专题17 内能的利用（习题精选练习）（解析版）

专题17 内能的应用 一、单选题 1．五菱宏光汽车的新发动机系统，其效率提升到39%。效率的提升意味着（ ） ．汽车消耗的燃油更少 B．汽车行驶的时间更长 ．相同时间内，汽车做的功更多 D．消耗同样多的燃油，汽车获得的有用功更多 【答】D 【解析】 热机的效率是指用来做有用功的部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。所以效率提升意味着，消耗同 样多的燃油，汽车获得的有用功更多，故B 不符合题意，D 符合题意。 故选D。 2．关于下列四种现象中能量转化的说法正确的是（ ） ．电流通过电热丝时发热是核能转为内能 B．烧水时，水蒸气顶起壶盖过程中是机械能转化为内能 ．燃烧汽油时是内能转化为化学能 D．给电动自行车的蓄电池充电是电能转化为化学能 【答】D 【解析】 ．电流通过电热丝时，电能会被消耗减小，电热丝会发热，内能增大，则电流通过电热丝时发热是电能转 为内能，故错误； B．烧开水时，壶盖被水蒸气顶起，是因为水蒸气对壶盖做功，这时水蒸气的内能转化为壶盖的机械能， 故B 错误； ．汽油燃烧时化学能减小，内能增大，则该过程是将化学能转化为内能，故错误； D．给电动自行车的蓄电池充电时，消耗电能，蓄电池化学能增大，则该过程是电能转化成化学能，故D 正确。 故选D。 3．现如今，汽车已成为一种常见的交通工具，给我们的出行带来了极大的便利。关于汽车，下列说法正 确的是（ ） ．夏季车窗上的水雾是由车内水蒸气凝华形成的 B．汽油机在压缩冲程中把内能转化为机械能 ．汽车在行驶过程中，油箱中剩余汽油的热值变小 D．汽车用水做冷却剂利用了水的比热容大的特点 【答】D 【解析】 ．夏季车内有空调温度较低，车外温度比车内高，车外的水蒸气遇到冷的车窗液化形成小水滴附着在车窗 外，故错误； B．汽油机在压缩冲程中活塞压缩气缸内汽油和空气的混合物，使混合物温度升高，把机械能转化为内能， 故B 错误； ．热值是燃料的特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧情况等无关，因此剩余汽油热值不变， 故错误； D．汽车用水做冷却剂，是利用水的比热容大的特点，在升高相同的温度时，水可以吸收更多的热量，从 而达到冷却降温的作用，故D 正确。 故选D。 4．下列关于热现象的说法正确的是（ ） ．固体很难被压缩，说明固体分子间有引力 B．内能和温度有关，冰由于温度较低不具有内能 ．物体内能增加，一定是从外界吸收了热量 D．四冲程内燃机的压缩冲程是将机械能转化为内能 【答】D 【解析】 ．固体很难被压缩，说明固体分子间有斥力，故错误； B．内能与温度有关，温度越高，内能越大，任何温度的物体都具有内能，故B 错误； ．物体内能增加，可能是从外界吸收了热量，也可能是外界对该物体做了功，故错误； D．压缩冲程活塞压缩燃料做功，将机械能转化为内能，故D 正确。 故选D。 二、填空题 5．①请从能量转化的角度具体说明这个效率的意义。某电动机工作的效率是83%______； ②四冲程内燃机中，使内燃机获得动力的是______冲程。 【答】 电动机工作时，单位时间内有83%的电能转化为机械能 做功 【解析】 ①[1]电动机是利用电流来工作，对外做功的装置，将电能转化为机械能，电动机的效率是指电动机的输 出功率与输入功率之比，电动机工作效率是83%，说明电动机工作时，在单位时间内，有83%的电能转化 为机械能。 ②[2]四冲程内燃机中，做功冲程将内能转化为机械能，产生动力，故使内燃机获得动力的是做功冲程。 6．在我国实施的“西气东输”工程中，西部地区的天然气被输送到缺乏能源的东部地区天然气与煤相比， 从热学角度分析它突出的优点是______；从环保角度分析它突出的优点是______（天然气、煤的热值分别 为114×108/kg、3×107/kg）。 【答】 热值大 污染小 【解析】 [1]天然气的热值为114×108/kg，煤的热值为3×107/kg，即相同质量的天然气比煤完全燃烧放出的热量多， 天然气的优点是热值大。 [2]天然气完全燃烧产生的主要是水和二氧化碳，而煤燃烧产生的产物有二氧化碳、二氧化硫，还可能含有 一氧化碳，会污染环境，所以燃烧天然气更环保，污染小。 7．如图所示，小明在吹气球时，被吹大了的气球没能用手握住，呼啸着飞了出去，若他及时捡拾起气球， 将会感觉到它喷气的嘴部温度和原来相比______（选填“变高”、“变低”或“没有变化”），此过程发 生的能量转化与热机中的______冲程发生的能量转化是一致的。一台四冲程柴油机飞轮的转速为 3000r/m，若汽缸在做功冲程中，每次做功400，柴油机的效率为30%，则每分钟消耗柴油的质量为 ______kg。（柴油的热值约为40×107/kg） 【答】 变低 做功 005 【解析】 [1][2]气球内的气体向外喷出，气体对外做功，内能转化为球的机械能，所以球内气体的温度降低；此过程 发生的能量转化与热机中的做功冲程发生的能量转化是一致的。 [3]飞轮每转两圈，对外做功一次，1m 飞轮转动3000 周，则转两周，需要的时间 故这台柴油机的功率 每分钟柴油机做的功为 ＝Pt＝10000×60s＝6×105 由 得，柴油完全燃烧放出的热量为 由Q＝mq 得，每分钟消耗柴油的质量为 8．2021 年4 月29 日，海南文昌发射场，长征五号B 遥二火箭发射我国空间站核心舱“天和”号取得圆满 成功。如图为起飞阶段加速上升的火箭，该过程中，“天和”号的动能________（选填“增大”，“减 小”或“不变”），火箭整体的机械能______（选填“增大”“减小”或“不变”），火箭用液态氢作为 燃料是因为液态氢的____________大。 【答】 增大 增大 热值 【解析】 [1]火箭加速上升时，“天和”号的质量不变，速度变大，动能变大。 [2]不计火箭质量不变化，火箭整体的高度增大，重力势能增大，动能和势能统称为机械能，则火箭整体的 机械能增大。 [3]运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较大的热值，完全燃烧相同质量的液态氢和其 它燃料相比，液态氢可以释放出更多的热量。 三、实验题 9．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量相等，烧杯内的液体质量和初温也相同。 （1）比较不同燃料的热值，应选择 ___________两图进行实验，燃料完全燃烧放出的热量的多少是通过__ _________（填“温度计升高的示数”或“加热时间”）来反映的； （2）若想利用上述装置估测燃料的热值，那么还需要补充的实验仪器是___________； （3）比较不同物质吸热升温的特点，应选择___________两图进行实验。 【答】 甲、乙 温度计升高的示数 托盘天平 甲、丙 【解析】 （1）[1]要比较不同燃料的热值，应改变燃料的种类，控制燃料的质量不变，比较相同质量的不同燃料完 全燃烧释放的热量，故应选择甲、乙两图进行实验。 [2]燃料完全燃烧放出的热量使得烧杯内的液体温度升高，两杯液体的质量和种类完全相同，故燃料完全燃 烧放出的热量的多少可以通过温度计升高的示数来反映。 （2）[3]因燃料的热值与燃料的种类和质量均有关，故想利用上述装置估测燃料的热值，需要测量燃料的 质量，故还需要补充的实验仪器是托盘天平。 （3）[4]要比较不同物质吸热升温的特点，应使不同液体在相同时间内吸收的热量相同，故应选择相同的 加热器，则应选择甲、丙两图进行实验。 10．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量、烧杯内的液体质量和初始温度也都相同， 当燃料燃烧完时（烧杯内的液体均为沸腾），立即读取相应温度计的读数，分别为T 甲、T 乙和T 丙，且有 。 （1）比较不同物质的比热容，应选择______两图进行实验，液体的比热容与液体b 的比热容b相比，有__ ____b（选填“＞”、“＝”或“＜”）； （2）比较不同物质的热值，应选择______两图进行实验，燃料1 的热值q1与燃料2 的热值q2相比，有 q1______q2（选填“＞”、“＝”或“＜”）； （3）若在燃料燃烧完前，甲图中的液体已处于沸腾状态，且燃料燃烧完时温度计读数仍然为 ， 液体b 没有沸腾，则______b（选填“＞”、“＝”、“＜”或“无法判断”）。 【答】 甲、丙 < 甲、乙 > < 【解析】 （1）[1]要比较不同物质的比热容，应使不同物质在相同时间内吸收的热量相同，故应使用相同的燃料， 则应选择甲、丙两图进行实验。 [2]由题意可知，图甲中液体和图丙中液体b 吸收相同的热量后，液体的温度变化量大于液体b 的温度变化 量，故由Q=mΔt 可知，液体的比热容小于液体b 的比热容，即<b。 （2）[3]比较不同物质的热值，应比较相同质量的不同燃料完全燃烧后释放的热量的多少，故应选择甲、 乙两图进行实验。 [4]由题意可知，图甲中液体吸收的热量大于图乙中液体吸收的热量，故可知相同质量的燃料1 完全燃烧释 放的热量大于燃料2 完全燃烧释放的热量，故由Q=qm 可知，燃料1 的热值大于燃料2 的热值，即q1>q2。 （3）[5]由图中可知，图甲中燃料1 完全燃烧释放的热量等于图丙中燃料1 完全燃烧释放的热量，且由题意 可知，燃料完全燃烧后，液体已经沸腾，而此时液体b 未沸腾，且液体的温度变化量大于液体b 的温度变 化量，故由Q=mΔt 可知，液体的比热容小于液体b 的比热容，即<b。 四、计算题 11．据统计，家庭中一次洗浴需要将质量为80kg，温度为20℃的自来水加热到60℃。如果使用某种家用 天然气热水器，需要消耗的天然气体积为1m3。已知水的比热容为42×103/（kg·℃），天然气的热值为 32×107/m3。求： （1）天然气完全燃烧放出的热量； （2）水吸收的热量； （3）该热水器的工作效率。 【答】（1）32×107；（2）1334×107；（3）42% 【解析】 解：（1）天然气的热值q=32×107/m3，体积V=1m3，则天然气完全燃烧放出的热量 Q 放=qV=32×107/m3×1m3=32×107 （2）水的质量m=80kg，初温t0=20℃，末温度t=60℃，水的比热容=42×103/（kg℃），则水吸收的热量 Q 吸=m(t-t0)=42×103/（kg℃）×80kg×（60 -20 ℃ ℃）=1334×107 （3）该热水器的效率 答：（1）天然气完全燃烧放出的热量 ； （2）水吸收热量为 ； （3）该热水器的工作效率 。 12．中国首次火星探索任务“天问一号”探测器的成功发射，是我国综合国力和创新能力提升的重要标志， 如图所示是某火箭发射时的场景，目前运载火箭一般使用液体氢作为燃料，液态氧作为助燃剂，氢的热值 为14×108/kg。 （1）某火箭发射时携带6×104kg 液态氢燃料，这些燃料完全燃烧最多能将多少千克初温为20℃的水加热 至沸腾？【水=42×103/（kg·℃），当地大气压为1 标准大气压】 （2）氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在气缸中燃烧，某次测试中，一辆氢能源车以70k 的功 率匀速行驶20m，消耗了2kg 燃料，求该发动机的效率。 【答】（1）25×107kg；（2）30% 【解析】 解：（1）氢的热值q=14×108/kg，质量m=6×104kg，完全燃烧释放的热量为 Q=qm1=14×108/kg×6×104kg=84×1012 初温为20℃的水加热至沸腾温度的变化量为 ∆t=100 -20 =80 ℃ ℃ ℃ 由Q=m∆t 可知能够加热的水的质量为 （2）汽车行进时功率 P=70k=7×104 用的时间 t=20m=1200s 则汽车做的有用功 有=Pt=7×104×1200s=84×107 消耗燃料的质量m2=2kg 可知工作过程总功为 Q2=qm2=14×108/kg×2kg=28×108 可知发动机效率 答：（1）可将25×107kg 的水加热至沸腾； （2）发动机的机械效率为30%。