专项提升04 热机的效率计算-【满分训练营】2024-2025学年九年级物理全册重难点专项提升训练（人教版）

专项提升04 热量计算 1.热机的效率 （1）定义：用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。 （2）计算公式： 对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功W有用，故热机的效率公式又可写成：。 2.有关热效率的计算公式总结 （1）吸、放热公式： （2）燃料放热公式：或 （3）燃料加热效率（化学能转化为内能） （4）热机的效率 （5）太阳能加热水（P在数值上等于单位面积单位时间吸收的太阳能，t表示时间，S表示面积） 一、填空题 1．（2024·黑龙江哈尔滨·中考真题）完全燃烧0.1m3的天然气放出的热量是 J；若这些热量的20%被4kg的液体吸收，使其温度升高50℃，则该液体的比热容是 J/(kg·℃)（q天然气=3.0×107J/m3） 2．（2024·四川达州·中考真题）在1个标准大气压下，小明用天然气灶将质量1kg的水，从20℃加热到沸腾，水吸收的热量是 J。他家天然气热水器的热效率是70%，他某次洗澡，耗水20kg，热水器进水温度是22℃，出水温度是42℃，他这次洗澡消耗天然气 m3。已知水的比热容是，天然气的热值是。 3．（2024·辽宁葫芦岛·一模）小赫爸爸购买了一款户外燃气炉，准备周末和家人一起去户外野炊，该燃气炉烧水时，把1kg初温为20℃的水加热到100℃，燃烧了丁烷，则水吸收的热量为 J，假设丁烷完全燃烧，则燃气炉的效率为 。[水的比热容为，丁烷的热值为] 4．（2024·四川绵阳·模拟预测）吃早饭的时候，妈妈用热水给小雪加热250g的袋装牛奶，为了使这袋牛奶的温度由12℃升高到42℃，妈妈用60℃的热水给牛奶加热，则加热过程中，牛奶吸收了 J热量；若热水放出热量的40%被牛奶吸收，则妈妈至少要用热水 kg（结果保留小数点后两位）。[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），该牛奶的比热容为2.5×103J/（kg•℃）] 5．（2024·云南昭通·二模）五月的某个星期天，小林一家开车去了黑颈鹤国家级自然保护区大山包观赏美丽的自然风光。一天的旅行结束后，小林的爸爸发现汽车消耗了汽油，则这汽油完全燃烧放出热量是 ，若这台汽车的热效率为，不计其他能量损失，则汽车对外所做的有用功为 。（） 6．（2024·辽宁本溪·二模）某拖拉机耕地时行驶一公里消耗柴油1kg，若此柴油机的效率为30%，则这些柴油完全燃烧输出的有用功为 J；柴油机的水箱中装有100kg的水，每升高1℃，吸收的热量为 J。【柴油的热值为，水的比热容为 二、单选题 7．（2024·云南昆明·三模）氢燃料公交车行驶时运行平稳，无振动无噪声，零下40℃也可正常启动运行。与传统公交车相比，最大特点是“零污染、零排放”。氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，被认为是21世纪最理想的能源。已知，，下列说法正确的是（　　） A．用氢作燃料是因为它含有的热量多 B．质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量的70%被质量为100kg、温度为35℃的水吸收，在一标准大气压下可以让水升高的温度是70℃ C．氢燃料燃烧过程中热值变小 D．若氢燃料公交车发动机的热效率为60%，氢燃料公交车以42kW的恒定功率匀速行驶，如果完全燃烧0.3kg的氢燃料，这些热量能让该氢燃料公交车匀速行驶10min 8．（2024·四川成都·二模）在两个相同的烧杯中分别加入100g水和干泥土，先后用同一酒精灯加热，用温度计测量它们的温度变化，记录水和干泥土升高一定温度所需时间如下表。测得共消耗酒精3g，若水和干泥土单位时间内吸收的热量相等，，。