同步提升专题1：热学综合计算(热传递+热机效率) ---2024-2025学年人教版物理九年级上学期

九年级上册精编同步讲义（教科人教通用版） 专题1：热学综合计算 专题剖析 热学综合计算的两条基本路线 1、 燃烧放热与热传递的综合 对于锅炉或燃气炉，已知燃料质量可以根据Q放=mq计算出Q放，再根据计算出Q吸，最后可以根据Q吸＝cm水Δt计算出Δt或者m水。注意两个m表示的量不同，注意用脚标区分。根据题意，有时候该过程也可以逆向计算。 2、 力热综合计算 对于热机，已知燃料质量可以根据Q放=mq计算出Q放，再根据计算出Q吸，最后可以根据W有＝FS计算出S。注意复习上学期的关于功和规律公式，有时也会在这一类题目种用到。 易错告警 1. 燃料质量和被加热液体质量混淆。 2. 质量，速度、路程等没有单位换算。 3. 效率的公式变形出错。 4. 注意升高了和升高到的区别 5. 注意液体温度上限，比如水在一个标准大气压下的沸点为100摄氏度。 6. 忘记上学期所学公式。 专题演练 【考法一】燃烧放热与热传递的综合 1．（2024•广元）随着科技发展，人们已经开始将氢能作为一种新能源加以利用。已知氢燃料的热值为1.4×108J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）。如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料30kg，这些氢燃料完全燃烧释放的热量为 　 　J，若这些热量完全被水吸收，可使 　 　kg水的温度从20℃升高到100℃。 2．（2024•宿城区二模）生活垃圾的热值为3×106J/kg，某垃圾焚烧发电厂每天完全燃烧800t生活垃圾，放出热量 　 　J，放出热量的30%用来发电，每天可发电 　kW•h，放出热量的42%用来加热水供给附近小区，1标准大气压下，每天可将 　 　kg的水由20℃恰好加热至沸腾。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）] 3．（2024•广州）如图是燃气灶烧水的情境和该燃气灶灶头的示意图。 （1）天然气本身无色无味，为了安全和警示，通常会向天然气中加入臭味剂。拧动点火装置，若燃气未点燃，会闻到臭味，表明 　 　（选填“分子间有引力”“分子间有斥力”或“分子做无规则运动”）； （2）拧动点火装置，天然气和空气在进口处混合流向燃烧头被点燃，天然气不会从进口处外泄，原因是：天然气的喷入导致进口处的天然气流速 　 　（选填“大”“小”），压强 　 　（选填“大于”“小于”或“等于”）大气压强； （3）壶中装有密度为1.0×103kg/m3、质量为2kg的水，则壶中水的体积为 　 　m3，根据Q＝qV，若天然气的热值q＝4.2×107J/m3，完全燃烧V＝1.0×10﹣2m3的天然气放出热量为 　 　J，其中1.68×105J的热量被水吸收，已知水未沸腾，比热容为4.2×103J/（kg•℃），则、水的温度升高了 　 　℃。 【考法二】力学与热学的综合 1．（2024•商丘二模）氢燃料汽车是北京冬奥会交通保障的主力车型之一，此次使用的是我国国内首创的150kW大功率燃料电池发动机，最高车速可达100km/h，车的质量为4t，轮胎的总着地面积是0.08m2，请回答以下问题： （1）请说出一种使用液氢作燃料的优点：　 　。 （2）该车静止在水平地面上时对地面的压强。（g取10N/kg） （3）测试时该车以最高车速、150kW的恒定功率在水平公路上匀速行驶，消耗5.4kg液氢可以行驶0.7h，则该车受到的阻力为多少？该车利用燃料的效率是多少？（液氢热值取1.4×108J/kg） 2．（2024•潍坊）某建筑工地上，起重机在10s内将质量为2.15t的重物沿竖直方向匀速提升6m，此过程起重机消耗柴油0.01kg。柴油的热值q＝4.3×107J/kg，g取10N/kg。 （1）求重物上升的速度； （2）求起重机提升重物的功率； （3）若将起重机提升重物做的功与消耗的柴油完全燃烧释放的热量之比定义为其提升效率，用字母η表示，求起重机的提升效率。 3．（2024•齐齐哈尔）如图所示为我国研制的四座氢燃料内燃机飞机验证机。该飞机使用氢为燃料，高压储氢罐可储氢4kg，最大起飞质量可达1.2×103kg。