第二章 改变世界的热机 专训2：能量利用效率的综合计算 （含答案）

专训2：能量利用效率的综合计算
关于炉灶的效率：炉灶的效率与热机的效率求法相同，先分别求有效利用的能量和总热量，再利用效率公式求炉灶的效率。这里注意，一般来说，水吸收的热量为有效利用的能量。
炉子效率的计算
1．(中考·呼和浩特)王大刚同学和家人在郊外野餐，用木炭烧水。铁锅内装有5 kg水，把水从18 ℃加热至98 ℃，已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。如果木炭的热值为3.4×107 J/kg，它燃烧放出的热量有10%被水吸收。求：
(1)在这个过程中水吸收的热量；
(2)在这个过程中用掉多少木炭？
2．(中考·苏州)某学习小组同学想研究酒精灯烧水时的热效率。他们用酒精灯给100 g的水加热，经过一段时间测得水温升高了60 ℃，消耗了4.2 g酒精。已知：水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，酒精的热值为3×107 J/kg。求：【导学号：15912029】
(1)此过程中水吸收的热量；
(2)4.2 g酒精完全燃烧放出的热量；
(3)酒精灯烧水时的热效率。
3．(中考·安徽)某家庭用燃气热水器将质量为100 kg、温度为20 ℃的自来水加热到50 ℃，消耗的天然气体积为1 m3(假设天然气完全燃烧)。已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值为3.2×107 J/m3。求：
(1)1 m3天然气完全燃烧放出的热量；
(2)水吸收的热量；
(3)该热水器工作的效率。
能量利用效率的计算
4．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，求：【导学号：15912030】
太阳照射时间/h
装水量/kg
吸热板面积/m2
水升高的温度/℃
水的比热容/J·(kg·℃)－1
太阳辐射功率/J·(m2·h)－1
10
100
2.5
50
4.2×103
1.68×106
(1)水在10 h内吸收的热量。
(2)如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧多少米3的天然气(天然气的热值为8.4×107 J/m3，天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收)。
(3)该太阳能热水器的能量转化效率。
5．(中考·泰州)三峡水电站有“照亮半个中国”的美誉，它的年平均发电量约为3.06×1017 J，相当于一座年消耗5×1010 kg标准煤的火力发电站的发电量。
(1)标准煤的热值为2.9×107 J/kg，完全燃烧5×1010 kg标准煤能放出多少热量？
(2)以三峡水力发电代替同等的火力发电，每年会少排CO2气体1.2×1011 kg，这些气体的体积是多少米3(通常情况下CO2气体的密度为2 kg/m3)?
(3)根据本题中的数据，计算火力发电的效率。
全章高频考点专训答案
专训2
1．解：(1)水吸收的热量Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×5 kg×(98－18)℃＝1.68×106 J。
(2)用掉木炭的质量m木炭＝＝＝
0．49 kg。
2．解：(1)100 g＝0.1 kg，水吸收的热量Q吸＝cmΔt＝4.2×103 J/(kg· ℃)×0.1 kg×60 ℃＝2.52×104 J。
(2)酒精完全燃烧放出的热量Q放＝m′q＝0.004 2 kg×3×107 J/kg＝1.26×105 J。
(3)酒精灯烧水时的热效率η＝×100%＝×100%＝20%。
3．解：(1)天然气完全燃烧放出的热量Q放＝Vq＝1 m3×3.2×107 J/m3＝3.2×107 J。
(2)水吸收的热量Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×(50－20)℃＝1.26×107 J。
(3)热水器工作的效率η＝＝≈39%。
4．解：(1)水吸收的热量：Q吸＝cmΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×50 ℃＝2.1×107 J。
(2)由题意，Q放＝Q吸＝2.1×107 J，
需要天然气的体积：V＝＝＝0.25 m3。
(3)10 h太阳能热水器吸收的太阳能：Q总＝1.68×106 J/(cm2·h)×2.5 m2×10 h＝4.2×107 J，η＝×100%＝×100%＝50%。
5．解：(1)Q＝qm＝2.9×107 J/kg×5×1010 kg＝1.45×1018 J；
(2)V＝＝＝6×1010 m3；
(3)η＝×100%＝×100%＝21.1%。