下列说法正确的是（　　） 升高温度（℃） 加热水的时间（min） 加热干泥土的时间（min） 5 2 0.4 10 4 0.8 15 6 1.2 20 8 1.6 25 10 2.0 A．加热10min，水吸收的热量为 B．干泥土的 C．加热2min，干泥土吸收的热量为 D．酒精灯的加热效率为15% 9．（2024·四川成都·二模）小李家使用的热水器，30min内均匀消耗了0.3m3的天然气，将30kg的水从25℃加热到50℃。天然气的热值为4.2×107J/m3，水的比热容为，则关于该过程的说法正确的是（　　） A．水吸收的热量是3.5×106J B．天然气完全燃烧释放出的热量是3.78×107J C．热水器的能量转化效率与环境温度无关 D．热水器的能量转化效率为25% 10．（2024·山东济宁·模拟预测）小林家使用的燃气热水器，将40kg的水从20℃加热到45℃，消耗了0.15m3的天然气。已知水的比热容为J/（kg⋅℃），天然气的热值为J/m3，则下列与该过程有关的计算结果和分析正确的是（　　） A．水吸收的热量与水的末温成正比 B．水吸收的热量是J C．热水器的能量转化效率是70% D．燃气热水器主要将内能转化为电能 三、综合题 11．（2024·陕西西安·模拟预测）太阳能是清洁能源，广泛应用于我们的日常生活，如图所示的太阳能热水器，已知它的装水量可达到100kg，吸热板的面积为，水的比热容是，试求： （1）太阳能热水器是通过 的方式增加水的内能； （2）小明注意到太阳能说明书上有太阳辐射功率一项，查阅资料得到太阳辐射功率是指1h内太阳辐射到面积上的能量，单位是，已知5h内太阳能吸热板接收到太阳能的总量，则太阳能照射到热水器吸热板的辐射功率是多少？( ) （3）如果该太阳能热水器装满水，水的温度从20℃升高到50℃，如果水吸收的这些热量，由燃烧煤气来提供，而煤气灶的效率为50%，则需要燃烧多少煤气？（煤气的热值为）( ) 四、计算题 12．（2024·山西·中考真题）山西拥有丰富的历史文化遗产。暑假期间小明一家从平遥古城自驾前往五台山，进行古建筑研学旅行。平遥古城到五台山全程约360km，驾车前往大约需要4h。（汽油的热值q取4.5×107J/kg，汽油的密度ρ取0.8×103kg/m3） （1）求汽车的平均速度。 （2）汽车全程消耗汽油25L，求汽油完全燃烧放出的热量Q。 （3）若汽车发动机全程的平均功率为25kW，求汽车发动机的效率。 13．（2024·江苏苏州·中考真题）如图所示为某折叠卡式炉，采用丁烷气体作为燃料。水壶装入2L初温为25℃的水，用卡式炉加热至100℃，消耗了25g丁烷气体（水的比热容为，丁烷的热值为）。求： （1）壶中水的质量； （2）水吸收的热量； （3）卡式炉的加热效率。 14．（2024·辽宁鞍山·模拟预测）小爽学习热机知识后，研究了自家汽车的汽油机的情况。查阅资料得知：自家汽车使用的是92号汽油，油箱的容量为50L，汽油机的能量流向如图所示。[ρ汽油=0.7×103kg/m3，q汽油=4.5×107J/kg，c水=4.2×103J/（kg·℃） （1）满箱汽油完全燃烧放出的热量是多少？ （2）发动机正常工作时，需要用冷却水在汽缸周围循环的流动给汽油机降温。若满箱汽油使用完冷却水吸收的热量全部用来给水加热，则可以使多少kg的水从20℃升高到80℃？ （3）满箱汽油完全燃烧，可使小汽车输出的有用功是多少？ 15．（2024·河南驻马店·模拟预测）一般小汽车每消耗1kg汽油就会排放2.3kg的二氧化碳气体，为了实现节能减排，各种新能源汽车相继出现，如图所示为某太阳能汽车，能将太阳能转换为电能储存起来供汽车行驶，真正实现了零排放。若该太阳能汽车行驶时受到的阻力恒为920N，某天接收到的太阳能，可供汽车匀速行驶30km路程。求： （1）该太阳能汽车匀速行驶30km过程中牵引力所做的功； （2）该太阳能汽车太阳能转化为机械能的效率； （3）相比较效率为30%的汽油车，牵引力做相同的功可以减少多少千克二氧化碳气体的排放？