已知飞机静止在水平地面上时，轮胎与地面的总接触面积为0.2m2；在空中以180km/h的速度匀速直线巡航时，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力为2×103N。已知氢的热值为1.4×108J/kg。求： （1）发动机未工作前，飞机静止在水平地面上，达到最大起飞质量时对地面的压强为多少？ （2）高压储氢罐内4kg的氢完全燃烧放出的热量为多少？ （3）飞机以180km/h的速度匀速直线巡航0.5h，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力做的功为多少？ 4．（2024•山西）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。 5．（2024•榆阳区二模）汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分，环保、节能、安全是汽车研发和使用时必须关注的问题。如图甲所示，小明家新购一辆汽车，其质量为1.2×103kg，静止在水平路面时，车轮与路面的总接触面积为200cm2。问：（g取10N/kg） （1）汽车在高速行驶过程中，汽车对地面的压力 　 　（选填“大于”“小于”或“等于”）汽车的重力。通过技术改进，汽车发动机的效率 　 　（选填“能”或“不能”）达到100%； （2）汽车静止在水平路面时，对路面的压强为多少？ （3）最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量，若该汽车的最低油耗可达0.2kg/（kW•h）[0.2kg/（kW•h）表示获得1kW•h的能量需要消耗0.2kg汽油]，则汽车发动机的效率最高为多少？（计算结果精确至0.1%，汽油的热值为4.6×107J/kg） （4）小明爸爸在给他讲车的性能时，总是说“排量”，却很少说“功率”，为此他从网上查到了排量的定义：活塞从上止点移动到下止点所通过的“工作容积”称为气缸排量，如图乙所示。若该汽车四缸发动机的单缸排量为0.5L，单缸飞轮转速为40r/s时，做功冲程燃气对活塞的平均压强为5×105Pa，此时汽车发动机单缸的输出功率为多少？ 6．（2023•娄底）如图所示是一台手扶双轮压路机，装满水的总质量为550kg，水箱容积为15L。在一次压路作业中，以0.2m/s的速度在水平路面上匀速行驶10min，行驶过程中受到的平均阻力是总重的0.4倍。求：（g取10N/kg，柴油的热值取4×107J/kg） （1）压路机在这次压路作业中运动的距离是多少？ （2）压路机静止在水平路面上时，与地面的接触面积为0.02m2，该压路机对路面的压强是多少？ （3）压路机在这次压路作业中牵引力做的功是多少？ （4）若发动机效率为30%，这次作业要消耗多少千克柴油？ （5）水箱装满水是为了降低发动机的温度，确保发动机正常工作，当满水箱的水从20℃上升到80℃可以吸收多少热量？水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）。 【考法三】太阳能热水器等新能源的利用 1．（2024•五华区校级三模）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 2．（2024•道里区校级开学）小强对家中太阳能热水器的加热性能进行研究，他用“温度传感器”测得装满水的水箱中水的温度为20℃，该地区太阳辐射到地面每平方米的面积上的功率为P＝2.0×103W，该太阳能热水器的集热面积为S＝2.5m2，太阳光持续照射集热面4000秒后，“温度传感器”显示水箱中的水温为40℃，已知水箱容积是100L。求： （1）该过程中水吸收的热量；[C水＝4.2×103J/（kg•℃）] （2）若用液化气灶加热使水吸收同样的热量，需要完全燃烧多少m3液化气？[液化气的热值为q＝5×107J/m3] （3）此太阳能热水器在这个过程中的光热转化效率η（即将太阳能的转化为水的内能的效率）是多少？ 3．（2024•九龙坡区开学）小中对家里的太阳能热水器进行研究，测得上午某一时刻水箱中水的温度为25℃，经过一段时间的太阳照射后，水箱中的水温达到45℃，已知该热水器水箱的容积为100L且装满水。