《第2节 热机的效率》同步练习
一、基础巩固
知识点1 燃料的热值
1. 木柴、焦炭、木炭都是常用的燃料,取不同质量的这些燃料进行完全燃烧,得到了下表所示数据:
(1)从表中的数据可以得到,相同质量的不同燃料,它们完全燃烧所释放的热量是 的;对于同一种燃料,质量越大,完全燃烧所释放的热量越 .
(2)从表中的数据还可以看出,对于同一种燃料, 和 的比值是不变的,这个不变的比值,反映了燃料本身的一种性质,物理学中把它称之为 .
2. 我们每天都会产生大量的垃圾,合理分类和利用垃圾是我们面临的一个重大课题.某垃圾处理厂处理垃圾时提炼出了200 kg燃料油,燃料油的热值为4.0×107 J/kg,其物理意义是 ,将这些燃料油的一半完全燃烧,放出的热量为 J,燃料油燃烧时将化学能转化为 能,剩余燃料油的热值为 J/kg.
3. 若2022北京冬奥会短道速滑男子1 000 m冠军任子威在某次速滑训练中身体消耗的能量为6.24×105 J,这些能量相当于完全燃烧16 g的脂肪放出的热量,则脂肪的热值为
J/kg.
知识点2 热机的效率
4. 关于热机的效率,下列说法正确的是 ( )
A.热机做的有用功越多,效率一定越高
B.热机消耗的燃料越少,效率一定越高
C.热机做一定的有用功,消耗的燃料越少,效率一定越高
D.热机做功越快,效率一定越高
5. “涡轮增压”是目前在各种汽油机和柴油机中被广泛采用的一项节能、提高热机功率的技术.它是利用热机排出的废气带动涡轮旋转,先将新鲜空气压缩后再送入内燃机的进气口.这样做的好处是 (填“增加”或“减少”)排出废气所带走的能量, (填“提高”或“降低”)内燃机的效率.
6. 某家庭需要将50 kg、20 ℃的水加热到60 ℃作为生活用水,利用煤气灶烧水,需燃烧0.8 kg煤气.已知煤气的热值q=4.2×107 J/kg,水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃).求:
(1)50 kg、20 ℃的水加热到60 ℃需吸收的热量.
(2)完全燃烧0.8 kg煤气放出的热量.
(3)煤气灶烧水的效率.
二、能力提升
1. 中国的货运飞船天舟一号是从海南文昌航天发射中心,由长征七号遥二运载火箭发射升空的,火箭燃料中有液态氢,液态氢常作为燃料,是因为液态氢有 ( )
A.较多的热量
B.较大的密度
C.较大的比热容
D.较大的热值
2. 下列关于热值和热机效率的描述,正确的是 ( )
A.使燃料燃烧更充分,可以增大热值
B.使燃料燃烧更充分,可以提高热机效率
C.燃料燃烧释放的热量越多,热值越大
D.热值和热机效率都是定值,与外界条件无关
3. 干木柴、焦炭、无烟煤的热值如图所示,以下说法不正确的是 ( )
A.都是完全燃烧的情况下,无烟煤放出的热量最多
B.都完全燃烧1 kg,干木柴放出的热量最少
C.焦炭的热值是3×107 J/kg,完全燃烧2 kg焦炭放出的热量是6×107 J
D.焦炭的热值是3×107 J/kg,0.5 kg焦炭的热值也为3×107 J/kg
4. 一台柴油机中的燃料完全燃烧放出了8×107 J的热量,共计损失了4.8×107 J能量,下列说法错误的是 ( )
A.该柴油机的效率为40%
B.用来做有用功的能量为3.2×107 J
C.通过科技进步,在未来可以实现能量零损失
D.减少机械间的摩擦可以提高热机效率
5. 为比较酒精和碎纸片这两种燃料的热值,小明采用如图所示的装置进行实验:他将一定质量的酒精和碎纸片分别放入两个燃烧皿中,点燃它们,分别给装有初温相同、质量均为200 g水的两个相同烧杯加热,直至酒精和碎纸片完全燃烧.
(1)小明设计了一张记录实验数据的表格,其中有一个栏目漏写了,请你在表格中横线上帮他补充完整.
