2020九年级物理全册14内能的利用专题训练（一）热量、热值和热效率的综合计算

2020九年级物理全册14内能的利用专题训练（一）热量、热值和热效率的综合计算

专题训练(一)　热量、热值和热效率的综合计算 ‎►类型一　一般吸热、放热的计算 ‎1．‎2017年6月2日中央电视台报道，我国在南海海底实现“可燃冰”连续稳定产气22天。当完全燃烧热值为5.6×109 J/m3的可燃冰‎2 m3‎时，放出的热量是________J，相当于完全燃烧热值为2.8×107 J/m3的天然气________m3放出的热量。‎ ‎2．用两个相同的电加热器给质量同为‎2 kg的物质甲和水加热，它们的温度随时间的变化关系如图ZT－1－1所示，据此判断甲物质10 min吸收的热量为____________J。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]‎ 图ZT－1－1‎ ‎3．在标准大气压下，质量为‎10 kg的水，吸收1.26×106 J的热量，温度能从‎72 ℃‎升高到________。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]‎ ‎4．2017·黔西南州某学校锅炉用天然气做燃料给水加热。已知天然气的热值为4.0×107 J/m3(不计热量损失)。‎ ‎(1)完全燃烧‎4.2 m3‎的天然气可以获得多少热量？‎ ‎(2)这些热量可以使‎1000 kg的水从‎30 ℃‎升高到多少摄氏度？‎ ‎5．重庆温泉资源十分丰富，被誉为“温泉之都”，温泉水主要靠地热，温度大多在‎60 ℃‎以上。取质量为‎400 g、温度为‎60 ℃‎的温泉水加热，当吸收了5.04×104 J的热量后，温度升高到多少摄氏度？此时这些水会不会沸腾？[假设当时的气压为标准大气压，水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃)]‎ 6‎ ‎►类型二　热平衡方程的应用 ‎6．甲、乙两杯冷水，质量相同，初温也相同。将质量和初温都相同，但温度比水高的金属铜球和铝球(c铜＜c铝)分别投入两杯冷水中，不计热量损失，水也不溢出，达到平衡时(　　)‎ A．盛铜球的那杯水末温高 B．盛铝球的那杯水末温高 C．两杯水温度一样高 D．以上情况均有可能 ‎7．甲、乙两杯中分别盛有‎60 ℃‎和‎20 ℃‎质量相同的水，现将一温度为‎20 ℃‎的铁球投入甲杯中足够长时间，取出后再投入乙杯，停留足够长时间。如果不计热量损失，比较甲、乙两杯的水温变化，则(　　)‎ A．Δt甲＜Δt乙 B．Δt甲＞Δt乙 C．Δt甲＝Δt乙 D．无法判定 ‎8．一根质量为‎2 g的烧红的铁钉，温度是‎600 ℃‎，若它的温度降低到‎100 ℃‎，释放的热量为_______J。若这些热量全部用于加热‎100 g常温的水，则水温将升高________℃。[已知铁的比热容为0.46×103 J/(kg·℃)，水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]‎ ‎9．质量相等、初温均为‎10 ℃‎的甲、乙两物体，将它们分别投入温度均为‎60 ℃‎的等质量的两杯热水中，热平衡后甲所在杯中热水温度降低了‎5 ℃‎，乙所在杯中热水温度降低了‎20 ℃‎，不考虑热量损失，则甲、乙两物体的比热容之比为________。‎ ‎10．将质量为‎4 kg的冷水与质量为‎3 kg、温度为‎80 ℃‎的热水混合后，末温为‎40 ℃‎，不计热量损失，则：[水的比热容为c＝4.2×103 J/(kg·℃)]‎ ‎(1)热水放出的热量是多少焦耳？‎ ‎(2)冷水原来的温度是多少摄氏度？‎ ‎►类型三　有关热效率的计算 ‎11．小明在家用燃气灶烧水，已知水壶里水的体积为‎3 L，水的初温为‎20 ℃‎，现将水加热至‎100 ℃‎，消耗燃气为‎0.04 m3‎，已知燃气的热值为4.2×107 J/m3，水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，则水的内能增加了________J，燃气灶烧水的效率为________。‎ ‎12．太阳能是一种清洁能源。