移给水。(2)水沸腾后产生大量的水蒸气，试管内的气体压强增大，大于外界的大气压，水蒸气就会将软木塞冲出，即对软木塞做功，在此过程中将水蒸气的内能转化为塞子的机械能。
17.（6分）小明同学学习了燃料的热值后，考虑到燃料燃烧放出的热量会被水吸收，而水的比热容已知，就设计了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小关系。他组装了如图所示的装置进行实验，记录结果如下表：
燃料 ① 燃料燃尽后的水温/℃
煤油 25 44
菜籽油 25 34
(1)取质量 相等 （选填“相等”或“不相等”）的煤油和菜籽油做燃料，制成煤油灯和菜籽油灯；
(2)安装实验器材时，应按照 自下而上 （选填“自下而上”或“自上而下”）的顺序安装，为了保证实验结论的可靠性，小明同学应该选择两套完全相同的装置，在实验中还应控制两杯水的初温和 质量 相等；
(3)记录数据的表格中，第二列中①的内容是 加热前的水温/℃ ；
(4)分析得出：煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是 煤油 ；
(5)小明同学实验前用天平测出了烧杯中水的质量m及煤油灯中煤油的质量m油，记录了数据，利用公式Q吸＝cmΔt计算出了水吸收的热量，进而用公式q＝算出煤油的热值，你认为他算出来的热值会比真实值 小 （选填“大”“小”或“一样”）。
18.（7分）小明利用如图装置，进行以下实验。
实验一：“探究不同物质吸热升温的现象”；
实验二：“比较质量相等的不同燃料燃烧放出的热量”。
(1)实验一，甲、乙虚线中应选择的器材是 B （选填“A”或“B”）和 C （选填“C”或“D”），物质吸收热量的多少通过 加热时间 来反映。小明设计了两个方案比较不同物质吸热升温的性质，方案一：加热相同时间，比较升高的温度；方案二：升高相同的温度，比较加热的时间。你认为 两方案都 （选填“方案一”“方案二”或“两方案都”）可行；
(2)实验二，正确选择实验器材，实验前，应控制烧杯中被加热物质 质量 （选填“质量”或“体积”）相同，若实验过程中燃料还未燃尽时，某一烧杯内水就沸腾了，此时小明立即在该烧杯中添加了少量水继续实验，直至燃料燃尽后测量水温；这样操作是否可行？ 不可行 ，理由是 没有控制两个烧杯中水的质量相等 。
19.（6分）设计汽车发动机时，既要考虑能量的利用效率，也要考虑发动机的冷却问题。某单缸四冲程汽油机在工作时为了防止温度过高，用水的循环来降低发动机温度。实验测得行驶时该发动机消耗了0.03 kg的汽油，能克服阻力做功为5×105 J，冷却系统中5 kg的水升高了40 ℃（q汽油＝5×107 J/kg）。求：
(1)求制冷却系统中的水所吸收的热量；
(2)汽油完全燃烧放出的热量；
(3)该汽油机此次工作的效率约为多少？
(1)水吸收的热量为：Q吸＝c水m水Δt＝4.2×103 J/(kg·℃)×5 kg×40 ℃＝8.4×105 J；
(2)汽油完全燃烧释放出的热量为：Q放＝m汽油q汽油＝0.03 kg×5×107 J/kg＝1.5×106 J；
(3)发动机做的有用功为：W有用＝5×105 J；
发动机的效率为：η＝×100%＝×100%≈33.3%。
答：(1)制冷水所吸收的热量是8.4×105 J；
(2)汽油完全燃烧放出的热量是1.5×106 J；
(3)该汽油机此次工作的效率约为33.3%。
20.（6分）2024年3月1日起山东省内免征氢能源汽车高速路通行费，再一次将氢能源汽车推向风口浪尖。2022年3月，国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021－2035年）》，明确氢能是未来国家能源体系的重要组成部分。氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点。2022年北京冬奥会示范运行超1 000辆氢能源汽车，配备30多个加氢站，车型包括氢燃料电池大巴、氢燃料电池小轿车、氢燃料电池特种车等。某氢燃料大巴车以140 kW的恒定功率匀速行驶300 s，燃烧0.6 kg氢燃料，求：
(1)质量为0.6 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量；
(2)若这些热量的50%被质量为400 kg、温度为15 ℃的水吸收，能使水的温度升高多少；
(3)该段时间内，氢燃料电池大巴车的能量转化效率。［c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q氢＝1.4×108 J/kg］
