专题14热量计算题决战中考物理二轮复习学案解析Word下载.docx
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运用数学工具解决物理问题,是物理解题的重要手段。
许多设计、推理的应用题,都是建立在计算的基础上。
主要考查学生运用物理公式、规律进行解题的能力。
例如有两个未知物理量,我们可以根据题目的数据建立两个方程,然后求解未知量。
一、热量
1.热量(Q):
在热传递过程中,传递能量的多少叫做热量;
在国际单位制中,热量单位是焦耳,符号是J。
2.内能与机械能是两种不同形式的能量,它们之间是可以相互转化的。
整个物体可以处于静止状态,没有动能;
整个物体也可以处于相对高度为零的位置而没有势能,但它一定具有内能。
物体可以同时具有内能和机械能。
3.热量、温度和内能:
“热量不能含、温度不能传、内能不能算”。
(1)热量是一个过程量,只有发生了热传递过程,有了内能的转移,才能讨论热量问题。
所以物体本身没有热量,不能说某个物体具有多少热量,更不能比较两个物体热量的大小。
(2)内能是一个状态量,但是它具有不可测量性,所以不能说物体具有多少的内能。
(3)在热传递过程中,热量从高温物体传到低温物体,而不能说将高温物体的温度传递给了低温物体。
二、比热容
1.比热容
(1)比热容是物质的一种特性,与物质的种类和状态有关,与物质的质量、温度和吸热、放热的多少无关。
(2)水的比热容是4.2×
103J/(kg·
℃),表示的物理意义是:
1千克的水温度升高1℃吸收的热量是4.2×
103J。
(3)热量的计算
热量的计算:
(1)吸热:
Q吸=cm△t=cm(t-t0);
(2)放热:
Q放=cm△t=cm(t0-t)。
其中:
Q吸—吸收的热量,单位:
焦(J),Q放—放出的热量。
c—比热容,单位:
焦每千克摄氏度(J/(kg·
℃))
m—质量,单位:
千克(kg)
△t—变化的温度(升高或降低的温度),单位:
摄氏度(℃);
t0—初始温度、t—末温。
三、热值
热值:
1kg某种燃料完全燃烧放出的热量,叫热值;
热值单位是:
J/kg。
1.燃料燃烧放出热量:
Q放=qm;
(Q放是燃料放出的热量,单位是J;
q是热值,单位是J/kg;
m是质量,单位是kg。
)
对于热值的概念,要注重理解三个关键词:
“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。
1kg是指燃料的质量,如果燃料的质量不是1kg,那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值;
某种燃料是指热值与燃料的种类有关;
完全燃烧意思是燃料要完全烧尽,否则1kg燃料燃烧过程中,化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。
2.热值反映的是某种物质的一种燃烧特性,同时反映出不同燃料燃烧过程中,化学能转变成内能的本领大小;
也就是说,它是燃料本身的一种特性,只与燃料的种类有关,与燃料的形态、质量、体积等均无关。
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3.热机的效率:
用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比,叫热机的效率。
热机的效率是热机性能的一个重要指标。
公式:
4.在热机的各种损失中,废气带走的能量最多,设法利用废气的能量,是提高燃料利用率的重要措施。
注意:
热机能量的损失:
①燃料未完全燃烧(完全燃烧条件:
充足空气,研磨成细颗粒);
②废气排出带走能量(废气的利用);
③克服磨擦,消耗能量(使用润滑剂,减小摩擦)。
四、电热
1.焦耳定律:
电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比。
2.计算公式:
Q=I2Rt(适用于所有电路),对于纯电阻电路可推导出:
。
一、比热容的有关计算
【典例1】
(2017·
怀化)某电热水壶部分参数,额定电压220V,额定功率模糊不清,容积1L,加热效率90%,在额定电压下,将满壶水从10°
C加热至沸腾(在1标准大气压下),用时5min,则水吸收的热量是 J,电热水壶的额定功率是 W。
[C水=4.2×
103J/(kg•℃)]
【答案】解:
(1)已知V=1L=1×
10﹣3m3,由
可得,
装满水时水的质量m=ρV=1.0×
103kg/m3×
1×
10﹣3m3=1kg;
水吸收的热量:
Q吸=cm(t-t0)=4.2×
103J/(kg•℃)×
1kg×
=3.78×
105J;
(2)由
,
电热水壶的额定功率:
故答案为:
3.78×
105、1.4×
103。
二、热值有关计算
【典例2】
(2017•眉山)在四冲程汽油机工作过程中,实现内能转化为机械能的是 冲程;
完全燃烧500g汽油释放出的热量是 J。
(汽油的热值为4.6×
107J/Kg)
【解析】
(1)在汽油机的四个冲程中,机械能转化为内能的是压缩冲程,内能转化为机械能的是做功冲程;
(2)根据Q=mq求出放出的热量。
解答如下:
在内燃机的压缩冲程中,活塞压缩气体做功,使气体的内能增大,温度升高,机械能转化为内能;