某太阳能热水器水箱容积为‎300 L，集热管的有效采光面积为‎3 m2‎，某天日照时间为8 h，每平方米面积平均每秒接收太阳辐射能1.4×103 J，接收的太阳辐射能中有70%能被水箱里的水吸收，则该天热水器水箱里的水温度可以升高________℃‎ 6‎ ‎。[不计水箱中水的散热，水的比热容为c＝4.2×103 J/(kg·℃)]‎ ‎13．当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率________(选填“升高”“不变”或“降低”)。已知某台汽油机的效率是30%，如果这台汽油机用来做有用功的能量是9×104 J，则这段时间里汽油机消耗了________g的汽油(假设汽油的热值为4×107 J/kg)。‎ ‎14．某物理兴趣小组的同学用煤炉给‎8 kg的水加热，同时他们绘制了如图ZT－1－2所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在4 min内完全燃烧了‎1.4 kg的煤，水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，煤的热值约为3×107 J/kg。求：‎ ‎(1)经过4 min时间加热，水所吸收的热量。‎ ‎(2)煤炉烧水时的热效率。‎ 图ZT－1－2‎ ‎15．飞机的发动机是一种热机，通过航空煤油在气室中燃烧，从喷口向后高速喷出气体，使发动机获得向前的推力。高空中某飞机获得1.6×105 N的水平推力，以‎600 km/h的速度沿水平方向匀速航行1 h，需要完全燃烧热值为4×107 J/kg的航空煤油‎4000 kg。求1 h内：‎ ‎(1)飞机的航程。‎ ‎(2)发动机所做的功。‎ ‎(3)航空煤油完全燃烧放出的热量。‎ ‎(4)发动机的效率。‎ 6‎ 详解详析 ‎1．1.12×1010　400　[解析] ‎2 m3‎“可燃冰”完全燃烧放出的热量：Q放＝V可燃冰q可燃冰＝‎2 m3‎×5.6×109 J/m3＝1.12×1010 J；‎ 由Q放＝Vq得需要天然气的体积：V天然气＝＝＝‎400 m3‎。‎ ‎2．2.52×105　[解析] 用两个相同的电加热器给质量相同的甲物质和水加热，由图象可知，水的温度升高‎60 ℃‎需要20 min，甲物质的温度升高‎60 ℃‎需要10 min。因为物质吸收的热量和时间成正比，所以，质量相同的甲物质和水升高相同的温度需要吸收的热量关系为Q水吸＝2Q甲吸。由Q吸＝cmΔt得：c＝，则c水＝‎2c甲。又因为c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，所以c甲＝＝2.1×103 J/(kg·℃)。甲物质10 min升高了‎60 ℃‎，Q甲吸＝c甲m甲Δt甲＝2.1×103 J/(kg·℃)×‎2 kg×‎60 ℃‎＝2.52×105 J。‎ ‎3．‎100 ℃‎　[解析] 根据吸热公式Q吸＝cmΔt得：Δt＝＝＝‎30 ℃‎。由题知，水的初温为‎72 ℃‎，在标准大气压下水的沸点为‎100 ℃‎，达到沸点以后虽然继续吸热，但温度不变，所以末温为‎100 ℃‎。‎ ‎4．(1)完全燃烧‎4.2 m3‎的天然气放出的热量：Q放＝Vq＝‎4.2 m3‎×4.0×107 J/m3＝1.68×108 J。‎ ‎(2)水吸收的热量：Q吸＝Q放＝1.68×108 J，‎ 由Q吸＝cmΔt得，水升高的温度：Δt＝＝＝‎40 ℃‎；‎ 水的末温t＝t0＋Δt＝‎30 ℃‎＋‎40 ℃‎＝‎70 ℃‎。‎ ‎5．水吸收的热量：Q吸＝5.04×104 J，‎ 由Q＝cmΔt可得，水升高的温度：Δt＝＝＝‎30 ℃‎。‎ 当时水的温度为‎60 ℃‎，吸收了5.04×104 J的热量后，温度升高到60°＋30°＝90°，因为标准大气压下水的沸点为‎100 ℃‎，故此时这些水不会沸腾。‎ ‎6．B ‎7．B　[解析] 将温度为‎20 ℃‎的铁球投入温度为‎60 ℃‎的甲杯水中，铁球吸收热量，水放出热量，Q吸1＝Q放1，即c铁m铁(t－t0铁)＝c水m水(t0水－t)；‎ 再将铁球放入‎20 ℃‎、质量相同的乙杯水中，铁球放出热量，水吸收热量，Q吸2＝Q放2，‎ 即c水m水(t′－t0水′)＝c铁m铁(t－t′)；‎ 因为甲杯中的水和铁球的温差大于乙杯中的水和铁球的温差，‎ 即t－t0铁＞t－t′，所以t0水－t＞t′－t0水′，‎ 即Δt甲＞Δt乙。