14.2 热机的效率（专题训练）【五大题型】（原卷版）

142 热机的效率（专题训练）【五大题型】 【题型1 有关热机的计算】.....................................................................................................................................1 【题型2 对热值的理解】.........................................................................................................................................3 【题型3 燃料燃烧的相关计算】.............................................................................................................................4 【题型4 对热机效率的理解】.................................................................................................................................6 【题型5 热机效率问题的相关计算】.....................................................................................................................7 【题型1 有关热机的计算】 1．（2023 春•凤台县期中）一台柴油机，功率为70k，机械效率为40%，已知柴油的热值 为42×107/kg，当它正常工作时，每分钟消耗的柴油是（ ） ．025g B．250g ．04g D．400g 2．（2021 秋•兴平市期末）如图所示是某单缸四冲程汽油机的工作示意图。下列说法正确 的是（ ） ．一个工作循环的正确顺序是：丁、丙、甲、乙 B．热机常用水做冷却剂，是因为水的沸点高 ．丙图冲程是做功冲程，主要将内能转化为机械能 D．若飞轮的转速为1800r/m，则该汽油机每秒做功30 次 3．（2022 秋•雁塔区校级期中）下列有关热的说法正确的是（ ） ．晶体在熔化过程中温度不变，内能也不变 B．某台四冲程汽油机的转速为2400r/m，则1s 内该汽油机对外做功80 次 ．在沿海的白天，由于海水的比热容比陆地大，所以海水升温快 D．“天问一号”搭载的火箭发动机，也属于热机中的一种 4．（2023•海陵区三模）检修发动机时需要抬起图示中的引擎盖，此时该引擎盖可看作 杠杆。四冲程汽油机在工作时，每秒飞轮转了30 转，则发动机每分钟完成 个 冲程。该汽车冷却系统用水来冷却发动机，这是利用水的 特点来工作的。 5．（2023•雁塔区校级模拟）如图甲所示，用酒精灯加热试管中的水，当水沸腾一段时间 后，塞子被试管内的水蒸气推开，这个过程中水蒸气的 能转化为塞子的机械能， 这与汽油机图 （选填“乙”或“丙”）冲程中的能量转化相同。若汽油机的转速 为1800r/m，则每秒钟做功 次。 6．（2023•连云港二模）高空抛物现象被称为“悬在城市上空的痛”，对路面行人形成安 全隐患，这是由于物体的重力势能与 有关，物体下落过程中重力势能转化为 能。利用能量转化可以造福人类，如热机是将 能转化为机械能的机械，若一台四 冲程汽油机的飞轮转速为2400r/m，则该汽油机1s 对外做功 次。 7 ．（2022 秋• 和平区校级期中）郝伶俐同学看到一些小汽车的尾部都标有 “08”、“16”、“18”或“20”等字样，她上查询得知这是汽车发动机“排气量”的数值， 所谓排气量就是发动机的工作容积，是指汽缸内活塞从下止点到达上止点所扫过的体积。 