（汽油热值为） 16．（2024·陕西渭南·模拟预测）2024年3月1日起山东省内免征氢能源汽车高速路通行费，再一次将氢能源汽车推向风头浪尖。2022年3月，国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021﹣2035年）》，配备30多个加氢站，车型包括氢燃料电池大巴、氢燃料电池小轿车、氢燃料电池特种车等。某氢燃料大巴车以140kW的恒定功率匀速行驶300s，求： （1）质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量为多少？ （2）若这些热量的50%被质量为400kg、温度为15℃的水吸收，能使水的温度升高多少℃？ （3）该段时间内，氢燃料电池大巴车的能量转化效率为多少？[，q氢＝1.4×108J/kg] 17．（2024·山东德州·一模）除雪车是冬季必不可少的应急车辆，如图所示为一辆冬季除雪卡车，卡车的总质量为3t，卡车共有6个车轮，每个车轮与地面的接触面积为，当它以72km/h的速度在水平路面上匀速行驶时，受到的阻力为卡车总重的。（g取10N/kg）求： （1）除雪卡车静止时，车轮对地面的压强是多少？ （2）卡车行驶5min牵引力所做的功为多少？ （3）若该卡车以汽油为燃料，汽油完全燃烧产生热量的25%转化为卡车运动的机械能，此过程中消耗汽油的质量为多少千克？（汽油的热值） 18．（2024·山东聊城·三模）在一个标准大气压下，用天然气将一壶质量为3kg的水烧开，消耗了的天然气（假设天然气完全燃烧），已知加热效率为35%，水的比热容，天然气的热值。求： （1）该天然气完全燃烧放出的热量； （2）水吸收的热量； （3）水的初始温度。 19．（2024·山东聊城·三模）某品牌电水壶的额定功率为800W。该电水壶正常工作10min，将质量为1.5kg的水从20℃加热到80℃，已知水的比热容为，在此过程中，试求： （1）水吸收的热量是多少？ （2）电水壶消耗的电能是多少？ （3）电水壶加热水的效率是多少？ 20．（2024·宁夏银川·一模）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千家万户。如图所示，某家庭太阳能热水器阳光照射时，平均每小时吸收的太阳能，若热水器吸收8h的太阳能，可以使质量为100kg的水温度升高50℃。已知水的比热容，天然气的热值。求： （1）水吸收的热量； （2）该太阳能热水器的效率； （3）若这些水吸收的热量由天然气来提供，假设天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收，则需要多少的天然气。 2 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专项提升04 热量计算 1.热机的效率 （1）定义：用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。 （2）计算公式： 对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功W有用，故热机的效率公式又可写成：。 2.有关热效率的计算公式总结 （1）吸、放热公式： （2）燃料放热公式：或 （3）燃料加热效率（化学能转化为内能） （4）热机的效率 （5）太阳能加热水（P在数值上等于单位面积单位时间吸收的太阳能，t表示时间，S表示面积） 一、填空题 1．（2024·黑龙江哈尔滨·中考真题）完全燃烧0.1m3的天然气放出的热量是 J；若这些热量的20%被4kg的液体吸收，使其温度升高50℃，则该液体的比热容是 J/(kg·℃)（q天然气=3.0×107J/m3） 【答案】 3.0×106 3×103 【详解】[1]完全燃烧0.1m3的天然气放出的热量 Q放=Vq天然气=0.1m3×3.0×107J/m3=3.0×106J [2]液体吸收的热量 Q吸= Q放η=3.0×106J×20%=6×105J 该液体的比热容 2．