(2)某次实验中,用酒精和碎纸片加热后的水温变化分别是40 ℃和18 ℃,这表明了本次实验中相同质量的酒精放出的热量 (填“大于”或“小于”)碎纸片放出的热量.
(3)实验后,聪明的小明利用公式Q=cmΔt算出了a图中水吸收的热量,然后根据Q吸=Q放
这一关系式,又算出了酒精的热值,结果他发现测出的值比书上给出的酒精的热值要 (填“大”或“小”)很多,这是因为 ,你认为本实验装置 (填“能”或“不能”)用来准确测量酒精或碎纸片的热值.
参考答案
一、基础巩固
1.【答案】 (1)不同 多 (2)完全燃烧放出的热量 质量 热值
【解析】 (1)由表格中数据可知,完全燃烧质量相同的木柴、焦炭、木炭放出的热量不同;对于同一种燃料,质量越大,完全燃烧所释放的热量越多.
(2)对于同一种燃料,完全燃烧放出的热量与燃料的质量成正比,即完全燃烧放出的热量与质量的比值不变,物理学中用热值表示燃料的这一特性.
2.【答案】 1 kg燃料油完全燃烧放出的热量是4.0×107 J 4.0×109 内 4.0×107
【解析】 燃料油完全燃烧放出的热量Q放=mq=200 kg××4.0×107 J/kg=4.0×109 J;燃料油燃烧时放出热量,将化学能转化为内能.
3.【答案】 3.9×107
【解析】 由Q放=mq可得脂肪的热值q===3.9×107 J/kg.
4.C 用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧释放出来的能量之比,叫做热机的效率,故C正确,A、B错误;热机做功的快慢与效率无关,D错误.
5.【答案】 减少 提高
【解析】 在热机的能量损失中,废气带走了大部分的能量,所以“涡轮增压”利用热机排出的废气带动涡轮旋转,利用了废气带走的能量,从而提高了热机的效率.
6.解:(1)水吸收的热量:Q吸=cm1Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×50 kg×(60 ℃-20 ℃)=8.4×106 J.
(2)0.8 kg煤气完全燃烧放出的热量:Q放=m2q=0.8 kg×4.2×107 J/kg=3.36×107 J.
(3)煤气灶烧水的效率:η= ×100%=×100%=25%.
二、能力提升
1.D 运载火箭采用液态氢作为燃料,是因为液态氢不仅密度小,而且具有较大的热值,故D正确.
2.B 热值是燃料本身的一种特性,它只与燃料的种类有关,A、C错误;使燃料燃烧更充分,可以增大有效利用的能量,提高热机的效率,故B正确;热值大小取决于燃料的种类,与外界条件无关,而燃料的燃烧情况、能量的损失情况都会影响热机的效率,故D错误.
3.A 燃料燃烧放出热量的多少还与燃料的质量等有关,只根据热值无法判定放出热量
的多少,故A错误;都完全燃烧1 kg,由于干木柴的热值小,根据公式Q=mq可知,干木柴放出的热量最少,故B正确;焦炭的热值是3×107 J/kg,完全燃烧2 kg焦炭放出的热量是Q=mq=2 kg×3×107 J/kg=6×107 J,故C正确;热值的大小与质量无关,焦炭的热值是3×107 J/kg,0.5 kg焦炭的热值也为3×107 J/kg,故D正确.故选A.
4.C 有效利用的能量W有用=8×107 J-4.8×107 J=3.2×107 J,该柴油机的效率η=×100%=×100%=40%,故A、B正确;能量转化过程中能量损失不可避免,故C错误;减少机械间的摩擦可以提高热机效率,故D正确.
5.【答案】 (1)10 g碎纸片 (2)大于 (3)小 酒精完全燃烧放出的热量不能被水完全吸收 不能
【解析】 (1)根据控制变量法的思想,酒精和碎纸片的质量必须相等.
(2)根据公式Q=cmΔt,用酒精加热的水的温度升高得较多,所以本实验中酒精放出的热量大于碎纸片放出的热量.
(3)由于酒精完全燃烧放出的热量不能被水完全吸收,所以测出的酒精热值要小于书上给出的酒精的热值,因此不能用本装置来准确测量酒精和碎纸片的热值.
