北师大版九年级物理全一册第10章机械能、内能及其转化专项训练一热量的综合计算练习含答案

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专项训练一　热量的综合计算1.张老师为了测试汽车发动机的效率,开车以60 km/h的平均速度行驶了120 km,用去汽油25 L。已知汽油的密度为0.7×103 kg/m3,热值为4.6×107 J/kg,发动机的功率为32.2 kW,则该汽车发动机的效率为 (　　)。A.23.6% B.28.8%C.36.5% D.38%2.质量为1.4 kg的干木柴完全燃烧,所放出的热量为　　　　　　J。如果这些热量的50%被质量为50 kg、初温为20 ℃的水吸收,则水的温度将升高　　　℃。〔干木柴的热值取1.2×107 J/kg,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)〕 3.将焚烧生活垃圾放出的热量用来发电,是综合利用垃圾的一种方法。据中国城市环境卫生协会(2019年5月之前)的统计数据,全国城市生活垃圾每年超过1.5亿吨,并以每年8%~10%的速度递增。按照全国城市生活垃圾每年1.6×108 t计算,焚烧1 t垃圾可放出1.5×1010 J热量,若我国每年的城市生活垃圾全部焚烧,则放出的热量是　　　　　J,这相当于　　　　kg煤炭完全燃烧放出的热量(煤炭的热值取3.0×107 J/kg)。 4.某品牌太阳能热水器水箱内有200 kg的水。水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。(1)在阳光照射下,水的温度升高了10 ℃,求水吸收的热量;(2)天气原因,水箱内200 kg的水,温度从60 ℃降低到40 ℃,和温度从30 ℃升高到55 ℃,水放出的热量与吸收的热量之比是多少?5.天然气灶使用方便,经济环保,备受人们青睐。小明用天然气灶将一壶质量为3 kg、温度为20 ℃的水加热至90 ℃,用时约10 min。天然气的热值取3.5×107 J/m3,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。(1)求该过程中水吸收的热量;(2)若该过程中天然气完全燃烧放出的热量60%被水吸收,则需要多少立方米的天然气?6.一定气压下,某种晶体熔化成同温度液体时所吸收的热量与其质量之比叫该晶体的熔化热,用字母λ表示。在标准大气压下,以一个热效率为40%的酒精炉为热源,将质量为50 g、初温为0 ℃的冰全部熔化为0 ℃的水,共燃烧了14 g酒精,酒精的热值为3×107 J/kg。求:(1)冰熔化过程中吸收的热量;(2)在标准大气压下,冰的熔化热λ冰。7.某柴油机的转速是600 r/min(每完成一个工作循环,飞轮转动2圈);活塞的横截面积是120 cm2;做功冲程中,燃气对活塞的平均压强是5×105 Pa,活塞移动的距离是30 cm。(1)求做功冲程中,燃气对活塞的平均压力;(2)求做功冲程中,平均压力做功的功率;(3)设做功冲程中柴油完全燃烧放出的热量是6×103 J,求该柴油机的效率。8.随着人们生活水平的提高,越来越多的家庭采用“水地暖”进行取暖。其原理是:以温度不高于60 ℃的热水为热媒,热水在埋置于地面以下填充层中的管道内循环流动,加热整个地板,通过地面以热传递方式向室内供热(如图Z-1-1所示)。图Z-1-1 (1)某房间一段时间内循环流动的水的质量为1 200 kg,进水温度为55 ℃,出水温度为40 ℃。这段时间里水向外界放出多少热量?〔水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)〕(2)若该水地暖的热效率为90%,这段时间要消耗多少天然气?(假设天然气完全燃烧,天然气的热值取3.6×107 J/m3)(3)“水地暖”以水为媒介,利用了水的什么性质?请具体说明为什么要利用这一性质。