第14章 内能的利用
一、单选题
1．下列说法正确的是（ ）
A．物体吸收热量，内能一定增加，同时温度一定升高
B．物质的比热容与物体吸收的热量、升高的温度和质量都无关
C．使燃料燃烧更充分，既可以增大然值，也可以提高热机效率
D．发生热传递时，热量总是从内能大的物体传递给内能小的物体
2．如图所示是单缸四冲程内燃机的四个冲程的示意图，其中不涉及能量转化的两个冲程是（ ）
A．甲、乙 B．乙、丙 C．丙、丁 D．甲、丁
3．如图所示，这是内燃机工作中的一个冲程，下列描述正确的是（ ）
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
4．我国自主研发的氢燃料电动汽车已经亮相，氢燃料电池使用氢做燃料。与传统内燃机驱动汽车相比，它的能量转化效率高达 60~80%。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是水，实现了零排放。下列有关氢燃料电池和四冲程内燃机的说法中，正确的是（ ）
A．氢燃料电池用氢作为燃料是因为氢的比热容大
B．此电动车的效率更高，所以做的有用功更多
C．四冲程内燃机的四个冲程中，将内能转化为机械能的冲程是做功冲程
D．飞轮的转速为 1800r/min 的四冲程内燃机，每秒钟的做功次数为30次
5．2023年5月30日，神舟十六号载人飞船在酒泉卫星发射中心，由长征二号F改进型遥十六运载火箭发射升空。火箭使用燃料必须具备的特点是（ ）
A．较大的热值 B．较低的沸点
C．较大的比热容 D．较高的凝固点
6．人类制成了世界上第一盏用海浪发电的航标灯。它的气室示意图如图所示，其工作原理是利用海浪上下起伏的力量将空气吸入气室，压缩后再推入工作室，然后推动涡轮机带动发电机发电。那么（ ）
A．当海水下降时，类似于汽油机的吸气冲程
B．当海水上升时，类似于汽油机的压缩冲程
C．当海水下降时，阀门K1开启，阀门K2关闭
D．当海水上升时，阀门K1关闭，阀门K2开启
7．关于热机，下列说法不正确的是
A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞
B．柴油机在吸气冲程中，将柴油和空气的混合气吸入汽缸
C．四冲程汽油机在工作过程中，进、排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程
D．柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大
二、填空题
8．如图所示，将水加热至沸腾后，塞子被冲出，此过程的能量转化方式与汽油机的 冲程相同。若单缸四冲程汽油机飞轮转速为1200r/min，则1s内完成 个冲程。
9．汽车四冲程内燃机的一个工作循环一般分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程，在这四个冲程中，把机械能转化为内能的是 冲程．某单缸四冲程内燃机飞轮转速为1200r/min，该内燃机每秒钟对外做功的次数为 次
10．在热机的工作过程中，将机械能转化为内能的冲程是 冲程；一台热机飞轮的转速为，则这台热机在1s内所做的功是 次。
11．在如图所示的四幅图中，甲、乙是两个演示实验示意图，与压缩冲程原理相同的是 图所示的演示实验；丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图，汽油机利用内能来做功的冲程是 。
12．某汽油机工作示意图如图所示，此时正在进行的是 冲程。若汽油机的效率是25%，已知汽油的热值为4.6×107J/kg，则完全燃烧 g汽油可以得到9.2×105J的有用功。
13．将一瓶酒精倒去一半后，剩余酒精的热值 ，比热容 （两空均选填“变大”、“变小”或“不变”）．
14．如图所示是某单缸四冲程汽油机的 冲程；若该汽油机每1秒钟对外做功20次，那么该汽油机飞轮的转速为 r/min。
15．如图所示，甲和乙演示了内能有不同的用途。图甲中通过 的方式使试管中的海波内能增加；图乙中瓶塞被冲开，这与汽油机机的 冲程相似。
16．如图甲所示，炒菜时，燃料燃烧，将化学能转化为 能。如图乙所示，在海边沙滩，我们经常发现，沙子滚烫，而海水依旧凉爽，这主要是因为海水的 比沙子大。
三、实验题