求： （1）该过程中水吸收的热量； （2）若用燃气灶加热相同质量的水升高相同的温度，需消耗多少体积的燃气？（燃气灶的效率为80%，燃气的热值为4.2×107J/m3） （3）若该地区太阳辐射到地面单位面积上的功率为P＝2×103W/m2，小中家的太阳能热水器的集热面积为S＝2m2，热转化效率η＝42%（即将太阳能的42%转化为水的内能）。求太阳光照射的时间t。 4．（2024•聊城）随着新能源政策的引导及风力发电、并网等技术的发展，我国风力发电开发走在了世界前列，装机容量居全球第一。某地有一风力发电站，其中一台风力发电机1s内提供的电能约为1.8×104J，1年内提供的电能约为4.8×1011J。求： （1）若该风力发电机1s内提供的电能全部转化为内能，并有70%被水吸收，可以使100g常温下的水升高多少摄氏度；[c水＝4.2×103J/（kg•℃）] （2）若该风力发电机1年内提供的电能改由火力发电机来提供，且火力发电机工作时煤炭燃烧产生的热量约40%转化为电能，则需要完全燃烧多少千克煤炭。（煤炭的热值q约3.0×107J/kg） 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 九年级上册精编同步讲义（教科人教通用版） 专题1：热学综合计算 专题剖析 热学综合计算的两条基本路线 1、 燃烧放热与热传递的综合 对于锅炉或燃气炉，已知燃料质量可以根据Q放=mq计算出Q放，再根据计算出Q吸，最后可以根据Q吸＝cm水Δt计算出Δt或者m水。注意两个m表示的量不同，注意用脚标区分。根据题意，有时候该过程也可以逆向计算。 2、 力热综合计算 对于热机，已知燃料质量可以根据Q放=mq计算出Q放，再根据计算出Q吸，最后可以根据W有＝FS计算出S。注意复习上学期的关于功和规律公式，有时也会在这一类题目种用到。 易错告警 1. 燃料质量和被加热液体质量混淆。 2. 质量，速度、路程等没有单位换算。 3. 效率的公式变形出错。 4. 注意升高了和升高到的区别 5. 注意液体温度上限，比如水在一个标准大气压下的沸点为100摄氏度。 6. 忘记上学期所学公式。 专题演练 【考法一】燃烧放热与热传递的综合 1．（2024•广元）随着科技发展，人们已经开始将氢能作为一种新能源加以利用。已知氢燃料的热值为1.4×108J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）。如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料30kg，这些氢燃料完全燃烧释放的热量为 　4.2×109　J，若这些热量完全被水吸收，可使 　1.25×104　kg水的温度从20℃升高到100℃。 【答案】4.2×109；1.25×104。 【解答】（1）氢燃料的质量为m＝30kg， 全燃烧释放的热量为：Q放＝mq＝30kg×1.4×108J/kg＝4.2×109J； （2）氢完全燃烧释放出热量全部初始温度为20℃的水吸收， 水吸收的热量为：Q吸＝Q放＝4.2×109J； 由公式Q吸＝cm水Δt得： 4.2×109J＝4.2×103J/（kg•℃）×m水×（100℃﹣20℃）；解得：m水＝1.25×104kg； 故答案为：4.2×109；1.25×104。 2．（2024•宿城区二模）生活垃圾的热值为3×106J/kg，某垃圾焚烧发电厂每天完全燃烧800t生活垃圾，放出热量 　2.4×1012　J，放出热量的30%用来发电，每天可发电 　2×105　kW•h，放出热量的42%用来加热水供给附近小区，1标准大气压下，每天可将 　3×106　kg的水由20℃恰好加热至沸腾。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）] 【答案】2.4×1012；2×105；3×106。 【解答】（1）完全燃烧800t生活垃圾放出的热量为：Q放＝mq＝800×103kg×3×106J/kg＝2.4×1012J； （2）每天可发电的电能W电＝30%Q放＝30%×2.4×1012J＝7.2×1011J＝2×105kW•h； （3）水吸收的热量：Q吸＝42%Q放＝42%×2.4×1012J＝1.008×1012J； 1个标准大气压下，水的沸点是100℃， 由Q吸＝cm（t﹣t0）可得，水的质量： m水3×106kg。 