12章机械能和内能计算题
1.已知物体动能的表达式为,
重力势能表达式为。如图所示,小明从高出地面3m的位置竖直向上抛出一个小球,它上升5m后回落,最后到达地面,不计空气阻力。求:
(1)小球抛出时的出手速度v0;
(2)
小球落地时的速度v。
2.一个做机械运动的物体,其动能为势能的3倍,且总的机械能为16J,求其动能和势能分别为多少?
3.已知物体的重力势能表达式为EP=mgh,动能表达式为Ek=0.5mv2;其中m为物体的质量,h为物体距离水平地面的高度,v为物体的运动速度,g为常量,取10N/kg。如图所示,将一质量为0.4kg的物体从距离地面1.5m的高度沿水平方向以2m/s的速度抛出。不计空气阻力,物体从被抛出到落地的瞬间,整个过程中机械能守恒。求:
(1)物体被抛出时的重力势能EP和动能Ek1;
(2)物体从被抛出点至落地的过程中,其重力所做的功W;
(3)物体落地前瞬间的动能Ek2。
4.某物理兴趣小组的同学,用煤炉给100kg
的水加热,同事他们绘制了如图所示的加热
过程中水温随时间变化的图线。若在6min
内完全燃烧了2kg
的煤,水的比热容为
4.2×103J/(kg·℃),煤的热值约为
3×107J/kg,求:
(1)煤完全燃烧产生的热量;
(2)经过6min
时间加热,水所吸收的热量;
(3)煤炉烧水时的热效率。
5.如图所示,是最新一款无人驾驶汽车原型图.汽车自动驾驶时使用雷达传感器,以及激光测距器来了解周围的交通状况.该款车以72km/h的速度在一段平直的公路上匀速行驶了8km时,消耗汽油1.5L
.假设燃油完全燃烧,汽油机的效率为30%
,那么,在这段运动过程中,
(汽油的密度为0.8×103kg/m3
,汽油的热值为4.5×107
J/kg)求:
(1)汽油完全燃烧放出的热量;
(2)汽车行驶时受到的阻力.
(3)汽车的输出功率.
6.一辆汽车为某高速公路做通车测试.汽车以120km/h的速度匀速通过60km的水平路段,消耗汽油3kg,发动机的效率是30%.求:(g取10N/kg,汽油的热值q=4.6×107J/kg)
(1)汽车行驶时间;
(2)汽油完全燃烧释放的热量;
(3)汽车牵引力做功的功率.
7.如图所示,小强家安装了一台康达太阳能热水器,它的热效率可以达到,水箱容积为100L,装满水,水的温度随光照时间的变化关系如表:
光照时间
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
水的温度
20
25
30
35
40
50
60
65
70
75
80
(1)太阳能热水器光照10h,水吸收的热量?
(2)太阳能热水器10h接受多少太阳能?
8.某工厂利用地热温泉水辅助冬季供暖,地热温泉水每天出水量为2.5×104kg,温泉水的初温是80℃,供暖后温度降到40℃.温泉水的比热容是4.2×103J/(kg·℃).试求:
(1)这些温泉水每天放出的热量是多少?
(2)若这些热量由热值是3.0×107J/kg的焦炭提供,至少需要燃烧多少千克的焦炭?
9.一款无人驾驶汽车在测试时以72km/h的速度,在平直的公路上匀速行驶了4.5km,消耗汽油1kg,汽油机的效率为30%,废气带走的能量占汽油完全燃烧放出的热量的42%,那么,在这段行驶过程中,(J/kg
)求:
(1)在1标准大气压下,假如这些废气带走的能量全部被质量50kg、温度为20的水吸收,水温能升高到多少摄氏度?
(2)汽车在上述路段行驶时,发动机的输出功率为多少kW?
10.2020年是全面建成小康社会目标实现之年,乡亲们淘汰了柴炉,改用了清洁干净的液化天然气炉。
(1)将初温为的一壶水恰好加热到,需要吸收多少热量?
(2)若液化天然气炉完全燃烧天然气放出的热量有40%被水吸收,烧开这壶水需要燃烧多少立方米天然气?(天然气热值为,水的比热容为)
11.工匠用钢铁打制刀具时,有一个重要流程叫“淬火”,把刚打制成型的刀具放到炉火中充分煅烧,然后将其迅速放入水中骤冷.现有一成型的合金钢刀具的质量为1kg,温度为20℃,放入836℃的炉火中煅烧足够长时间,迅速取出放入5kg、20℃的水中冷却.最后与水达到共同的温度(不计过程中的热量损失,c水=4.2×103J/(kg℃),c合金钢=0.42×103J/(kg℃))求:
(1)此刀具在火炉中吸收了多少热量?