17．小华同学一组在“探究不同物质吸热情况”的实验中，将水和煤油分别装在两个相同的烧杯中，用两个相同的酒精灯加热，每隔2min记录一次温度。
（1）图甲是这组同学的实验装置，其中有一处明显错误，请指出错误之处： ；
（2）根据记录的实验数据，绘制了如图乙所示的温度随时间变化关系的图象，由图象可知 吸热能力强。已知水的比热容为，则煤油的比热容为 ；
（3）若在水和煤油中选择一种做冷却剂， 的冷却效果更好些；另一组同学设计了如下图所示两组实验装置探究了“不同物质吸热情况象”，同时又探究了“不同燃料燃烧的放热能力”；
（4）观察甲、乙两图，除了图中相同的器材，还要用到相同的器材是 ；
（5）甲组实验是通过 来反映物质吸收热量的多少，乙组是通过 来反映燃料放出热量的多少。
18．林红同学想探究煤油和菜籽油的热值大小关系，实验时组装了如图甲、乙所示的两套规格完全相同的装置。
加热时间/min 0 1 2 3 4 5 6
甲杯水温/℃ 25 27 29 32 34 36 38
乙杯水温/℃ 25 26 27 28 29 30 31
【设计实验】
（1）在安装图中的实验器材时，应先调整固定 （选填“上”或“下”）面夹子的位置；
（2）实验中应控制燃料燃烧的 （选填“时间”或“质量”）相同，并通过 变化大小来比较燃料燃烧放出热量的多少；
【进行实验】
（1）林红同学取质量相同的煤油和菜籽油加入酒精灯中，记下杯中水的初温；
（2）每隔1min把杯中水的温度记录在表格中；
【实验结论】
（1）分析表中记录的数据，可知煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是 ；
（2）若实验前酒精灯中煤油的质量为150g，实验后为130g；烧杯中水的质量为500g，水的初温25℃，末温85℃，则煤油的热值为q= ；[c水 = 4.2×103 J/(kg·℃)]
【实验分析】通过实验测到的煤油的热值与实际值相比，会偏 （选填“大”或“小”），其主要原因是 。（写出一点即可）
19．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是，烧杯内的液体质量和初温也相同。
（1）实验时组装如图甲乙丙所示的装置时，正确的安装顺序是 （选填“自上而下”或“自下而上”）；
（2）实验中燃料完全燃烧放出的热量，是通过液体吸热后温度的变化来反映的。本实验要比较不同燃料的热值，应选择 两图进行实验；
（3）比较不同物质吸热升温的特点：
①应选择 两图进行实验：
②在燃烧同种燃料时还需要控制火力相同，是为了使两种液体在相同的时间内吸收 （选填“相同”或“不同”）的热量，所以该实验主要用 （选填“温度计示数”或“加热时间的长短”）来表示两种液体吸热的多少；
③如果质量和初始温度均相同的a、b两种液体，吸热后它们的温度随时间变化的图象如图2所示，由图可看出b液体的温度升高得较慢，则 （选填“a”或“b”）液体的比热容较大；
（4）某同学用图甲装置测燃料1的热值，假设燃料完全燃烧放出的热量全部供液体a吸收。假设加热前燃料1的质量为，加热一段时间后变为，烧杯中液体a的质量为m，初温为，末温为，液体a的比热容用c表示。用以上符号表示该同学测燃料1的热值的计算式： 。
四、计算题
20．为了减少环境污染，部分农村地区改用液化气烧菜做饭．某钢瓶装有液化气10kg，已知液化气的热值为4.2×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg ℃）求：
（1）这瓶液化气全部完全燃烧放出的热量是多少？
（2）若（1）中放出的热量有40%被初温为20℃的水吸收，在标准大气压下可将多少质量的水烧开？
21．小华家使用的是天然气热水器，该热水器的铭牌标明了它的热效率（铭牌上标注热水器的效率为）。小华尝试估测该热水器的热效率，以核对铭牌上的数值是否准确。已知当时自来水的温度为，热水器储水量为，加热前天然气表的示数是2365.89m3，当热水器中注满水加热到时，天然气表的示数是2366.04m3。天然气的热值为。请回答：
（1）水升温到时吸收的热量是多少？
（2）天然气完全燃烧放出的热量是多少？
（3）计算说明铭牌上标注的热水器效率是否准确的？
