_14.2《热机的效率》——热量综合计算 2021-2022学年人教版物理九年级（含答案）

14.2《热机的效率》——热量综合计算
1．某工厂采用热效率高的卧式燃煤锅炉烧水，将4000kg水从25℃加热到75℃，该锅炉烧水的效率为70%，所用烟煤的热值约为3×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg?℃），试求：
（1）这些水吸收的热量是多少？
（2）烧这些水锅炉需要消耗烟煤的质量是多少？（假设烟煤完全燃烧）
2.2019年5月6日，聊城首批30辆氢燃料新能源公交车投放使用。氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，被认为是22世纪最理想的能源，[c氢=4.2×107J/（kg?℃）；q氢=1.4×108J/kg）求：
（1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量；
（2）若这些热量全部被质量为2000kg，温度为15℃的水吸收，则水升高的温度；
（3）某氢能源公交车以140kW的恒定功率做匀速行驶，如果0.3kg的氢燃料完全燃烧获得热量的焦耳数和公交车所做的功相等，则这些热量能让该公交车匀速行驶多长时间。
3.已知天然气的热值为3.8×107J/m2，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）
4.某居民家安装了一台电热水器，其铭牌标示如下表所示。加满20℃的水后加热至70℃，已知水的比热容c水=4.2×103J/（kg?℃），干木材的热值q=1.2×107J/kg。
（1）水需要吸收多少热量？
（2）电热水器正常工作时至少需要多长时间？
（3）如果用干木材替代电热水器烧水，效率为14%，需要多少干木材？
××型电热水器
额定加热功率 2400W 加热方式 电加热器
额定电压 220V 安全等级 防触电保护一类
温度设定范围 20℃～90℃ 净重 20kg
容量 40L 整机外形尺寸 530mm×400mm×400mm
出厂日期 2019年5月15日
5.如图所示为一款雪地摩托车，空车质量为90kg。求：（燃油的热值取q＝4.0×107J/kg，g取10N/kg）
（1）雪地车载着质量为50kg的人静止在水平地面上，雪地车与地面接触的总面积为20dm2，雪地车对地面的压强是多少？
（2）雪地车以36km/h的速度在水平地面匀速直线行驶，输出功率为8kW，则雪地车所受阻力是多少？
（3）若雪地车以8kW的输出功率行驶2h，消耗了3.6kg燃油，则雪地车发动机的效率是多少？
6.如图所示是百度在全球的首款无人驾驶巴士“阿波龙”，其空车质量为3000kg，静止时轮胎与地面接触的总面积为0.2m2．车满载时以36km/h的速度匀速直线行驶时，所受到的阻力是1380N，求：（q汽油＝4.6×107J/kg，g取10N/kg）
（1）“阿波龙”空车静止在水平路面上时，对路面的压强是多少？
（2）该车满载时以36km/h的速度做匀速直线运动，牵引力的功率是多少？
（3）若该车用效率为30%的汽油机提供动力工作，且以36km/h的速度满载匀速直线行驶了1km，则需消耗多少千克汽油？
7.小明家有一艘玻璃钢海钓船，底部平直，其参数如表所示（柴油热值q＝4.3×107J/kg，g＝10N/kg）。
长度 4.3m 宽度 1.55m 高度 0.6m
空船质量 300kg 最大载重 1000kg 核载人数 6人
柴油发动机最大功率 40kW 最大安全行驶速度 6m/s
（1）不出海时，空船放置在水平沙滩上，船底与沙滩的接触面积为2m2，求船对沙滩的压强。
（2）小明一家人某次出海钓鱼，人员和钓鱼装备共300kg，船匀速直线行驶4.3km，船受到的阻力为总重力的0.5倍，发动机的实际输出功率为12kW、消耗柴油1kg（假设柴油完全燃烧）。求：船行驶的速度和发动机的效率。
8.我国05两栖主战坦克是世界上水上速度最快、最先进的两栖突击车，该坦克质量达3×104kg，发动机的最大功率是7.2×105W。（柴油的热值取4.0×107J/kg，g＝10N/kg）求：
（1）若该坦克静止在水平地面上时对地面的压强是6×104Pa，则履带与地面的接触面积是多少？
（2）某次执行任务时，该坦克在平直公路上以最大功率匀速行驶3000m用时300s，则行驶过程中发动机的牵引力是多少？
（3）在上述行驶过程中共消耗15kg柴油，则发动机的效率是多少？
9.如图是新概念卵形汽车Pivo，车与人的总质量为800kg，静止在水平地面上时，对水平地面的压强为8×104Pa，最高时速可达180km/h。求：
（1）该车静止在水平地面上时与地面的总接触面积是多大？
（2）若该车以最高时速沿平直公路进行测试，匀速前进时的阻力是人车总重的0.2倍，则此时该车牵引力的功率为多少？
（3）在测试中，该车以最高时速在平直公路上匀速前进23km所消耗的电能与完全燃烧1kg汽油所释放的能量相同，则该车的效率为多少？（q汽油＝4.6×107J/kg，g取10N/kg）

1.【答案】（1）8.4×108J（2）40kg
解：（1）水吸收的热量：
Q吸=cm(t－t0)= 4.2×103J/（kg?℃）×4000kg×(75℃－25℃)= 8.4×108J
（2）烟煤完全燃烧放出的热量：Q放== =1.2×109J
需要消耗烟煤的质量：m== =40kg
2.【答案】（1）4.2×107J （2）5℃ （3）300s
解：（1）0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量：
