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5. (★★)下列选项(图14.3-4)可能符合汽车热机能量流向的是 【 】
答案
解：
热机是将内能转化为机械能的装置，汽车热机的效率通常为20%~40%，且能量转化过程遵循能量守恒定律，输入热机的总能量等于所有输出能量之和。
1. 选项A：输出总能量为$600\ \mathrm{J}+600\ \mathrm{J}=1200\ \mathrm{J}$，大于输入的$1000\ \mathrm{J}$内能，违背能量守恒定律，不符合要求。
2. 选项B：热机的输入能量是燃料燃烧释放的内能，不是电能，不符合热机的能量输入特点，错误。
3. 选项C：输入的$1000\ \mathrm{J}$内能全部转化为机械能，热机效率为100%，热机工作不可避免存在能量损耗，不可能实现，错误。
4. 选项D：输出总能量为$300\ \mathrm{J}+700\ \mathrm{J}=1000\ \mathrm{J}$，和输入的内能相等，符合能量守恒，热机效率$\eta=\frac{300\ \mathrm{J}}{1000\ \mathrm{J}}=30\%$，处于汽车热机的正常效率区间，符合要求。
【答案】D
热机是将内能转化为机械能的装置，汽车热机的效率通常为20%~40%，且能量转化过程遵循能量守恒定律，输入热机的总能量等于所有输出能量之和。
1. 选项A：输出总能量为$600\ \mathrm{J}+600\ \mathrm{J}=1200\ \mathrm{J}$，大于输入的$1000\ \mathrm{J}$内能，违背能量守恒定律，不符合要求。
2. 选项B：热机的输入能量是燃料燃烧释放的内能，不是电能，不符合热机的能量输入特点，错误。
3. 选项C：输入的$1000\ \mathrm{J}$内能全部转化为机械能，热机效率为100%，热机工作不可避免存在能量损耗，不可能实现，错误。
4. 选项D：输出总能量为$300\ \mathrm{J}+700\ \mathrm{J}=1000\ \mathrm{J}$，和输入的内能相等，符合能量守恒，热机效率$\eta=\frac{300\ \mathrm{J}}{1000\ \mathrm{J}}=30\%$，处于汽车热机的正常效率区间，符合要求。
【答案】D
6. (★★)(双选)下列途径中,能提高热机效率的是
【 】
A.燃烧更多的燃料
B.尽量减少摩擦
C.尽量减小输出功率
D.尽量减少热量损失
【 】
A.燃烧更多的燃料
B.尽量减少摩擦
C.尽量减小输出功率
D.尽量减少热量损失
答案
BD
解析
热机效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。
选项A：燃烧更多燃料，只会让燃料释放的总能量同比例增加，有用功和总能量的比值不变，无法提高热机效率。
选项B：尽量减少摩擦，可以减少克服摩擦消耗的额外能量，让更多能量用于做有用功，能提高热机效率。
选项C：输出功率是热机做功的快慢，和热机效率没有关联，减小输出功率无法改变有用功和总能量的比值，不能提高效率。
选项D：尽量减少热量损失，可提升有效利用的能量占燃料完全燃烧释放总能量的比例，能提高热机效率。
综上符合要求的是BD。
选项A：燃烧更多燃料，只会让燃料释放的总能量同比例增加，有用功和总能量的比值不变，无法提高热机效率。
选项B：尽量减少摩擦，可以减少克服摩擦消耗的额外能量，让更多能量用于做有用功，能提高热机效率。
选项C：输出功率是热机做功的快慢，和热机效率没有关联，减小输出功率无法改变有用功和总能量的比值，不能提高效率。
选项D：尽量减少热量损失，可提升有效利用的能量占燃料完全燃烧释放总能量的比例，能提高热机效率。
综上符合要求的是BD。
7. (★★★)小明同学用家里的天然气灶将质量为2 kg、初温为20 ℃的水刚好加热到100 ℃,水吸收的热量是 J;消耗了0.06 m³的天然气,则此天然气灶的热效率约为。[水的比热容为$4.2×10^{3}\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C})$,天然气的热值约为$3.5×10^{7}\ \mathrm{J}/\mathrm{m}^3$]
答案
解：
水吸收的热量：