22．某次烧水时，燃烧了1kg的木材，刚好把初温为20℃，质量为5kg的水烧开。已知当地气压为1标准大气压，木材的热值q=1.2×107J/kg，水的比热容c水 = 4.2×103 J/(kg·℃)。（假设木材完全燃烧）求：
（1）完全燃烧1kg木材能放出的热量；
（2）5kg的水被烧开吸收了的热量；
（3）烧水的效率。
23．小雨同学学习了热学知识后，想通过实验测定家里天然气热水器的烧水效率，于是对5L水进行加热，通过查找资料得知天然气的热值q＝4.5×107J/m3，水的比热容（c水＝4.2×103J/（kg ℃）。烧水前用温度计测得水的温度为25℃，经过一段时间后再次用温度计测得水的温度为65℃，天然气表上显示使用了0.06m3的天然气，求：
（1）水吸收的热量；
（2）天然气完全燃烧放出的热量；
（3）此次天然气热水器烧水的效率。（保留一位小数）
参考答案：
1．B
【详解】A．物体吸收热量，内能一定增加，但温度不一定升高，如冰熔化时内能增加，温度保持不变，故A 错误；
B．比热容是物质的一种特性，其大小与物质的种类和状态有关，与物体吸收的热量、升高的温度和质量都无关，故B正确；
C．热值是燃料本身的特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、放出热量的多少以及是否充分燃烧无关，使燃料充分燃烧可以提高能量的利用率，从而提高热机效率，故C错误；
D．发生热传递的条件是两物体之间存在温度差，热量总是自发地从温度高的物体传递到温度低的物体，故D错误。
故选B。
2．B
【详解】甲图中两个气门都关闭，活塞向上运动，因此是压缩冲程，是将机械能转化为内能的过程；乙图中进气门打开，排气门关闭，因此是吸气冲程；丙图中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，因此排气冲程；丁图中两个气门都关闭，活塞向下运动，因此是做功冲程，是把内能转化为机械能的过程；不涉及能量转化的两个冲程是乙、丙。故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
3．C
【详解】根据题图冲程中火花塞点火和活塞向下运动的特点，可以判断该冲程为做功冲程，此冲程是将内能转化为机械能。故C正确，ABD错误。
故选C。
4．C
【详解】A．氢燃料电池用氢作为燃料，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错误；
B．电动车的效率更高，做的有用功不一定更多，做有用功的多少与机械效率无关，故B错误；
C．四冲程内燃机压缩冲程中，活塞向上运动，对汽缸内的气体做功，使其内能增加，将机械能转化为内能；做功冲程中，活塞向下运动，高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化成机械能，故C正确；
D．飞轮转速为1800 r/min=30r/s，所以内燃机每秒钟经过60个冲程，做功15次，故D错误。
故选C。
5．A
【详解】火箭的燃料，比其它燃料相比，质量相同、完全燃烧时，能放出更多的热量，所以火箭燃料的热值较大，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
6．A
【详解】AC．海水下降时，气室的容积增大，其内部气体压强减小，阀门K1关闭，阀门K2开启，外界大气压将空气压入气室，类似于汽油机的吸气冲程，故A符合题意，C不符合题意；
BD．海水上升时，阀门K1开启，阀门K2关闭，压缩后将空气推入工作室，类似于汽油机的排气冲程，故BD不符合题意。
故选A。
7．C
【分析】汽油机在吸气冲程中吸入了汽油和空气的混合气体，在压缩冲程中，机械能转化为内能，内能增大，温度升高，汽油机汽缸顶端有个火花塞，此时火花塞喷出电火花，点燃汽油，产生高温高压的燃气推动活塞做功；
柴油机在吸气冲程中吸入空气，在压缩冲程中，机械能转化为内能，空气的内能增大；柴油机汽缸顶端有个喷油嘴，此时喷油嘴喷出雾状的柴油，柴油遇到高温的空气，达到着火点而燃烧，点燃方式是压燃式．
【详解】A、柴油机和汽油机的结构不同：柴油机的汽缸上是喷油嘴，汽油机的顶部有火花塞，故A错误；
B、吸气冲程中，柴油机吸入汽缸的只是空气，汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物，故B错误；
