第14章 专题特训(一)热学的综合计算-【拔尖特训】2024-2025学年九年级全一册物理(人教版)

18 专题特训（一）　热学的综合计算 ▶“答案与解析”见P8 类型一 热值与热效率 1. (2024·贵阳期末)学习过热效率后,小明同 学为计算他家的天然气灶烧水的热效率,将 2L的水倒入烧水壶中,测出水温为20℃,把 水刚加热到70℃时,测出消耗的天然气为 0.03m3,已知c水=4.2×103J/(kg·℃)、 ρ水=1.0×103kg/m3,天然气的热值取4.0× 107J/m3,假设天然气完全燃烧,求: (1) 水吸收的热量。 (2) 天然气完全燃烧放出的热量。 (3) 他家的天然气灶的效率。 2. (2024·银川校级期末)小华家使用的是天然 气热水器,该热水器的铭牌上标明了它的热效 率(铭牌上标注的热水器的热效率为85%)。 小华尝试估测该热水器的热效率,以核对铭牌 上的数值是否准确。已知当时自来水的温度 为15℃,热水器储水量为40kg,加热前天然 气表的示数是2365.89m3,当将热水器中注 满的水加热到40℃时,天然气表的示数是 2366.04m3。天然气的热值取4×107J/m3。 (1) 水升温到40℃时吸收的热量是多少? (2) 天然气完全燃烧放出的热量是多少? (3) 通过计算说明铭牌上标注的热水器的热 效率是否准确。 3. (2024·兰州校级期末)可燃冰清洁无污染、 储量巨大,是一种非常理想的新型能源。可 燃冰的热值很高,是天然气热值的10倍以 上。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃); 可燃冰的热值取7×108J/m3] (1) 体积为0.01m3 的可燃冰完全燃烧放出 的热量为多少? (2) 若0.01m3可燃冰释放出的这些热量可 使100kg的水温度升高15℃,则可燃冰释放 出的热量被利用的效率是多少? (3) 若(2)中水吸收的热量用来加热质量为 20kg、初温为30℃的水,在一个标准大气压 下,水的温度升高多少? 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(人教版)九年级全一册 19 类型二 热值与热机效率 4. 某汽车在一段平直公路上以18.4m/s的速 度匀速行驶10min,消耗燃油1.5kg,燃油的 热值为4.6×107J/kg。(g取10N/kg) (1) 这些燃油完全燃烧放出的热量是多少? (2) 汽车的质量为2t,匀速行驶时所受阻力 为车重的1 10 ,则汽车牵引力所做的功是多少? (3) 汽车发动机的效率是多少? (4) 假设每辆汽车每年耗油1.8t,汽车发动 机的效率取平均值30%。若能把发动机的 效率提高2%,则每辆车每年可以节约多少 燃油? 答案讲解 5. 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 力和创新能力显著提升的重要标 志,如图所示为某火箭发射时的场景,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,液态氢的热值为1.4×108J/kg。 (1) 某火箭发射时携带6×104kg液态氢燃 料,这些燃料完全燃烧放出的热量是多少? (2) 若(1)中放出的热量只有20%被水吸收, 则能将5×106kg、初温为30℃的水加热至 多少摄氏度? [c水=4.2×103J/(kg·℃), 已知当地大气压为标准大气压] (3) 氢能源车的发动机工作时将液态氢转化 为氢气,氢气在汽缸中燃烧,某次测试中,一 辆氢 能 源 车 以70kW 的 功 率 匀 速 行 驶 20min,消耗了1.5kg氢燃料,求该发动机的 效率。 (第5题) 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第十四章　内能的利用 108×0.06t=1.8×107t。 8. 温室效应加剧 热岛效应 降低 34% [解析] 内燃机在使用过程中, 排放过多二氧化碳,使得温室效应加 剧,废气和冷却水带走的热量是热岛 效应的“元凶”之一;汽车发动机工作 时将内能转化为机械能,冒“黑烟”说 明燃烧不充分,用来做有用功的能量 占燃料完全燃烧放出总能量的比例就 小,所以效率降低;由能量流向图可知 该内燃机的效率η=100%-31%- 28%-7%=34%。 9. [解析] (1) 载满货物时货车的总 重力 G=(m车 +m货)g=(1.5× 103kg+2.5×103kg)×10N/kg= 4×104N,由题意知,货车受到的阻力 f= 1 10G= 1 10×4×10 4N=4×103N, 因为该车载满货物后在平直的公路上 匀速行驶,牵引力和阻力是一对平衡 力,所以,根据二力平衡条件可知,该 货车受到的牵引力F=f=4×103N, 匀速行驶10km,牵引力所做的功 W=Fs=4×103N×10×103m=4× 107J。