沪粤版九年级上册物理习题课件 第12章 专题 5.能量利用率的综合计算（13张）

专题技能训练
HY版 九年级上
5.能量利用率的综合计算
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1．太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之一，热水器平均每小时接收4.2×106 J的太阳能。在5小时的有效照射时间内，将热水器中100 kg、初温为20 ℃的水升高到60 ℃。求：
(1)热水器中的水吸收的热量。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
解：(1)热水器中的水吸收的热量Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×(60 ℃－20 ℃)＝1.68×107 J。
(2)热水器在这5小时内的效率。(提示：太阳能热水器的效率是指水吸收的热量与这段时间内接收到的太阳能E之比)
热水器5小时内接收到的太阳能E＝4.2×106 J/h×5 h＝2.1×107 J；则热水器的效率η＝ ×100%＝
×100%＝80%。
(3)若改用天然气来加热这些水，需要完全燃烧多少体积的天然气？(天然气的热值q＝4×107 J/m3，假设天然气燃烧放出的热量全部被水吸收)
假设天然气燃烧放出的热量全部被水吸收，即Q放＝Q吸＝1.68×107 J，由Q放＝Vq可得完全燃烧天然气的体积V＝ ＝0.42 m3。
2．【2020·安徽合肥瑶海区月考】某单缸四冲程汽油机的活塞面积为30 cm2，气缸容积为150 mL；满负荷工作时做功冲程中燃气的平均压强为9.0×105 Pa，飞轮1 min转动1 800 r，当汽油机满负荷工作时(不计摩擦)，
若1 min消耗汽油10 g，汽油的热值为
4.6×107 J/kg，求：
(1)一个做功冲程中燃气对活塞做的功。
解：(1)满负荷工作时做功冲程中燃气的平均压力F＝pS＝9.0×105 Pa×30×10－4 m2＝2 700 N，气缸容积V＝150 mL＝150 cm3，则活塞运动距离L＝ ＝5 cm＝0.05 m，则一个做功冲程中燃气对活塞做的功W＝Fs＝FL＝2 700 N×0.05 m＝135 J；
(2)该汽油机的效率。
因飞轮每转两圈对外做功一次，所以飞轮1 min转动1 800转，做功900次，则1 min内燃气对活塞做的总功W总＝W×900＝135 J×900＝1.215×105 J，1 min内汽油完全燃烧释放的热量Q放＝mq＝10×10－3 kg×4.6×107 J/kg＝4.6×105 J，则汽油机的效率：η＝ ×100%＝ ×100%≈26.4%；
(3)若燃气对活塞的平均压强为p，设活塞的面积为S，冲程长为L，气缸工作容积(单缸排量)为V，如图所示，请推导出一个做功冲程中燃气对活塞做的功W＝pV。
做功冲程中的压力F＝pS，活塞运动距离L＝
则一个做功冲程中燃气对活塞做的功W＝Fs＝FL＝pSL＝pV。
3．【2021·江苏宿迁市零模】发动机的效率是汽车经济性能的重要指标。若某品牌汽车在平直公路上以25 m/s的速度匀速行驶105 m，汽车克服阻力做功的功率为2×104 W，耗油量为5 kg。(汽油的热值为q＝4.0×107 J/kg)求：
(1)这些汽油完全燃烧后释放的热量；
解：(1)根据Q放＝mq可知，这些汽油完全燃烧后释放的热量为Q放＝mq＝5 kg×4.0×107 J/kg＝2×108 J。
(2)汽车所受的阻力；
根据P＝Fv可知F＝ ＝800 N，
因为汽车做匀速直线运动，所以f＝F＝800 N。
(3)该汽车发动机的效率。
汽车行驶的时间为t＝ ＝4 000 s，
汽车做的功为W＝Pt＝2×104 W×4 000 s＝8×107 J，
该汽车发动机的效率为
η＝ ×100%＝ ×100%＝40%。