C、四冲程汽油机在工作过程中，做功冲程和压缩冲程的进、排气门同时关闭，故C正确；
D、柴油机的效率比汽油机的高，主要是因为柴油机为压燃式，压缩的程度更高，汽缸内温度更高，能量转化的程度更高，故D错误．
故选C．
8． 做功 40
【详解】[1]木塞冲出时，水蒸气的内能对塞子做功，将水蒸气的内能转化为塞子的机械能，水蒸气的内能会减小，温度降低，内燃机的做功冲程也是将内能转化为机械能的过程。
[2]飞轮转速是
表示每秒飞轮转动20圈，要经过40个冲程，对外做功10次。
9． 压缩 10
【详解】四冲程热机，将机械能转化为内能的是压缩冲程．飞轮每转2转，内燃机对外做功1次．飞轮的转速是1200r/min，每秒转20次，每秒对外做功10次．
10． 压缩 30
【详解】[1]在压缩冲程中，是机械能转化为内能。
[2]飞轮转速是3600r/min=60r/s，因一个工作循环飞轮转2圈，做功一次，所以每秒可以做功30次。
11． 乙 丙
【详解】[1]甲图，对试管中的水加热，加快水的汽化，使试管中水的内能增大，体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，水蒸气的内能转化为塞子的机械能；乙图，用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧，将机械能转化为内能，故压缩冲程原理相同的是乙。
[2]丙图，两气门都关闭，活塞下行，火花塞点火，汽缸容积变大，是做功冲程，做功冲程将内能转化为机械能；丁图，两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，压缩冲程是把机械能转化为内能的过程，汽油机利用内能来做功的冲程是丙图。
12． 做功 80
【详解】[1]由图可知，进气门、排气门都关闭，活塞向下运动，所以正在进行的是做功冲程。
[2]由
可知，得到9.2×105J的有用功需要汽油的质量为
13． 不变 不变
【详解】比热容、热值是物质的某种特性，与物质的种类和状态有关，与物质的质量无关，：一瓶酒精用去一半后，质量变小，剩下酒精的比热容和热值均不变．
14． 压缩 2400
【详解】[1]由图可知，进气门和排气门关闭，活塞向上运动，汽油机正处于压缩冲程。
[2]该汽油机每秒钟对外做功20次，则汽油机每分钟做功次数为60×20次＝1200次，由于四冲程汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次，则该汽油机飞轮每分钟转2400圈，即该汽油机飞轮的转速为2400r/min。
15． 热传递 做功
【详解】[1]图甲中海波从水中吸收热量，这是通过热传递的方式使试管中的海波内能增加。
[2]图乙中水蒸气冲开瓶塞，水蒸气对瓶塞做功，将水蒸气的内能转化为塞子的机械能，这与内燃机的做功冲程类似。
16． 内 比热容
【详解】[1]炒菜时，燃料燃烧，将燃料储存的化学能转化为菜的内能。
[2]由Δt=可知，在吸收热量和物质的质量相同时，物质升高的温度和物质的比热容成反比，因为海水比热容比沙子大，所以在海边沙滩，沙子滚烫，而海水依旧凉爽。
17． 质量不相同 水 水 天平 加热时间 液体的温度变化量
【详解】（1）[1]根据热量计算公式可知，物质吸收热量的多少与物质的比热容、质量、温度变化量等有关，要比较物质的吸热能力，两种液体的质量应相等，水和煤油的密度不同，图中体积相同，则质量一定不相同，故错误之为质量不相同。
（2）[2][3]根据可知，当温度从20℃升高到60℃，水需要加热的时间是煤油的2倍，表明水吸收的热量是煤油的2倍，即，根据热量计算公式可得
即煤油的比热容为
所以水的吸热能力较强。
（3）[4]在质量相同的情况，改变相同的温度，水吸收的热量要比煤油多，故选择水作为冷却剂冷却效果更好些。
（4）[5]甲乙两组实验中，物质的质量都必须相等，所以两组实验都需要用到天平。故实验还要用到相同的器材是天平。
（5）[6]甲组实验中有相同的加热器，相同的时间产生的热量相同，故可以通过加热时间间接反映吸热的多少。
[7]乙组实验烧杯中装有等质量的同种液体，根据可知，吸热多少与温度变化量成正比，故可以通过温度的变化量间接反映放热的多少。
