比热容、热量和热机效率计算题提高训练(含答案).doc

比热容、热量和热机效率计算题提高训练
1、（2011·山东聊城）天然气灶烧水，燃烧0.5m3的天然气，使100kg的水从20℃升高到70℃。已知水的比热容为c=4 .2×103J/（kg•℃），天然气的热值为q=7.0×107J/m3。求：
（1）0.5m3天然气完全燃烧放出的热量Q放；
（2）水吸收的热量Q吸；
（3）燃气灶的效率η。

2、（2011·辽宁大连）如图是某太阳能热水器，向其中注入50 kg的水，阳光照射一段时间后，水温从10℃升高到50℃。水的比热容是4.2×103J／(kg·℃)。试求：
(1)这段时间该热水器中的水吸收的热量是多少?
(2)如果这段时间该太阳能热水器接收到太阳辐射的热量是2.8×107J，则这段时间该热水器的效率是多少?[来源:21世纪教育网]
(3)若用煤燃烧来提供2.8×107J的热量，需完全燃烧多少千克煤?（煤的热值约为3.5×l07J／kg）

3、（2011·安徽省）随着人们生活水平的日益提高，小汽车越来越多地走进了百姓人家。一辆使用汽油为燃料的小汽车，以72km/h的速度在水平路面上匀速行驶时，发动机的实际功率为20 kW。若小汽车行驶的距离为100km，汽油的热值q＝4.6×107J/kg，小汽车发动机的效率为25％。求小汽车在这段路程中：
（1）运动的时间；（2）发动机所做的功3）消耗汽油的质量。

4、（2011·广东湛江）2010年12月30日通车的湛徐高速，使得从湛江市区到徐闻县海安港口全程只需约1个小时，从而使雷州半岛的居民从此真正进入湛江市“一小时生活圈”．
今年“五·一”期间，爸爸开车带着李兵从湛江市区出发沿湛徐高速到徐闻参观“大汉三墩”景点，汽车(包括车上的人和物品)质量为1.8×103kg，车轮与地面的总接触面积为0.09m2，当汽车以90km/h的速度在平直路面上匀速行驶时，汽车发动机牵引力为1000N，效率为30％，汽油的热值为4．6×107 J／kg(假设汽油完全燃烧，g取10N／kg)．求：
（1）汽车静止时对路面的压强；
（2） 汽车以90km/h的速度匀速行驶时，牵引力的功率；
（3）若汽车按照这种方式行驶，这次旅行全程往返250km，牵引力做的功是多少？李兵应该提醒爸爸至少要加汽油多少kg？

5、（2011·广东肇庆）随着低碳理念的普及，学校科技小组的同学拟设计一种以太阳能电池驱动的汽车．通过查阅资料得知：肇庆地区太阳光垂直照射时，每平方米太阳能电池板最大可提供150W的电功率．拟设计的太阳能汽车质量是500kg，它在平直路面上最快每秒可行驶15m，行驶过程中所受的平均阻力是车重的0.02倍．该汽车的驱动电机能够将90%的电功率转化为牵引汽车前进的机械功率．若该车在平直路面上以最高速度行驶，试通过计算回答下列问题（g取10N/kg）：
（1）驱动电机提供的推力是多少牛？
（2）驱动电机提供的机械功率是多少瓦？
（3）该车的太阳能电池板面积约为多大？（计算结果小数点后保留一位数字）

6、（2011·广西桂林）从2006年开始，我国就参与了国际科研合作项目《国际热核聚变实验堆联合实施协定》，研究可控核聚变技术。该技术可用氢的同位素氘和氚聚合发生核聚变释放能量，并不会产生放射性污染，如图甲所示。而氘可以从海水中提取，从1L的海水中提取的氘参与核聚变反应放出的能量相当于300L优质汽油完全燃烧放出的热量。若这些核能用来发电的效率可以达到50%，所产生的电能可供如图乙所示的电力机车牵引功率为4800kW的“和谐号”电力动车组以252km/h的运营速度匀速行驶多少km？（计算结果保留一位小数）（汽油密度：0.71×103kg/m3；汽油热值：4.6×107J/kg）
乙
甲
释放能量
氚核
形成氦核
被释放的中子
中子
氢核聚合
氘核

7、（2011年·黑龙江龙东地区）肥胖是人类健康的大敌，跳绳是减肥的方法之一。某人的质量为80kg，跳起时重心升高的平均高度约为5厘米。在晨练中，他在10分钟内跳了800次，（每千克脂肪提供的能量是J，可用表示，g=10N/kg）请问在10分钟时间内：
（1）人克服重力所做的功是多少？
（2）人克服重力做功的平均功率是多少？
（3） 假如人克服重力做功而消耗的能量只由脂肪提供，在理论上可以消耗多少脂肪？

8、（2011年·黑龙江龙东地区）如图所示是家庭中所用的一种电水壶的外形及其铭牌，请你根据图中所提供的信息完成以下问题：

（1）图乙中观察壶内水位的玻璃管利用 原理来工作。
（2）已知壶中装满水时水位高为10cm，此时水对水壶底的压强是多少？
（3）把初温为20℃的一满壶水在一个标准大气压下烧开，水需要吸收多少热量?
（4）在不计热量损失的情况下，电水壶正常工作时烧开一满壶水需要多长时间？
(c水=4.2×103J/（kg·℃）、 g=10N/kg)

