2 22 2 热机效率与环保
一、单选题 1.柴油机在同样负荷的情况下（
）
A.尾气的温度越高，柴油机越节能 B.尾气的温度越低，柴油机越节能 C.尾气的柴油味越浓，柴油机越节能 D.尾气的颜色越黑，柴油机越节能 【答案】B
【解析】柴油在柴油机的气缸中燃烧，产生高温高压气体，燃料的化学能转变为气体的内能，气体的内能又转变为柴油机的机械能，燃烧相同的燃料，输出的机械能越多，表明柴油机越节能，尾气的温度越高，内能越大，说明排出的能量越多，利用的就少了，效率低，不节能。所以尾气的温度越低，柴油机越节能，B 选项正确. 故答案为：B 2.甲、乙两台柴油机，甲的效率低于乙的效率，其意义是(
)
A.甲的功率大于乙的功率 B.甲消耗的燃料多于乙消耗的燃料 C.乙将燃料燃烧放出的能量变成有用功的那部分能的比例比甲大 D.工作相同时间甲消耗的燃料一定比乙少 【答案】C
【解析】A. 功率是表示物体做功快慢的物理量，与热机的效率是完全不同的概念，A不符合题意；B. 虽然甲的效率比乙低，但不清楚两台柴油机做功多少的情况下，无法确定谁消耗的燃料多，B 不符合题意；C. 甲柴油机的效率比乙柴油机的效率低，说明乙柴油机用来做有用功的能量占总能量的百分比大，C 符合题意；D. 相同时间内消耗燃料的多少与功率有关，与效率无关，D 不符合题意。故答案为：C 3.四冲程热机工作过程中，将内能转化为机械能的是（
）
A. 吸气冲程
B. 做功冲 程
C. 压 缩 冲
程
D. 排气冲程 【答案】B
【解析】解：在做功冲程中，燃料燃烧的化学能转化为内能，高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能；而压缩冲程中，消耗机械能，产生内能，所以是将机械能转化为内能的过程；吸气冲程和排气冲程中没有能量的转化．故选 B． 4.某四冲程汽油机的转速为 3000r/min，则（
）
A. 该 汽 油 机 每 秒 钟 对 外 做 功 50次
B. 该汽油机每秒钟活塞完成 50 个冲程 C. 压 缩 冲 程 中 ， 内 能 能 转 化 为 机 械能
D. 一般来说，汽油机的效率低于柴油机 【答案】D
【解析】AB、汽油机的转速是 3000r/min=50r/s，表示每秒飞轮转动 50 圈，完成 100个冲程，对外做功 25 次，故 AB 错误；C、做功冲程中能量转化是内能转化为机械能，压缩冲程中能量转化是机械能转化为内能，故 C 错误；B、由热机的特点可知，汽油机的效率低于柴油机的效率，故 D 正确．故选 D． 5.一台四冲程内燃机飞轮转速为 1800r/min，它 1s 完成了（
）
A. 30 个冲程
B. 60 个冲程
C. 120 个 冲程
D. 160 个冲程 【答案】B
【解析】四冲程内燃机飞轮转速为 1800r/min=30r/s，表示每秒飞轮转动 30 圈，60 个冲程，对外做功 15 次．故选 B． 6.热机的效率较低，为了提高热机的效率，你认为下列方法目前不可能的是（
）
A. 尽量使燃料充分燃烧 B. 尽量减少各种热损失 C. 尽量减少因克服摩擦力而额外消耗的能量 D. 想办法把燃料放出的热量全部用来做有用功 【答案】D
【解析】在现有条件下，热机工作过程中燃料不可能完全燃烧，机械摩擦和散热要消耗能量、废气带走较大部分能量．所以燃料燃烧释放出的热量不可能全部做有用功．D 符合题意，ABC 不合题意. 故答案为 D． 7.柴油机的效率比汽油机高，这说明（
）
A. 在单位时间内柴油机消耗的燃料比汽油机少
B. 在单位时间内柴油机消耗的燃料比汽油机多 C. 柴 油 的 燃 烧 值 比 汽 油高
D. 柴油机把柴油燃烧后的内能转化为机械能的比率比汽油机高 【答案】D