（2024·四川达州·中考真题）在1个标准大气压下，小明用天然气灶将质量1kg的水，从20℃加热到沸腾，水吸收的热量是 J。他家天然气热水器的热效率是70%，他某次洗澡，耗水20kg，热水器进水温度是22℃，出水温度是42℃，他这次洗澡消耗天然气 m3。已知水的比热容是，天然气的热值是。 【答案】 3.36×105 0.075 【详解】[1]水吸收的热量 [2]洗澡时水吸收的热量 由得，天然气完全燃烧放出的热量 由Q放=Vq得，需要天然气的体积 3．（2024·辽宁葫芦岛·一模）小赫爸爸购买了一款户外燃气炉，准备周末和家人一起去户外野炊，该燃气炉烧水时，把1kg初温为20℃的水加热到100℃，燃烧了丁烷，则水吸收的热量为 J，假设丁烷完全燃烧，则燃气炉的效率为 。[水的比热容为，丁烷的热值为] 【答案】 22.4% 【详解】[1]水吸收的热量 [2]丁烷完全燃烧放出的热量 燃气炉的效率 4．（2024·四川绵阳·模拟预测）吃早饭的时候，妈妈用热水给小雪加热250g的袋装牛奶，为了使这袋牛奶的温度由12℃升高到42℃，妈妈用60℃的热水给牛奶加热，则加热过程中，牛奶吸收了 J热量；若热水放出热量的40%被牛奶吸收，则妈妈至少要用热水 kg（结果保留小数点后两位）。[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），该牛奶的比热容为2.5×103J/（kg•℃）] 【答案】 1.875×104 0.62 【详解】[1]牛奶升温时吸收的热量 [2]热水由60℃降低到42℃放出的热量，由得，水放出的热量为 根据得，热水的质量为 5．（2024·云南昭通·二模）五月的某个星期天，小林一家开车去了黑颈鹤国家级自然保护区大山包观赏美丽的自然风光。一天的旅行结束后，小林的爸爸发现汽车消耗了汽油，则这汽油完全燃烧放出热量是 ，若这台汽车的热效率为，不计其他能量损失，则汽车对外所做的有用功为 。（） 【答案】 【详解】[1]汽油燃烧放出的热量为 [2]有用功为 6．（2024·辽宁本溪·二模）某拖拉机耕地时行驶一公里消耗柴油1kg，若此柴油机的效率为30%，则这些柴油完全燃烧输出的有用功为 J；柴油机的水箱中装有100kg的水，每升高1℃，吸收的热量为 J。【柴油的热值为，水的比热容为 【答案】 【详解】[1]拖拉机耕地时行驶一公里消耗柴油1kg，释放的热量为 若此柴油机的效率为30%，则这些柴油完全燃烧输出的有用功为 [2]柴油机的水箱中装有100kg的水，每升高1℃，吸收的热量为 二、单选题 7．（2024·云南昆明·三模）氢燃料公交车行驶时运行平稳，无振动无噪声，零下40℃也可正常启动运行。与传统公交车相比，最大特点是“零污染、零排放”。氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，被认为是21世纪最理想的能源。已知，，下列说法正确的是（　　） A．用氢作燃料是因为它含有的热量多 B．质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量的70%被质量为100kg、温度为35℃的水吸收，在一标准大气压下可以让水升高的温度是70℃ C．氢燃料燃烧过程中热值变小 D．若氢燃料公交车发动机的热效率为60%，氢燃料公交车以42kW的恒定功率匀速行驶，如果完全燃烧0.3kg的氢燃料，这些热量能让该氢燃料公交车匀速行驶10min 【答案】D 【详解】A．用氢作燃料是因为它的热值高，相同质量能放出更多热量，故A错误； B．0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量为 水吸收的热量为 水升高的温度为 由于标准大气压环境下水的沸点为100℃，而 所以水实际升高的温度为 故B错误； C．