第十三、十四章专题训练热学综合计算2021-2022学年人教版九年级物理全一册

第十三、十四章
专题训练
热学综合计算
1.某团队在海拔3
000多米的高山上野营时,使用铁锅烧水,他们发现把体积为2
L的水从10
℃加热到85
℃时,共消耗了5
kg的干木柴,已知水的比热容为4.2×103
J/(kg·℃),干木柴的热值为1.2×107
J/kg。求:
(1)干木柴完全燃烧放出的热量;
(2)水吸收的热量;
(3)铁锅烧水的效率;
(4)他们也发现在高山上用铁锅煮马铃薯时,尽管锅里的水沸腾了很长时间,马铃薯还是煮不软,为什么?
2.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。
3.呼和浩特市某中学为学生提供开水,用电热器将220
kg的水从17
℃加热至97
℃,已知水的比热容为4.2×103
J/(kg·℃),则:
(1)电热器内的水是放出热量还是吸收热量?
(2)电热器内的水在这一过程中吸收或是放出的热量是多少?
4.随着人们生活水平的提高,越来越多的家庭采用“水地暖”进行供暖。其原理是以温度不高于60
℃的热水为热媒,热水在埋置于地面以下填充层中的管道内循环流动,加热整个地板,通过地面以热传递方式向室内供热(如图所示)。〔水的比热容为4.2×103
J/(kg·℃)〕
(1)某房间一段时间内循环流动的水质量为1
000
kg,进水温度为55
℃,出水温度为40
℃。这段时间里水向外界放出多少热量?
(2)“水地暖”以水为媒介,是因为水的比热容较大,请具体说明为什么要利用这一特性。
5．我国自主研发的某品牌汽车进行技术测试，已知该车在某段长1.2
km的水平路面做匀速直线运动，用时40
s，汽车在行驶过程中受到的阻力为4
000
N，汽车在此过程中发动机热机效率为48%，汽油的热值q＝4.6×107
J/kg.在该段测试过程中：
(1)汽车的功率为多少？
(2)燃烧了多少汽油？(计算结果保留两位小数)
6.太阳能具有环保、可再生等优点，某品牌太阳能热水器在一天的有效照射时间内，将热水器中质量为50
kg、初温为15
℃的水升高到55
℃.[水的比热容c水＝4.2×103
J/(kg·℃)]求：
(1)热水器中水吸收的热量Q；
(2)若改用焦炭来加热这些水，需要完全燃烧多少千克焦炭？(焦炭的热值q＝3×107J/kg，设焦炭放出的热量全部被水吸收)
7.太阳是离地球最近的一颗恒星，由于其内部深处的极高温度(约2×107℃)和极高压强(约2×1016
Pa)，使原子的热核反应得以不断进行，从而通过太阳表面以光的形式向宇宙空间辐射出巨大的能量，这就是太阳能．
(1)我国幅员辽阔，日照充足，一年可获得的太阳能约为3.6×1022
J，这些太阳能相当于多少吨标准煤完全燃烧释放的能量？(q煤＝3×107
J/kg)
(2)利用太阳能的一种方式是用集热器把水加热．某太阳能集热器把质量为100
kg、初温为20
℃的水加热到80
℃，水吸收的热量是多少？
8.太阳能是21世纪重点开发利用的能源之一，如今太阳能热水器已走进了千家万户．如图所示，某家庭太阳能热水器接收太阳能总有效面积为2
m2，1
m2面积上1
h接收到的太阳能平均为2.52×106
J，若阳光照射该热水器5
h，可以使质量为80
kg的水温度升高30
℃.[c水＝4.2×103
J/(kg·℃)，q干木柴＝1.2×107
J/kg]．求：
(1)水吸收的热量；
(2)若这些水吸收的热量全部由燃烧干木柴提供，需要完全燃烧多少千克干木柴(假设干木柴完全燃烧放出的热量全部被水吸收)；
(3)该太阳能热水器的效率及开发利用太阳能的优点．
9.
