2020-2021学年九年级物理05热量效率相关计算类专题同步专题剖析含解析新版教科版

2020-2021学年九年级物理05热量效率相关计算类专题同步专题剖析含解析新版教科版

专题5 热量、效率相关计算类专题 ‎1.比热容表达式 或 单位 ‎，读作：焦耳每千克摄氏度。（注意加上括号）‎ ‎2.热量公式：‎ 吸热：或 放热：或 求质量：‎ 单位：‎ ‎3.热值计算公式：‎ ‎（固体、液体）变式：‎ 单位：‎ ‎（气体）变式：‎ 单位：‎ ‎4.效率公式：‎ ‎（适用于液体、固体）、（适用于气体）‎ ‎5.常见效率计算 17‎ 烧水效率：‎ 公式：‎ 水吸收的热量：；燃料完全燃烧时放出的热量：‎ 力热转化效率：解决力热综合计算题一般涉及到的物理公式包括速度公式、密度公式、重力公式、压强公式、浮力公式、机械功和功率、机械效率公式、物体吸热公式、放热公式、热值公式、热效率公式等：涉及到的物理规律有二力平衡条件、液体压强规律、阿基米德原理、杠杆平衡条件以及热平衡方程等。‎ 公式：‎ 一、单选题 ‎1.（2020·新疆维吾尔自治区中考真题）己知水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），用如图所示的家用电热水壶烧开一壶自来水，水吸收的热量约为（　　）‎ A.6×104J B.6×105J C.6×106J D.6×107J ‎【答案】B ‎【解析】这样的壶，装满水，水的质量约为2kg。室温温度约为20℃，将水加热至沸腾，水的温度升高了80℃，根据公式可以计算出水吸收的热量为6.72105J。‎ 选项A、C、D数值差距较大，不符合题意；选项B数值接近，符合题意。‎ ‎2.（2019·河北省初三期中）用两个完全相同的电加热器分别给质量相同的水和某种液体加热，每隔2min记录一次温度，如表中数据所示，则该液体比热容为[c水=4.2×103J/（kg∙℃）]（）‎ 加热时间/min ‎0‎ ‎2‎ ‎4‎ 水温/℃‎ ‎20‎ ‎26‎ ‎32‎ 液体温度/℃‎ ‎20‎ ‎34‎ ‎48‎ A.0.9×103J/（kg∙℃） B.1.8×103 J/（kg∙℃） C.3.6×103 J/（kg∙℃） D.1.2×103 J/（kg∙℃）‎ 17‎ ‎【答案】B ‎【解析】设水和某液体的质量都为m，由题意知，加热时间为2min时，水和某液体吸收的热量相同，即Q水吸=Q液吸，所以 c水m（t－t0）=c液m（t1－t0）‎ 那么 故ACD不符合题意，B符合题意。‎ ‎3.（2019·辽宁省初三零模）把加热到100℃的某铁块投入m1克20℃的水中，混合温度为40℃；把加热到100℃的该铁块投入m2克20℃的水中，混合温度为60℃；如果把同样加热到100℃的该铁块投入（m1+m2）克40℃的水中，混合温度为（）‎ A.50℃ B.52℃ C.48℃ D.62℃‎ ‎【答案】B ‎【解析】由题意，根据热平衡方程得：把加热到100℃的某铁块投入m1克20℃的水中，c铁m铁（100℃‎-‎40℃）＝c水m1（40℃‎-‎20℃），即：2×c铁m铁×60℃＝c水m1×40℃，--------①，把加热到100℃的某铁块投入m2克20℃的水中，c铁m铁（100℃‎-‎60℃）＝c水m2（60℃‎-‎20℃），即：c铁m铁×40℃＝c水m2×40℃，--------②，①+②得：c铁m铁×160℃＝c水（m1+m2）×40℃，∴c铁m铁＝‎1‎‎4‎c水（m1+m2），--------③，把加热到100℃的某铁块投入（m1+m2）克40℃的水中，c铁m铁（100℃‎-‎t）＝c水（m1+m2）（t‎-‎40℃），----------④，③代入④得：‎1‎‎4‎c水（m1+m2）×（100℃‎-‎t）＝c水（m1+m2）（t‎-‎40℃），解得：t＝52℃.故选B.‎ ‎4.