热值为燃料的固有属性，不会随着质量的减少和温度变化而变化，因此氢燃料燃烧过程中热值不变，故C错误； D．公交车所做的功为 公交车匀速行驶时间为 故D正确。 故选D。 8．（2024·四川成都·二模）在两个相同的烧杯中分别加入100g水和干泥土，先后用同一酒精灯加热，用温度计测量它们的温度变化，记录水和干泥土升高一定温度所需时间如下表。测得共消耗酒精3g，若水和干泥土单位时间内吸收的热量相等，，。下列说法正确的是（　　） 升高温度（℃） 加热水的时间（min） 加热干泥土的时间（min） 5 2 0.4 10 4 0.8 15 6 1.2 20 8 1.6 25 10 2.0 A．加热10min，水吸收的热量为 B．干泥土的 C．加热2min，干泥土吸收的热量为 D．酒精灯的加热效率为15% 【答案】C 【详解】A．加热10min，水吸收的热量为 Q水吸=c水m水Δt水=4.2×103J/(kg·℃)×100×10-3kg×25℃=1.05×104J 故A错误； B．水和干泥土单位时间内吸收的热量相等，因此加热2min，所以 Q水吸′=Q土吸 c水m水Δt水′=c土m土Δt土 4.2×103J/(kg·℃)×100×10-3kg×5℃=c土×100×10-3kg×25℃ 解得c土=0.84×103J/(kg·℃)，故B错误； C．加热2min，干泥土吸收的热量为 Q土吸=c土m土Δt土=0.84×103J/(kg·℃)×100×10-3kg×25℃=2.1×103J 故C正确； D．3g酒精完全燃烧放出的热量为 Q放=q酒精m酒精=3.0×107J/kg×3×10-3kg=9×104J 酒精灯的加热效率为 故D错误。 故选C。 9．（2024·四川成都·二模）小李家使用的热水器，30min内均匀消耗了0.3m3的天然气，将30kg的水从25℃加热到50℃。天然气的热值为4.2×107J/m3，水的比热容为，则关于该过程的说法正确的是（　　） A．水吸收的热量是3.5×106J B．天然气完全燃烧释放出的热量是3.78×107J C．热水器的能量转化效率与环境温度无关 D．热水器的能量转化效率为25% 【答案】D 【详解】A．将30kg的水从25℃加热到50℃，水吸收的热量是 故A错误； B．天然气完全燃烧放出热量 Q放＝Vq＝0.3m3×4.2×107J/m7＝1.26×107J 故B错误； C．热水器的能量转化效率与环境温度有关，因为环境温度越低，加热的时间越长，其散失的热量越多，则热水器的能量转化效率越低；故C错误； D．热水器的能量转化效率 故D正确。 故选D。 10．（2024·山东济宁·模拟预测）小林家使用的燃气热水器，将40kg的水从20℃加热到45℃，消耗了0.15m3的天然气。已知水的比热容为J/（kg⋅℃），天然气的热值为J/m3，则下列与该过程有关的计算结果和分析正确的是（　　） A．水吸收的热量与水的末温成正比 B．水吸收的热量是J C．热水器的能量转化效率是70% D．燃气热水器主要将内能转化为电能 【答案】C 【详解】A．由Q吸=cm（t-t0）可知，在水的质量一定时，水吸收的热量与升高的温度成正比，与水的末温不成正比，故A错误； B．将40kg的水从20℃加热到45℃，水吸收的热量 Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/（kg·℃）×40kg×（45℃-20℃）=4.2×106J 故B错误； C．天然气完全燃烧放出热量 Q放=Vq=0.15m3×4×107J/m3=6×106J 热水器的能量转化效率 故C正确； D．天然气燃烧时，化学能主要转化为内能，故D错误。 故选C。 三、综合题 11．