内容正文:
九物上 练高分
2 能量转移与能量转化中的效率问题
类型 1 “太阳能热水器”类
1.我校科技社团做调查时发现某型号太阳能热水器在冬季有效日照时段里,能将 8℃、100 L
水加热到 38℃ 。则:[水的比热容为 4.2 × 103 J/ kg ⋅ ℃ ,水的密度为 1.0 × 103 kg/m3]
(1)热水器中水的质量是多少?
(2)在此过程中,水吸收了多少热量?
(3)若此期间太阳辐射到热水器的热量为 4.2 × 107 J ,则该热水器的效率是多少?
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九物上 练高分
2.太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置,下表是小明家的太阳能热水器某天在阳光
照射下的相关信息。其中太阳辐射功率是指 1 h内投射到 1 m2 面积上的太阳能,求:
太阳照射
时间/h
装水
量/kg
吸热板面
积/m2
水升高的
温度/℃
水的比热容/J ⋅
kg ⋅ ℃ −1
太阳辐射功率/J ⋅
m2 ⋅ h −1
10 100 2.5 50 4.2 × 103 1.68 × 106
(1)水在 10 h 内吸收的热量。
(2)如果水吸收的热量用天然气来提供,需要完全燃烧的天然气的体积(�天然气 = 4 × 10
7 J/m3,
天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收) 。
(3)该太阳能热水器的能量转化效率。
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类型 2 “灶具”类
3.某同学随家人户外露营时用酒精炉给 10 kg 的水加热,同时他绘制了如图所示的加热过程中
水温随时间变化的图像。若在6 min内完全燃烧了2 kg 的酒精,水的比热容为4.2 × 103 J/ kg ⋅
℃ ,酒精的热值约为 3 × 107 J/kg 。
(1)求酒精完全燃烧产生的热量。
(2)经过 6 min 加热,水所吸收的热量。
(3)求酒精炉烧水时的热效率。
(4)若改用煤气来加热这些水,需要完全燃烧多少千克煤气?(煤气的热值为 4.2 × 107 J/kg ,
假设煤气燃烧放出的热量全部被水吸收)
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4.中国工程师利用焦炉气中的氢气与工业尾气中的二氧化碳,合成液态燃料,作为第 19 届亚
洲运动会主火炬的燃料。工程师在科普馆用如图所示的装置为同学们演示模拟实验。在空灯内
加入适量该液态燃料,在烧杯内加入 1 kg水,测得水的初温为 20 ℃ ,点燃该灯开始加热,
一段时间后,测得消耗燃料 0.03 kg 。已知该液态燃料的热值� = 2.3 × 107 J/kg,水的比热容
�水 = 4.2 × 10
3 J/ kg ⋅ ℃ ,实验时的气压为一标准大气压。求:
(1)消耗燃料 0.03 kg ,燃料完全燃烧释放的热量;
(2)若燃料完全燃烧释放的热量有 42% 被水吸收,水升高的温度。
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类型 3 “发动机”类
5. 我国自主品牌燃油汽车通过技术革新和品质提升,越来越受到消费者的青睐。某国产品牌
燃油汽车在平直公路上以25 m/s的速度匀速行驶 200 s,消耗了汽油1 kg ,若汽车发动机的输出
功率为 92 kW,汽油的热值� = 4.6 × 107 J/kg ,求:
(1)该燃油汽车匀速行驶的距离;
(2)该燃油汽车牵引力所做的功;
(3)发动机的效率。
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6. 如图所示是我国新装配的水陆两用坦克,配备的是柴油发动机,在水中的最大行驶速度为
5 m/s,其效率为 40%,输出功率为 430 kW 。则:
(1)该坦克在水中以最大速度匀速行驶 10 min 的路程是多少?
(2)该坦克在水中以最大速度匀速行驶 10 min ,发动机所做的功是多少?
(3)该坦克发动机的牵引力为多大?
