第十章 专题训练 3.与效率相关的计算 课件-- 2024-2025学年北师大版物理九年级全一册

第十章　 机械能、内能及其转化 专题训练 3.与效率相关的计算 1．如图所示的是某四冲程汽油机的________冲程，若飞轮的转速是3 000 r/min，则每秒钟对外做功_______次；某段时间该汽油机消耗汽油0.2 kg，汽油完全燃烧放出的热量是__________J。 (q汽油＝4.6×107 J/kg) 做功 返回 9.2×106 25 2．某家庭用的天然气热水器，将20 kg的水从10 ℃加热到60 ℃，完全燃烧0.21 m3的天然气。已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值为4×107 J/m3，试求： (1)天然气完全燃烧放出的热量是多少？ 解：0.21 m3天然气完全燃烧放出的热量Q放＝Vq＝0.21 m3×4×107 J/m3＝8.4×106 J。 (2)该热水器烧水的效率是多少？ 解：水吸收的热量Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×20 kg×(60 ℃－10 ℃)＝4.2×106 J。 返回 (3)如果完全燃烧0.21 m3天然气放出的热量的70%用来对小轿车做功，以1 000 N的动力进行牵引，可使轿车行驶多远？ 解：小轿车做的机械功W＝ηQ放＝70%×8.4×106 J＝5.88×106 J。根据W＝Fs可知轿车行驶的距离为 3．如图所示的为四冲程汽油机工作时的________冲程，若其效率为30%，消耗100 g汽油，对外做功__________J。若水箱中5 kg的水由20 ℃升高到100 ℃, 水吸收__________J的热量。[q汽油＝4.6×107 J/kg, c水＝4.2×103 J/(kg·℃)] 返回 压缩 1.38×106 1.68×106 4．中国首次火星探索任务“天问一号”探测器的成功发射，是我国综合国力和创新能力提升的重要标志。目前运载火箭一般使用液态氢作为燃料、液态氧作为助燃剂。火箭燃料的发展如表1所示，表2是一些燃料的热值。 7 表1 推进剂 第一代 第二代 第三代 第四代 燃料  氧气和汽油混合 偏二甲肼 煤油 液态氢 氧化剂 四氧化二氮 液态氧 液态氧 表2 燃料 热值 燃料 热值 汽油 4.6×107 J/kg 煤油 4.6×107 J/kg 柴油 4.3×107 J/kg 氢 1.4×108 J/kg 8 热值大 (1)使用氢作为燃料的主要优点是________和________。 无污染 9 (2)某火箭发射时携带了3×104 kg液态氢燃料，这些燃料完全燃烧最多能将多少千克初温为20 ℃的水加热至沸腾？[当地大气压为1标准大气压，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)] 解：氢燃烧后释放的热量Q放＝mq＝3×104kg×1.4×108 J/kg＝4.2×1012 J。水吸收的热量Q吸＝Q放＝4.2×1012 J。由Q吸＝c水m水(t－t0)可知， 10 (3)氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在汽缸中燃烧。某次测试中，一辆氢能源车以70 kW的功率匀速行驶0.5 h，消耗了2 kg燃料，求该发动机的效率？ 解：2 kg氢完全燃烧释放的热量Q1＝m1q＝2 kg×1.4 ×108 J/kg＝2.8×108 J，汽车发动机做的功W＝Pt＝70×103 W×0.5×3 600 s＝1.26×108 J，发动机的效率 返回 11 5．图甲是某便携式丁烷燃气炉，若丁烷的热值为9×107 J/kg，用该燃气炉烧水时，则每2分钟完全燃烧0.014 kg的丁烷放出的热量为________J； 甲 由图乙可以判断出在烧水过程中，________(填“0～2 min” “2～4 min”或“4～6 min”)时的热效率高，若水的质量为3 kg，该时间段的热效率为________。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)] 【答案】1.26×106；0～2 min；30% 【点拨】丁烷完全燃烧放出的热量为Q放＝mq＝0.014 kg×9×107 J/kg＝1.26×106 J；图乙中，在0～2 min时间内，水的温度升高得多，所以该时间段热效率高；水吸收的热量：Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×3 kg×(50 ℃－20 ℃)＝3.78×105 J，热效率： 返回 6．小明在燃烧皿中放入酒精，对300 g水加热，待酒精燃尽后水温升高了50 ℃，则水吸收的热量为________J。若热效率为42%，则燃烧前酒精的质量为________g。水的内能是通过________的方式增加的。[已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)；酒精的热值为3.0×107 J/kg] 【点拨】水的质量为m＝300 g＝0.3 kg，水吸收的热量为Q吸＝cmΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×0.3 kg×50 ℃＝6.3×104 J。 返回 【答案】6.3×104；5；热传递 改变内能的方式有做功和热传递两种方式，用酒精燃烧给水加热属于用热传递的方式增加水的内能。 7．太阳能安全、清洁、无污染，几乎可以说是一种取之不尽、用之不竭的永久性能源，当太阳光垂直照射到采光面时，1 m2采光面在1 s内接收到的太阳辐射能约为1×103 J，下表列出了某种品牌太阳能热水器的有关数据：假设太阳光垂直照射到集热管采光面上，则利用这种太阳能热水器将满箱的水由25 ℃加热到45 ℃。求： 水箱容积(V) 0.1 m3 集热管采光面积(S) 0.8 m2 效率(η) 50% 使用年限 15年 (1)水的质量为多少千克？ 解：水的质量为m＝ρ水V＝1×103 kg/m3×0.1 m3＝100 kg。 (2)水吸收的热量为多少焦耳？ 解：水吸收的热量为Q吸＝c水mΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×(45℃－25℃)＝8.4×106 J。 (3)需要多久时间？[ρ水＝1×103 kg/m3，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)] 1 m2采光面在1 s内接收到的太阳能约为1×103 J，即采光面接收太阳能的辐射速度为1×103 J/(m2·s)，则0.8 m2的采光面接收1.68×107 J的能量需要的时间为 返回 该热水器烧水的效率η＝×100%＝×100%＝50%。 水的质量m水＝＝＝1.25×107 kg。 η＝×100%＝×100%＝30%。 根据η＝×100%可得，酒精放出的热量为Q放＝＝＝1.5×105 J，所以燃烧前酒精的质量为m酒精＝＝＝0.005 kg＝5 g。 解：需要接收到的太阳能为Q辐射＝＝＝1.68×107 J。 t＝＝ ＝2.1×104 s。 $$