（2024·陕西西安·模拟预测）太阳能是清洁能源，广泛应用于我们的日常生活，如图所示的太阳能热水器，已知它的装水量可达到100kg，吸热板的面积为，水的比热容是，试求： （1）太阳能热水器是通过 的方式增加水的内能； （2）小明注意到太阳能说明书上有太阳辐射功率一项，查阅资料得到太阳辐射功率是指1h内太阳辐射到面积上的能量，单位是，已知5h内太阳能吸热板接收到太阳能的总量，则太阳能照射到热水器吸热板的辐射功率是多少？( ) （3）如果该太阳能热水器装满水，水的温度从20℃升高到50℃，如果水吸收的这些热量，由燃烧煤气来提供，而煤气灶的效率为50%，则需要燃烧多少煤气？（煤气的热值为）( ) 【答案】 核聚变 热传递 1.68×106J/（m2·h） 6kg 【详解】（1）[1]太阳内部的氘核和氚核聚变为氦核，所以太阳释放的巨大能量是通过太阳内部的核聚变产生的。 [2]太阳释放热量，太阳能热水器吸收热量，所以太阳能热水器是通过热传递的方式增加水的内能。 （2）[3]5h内太阳能吸热板接收到太阳能的总量为1.68×107J，吸热板的面积为2m2，则太阳能照射到热水器吸热板的辐射功率 （3）[4]水吸收的热量 Q吸=cmΔt=4.2×103J/（kg·℃）×100kg×（50℃-20℃）=1.26×107J煤气灶的效率为50%，则燃烧煤气放出热量 需要煤气的质量 四、计算题 12．（2024·山西·中考真题）山西拥有丰富的历史文化遗产。暑假期间小明一家从平遥古城自驾前往五台山，进行古建筑研学旅行。平遥古城到五台山全程约360km，驾车前往大约需要4h。（汽油的热值q取4.5×107J/kg，汽油的密度ρ取0.8×103kg/m3） （1）求汽车的平均速度。 （2）汽车全程消耗汽油25L，求汽油完全燃烧放出的热量Q。 （3）若汽车发动机全程的平均功率为25kW，求汽车发动机的效率。 【答案】（1）90km/h；（2）9×108J；（3）40% 【详解】解：（1）汽车的平均速度 （2）全程消耗汽油的体积为 V=25L=0.025m3 汽油的质量为 m=ρV=0.8×103kg/m3×0.025m3=20kg 汽油完全燃烧放出的热量 Q=mq=20kg×4.5×107J/kg=9×108J （3）汽车全程所做的有用功为 W=Pt=25×103W×4×3600s=3.6×108J 则汽车发动机的效率 答：（1）汽车的平均速度为90km/h； （2）汽汽油完全燃烧放出的热量为9×108J； （3）汽车发动机的效率为40%。 13．（2024·江苏苏州·中考真题）如图所示为某折叠卡式炉，采用丁烷气体作为燃料。水壶装入2L初温为25℃的水，用卡式炉加热至100℃，消耗了25g丁烷气体（水的比热容为，丁烷的热值为）。求： （1）壶中水的质量； （2）水吸收的热量； （3）卡式炉的加热效率。 【答案】（1）2kg；（2）；（3）52.5% 【详解】解：（1）壶中水的质量为 （2）水吸收的热量为 （3）丁烷放出的热量 卡式炉的加热效率为 （1）壶中水的质量为2kg； （2）水吸收的热量为6.3×105J； （3）卡式炉的加热效率为52.5%。 14．（2024·辽宁鞍山·模拟预测）小爽学习热机知识后，研究了自家汽车的汽油机的情况。查阅资料得知：自家汽车使用的是92号汽油，油箱的容量为50L，汽油机的能量流向如图所示。[ρ汽油=0.7×103kg/m3，q汽油=4.5×107J/kg，c水=4.2×103J/（kg·℃） （1）满箱汽油完全燃烧放出的热量是多少？ （2）发动机正常工作时，需要用冷却水在汽缸周围循环的流动给汽油机降温。若满箱汽油使用完冷却水吸收的热量全部用来给水加热，则可以使多少kg的水从20℃升高到80℃？ （3）满箱汽油完全燃烧，可使小汽车输出的有用功是多少？ 