(2)淬火后水的温度为多少摄氏度?
12.学校物理兴趣小组的同学在研究“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200g的沙子和水加热.他们绘制出沙子与水的温度随加热时间变化的图像如图所示.已知酒精的热值是3.0×107J/kg,水的比热容是4.2×103J/(kg·℃),加热时酒精灯平均每分钟消耗0.8g酒精.那么请问:
(1)图中__________(a/b)是沙子吸热升温的图像;
(2)加热满2min时,水吸收了多少热量__________
?
(3)给水加热持续了10min时间,所消耗了酒精如果完全燃烧将放出多少热量__________?
(5)试求出沙子的比热容___________.
13.小红在实验室利用电热器加热,完成了冰的熔化实验,并描绘出冰的温度随加热时间的关系图线(如图所示)。实验时,冰的质量为0.5kg,相同时间内水和冰吸收的热量相同,水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)。(1)根据图线求CD段水和AB段冰吸收的热量分别是多少?
(2)求冰的比热容。
14.小明学习了热学的有关知识后,知道水的比热容是4.2×103
J/(kg·℃),他想估算一下自己家每天烧水做饭需要的热量.于是小明仔细记录了他家每天烧水、煮饭、炒菜需要的时间,并把它折算成烧水时间,相当于每天将30
kg
20
℃的水烧开.
(1)小明家每天烧水做饭需要多少热量?
(2)如果普通煤的热值为3×107
J/kg,从理论上讲小明家每天烧水做饭需要多少千克普通煤?
(3)小明家实际平均每天需要烧4块蜂窝煤,按每块蜂窝煤含煤0.5
kg算,他家每天实际用煤2
kg,由此小明计算出他家煤炉的效率只有16.5%.你认为小明家煤炉效率低的原因是什么?
(4)从大的方面讲,家用煤炉除了热效率低、浪费能源的缺点外,另一个主要缺点是什么?
15.随着生活条件的改善,小明家住上了新楼房,新楼使用的是天然气.小明想:将一壶水烧开究竟需要多少天然气呢?他通过实践收集如下数据:水壶里放入2000cm3、20℃的水,大火加热直至沸腾.又在物理书中查到天然气热值为8×107J/m3.[气压为1标准大气压;c水=4.2×103J/(kg?℃)]
(1)烧开这壶水,水需要吸收多少热量?
(2)如果小明家天然气炉具的效率是40%,烧开这壶水,需要燃烧多少m3的天然气?
16.已知天然气的热值为3.8×107J/m3,水的比热容为4.2×103J/(kg·℃).求:
(1)完全燃烧1.4×10-2m3天然气放出多少热量?
(2)若某天然气灶的效率为60%,则这些天然气可将质量为3.8kg,初温为25℃的水加热到多少℃?(当地的大气压强为1标准大气压)
17.小亮家有一个容积为2L的水壶,水壶里装有初温为25℃的水,在1标准大气压下小亮用天然气炉具对水进行加热。[已知天然气的热值q=8.4×107J/m3,水的比热容
c水=4.2×103J/(kg·℃)]求:
(1)烧开1L水,水需要吸收多少热量?
(2)若天然气炉具的效率是30%,则烧开1L水需要完全燃烧多少m3的天然气?
答案
1.(1)10m/s;(2)
2.动能为12J,势能为4J.
3.(1)6J,
0.8J;(2)6J;(3)6.8J
4.(1)6×107J;(2)2.52×107J;(3)42%。
5.(1)
5.4×107J;(2)2025N;(3)
4.05×104W
6.(1)0.5h;(2)1.38×108J;(3)2.3×104W
7.(1);(2);
8.(1)4.2×109J
(2)140kg
9.(1)100;(2)
60kW
10.(1)6.72×105J;(2)0.04m3
11.(1)3.4272××105J;(2)36
12.a
42000J
2.4×105J
913
J/(kg·℃)
13.(1),
(2)
14.(1)1.008×107
J;(2)0.336kg;(3)一方面煤不能完全燃烧,另一方面煤燃烧放出的热量不能被水完全吸收,大部分的热量散失掉了;(4)不安全,易煤气中毒、易引发火灾;大气污染严重,不卫生等.
15.(1)6.72×105J;(2)2.1×10﹣2m3.
16.(1)5.32×105J;(2)45℃
17.(1)3.15×105J;(2)1.25×10-2m3
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