第十二章 机械能和内能－－燃料关联的综合计算素养训练 2023-2024学年苏科版物理九年级上册

燃料关联的综合计算 素养训练 第十二章 机械能和内能 【2023·广安】小娟准备测量家中燃气灶正常工作时的效率，于是关闭了其他燃气设备，在标准大气压下，将质量是4 kg、初温是25 ℃的水加热到沸腾，她观察到燃气表的示数，使用前是210.65 m3，使用后是210.77 m3.水的比热容c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值为4.0×107 J/m3.求： 1 2 (1)水吸收的热量． 解：标准大气压下水的沸点为100 ℃，水吸收的热量Q吸＝c水m(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×4 kg× (100 ℃－25 ℃)＝1.26×106 J. 3 (2)燃气灶正常工作时的效率． 解：消耗的天然气的体积V＝ 210.77 m3－210.65 m3＝0.12 m3， 天然气完全燃烧放出的热量Q放＝Vq＝ 0.12 m3×4.0×107 J/m3＝4.8×106 J， 燃气灶正常工作时的效率η＝×100%＝×100%＝26.25%. 4 【2023·梧州】氢燃料具有清洁、效率高等优点，被认为是理想的能源之一，目前我国部分城市已有多批氢能源公交车投放使用．已知c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q氢＝1.4×108 J/kg.问： 2 (1)质量为0.6 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？ 解：0.6 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量 Q放＝m氢q氢＝0.6 kg×1.4×108 J/kg＝8.4×107 J. 6 (2)若这些热量全部被质量为500 kg、温度为15 ℃的水吸收，水升高的温度是多少？ 解：水吸收的热量Q吸＝Q放＝8.4×107 J，水升高的温度Δt＝＝ ×500 kg＝40 ℃. 7 (3)若这些热量恰好能供某氢能源公交车以140 kW的恒定功率匀速行驶5 min，则该氢能源公交车的效率是多少？ 解：公交车行驶5 min做的有用功W＝Pt＝ 140×103 W×5×60 s＝4.2×107 J， 该氢能源公交车的效率η＝×100%＝×100%＝50%. 8 3 【2023·镇江模拟】氢气—汽油发动机采用氢气和汽油两种燃料工作，可进行自由切换，氢气和汽油的热值分别取q氢气＝1.5×108 J/kg、q汽油＝4.5×107 J/kg.小华驾驶使用上述发动机的轿车沿平直公路从甲地至乙地，两地相距250 km，出发时油箱内汽油的质量为8 kg. 设氢气和汽油在汽缸内均完全燃烧，轿车行驶中所受阻力恒定，发动机输出的能量全部用来驱动轿车行驶，全程分两个阶段，如图所示． 阶段一：轿车使用氢燃料从甲地出发，以25 m/s的速度匀速行驶1 h到达丙地，此过程中轿车牵引力的功率为20 kW，消耗了0.8 kg氢气． 阶段二：从丙地开始，由于氢气不足，小华切换汽油为燃料，轿车仍以25 m/s的速度匀速行驶，此过程中发动机的效率为30%. (1)求轿车行驶过程中受到的阻力． 解：轿车牵引力的功率P＝20 kW＝2×104 W，由P＝＝＝Fv得，轿车的牵引力F＝＝ ＝800 N，由二力平衡条件得，轿车匀速行驶过程中受到的阻力f＝F＝800 N. (2)在使用氢燃料的情况下，求轿车发动机的效率． 解：第一阶段轿车行驶时间t＝1 h＝3 600 s，由v＝得，第一阶段轿车行驶的距离s1＝vt＝25 m/s×3 600 s＝9×104 m＝90 km；第一阶段牵引力做的功 W有用1＝Fs1＝800 N×9×104 m＝7.2×107 J； 氢气完全燃烧放出的热量Q氢放＝m氢气q氢气＝ 0.8 kg×1.5×108 J/ kg＝1.2×108 J，使用氢燃料的情况下，轿车发动机的效率η1＝×100%＝×100%＝60%. (3)请通过计算说明小华最终能否到达乙地． 解：第二阶段行驶距离s2＝s－s1＝250 km－90 km＝160 km＝1.6×105 m；第二阶段牵引力做的功W有用2＝Fs2＝800 N×1.6×105 m＝1.28×108 J；由η＝×100%得，需要汽油完全燃烧提供的热量 Q汽放＝＝ ≈4.27×108 J， 由Q＝mq得，需要的汽油质量m汽油＝＝≈9.49 kg，已知油箱中汽油的质量为 8 kg，由于8 kg＜9.49 kg，所以轿车不能到达乙地． $$