Q=mq=0.3kg×1.4×108J/kg=4.2×107J；
（2）水吸收的热量：Q吸=Q放=4.2×107J，由Q吸=cm△t得水升高温度：
△t= = =5℃；
（3）公交车所做的功：W=Q放=4.2×107J，
由P=得公交车行驶时间：t= = =300s
3.【答案】（1）5.32×105J （2）45℃
解：（1）天然气放出热量：
Q放气=V气q气=1.4×10-2m3×3.8×107J/m=5.32×105J
（2）水吸收热量：
Q吸水=Q放气×η=5.32×105J×60%=3.192×105J
水升高温度：△t水===20℃
水的末温：t 水=t0水+△t水=25℃+20℃=45℃
4.【答案】（1）8.4×106J；（2）3500s；（3）5kg
解：（1）水的质量： m=ρV=1.0×103kg/m3×40×10-3m3=40kg，
20℃的水加热至70℃，则水吸收的热量：
Q吸=c水m（t－t0）=4.2×103J/（kg?℃）×40kg×（70℃－20℃）=8.4×106J，
（2）电热水器正常工作时至少需要消耗的电能：W=Q吸，
由P=可得，电热水器正常工作时至少需要的时间： t====3500s；
（3）根据Q吸=14%Q放可知，干木材完全燃烧放出的热量为：
Q放===6×107J；
根据Q放=mq可知，需要干木柴的质量为： m′===5kg。
5.【答案】（1）7×103Pa（2）800N（3）40%
解：（1）空车质量为90kg，雪地车载着质量为50kg的人静止在水平地面上，总质量m＝90kg+50kg＝140kg，静止时对水平地面的压力：F＝G＝mg＝140kg×10N/kg＝1400N，
静止时对水平地面的压强：p＝＝＝7×103Pa；
（2）该雪地车以36km/h的速度匀速行驶：v＝36km/h＝36×m/s＝10m/s，
根据P＝＝＝Fv可得，所受阻力：f＝F牵＝＝＝800N；
由P＝可得，该车以8kW的输出功率行驶2h所做的功：
W＝Pt′＝8×103W×2×3600s＝5.76×107J，
汽油完全燃烧放出的热量：Q放＝mq＝3.6kg×4×107J/kg＝1.44×108J，
则雪地车发动机的效率：η＝＝＝40%。
6.【答案】（1）1.5×105Pa（2）13800W（3）0.1千克
解：（1）空车的重力：G＝mg＝3000kg×10N/kg＝3×104N，
因为车在水平地面上，所以对地的压力：F压＝G＝3×104N，
对路面的压强：p＝＝＝1.5×105Pa；
（2）36km/h＝10m/s，因为车匀速行驶时，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，所以牵引力F牵＝f＝1380 N，功率：P＝＝＝Fv＝1380N×10m/s＝13800W；
（3）以36km/h的速度满载匀速直线行驶了1km做的功：
W＝Fs＝1380N×1000m＝1.38×106J，
根据η＝×100%知汽油完全燃烧释放的热量：Q放＝＝＝4.6×106J，
利用Q放＝mq知，需要消耗汽油的质量：m＝＝＝0.1kg。
7.【答案】（1）1.5×103pa（2）30%。
解：（1）空船的重力：G＝mg＝300kg×10N/kg＝3000N；
船对沙滩的压力等于自身的重力：F＝G＝3000N；
船对沙滩的压强：p＝＝＝1.5×103Pa；
（2）①人员和钓鱼装备及船的总质量为：m＝300kg+300kg＝600kg；
船受到的阻力为总重力的0.5倍，船匀速直线行驶，根据二力平衡：
f＝F1＝0.5G总＝0.5×600kg×10N/kg＝3000N，
P＝＝＝Fv，v＝＝＝4m/s；
做的有用功：W有＝F1s＝3000N×4300m＝1.29×107J；
消耗柴油1kg释放的能量：Q＝mq＝1kg×4.3×107J/kg＝4.3×107J；
发动机的效率：η＝＝＝30%。
8.【答案】（1）5m2（2）7.2×104N（3）36%。
解：（1）坦克对地面的压力：F压＝G＝mg＝3×104kg×10N/kg＝3×105N，
由p＝得坦克与地面的接触面积：S＝ ＝= 5m2；
（2）坦克匀速行驶速度：v= ==10m/s，由P＝ ＝= Fv可得牵引力：F＝ ＝=7.2×104N；
（3）在上述行驶过程中坦克做的有用功：W＝Pt＝7.2×105W×300s＝2.16×108J，
柴油完全燃烧发出的热量：Q放＝m油q＝15kg×4.0×107J/kg＝6×108J，
发动机的效率：η＝ ＝＝36%。
答：（1）履带与地面的接触面积是5m2；
（2）行驶过程中发动机的牵引力是7.2×104N；
（3）在上述行驶过程中共消耗15kg柴油，则发动机的效率是36%。
9.【答案】（1）0.1m2；（2）8×104W（3）80%
解：（1）该车静止在水平地面上时，对地面的压力：F压＝G＝mg＝800kg×10N/kg＝8000N，
由p＝可得，汽车与地面的总接触面积：S＝＝＝0.1m2；
（2）因汽车匀速行驶时处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，
所以，汽车受到的牵引力：F＝f＝0.2G＝0.2×8000N＝1600N，汽车行驶的速度：v＝180km/h＝50m/s，则此时该车牵引力的功率：P＝＝＝Fv＝1600N×50m/s＝8×104W；
（3）该车以最高时速在平直公路上匀速前进23km时，牵引力做的功：
W＝Fs＝1600N×23×103m＝3.68×107J，
消耗的电能：W电＝Q放＝m′q汽油＝1kg×4.6×107J/kg＝4.6×107J，
则该车的效率：η＝×100%＝×100%＝80%。