人教版第十四章 内能的利用综合与测试当堂检测题

第十四章  专题训练  热量、热值综合计算

1.       在“探究水沸腾时温度变化的特点”实验中，用酒精灯给烧杯中的水加热，烧杯中盛有20℃、质量为100 g的水，在一个标准大气压下加热至沸腾，假设完全燃烧酒精3 g．求：[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，酒精的热值为3.0×107 J/kg]

（1）水吸收的热量．

（2）此过程中酒精灯烧水的热效率．（结果保留一位小数）

（3）科学研究表明：1 g、100℃的水汽化成同温度的水蒸气需要吸收2.26×103 J的热量．水开始沸腾后持续观察沸腾现象，同时发现水的质量减少了5 g，求此过程水汽化成水蒸气所吸收的热量．

 

2.       小高家里原来用液化石油气烧水，每天用60℃的热水100 kg．她参加“探究性学习”活动后，在老师和同学的帮助下，制造了一台简易的太阳能热水器．

（1）若用这台热水器将100 kg的水从20℃加热到60℃，这些水吸收的热量是多少？[水的比热容c＝4.2×103 J/(kg·℃)]

（2）若液化石油气燃烧放出的热量有70%被水吸收，她家改用太阳能热水器后平均每天可节约液化石油气多少？（液化石油气的热值是8.0×107 J/kg）

 

3.       某太阳能热水器，向其中注入50 kg水，阳光照射一段时间后，水温从10℃升高到50℃。水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃)。试求：

（1）这段时间该热水器中的水吸收的热量；

（2）如果这段时间内热水器接收到太阳辐射的热量是2.8×107 J，则该热水器的效率是多少？

（3）若用煤燃烧来提供2.8×107 J热量，需完全燃烧多少千克煤？（煤的热值为3.5×107 J/kg）

 

4.       一辆氢气动力试验汽车10 min内在平直路面上匀速行驶了1.2×104 m，消耗了0.2 kg的氢气。此过程中汽车发动机产生的牵引力为1.0×103 N（氢气的热值取1.4×108 J/kg）。则：

（1）氢气燃烧产生的热量；

（2）汽车的牵引力做的功；

（3）汽车发动机的效率。（保留两位小数）

 

5.       可燃冰是一种新型能源,它是水和天然气在高压低温情况下形成的类冰状结晶物质,主要成分是甲烷,其开采是世界难题,据中央电视台2017年5月18日报道,我国可燃冰已试采成功,技术处于世界领先,用燃气锅炉烧水时,把质量为500kg,初温为的水加热到,共燃烧了天然气,已知水的比热容c＝4.2×103 J/(kg·℃)],天然气热值q=4.2×107J/kg,可燃冰的热值为同体积天然气的160倍,求：
   水吸收的热量；
   燃气锅炉烧水时的效率；
   若换用可燃冰,应使用多少可燃冰。
    
6.       常州某学校九年级物理兴趣小组的同学在研究“沙子和水谁的吸热本领大”时，选用了两只完全相同的酒精灯分别给质量都是200g的沙子和水加热.他们绘制出沙子与水的温度随加热时间变化的图像如图所示.已知q酒精=3.0×107J/kg,c水=4.2×103J/（kg·℃）.加热时酒精灯平均每分钟消耗0.8g酒精.那么请问:
   
   （1）上图中a图和b图哪个是沙子吸热升温的图像?为什么?
   （2）加热满2min时,水吸收了多少热量?
   （3）给水加热2min时间内,这些酒精完全燃烧时将放出多少热量?
   （4）试求出沙子的比热容.
    
7.       如图所示，是最新一款无人驾驶汽车原型图。该款车以72km/h的速度在一段平直的公路上匀速行驶了8km时，消耗汽油1.5L．假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为30%，那么，在这段运动过程中，求：
   
   （1）消耗汽油完全燃烧放出热量为多少？
   （2）该汽车发动机做的有用功是多少？
   （3）该汽车的输出功率为多少？（已知：汽油的密度为0.8×103kg/m3，汽油的热值为4.5×107J/kg）
    
8.       一款家庭小轿车，它的发动机是汽油机，为了避免发动机过热影响对外做功，由水箱通过水的循环吸热为发动机降温．此轿车以90 km/h的速度匀速行驶100 km的油耗为7 L(1 L＝1 dm3)，同时水箱内10 kg水由20℃升高到90℃，轿车行驶中发动机提供的平均前进动力为901.6 N，已知ρ汽油＝0.7 kg/dm3，热值q汽油＝4.6×107 J/kg，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，根据以上信息，请解答以下问题：

（1）百公里的油耗最多所能释放的能量是多少？

（2）由于水箱中水的吸热所损失的能量达到多少焦耳？

（3）发动机把内能转化为机械能的效率为多大？

（4）除了水箱中的水吸热损失能量外，还有哪些方面损失了能量（回答一个方面）？提出一点提高汽车发动机效率的措施．

 