【答案】（1）1.575×109J；（2）1875kg；（3）5.04×108J 【详解】解：（1）满箱油的质量为 m＝ρ汽油V＝0.7×103kg/m3×50×10﹣3m3＝35kg 满箱汽油完全燃烧放出的热量 Q放＝mq汽油＝35kg×4.5×107J/kg＝1.575×109J （2）这段时间内冷却水吸收的热量 Q吸＝ηQ放＝30%×1.575×109J＝4.725×108J 冷却水的质量 （3）该汽车发动机的效率 η1＝1﹣33%﹣30%﹣5%＝32% 汽车输出的有用功为 W＝Q放η1＝1.575×109J×32%＝5.04×108J 答：（1）满箱汽油完全燃烧放出的热量为1.575×109J； （2）可以使1875kg的水从20℃升高到80℃； （3）满箱汽油完全燃烧，可使小汽车输出的有用功是5.04×108J。 15．（2024·河南驻马店·模拟预测）一般小汽车每消耗1kg汽油就会排放2.3kg的二氧化碳气体，为了实现节能减排，各种新能源汽车相继出现，如图所示为某太阳能汽车，能将太阳能转换为电能储存起来供汽车行驶，真正实现了零排放。若该太阳能汽车行驶时受到的阻力恒为920N，某天接收到的太阳能，可供汽车匀速行驶30km路程。求： （1）该太阳能汽车匀速行驶30km过程中牵引力所做的功； （2）该太阳能汽车太阳能转化为机械能的效率； （3）相比较效率为30%的汽油车，牵引力做相同的功可以减少多少千克二氧化碳气体的排放？（汽油热值为） 【答案】（1）2.76×107J；（2）24%；（3）4.6kg 【详解】解：（1）该太阳能汽车匀速行驶时，牵引力与阻力是一对平衡力，即 F=f=920N 匀速行驶30km过程中牵引力所做的功 W=Fs=920N×30km=920N×30000m=2.76×107J （2）某天接收到的太阳能 E=1.15×108J 该太阳能汽车太阳能转化为机械能的效率 （3）如果是效率为30%的汽油车，牵引力做相同的功消耗的汽油质量m，由于 所以 因为每消耗1kg汽油就会排放2.3kg的二氧化碳气体，消耗2kg的汽油可以排放4.6kg的二氧化碳气体，太阳能汽车是零排放的，即可以减少4.6kg的二氧化碳气体排放。 答：（1）该太阳能汽车匀速行驶30km过程中牵引力所做的功为2.76×107J； （2）该太阳能汽车太阳能转化为机械能的效率为24%； （3）相比较效率为30%的汽油车，牵引力做相同的功可以减少4.6kg二氧化碳气体的排放。 16．（2024·陕西渭南·模拟预测）2024年3月1日起山东省内免征氢能源汽车高速路通行费，再一次将氢能源汽车推向风头浪尖。2022年3月，国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021﹣2035年）》，配备30多个加氢站，车型包括氢燃料电池大巴、氢燃料电池小轿车、氢燃料电池特种车等。某氢燃料大巴车以140kW的恒定功率匀速行驶300s，求： （1）质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量为多少？ （2）若这些热量的50%被质量为400kg、温度为15℃的水吸收，能使水的温度升高多少℃？ （3）该段时间内，氢燃料电池大巴车的能量转化效率为多少？[，q氢＝1.4×108J/kg] 【答案】（1）8.4×107J；（2）25℃；（3）50% 【详解】解：（1）质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量 Q放＝m氢q氢＝0.6kg×1.4×108J/kg＝8.4×107J （2）根据题意，水吸收的热量 Q吸＝ηQ放＝50%×8.4×107J＝4.2×107J 由可知，水升高的温度 （3）由可知，大巴车做功 W＝Pt＝140×103W×300s＝4.2×107J 氢燃料电池大巴车的效率 答：（1）质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出8.4×107J的热量； （2）若这些热量的50%被质量为400kg、温度为15℃的水吸收，能使水的温度升高25℃； （3）该段时间内，氢燃料电池大巴车的能量转化效率为50%。 17．