14.3 能量的转化与守恒 计算专项练习 2021-2022学年人教版 物理九年级全一册（含答案）

14.3 能量的转化与守恒 计算专项练习
1．邵阳市望云山开发风力发电基地，预计到 2025 年全部投入生产，如果该风力发电基地全部建成的话，风电装机总容量可达1万千瓦。风力发电——即是风轮机叶片不断受到风力的推动而转动，利用风的动能转化成电能。若风力发电机，每片风叶的质量为 6t，长为40m。下表给出了 1kg 空气在不同风速下速度（ν）与动能（E）的关系（空气密度取 1.2kg/m3，圆周率π=3.0）：
动能 E（J）
2
8
18
32
50
风速 v（m/s）
2
4
6
8
10
(1)如果一台这样的风力发电机平均每秒可以输出 1.8×105J 的电能，则 50 台这样的风力发电机，一年获得的电能相当于完全燃烧多少千克煤所产生的能量？（一年工作时间按 3000h 计算，煤的热值为 3.0×107J/kg）
(2)当风速为 10m/s 时，若风力发电机风轮正面迎风，这台发电机每秒钟能对外提供2.88×105J 的电能，则它将风能转化为电能的效率是多少？
2．随着人们生活水平的日益提高，小汽车越来越多地走进了百姓人家．一辆使用汽油为燃料的小汽车，以72km／h的速度在水平路面上匀速行驶时，发动机的实际功率为20 kW．若小汽车行驶的距离为100km，汽油的热值q=4．6×107J／kg，小汽车发动机的效率为25％．求小汽车在这段路程中：
(1)运动的时间；
(2)发动机所做的功；
(3)消耗汽油的质量．
3．为了利用太阳能资源，节约经营成本，某大型宾馆在楼顶安装了10台相同的太阳能热水器，每台热水器的水箱容积为200L．在夏季光照条件下，一满箱15℃的水经白天太阳能加热，温度可达到65℃．已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值为8.4×107J/kg．求：
（1）10台热水器装满水时，温度从15℃升高到65℃吸收了多少热量？
（2）若这些热量由完全燃烧的天然气提供，需要多少千克天然气？
4．利用太阳能电池在太阳光照射下发电叫光伏发电．安阳市启动了“光伏工程”示范项目，在某中学的教学楼顶安装了总功率为20kW的光伏发电系统．
（1）光伏发电系统发电时，_____能转化为_____能．
（2）一天的有效光照时间按8h计算，该光伏发电系统一天共发电多少千瓦时？
（3）该光伏发电系统一天的发电量，如果由热电转换效率为30％的热电厂来完成，需要燃烧多少千克煤？（煤的热值q煤＝3.0×107J / kg )
（4）请写出一条光伏发电的优点．
5．小明家买了一辆以汽油为燃料的小汽车，如图所示．经查阅资料，小明了解到以下信息;“该车如以80km／h的速度匀速行驶时，发动机的牵引力为780N，百公里油耗：8L／100km”．（温馨提示：“百公里油耗：8L／100 km”是指汽车行驶100km，需要 消耗8L汽油．）
已知：1L=10—3 m3，汽油密度ρ=0.7×103kg／m3，汽油热值g=4.6×107J／kg．请你运用所学过的知识解答下列问题：
（1）8L汽油质量是多少kg?
（2）完全燃烧8L汽油所放出的热量是多少J? （计算结果保留l位有效数）
（3）该车以80km／h的速度匀速行驶时，它的发动机效率是多少?