（2019·广西壮族自治区初三期中）用两个相同的电热水器给质量同为1.5kg 的甲物体和水加热，他们的温度随加热时间的变化关系如图所示，据此判断甲物体10 min吸收的热量为（）‎ A.0.63×105J B.0.9×105J 17‎ C.1.89×105J D.3.78×105J ‎【答案】C ‎【解析】由图象可知：用两个相同的电热器给质量相同的物质甲和水加热，水温度升高60℃需要20min，甲物质加热10min吸收的热量与水加热10min吸收的热量的热量相同，且水10min所吸收热量为20min吸收热量的一半，即 ‎5.（2020·安徽省初三专题练习）为了测定熔炉内的温度，先将质量为的铜球投入熔炉里相当长的时间后取出，并立即投入到质量为、温度为的水中，结果水温升高到.则此熔炉的温度约为[不计热损失，]（）‎ A. B. C. D.‎ ‎【答案】D ‎【解析】根据得，水吸收的热量：‎ ‎，‎ 根据题意知：‎ Q放=Q吸，‎ 则熔炉内的温度：‎ ‎.‎ ‎6.（2020·华东师大二附中前滩学校初三）冷水的温度为 t1，热水的温度为 t2，现要把冷水和热水混合成温度为 t3的温水，若不计热量损失，冷水和热水的质量比应为（）‎ A. B. C. D.‎ ‎【答案】C ‎【解析】冷水吸收的热量：‎ Q吸=cm1（t3−t1），‎ 热水放出的热量：‎ Q放=cm2（t2−t3），‎ 17‎ 由题知，Q吸=Q放，‎ ‎∴cm1（t3−t1）=cm2（t2−t3），‎ 解得：=‎ ‎7.（2019·吉林省初三二模）某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9km，用时5min45s，消耗燃油1.5kg，已知汽车的牵引力是2000N，燃油的热值为4.6×107J/kg，假设燃油完全燃烧.通过计算可知，下列结果正确的是（　　）‎ ‎①汽车行驶速度是20km/h ②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是6.9×107J ‎③汽车牵引力做功的功率是30kW ④汽车发动机的效率是20%‎ A.只有①和② B.只有②和③ C.只有①和④ D.只有②和④‎ ‎【答案】D ‎【解析】①汽车行驶速度是：‎ ‎，故①错误；‎ ‎②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是：‎ ‎，故②正确；‎ ‎③匀速行驶时汽车受到的牵引力与阻力是平衡力，所以汽车牵引力做功的功率是：‎ ‎，故③错误；‎ ‎④汽车发动机的做的功为：‎ ‎，‎ 汽车发动机的效率是：‎ ‎，故④正确 ‎8.（2020·全国初三专题练习）一台柴油机中的燃料完全燃烧放出了8×107 J的热量，共计损失了4.8×107 J能量，下列说法错误的是（）‎ A.该柴油机的效率为40%‎ B.用来做有用功的能量为3.2×107 J C.通过科技进步，在未来可以实现能量零损失 D.减少机械间的摩擦可以提高热机效率 17‎ ‎【答案】C ‎【解析】一台柴油机中的燃料完全燃烧放出了8×107 J的热量，共计损失了4.8×107 J能量，则用来做有用功的能量为 ‎8×107 J -4.8×107 J =3.2×107 J；‎ 柴油机的效率等于有用功与总功的比值，故 ‎/ =40%.‎ 柴油机在工作过程中不可避免的要有能量的损失，未来不可能实现能量零损失；减少机械间的摩擦可以减少能量的损失，故可以提高热机的效率；不正确的说法为C，C符合题意.‎ ‎9.（2019·鄂托克旗乌兰镇中学初三月考）某载重汽车自重12t，车轮与地面的总接触面积为0.5m2，汽车以72km/h的速度在平直公路上匀速行驶时，柴油发动机的功率为210kW，每行驶43s消耗柴油700g，柴油的热值为4.3×107J/kg。下列说法中（）‎ ‎①完全燃烧700g柴油放出的热量为3.01×109J ‎②该柴油发动机效率为30%‎ ‎③汽车的牵引力为1.05×104N ‎④若公路所能承受的最大压强为8×105Pa，汽车最多能装载40t的货物 A.