(1)质量为0.6 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量：
Q放＝m氢q氢＝0.6 kg×1.4×108 J/kg＝8.4×107 J；
(2)根据题意，水吸收的热量：
Q吸＝ηQ放＝50%×8.4×107 J＝4.2×107 J，
由Q吸＝cmΔt可知，水升高的温度：
Δt＝＝＝25 ℃；
(3)由P＝可知，氢燃料电池大巴所做的功：
W＝Pt＝140×103 W×300 s＝4.2×107 J；
氢燃料电池大巴车的能量转化效率：
η＝×100%＝×100%＝50%。
答：(1)质量为0.6 kg的氢燃料完全燃烧放出8.4×107 J的热量；
(2)若这些热量的50%被质量为400 kg、温度为15 ℃的水吸收，能使水的温度升高25 ℃；
(3)该段时间内，氢燃料电池大巴车的能量转化效率为50%。第十四章 内能的利用
（考试时间：60分钟 满分：60分）
一、选择题（本大题共10个小题，每小题2分，共20分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题意）
1.如图所示，先用绳子把一个铁锁悬挂起来，将铁锁拉到自己的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去。铁锁在来回摆动过程中( )
A．机械能保持不变
B．机械能不断减小
C．内能转化为机械能
D．不符合能量守恒定律
2.研究了内燃机，小帅发现内燃机的效率大多不高，他设想了几种提高热机效率的方法，你认为其中可行的是( )
A．及时更换润滑油，保养内燃机 B．提高热机的功率
C．选择热值更高的燃料 D．延长热机工作时间
3.关于四冲程汽油机的压缩冲程，下列说法不正确的是( )
A．气缸里面的气体质量不变
B．气缸里面的气体压强增大
C．气缸里面的气体温度升高
D．气缸里面气体的内能转化为活塞的机械能
4.甲、乙两台柴油机，甲的效率低于乙的效率，意义是( )
A．甲的功率大于乙的功率
B．甲消耗的燃料多于乙消耗的燃料
C．乙将燃料燃烧放出的能变成有用功的能的比例比甲大
D．工作相同时间甲消耗的燃料一定比乙少
5.瓦特根据水蒸气顶起壶盖的现象，改良了蒸汽机，以下与顶起壶盖过程能量转化方式相同的是( )
6.人类需要的能量，很大一部分来自燃料。热值是一个很重要的衡量燃料好坏的指标，下列关于热值的说法正确的是( )
A．燃料燃烧越充分，热值就越大
B．燃料的热值越大，放出的热量越多
C．燃料不同，热值一定不同
D．燃料的热值，和其放出的热量无关
7.2024年5月，我国首款百公斤级车载液氢系统“赛道1 000”研制成功，可助力氢能重卡突破1 000公里续驶里程，这是我国将液氢应用于交通运输领域的重大技术突破（q氢＝1.4×108 J/kg）。下列说法正确的是( )
A．氢能不属于清洁能源
B．用液氢作燃料是因为液氢含有的热量多
C．完全燃烧100 kg的液氢能释放1.4×1010 J的热量
D．氢能重卡的热机效率可高达100%
8.如图所示是中国第一款完全自主研发、自主品牌赛车——渝安F5公路跑车，汽油机正常行驶时飞轮的转速是240 r/min，此时汽油机每秒钟( )
A.完成8个冲程，对外做功4次
B．完成16个冲程，对外做功8次
C．转8 r，对外做功4次
D．转4 r，对外做功2次
9.公路运输主要优点是灵活性强，公路建设期短，投资较低。但其缺点突出表现在消耗能量多，易污染环境。如图所示是一辆柴油机集装箱卡车，柴油机里的柴油完全燃烧放出7.5×108 J的热量，但损失了4.5×108 J的热量，则它的热机效率是( )
A．30% B．40%
C．48% D．60%
10.下列说法正确的是( )
A．热值大的燃料完全燃烧，放出的热量一定多
B．物体的温度不变，它的内能一定不变
C．物体的内能增加，可能是从外界吸收了热量
D．热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递
二、非选择题（本大题共10小题，共40分）
11.（2分）如图所示，用活塞式打气筒为自行车轮胎打气的过程中，会发现气筒的上部筒壁只是略有发热，而气筒的下部筒壁，特别是底部附近筒壁的温度较高，甚至烫手。对于筒壁发热现象，有两个方面的原因：
a．打气时活塞压缩气体做功使气体的内能增加，升温的气体通过热传递使筒壁温度升高；
b.打气过程中活塞与筒壁之间不断地摩擦生热使筒壁的内能增加、温度升高。
但这两个使筒壁发热的原因中有一个是主要原因。
根据上述筒壁发热现象的描述：
(1)你猜想 （选填“a”或“b”）是主要原因；
(2)你猜想的依据是 。
12.（2分）内燃机的四个冲程中， 冲程把机械能转化为内能， 冲程把内能转化为机械能。