(4)该坦克在水中以最大速度匀速行驶 10 min 消耗多少千克柴油?(柴油的热值� = 4.3 ×
107 J/kg )
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2 能量转移与能量转化中的效率问题
类型 1 “太阳能热水器”类
1.我校科技社团做调查时发现某型号太阳能热水器在冬季有效日照时段里,能将 8℃、100 L
水加热到 38℃ 。则:[水的比热容为 4.2 × 103 J/ kg ⋅ ℃ ,水的密度为 1.0 × 103 kg/m3]
(1)热水器中水的质量是多少?
(2)在此过程中,水吸收了多少热量?
(3)若此期间太阳辐射到热水器的热量为 4.2 × 107 J ,则该热水器的效率是多少?
答案:.(1)解:太阳能热水器中水的体积 � = ��� � = ��� ��� = �. � �� ,
水的质量 � = �� = �. � × ��� ��/�� × �. � �� = ��� �� 。
(2)在此过程中,水吸收的热量
�吸 = �� � − �� = �. � × ��
� �/(�� ⋅ ℃) × ��� �� × ��℃− �℃ = �. �� × ��� � 。
2.太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置,下表是小明家的太阳能热水器某天在阳光
照射下的相关信息。其中太阳辐射功率是指 1 h内投射到 1 m2 面积上的太阳能,求:
太阳照射
时间/h
装水
量/kg
吸热板面
积/m2
水升高的
温度/℃
水的比热容/J ⋅
kg ⋅ ℃ −1
太阳辐射功率/J ⋅
m2 ⋅ h −1
10 100 2.5 50 4.2 × 103 1.68 × 106
(1)水在 10 h 内吸收的热量。
(2)如果水吸收的热量用天然气来提供,需要完全燃烧的天然气的体积(�天然气 = 4 × 10
7 J/m3,
天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收) 。
(3)该太阳能热水器的能量转化效率。
答案:(1)解:水吸收的热量,即有用的能量
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�吸 = ���� = �. � × ��
� �/ �� ⋅ ℃ × ��� �� × �� ℃ = �. � × ��� � 。
(2)由题知, �放 = �� = �吸 = �. � × ��
� � ,
需要天然气的体积 � =
�放
�天然气
= �.���
� �
���� �/��
= �. ����� 。
(3) �� � 太阳能热水器吸收的太阳能(总能量)
�总 = �. �� × ��
� �/ �� ⋅ � × �. � �� × �� � = �. � × ��� � ,
该太阳能热水器的能量转化效率 � =
�吸
�总
× ���% = �.�×��
� �
�.���� �
× ���% = ��% 。
类型 2 “灶具”类
3.某同学随家人户外露营时用酒精炉给 10 kg 的水加热,同时他绘制了如图所示的加热过程中
水温随时间变化的图像。若在6 min内完全燃烧了2 kg 的酒精,水的比热容为4.2 × 103 J/ kg ⋅
℃ ,酒精的热值约为 3 × 107 J/kg 。
(1)求酒精完全燃烧产生的热量。
(2)经过 6 min 加热,水所吸收的热量。
(3)求酒精炉烧水时的热效率。
(4)若改用煤气来加热这些水,需要完全燃烧多少千克煤气?(煤气的热值为 4.2 × 107 J/kg ,
假设煤气燃烧放出的热量全部被水吸收)
答案:(1)解:酒精完全燃烧产生的热量 �放 = �� = � �� × � × ��
� �/�� = � × ��� � 。
(2)由题中图像可知,经过 ���� 加热,水的温度由 ��℃ 升高到 ��℃ ,
则水吸收的热量 �吸 = ��水 � − �� = �. � × ��
� �/ �� ⋅ ℃ × �� �� × ��℃− ��℃ = �. �� ×
��� � 。
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(3)酒精炉烧水时的热效率 � =
�吸
�放
× ���% = �.��×��
� �
���� �
× ���% = �. �% 。
(4)煤气燃烧放出的热量全部被水吸收,即 �放' = �吸 = �. �� × ��
� � ,