只有①②正确 B.只有③④正确 C.只有①③正确 D.只有②③正确 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎①.完全燃烧700g干木柴放出的热量：Q放＝m柴油q＝0.7kg×4.3×107J/kg＝3.01×107J，故①错误；‎ ‎②.柴油发动机做功：W＝Pt＝210×103W×43s＝9.03×106J，柴油发动机的效率：η＝×100%＝×100%＝30%，故②正确；‎ ‎③.汽车速度：v＝72km/h＝72×m/s＝20m/s，由P＝==Fv得，汽车的牵引力：F＝＝‎ 17‎ ‎＝1.05×104N，故③正确；‎ ‎④.由p＝得，公路所能承受的最大压力：F＝pS＝8×105Pa×0.5m2＝4×105N，汽车与货物的质量之和：m总＝＝=＝4×104kg＝40t，汽车最多能装载货物质量：m＝m总﹣m车＝40t﹣12t＝28t，故④错误。‎ 综上，D正确。‎ 二、计算题 ‎10.（2020·湖北省中考真题）某款汽车质量为1600kg，车轮与地面总接触面积为0.05m2。某次在水平高速公路上以72km/h速度匀速行驶了23min，所受阻力为汽车重力的0.2倍。燃油的热值为4.6×107J/kg，g 取10N/kg。求：‎ ‎（1）汽车静止时，对水平地面的压强。‎ ‎（2）牵引力做功的功率。‎ ‎（3）若燃油完全燃烧，内燃机的效率是40%，至少消耗多少kg燃油？‎ ‎【答案】（1）；（2）；（3）‎ ‎【解析】（1）汽车静止时，对水平地面的压力等于自身重力 汽车对水平地面的压强 ‎（2）由题意知汽车做匀速直线运动，其所受牵引力和阻力大小相等 汽车的车速 汽车所受牵引力做功的功率 ‎（3）汽车行驶23min，牵引力所做的功 17‎ 若燃油完全燃烧，且内燃机的效率是40%，则燃油完全燃烧释放的热量 消耗燃油的质量 答：（1）汽车静止时，对水平地面的压强为；‎ ‎（2）牵引力做功的功率为；‎ ‎（3）若燃油完全燃烧，内燃机的效率是40%，至少消耗多少燃油的质量为。‎ ‎11.（2020·山东省中考真题）采购员小明骑着摩托车外出采购食品。小明质量为70kg，摩托车质量为150kg（g=10N/kg）。‎ ‎（1）小明买食品时，将摩托车停在超市门前的水平地面上，摩托车与地面接触面积为150cm2，求摩托车对地面的压强；‎ ‎（2）采购食品后，小明将80kg的食品装上车，在限速为80km/h的水平路面上以72km/h的速度匀速行驶50s，行驶时受到的阻力为总重力的0.1倍，若消耗的汽油完全燃烧放出1×106J的热量，求摩托车发动机的实际输出功率和效率。‎ ‎【答案】（1） 1×105Pa；（2）6000W；30%‎ ‎【解析】（1）摩托车静止在水平地面时对地面的压力 F=G=mg=150kg×10N/kg=1500N 摩托车与地面接触面积 S=150cm2=1.5×10-2m2‎ 摩托车静止在水平地面时对地面的压强 p===1×105Pa 摩托车对地面的压强为1×105Pa。‎ ‎（2）由题意，摩托车匀速行驶时受到的摩擦力 f=0.1G总=0.1（m车+m人+m货）g=（150kg+70kg+80kg）×10N/kg×0.1=300N 因为摩托车匀速直线行驶，则 F牵=f=300N 17‎ 摩托车的速度 v=72km/h=20m/s 摩托车的功率 P=F牵v=300N×20m/s=6000W 摩托车发动机的实际输出功为6000W。‎ 摩托车行驶50s输出的用功 W=Pt=6000W×50s=3×105J 摩托车发动机的效率 η===30%‎ 摩托车发动机的效率为30%。‎ 答：（1）摩托车对地面的压强为1×105Pa；‎ ‎（2）摩托车发动机的实际输出功为6000W；摩托车发动机的效率为30%。‎ ‎12.