故答案为：2.4×1012；2×105；3×106。 3．（2024•广州）如图是燃气灶烧水的情境和该燃气灶灶头的示意图。 （1）天然气本身无色无味，为了安全和警示，通常会向天然气中加入臭味剂。拧动点火装置，若燃气未点燃，会闻到臭味，表明 　分子做无规则运动　（选填“分子间有引力”“分子间有斥力”或“分子做无规则运动”）； （2）拧动点火装置，天然气和空气在进口处混合流向燃烧头被点燃，天然气不会从进口处外泄，原因是：天然气的喷入导致进口处的天然气流速 　大　（选填“大”“小”），压强 　小于　（选填“大于”“小于”或“等于”）大气压强； （3）壶中装有密度为1.0×103kg/m3、质量为2kg的水，则壶中水的体积为 　2×10﹣3　m3，根据Q＝qV，若天然气的热值q＝4.2×107J/m3，完全燃烧V＝1.0×10﹣2m3的天然气放出热量为 　4.2×105　J，其中1.68×105J的热量被水吸收，已知水未沸腾，比热容为4.2×103J/（kg•℃），则、水的温度升高了 　20　℃。 【答案】（1）分子做无规则运动；（2）大；小于；（3）2×10﹣3；4.2×105；20。 【解答】（1）拧动点火装置，若燃气未点燃，会特殊臭味，这是臭味分子扩散到空气中的结果，属于扩散现象，说明臭味分子在永不停息地做无规则运动； （2）因为流体速越大压强越小，所以进口处天然气流速大，压强小于大气压，天然气和空气在大气压的作用下流向燃烧头，而天然气不会向空气中泄漏； （3）壶中装有密度为1.0×103kg/m3、质量为2kg的水，则壶中水的体积为： V水2×10﹣3m3； 完全燃烧V＝1.0×10﹣2m3的天然气放出的热量为： Q放＝qV＝4.2×107J/m3×1.0×10﹣2m3＝4.2×105J， 根据Q吸＝c水m水Δt可知，水升高的温度为： Δt20℃。 故答案为：（1）分子做无规则运动；（2）大；小于；（3）2×10﹣3；4.2×105；20。 【考法二】力学与热学的综合 1．（2024•商丘二模）氢燃料汽车是北京冬奥会交通保障的主力车型之一，此次使用的是我国国内首创的150kW大功率燃料电池发动机，最高车速可达100km/h，车的质量为4t，轮胎的总着地面积是0.08m2，请回答以下问题： （1）请说出一种使用液氢作燃料的优点：　热值高　。 （2）该车静止在水平地面上时对地面的压强。（g取10N/kg） （3）测试时该车以最高车速、150kW的恒定功率在水平公路上匀速行驶，消耗5.4kg液氢可以行驶0.7h，则该车受到的阻力为多少？该车利用燃料的效率是多少？（液氢热值取1.4×108J/kg） 【解答】（1）液氢作燃料的优点：热值高； （2）车的质量为4t，车的重力G＝mg＝4×103kg×10N/kg＝4×104N，水平地面上对车地面的压力等于车的重力。轮胎的总着地面积是0.08m2， 该车静止在水平地面上时对地面的压强p5×105Pa； （3）最高车速v＝100km/h，该车以最高车速、150kW的恒定功率在水平公路上匀速行驶，阻力等于牵引力，P＝Fv，f＝F5400N； 车做的有用功W有＝Pt＝150×103W×0.7×3600s＝3.78×108J， 液氢完全燃烧放出的热量Q放＝mq＝5.4kg×1.4×108J/kg＝7.56×108J； 该车利用燃料的效率 η50%。 答：（1）热值高；（2）该车静止在水平地面上时对地面的压强为5×105Pa；（3）该车受到的阻力为5400N；该车利用燃料的效率是50%。 2．（2024•潍坊）某建筑工地上，起重机在10s内将质量为2.15t的重物沿竖直方向匀速提升6m，此过程起重机消耗柴油0.01kg。柴油的热值q＝4.3×107J/kg，g取10N/kg。 （1）求重物上升的速度； （2）求起重机提升重物的功率； （3）若将起重机提升重物做的功与消耗的柴油完全燃烧释放的热量之比定义为其提升效率，用字母η表示，求起重机的提升效率。 【解答】解：（1）重物上升的速度：v0.6m/s； （2）起重机对钢材做的有用功为：W有用＝Gh＝mgh＝2.15×103kg×10N/kg×6m＝1.29×105J， 起重机提升重物的功率：P1.29×104W； （3）柴油完全燃烧放出的热量为：Q放＝m柴油q＝0.01kg×4.3×107J/kg＝4.3×105J， 起重机的提升效率为：η100%100%＝30%。 