【解析】解：AB、单位时间内消耗的燃料与机械做功的快慢有关，与效率无关，AB 不符合题意； C、热机的效率与热值无关，C 不符合题意；D、将内能转化为机械能的机器，柴油机的效率比汽油机高，说明燃料燃烧后产生的内能转化成的机械能比例较高，D 符合题意．故答案为：D． 8.汽油机工作时的热损失情况是：汽缸散热损失30%，废气带走35%．机械摩擦损耗10%，则完全燃烧 2g 汽油（热值为 4.6×107 J/kg）获得的机械能是（
）
A. 2.76×104 J
B. 3.22×104 J
C. 0.92×104 J
D. 2.3×10 4
J 【答案】D
【解析】解：（1）汽油机的效率：η=100%﹣35%﹣30%﹣10%=25%； （2）2g 汽油完全燃烧产生的热量：Q=mq=2×10﹣3 kg×4.6×10 7 J/kg=9.2×10 4 J； （3）根据 η= 可知获得的机械能：W=ηQ=25%×9.2×104 J=2.3×10 5 J．故选 D． 9.有关热机效率的说法正确的是（
）
A. 用热值大的燃料，就能提高热机效率
B. 多燃烧一些热值大的燃料，就能提高热机效率
C. 无论用什么方法，都不能提高热机效率
D. 无论用什么方法，都不能是热机效率等于或大于 1 【答案】D
【解析】热机效率是有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，与燃料的热值与质量无关，故 AB 错误；采取减少废气带走的能量等方法可以提高热机效率，故 C 错误；由于能量损失不可避免，热机效率永远小于 1，故 D 正确。
10.关于热机的效率，下列说法中正确的是（
）
A. 热机做的有用功越多，效率一定越高
B. 热机消耗的燃料越少，效率一定越高 C. 热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高
D. 热机做功越快，效率一定越高 【答案】C
【解析】当热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高；当热机消耗的燃料一定，做的有用功越多，效率就一定越高，A、B 不符合题意；热机做功越快，表示热机的功率越大，与效率无关；D 不符合题意，C 符合题意.故答案为：C. 二、填空题 11.提高热机效率的重要措施是，________；某四冲程内燃机飞轮的转速为 3600r/min，它每秒钟完成________个冲程对外做________次功． 【答案】减小废气带走的能量；120；30
【解析】
（1）在热机的各种热损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气带走的能量，是提高热机效率的重要措施．（2）已知冲程汽油机的飞轮转速是 3600r/min=60r/s，即每秒钟转 60 圈，完成 =30 个工作循环，做功 30 次，完成 30×4=120 个冲程． 故答案为：减小废气带走的能量；120；30． 12.飞机的喷气发动机的热机效率可高达 60%，则燃料完全燃烧产生 3 000 J 的热量，飞机可以获得________J 的机械能。
【答案】1800
【解析】∵η= ∴W 有用 =Q 放 η=3 000 J×60%=1800J。故答案为：1800。
13.柴油机的飞轮转速是 3600 转/分，则每秒钟柴油机完成________次工作循环，燃气
对活塞做功________次． 【答案】30；30
【解析】解：内燃机的一个工作循环有四个冲程，飞轮转 2 圈；四冲程柴油机飞轮的转速为 3600 转/分，则该柴油机每秒钟转 60 圈，完成 30 个工作循环，完成 120 个冲程，对外做 30 次功． 故答案为：30；30． 14.有一台汽油机在一个工作循环中消耗了 5g 汽油（汽油的热值为 4.6×107