（2020·山东省中考真题）国家提倡节能减排，各地“煤改气”正在积极进行，某同学计算他家天然气烧水的热效率将的水倒入烧水壶中，并测出水温为。在一个标准大气压下，把水刚加热到时，测出消耗天然气。已知水的比热容，天然气热值约为。‎ 求：（1）将这些水烧开，需吸收多少热量；‎ ‎（2）在这种情况下，燃烧的天然气放出了多少热量；‎ ‎（3）他家天然气灶的效率。‎ ‎【答案】（1）；（2）；（3）35%‎ ‎【解析】（1）将这些水烧开需吸收的热量 ‎（2）燃烧的天然气，放出的热量为 ‎（3）他家天然气灶的效率是 17‎ 答：（1）将这些水烧开，需吸收热量；‎ ‎（2）在这种情况下，燃烧的天然气放出了热量；‎ ‎（3）他家天然气灶的效率是35%。‎ ‎13.（2020·安徽省初三三模）一辆汽车在平直的公路上做直线运动，其v-t图像如图所示，在10s时速度达到20m/s，0~10s通过的路程为120m，汽车在整过行驶过程中阻力不变，其大小为F阻=4000N，求：‎ ‎（1）汽车在匀速直线运动过程中牵引力做功的功率多大？‎ ‎（2）若汽车在整过运动过程中功率保持不变，发动机的转化效率为25%，则0~10s内需要完全燃烧多少千克汽油？（已知汽油的热值大约为5×107J/kg）。‎ ‎【答案】（1）（2）0.064kg ‎【解析】（1）由图可知，10s后汽车做匀速直线运动，速度v=20m/s，根据二力平衡条件可得，牵引力为 F=f=4000N 则汽车的功率为 ‎（2）在0~10s内汽车发动机的牵引力所做的功 W=Pt=8×104W×10s=8×105J 由可得 由Q=mq可得需要燃烧汽油的质量 17‎ 答：（1）汽车在匀速直线运动过程中牵引力做功的功率为；‎ ‎（2）0~10s内需要完全燃烧0.064kg汽油。‎ ‎14.（2020·山东省中考真题）小华家使用的是天然气热水器，他尝试估测该热水器的效率，以核对铭牌上的数值是否准确。当只有该热水器使用天然气时。把50kg的水从20℃加热到54℃，天然气表的示数由1365.05m3变为1365.17m3，已知水的比热容c=4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值q=7.0×107J/m3。求：‎ ‎（1）水吸收的热量；‎ ‎（2）消耗的天然气完全燃烧故出的热量；‎ ‎（3）该热水器的效率。‎ ‎【答案】（1）7.14×106J；（2）8.4×106J；（3）85%‎ ‎【解析】（1）水吸收的热量 ‎（2）消耗的天然气体积 V=1365.17m3-1365.05m3=0.12m3‎ 消耗的天然气完全燃烧放出的热量 ‎（3）该热水器的效率 答：（1）水吸收的热量是7.14×106J；‎ ‎（2）消耗的天然气完全燃烧故出的热量是8.4×106J；‎ ‎（3）该热水器的效率是85%。‎ ‎15.（2020·江苏省初三三模）如图所示，是一辆汽车通过滑轮组将深井中的物体拉至井口的装置图，已知井深10m，物体重G=4.2×103N，汽车重G车=3×104N，汽车匀速拉绳子时的拉力F=2×103N，汽车受到的阻力为车重的0.05倍。请计算：‎ ‎（1）若汽车运动的速度为1.2m/s，则将物体由井底拉至井口，需要多长时间？‎ 17‎ ‎（2）滑轮组的机械效率是多少？‎ ‎（3）若汽车发动机的效率为25%，则将物体拉至井口需消耗多少汽油？（汽油的热值为4.2×107J/kg）‎ ‎【答案】（1） 25s；（2） 70%；（3） 0.01kg ‎【解析】（1）由图可知，滑轮组中由3段绳子承担重物，则物体上升的速度为 v物=v车=×1.2m/s=0.4m/s 物体由井底拉至井口需要的时间 t=== =25s 将物体由井底拉至井口需要25s。‎ ‎（2）滑轮组的机械效率为 η== = ==×100%=70%‎ 滑轮组的机械效率是70%。