9、（2011·甘肃兰州）去冬今春以来，由于干旱少雨，我国多个地区发生了森林火灾，防火形势十分严重。近期在某地发生的山火中，部队及时出动直升机进行扑救，有效地抑制了火情的蔓延。直升机灭火主要靠外挂吊桶，直升机吊桶一次装满水后，飞到火头上空，把水洒下去，可直接将火头熄灭。
（1）若飞机将1.5吨水竖直提升50m，水平飞行2km，飞机对水做了多少功？
（2）用水灭火的过程中，水要吸收大量的热量。若1.5吨水，温度从20℃升高到100℃，能吸收多少热量？

参考答案：
1、解析：（1）0.5m3天然气完全燃烧放出的热量Q放=qV=7.0×107J/m3×0.5m3=3.5×107J/m3。
（2）水吸收的热量Q吸=cmΔt=4 .2×103J/（kg•℃）×100kg×（70℃-20℃）=2.1×107J。
（3）燃气灶的效率η=Q吸/Q放=2.1×107J/3.5×107J/m3=60%。
2、解析：（1）Q吸=cm水(t – t0)=4.2×103 J／(kg·℃)×50kg×(50℃ - 10℃)=8.4×106 J
（2）η=Q吸/Q总=8.4×106J／2.8×107 J=30％
（3）根据Q放=m煤q可得，需完全燃烧煤：m煤=Q放／q=2.8×107J／3.5×107J／kg=0.8 kg
答：(1)这段时间该热水器中的水吸收的热量是8.4×106 J。(2)这段时间该热水器的效率是30％。 (3)需完全燃烧0.8 kg的煤。
3、解析：（1）小汽车的速度v＝72km/h＝20m/s，运动的时间t=s/v=100×103m/20m/s=5×103s。
（2）发动机做的功W=Pt=20×103W×5×103s=1×108J。
（3）汽油完全燃烧放出的热量Q=mq，又因为Q=W/η，故
m=Q/q=W/ηq=1×108J/ （25％ ×4.6×107J/kg）=8.7kg。
4、解析：（1）汽车静止时对地面的压力为F=G=mg=1.8×103kg×10N／kg=1.8×104N，汽车静止时对地面的压强为2×105Pa。
（2）汽车以90km/h的速度匀速行驶时，牵引力的功率P=Fv=1000N×25m/s=2.5×104W。
（3）全程往返约250km牵引力所做的功W=Fs=1000N×2.5×105m=2.5×108J，
由得，全程往返约250km需要汽油的质量为：
。
答：（1）汽车静止时对在地面的压强2×105Pa．（2）汽车以90km/h的速度匀速行驶时，牵引力的功率2.5×104W．（3）全程往返约250km牵引力所做的功2.5×108J；全程往返约250km需要汽油的质量为18.12kg．
5、解析：（1）驱动电机提供的推力F=f=0.02G=0.02mg=0.02×500kg×10N/kg=100N．
（2）驱动电机提供的机械功率是P=Fv=100N×15m/s=1500W．
（3）电功率转化率η===90%，所以该车的太阳能电池板面积约为S≈11.1m2．
点评：本题考查推力、功率、面积等的计算，关键是公式及其变形的灵活运用，本题还告诉我们一定要广泛应用太阳能，太阳能不但节省能源，还可以环保．
6、 解析：先计算出300L优质汽油完全燃烧放出的热量，再计算出其转化的电能，已知电能和电力机车牵引功率可计算出行驶时间最后根据公式s=v t计算出行驶路程。
由由ρ=m／V 可得汽油质量：m汽油=ρ汽油V汽油=0.71×103 kg/m3×300×10-3 m3=213 kg，汽油完全燃烧放出热量：Q=qm汽油=4.6×107J/kg×213 kg=9.798×109 J，产生的电能：W=50%Q=4.899×109 J。
由P=W/ t 可得产生的电能可供动车组行驶时间：t=W/ P=4.899×109 J/4.8×106 W≈1020.6s，动车组行驶速度：v=252 km/h=70m/s，由v=s／t 可得，动车组行驶路程：s=v t=70m/s×1020.6s=71442m≈71.4km。
7解析：（1）人的重力：G=mg=80kg×10N/kg=800N，人克服重力做的总功：
W=nGh=800×800N×0.05m=32000J。
（2）人做功的平均功率：P==≈53.3W。
（3）由题知，人克服重力做功而消耗的能量只由脂肪提供，即：Q=W=32000J，理论上消耗脂肪质量：m===0.002kg．
8、解析：（1）壶内水位的玻璃管是根据连通器的原理来工作的．
（2）水对壶底的压强：P=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1.0×103Pa．
（3）装满水时水的质量：m=ρV=1.0×103kg/m3×1.2×10﹣3m3=1.2kg，烧开水吸收的热量：Q=cm（t﹣t0）=4.2×103J/（kg•℃）×1.2kg×（100℃﹣20℃）=4.032×105J．
（4）烧开一满壶水的时间：t==≈269s。
9、解析：本题考查对重力做功、热量计算相关问题的理解，一定要理解做功的必要条件，即物体要受到力，而且要在力的方向上通过一定的距离。