13.（2分）火箭发射的场景如图所示，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的 大；火箭发射升空时，燃料的化学能转化为 能，再转化为火箭的机械能。
14.（2分）如图所示是四冲程汽油机工作时的 冲程，此过程中通过做功方式使气缸内燃料混合物的内能增大，若其工作时，曲轴转速为1 200 r/min，此汽油机1 s内完成 个排气冲程。
15.（2分）某型号汽车发动机的能量流向图如图所示，该发动机完全燃烧0.2 kg的汽油能够获得 J的能量，这些能量能产生 J的有用功。（汽油的热值为4.6×107 J/kg）
16.（5分）探究热机的基本工作原理如图所示。
(1)在这个实验中，酒精燃烧放出的热量，通过 将一部分能量转移给水，燃料的化学能转化为水的 能；
(2)水沸腾产生大量的水蒸气，水蒸气膨胀对软木塞 ，把塞子冲出去，水蒸气的 能转化为塞子的 能。
17.（6分）小明同学学习了燃料的热值后，考虑到燃料燃烧放出的热量会被水吸收，而水的比热容已知，就设计了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小关系。他组装了如图所示的装置进行实验，记录结果如下表：
燃料 ① 燃料燃尽后的水温/℃
煤油 25 44
菜籽油 25 34
(1)取质量 （选填“相等”或“不相等”）的煤油和菜籽油做燃料，制成煤油灯和菜籽油灯；
(2)安装实验器材时，应按照 （选填“自下而上”或“自上而下”）的顺序安装，为了保证实验结论的可靠性，小明同学应该选择两套完全相同的装置，在实验中还应控制两杯水的初温和 相等；
(3)记录数据的表格中，第二列中①的内容是 ；
(4)分析得出：煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是 ；
(5)小明同学实验前用天平测出了烧杯中水的质量m及煤油灯中煤油的质量m油，记录了数据，利用公式Q吸＝cmΔt计算出了水吸收的热量，进而用公式q＝算出煤油的热值，你认为他算出来的热值会比真实值 （选填“大”“小”或“一样”）。
18.（7分）小明利用如图装置，进行以下实验。
实验一：“探究不同物质吸热升温的现象”；
实验二：“比较质量相等的不同燃料燃烧放出的热量”。
(1)实验一，甲、乙虚线中应选择的器材是 （选填“A”或“B”）和 （选填“C”或“D”），物质吸收热量的多少通过 来反映。小明设计了两个方案比较不同物质吸热升温的性质，方案一：加热相同时间，比较升高的温度；方案二：升高相同的温度，比较加热的时间。你认为 （选填“方案一”“方案二”或“两方案都”）可行；
(2)实验二，正确选择实验器材，实验前，应控制烧杯中被加热物质 （选填“质量”或“体积”）相同，若实验过程中燃料还未燃尽时，某一烧杯内水就沸腾了，此时小明立即在该烧杯中添加了少量水继续实验，直至燃料燃尽后测量水温；这样操作是否可行？ ，理由是 。
19.（6分）设计汽车发动机时，既要考虑能量的利用效率，也要考虑发动机的冷却问题。某单缸四冲程汽油机在工作时为了防止温度过高，用水的循环来降低发动机温度。实验测得行驶时该发动机消耗了0.03 kg的汽油，能克服阻力做功为5×105 J，冷却系统中5 kg的水升高了40 ℃（q汽油＝5×107 J/kg）。求：
(1)求制冷却系统中的水所吸收的热量；
(2)汽油完全燃烧放出的热量；
(3)该汽油机此次工作的效率约为多少？
20.（6分）2024年3月1日起山东省内免征氢能源汽车高速路通行费，再一次将氢能源汽车推向风口浪尖。2022年3月，国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021－2035年）》，明确氢能是未来国家能源体系的重要组成部分。氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点。2022年北京冬奥会示范运行超1 000辆氢能源汽车，配备30多个加氢站，车型包括氢燃料电池大巴、氢燃料电池小轿车、氢燃料电池特种车等。某氢燃料大巴车以140 kW的恒定功率匀速行驶300 s，燃烧0.6 kg氢燃料，求：
(1)质量为0.6 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量；
(2)若这些热量的50%被质量为400 kg、温度为15 ℃的水吸收，能使水的温度升高多少；
(3)该段时间内，氢燃料电池大巴车的能量转化效率。［c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q氢＝1.4×108 J/kg］