‎ ‎（3）由题意可得，汽车受到的阻力为 f=0.05G车=0.05×3×104N=1500N 汽车匀速直线运动，受到平衡力作用，在水平方向上，汽车受到向右的牵引力、向左的拉力、向左的阻力作用；由力的平衡条件可得牵引力 F牵=F拉+f=2×103N+1500N=3500N 汽车运动的距离 s车=s绳=3h=3×10m=30m 牵引力做功为 W=F牵s车=3500N×30m=1.05×105J 汽车热机效率η==25%，则汽油完全燃烧放出的热量 17‎ Q放===4.2×105J 由Q放=mq得需要汽油的质量 m== =0.01kg 将物体拉至井口需消耗0.01kg汽油。‎ 答：（1）若汽车运动的速度为1.2m/s，则将物体由井底拉至井口，需要25s；‎ ‎（2）滑轮组的机械效率是70%；‎ ‎（3）若汽车发动机的效率为25%，则将物体拉至井口需消耗0.01kg汽油。‎ ‎16.（2020·湖北省初三其他）节约能源是社会可持续发展的基础，是建设青山绿水美好环境的保证。下面我们通过计算来感受节约电能的意义：（=3.6×106J）‎ ‎（1）火力发电站每发出的电能至少需要完全燃烧多少kg的煤？（煤的热值为3×107J/kg）‎ ‎（2）的电能可使多少kg的水温度升高50℃？（水的比热容为，保留一位小数）‎ ‎（3）的电能可以供质量为1.2t，输出功率为30kW的电动汽车，以54km/h的速度行驶多远？‎ ‎【答案】（1）0.12kg；（2）17.1kg；（3）1800m ‎【解析】（1）火力发电站每发出的电能至少需要完全燃烧煤的质量 m煤===0.12kg ‎（2）若不计热量损失，水吸收的热量 由热量公式可求水的质量，则 m水===17.1kg ‎（3）电动汽车行驶时间，由得 t===120s 电动汽车的速度 17‎ 电动汽车的行驶距离，由得 答：（1）火力发电站每发出的电能至少需要完全燃烧0.12kg的煤；‎ ‎（2）的电能可使17.1kg的水温度升高50℃；‎ ‎（3）电动汽车的行驶距1800m。‎ 三、填空题 ‎17.（2020·湖北省中考真题）可燃冰是一种新能源，它是水和天然气在高压低温下形成的类似冰状结晶物质，主要成分是甲烷，我国可燃冰的开采技术处于世界领先水平，用燃气锅炉烧水时，将500kg初温20℃的水加热到100℃，共燃烧了0.1m3的可燃冰，这个过程中水吸收的热量为______J。完全燃烧0.1m3可燃冰放出的热量为______J，燃气锅炉烧水时的效率为______。[c水=4.2×103J/（kg·℃），可燃冰热值q=6.0×109J/m3]‎ ‎【答案】1.68×108 6.0×108 28% ‎ ‎【解析】[1]水吸收的热量 Q吸=c水mΔt=4.2×103J/（kg·℃）×500kg×（100℃-20℃）=1.68×108J ‎[2]完全燃烧0.1m3可燃冰放出的热量 Q放=Vq=0.1m3×6.0×109J/m3=6.0×108J ‎[3]燃气锅炉烧水时的效率 ‎=28%‎ ‎18.（2020·重庆初三其他）加热饭盒相比于普通饭盒具有插电加热，携带方便的优点。热饭时要把盒盖上的排气孔打开，我们能闻到饭菜的香味是因为__________________。要利用该饭盒使500g的水从20℃升高40℃，水吸收的热量为______J。[c水=4.2×103J/（kg·℃）]‎ ‎【答案】分子在不停的做无规则运动 ‎【解析】[1]分子在不停的做无规则运动，所以可以在闻到饭香气味。‎ ‎[2]水的质量为 m水=500g=0.5kg 水吸收的热量为 17‎ ‎19.（2020·四川省中考真题）可燃冰作为一种新型燃料。是天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质，可直接点燃，1m3可燃冰在常温常压下可释放160m3的天然气。根据以上信息可知，可燃冰是_______（选填“可再生”或“不可再生”）能源。1m3的可燃冰释放的天然气完全燃烧放出的热量为______J，若该热量全部被水吸收，可将______kg的水从10℃加热到90℃。