6．太阳能是一种理想的绿色能源。李刚家最近安装了一台太阳能、电能两用热水器，如图所示。请回答下列问题：
（1）设水箱可装水80kg，在一般的光照条件下，一满箱20℃的水到傍晚时，水温可达到55℃，则水吸收的热量是多少？相当于多少立方米的煤气完全燃烧放出的热量？[c水=4.2×103 J/(kg·℃)；煤气的热值约4×107J/m3]
（2）在阴雨连绵的天气里，水箱中的水需要用电加热器来加热。若该电加热器规格为“220V 1.8kW”，要使满箱水同样从20℃升高到55℃，电加热器至少需要正常工作多少时间？
7．某家庭用的燃气热水器，将20 kg的水从20℃加热到70℃，完全燃烧了0.2 kg的燃气．已知水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃），燃气的热值为5×107 J/kg．求：
（1）燃气完全燃烧放出的热量Q1；
（2）水吸收的热量Q2；
（3）该热水器烧水的效率．
8．如图所示，一种便携式燃气炉，用瓶装丁烷气体作燃料，已知某品牌瓶装丁烷气体的质量为250g，丁烷的热值为q＝7×107J/kgC水＝4.2×103J/（kg?℃）问：
（1）丁烷气体在燃烧时，能量转化是_____．
（2）完全燃烧0.1kg的丁烷气体，可以发出多少热量______ ？
（3）若该燃气炉的效率为30%，丁烷燃烧放出的热量被水吸收，一瓶气体能使多少千克的水温度升高50℃ __________？
9．为了保障学生人身安全，目前已有一大批校车投入使用，这辆校车在某段平直公路上匀速行驶8km用时10min，消耗柴油2L，受到的阻力是1.8×103N，（柴油热值3.3×107J/kg，柴油的密度0.85×103kg/m3，取g=10N/kg）求：
(1)这段路程内发动机做功的功率．
(2)这段路程内消耗的柴油完全燃烧放出的热量．
10．随着经济水平的不断提高，小汽车越来越多地走进了我市普通百姓人家．如表为小明同学家小汽车的有关数据：
（1）某次行驶中，若水箱中水温度升高20 ℃，则水吸收多少热量？
（2）假若小汽车发动机的效率为30%，该小汽车在水平路面上以额定功率匀速直线行驶0.5 h，此过程中小汽车消耗的汽油质量是多少？（汽油的热值为4.6×107 J/kg，g=10 N/kg）
参考答案
1．(1)3.24106；(2)10%
【详解】
(1)根据题意，一台风力发电机平均每秒可以输出1.8×105J的电能，即功率为1.8×105W，则50台风力发电机一年获得的电能为
false
煤燃烧放热公式
false
则
false
(2)每秒钟通过风轮的空气质量为
false
由表中数据可知，1kg空气在10m/s风速下的动能为50J，则总动能为
false
而这台发电机每秒钟实际能对外提供2.88×105J的电能，则它将风能转化为电能的效率为
false
答：(1)一年获得的电能相当于完全燃烧3.24106千克煤所产生的能量；
(2)它将风能转化为电能的效率是10%。
2．（1）false（2）false（3）8.7kg
【详解】
（1）小汽车的速度：
v=72km/h=20m/s
由公式v=s/t得：
t=s/v=100000m/20m/s=5×103s．
（2）根据功率的定义式P=W/t得：
W=Pt=20000W×5000s=1×108J．
（3）汽油完全燃烧放出的热量false，又因为false，可得：
false
3．4.2×108 ； 5
【详解】
（1）一满箱水的体积：
v=200L=200×10-3m3，
一满箱水的质量：
m水=ρ水v=1.0×103kg/m3×200×10-3m3=200kg，
一满箱水的温度从15℃升高到65℃，所吸收的热量为:
Q吸=c水m水△t=4.2×103J/(kg?℃)×200kg×(65℃-15℃)=4.2×107J，
10台热水器装满水时，水吸收的热量：
Q=4.2×107J×10=4.2×108J；
（2）由题知，10台热水器获得的太阳能相当于质量为m的天然气完全燃烧放出的热量，
即：
Q放=mq=Q=4.2×108J，
m=false=false =5kg．
4．（1）太阳 电 （2）160kW·h （3）64kg （4）清洁无污染；可再生；节约化石能源．
【详解】
（1）光伏发电系统发电时，将太阳能转化为电能．
（2）W=Pt=20kW×8h=160kW·h．
（3）160kW·h＝160×3.6×106J=5.76×108J，Q＝W/η＝5.76×108J/30％=1.92×109J，false＝64kg．
（4）清洁无污染；可再生；节约化石能源
5．（1）5.6kg；（2）7.8×107J；（3）30.28%
【解析】