专项训练一　热量的综合计算1.B　由v=st可得汽车行驶的时间t=sv=120km60km/h=2 h=7 200 s,发动机对汽车做的功W=Pt=32.2×103 W×7 200 s=2.318 4×108 J,汽油完全燃烧放出的热量Q放=mq=ρVq=0.7×103 kg/m3×25×10-3 m3×4.6×107 J/kg=8.05×108 J,汽车发动机的效率η=WQ放=2.318 4×108 J8.05×108 J≈28.8%。故选B。2.解析 干木柴放出的热量Q放=m干木柴q=1.4 kg×1.2×107 J/kg=1.68×107 J,由η=Q吸Q放得水吸收的热量Q吸=Q放η=1.68×107 J×50%=8.4×106 J,由Q吸=cmΔt得水升高的温度Δt=Q吸cm水=8.4×106 J4.2×103 J/(kg·℃)×50kg=40 ℃。答案 1.68×107　403.解析 由题意可得,每年的生活垃圾全部焚烧放出的热量Q放=1.5×1010 J/t×1.6×108 t=2.4×1018 J;根据题意可知,煤炭完全燃烧放出的热量Q放'=Q放=2.4×1018 J,由Q放'=m煤q煤可得需要完全燃烧煤炭的质量m煤=Q放'q煤=2.4×1018 J3.0×107 J/kg=8×1010 kg。答案 2.4×1018　8×10104.解析 (1)水吸收的热量Q=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×200 kg×10 ℃=8.4×106 J。(2)水降低温度放出热量与升高温度吸收热量之比为Q放Q吸=c水m(t0降-t降)c水m(t升-t0升)=t0降-t降t升-t0升=60℃-40℃55℃-30℃=45。答案 (1)8.4×106 J　(2)4∶55.解析 (1)将3 kg、温度为20 ℃的水加热至90 ℃,根据Q吸=cm(t-t0)可得水吸收的热量Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×3 kg×(90 ℃-20 ℃)=8.82×105 J。(2)由η=Q吸Q放可得天然气完全燃烧放出的热量Q放=Q吸η=8.82×105 J60%=1.47×106 J由Q放=Vq可得需要天然气的体积V=Q放q=1.47×106 J3.5×107 J/m3=4.2×10-2 m3。答案 (1)8.82×105 J　(2)4.2×10-2 m36.解析 (1)14 g酒精完全燃烧放出的热量Q放=m'q=0.014 kg×3×107 J/kg=4.2×105 J由η=Q吸Q放可得冰熔化成水共吸收热量Q吸=Q放η=4.2×105 J×40%=1.68×105 J。(2)冰的熔化热λ冰=Q吸m冰=1.68×105 J0.05kg=3.36×106 J/kg。答案 (1)1.68×105 J　(2)3.36×106 J/kg7.解析 (1)由p=FS可得,燃气对活塞的平均压力F=pS=5×105 Pa×120×10-4 m2=6 000 N。(2)一个做功冲程中燃气对活塞做的功W1=Fs=6 000 N×30×10-2 m=1 800 J。飞轮转速600 r/min=10 r/s,因为1个工作循环中飞轮转2圈,完成4个冲程,做功1次,所以每秒共完成5个工作循环,对外做功5次,该柴油机每秒做的功W=5W1=5×1 800 J=9 000 J,平均压力做功的功率P=Wt=9 000J1s=9 000 W。(3)已知做功冲程中柴油完全燃烧放出的热量是6×103 J,则柴油机的效率η=W1Q=1 800J6 000J=30%。答案 (1)6 000 N　(2)9 000 W　(3)30%8.解析 (1)水放出的热量Q水放=cm水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×1 200 kg×(55 ℃-40 ℃)=7.56×107 J。(2)由η=Q水放Q放得天然气需要放出的热量Q放=Q水放η=7.56×107 J90%=8.4×107 J由Q放=Vq得天然气的体积V=Q放q天然气=8.4×107 J3.6×107 J/m3≈2.33 m3。(3)利用了“水的比热容较大”的性质。由Q=cmΔt可知,由于水的比热容较大,在温度变化量Δt一定时,相等质量的水释放的热量较多。答案 (1)7.56×107 J　(2)2.33 m3　(3)见解析