J/kg），这些汽油完全燃烧产生的热量是________J，若这台汽油机的效率为 40%，则一个循环中输出的有用机械能为________J。
【答案】2.3×105 ；9.2×10 4
【解析】已知汽油热值
q J/kg，燃烧 5g 汽油放出的热量可以根据热值计算公式得：
kg
J/kg ，根据热机效率计算公式 η
，η 40%得. 40% 9.2×104 J.故答案为：2.3×10 5 ；9.2×10 4 . 15.汽油机的效率通常只有 20％～30%。造成有效能量损失的主要原因是：________。
（写出一条即可）
【答案】未完全燃烧、机械克服摩擦做功损耗能量 【解析】我们把热机所做有用功与所用燃料完全燃烧释放的热量之比叫做热机的效率。汽油机的效率通常只有 20％～30%。造成有效能量损失的主要原因是：燃料未完全燃烧、机械克服摩擦做功损耗能量。
16.某四冲程汽油机的转速是 1500R/min，那么 1min 里，该汽油机的冲程数和燃气做功次数分别是________和________ ． 【答案】3000；750
【解析】四冲程汽油机完成 1 个工作循环，要经过四个冲程，飞轮转动 2 转，对外做功1 次；单缸四冲程汽油机飞轮转速是 1500R/min，所以该汽油机在 1min 内可以完成 3000 个冲程，可以做 750 次功．故答案为：3000；750． 三、计算题 17.一台单缸四冲程汽油机在一个工作循环中的平均功率是 9.2kW，该汽油机每分钟需
燃烧汽油 50g，问该汽油机的效率是多大？（汽油的燃烧值是 4.6×107 J/kg）
【答案】每分钟汽油机做的功：
W=Pt=9.2×103 W×60s=5.52×10 5 J， 完全燃烧汽油 50 克汽油释放的热量：
Q 放 =mq=50×10﹣3 kg×4.6×10 7 J/kg=2.3×10 6 J， 汽油机的效率：
η= ×100%= ×100%=24%． 答：该汽油机的效率是 24%． 四、解答题 18.某品牌轿车的质量为 M（含驾乘人员），车的钢质外壳密度为 ρ 1 、质量为 m，发动机的效率为 η 1 ．若该车在平直道路上匀速行驶受到地面的摩擦力为车总重的 k 倍（k＜1，为常数），受到的空气阻力为 f，忽略其他摩擦阻力．经过技术革新，厂家将车外壳换成了等体积，密度为 ρ 2 的新材料（ρ 2 ＜ρ 1 ），并对车子的流线型进行了优化，使车子收到的空气阻力降低了 2%，还将车子的发动机效率提高了 η 2 ．改进后汽车以相同的速度匀速行驶，求改进后汽车的耗油量 m 2 与改进前的耗油量 m 1 的比．（设改进前后汽车行驶的路况、路程、驾乘人员相同．不带单位计算）
【答案】设改进后车外壳的质量为 m′，汽车的行驶路程为 S，汽油的热值为 q，根据题意得：改进前
因为匀速运动，所以 F 1 =f 1 ， f 1 =kMg+f， ， ，改进后 ， ， ；因为匀速运动， 所以 F 2 =f 2 =k（M﹣m+m′）g+0.98f， 则 ， ，
故改进后与改进前的油耗量比：
五、综合题 19.生活中处处都有物理。
（1）微信是时下广为流行的一款手机软件，微信信息是手机利用________（选填“电磁波”或“超声波”）进行传播的。随着科技的发展，利用太阳能给手机充电已成为现实。太阳能属于________（选填“可再生”或“不可再生”）能源。
（2）阳光透过树叶间的缝隙，在地面上形成了许多圆形的光斑，这是光的________形成的。我们能从不同方向看到一朵花，这是由于光在花朵表面发生了________反射。透过蓝色玻璃观察红花时，看到的花是________色的。