[c水=4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值q =4.2×107J/m3，环境为标准大气压]‎ ‎【答案】不可再生 6.72×109 2×104‎ ‎【解析】[1]由题知，可燃冰在短时间之内不可再生，所以可燃冰是不可再生能源。‎ ‎[2]1m3可燃冰在常温常压下可释放出160m3的天然气，则完全燃烧160m3的天然气可放出的热量 ‎[3]天然气完全燃烧放出热量全部被水吸收，则有 Q吸=Q放=6.72×109J 由可得，这些热量可加热水的质量 ‎20.（2020·江苏省初三二模）某太阳能热水器内装有100kg的水，初温为20℃，经过阳光照射一天后，水温升高了60℃，热水器内水增加的内能是通过______方式实现的；若这些能量由煤燃烧提供，且煤燃烧释放的热量只有30%被水吸收，则至少需要燃烧______kg的煤。[已知，]‎ ‎【答案】热传递 2.8 ‎ ‎【解析】[1]太阳能热水器内的水吸收热量，内能增加，温度升高，是通过热传递的方式来增加水的内能的。‎ ‎[2]水所吸收的热量为 煤燃烧放出的热量为 由题意知 17‎ 则需要燃烧的煤的质量为 ‎21.（2020·江苏省初三三模）如图所示是热机的_____冲程；一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，该汽油机每秒钟完成做功_____次。若该汽油机的效率为30%，完全燃烧10kg的汽油放出的热量可以对外做功_____J（汽油的热值为4.6×107J/kg）。‎ ‎【答案】排气 10 1.38×108‎ ‎【解析】[1]如图，进气门关闭、排气门打开，活塞上移，是排气冲程。‎ ‎[2]单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1200r/min=20r/s，也就是1s飞轮转动20r，飞轮转动20r，燃气对外做功10次，完成10个工作循环、完成40个冲程。‎ ‎[3]汽油完全燃烧时放出的热量 Q放=mq=10kg×4.6×107J/kg=4.6×108J 该汽油机可以对外做功 W有用=ηQ放=30%×4.6×108J=1.38×108J ‎22.（2020·重庆初三其他）为了保护环境，我们应大力提倡使用清洁能源。现要将20kg的水从20℃加热到50℃，如果使用效率为84%的电热水器，需要耗电____kw·h，这是通过______方式改变水的内能。[已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），结果保留到小数点后2位]‎ ‎【答案】0.83 热传递 ‎【解析】[1]加热水需要的热量为 若加热过程的效率为84%，则所需的总能量，即电能为 ‎[2]电能转化为热能，水吸收了热量，温度升高，这是通过热传递的方式改变水的内能。‎ 17‎ ‎23.（2020·黑龙江省初三其他）一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为3600r/min，该柴油机1s对外做功______次。若其效率为40%，消耗5kg的柴油转化成的机械能是__________J。（q柴油＝4.3×107J/kg）‎ ‎【答案】30 8.6×107‎ ‎【解析】[1]已知飞轮转速为3600r/min，即60r/s，而一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，做功1次，所以该柴油机1s对外做功30次。‎ ‎[2] 5kg的柴油完全燃烧放出的热量 Q=mq=5kg4.3×107J/kg=2.15×108J η=40%，由η=得转化成的机械能 W=ηQ=40%2.15×108J=8.6×107J 消耗5kg的柴油转化成的机械能是8.6×107J。‎ 17‎