一般情况下发动机的“排气量”越大，功率越大。汽车发动机每一个工作循环要经历四 个冲程，带动曲轴转动2 周，做功一次。如现有一辆小轿车（四个气缸）发动机排气量 为V0，燃气每次对活塞的平均压强为p0，当该发动机以最大功率工作时，曲轴的转速 为0r/m。 （1）单个气缸一秒内燃气做多少次功？ （2）该汽油机一个做功冲程做功多少？ （3）该汽油机的功率是多少？ 8．（2021•鄞州区校级模拟）小亮家有一辆轿车，爸爸在给他讲车的性能时，总是说“20 的排量”，却很少说“功率”，为此小亮特地从上查到了排量的定义：活塞从上止点移 动到下止点所通过的“工作容积”称为气缸排量。如果发动机有若干个气缸，所有气缸 “工作容积”之和称为发动机排量。小亮从说明书上查到家中的轿车采用的是LFX 直 列四缸发动机，排量为20L；从上查找到了这种轿车的输出功率与转速的关系如图所示。 （已知所使用汽油的热值为46×107/kg，密度为072×103kg/m3） （1）根据如图分析，在发动机转速为1000～5000r/m 范围内，它的输出功率与转速大 致成 比。 （2）当发动机转速为3000r/m 时，则发动机每个工作循环所需要的时间为 s；设 做功冲程燃气对活塞的平均压强是p0，发动机排量为V 排，每个活塞的受力面积为S， 活塞移动距离为L，则发动机转速为时，该轿车的输出功率P 与发动机排量为V 排的关 系式为 ． B．p0V 排 2p0V 排 D4p0V 排 【题型2 对热值的理解】 9．（2023•福州模拟）北京第24 届冬奥会火炬“飞扬”采用氢作为燃料，除了环保属性外， 还利用了氢具有（ ） ．较小的密度 B．较大的比热容 ．较低的沸点 D．较大的热值 10．（2023•莱芜区模拟）双燃料汽车以天然气或汽油作为燃料，汽车在行驶过程中燃料的 热值将（ ） ．始终不变 B．逐渐变小 ．逐渐变大 D．先小后大 11．（2023•历下区三模）据统计，济南中心城区公交车辆已实现100%新能源化。其中投 入运营了60 辆氢燃料电池公交车，节能减排效果明显。采用氢燃料除了可以减少碳和 有害气体的排放之外，还因为氢燃料具有（ ） ．较大的热值 B．较低的沸点 ．较小的密度 D．较大的比热容 12．（2022 秋•沈北新区期末）2022 年11 月12 日10 时03 分，天舟五号货运飞船在长征七 号火箭的稳稳托举下，满载货物飞上云霄，跨越星海奔赴天宫，如图所示。承载发射任 务的火箭用液态氢作为燃料，是因为液氢的 （选填“比热容”“密度”或“热 值”）大；若火箭中液氢用去了一半，则剩余液氢的热值将 （选填“增大”“减 小”或“不变”）。 13．（2023•宜兴市模拟）如图所示，某学校物理小组设计实验，探究“酒精、煤油”的热 值。甲、乙装置完全相同，水的质量和初温及待测燃料的质量也相同。通过测量 （选填字母燃烧相同时间/B 燃料全部燃烧）后水的末温t 甲＜t 乙（均未达到沸点），可 以粗略知道它们的热值大小关系为：q 酒精 （＞/＜/＝）q 煤油。 14．（2022 秋•唐河县期末）人类发展史也是利用燃料的历史，干木柴、煤的放热本领不 同，是因为它们的 （选填“热值”、“热量”或“温度”）不同。月月参加了一 次长跑，身体消耗的能量约为84×106，这些能量相当于完全燃烧 m3 的天然气。 （天然气热值q＝40×107/m3）。 【题型3 燃料燃烧的相关计算】 15．（2023•铁锋区模拟）汽油的热值是46×107/kg，沼气的热值约为2×107/m3，则完全燃 烧05kg 的汽油所放出来的热量如果由沼气来提供，需要沼气的体积是下列选项的哪一 个？（ ） ．015m3 B．115m3 ．115m3 D．46m3 16．（2022 秋•海淀区校级期中）2022 年北京冬奥会和冬残奥会即将开幕，在比赛期间所 有冬奥场馆将全部使用“绿电”（“绿电”是指在发电过程中，二氧化碳排放量为零或 趋近于零，比火力发电等其他方式对环境的影响大幅度减小）。