9.       用燃气灶烧水，燃烧0.5kg的煤气，能使50L的水从20℃升高到70℃．已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值为4.2×107J/kg．求：
   （1）水吸收的热量。
   （2）0.5kg煤气完全燃烧放出的热量。
   （3）燃气灶烧水的效率。
   
    
10.   2019年6月18日，苏州首批15辆氢燃料电池公交车投放使用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，[c=4.2×103J/（kg•℃），q=1.4×108J/kg]，求：
    （1）质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量；
    （2）若这些热量全部被质量为400kg，温度为15℃的水吸收，则水升高的温度；
    （3）某氢能源公交车以140kW的恒定功率做匀速行驶，如果0.6kg的氢燃料完全燃烧获得热量和公交车所做的功相等，则这些热量能让该公交车匀速行驶多长时间。

11.   近年来，我国汽车工业发展迅猛，各种新型汽车不断投放市场。如图所示是我国自行研制的小汽车的单缸四冲程内燃机，在1 min内曲轴转动2600圈，做功冲程推动活塞一次做功1500 J，在这段时间内，气缸内共燃烧汽油0.1 kg。则：（汽油的热值为4.6×107 J/kg）

（1）0.1 kg汽油烧完时，内燃机获得的内能为多少？

（2）1 min内，对活塞做功的功率是多少？

（3）该内燃机正常工作时的效率约为多少？

 

12.   我国某市首批30辆氢燃料新能源公交车投放使用，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。已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)；氢的热值为1.4×108 J/kg。求：

（1）质量为0.3 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量；

（2）若这些热量的80%全部被质量为200 kg、温度为10℃的水吸收，则水升高的温度是多少；

（3）某氢能源公交车以145 kW的恒定功率沿平直公路匀速行驶，如果0.3 kg的氢燃料完全燃烧获得热量的焦耳数和公交车所做的功相等，则这些热量能让该公交车匀速行驶多长时间。（本小题结果保留整数）

参考答案

1.【答案】解：
​​​​​​​（1）水吸收的热量Q吸＝cm水(t-t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×0.1 kg×(100℃-20℃)＝3.36×104 J．

（2）酒精完全燃烧放出的热量Q放＝qm酒精＝3.0×107 J/kg×3×10-3 kg＝9×104 J，  热效率．

（3）水汽化吸收的热量Q＝2.26×103 J/g×5 g＝1.13×104 J．

2.【答案】解：（1）水吸收的热量为：
Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（60℃-20℃）=1.68×107J；
（2）∵Q吸=Q放×70%，
∴液化石油气燃烧放出的热量为：Q放===2.4×107J，
∵Q放=m气q气，
∴液化石油气的质量为：m气===0.3kg。
答：（1）这些水吸收的热量是1.68×107J；
（2）平均每天可节约液化石油气0.3kg。
 

3.【答案】解：（1）这段时间该热水器中的水吸收的热量为  Q吸＝cm(t-t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×50 kg×(50℃-10℃)＝8.4×106 J

（2）该热水器的效率为

（3）因为Q放＝mq，所以需完全燃烧煤的质量为  ​​​​​​​

4.【答案】解：（1）氢气完全燃烧放出的热量：
Q放=mq=0.2kg×1.4×108J/kg=2.8×107J，
（2）牵引力所做的功：
W=F牵s=1.0×103N×1.2×104m=1.2×107J；
（3）汽车发动机的效率：
η=×100%=×100%≈42.86%。
​​​​​​​答：（1）氢气燃烧产生的热量为2.8×107J；
（2）汽车的牵引力做的功为1.2×107J；
（3）汽车发动机的效率为42.86%。
 

5.【答案】解：（1）水吸收的热量：
Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×500kg×（100℃-20℃）=1.68×108J；
（2）天然气完全燃烧放出的热量：
Q放=Vq天然气=12m3×4.2×107J/m3=5.04×108J；
燃气锅炉烧水时的效率：
η=×100%=×100%≈33.3%；
（3）可燃冰的热值为同体积天然气的160倍，
则可燃冰的热值：q可燃冰=160q天然气=160×4.2×107J/m3=6.72×109J/m3，
若换用可燃冰燃烧放出相同的热量，应使用可燃冰的体积：
V可燃冰===0.075m3。
答：（1）水吸收的热量为1.68×108J；
（2）燃气锅炉烧水时的效率为33.3%；
（3）若换用可燃冰，应使用0.075m3可燃冰。
 