$Q_{\mathrm{吸}} = cm\Delta t = 4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg· ° C)} × 2\ \mathrm{kg} × (100°\mathrm{C}-20°\mathrm{C}) = 6.72×10^5\ \mathrm{J}$
天然气完全燃烧放出的总热量：
$Q_{\mathrm{放}} = Vq = 0.06\ \mathrm{m^3} × 3.5×10^7\ \mathrm{J/m^3} = 2.1×10^6\ \mathrm{J}$
天然气灶的热效率：
$\eta = \frac{Q_{\mathrm{吸}}}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\% = \frac{6.72×10^5\ \mathrm{J}}{2.1×10^6\ \mathrm{J}} × 100\% = 32\%$
答案依次为：$6.72×10^5$；$32\%$。
水吸收的热量：
$Q_{\mathrm{吸}} = cm\Delta t = 4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg· ° C)} × 2\ \mathrm{kg} × (100°\mathrm{C}-20°\mathrm{C}) = 6.72×10^5\ \mathrm{J}$
天然气完全燃烧放出的总热量：
$Q_{\mathrm{放}} = Vq = 0.06\ \mathrm{m^3} × 3.5×10^7\ \mathrm{J/m^3} = 2.1×10^6\ \mathrm{J}$
天然气灶的热效率：
$\eta = \frac{Q_{\mathrm{吸}}}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\% = \frac{6.72×10^5\ \mathrm{J}}{2.1×10^6\ \mathrm{J}} × 100\% = 32\%$
答案依次为：$6.72×10^5$；$32\%$。
8. ( ★★★ )(2025·江西)用燃气灶给一定质量的水加热，完全燃烧体积为V的燃气(燃气的热值为q)，水吸收的热量为Q，则此燃烧过程中燃气放出的热量为，该燃气灶的热效率为。(用题中字母表示)
答案
$Vq$；$\dfrac{Q}{Vq}$
解析
解：
由气体燃料完全燃烧放热公式可得，体积为V、热值为q的燃气完全燃烧放出的热量为$Q_{\mathrm{放}}=Vq$；
燃气灶的热效率为水吸收的热量与燃气完全燃烧放出总热量的比值，因此该燃气灶的热效率为$\eta=\frac{Q}{Vq}$。
由气体燃料完全燃烧放热公式可得，体积为V、热值为q的燃气完全燃烧放出的热量为$Q_{\mathrm{放}}=Vq$；
燃气灶的热效率为水吸收的热量与燃气完全燃烧放出总热量的比值，因此该燃气灶的热效率为$\eta=\frac{Q}{Vq}$。
9. (★★★)汽车已经成为现代生活中重要的交通工具，如图14.3-5所示。
(1)结合图14.3-5说明汽油燃烧时，哪些因素会造成周围环境内能的增加。
。
(2)一辆小汽车在高速公路上行驶的速度为30 m/s时，功率是23 kW。若这辆车内燃机的效率为30%，则这辆车每小时消耗汽油约kg。(汽油的热值是$4.6×10^7$ J/kg)
(1)结合图14.3-5说明汽油燃烧时，哪些因素会造成周围环境内能的增加。
。
(2)一辆小汽车在高速公路上行驶的速度为30 m/s时，功率是23 kW。若这辆车内燃机的效率为30%，则这辆车每小时消耗汽油约kg。(汽油的热值是$4.6×10^7$ J/kg)
答案
解：
(1) 发动机冷却器向外散热、排气管排出的高温废气带走热量、发动机运转摩擦生热、轮胎与地面摩擦生热、车灯和发电机工作时向外散热，这些因素都会将能量传递到周围环境，造成周围环境内能增加。
(2) 汽车每小时对外做的有用功：
$W = Pt = 23×10^3\ \mathrm{W} × 3600\ \mathrm{s} = 8.28×10^7\ \mathrm{J}$
由热机效率公式$\eta=\frac{W}{Q_{\mathrm{放}}}$可得，汽油完全燃烧放出的总热量：