由 �放 = �� 可得,需要完全燃烧煤气的质量 �' =
�放'
�'
= �.����
� �
�.���� �/��
= �. �� �� 。
4.中国工程师利用焦炉气中的氢气与工业尾气中的二氧化碳,合成液态燃料,作为第 19 届亚
洲运动会主火炬的燃料。工程师在科普馆用如图所示的装置为同学们演示模拟实验。在空灯内
加入适量该液态燃料,在烧杯内加入 1 kg水,测得水的初温为 20 ℃ ,点燃该灯开始加热,
一段时间后,测得消耗燃料 0.03 kg 。已知该液态燃料的热值� = 2.3 × 107 J/kg,水的比热容
�水 = 4.2 × 10
3 J/ kg ⋅ ℃ ,实验时的气压为一标准大气压。求:
(1)消耗燃料 0.03 kg ,燃料完全燃烧释放的热量;
(2)若燃料完全燃烧释放的热量有 42% 被水吸收,水升高的温度。
答案:(1)解: �. �� �� 的燃料完全燃烧放出的热量
�放 = �� = �. �� �� × �. � × ��
� �/�� = �. � × ��� � 。
(2)由 � =
�吸
�放
× ���% 得,水吸收的热量
�吸 = �放� = �. � × ��
� � × ��% = �. ��� × ��� � ,
由 �吸 = ���� 得,水升高的温度 �� =
�吸
�水�水
= �.�����
� �
�.�×��� �/ ��⋅℃ ×� ��
= ��℃ ,
水的末温 � = �� + �� = ��℃ + ��℃ = ��℃ ,在一标准大气压下水的沸点是 ���℃ ,水
的温度最高可达 ���℃ ,因此水的温度将升高 ��℃ 。
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类型 3 “发动机”类
5. 我国自主品牌燃油汽车通过技术革新和品质提升,越来越受到消费者的青睐。某国产品牌
燃油汽车在平直公路上以25 m/s的速度匀速行驶 200 s,消耗了汽油1 kg ,若汽车发动机的输出
功率为 92 kW,汽油的热值� = 4.6 × 107 J/kg ,求:
(1)该燃油汽车匀速行驶的距离;
(2)该燃油汽车牵引力所做的功;
(3)发动机的效率。
答案:(1)解:由 � = �
�
可得,该燃油汽车匀速行驶的距离
� = �� = ���/� × ��� � = � ���� 。
(2)该燃油汽车牵引力所做的功(有用功)
�有用 = �� = �� × ��
��× ��� � = �. �� × ��� � 。
(3) � �� 汽油完全燃烧后释放的热量
�放 = �� = � �� × �. � × ��
� �/�� = �. � × ��� � ,
发动机的效率 � =
�有用
�放
× ���% = �.��×��
� �
�.���� �
× ���% = ��% 。
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九物上 练高分
6. 如图所示是我国新装配的水陆两用坦克,配备的是柴油发动机,在水中的最大行驶速度为
5 m/s,其效率为 40%,输出功率为 430 kW 。则:
(1)该坦克在水中以最大速度匀速行驶 10 min 的路程是多少?
(2)该坦克在水中以最大速度匀速行驶 10 min ,发动机所做的功是多少?
(3)该坦克发动机的牵引力为多大?
(4)该坦克在水中以最大速度匀速行驶 10 min 消耗多少千克柴油?(柴油的热值� = 4.3 ×
107 J/kg )
答案:(1)解:由 � = �
�
可知,该坦克在水中以最大速度匀速行驶 ����� 的路程 � = �� = ��/� ×
�� × �� � = � ���� 。
(3)该坦克发动机所做的功 � = �� = ��� × ����× �� × �� � = �. �� × ��� � 。
(4)由 � = �� 可知,该坦克发动机的牵引力 � = �
�
= �.����
� �
� ����
= �. � × ��� � 。
(4)由 � = �
�
× ���% 可知,该坦克在水中以最大速度匀速行驶 ����� 消耗的柴油完全
燃烧放出的热量 �放 =
�
�
= �.����
� �
��%
= �. �� × ��� � ,由 �放 = �� 可知,消耗柴油的质量
� =
�放
�
= �.����
� �
�.���� �/��
= �� �� 。
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