(2) 由表格数据可知,货车满 载时百公里油耗为20L,则货车行驶 10km消耗燃油的体积V燃油=110× 20L=2L=0.002m3,消耗燃油的质量 m燃油=ρ燃油V燃油=0.8×103kg/m3× 0.002m3=1.6kg,燃油完全燃烧放 出的热量Q放=m燃油q燃油=1.6kg× 5×107J/kg=8×107J。(3) 该货车 发动机的效率η= W Q放 ×100%= 4×107J 8×107J×100%=50% 。 10. [解析] (1) 由Q=cmΔt可知,将壶 内20℃、5kg的水烧开需要吸收的热量 Q吸=c水mΔt=4.2×103J/(kg·℃)× 5kg×(100℃-20℃)=1.68×106J。 (2) 此过程中,烧水效率为20%,则煤 完全燃烧放出的热量Q放 = Q吸 η = 1.68×106J 20% =8.4×10 6J,由Q放 = mq可得,普通煤炉完全燃烧煤的质量 m煤 = Q放 q煤 = 8.4×106J 3×107J/kg =0.28kg。 (3) 炉壁间的水吸收的热量Q吸'= c水m'Δt'=4.2×103J/(kg·℃)× 10kg× 40℃-20℃ =8.4×105J, 所以双加热煤炉中水吸收的总热量 Q吸总=Q吸+Q吸'=1.68×106J+8.4× 105J=2.52×106J,双加热煤炉的烧 水 效 率 η' = Q吸总 Q放 × 100% = 2.52×106J 8.4×106J×100%=30% 。 专题特训（一）　热学的 综合计算 1. [解析] (1) 水的质量m=ρ水V水= 1.0×103kg/m3×2×10-3m3=2kg, 水吸收的热量Q吸 =c水m(t-t0)= 4.2×103 J/(kg·℃)×2kg× (70℃-20℃)=4.2×105J。(2) 天 然气完全燃烧放出的热量Q放=qV= 4.0×107J/m3×0.03m3=1.2×106J。 (3) 天 然 气 灶 的 效 率η= Q吸 Q放 × 100%=4.2×10 5J 1.2×106J×100%=35% 。 2. [解析] (1) 水吸收的热量Q吸= c水m水(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)× 40kg× 40℃-15℃ =4.2×106J。 (2) 消 耗 天 然 气 的 体 积 V气 = 2366.04m3-2365.89m3=0.15m3, 天然气完全燃烧放出的热量Q放= qV气=4×107J/m3×0.15m3=6× 106J。(3) 该热水器的热效率η= Q吸 Q放 ×100%= 4.2×106J 6×106J ×100%= 70%,小于85%,所以铭牌上标注的 热水器的热效率是不准确的。 3. [解析] (1) 体积为0.01m3 的可 燃冰完全燃烧放出的热量Q放=Vq= 0.01m3×7×108J/m3=7×106J。 (2) 依题意得,水吸收的热量Q吸= cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×100kg× 15℃=6.3×106J,可燃冰释放出的 热量被利用的效率η= Q吸 Q放×100%= 6.3×106J 7×106J×100%=90% 。(3) 若(2)中 水吸收的热量用来加热质量为20kg、初 温为30℃的水,水升高的温度Δt'= Q吸 cm'= 6.3×106J 4.2×103J/(kg·℃)×20kg = 75℃,此时水的末温t=t0+Δt'= 30℃+75℃=105℃,在一个标准大 气压下,水的沸点为100℃,则水的温 度升 高 Δt″=t'-t0 =100 ℃ - 30℃=70℃。 4. [解析] (1) 这些燃油完全燃烧放 出的热量Q放=mq=1.5kg×4.6× 107J/kg=6.9×107J。(2) 汽车的质 量为2t,匀速行驶时所受阻力为车重 的1 10 ,汽车牵引力F=f=0.1G= 0.1m车g=0.1×2×103kg×10N/kg= 2000N,则汽车牵引力所做的功W= Fs=2000N×18.4m/s×10×60s= 2.208×107J。(3) 汽车发动机的效 率η= W Q放×100%= 2.208×107J 6.9×107J × 100%=32%。(4) 若发动机的效率 提高2%,则此时发动机的效率为 32%,每辆车每年消耗的汽油为m', 根据有用的机械能相同可以列等式 η1m油q =η2m'q,m' = η1m油 η2 = 30%×1.8t 32% =1.6875t ,每辆车每年 可以节约的燃油质量 Δm=m油 - m'=1.8t-1.6875t=0.1125t。 5. [解析] (1) 某火箭发射时携带6× 104kg液态氢燃料,这些燃料完全燃 烧放 出 的 热 量 Q放 =mq=6× 104kg×1.4×108J/kg=8.4×1012J。 (2) 若(1)中放出的热量只有20%被 水 吸 收,水 吸 收 的 热 量 Q吸 = 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 8 20%Q放 =20% ×8.4×1012 J= 1.68×1012J,由Q吸=cmΔt得,这些 热量能使5×106kg、初温为30℃的 水 升 高 的 温 度 Δt = Q吸 c水m水 = 1.68×1012J 4.2×103J/(kg·℃)×5×106kg = 80℃,水的末温t=t0+Δt=30℃+ 80℃=110℃,而标准大气压下水的 沸点为100℃,则水的末温为100℃。 (3) 1.5kg氢燃料完全燃烧释放的热 量 Q放'=m'q=1.5kg×1.4× 108J/kg=2.1×108J,由P= W t 得, 氢能源车的牵引力做的功W=Pt'= 70×103 W×20×60s=8.4×107J, 该发动机的效率η= W Q放'×100%= 8.4×107J 2.1×108J×100%=40% 。 第3节　能量的转化和守恒 1. B [解析] 火箭的燃料燃烧的过 程是化学能转化为内能,故A错误; 在大气层内的降落过程中,返回舱克 服摩擦力做功,是机械能转化成内能, 故B正确;火箭选用液态氢作为燃 料,主要是因为液态氢具有较大的热 值,故C错误;火箭加速上升的过程 中,载人飞船的质量不变,速度变大, 动能变大,高度增加,重力势能变大, 故机械能变大,故D错误。 2. (1) 机械能转化为内能 (2) 电能 转化为内能 (3) 内能从热水袋转移 到人手 (4) 机械能转化为内能 能 量守恒定律 3. 不可能 违背了能量守恒定律 [解析] 能量既不能凭空产生,也不会 凭空消失,它只会从一种形式转化成 另一种形式,或从一个物体转移到其 他物体,能量的总量保持不变,车轮里 面安装着一些倾斜的滑道,用来装十 几个金属球,它们在运行过程中会保 持滚动,并且总是朝着特定的方向使 轮子倾斜,这样就可以使装置不停地 转动下去,即可以不断地产生机械能, 这违背了上述的能量守恒定律,这样 的装置不可能实现。 4. 大于 小于 小于 [解析] 物体 的机械能等于物体动能与势能的总 和。皮球在地面弹起的过程中,因为 与地面碰撞,要损失一部分能量,所 以,机械能总量要减小。A 点的皮球 落到地面后弹起,再升到与A 点高度 相同的B 点时,因为皮球质量不变, 所处高度相等,所以皮球在两点的重 力势能相等。但因为皮球从A 点落 到地面再弹起时,损失了一部分能量, 所以,皮球在A 点的机械能要大于在 B 点的机械能,又因为皮球在两点的 重力势能相等,因此,皮球在A 点的 动能大于在B 点的动能。物体质量 越大,所处的高度越高,其重力势能就 越大。同一个皮球,质量不变,因为 C点高度小于D 点高度,所以在C 点 的重力势能小于在D 点的重力势能。 皮球从C 点落到地面再弹起时,损失 了一部分能量,所以,它在D 点时的 机械能小于在C点时的机械能。 5. C [解析] 影响重力势能大小的 因素是质量和高度,拦河大坝使水位 升高,增大了水的重力势能,故A正 确,不符合题意;各种形式的能在一定 条件下都可以相互转化,故B正确, 不符合题意;热传递改变物体的内能 是能量之间的转移,做功才是不同形 式的能的相互转化,故C错误,符合 题意;由能量守恒定律可知,能量在转 化和转移的过程中总会有损耗,但能 量的总量保持不变,故D正确,不符 合题意。 6. A [解析] 下球中乙醚汽化的过 程,吸收热量,是通过热传递的方式改 变了内能大小,故A错误,A符合题 意;饮水鸟和外界有能量交换,不是凭 空动起来的,因此根据能量守恒定律 可知,饮水鸟不是永动机,其能量转化 过程符合能量守恒定律,故B正确,B 不符合题意;若空气温度很低,饮水鸟 内的乙醚汽化太慢,气压变小,很难将 乙醚压入上球,饮水鸟的重心不能上 移,则饮水鸟会慢慢地停下来,故C 正确,C不符合题意;饮水鸟内装有乙 醚液体,鸟头四周包有棉花,平时如图 甲所示,鸟身略向前倾,上球和下球空 间中充满饱和的乙醚蒸气,当给鸟的 嘴滴上水后,水分蒸发吸热,使上球中 的乙醚蒸气温度下降,气压减小,小于 下球中饱和乙醚蒸气的气压,使下球 的乙醚被压到上球,于是整个鸟的重 心上移,形成如图乙所示的状态,鸟嘴 “喝水”,同时上、下球中的乙醚蒸气连 通混合,气压趋于一致,上球中的乙醚 由于重力又回流到下球,饮水鸟的姿 态又回到图甲的状态,如此循环往复。 据此可知如果没有得到能量补充,饮 水鸟最终会停下来,故D正确,D不 符合题意。 7. C [解析] 光电池板是将太阳能 转化为电能,而不是化学能,故A错 误;照明灯工作时,将电能转化为光 能,故B错误;利用风力发电时,“小风 扇”将机械能转化为电能,故C正确; 蓄电池在夜晚放电时,将化学能转化 为电能,而不是将化学能转化为光能, 故D错误。 8. A [解析] 球在被踢开的过程中, 其内部的装置工作,是将动能转化为 电能;然后将电能转化为化学能储存 在蓄电池中;蓄电池供LED灯发光 时,将化学能转化为电能,电能再转化 为光能。故A正确。 9. 转化 转移 不能够 [解析] 能 量守恒定律:能量既不会凭空消灭,也 不会凭空产生,它只会从一种形式转 化为另一种形式,或者从一个物体转 移到另一个物体上,在转移和转化过 程中,能量的总量保持不变。题中“永 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 9