试题分析：（1）由ρ=m/V得：8L汽油质量为m=ρV=0.7×103kg／m3×8×10-3m3=5.6kg；（2）完全燃烧8L汽油所放出的热量为：Q=qm=4.6×107J／kg×5.6kg=2.576×108J；（3）设小汽车匀速行驶100km，则牵引力所做的功为W=FS=780N×100×103m=7.8×107J；小汽车发动机的效率为：η=W/Q=7.8×107J/2.576×108J=30.28%．
【考点定位】热量的计算；机械效率
6．(1)1.2falseJ (2)0.3false (4)6.7falses
【解析】
【分析】
知道水的比热熔，质量和初温，由吸热公式Q＝cmfalse求出水吸收的热量，再利用燃料燃烧放热公式Q＝qV求出所需煤气的质量；用电加热器加热，要使这些水升高同样的温度，不计热损失，知道加热功率，利用t＝false求加热时间。
【详解】
（1）水吸收的热量：
Q吸＝cm△t＝4.2×103J/（kg?℃）×80kg×(55℃-20℃)≈1.2×107J；
需要的煤气的体积：V＝false＝0.3m3；
（2）∵P＝false，∴加热时间：
t＝false≈6.7×103s。
7．1×107J 4.2×106J 42%
【分析】
（1）知道燃气的体积和热值，根据Q放＝qm求出燃气完全燃烧放出的热量；
（2）知道水的质量、水的比热容以及初温、末温，根据Q吸＝cm（t-t0）求水吸收的热量；
（3）根据η＝false求出该热水器烧水的效率．
【详解】
(1)燃气完全燃烧放出的热量：Q1＝qm＝5×107J/kg×0.2kg＝1×107J；
(2)水吸收的热量：Q2＝cm(t?t0)＝4.2×103J/(kg?℃)×20kg×(70℃?20℃)＝4.2×106J，
(3)该热水器烧水的效率：η＝false×100%＝42%．
8．化学能转化为内能 7×106J 25kg
【分析】
（1）用打火机点火是利用燃料燃烧将化学能转化为内能；
（2）已知丁烷气体的质量和热值，利用Q放=mq得到完全燃烧0.1kg的丁烷气体可以放出的热量；
（3）根据效率的公式得到水吸收的热量，根据Q吸=cm△t可求水的质量．
【详解】
（1）丁烷气体燃烧时，此过程中的能量转化关系是将燃料的化学能转化为内能；
（2）完全燃烧0.1kg的丁烷气体可以放出的热量：Q放=mq=0.1kg×7×107J/kg=7×106J；
（3）由题知，完全燃烧0.25kg的丁烷气体可以放出的热量：false，
水吸收的热量：false，
水的质量：false．
9．(1) 24kW；; (2) 5.61×107J．
【解析】
【分析】
（1）校车在某段平直公路上匀速行驶时，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，二力的大小相等，根据W=Fs求出牵引力做的功，根据P=Wt求出这段路程内发动机做功的功率；
（2）知道柴油的体积和密度，根据m=ρV求出柴油的质量，又知道柴油的热值，根据Q放=mq求出柴油完全燃烧放出的热量；
【详解】
（1）因校车在某段平直公路上匀速行驶时，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，所以，发动机的牵引力：F=f=1.8×103N，发动机牵引力做的功：W=Fs=1.8×103N×8×103m=1.44×107J，发动机做功的功率：P=Wt=1.44×107J10×60s=2.4×104W=24kW；
（2）由ρ=mV可得，柴油的质量：m=ρV=0.85×103kg/m3×2×10?3m3=1.7kg，柴油完全燃烧放出的热量：Q放=mq=3.3×107J/kg×1.7kg=5.61×107J；
答：（1）这段路程内发动机做功的功率为24kW；
（2）这段路程内消耗的柴油完全燃烧放出的热量为5.61×107J；
【点睛】
本题考查了做功公式和功率公式、密度公式、燃料完全燃烧释放热量公式的应用，是一道力学和热学的综合题，有一定的难度。关键是灵活运用所学公式。
10．（1）2.1×105 J （2）6.52 kg
【解析】
（1）水吸收的热量：Q吸 =cm（t-t0 ）=4.2×103 J/（kg?℃）×2.5kg×20℃=2.1×105 J；
（2）由P=W/t可得，小汽车以额定功率匀速直线行驶0.5h牵引力所做的功：
W=Pt=5×104 W×0.5×3600s=9×107 J
由η=W/Q×100%可得，消耗汽油完全燃烧释放的热量：Q放 =W/η=9×107J/30%=3×108 J，
由Q放 =mq可得，需要消耗的汽油：m′=Q放/q=3×108J/4.6×107J/kg≈6.52kg．