这将是奥运史上首次实 现全部场馆100%绿色电能供应，预计消耗“绿电”约4×108k•，可以节约128×108kg 标 准煤，减排二氧化碳32×108kg。若所节约的标准煤完全燃烧，则放出的热量约为（q 标准 煤约为29×107/kg）（ ） ．37×1015 B．93×1015 ．37×1016 D．93×1016 17．（2021 秋•宜昌期末）对于燃料的热值，下列说法中正确的是（ ） ．燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比 B．燃料完全燃烧的热值比它不完全燃烧时的热值大 ．放出热量多的燃料热值大 D．就某种确定的燃料而言它的热值跟燃料的质量及燃料燃烧放出的热量无关 18．（2023•贵阳三模）我国发射的长征系列运载火箭常用液态氢作燃料，是因为它的 大。完全燃烧50kg 的液态氢，放出的热量为 。（q 氢＝14×108/kg） 19．（2023•广元）某研学活动小组在实践活动期间，粗略测量了一农家柴火灶的热效率。 同学们在柴火灶的铁锅里倒入5kg 水，盖上锅盖，完全燃烧了1kg 干木柴使水温从20℃ 升高到80℃，水吸收的热量为 ，该柴火灶的热效率为 。[水的比热容 是42×103/（kg•℃），这种干木柴的热值是10×107/kg] 20．（2023•霍邱县二模）“可燃冰”中的甲烷含量占80%～999%，燃烧污染比煤、石油、 天然气都小得多，储量丰富，因此被各国视为未来石油、天然气的替代能源。甲烷的低 热值大约是36×107/m3，高热值大约是40×107/m3，如果按照高热值来计算，完全燃烧 1L 甲烷可以放出 的热量。 21．（2023•靖江市校级模拟）某太阳能热水器中装有40L 的水，阳光照射一段时间后，水 温从10℃升高到60℃，已知水＝42×103/（kg•℃）。求： （1）热水器中的水所吸收的热量； （2）如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧多少立方米的天然气？（天然 气的热值为84×107/m3，天然气完全燃烧放出热量的50%被水吸收） 22．（2022 秋•五华区校级期中）某物理兴趣小组为了探究地球表面水吸收太阳能的本领， 做了如下实验：用一脸盆装6kg 的水，水的表面积为01m2，经过太阳光垂直照射20m， 水温升高了5℃，已知水的比热容为42×103/（kg•℃），天然气的热值是50×107/m3，求： （1）实验时6kg 的水20m 内吸收了多少热量？ （2）若太阳能辐射的热量全部被水吸收，则平均每分钟每平方米水面吸收的热量是多 少？ （3）若换用天然气完全燃烧放出的热量给实验中的水加热，至少需要燃烧多少m3的天 然气？ 【题型4 对热机效率的理解】 23．（2023•绥宁县模拟）柴油机甲比柴油机乙的效率高，这说明（ ） ．甲柴油机的功率大 B．甲柴油机消耗的燃料少 ．工作时间相同，甲柴油机用的燃料少 D．甲柴油机将燃料释放的能量变成有用功的比例大 24．（2023•定远县校级开学）关于内燃机中燃料释放的能量如图所示，则下列说法不正确 的是（ ） ．①是燃料的化学能，②是废气带走的能量 B．用来做有用功的那部分能量与燃料燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率 ．内燃机中，燃料是在汽缸内部燃烧的，而且燃料与空气混合充分，燃烧得比较完全， 所以内燃机的效率比蒸汽机的高 D．在热机的能量损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利 用率的重要措施 25．（2022 秋•高新区期末）我国某集团于2020 年正式发布全球首款效率突破50%的商用 柴油机，世界内燃机发展出现历史性新突破，关于内燃机下列说法正确的是（ ） ．内燃机的效率越低，则表示内燃机做功越慢 B．可通过减少各部件间的摩擦提高内燃机的效率 ．在内燃机的能量损失中，废气带走的能量很少 D．随着技术的进步，内燃机的效率能到达100% 26．