（2024·山东德州·一模）除雪车是冬季必不可少的应急车辆，如图所示为一辆冬季除雪卡车，卡车的总质量为3t，卡车共有6个车轮，每个车轮与地面的接触面积为，当它以72km/h的速度在水平路面上匀速行驶时，受到的阻力为卡车总重的。（g取10N/kg）求： （1）除雪卡车静止时，车轮对地面的压强是多少？ （2）卡车行驶5min牵引力所做的功为多少？ （3）若该卡车以汽油为燃料，汽油完全燃烧产生热量的25%转化为卡车运动的机械能，此过程中消耗汽油的质量为多少千克？（汽油的热值） 【答案】（1）；（2）；（3）0.8 【详解】解：（1）除雪卡车静止时，车轮对地面的压力是 车轮对地面的压强是 （2）由得，卡车行驶5min运动的距离为 汽车做匀速直线运动，汽车的牵引力 牵引力所做的功为 （3）若该卡车以汽油为燃料，汽油完全燃烧产生热量的25%转化为卡车运动的机械能，此过程中消耗汽油释放的热量为 由得，消耗汽油的质量为 答：（1）除雪卡车静止时，车轮对地面的压强是； （2）卡车行驶5min牵引力所做的功为； （3）若该卡车以汽油为燃料，汽油完全燃烧产生热量的25%转化为卡车运动的机械能，此过程中消耗汽油的质量为0.8千克。 18．（2024·山东聊城·三模）在一个标准大气压下，用天然气将一壶质量为3kg的水烧开，消耗了的天然气（假设天然气完全燃烧），已知加热效率为35%，水的比热容，天然气的热值。求： （1）该天然气完全燃烧放出的热量； （2）水吸收的热量； （3）水的初始温度。 【答案】（1）；（2）；（3）20℃ 【详解】解：（1）该天然气完全燃烧放出的热量 （2）水吸收的热量 （3）水吸收热量温度变化 一个标准大气压下，水的沸点为100摄氏度，则水的初温 答：（1）该天然气完全燃烧放出的热量为； （2）水吸收的热量为； （3）水的初始温度为20℃。 19．（2024·山东聊城·三模）某品牌电水壶的额定功率为800W。该电水壶正常工作10min，将质量为1.5kg的水从20℃加热到80℃，已知水的比热容为，在此过程中，试求： （1）水吸收的热量是多少？ （2）电水壶消耗的电能是多少？ （3）电水壶加热水的效率是多少？ 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】解：（1）水吸收的热量是 （2）电水壶消耗的电能是 （3）电水壶加热水的效率是 答：（1）水吸收的热量是； （2）电水壶消耗的电能是； （3）电水壶加热水的效率是。 20．（2024·宁夏银川·一模）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千家万户。如图所示，某家庭太阳能热水器阳光照射时，平均每小时吸收的太阳能，若热水器吸收8h的太阳能，可以使质量为100kg的水温度升高50℃。已知水的比热容，天然气的热值。求： （1）水吸收的热量； （2）该太阳能热水器的效率； （3）若这些水吸收的热量由天然气来提供，假设天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收，则需要多少的天然气。 【答案】（1）2.1×107J；（2）37.5%；（3）0.66m3 【详解】解：（1）水吸收的热量 Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg⋅℃)×100kg×50℃=2.1×107J（2）热水器吸收的太阳能（总能量） Q总=7×106J/h×8h=5.6×107J该太阳能热水器的效率 （3）由题知 Q放=Q吸=2.1×107J由Q放​=Vq得需要天然气的体积 答：（1）水吸收的热量为2.1×107J； （2）该太阳能热水器的效率为37.5%； （3）若这些水吸收的热量由天然气来提供，假设天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收，则需要0.66m3的天然气。 2 1 学科网（北京）股份有限公司 $$