2024年度教科版九年级物理上册课堂作业设计
第二章 改变世界的热机
素养综合检测
一、选择题(每小题4分,共32分)
1. (2022广西北部湾经济区中考)2022年6月5日,长征二号F遥十四运载火箭搭载神舟十四号载人飞船成功发射升空。关于运载火箭发射升空时涉及的物理知识,下列说法正确的是 ( )
A.使用的燃料热值较小
B.大量“白气”涌向四周是扩散现象
C.燃料燃烧时将内能转化为化学能
D.燃气主要通过热传递使周围的空气内能增大
2.北京时间2022年12月4日20时09分,神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。返回舱又称座舱,它是航天员的“驾驶室”,是航天员往返太空时乘坐的舱段。返回舱进入大气层后会与大气剧烈摩擦产生高热,这一现象的能量转化与四冲程汽油机哪一个冲程相同 ( )
A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程
3.(2022山东曹县期中)如图所示,四冲程汽油机工作示意图中,哪一个冲程不是靠飞轮惯性完成的 ( )
A B C D
4.(2023山东商河期中)如图所示,四冲程内燃机工作循环中一个冲程的示意图,它是 ( )
A.压缩冲程,将内能转化为机械能
B.压缩冲程,将机械能转化为内能
C.做功冲程,将内能转化为机械能
D.做功冲程,将机械能转化为内能
5.(2022河南柘城期中)如图所示是某老师的自制教具,他在矿泉水瓶的侧壁上钻一个孔,把电火花发生器紧紧塞进孔中,实验时从瓶口喷入酒精并盖上锥形纸筒,按动电火花发生器的按钮,点燃瓶内酒精后,纸筒即刻飞出。关于此实验,分析不正确的是 ( )
A.酒精不完全燃烧时热值不变
B.能闻到酒精的气味说明分子在永不停息地做无规则运动
C.燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的压缩冲程
D.纸筒飞出后瓶内气体的内能减小,温度降低
6.(2022四川成都高新区期中)关于热机效率,下列说法正确的是 ( )
A.蒸汽机的效率高于汽油机的效率
B.热机所做有用功越多,它的效率就越高
C.内燃机的效率越高,它消耗的燃料就越少
D.热机效率越高,它将内能转化为机械能的比例越大
7.(2022山西运城盐湖月考)如图所示是某品牌汽车的汽油机的能量流向图,下列说法不正确的是 ( )
A.通过改进技术可以将汽油机的效率提高至100%
B.该汽车汽油机输出的有用功为30%
C.冷却水内能的二次利用可提高能量的利用率
D.废气排放占比最大,减少该部分能量损失可有效提高汽油机的效率
8.(2021陕西陇县期中)如表是一些燃料的热值(单位:J/kg),下列判断正确的是 ( )
无烟煤 3.4×107 煤油 4.6×107
焦炭 3.0×107 汽油 4.6×107
酒精 3.0×107 氢 1.4×108
A.使燃料燃烧更充分,可以增大热值
B.燃烧2 kg无烟煤放出的热量,一定比燃烧2 kg酒精放出的热量多
C.现代火箭使用液态氢作燃料,是因为它具有较大的热值
D.热机使用的燃料的热值越大,热机的效率就越高
二、填空题(每空3分,共39分)
9. 2020年5月5日,长征五号B运载火箭在文昌航天发射场点火升空,首飞任务取得圆满成功。火箭升空时,将燃料燃烧产生的 能转化为 能,火箭的发动机 (选填“是”或“不是”)热机。
10.(2022黑龙江绥化中考)如图所示是汽油机的 冲程,在此冲程中汽缸内气体的内能 (选填“增大”“不变”或“减小”)。
11.(2022四川自贡中考)如图所示,在一个配有活塞的厚玻璃筒底部放一小团硝化棉,快速压下活塞。可观察到硝化棉 的现象。此快速压下活塞过程能量转化情况与汽油机的 冲程是相同的。
12.如图所示是某单缸四冲程汽油机的 冲程;若该汽油机每秒钟对外做功25次,那么该汽油机飞轮的转速为 r/min。
13.(2021河北唐山丰润期中)(1)汽油机是热机的一种,汽油在汽缸内燃烧时将 能转化为 能;如图所示是四冲程汽油机某一工作状态示意图,由图可以看出,此时它正处在 冲程。
(2)一辆汽车匀速行驶20 min,消耗的汽油为3 kg,获得了4.14×107 J的机械能,则该汽车汽油机的效率为 。(汽油的热值为4.6×107 J/kg)
三、实验探究题(每空4分,共12分)
14.(2021江苏无锡锡山天一实验学校期中)老师用如图a所示实验装置,加热试管使水沸腾,发现试管上方的小风车开始不停地转动。请利用所学的知识回答以下问题。
a
b
(1)图a实验中能量转化方式与图b中单缸四冲程汽油机的
(选填“甲”“乙”“丙”或“丁”)冲程相同。
(2)若某单缸四冲程汽油机的功率为36千瓦,做功冲程每次对外做功800 J,则在1秒钟内该汽油机能对外做功 次,此汽油机飞轮的转速为 转/秒。
四、计算题(共17分)
15.(2022辽宁本溪中考改编)(8分)为改善城市空气质量,很多城市用雾炮车洒水除尘。如图为一台正在水平路面上洒水的雾炮车,车内水箱底部出水口面积为50 cm2。(g取10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3,柴油的热值取4.0×107 J/kg)求:
(1)洒水前雾炮车以10 m/s的速度在水平路面上做匀速直线运动,发动机的功率为80 kW,此时雾炮车受到的阻力;
(2)雾炮车以80 kW的功率匀速行驶20 min,若柴油机效率为40%,需要消耗柴油的质量。
16.(2022江苏启东期末)(9分)参加2021年国庆阅兵的运-20是我国自主发展的大型运输机,它的发动机是一种热机,通过航空煤油在气室中燃烧,从喷口向后高速喷出气体,使发动机获得向前的推力。若
运-20在高空中飞行时在恒定的水平推力F作用下,以720 km/h的速度沿水平方向匀速航行1 h,需要燃烧航空煤油4 800 kg。已知飞机发动机提供的机械功率是3.2×107 W,航空煤油的热值为4×107 J/kg。试求在这1 h内:
(1)航空煤油完全燃烧放出的热量;
(2)发动机获得的水平推力F;
(3)该飞机发动机的热机效率。
答案全解全析
1.D 燃料的热值较大,完全燃烧相同质量,可以释放更多的热量,故A错误;“白气”属于水蒸气遇冷液化的小水珠,而扩散是分子彼此进入对方的现象,所以大量“白气”涌向四周不是扩散现象,故B错误;燃烧燃料,将燃料的化学能转化为燃气的内能,故C错误;喷出燃气时,会释放大量热量,主要通过热传递使周围的空气内能增大,故D正确。
2.B 返回舱进入大气层后与大气剧烈摩擦产生高热,该过程机械能转化为内能,吸气冲程和排气冲程不涉及能量转化,压缩冲程为机械能转化为内能,做功冲程为内能转化为机械能,故选B。
3.C 四个冲程中,只有做功冲程中气体推动活塞对外做功,其他三个冲程都是靠飞轮的惯性来完成的,故选C。
4.C 图中气门关闭,活塞下行,火花塞点火,是做功冲程;在做功冲程中,将内能转化为机械能,故C正确。
5.C 燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的做功冲程,C错误,故选C。
6.D 蒸汽机的效率低于汽油机的效率,故A错;热机所做的有用功多,与燃料完全燃烧放出的能量之比不一定多,故B错;热机的效率越高,做相同的有用功时,消耗的燃料就越少,做功多少不确定时,无法确定消耗的燃料多少,故C错;热机的效率越高,说明内能转化成的机械能与内能的比值越大,故选D。
7.A 无论如何改进,燃料燃烧释放的热量总会有部分损失,汽油机的效率达不到100%,A错误。
8.C 燃烧相同质量的燃料时,氢的热值比较大,放出的热量较多,所以现代火箭使用液态氢作燃料,故C正确。
9.内 机械 是
解析 火箭升空时,燃料燃烧时产生的内能转化为机械能,故火箭的发动机属于热机。
10.做功 减小
解析 由图可知,进气门和排气门都关闭,活塞向下运动,是做功冲程。在做功冲程中,汽缸内气体的体积增大,温度降低,内能减小,将内能转化为机械能。
11.燃烧 压缩
解析 快速压下活塞,压缩筒内空气做功,使空气的内能增加,温度升高,达到硝化棉的着火点,于是硝化棉燃烧起来。快速压下活塞,对空气做功,活塞的机械能转化为空气的内能,与内燃机的压缩冲程是相同的。
12.压缩 3 000
解析 进气门、排气门都关闭,活塞向上运动,压缩气体,是压缩冲程。飞轮每转2圈,对外做功1次,若该汽油机每秒钟对外做功25次,则飞轮每秒钟转50圈,那么该汽油机飞轮的转速为50×60 r/min=3 000 r/min。
13.(1)化学 内 做功 (2)30%
解析 (1)汽油在汽缸内燃烧时将化学能转化为内能;火花塞点火,活塞向下移动,可以判断这个冲程是做功冲程。
(2)汽油完全燃烧放出的热量
Q放=mq=3 kg×4.6×107 J/kg=1.38×108 J,
所以η==30%。
14.(1)丁 (2)45 90
解析 (1)加热试管使水沸腾,水蒸气推动小风车做功,这一过程中内能转化为机械能,和内燃机做功冲程的能量转化方式相同,故选丁。
(2)功率P=36 000 W,每秒做功36 000 J,每秒对外做功次数n==45,则飞轮的转速为90转/秒。
15.解析 (1)发动机的功率为80 kW=80 000 W,
牵引力为F==8 000 N,
汽车做匀速直线运动,受到的阻力等于牵引力为8 000 N。
(2)行驶的时间为20 min=1 200 s,
发动机做功为W=Pt=80 000 W×1 200 s=9.6×107 J,
则柴油燃烧产生的热量为
Q==2.4×108 J,
需要柴油的质量为
m==6 kg。
16.解析 (1)煤油完全燃烧放出的热量为:
Q放=qm=4×107 J/kg×4 800 kg=1.92×1011 J;
(2)该飞机水平匀速飞行的速度v=720 km/h=200 m/s,
由P==Fv得,发动机获得的水平推力为:
F==1.6×105 N;
(3)该飞机沿水平方向匀速航行1 h,则发动机做的功为:
W=Pt=3.2×107 W×3 600 s=1.152×1011 J,
发动机的热机效率为:
η=×100%=60%。