答：（1）重物上升的速度为0.6m/s；（2）起重机提升重物的功率为1.29×104W；（3）起重机的提升效率为30%。 3．（2024•齐齐哈尔）如图所示为我国研制的四座氢燃料内燃机飞机验证机。该飞机使用氢为燃料，高压储氢罐可储氢4kg，最大起飞质量可达1.2×103kg。已知飞机静止在水平地面上时，轮胎与地面的总接触面积为0.2m2；在空中以180km/h的速度匀速直线巡航时，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力为2×103N。已知氢的热值为1.4×108J/kg。求： （1）发动机未工作前，飞机静止在水平地面上，达到最大起飞质量时对地面的压强为多少？ （2）高压储氢罐内4kg的氢完全燃烧放出的热量为多少？ （3）飞机以180km/h的速度匀速直线巡航0.5h，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力做的功为多少？ 【解答】（1）飞机对水平地面的压力：F＝G＝mg＝1.2×103kg×10N/kg＝1.2×104N。 飞机对水平地面的压强：p6×104Pa； （2）氢气完全燃烧放出的热量为：Q放＝m氢气q氢气＝4kg×1.4×108J/kg＝5.6×108J； （3）由v可得，飞机航行0.5h的路程为：s＝vt＝180km/h×0.5h＝90km＝9×104m， 牵引力做的功为：W＝Fs＝2×103N×9×104m＝1.8×108J。 答：（1）发动机未工作前，飞机静止在水平地面上，对地面的压强为6×104Pa； （2）4kg的氢完全燃烧放出的热量为5.6×108J。 （3）飞机以180km/h的速度匀速直线巡航0.5h，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力做的功为1.8×108J。 4．（2024•山西）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。 【解答】（1）汽车平均速度为：。 （2）消耗汽油的质量为：m＝ρV＝25L×0.8×103kg/m3＝20kg； 完全燃烧释放的热量为：Q＝qm＝4.5×107J/kg×20kg＝9×108J。 （3）汽车发动机做的有用功为：W＝Pt＝25×103W×4×3600s＝3.6×108J； 发动机的机械效率为：。 答：（1）汽车的平均速度为90km/h；（2）汽油完全燃烧放出的热量Q为9×108J；（3）汽车发动机的效率为40%。 5．（2024•榆阳区二模）汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分，环保、节能、安全是汽车研发和使用时必须关注的问题。如图甲所示，小明家新购一辆汽车，其质量为1.2×103kg，静止在水平路面时，车轮与路面的总接触面积为200cm2。问：（g取10N/kg） （1）汽车在高速行驶过程中，汽车对地面的压力 　小于　（选填“大于”“小于”或“等于”）汽车的重力。通过技术改进，汽车发动机的效率 　不能　（选填“能”或“不能”）达到100%； （2）汽车静止在水平路面时，对路面的压强为多少？ （3）最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量，若该汽车的最低油耗可达0.2kg/（kW•h）[0.2kg/（kW•h）表示获得1kW•h的能量需要消耗0.2kg汽油]，则汽车发动机的效率最高为多少？（计算结果精确至0.1%，汽油的热值为4.6×107J/kg） （4）小明爸爸在给他讲车的性能时，总是说“排量”，却很少说“功率”，为此他从网上查到了排量的定义：活塞从上止点移动到下止点所通过的“工作容积”称为气缸排量，如图乙所示。若该汽车四缸发动机的单缸排量为0.5L，单缸飞轮转速为40r/s时，做功冲程燃气对活塞的平均压强为5×105Pa，此时汽车发动机单缸的输出功率为多少？ 