18． 下 质量 温度计升高的示数 煤油 6.3×106J/kg 小 燃料无法完全燃烧以及没有考虑在加热过程中热量的散失
【详解】【设计实验】（1）[1]因要用灯的外焰加热，故应先调整固定下面夹子的位置。
（2）[2][3]为了比较热值大小，要用不同的燃料，加热质量相同的同种液体，根据Q=cmΔt，液体升温越高，则燃料放出的热量越多，这种燃料热值越大，即通过温度计升高的示数变化大小来比较燃料燃烧放出热量的多少。
【实验结论】（1）[4]分析表格数据可知，甲杯水的温度升高的较快，即煤油灯燃烧产生的热量多，所以煤油热值大。
（2）[5]水吸收的热量
Q吸=c水m(t﹣t0)=4.2×103J/(kg·℃)×0.5kg×(85℃﹣25℃)=1.26×105J
酒精灯放出的热量
Q放=Q吸=1.26×105J
燃烧酒精的质量
m′=150g-130g=20g=0.02kg
由Q放=mq可得酒精的热值
【实验分析】[6][7]实验测到的煤油的热值与实际值相比会偏小，是因为燃料无法完全燃烧以及没有考虑在加热过程中热量的散失。
19． 自下而上 甲、乙 甲、丙 相同 加热时间的长短 b
【详解】（1）[1]酒精灯需用外焰加热，所以要先放好酒精灯，再固定铁圈的高度；而温度计的玻璃泡要全部浸没到液体中，但不能碰到容器壁和容器底，所以放好烧杯后，再调节温度计的高度，即按照自下而，上的顺序进行。
（2）[2]为了比较不同燃料的热值，应选择燃料不同但液体相同的装置，即甲、乙两图进行实验。
（3）①[3]为了比较不同物质吸热升温的特点，应选择相同燃料但液体不同的实验装置，即甲、丙两图进行实验。
②[4][5]为了使两种液体在相同的时间内吸收相同的热量，在燃烧同种燃料时，还需要控制火力相同，所以，该实验主要用加热时间的长短来表示两种液体吸热的多少，这种方法是转换法。
③[6]如果，吸热后它们的温度随时间变化的图象，如图2所示，质量和初始温度均相同的a、b两种液体，温度升高慢的比热容大，所以，b液体的比热容较大。
（4）[7]水吸收的热量
酒精灯放出的热量
燃烧酒精的质量
由Q = mq可得酒精的热值
20．（1）4.2×108J；（2）500kg
【分析】（1）由Q放 =mq计算整瓶液化气完全燃烧放出的热量；
（2）由于Q吸 =40%×Q放 ，在知道水的温度变化、水的比热容，再利用Q吸=cm△t计算水的质量即可．
【详解】(1)整瓶液化气完全燃烧释放热量：Q放＝mq＝10kg×4.2×107J/kg＝4.2×108J，(2)由题知，水吸收的热量：Q吸＝Q放×40%＝4.2×108J×40%＝1.68×108J，由Q吸＝c水m水(t t0)得水的质量：m水＝＝500kg.
【点睛】（1）利用Q放＝mq求整瓶液化气完全燃烧放出的热量；（2）已知放出的热量有40%被利用，用这些热量加热水，知道水的比热容和水的温度升高值，利用吸热公式求水的质量．
21．（1）；（2）；（3）准确
【详解】解：（1）水的体积
由可得水的质量
水吸收的热量
（2）消耗天然气的体积
天然气完全燃烧放出的热量
（3）该热水器的热效率
铭牌上标注热水器的效率为，所以铭牌上标注的热水器效率是准确的。
答：（1）水升温到时吸收的热量是；
（2）天然气完全燃烧放出的热量是；
（3）铭牌上标注的热水器效率是准确的。
22．（1）1.2×107J；（2）1.68×106J；（3）14%
【详解】解：（1）完全燃烧1kg木材能放出的热量
Q放=qm木材=1.2×107J/kg×1kg=1.2×107J
（2）1标准大气压下水的沸点为100℃，即水的末温为100℃，则5kg的水被烧开吸收的热量
Q吸=c水m水(t-t0)= 4.2×103 J/(kg·℃)×5kg×(100℃-20℃)=1.68×106J
（3）烧水的效率
答：（1）完全燃烧1kg木材能放出1.2×107J的热量；
（2）5kg的水被烧开吸收了1.68×106J的热量；
（3）烧水的效率是14%。
23．（1）8.4×105J；（2）2.7×106J；（3）31.1%
【详解】（1）水的体积
V水＝5L＝5×10﹣3m3
根据密度公式可得水的质量为
水吸收的热量为
（2）天然气完全燃烧放出的热量
（3）热水器得烧水的效率为
答：（1）水吸收的热量8.4×105J；
（2）天然气完全燃烧放出的热量2.7×106J；
（3）此次天然气热水器烧水的效率31.1%。