‎ ‎8．460　1.1　[解析] (1)铁钉放出的热量：Q放＝c铁m铁Δt＝0.46×103 J/(kg·℃)×2×10－‎3 kg×(‎600 ℃‎－‎100 ℃‎)＝460 J。(2)由题知：Q吸＝Q放＝460 J，因为Q吸＝c水m水Δt′，所以Δt′＝＝≈‎1.1 ℃‎。‎ ‎9．1∶6　[解析] 将物体甲放入热水杯后，热平衡后它们的共同温度为‎60 ℃‎－‎5 ℃‎＝‎ 6‎ ‎55 ℃‎‎，水放出的热量Q放＝c水m水Δt水，甲吸收的热量Q吸＝c甲m甲Δt甲，根据热平衡方程：Q放＝Q吸，即c水m水Δt水＝c甲m甲Δt甲，代入相关数据得：c甲＝；将物体乙放入热水杯后，热平衡后它们的共同温度为‎60 ℃‎－‎20 ℃‎＝‎40 ℃‎，水放出的热量Q放′＝c水m水Δt水′，乙吸收的热量Q吸′＝c乙m乙Δt乙′，根据热平衡方程：Q放＝Q吸，即c水m水Δt水′＝c乙m乙Δt′乙，代入相关数据得：c乙＝。甲、乙两物体质量相等，即m甲＝m乙，则＝＝。‎ ‎10．(1)热水放出的热量：‎ Q放＝cm1(t热－t)＝4.2×103 J/(kg·℃)×‎3 kg×(‎80 ℃‎－‎40 ℃‎)＝5.04×105 J。‎ ‎(2)不计热量损失，冷水吸收的热量等于热水放出的热量，即Q吸＝Q放＝5.04×105 J，因为Q吸＝cmΔt，‎ 所以冷水升高的温度Δt＝＝＝‎30 ℃‎，‎ 则冷水的初温：t冷＝t－Δt＝‎40 ℃‎－‎30 ℃‎＝‎10 ℃‎。‎ ‎11．1.008×106　60%‎ ‎[解析] (1)水的体积V水＝‎3 L＝3 dm3＝3×10－‎3 m3‎，‎ 由ρ＝可得，水的质量：m＝ρV水＝1.0×‎103 kg/m3×3×10－‎3 m3‎＝‎3 kg，‎ 水吸收的热量：Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×‎3 kg×(‎100 ℃‎－‎20 ℃‎)＝1.008×106 J，‎ 水吸收的热量即为水的内能增加值。‎ ‎(2)天然气完全燃烧放出的热量：Q放＝V气q＝4.2×107 J/m3×‎0.04 m3‎＝1.68×106 J；‎ 燃气灶的效率：η＝×100%＝×100%＝60%。‎ ‎12．67.2　[解析] 水箱内水的体积：V＝‎300 L＝300×10－‎3 m3‎＝‎0.3 m3‎。‎ 由ρ＝得，水箱内水的质量：m＝ρV＝1.0×‎103 kg/m3×‎0.3 m3‎＝‎300 kg，‎ 水吸收的热量：Q吸＝1.4×103 J/(m2·s)×(8×3600 s)×‎3 m2‎×70%＝8.4672×107 J，‎ 因为Q吸＝cmΔt，所以Δt＝＝＝‎67.2 ℃‎。‎ ‎13．降低　7.5　[解析] 汽车发动机工作时将内能转化为机械能，冒“黑烟”说明燃烧不充分，用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出的总能量的比值就小，所以效率降低。因为η＝，所以Q放＝＝＝3×105 J，因为Q放＝mq，所以m＝＝＝‎0.0075 kg＝‎7.5 g。‎ ‎14．(1)经过4 min时间加热，水所吸收的热量：‎ Q吸＝cm水(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×‎8 kg×(‎70 ℃‎－‎20 ℃‎)＝1.68×106 J。‎ ‎(2)煤完全燃烧产生的热量：Q放＝m煤q＝‎1.4 kg×3×107 J/kg＝4.2×107 J；‎ 6‎ 煤炉烧水时的热效率：η＝×100%＝×100%＝4%。‎ ‎15．[全品导学号：12942019](1)飞机的航程：‎ s＝vt＝‎600 km/h×1 h＝‎600 km。‎ ‎(2)发动机所做的功：W＝Fs＝1.6×105 N×6×‎105 m＝9.6×1010 J。‎ ‎(3)航空煤油完全燃烧放出的热量：Q＝qm＝4×107 J/kg×‎4000 kg＝1.6×1011 J。‎ ‎(4)发动机的效率：η＝×100%＝×100%＝60%。‎ 6‎