6.【答案】解：（1）图a表示的是沙子吸热升温的过程；
因为沙子和水的质量相等，吸收相同热量时，沙子的比热容比水小；
从公式可知，沙子温度升得多；
（2）∵c水=4.2×103J/（kg·℃），m水=200g=0.2kg，△t水=70℃-20℃=50℃；
∴Q水吸=C水m水△t水=4.2×103J/（kg·℃）×0.2kg×（70℃-20℃）=42000J；
（3）∵酒精灯平均每分钟消耗0.8g酒精；
∴加热10min时间消耗的酒精为；m=0.8g×10=8g=8×10-3kg；
Q放=mq=8×10-3kg×3.0×107J/kg=2.4×105J；
（4）∵相同时间内酒精灯燃烧放出相同的热量；
∴在2分钟的时间内：Q沙吸=Q水吸=42000J；
又∵加热满2min，沙子的温度从20℃上升到250℃；
△t沙=250℃-20℃=230℃，m沙=200g=0.2kg；
∴。
答：（1）图a表示的是沙子吸热升温的过程；因为沙子和水的质量相等，吸收相同热量时，沙子的比热容比水小，从公式可知，沙子温度升得多；
（2）水吸收了42000J的热量；
（3）共消耗了8×10-3kg的酒精，酒精完全燃烧将放出2.4×105J的热量；
（4）沙子的比热容为9.13×102J/（kg·℃）。
 

7.【答案】（1）由ρ=可得，消耗汽油的质量：
m=ρV=0.8×103kg/m3×1.5×10-3m3=1.2kg，
汽油完全燃烧放出的热量：
Q放=mq=1.2kg×4.5×107J/kg=5.4×107J；
（2）由η=可得，发动机做的有用功：
W=ηQ放=30%×5.4×107J=1.62×107J；
（3）由v=可得，汽车运动的时间：
t===h=400s；
该汽车的输出功率：
P===4.05×104W。
答：（1）消耗汽油完全燃烧放出热量为5.4×107J；
（2）该汽车发动机做的有用功是1.62×107J；
（3）该汽车的输出功率为4.05×104W。
 

8.【答案】（1）百公里的油耗的质量m＝ρ汽油V＝0.7 kg/dm3×7 dm3＝4.9 kg， 
此汽油完全燃烧放出的热量  Q放＝mq汽油＝4.9 kg×4.6×107 J/kg＝2.254×108 J， 
所以，百公里的油耗所能释放的最大能量为2.254×108 J．
（2）水箱内水吸收的热量Q吸＝c水m水Δt＝4.2×103 J/(kg·℃)×10 kg×(90℃-20℃)＝2.94×106 J， 
即由于水箱中水的吸热所损失的能量达到2.94×106 J．
（3）百公里牵引力做的功W＝Fs＝901.6 N×100×103 m＝9.016×107 J， 
​​​​​​​发动机把内能转化为机械能的效率．
（4）排放的废气可以带走热量，损失能量；要提高热机的效率就要让燃料充分燃烧，减少热量的损失，即减少机械摩擦损失、减少机械散热和废气带走热量．
 

9.【答案】解：（1）煤气的质量：
m煤气=0.5kg，
这些煤气完全燃烧放出的热量：
Q放=m煤气q=0.5kg×4.2×107J/kg=2.1×107J；
（2）水吸收的热量：
Q吸=cm（t-t0）
=4.2×103J/（kg•℃）×50kg×（70℃-20℃）
=1.05×107J；
（3）燃气灶的效率：
η=×100%=×100%=50%。
答：（1）0.5kg煤气完全燃烧放出的热量为2.1×107J；
（2）水吸收的热量为1.05×107J；
（3）燃气灶烧水的效率为50%。
 

10.【答案】解：
（1）0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量：
Q放=m氢q=0.6kg×1.4×108J/kg=8.4×107J；
（2）由题意可知水吸收的热量：Q吸=Q放=8.4×107J，
由Q吸=cm△t得水升高的温度：
△t===50℃；
（3）公交车所做的功：W=Q放=8.4×107J，
由P=得公交车行驶时间：
t===600s。
答：（1）质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出8.4×107J热量；
（2）若这些热量全部被质量为400kg，温度为15℃的水吸收，则水升高50℃；
（3）这些热量能让该公交车匀速行驶600s。
 

11.【答案】解：（1）Q＝mq＝0.1 kg×4.6×107 J/kg＝4.6×106 J 
（2）1 min内曲轴转动2600圈，则对外做功1300次，W＝1500 J×1300＝1.95×106 J，
​​​​​​​ 
（3）
 

12.【答案】解：（1）0.3 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量：  Q放＝mq＝0.3 kg×1.4×108 J/kg＝4.2×107 J。

（2）由题意可得，水吸收的热量  Q吸＝80%Q放＝80%×4.2×107 J＝3.36×107 J， 
由Q吸＝cmΔt得水升高的温度：  。

（3）根据题意可知，公交车所做的功W＝Q放＝4.2×107 J，
公交车的功率P＝145 kW＝1.45×105 W，
由得公交车匀速行驶的时间：  。