专题2　热学综合计算 课件(共21张PPT) 2023-2024学年物理人教版九年级全一册

(共21张PPT)
第十四章　内能的利用
热学综合计算
专题2
【要点梳理】
1.利用公式计算热量时，应注意温度是“升高(了)”还是“升高(到)”“降低(了)”还是“降低(到)”的区别。“升高(了)”“降低(了)”的温度是指Δt，“升高(到)”“降低(到)”是指物体的末温t。
2.效率类热学计算涉及到其他形式的能转化为内能，如太阳能热水器的吸热效率、各种炉有用功的热效率、热机的效率。由于转化过程有能量损失，所以存在转化效率(η)问题。所谓转化效率，就是转化成的内能与其他形式的能的总量的比值。
【典例训练】
一、利用比热容综合计算
例1　(2023·北京朝阳区期末)一质量为2 kg的金属块，被加热到500 ℃后，立即投入到质量为1 kg，温度为20 ℃的冷水中，不计热量损失，最终水的温度升高到80 ℃。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
求：(1)水吸收的热量？
【分析】知道水的比热容、质量、初温和末温，利用公式Q吸＝cm(t－t0)计算水吸收的热量；
答案　2.52×105 J
解析　水吸收的热量
Q吸＝c水m水(t－t0水)＝4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(80 ℃－20 ℃)＝2.52×105 J；
(2)金属块的比热容？
【分析】不计热量损失，金属块放出的热量等于水吸收的热量，根据Q放＝cm(t0－t)求金属块的比热容。
答案　0.3×103 J/(kg·℃)
解析　不计热量损失，到平衡后，水、金属块的末温相同，大小为80 ℃，金属块放出的热量等于水吸收的热量，即Q放＝Q吸＝2.52×105 J，
根据Q放＝cm(t0－t)可得金属块的比热容
【点评】本题考查了吸热公式、放热公式的应用，解答本题的关键是知道金属块放出的热量等于水吸收的热量，二者具有相同的末温。
变式训练1　为了给同学解释“沙漠地区昼夜温差大，而沿海地区昼夜温差小”这一现象，小尉采用计算的方法来解释。已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，干泥土的比热容为0.84×103 J/(kg·℃)。
(1)求10 kg的水升高5 ℃需要吸收的热量；
答案　2.1×105 J
解析　水吸收的热量
Q吸水＝c水mΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×10 kg×5 ℃＝2.1×105 J；
(2)若这些热量全部被等质量的干泥土完全吸收，求干泥土升高的温度。
答案　25 ℃
解析　由题知，Q吸土＝Q吸水＝2.1×105 J，
由Q吸＝cmΔt得干泥土升高的温度
二、燃料热值有关综合计算
例2　为了减少大气污染，可对秸秆进行回收加工制成秸秆煤，已知q秸秆煤＝2.1×107 J/kg，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，求：
(1)完全燃烧2 kg秸秆煤可放出多少J热量；
答案　4.2×107 J
【分析】知道秸秆煤的质量和秸秆煤的热值，利用公式Q放＝mq可计算秸秆煤完全燃烧放出的热量；
解析　完全燃烧2 kg秸秆煤可放出的热量：
Q放＝m秸秆煤q＝2 kg×2.1×107 J/kg＝4.2×107 J。
(2)若这些热量完全被水吸收，可使多少kg水温度由10 ℃升高到60 ℃。
答案　200 kg
【分析】知道水的初温度和末温度、水的比热容，根据Q放＝Q吸＝cm(t0－t)，可计算出水的质量。
解析　由题意可知，水吸收的热量为：Q吸＝Q放＝4.2×107 J，
由Q吸＝cm(t－t0)可得，水的质量
＝200 kg。
【点评】本题考查学生对燃料完全燃烧放出热量公式和吸热公式的掌握和运用。
变式训练2　(2023·聊城莘县二模)某同学家使用天然气热水器，平均每天需将100 kg的水从16 ℃加热到某温度，吸收的热量为1.68×107 J。求：[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q天然气＝4.2×107 J/m3]
(1)热水器中水升高到的温度是多少？
答案　56 ℃
水的末温为t＝t0＋Δt＝16 ℃＋40 ℃＝56 ℃；
(2)若天然气完全燃烧放出热量的80%被水吸收，热水器放出的
热量是多少？平均每天消耗天然气是多少？
答案　2.1×107 J　0.5 m3
解析　由题知，天然气完全燃烧放出热量的80%被水吸收，
即Q吸＝Q放×80%，
则天然气完全燃烧放出的热量
由Q放＝qV可得热水器平均每天消耗天然气的体积
三、热效率综合计算
例3　一辆行驶在水平公路上的小汽车，汽车总质量为1.8 t，汽车以72 km/h的速度匀速行驶时，发动机的输出功率为5×104 W。求：
(1)此过程中汽车的牵引力；
【分析】已知发动机的功率和小汽车的行驶速度，根据P＝ ＝Fv计算牵引力的大小；
答案　2 500 N
解析　小汽车的行驶速度v＝72 km/h＝20 m/s，
(2)行驶一百公里耗油10 kg，发动机的效率。(q＝4.5×107 J/kg，结果精确到1%)
【分析】小汽车做匀速直线运动时，用W＝Pt计算克服阻力做的功。已知燃油的热值和燃油的质量，利用热值公式计算放出的热量；利用效率公式计算即可。
答案　56%
做的功W＝Pt＝5×104 W×5 000 s＝2.5×108 J，
燃油完全燃烧所产生的热量Q＝mq＝10 kg×4.5×107 J/kg＝4.5×108 J，
【点评】本题综合考查热机效率和功率公式的应用，是热学综合计算的典型题目。
变式训练3　(2023·天津西青区一模)某太阳能热水器装有100 kg,20 ℃的冷水，经过一天，水温升高到60 ℃，若用效率为20%的燃气灶对这些水加热，达到同样的效果需要2 kg的燃气。求：
(1)水吸收的热量；
答案　1.68×107 J
解析　水吸收的热量：Q吸＝cm水(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×(60 ℃－20 ℃)
＝1.68×107 J；
(2)燃气的热值。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
答案　4.2×107 J/kg
由Q放＝m燃气q得燃气的热值：