沪科版物理九年级全册课课练：专题训练 热量、热值、热机效率的计算（含答案）

专题训练
[热量、热值、热机效率的计算]
类型一　有关热量的简单计算
1.[2019·德阳] 用天然气烧水,水沸腾时壶盖不断向上跳动,此过程中能量转化与四冲程汽油机的　　　　冲程的能量转化相同;在1个标准大气压下用天然气把3 kg的水从20 ℃加热至刚沸腾时,水吸收了　　　　J的热量。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
2.质量为10 kg的某物质温度从20 ℃升高了10 ℃时,吸收的热量是4.7×104 J,那么该物质的比热容是　　　　　J/(kg·℃)。若将该物质用去5 kg,则剩下部分的比热容是　　　　　J/(kg·℃)。
3.[2019·青海] 北方楼房中的“暖气”用水作为介质,是因为水的　　　　　　。质量为1 t的热水放出2.1×108 J的热量后温度降低　　　　℃。暖气能使室内空气温度升高,内能增加,这是通过　　　　的方式实现的。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
4.小明在探究“物质的放热能力与哪些因素有关”时,分别用质量相等的水和另一种液体进行了实验,并用图像对实验数据进行了处理,如图图ZT1-1所示,实验中,水和另一液体在相同的时间内放出的热量相等,分析图像可知,　　　　(选填“甲”或“乙”)物质为水,另一种液体的比热容为　　　　J/(kg·℃)。已知初温为25 ℃的水质量为1 kg,吸收3.36×105 J的热量后,则水的温度升高了　　　　℃(一个标准大气压下)。
图ZT1-1
5.[2019·遂宁] 为了减少环境污染,共建绿水青山的美好生态,我市部分农村地区已经用上了天然气烧水煮饭,设天然气的热值为4.2×107 J/kg,完全燃烧0.2 kg天然气放出的热量为　　　　J;若这些热量的25%被12.5 kg、30 ℃的水吸收,能使水的温度升高到　　　　℃。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
6.[2019·齐齐哈尔] 菜油最适宜的烹饪温度在150 ℃至180 ℃之间。用天然气将质量为0.02 kg的菜油从室温20 ℃加热到170 ℃,天然气完全燃烧放出的热量有60%被菜油吸收。则菜油吸收了　　　　J的热量,燃烧了　　　　m3的天然气。[c菜油=2.0×103 J/(kg·℃),天然气的热值为4×107 J/m3]
类型二　热量的综合应用
热效率 　计算公式:η=×100%,其中Q有用指有效利用的能量(如图加热水,Q有用=cmΔt),E指总能量。如图果装置是炉子,则E为燃料完全燃烧放出的热量(E=Q放=mq);如图果装置为太阳能热水器,则E为吸收太阳辐射的总能量
热机效率 　计算公式:η=×100%,其中W有用指用来做有用功的那部分能量,如图交通工具一般用W有用=Pt或W有用=Fs计算,Q总指燃料完全燃烧释放的能量
　η=×100%,能量1指用来做有用功的能量或有效利用的能量,能量2指总的能量
7.可燃冰是一种新型能源,它是水和天然气在高压低温情况下形成的类冰状结晶物质,主要成分是甲烷,其开采是世界难题。据中央电视台2017年5月18日报道,我国可燃冰已试采成功,技术处于世界领先。用燃气锅炉烧水时,把质量为500 kg、初温为20 ℃的水加热到100 ℃,共燃烧了12 m3天然气,已知水的比热容c水=4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值q天然气=4.2×107 J/m3,可燃冰的热值为同体积天然气的160倍,求:
(1)水吸收的热量。
(2)燃气锅炉烧水时的效率。
(3)若换用可燃冰,应使用多少立方米的可燃冰。
8.太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置,下表是小明家的太阳能热水器某天在阳光照射下的相关信息:
太阳照射时间/h 10
装水量/kg 100
吸热板面积/m2 2.5
水的初温/℃ 20
水的末温/℃ 70
