第十四章 第3节 能量的转化和守恒-2022-2023学年九年级全一册物理【拔尖特训】人教版

的热量Q吸=Q放η=1.26×106J× 70%=8.82×105J,由Q吸=cmΔt可 得,理论上水升高的温度Δt= Q吸 c水m= 8.82×105J 4.2×103J/(kg·℃)×2kg =105℃,因 一个标准大气压下水的沸点为100℃, 且沸腾以后温度不变,所以,水实际升 高的温度为100℃-10℃=90℃。 2. [解析](1) A、B 两地之间的距离 s=78km-42km=36km,汽车行驶 的时间t=8:45-8:15=30min= 0.5h,则从A 地到B 地的平均速度 v=st = 36km 0.5h=72km /h;(2) 汽车 匀速行驶时受到的牵引力等于其受到 的阻力,F=f=1150N,汽车在行驶 过程 中 牵 引 力 做 的 功 W =Fs= 1150N×36000m=4.14×107J; (3) 汽油燃烧放出的热量Q=mq= 3kg×4.6×107J/kg=1.38×108J, 则发动机的效率η= W Q ×100%= 4.14×107J 1.38×108J×100%=30% 。 3. [解析](1) 完全燃烧0.1kg的丁 烷气体可以放出的热量Q放=m气q= 0.1kg×9×107J/kg=9×106J; (2) 使合金锅内2kg的水温度升高 50℃吸收的热量Q=Q水吸+Q锅吸, Q水吸=cm水Δt=4.2×103J/(kg·℃)× 2kg×50℃=4.2×105J,Q锅吸 = c'm'Δt=0.8×103J/(kg·℃)× 1kg×50℃=4×104J,Q=4.2× 105J+4×104J=4.6×105J;(3) 燃 气炉以最大火力工作时,消耗燃气的 质量 m气'=0.15kg/h×1.4h= 0.21kg,由题知,丁烷气体的燃烧效 率为90%,则燃气燃烧时所放出的热 量Q1=Q放'×90%=m气'q×90%= 0.21kg×9×107J/kg×90%=1.701× 107J,又知便携式燃气炉将其燃气燃 烧所放出能量的30%用来给水加热,则 水吸收的热量Q2=Q1×30%=1.701× 107J×30%=5.103×106J,由Q吸= cmΔt得能烧开水的质量m水'= Q2 cΔt2= 5.103×106J 4.2×103J/(kg·℃)×(96℃-26℃) ≈ 17.4kg。 4. [解析](1) 轿车牵引力的功率P= 20kW=2×104W,由P=Wt= Fs t = Fv 得,轿 车 的 牵 引 力 F=Pv = 2×104W 25m/s =800N ,由二力平衡条件 得,轿车匀速行驶过程中受到的阻力 为f=F=800N;(2) 第一阶段轿车 行驶时间t=1h=3600s,由v=st 得,第一阶段轿车行驶的距离s1= vt=25m/s×3600s=9×104 m= 90km;第一阶段牵引力做的功W有1= Fs1=800N×9×104m=7.2×107J; 氢气完全燃烧放出的热量 Q放氢 = m氢气q氢气=0.8kg×1.5×108J/kg= 1.2×108J,使用氢燃料的情况下,轿 车发 动 机 的 效 率 为 η1= W有1 Q放氢 × 100%=7.2×10 7J 1.2×108J×100%=60% ; (3) 第二阶段行驶距离s2=s-s1= 250km-90km=160km=1.6×105m; 第二阶段牵引力做的功W有2=Fs2= 800N×1.6×105m=1.28×108J;由 η= W有 Q放 ×100% 得,需要汽油完全燃 烧 提 供 的 热 量 Q放汽 = W有2 η2 = 1.28×108J 30% ≈4.27×10 8J,由Q=mq 得,需要汽油的质量m汽油= Q放汽 q汽油 = 4.27×108J 4.5×107J/kg ≈9.49kg,已知油箱中 汽油的质量为8kg,由于8kg<9.49kg, 所以轿车不能到达乙地。 5. (1) 做功 乙 (2) 4.5×106J (3) 22.5% [解析](1) 由图甲可知, 进气门、排气门均关闭,且活塞向下运 动的冲程是做功冲程,内能转化为机 械能;图乙中水蒸气推动试管塞做功, 内能转化为机械能;图丙中向下按压 活塞,活塞压缩气体做功,机械能转化 为内能;故做功冲程的能量转化形式 与图乙相同。(2) 汽车以100km/h的 速度匀速运动时,1min内做的有用功 W有=Pt=75000W×60s=4.5×106J。 (3) 根据ρ= m V 可得,做一次功消耗 燃气的质量m燃气=ρV=1.5kg/m3× 2×10-3m3=3×10-3kg,因为空燃 比是14∶1,所以做一次功消耗的汽 油质量m汽油=3×10-3kg× 1 15=2×