（2022 秋•吉安月考）（多选）我国某集团于2020 年正式发布全球首款热效率突破 50%的商用柴油机，世界内燃机发展出现历史性新突破，下列关于内燃机的说法正确的 是（ ） ．内燃机效率越高则做功越快 B．做同样的功，内燃机效率越高消耗的燃料越少 ．废气带走的热量是制约内燃机效率提高的因素之一 D．随着技术的进步，内燃机的效率能到达100% 27．（2022 秋•西华县期末）有时候我们会看到一些汽车在行驶过程中冒着“黑烟”，且 能闻到浓烈的汽油味，这是因为汽油燃烧不充分，车旁的人能闻到汽油味是因为 ，此时发动机的效率将 （选填“变高”“变低”或“不变”）。 28．（2022 秋•南关区期末）涡轮增压是目前汽车发动机中采用的一项新技术，它利用发 动机排出的废气带动涡轮旋转，将新鲜的空气压缩后再进入内燃机的进气口，从而提高 发动机的功率。这样做的好处是 （选填“提高”、“减小”）排出废气带走的 热量， （选填“提高”、“降低”）内燃机效率。 29．（2022 秋•青云谱区校级月考）有经验的司机一旦发现汽车在行驶过程中冒“黑烟” 就该进行保养了。这是因为此种情况下发动机的效率 （填“升高”或“降低”）； 若某内燃机一个工作循环对外做功500，则燃料完全燃烧所放出的热量一定 500。 （填“大于”“等于”或“小于”） 【题型5 热机效率问题的相关计算】 30．（2023•海珠区开学）如图为甲、乙两汽油机的数据。两者相比，甲汽油机（ ） ．热机效率较大 B．热机效率较小 ．产生的有用机械能较少 D．产生的有用机械能较多 31．（2022 秋•韩城市校级期末）如图所示，是汽油机的能量流向图，对照此图，下列说 法不正确的是（ ） ．废气的排放所占的比例最大，减少该部分能量损失可以提高热机效率 B．冷却水能量的二次利用可以提高能量的利用率 ．增加该汽油机的工作时间会提高其机械效率 D．该汽油机的效率为30% 32．（2022 秋•越秀区校级期中）有甲、乙两辆汽车，使用相同品质的汽油，在水平高速 公路上匀速行驶时动力相同。甲车行驶50km 消耗的汽油为4L，乙车行驶100km 消耗的 汽油为73L。则这两台汽车的效率η 大小关系为（ ） ．η 甲＝η 乙 B．η 甲＞η 乙 ．η 甲＜η 乙 D．条件不足，无法判断 33．（2022 秋•海口期中）有甲、乙两台柴油机，在相同的时间内，它们所做的有用功之 比是4：5，消耗柴油的质量之比是2：3，那么它们的效率之比是（ ） ．1：1 B．6：5 ．5：6 D．8：15 34．（2023•定远县校级一模）2021 年11 月28 日，一架运﹣20 加油机首次亮相台海，绕岛 巡航。假设本次航程600km，加油机匀速飞行，飞行过程中受到的平均阻力是9×104， 加油机需消耗质量为3000kg 航空煤油，则该运﹣20 发动机的效率是 。（航空煤 油的热值是45×107/kg） 35．（2022 秋•石嘴山校级期中）汽油机功率为8k，工作1 使用的乙醇汽油燃烧的热量是 72×107，这汽油机的工作效率为 。 36．（2022 秋•杜集区校级月考）热机的广泛使用从根本上改变了我们的世界。现有甲、 乙两台柴油机，在相同的时间内，它们所做的有用功之比是5：4，消耗柴油的质量之比 是3：2，那么它们的效率之比是 。 37．（2022 秋•隆回县期末）某物理兴趣小组的同学用煤炉给20kg 的水加热，同时他们绘 制了加热过程中水温随时间变化的图线如图所示。若在6m 内燃烧了1kg 煤，已知水的 比热容为42×103/（kg•℃），煤的热值约为3×107/kg。求： （1）煤完全燃烧产生的热量是多少； （2）煤炉烧水时的热效率是多少。 38．（2022 秋•雨花区校级月考）我国一款拥有自主知识产权的氢燃料电池汽车在水平路 面试车，以60km/的速度匀速直线行驶时，阻力为2×103，行驶140km，共消耗了5kg 的 氢（q 氢＝14×108/kg）。请通过计算求出，该车在此过程中： （1）牵引力做的功； （2）5kg 的氢完全燃烧释放的热量； （3）发动机的效率。