水的比热容/[J·( kg·℃)-1] 4.2×103
太阳辐射功率/[J·(m2·h)-1] 1.68×106
其中太阳辐射功率是指1 h内投射到1 m2面积上的太阳能。求:
(1)水在10 h内吸收的热量。
(2)该太阳能热水器的能量转化效率。
9.同学们在研究“沙子和水谁的吸热本领大”时,选用了两只完全相同的酒精灯分别给质量都是0.4 kg的沙子和水同时开始加热。他们绘制出沙子与水的温度随加热时间变化的图像如图图ZT1-2所示。
(1)图　　　　(选填“a”或“b”)是沙子吸热升温的图像。
(2)加热2 min时,水吸收了多少热量
(3)沙子的比热容大约是多少
(4)若酒精灯的加热效率均为50%,求实验进行到第2 min需燃烧的酒精质量。[酒精热值为4.48×107 J/kg,水的比热容c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
图ZT1-2
10.为了探究某物质在固态和液态时的吸热能力,小兰同学用酒精灯(火焰大小保持不变)均匀加热0.6 kg该种固体,根据实验数据绘制出的图线如图图ZT1-3所示。通过查阅资料已知该物质液态时的比热容为3×103 J/(kg·℃)。
(1)该物质在C点时的内能　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)在B点时的内能。
(2)求该物质在CD段吸收的热量。经测量CD段消耗15 g酒精(酒精完全燃烧,酒精的热值为3.0×107 J/kg),求CD段的热效率。
(3)该物质在固态时的比热容为多大
图ZT1-3
11.[2020·丹东节选] 以汽油为燃料的某品牌卡丁车的功率为23 kW,它在水平沙滩上匀速直线运动5 min,行驶了3 km。
(1)此次行驶中,卡丁车运动的速度和受到的水平阻力各是多少
(2)若卡丁车的汽油机效率为25%,此次行驶中,卡丁车需要燃烧汽油的质量是多少千克 (q汽油=4.6×107 J/kg)
答案
1.做功　1.008×106　 (1)水烧开以后,水蒸气膨胀对壶盖做功,把壶盖顶起来,将水蒸气的内能转化为壶盖的机械能,这与汽油机的做功冲程的能量转化相同,在汽油机的做功冲程中,将燃气的内能转化为活塞的机械能。
(2)在1个标准大气压下水的沸点为100 ℃,即水的末温为100 ℃,水吸收的热量为Q吸=c水m水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×3 kg×(100 ℃-20 ℃)=1.008×106 J。
2.0.47×103　0.47×103　 由Q吸=cmΔt可得,该物质的比热容:c===0.47×103 J/(kg·℃);比热容是物质本身的一种特性,只与物质的种类和状态有关,与质量的大小无关,故该物质用去一部分后,剩下部分的比热容仍为0.47×103 J/(kg·℃)。
3.比热容较大　50　热传递
4.甲　2.1×103　75　 (1)相等时间内,两种液体放出的热量相等,由图示可以看出,乙液体的温度降低得快,甲液体的温度降低得慢;由Q放=cmΔt可知,甲放热慢,则甲的放热能力强,甲的比热容大,若甲、乙两种液体中,一种液体是水,则这种液体一定是甲液体。(2)由图可知:两液体的初温均是60 ℃,放热15 min后甲液体(水)的末温是40 ℃,乙液体的温度是20 ℃,则水放出的热量:Q放水=c水m水(t1水-t2水)=4.2×103 J/(kg·℃)×m×(60 ℃-40 ℃),乙液体放出的热量:Q放液=c液m液(t1液-t2液)=c液×m液×(60 ℃-20 ℃)。由题知,水和液体的质量相同,即m水=m液;相同时间内水和液体放出的热量相同,即c液m×(60 ℃-20 ℃)=4.2×103 J/(kg·℃)×m×(60 ℃-40 ℃)。解得c液=2.1×103 J/(kg·℃)。(3)由Q=cmΔt可知,水升高的温度为Δt===80 ℃,理论上水的末温为80 ℃+25 ℃=105 ℃,因为1个标准大气压下水的沸点为100 ℃,所以水升高的温度为100 ℃-25 ℃=75 ℃。
5.8.4×106　70　 (1)完全燃烧0.2 kg天然气放出的热量:
Q放=m天然气q=0.2 kg×4.2×107 J/kg=8.4×106 J。
(2)由题知,水吸收的热量:Q吸=25%Q放=25%×8.4×106 J=2.1×106 J;
由Q吸=cmΔt得,水升高的温度:Δt===40 ℃,
水的末温:t2=t1+Δt=30 ℃+40 ℃=70 ℃。
6.6×103　2.5×10-4　 菜油吸收的热量:
Q吸=c菜油mΔt=2.0×103 J/(kg·℃)×0.02 kg×(170 ℃-20 ℃)=6000 J;
天然气完全燃烧放出的热量有60%被菜油吸收,则天然气放出的热量为Q放===10000 J;
由Q放=Vq得天然气的体积:
V===2.5×10-4 m3。
7.(1)水吸收的热量:Q吸=c水m水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×500 kg×(100 ℃-20 ℃)=1.68×108 J。
(2)天然气完全燃烧放出的热量:Q放=Vq天然气=12 m3×4.2×107 J/m3=5.04×108 J;
燃气锅炉烧水时的效率:η=×100%=×100%≈33.3%。
(3)可燃冰的热值为同体积天然气的160倍,
则可燃冰的热值:q可燃冰=160q天然气=160×4.2×107 J/m3=6.72×109 J/m3,
若换用可燃冰完全燃烧放出相同的热量,应使用可燃冰的体积:
V可燃冰===0.075 m3。
8.(1)水在10 h内吸收的热量(有用能量):
Q吸=c水m水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×(70 ℃-20 ℃)=2.1×107 J。
(2)太阳能热水器10 h吸收的太阳能(总能量):
Q总=1.68×106 J/(m2·h)×2.5 m2×10 h=4.2×107 J,
太阳能热水器的能量转化效率:
η=×100%=×100%=50%。
9.(1)a
(2)由图b可知,加热2 min时,水的温度从20 ℃上升到70 ℃,则加热2 min时水吸收的热量:Q水吸=c水m水(t2水-t1水)=4.2×103 J/(kg·℃)×0.4 kg×(70 ℃-20 ℃)=8.4×104 J。
(3)相同时间内酒精灯燃烧放出相同的热量,在2 min的时间内,沙子吸收的热量:Q沙吸=Q水吸=8.4×104 J,又因为加热2 min,沙子的温度从20 ℃上升到250 ℃,Δt沙=250 ℃-20 ℃=230 ℃,m沙=0.4 kg,由Q吸=cmΔt可得,沙子的比热容:c沙==≈0.9×103 J/(kg·℃)。
(4)用相同酒精灯加热,在相同的时间内沙子吸收的热量与水吸收的热量相同;酒精放出的热量为Q放===3.36×105 J;燃烧酒精的质量:m酒精===7.5×10-3 kg=7.5 g。
10.(1)大于
(2)由图像知,在第6 min物质的温度为50 ℃,在第10 min物质的温度为90 ℃,则该物质在CD段吸收的热量为Q吸=cm(t2-t1)=3×103 J/(kg·℃)×0.6 kg×(90 ℃-50 ℃)=7.2×104 J。
15 g酒精完全燃烧放出的热量为Q总=m酒精q酒精=0.015 kg×3.0×107 J/kg=4.5×105 J,
则热效率:η=×100%=×100%=16%。
(3)AB段用时2 min,CD段用时4 min,则物质在固态(AB阶段)时吸收的热量等于CD段吸收热量的一半,所以物质在固态(AB阶段)时吸收的热量Q吸'=Q吸=×7.2×104 J=3.6×104 J,由Q吸=cmΔt可得,该物质在固态时的比热容:c'===1.5×103 J/(kg·℃)。
11.(1)卡丁车的行驶速度:v===10 m/s。
由P=Fv可得,牵引力F===2300 N,由二力平衡可知,卡丁车运动时受到的水平阻力f=F=2300 N。
(2)牵引力做的功:W=Pt=2.3×104 W×5×60 s=6.9×106 J,
由η=×100%可得,完全燃烧汽油放出的热量:Q放===2.76×107 J,
由Q放=mq可得,完全燃烧汽油的质量:m===0.6 kg。