【解答】（1）汽车高速行驶时，上方空气流速快，压强小，下方空气流速慢，压强大，会产生向上的升力，所以对地面的压力小于汽车的重力； 发动机在工作时，废气会带走一部分热量、燃料也不可能完全燃烧，所以发动机的效率不可能达到100%； （2）汽车质量m＝1.2×103kg， 其重力：G＝mg＝1.2×103kg×10N/kg＝1.2×104N， 汽车静止时对水平地面的压力：F＝G＝1.2×104N， 汽车静止时对地面的压强：p＝6×105Pa； （3）汽车消耗0.2kg汽油，汽油完全燃烧放出热量 ， 汽车获得能量， 发动机的效率最高为； （4）由W＝Fs，，V＝Sh得，发动机单缸做功一次输出的功为 ； 单缸飞轮转速为40r/s，则单缸1s内做功20次，做功1次所用时间为0.05s，则发动机单缸的输出功率为。 答：（1）小于；不能； （2）汽车对地面的压强为6×105Pa； （3）汽车发动机的效率最高为39.1%； （4）汽车发动机单缸的输出功率为5×103W。 6．（2023•娄底）如图所示是一台手扶双轮压路机，装满水的总质量为550kg，水箱容积为15L。在一次压路作业中，以0.2m/s的速度在水平路面上匀速行驶10min，行驶过程中受到的平均阻力是总重的0.4倍。求：（g取10N/kg，柴油的热值取4×107J/kg） （1）压路机在这次压路作业中运动的距离是多少？ （2）压路机静止在水平路面上时，与地面的接触面积为0.02m2，该压路机对路面的压强是多少？ （3）压路机在这次压路作业中牵引力做的功是多少？ （4）若发动机效率为30%，这次作业要消耗多少千克柴油？ （5）水箱装满水是为了降低发动机的温度，确保发动机正常工作，当满水箱的水从20℃上升到80℃可以吸收多少热量？水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）。 【解答】（1）压路机在这次压路作业中运动的距离是：s＝vt＝0.2m/s×10×60s＝120m； （2）压路机的重力为：G压路机＝m压路机g＝550kg×10N/kg＝5500N， 压路机静止时对水平地面的压力等于自身的重力，F＝G压路机＝5500N， 该压路机对水平地面的压强：p2.75×105Pa； （3）压路机匀速前进时受到的牵引力和阻力二力平衡，二力大小相等，即F牵＝f＝0.4G总＝0.4×5500N＝2200N， 压路机做的功：W＝F牵s＝2200N×120m＝2.64×105J； （4）由η得，柴油完全燃烧释放的热量：Q放8.8×105J， 由Q放＝mq可得，消耗柴油的质量：m0.022kg； （5）由密度公式可得，水箱中水的质量m水＝ρV＝1.0g/cm3×15×103cm＝15000g＝15kg， 水吸收的热量：Q＝cm水Δt＝4.2×103J/（kg•℃）×15kg×（80℃﹣20℃）＝3.78×106J。 答：（1）压路机运动的距离是120m；（2）该压路机对路面的压强是2.75×105Pa；（3）压路机的牵引力做的功是2.64×105J；（4）若发动机效率为30%，这次作业要消耗0.022千克柴油；（5）当满水箱的水从20℃上升到80℃可以吸收的热量是3.78×106J。 【考法三】太阳能热水器等新能源的利用 1．（2024•五华区校级三模）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 【解答】A、公交车用液氢作为燃料，是因为它的热值大，热量是个过程量不能含有，故A错误； B、0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量：Q放＝m氢q氢＝0.3kg×1.4×108J/kg＝4.2×107J，由题意可知，水吸收的热量：Q吸＝Q放×70%＝4.2×107J×70%＝2.94×107J； 由Q吸＝cmΔt可知，水升高的温度：Δt70℃，此时水的末态温度为：35℃+70℃＝105℃＞100℃，不符合实际，因为在1标准大气压下水的沸点是100℃，故水只能再升温65℃，故B错误； C、热值是燃料的特性，只与燃料的种类有关，故C错误； D、公交车的功率为P＝42kW＝4.2×104W，公交车所做的功：W＝60%×Q放＝60%×4.2×107J＝2.52×107J， 由P得公交车行驶时间：t600s＝10min，故D正确。 故选：D。 2．（2024•道里区校级开学）小强对家中太阳能热水器的加热性能进行研究，他用“温度传感器”测得装满水的水箱中水的温度为20℃，该地区太阳辐射到地面每平方米的面积上的功率为P＝2.0×103W，该太阳能热水器的集热面积为S＝2.5m2，太阳光持续照射集热面4000秒后，“温度传感器”显示水箱中的水温为40℃，已知水箱容积是100L。