（3）某家庭需要将 50kg、初温为 10℃的水加热到 50℃作为生活用水，他们利用煤气灶烧水，需要燃烧 0.8kg 的煤气。这些水从 10℃加热到 50℃需要吸收的热量为________J，0.8kg 的煤气完全燃烧放出的热量为________J，煤气灶烧水的效率为________。（c 水=4.2×103 J/（kg·℃)，q 煤气=4.2×10 7 J/kg）
（4）如图甲，松开气球的口子，快速放气后会感到气球温度变________，这是因为气体________，导致内能变化。如图乙，松开气球的口子，气球向后喷出气体的同时，气球会沿着绳子快速向前飞去，这说明________
。
（5）小明看到在沸腾的油锅中取铁球的表演后，得知锅中的“油”是由油和醋组成的混合液体，油的沸点为 287℃，醋的沸点只有 60℃，当温度达到________
℃时液体就沸腾了，继续加热，液体的温度________（选填“会”或“不会”）升高，表演时铁球的温度不可能超过________℃。
【答案】（1）电磁波；可再生 （2）直线传播；漫；黑 （3）8.4×106 ；3.36×10 7 ；25% （4）低；对外做功；力的作用是相互的 （5）60；不会；60
【解析】微信信息是利用手机通过一定频率的电磁波进行传播的；太阳能能源源不断获得，是可再生能源；树叶间有空隙，形成一个个小孔，树荫下地面上的光斑是太阳经小孔成的实像，是光的直线传播形成的。我们能从不同方向看到一朵花是由于光射到树叶表面上发生了漫反射，反射光线射向各个方向的缘故。蓝色的玻璃只能透过蓝光，其它色光被吸收了，透过蓝色的玻璃看这朵花，呈现黑色；水吸收的热量：
Q 吸 ＝cm 水 (t−t 0 )＝4.2×103 J/(kg⋅℃)×50kg×(50℃−10℃)＝8.4×10 6 J，0.8kg 煤气完全燃烧放出的热量：Q 放 ＝m 煤气 q＝0.8kg×4.2×107 J/kg＝3.36×10 7 J. 煤气灶烧水的效率为＝25%
图甲，松开气球的口子，快速放气后会感到气球变凉，这是因为气体对外界做功，本身的内能减小，温度降低；如图乙,松开气球的口子,气球向后喷出气体的同时,空气给气球一个反作用力,气球会沿着绳子快速向前飞去,说明力的作用是相互的(或力可以改变物体的运动状态).由于锅中的“油”是由油和醋组成的混合液体，醋的沸点是 60℃，所以锅中的液体温度达到 60℃时液体就沸腾了；液体沸腾的特点是吸收热量，但温度不变，所以继续加热液体的温度不会升高，表演时铁球的温度不可能超过 60℃；只有当醋全部汽化后，再继续加热，油温度才会升高。
20.小明用伏安法测出自制电动机线圈的电阻为 1Ω．
（1）小明发现电动始终只能在某位置晃动而不能持续转动，请帮他分析原因． （2）修好后线圈两端所加电压为 2V 时，电流为 0.8A，电动机正常工作，自制电动机的效率是多少？ （3）某次实验时线圈与磁铁接触使得线圈无法转动，此时小明发现线圈特别烫，试分析原因． 【答案】
（1）将电动机线圈放在支架上，因为没有换向器，不能改变线圈中的电流方向，就不能改变线圈的受力方向，所以闭合开关 S 后，发现线圈只能偏转至水平位置、不能持续转动；这个位置物理学中称为平衡位置，它是线圈平面与磁感线垂直的位置 （2）因为 P=UI，所以电动机正常工作时的总功率为 P=UI=2V×0.8A=1.6W； 线圈消耗的功率：P 圈 =I2 R圈 =（0.8A）2 ×1Ω=0.64W，
输出功率：P 出 =P 总 ﹣P 圈 =1.6W﹣0.64W=0.96W， 这台电动机的效率：η= ×100%≈60%． （3）实验时线圈与磁铁接触使得线圈无法转动，此时电能转化为内能．