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第十二章 内能与热机
12.4 热机与社会发展
一．选择题
1、热机的广泛使用已成为一个国家工业化程度的标志，下列物体不是使用热机的是（ ）
A．普通的家用轿车 B．喷气式战斗机 C．风车磨坊 D．“长征”火箭
2、关于四冲程汽油机，下列说法中正确的是（ ）
A．在吸气冲程，吸入气缸内的是空气 B．在压缩冲程，燃料燃烧，内能转化为化学能
C．汽油机的效率一般比柴油机的低 D．在排气冲程，进气门和排气门都打开
3、如图所示是四冲程汽油机的工作循环示意图，下列说法正确的是（ ）
A．甲是吸气冲程，吸入的是空气，是汽油机的辅助冲程
B．乙是压缩冲程，是机械能转化为内能的过程
C．丙是做功冲程，是内能转化为机械能的过程
D．丁是排气冲程，这个冲程使汽车获得动力
4、如图是2023年1月9日长征七号A运载火箭托举“实践二十三号卫星”在中国文昌航天发射场直冲云霄的情景。下列说法中正确的是（ ）
A．火箭升空动力的施力物体是火箭的助推器
B．火箭上升过程中，火箭相对于实践二十三号卫星是运动的
C．火箭也属于热机，能量转化与汽油机的做功冲程相同
D．火箭加速升空的过程中，火箭受到平衡力作用
5、2022春节期间，济南市全域全时段禁售、禁燃、禁放烟花爆竹。燃放鞭炮实质上是鞭炮内的化学物质发生爆燃，产生高压燃气瞬间冲破鞭炮的过程。这个过程和热机哪个工作冲程的原理相似（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
6、如图所示为某种型号的由柴油机提供动力的水泵机组，它的优点是重量轻，体积小，功率大，省时省油。若该水泵机组的效率为40%，正常工作1小时可以将54m3的水抽到20m高处，则下列说法中不正确的是（取g=10N/kg,q柴油=4.3×107J/kg）（ ）
A．柴油机通过做功冲程将内能转化为机械能
B．水泵机组对水做功1.08×107J
C．水泵机组的有用功功率为3000W
D．上述过程水泵机组消耗的柴油约 6.3kg
7、对如图所示的物理过程分析错误的是（ ）
A．甲中酒精灯中的酒精用掉一半后，剩余酒精的热值、比热容、密度均不变
B．甲中试管中的水温度升高，内能增大的途径是通过热传递
C．乙中活塞向上运动时，是内燃机的压缩冲程，此时机械能转化为内能
D．丙中抽去玻璃板，两种气体混合是由于空气的密度大于二氧化氮的密度
8、一台柴油机，功率为70kW，机械效率为40%，已知柴油的热值为4.2×107J/kg,当它正常工作时，每分钟消耗的柴油是（ ）
A．0.25g B．250g C．0.4g D．400g
9、目前，燃油汽车的热机效率都不高，下列符合汽车热机能量流向的是（ ）
A． B．
C． D．
10、为了节约能源，需提高热机的效率，下列措施中不能提高热机效率的是（ ）
A．尽量使燃料充分燃烧
B．尽量减少热机部件间的摩擦
C．尽量减少废气带走的热量
D．尽量减少热机工作的时间
11、在如图所示的内燃机工作的一个循环中，其四个冲程的顺序应当是（ ）
A．乙、甲、丁、丙 B．甲、乙、丙、丁
C．乙、丁、甲、丙 D．甲、乙、丁、丙
12、我国自主生产的“吉利金刚”小轿车，发动机正常怠速为1200转/分钟，怠速指汽车不前进时发动机的转速。则对于怠速说法正确的是（ ）
A．发动机1秒钟完成20个工作循环
B．发动机1分钟完成吸气冲程1200次
C．发动机1秒钟完成做功冲程10次
D．发动机1秒钟共完成80个冲程
二．填空题
13、一般小轿车使用 ，挖土机使用 （填“汽油”或“柴油”）。一汽油机在工作时的能流图如图所示。根据图中的数据可知该汽油机的效率是 。
14、如图为汽油机的 冲程；若汽油机效率是25%，完全燃烧2kg汽油放出的热量可以对外做功 J（已知汽油热值为4.6×107J/kg）。
15、图甲所示为汽油机工作冲程中的 冲程。图丙为我国传统节日玩具“走马灯”，点燃底部蜡烛，热空气上升驱动扇叶转动，可看到灯内纸片小人转动起来，“走马灯”的工作原理与图 （填“甲”或“乙”）所示冲程的工作原理相同。
16、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。
17、如图甲所示，先在一个配有活塞的厚壁玻璃筒里放一小团蘸了乙醚的棉花，然后迅速压下活塞，筒内棉花燃烧起来。对这一现象的解释是，活塞压缩玻璃筒内的空气，对筒内空气做了 ，使空气的 增加，温度升高，达到乙醚着火点。如图乙是汽油机工作时各冲程的示意图，从能量转化的角度看，其中与图甲实验相同的是 。如果该汽油机飞轮转速是1800r/min,则它每秒钟内对外做功 次。
18、2021年10月16日，搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭发射成功。火箭加速上升过程中，火箭燃料燃烧时将 能转化为内能，卫星的动能 ，机械能将 。（后两空均选填“增大”“减小”或“不变”）
19、如图是一个小蒸汽轮机。请你分析小蒸汽轮机的工作过程。
（1）酒精灯内的酒精通过燃烧把 能转化为 能。
（2）烧瓶内的水是通过 的方式增加了内能，变为水蒸气。
（3）蒸汽推动风轮转动，自身的 能转化为轮子的 能。