小明冬天在家用某品牌天然气热水器洗澡，当天自来水水温为10
℃，他将热水器温度调到50
℃，洗澡时大约用了20升水，已知水的比热容为4.2×103
J/(kg·℃)，水的密度为1×103
kg/m3，热水器工作效率为40%，天然气的热值为3.2×107
J/m3，假设天然气完全燃烧．求：
(1)洗澡用水吸收的总热量；
(2)燃烧的天然气放出的热量；
(3)消耗的天然气体积．(保留三位有效数字)
10.小强用天然气烧水，已知天然气的热值是8.4×107
J/m3，用掉了2.5
m3，烧开这些水需要吸收4.2×107
J的热量，求：
(1)完全燃烧这些天然气所放出的热量？
(2)热量利用的效率？
11.小明家最近装了一台如图所示的“光电互补型”太阳能热水器，其参数如图所示．该热水器晴天以吸收太阳能作为加热方式，若长期处于阴雨天，还可改用电加热方式．
(1)小明发现当热水器贮满水时，第二天早上起来水温比睡觉前低了5
℃，则在晚上热水器中的水放出了多少热量？[水的比热容为4.2×103
J/(kg·℃)]
(2)水放出的热量相当于多少m3的天然气完全燃烧放出的热量？(天然气的热值为8.4×107J/m3)
(3)若在雨天使用电热器将一满箱水从20
℃加热到60
℃，加热器正常工作7
h，则此热水器的效率为多少？(保留一位小数)
XX牌热水器
型号V－55
额定容积100
L
额定电压220
V
额定频率50
Hz
额定功率1
500
W
防水等级△
12．太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之一，某热水器接收太阳的平均辐射功率为P＝3
500
W，当太阳照射时间为1.8×104
s，将120
kg初温为20
℃的水升高到70
℃。求：
(1)水吸收的热量Q。
(2)热水器接收到太阳的能量W。
(3)该热水器的效率。
13．在一标准大气压下，将50
L的水从40
℃加热到沸点．求：
(1)水需要吸收的热量；
(2)提供这些热量需要完全燃烧焦炭的质量．(q焦炭＝3.0×107
J/kg)
14．一定气压下，某种晶体熔化成同温度液体时所吸收的热量与其质量之比叫该晶体的熔化热，用字母λ表示．在标准大气压下，用一个热效率为40%的酒精炉为热源，将500
g初温为0
℃
的冰全部熔化为0
℃的水，共燃烧了14
g
酒精，酒精的热值为3×107
J/kg.求：
(1)冰熔化过程中吸收的热量；
(2)在标准大气压下，冰的熔化热λ冰．
(1)14
g酒精完全燃烧放出的热量
15．)一定气压下，某种晶体熔化成同温度液体时所吸收的热量与其质量之比叫该晶体的熔化热，用字母λ表示。在标准大气压下，用一个热效率为40%的酒精炉为热源，将50
g
初温为0
℃的冰全部熔化为0
℃的水，共燃烧了14
g酒精，酒精的热值为3×107
J/kg。求：
(1)冰熔化过程中吸收的热量。
(2)在标准大气压下，冰的熔化热λ冰。
16.小天的爸爸新买了一辆东风牌某型号的厢式小货车，如图所示．为了了解车辆的性能，小天收集了一些数据填在下表中，如果该车满载货物后在平直的公路上匀速行驶100
km，货车受到的阻力是车重的，那么在此过程中：(g取10
N/kg)
品牌/型号
东×××
外型尺寸
5×1.9×2.3(m)
变速箱
A85
空车质量
1.5吨
最高车速
120
km/h
满载时载货量
2.5
吨
空载百公里油耗
12
L
燃油密度
0.8×103
kg/m3
满载百公里油耗
20
L
燃油热值
5×107
J/kg
(1)该货车牵引力是多少？牵引力所做的功是多少？
(2)燃油完全燃烧放出的热量是多少？
(3)该货车发动机的效率是多少？
参考答案
1.(1)干木柴完全燃烧放出的热量
Q放=mq=5
kg×1.2×107
J/kg=6×107
J。
(2)2
L的水的质量
m水=ρV=1.0×103
kg/m3×2×10-3
m3=2
kg,
水吸收的热量Q吸=cm水Δt=4.2×103
J/(kg·℃)×2
kg×(85
℃-10
℃)=6.3×105
J。
(3)铁锅烧水的效率
η=×100%=1.05%。
(4)液体的沸点随气压的减小而降低;大气压随高度的增加而减小。山上气压低,水的沸点低,所以不易把马铃薯煮软。
2.(1)吸收的热量Q吸=cm(t-t0)
=4.2×103
J/(kg·℃)×5
kg×(98
℃-18
℃)
=1.68×106
J;
(2)由η=得Q放==1.68×107
J,
由Q放=mq得需要的木炭m=≈0.49
kg。
3.(1)在烧水的过程中,水的温度升高,内能增加,水需要吸收热量。
(2)加热过程中水吸收的热量
Q吸=cmΔt=220
kg×4.2×103
J/(kg·℃)×(97
℃-17
℃)=7.392×107
J。
4.(1)水释放的热量Q=cm(t-t0)=4.2×103
J/(kg·℃)×1
000
kg×(55
℃-40
℃)=6.3×107
J;
(2)由热量公式Q=cmΔt可知,由于水的比热容c较大,在温度变化量Δt一定时,与其他物质相比,相等质量的水释放的热量较多。
5.(1)W＝Fs＝fs＝4
000
N×1.2×103
m＝4.8×106
J　
P＝＝＝1.2×105
W；
(2)Q放＝＝＝1×107
J，
m＝＝＝0.22
kg．
6.解：(1)水吸收的热量：
Q＝cm(t－t0)＝4.2×103
J/(kg·℃)×50
kg×(55
℃－15
℃)＝8.4×106
J.