$Q_{\mathrm{放}} = \frac{W}{\eta} = \frac{8.28×10^7\ \mathrm{J}}{30\%} = 2.76×10^8\ \mathrm{J}$
由$Q_{\mathrm{放}}=mq$可得，每小时消耗汽油的质量：
$m = \frac{Q_{\mathrm{放}}}{q} = \frac{2.76×10^8\ \mathrm{J}}{4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}} = 6\ \mathrm{kg}$
答：(2) 这辆车每小时消耗汽油约6kg。
(1) 发动机冷却器向外散热、排气管排出的高温废气带走热量、发动机运转摩擦生热、轮胎与地面摩擦生热、车灯和发电机工作时向外散热，这些因素都会将能量传递到周围环境，造成周围环境内能增加。
(2) 汽车每小时对外做的有用功：
$W = Pt = 23×10^3\ \mathrm{W} × 3600\ \mathrm{s} = 8.28×10^7\ \mathrm{J}$
由热机效率公式$\eta=\frac{W}{Q_{\mathrm{放}}}$可得，汽油完全燃烧放出的总热量：
$Q_{\mathrm{放}} = \frac{W}{\eta} = \frac{8.28×10^7\ \mathrm{J}}{30\%} = 2.76×10^8\ \mathrm{J}$
由$Q_{\mathrm{放}}=mq$可得，每小时消耗汽油的质量：
$m = \frac{Q_{\mathrm{放}}}{q} = \frac{2.76×10^8\ \mathrm{J}}{4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}} = 6\ \mathrm{kg}$
答：(2) 这辆车每小时消耗汽油约6kg。
拓展创新
热机简史
17世纪,人类发明了热机。最早的热机是蒸汽机,在锅炉里把水烧成水蒸气,水蒸气在气缸里推动活塞做功。原始的蒸汽机不便于使用,后来许多人对它不断进行改进,使蒸汽机成为可以广泛使用的动力机。
交通运输的发展迫切需要轻便的热机,于是,内燃机应运而生。内燃机分为汽油机、柴油机两大类。汽油机是1883年发明的,柴油机是1892年发明的。内燃机行驶时不需要携带很多的水和煤,不但轻便,效率也提高了很多。早期的飞机是由内燃机提供动力的。从20世纪40年代开始,飞机越来越多地使用喷气发动机,喷气发动机向后高速喷出气体,从而使飞机获得前进的动力。在功率相同时,喷气发动机比内燃机更轻便,效率更高,这就使生产高速的大型飞机成为可能。喷气发动机中自带燃料和氧化剂的,叫火箭喷气发动机,它工作时不需要空气中的氧气,可以在大气层外工作,能够用来发射人造卫星和宇宙飞船。
请根据上述材料,回答下列问题。
(1)火箭常使用液态氢作为燃料,是因为液态氢的大。
(2)相对于内燃机,喷气发动机的优点是。
(3)喷气发动机靠向后高速喷出气体使飞机前进,其利用的物理原理是。
热机简史
17世纪,人类发明了热机。最早的热机是蒸汽机,在锅炉里把水烧成水蒸气,水蒸气在气缸里推动活塞做功。原始的蒸汽机不便于使用,后来许多人对它不断进行改进,使蒸汽机成为可以广泛使用的动力机。
交通运输的发展迫切需要轻便的热机,于是,内燃机应运而生。内燃机分为汽油机、柴油机两大类。汽油机是1883年发明的,柴油机是1892年发明的。内燃机行驶时不需要携带很多的水和煤,不但轻便,效率也提高了很多。早期的飞机是由内燃机提供动力的。从20世纪40年代开始,飞机越来越多地使用喷气发动机,喷气发动机向后高速喷出气体,从而使飞机获得前进的动力。在功率相同时,喷气发动机比内燃机更轻便,效率更高,这就使生产高速的大型飞机成为可能。喷气发动机中自带燃料和氧化剂的,叫火箭喷气发动机,它工作时不需要空气中的氧气,可以在大气层外工作,能够用来发射人造卫星和宇宙飞船。
请根据上述材料,回答下列问题。
(1)火箭常使用液态氢作为燃料,是因为液态氢的大。
(2)相对于内燃机,喷气发动机的优点是。
(3)喷气发动机靠向后高速喷出气体使飞机前进,其利用的物理原理是。
答案
解：
(1) 热值
(2) 在功率相同时，喷气发动机比内燃机更轻便，效率更高
(3) 物体间力的作用是相互的
(1) 热值
(2) 在功率相同时，喷气发动机比内燃机更轻便，效率更高
(3) 物体间力的作用是相互的
