第十二章 专题二 热学综合计算（作业课件）-【黄冈金牌之路·练闯考】2023-2024学年九年级物理上册(沪粤版)

物理 九年级上册 沪粤版 练闯考 专题二　热学综合计算 类型一　热量的综合计算 1．自热盒饭是一种可以通过发热剂与水反应产热给食物加热的便携式盒饭。它里面的发热包在将600 g水从10 ℃加热至沸腾(1个标准气压下)的过程中，提供给水的热量至少为________________J。如果用酒精灯给600 g水加热升高同样温度，至少需要________g酒精。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q酒精＝3×107 J/kg] 2.268×105 7.56 2．(常州模拟)小明在家里将装有2 kg水的水壶放到天然气灶上去烧，如图所示，用温度计测量水从20 ℃加热至90 ℃的过程中，观察到天然气表的数字变化了0.04 m3。他又上网查阅有关知识，知道天然气灶的效率约为35%，已知水的比热容c水＝4.2×103 J/(kg·℃)。求： (1)在这个过程中水吸收了多少热量？ (2)请你帮小明算出天然气的热值。 解：(1)水吸收的热量：Q吸＝c水m水(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(90 ℃－20 ℃)＝5.88×105 J。 (2)天然气燃烧需要放出的热量：Q放＝ eq \f(Q吸,η) ＝ eq \f(5.88×105 J,35%) ＝1.68×106 J；消耗了天然气的体积：V＝0.04 m3，则天然气的热值：q天然气＝ eq \f(Q放,V) ＝ eq \f(1.68×106 J,0.04 m3) ＝4.2×107 J/m3。 3．工匠用钢铁打制刀具时，有一个重要流程叫“淬火”，把刚打制成型的刀具放到炉火中充分煅烧，然后将其迅速放入水中骤冷。现有一成型的合金钢刀具的质量为1 kg，温度为20 ℃，放入836 ℃的炉火中煅烧足够长时间，迅速取出放入5 kg、20 ℃的水中冷却，最后与水达到共同的温度[不计热量损失，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，c合金钢＝0.42×103 J/(kg·℃)]。求： (1)此刀具在火炉中吸收的热量。 (2)淬火后水的温度。 解：(1)合金钢刀具放入836 ℃的炉火中煅烧足够长时间，达到热平衡，温度相同，所以，合金钢刀具的末温t＝836 ℃，则此刀具在火炉中吸收的热量：Q合吸＝c合金钢 m合金钢(t－t0)＝0.42×103 J/(kg·℃)×1 kg×(836 ℃－20 ℃)＝3.427 2×105 J。 (2)将煅烧后的刀具迅速取出放入20 ℃的水中冷却，最后刀具与水达到共同的温度，设为t′，不计热量损失，则有：Q水吸＝Q合放，即：c水m水(t′－t0)＝c合金钢 m合金钢(t－t′)，4.2×103 J/(kg·℃)×5 kg×(t′－20 ℃)＝0.42×103 J/(kg·℃)×1 kg×(836 ℃－t′)，解得：t′＝36 ℃。 类型二　热机的综合计算 4．(安徽模拟)热机效率η是指机械做的有用功与机械完成这些有用功所消耗的能量的比值。用P输出表示机械输出的功率，m表示单位时间消耗的燃料质量，q表示燃料的热值。 (1)试推导：η＝ eq \f(P输出,mq) ×100%。 (2)已知汽车发动机的输出功率为90 kW，该汽车行驶1 h所消耗的柴油是30 kg、已知柴油的热值为q＝3.3×107 J/kg，试求该汽车发动机的热机效率是多大？(结果精确到0.1%) 解：(1)机械做的有用功：W有用＝P输出t，已知m表示单位时间消耗的燃料质量，则t时间内燃料完全燃烧放出的热量：Q放＝mqt，由热机效率的定义可以得出：η＝ eq \f(W有用,Q总) ×100%＝ eq \f(P输出t,mqt) ×100%＝ eq \f(P输出,mq) ×100%。 (2)该汽车发动机的热机效率：η＝ eq \f(W有用,Q放) ×100%＝ eq \f(P输出t,mq) ×100%＝ eq \f(90 000 W×3 600 s,30 kg×3.3×107 J/kg) ×100%≈32.7%。 5．(厦门月考)运20是我国自主发展的大型运输机，它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。若运20在高空中飞行时在恒定的水平推力F＝1.6×105 N作用下，以720 km/h的速度沿水平方向匀速航行1 h，已知飞机发动机的热效率为60%，航空煤油的热值为4×107 J/kg。求在这1 h内： (1)该飞机水平推力做的功是多少？ (2)消耗的航空煤油的质量？ (3)损失的能量若用于烧水，最多可让500 t水的温度升高多少？(结果保留一位小数) 解：(1)飞机运动的路程：s＝vt＝720 km/h×1 h＝720 km，该飞机水平推力做的功：W＝Fs＝1.6×105 N×720×1 000 m＝1.152×1011 J。 (2)航空煤油完全燃烧产生的热量：Q放＝ eq \f(W,η) ＝ eq \f(1.152×1011 J,60%) ＝1.92×1011 J，消耗的航空煤油的质量：m＝ eq \f(Q放,q) ＝ eq \f(1.92×1011 J,4×107 J/kg) ＝4 800 kg。 (3)损失的能量：Q损＝Q放－W＝1.92×1011 J－1.152×1011 J＝7.68×1010 J，若用于烧水，水最多吸收的热量：Q吸＝Q损＝7.68×1010 J，最多可让500 t水升高的温度：Δt＝ eq \f(Q吸,c水m水) ＝ eq \f(7.68×1010 J,4.2×103 J/（kg·℃）×500×103 kg) ≈36.6 ℃。 6．(杭州模拟)汽车出厂前需要测试，某次检测过程中，汽车保持恒定功率在水平路面做直线运动，测得其速度随时间变化的图象如图所示，汽车运动中所受阻力2 000 N且不变，发动机效率为40%，10 s后油箱还剩10 L汽油(汽油热值q＝3.3×107 J/L)。求： (1)汽车的功率。 (2)10 s内牵引力做的功。 (3)10 s后该车最多还能继续行驶的路程。 解：(1)已知汽车在运动中所受阻力为f＝2 000 N，当物体保持速度v＝30 m/s不变时，由二力平衡的条件可知，汽车的牵引力：F＝f＝2 000 N，则汽车的功率：P＝ eq \f(W,t) ＝ eq \f(Fs,t) ＝Fv＝2 000 N×30 m/s＝60 000 W。 (2)10 s内牵引力做的功：W＝Pt＝60 000 W×10 s＝6×105 J。 (3)由题知10 s后油箱还剩10 L汽油，则剩余的汽油完全燃烧放出的热量：Q放＝qV＝3.3×107 J/L×10 L＝3.3×108 J，则由η＝ eq \f(W,Q放) ×100%可知汽车能做的有用功：W′＝Q放η＝3.3×108 J×40%＝1.32×108 J，则由W＝Fs可知该车最多还能继续行驶的路程：s＝ eq \f(W′,F) ＝ eq \f(1.32×108 J,2 000 N) ＝6.6×104 m。 $$