(2)改用焦炭来加热这些水，设焦炭放出的热量全部被水吸收．则焦炭燃烧放出的热量：Q放＝Q＝8.4×106
J，
根据Q放＝mq可得，需要完全燃烧焦炭的质量：
m′＝＝＝＝0.28
kg.
7.解：(1)需要完全燃烧标准煤的质量：
m煤＝＝＝＝1.2×1015
kg＝1.2×1012
t.
(2)水吸收的热量：
Q水吸＝c水m水(t－t0)＝4.2×103
J/(kg·℃)×100
kg×(80
℃－20
℃)＝2.52×107
J.
8.
解：(1)水吸收的热量
Q吸＝c水m水Δt＝4.2×103
J/(kg·℃)×80
kg×30
℃＝1.008×107
J
(2)水吸收的热量全部由燃烧干木柴来提供，由于干木柴燃烧放出的热量全部被水吸收，则有Q放＝Q吸＝1.008×107
J
需要完全燃烧干木柴的质量
m干木柴＝＝＝0.84
kg
(3)太阳能接收的总能量W总＝2.52×106
J/(m2·h)×2
m2×5
h＝2.52×107
J
该太阳能热水器的效率η＝×100%＝×100%＝40%
开发利用太阳能的优点是：节能、环保(合理即可)
9.
解：(1)水的体积V＝20
L＝0.02
m3，则根据ρ＝可得热水的质量
m＝ρV＝1.0×103
kg/m3×0.02
m3＝20
kg
水进入热水器前温度是10
℃，洗澡时热水器输出热水的温度设定为50
℃，热水吸收的热量
Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103
J/(kg·℃)×20
kg×(50
℃－10
℃)＝3.36×106
J
(2)由η＝×100%得天然气完全燃烧释放热量
Q放＝＝＝8.4×106
J
(3)由Q放＝Vq得需要天然气的体积
V＝＝≈0.263
m3
10.
解：(1)完全燃烧这些天然气所放出的热量为：
Q放＝qV＝8.4×107
J/m3×2.5
m3＝2.1×108
J
(2)热量利用的效率为：
η＝×100%＝×100%＝20%.
11.
解：(1)装满时水质量：m＝ρV＝1.0×103
kg/m3×0.1
m3＝100
kg，
水放出热量：Q放＝cmΔt＝4.2×103
J/(kg·℃)×100
kg×5
℃＝2.1×106
J
(2)由Q放＝Vq得
需要天然气的体积：V＝＝＝2.5×10－2
m3；
(3)水吸收热量：
Q吸＝cm(t2－t1)＝4.2×103
J/(kg·℃)×100
kg×(60
℃－20
℃)＝1.68×107
J
电流做功：W＝Pt＝1
500
W×7×60×60
s＝3.78×107
J
热水器的效率：η＝×100%＝×100%≈44.4%.
12.解：(1)热水器中的水吸收的热量Q吸＝
cm(t－t0)＝4.2×103
J/(kg·℃)×120
kg×(70
℃－20
℃)＝2.52×107
J；
(2)热水器接收到的太阳能W＝Pt＝3
500
W×1.8×104
s＝6.3×107
J；
(3)热水器的效率η＝×100%＝×100%＝40%。
13.【解析】　(1)50
L水的质量为m水＝ρ水V水＝1.0×103
kg/m3×50×10－3
m3＝50
kg
在一标准大气压下，水的沸点为100
℃，故加热水至沸腾时水吸收的热量为
Q吸＝c水m水(t－t0)＝4.2×103
J/(kg·℃)×50
kg×(100
℃－40
℃)＝1.26×107
J
(2)若Q放＝Q吸，则提供这些热量需要完全燃烧焦炭的质量为：
m＝＝＝0.42
kg
14.【解析】
Q放＝mq＝0.014
kg×3×107
J/kg＝4.2×105
J
由酒精炉效率η＝得，冰熔化成水共吸收热量
Q吸＝Q放η＝4.2×105
J×40%＝1.68×105
J
(2)冰的熔化热λ冰＝＝＝3.36×105
J/kg
15.解：(1)14
g酒精完全燃烧放出的热量
Q放＝qm＝3×107
J/kg×0.014
kg＝4.2×105
J。
由η＝可得，冰熔化成水共吸收热量
Q吸＝Q放×η＝4.2×105
J×40%＝1.68×105
J。
(2)则冰的熔化热
λ冰＝＝＝3.36×106
J/kg。
16.
解：(1)满载时车重：G＝(m车＋m货)g＝4×103
kg×10
N/kg＝4×104
N
车受到的阻力：f＝G＝×4×104
N＝4×103
N
由于车匀速行驶，则牵引力F＝f＝4×103
N
牵引力做功：W有用＝Fs＝4×103
N×100
000
m＝4×108
J
(2)由ρ＝得，消耗燃油的质量：m＝ρV＝0.8×103
kg/m3×20×10－3m3＝16
kg
燃油完全燃烧放出的热量：Q放＝mq＝16
kg×5×107
J/kg＝8×108
J
(3)该货车发动机的效率为：η＝×100%＝×100%＝50%