求： （1）该过程中水吸收的热量；[C水＝4.2×103J/（kg•℃）] （2）若用液化气灶加热使水吸收同样的热量，需要完全燃烧多少m3液化气？[液化气的热值为q＝5×107J/m3] （3）此太阳能热水器在这个过程中的光热转化效率η（即将太阳能的转化为水的内能的效率）是多少？ 【解答】（1）水箱容积是100L，则水的质量为： m水＝ρ水V＝1.0×103kg/m3×100×10﹣3m3＝100kg， 该过程中水吸收的热量为： Q吸＝c水m水（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（40℃﹣20℃）＝8.4×106J； （2）若使用液化气灶加热使水吸收同样的热量，则Q放＝Q吸＝8.4×106J， 根据Q放＝qV，需要完全燃烧液化气的体积为：V0.168m3； （3）太阳光照射集热面4000秒投射到太阳能热水器上的太阳能为： E＝PSt＝2.0×103W/m2×2.5m2×4000s＝2×107J， 太阳能热水器在这个过程中的光热转化效率为： η100%100%＝42%。 答：（1）水吸收的热量为8.4×106J； （2）若用液化气灶加热使水吸收同样的热量，需要完全燃烧0.168m3液化气； （3）此太阳能热水器在这个过程中的光热转化效率η是42%。 3．（2024•九龙坡区开学）小中对家里的太阳能热水器进行研究，测得上午某一时刻水箱中水的温度为25℃，经过一段时间的太阳照射后，水箱中的水温达到45℃，已知该热水器水箱的容积为100L且装满水。求： （1）该过程中水吸收的热量； （2）若用燃气灶加热相同质量的水升高相同的温度，需消耗多少体积的燃气？（燃气灶的效率为80%，燃气的热值为4.2×107J/m3） （3）若该地区太阳辐射到地面单位面积上的功率为P＝2×103W/m2，小中家的太阳能热水器的集热面积为S＝2m2，热转化效率η＝42%（即将太阳能的42%转化为水的内能）。求太阳光照射的时间t。 【解答】（1）水吸收的热量：Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（45℃﹣25℃）＝8.4×106J； （2）由η，液化气完全燃烧放出的热量：Q放1.05×107J， 由Q放＝mq可知，需要完全燃烧液化气的质量：m液化气0.25kg； （3）根据η，需要的太阳能：E2.0×107J， 由E＝PSt，太阳能照射的时间：t5000s。 答：（1）该过程中水吸收的热量为8.4×106J； （2）若用液化气灶加热使水吸收同样的热量，需要燃烧0.25kg液化气； （3）太阳光照射的时间t为5000s。 4．（2024•聊城）随着新能源政策的引导及风力发电、并网等技术的发展，我国风力发电开发走在了世界前列，装机容量居全球第一。某地有一风力发电站，其中一台风力发电机1s内提供的电能约为1.8×104J，1年内提供的电能约为4.8×1011J。求： （1）若该风力发电机1s内提供的电能全部转化为内能，并有70%被水吸收，可以使100g常温下的水升高多少摄氏度；[c水＝4.2×103J/（kg•℃）] （2）若该风力发电机1年内提供的电能改由火力发电机来提供，且火力发电机工作时煤炭燃烧产生的热量约40%转化为电能，则需要完全燃烧多少千克煤炭。（煤炭的热值q约3.0×107J/kg） 【解答】解：根据题意，一台风力发电机1s内提供的电能约为1.8×104J， 1s内所产生的电能，则Q吸＝70%W电＝70%×1.8×104J＝1.26×104J， 由Q吸＝cmΔt可得：Δt30℃； （2）一台风力发电机1年内提供的电能约为4.8×1011J， 火力发电机工作时煤炭燃烧产生的热量约40%转化为电能，则Q火1.2×1012J； 煤炭质量m4×104kg。 答：（1）若该风力发电机1s内提供的电能全部转化为内能，并有70%被水吸收，可以使100g常温下的水升高30摄氏度； （2）若该风力发电机1年内提供的电能改由火力发电机来提供，且火力发电机工作时煤炭燃烧产生的热量约40%转化为电能，则需要完全燃烧4×104kg煤炭。 学科网（北京）股份有限公司 $$