20、某新能源环卫车，其燃料为天然气。环卫车以44kW的恒定功率匀速行驶25min,燃烧了2kg的天然气，该天然气完全燃烧放出的热量是 J，该车发动机的效率是 %；若发动机气缸曲轴的转速是2400r/min,则该汽油机每秒钟对外做功 次。（q天然气=4.4×107J/kg）
三．计算题
21、国产165型单缸四冲程汽油机的汽缸横截面积为40cm2，活塞冲程长60mm,满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为1.0×106Pa,飞轮的转速是2400r/min。求：
（1）这种汽油机燃气对活塞的平均压力；
（2）这种汽油机满负荷工作时做功的功率（不计摩擦损失）；
（3）如果某小型汽车用4个缸的这种汽油机作为动力机（设每个缸提供的功率均相同），若该汽油机的效率为40%，当该汽车在平直公路上以36km/h的速度匀速行驶54km,需消耗汽油多少kg？（汽油的热值为4.6×107J/kg）
22、为了实现节能减排，我国不少城市的出租车都换成了清洁的燃气汽车。一辆出租车气罐中充有10kg的压缩燃气，若气罐中燃气完全燃烧后能使该出租车匀速行驶1.32×105m,已知出租车行驶过程中受到的平均阻力为1000N，燃气的热值为4.4×107J/kg。求：
（1）出租车气罐中燃气完全燃烧后产生的热量；
（2）出租车内燃机的效率；
（3）若气罐中的燃气完全燃烧放出的热量都被比热容为4×103J/（kg ℃）的矿泉水吸收，可使标准大气压下1100kg初温为20℃的矿泉水温度升高多少℃？
四．综合能力题
23、随着人们生活水平的提高，汽车已经进入千家万户，它给我们的生活提供了便利，促进了社会的发展。请你解答：
（1）当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率会 （选 填 “升 高”、“降低”或“不变”）。
（2）汽车发动机的一个工作循环包括如图1所示的四个冲程。请按一个工作循环的过程，将四个冲程图重新排序： ，图 所示的冲程是给汽车提供动力的。
（3）汽车刹车的过程中，机械能转化为 能散失到空气中。
（4）小明同学阅读了某型号汽车发动机的说明书后，将发动机的能量流向制成了如图2所示的图表，请根据给出的信息计算；完全燃烧0.2kg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4.6×107J/kg）
24、阅读短文，回答问题：
在我国随着人民生活水平的不断提高，汽车已经走进了很多普通的家庭，最近小王家也购买了一辆小汽车。小王十分高兴，将汽车里里外外看了个遍，并且进行了认真的思考，发现汽车上许多地方都用到了物理知识，下面就是他思考的问题，请你帮他补充完整。
（1）汽车上很多地方都用到了物理知识，下列现象所对应的解释不合理的是 。
A.打开油箱盖会闻到汽油的味道--扩散现象
B.环保汽车使用气体燃料--减少对大气的污染
C.小排量的车一般经济省油--发动机的效率低
D.空调车车窗玻璃设计为双层--减少车内外热量的传递
（2）一台单缸四冲程汽油机，若飞轮转速是1200r/min,该汽油机每秒钟内完成 个冲程，曲轴转 圈，对外做功 次。
（3）若汽车油箱伸用的是热值为4.6×107J/kg的汽油，当该车以20m/s的速度匀速行驶100km时所消耗的汽油5kg,汽车发动机的输出的功率为12kW，牵引力做的功为______J，则汽车发动机的效率为 。（保留整数）
答案
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
C C C C C D D B B D A C
13、汽油 柴油 25%
14、压缩 2.3×107
15、做功 甲
16、做功 80
17、功 内能 B 15
18、化学 增大 增大
19、（1）化学 内 （2）热传递 （3）内 机械
20、8.8×107 75 20
21、解：（1）燃气对活塞的平均压力为：F=pS=1×106Pa×40×10-4m2=4000N
（2）飞轮转带为2400r/min,则1min内转2400转完成1200个工作循环，
完成一个工作循环的时间为t＝ ＝0.05s
一个工作循环中，做功一次，做的功为W=Fs=4000N×60×10-3m=240J
做功的功率为
（3）汽车行驶54km所用时间为：
由题意可知
则发动机所做的有用功为：W1＝Pt＝4×4800W×5400s＝1.0368×108J
汽油燃烧放出的热量为：
需要的汽油质量为：
22、解：（1）出租车气罐中燃气完全燃烧后产生的热量
Q放=m燃气q=10kg×4.4×107J/kg=4.4×108J
（2）出租车匀速行驶时处于平衡状态，牵引力等于阻力
则牵引力为F=f=1000N，
气罐中燃气完全燃烧后能使出租车做的有用功：
W=Fs=1000N×1.32×105m=1.32×108J，
出租车内燃机的效率：η= =30%；
（3）矿泉水吸收的热量：Q吸=Q放=4.4×108J
矿泉水温度升高的温度：Δt= =100℃，
若矿泉水温度升高的温度为100℃
则末温为t=t0+Δt=20℃+100℃=120℃
在1标准大气压下，水在100℃沸腾，沸腾后吸热温度保持不变，
即升高的温度；Δt′=100℃-20℃=80℃
23、（1）降低 （2）丙、甲、丁、乙 丁 （3）内 （4）9.2×106 2.76×106
24、（1）C （2）40 20 10 （3）6×107 26%