做功冲程,高温高压燃气对活塞做功,自身内能减小,活塞机械能增加,即将内能转化为机械能;
完全燃烧500kg汽油放出的热量:
Q=mq=0.5kg×
4.6×
107J/kg=2.3×
107J;
做功、2.3×
107。
【答案】做功、2.3×
三、电热有关计算
【典例3】
(2017•威海)一个标有“220V、1200W”的电热水壶。
要在1个标准大气压下将2kg温度为20℃的水烧开,水需要吸收的热量是 J,若不计热损失,电热水壶正常工作时烧开这壶水需要的时间是 s。
(水的比热容为4.2×
103J/(kg•℃)
【答案】
(1)6.72×
(2)560。
一、比热容有关计算
1.(2017·
绥化)用煤气灶烧水时,燃烧1kg的煤气,使100kg的水从20℃升高到70℃,则水吸收的热量是J,煤气完全燃烧放出的热量是J(q煤气=4.2×
107J/kg)。
(1)由公式
求出100kg的水从20℃升高到70℃水吸收的热量;
(2)由公式
求出燃烧1kg的煤气放出的热量。
(1)100kg的水从20℃升高到70℃水吸收的热量:
(2)燃烧1kg的煤气放出的热量:
故答案是:
(1)2.1×
107J、4.2×
107J。
2.(2017·
安徽)农作物的秸秆可以回收加工制成秸秆煤.完全燃烧0.5kg的秸秆煤可放出J的热量;
若这些热量完全被质量为100kg,初温为20℃的水吸收,可使水温升高到℃(已知q秸秆煤=2.1×
107J/kg,C水=4.2×
103J/(kg•℃))。
(1)知道秸秆煤的质量和秸秆煤的热值,利用公式Q放=mq可计算秸秆煤完全燃烧放出的热量;
(2)知道水的质量、水的比热容,根据Q放=Q吸=cm△t可计算水升高的温度,再计算水的末温(注意水的末温为100℃,水沸腾时,吸热但温度不变)。
【解答】解:
秸秆煤完全燃烧释放的热量:
Q放=m秸秆煤q=0.5kg×
2.1×
107J/kg=1.05×
由题意可知,水吸收的热量为:
Q吸=Q放=1.05×
107J,
由Q吸=cm△t可得,水升高的温度:
则水的末温:
t=t0+△t=20℃+25℃=45℃。
1.05×
107、45。
3.(2017·
黔东)某学校锅炉用天然气作燃料给水加热。
已知天然气的热值为4.0×
107J/m3(不计热量损失)。
(1)完全燃烧4.2m3的天然气可以获得多少热量?
(2)这些热量可以使1000kg的水从30℃升高到多少℃?
答:
(1)完全燃烧4.2m3的天然气可以获得1.68×
108J的热量;
(2)完全燃烧4.2m3的天然气会使1000kg的水从30℃升高到70℃。
4.(2017·
百色)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3kg、温度为20℃的水加热至90℃,用时约10min。
已知:
天然气的热值为3.5×
107J/m3,水的比热容为4.2×
103J/(kg•℃),求:
(1)这过程中水吸收多少热量;
(2)若这过程天然气完全燃烧放出的热量60%被水吸收,则需要多少m3的天然气。
求出3kg、温度为20℃的水加热至90℃时,水吸收的热量;
求出完全燃烧60%被水吸收所需要的天然气。
(1)3kg温度为20℃的水加热至90℃时,水吸收的热量;
(2)由题意可知
即
所以:
(1)这过程中水吸收热量是8.82×
(2)若这过程天然气完全燃烧放出的热量60%被水吸收,则需要0.4m3的天然气。
5.(2017·
黔东)可燃冰的学名为“天然气水合物”,是一种由水和天然气在高压、低温情况下形成的类冰状结晶物质,可看成高度压缩的固态天然气,可直接点燃,燃烧后几乎不产生任何残渣,污染比煤、石油都要小的多,被视为21世纪的新型绿色能源,我国南海海底存储着丰富的可燃冰资源,1m3可燃冰可转化为164m3的甲烷气体和0.8m3的水。
已知甲烷气体的热值为3.6×
107J/m3。
(1)在标准大气压下,1m3可燃冰完全燃烧,最多能将多少0℃的水烧开?
〔C水=4.2×
103J/(kg•℃)〕
(2)已知甲烷的密度为0.72kg/m3,求可燃冰的密度。
(结果保留一位小数)
(2)1m3可燃冰可转化为164m3的甲烷气体和0.8m3的水,质量不变
则有
可得:
(1)在标准大气压下,1m3可燃冰完全燃烧,最多能将1.4×
104kg的水烧开;
(2)可燃冰的密度是0.9×
103kg/m3。
6.(2017·
贵港)“可燃冰”是未来洁净的新能源。
2017年5月,我国首次可燃冰试采成功.可燃冰具有热值大,能直接点燃等特点,她的热值约为5.9×
109J/m3。
问完全燃烧1m3的可燃冰能使质量约为多少kg的20℃的水温度升高到100℃?
103J/(kg•℃))
(1)知道可燃冰的体积和热值,利用Q放=Vq求1m3的可燃冰完全燃烧后放出的热量;
(2)由题知Q吸=Q放,再利用Q吸=cm△t公式变形可求得可使多少千克的水从20℃升高到100℃。
【答案】1m3的可燃冰完全燃烧后放出的热量:
Q放=Vq=1m3×
5.9×
109J/m3=5.9×
109J。
由题知,水吸收的热量:
Q吸=Q放=5.9×
109J,由Q吸=cm(t﹣t0)可得加热水的质量:
完全燃烧1m3的可燃冰能使质量约为17560kg的20℃的水温度升高到100℃。
7.(2017•安顺)如图甲是一种恒温调奶器,可以自动调试好加水的奶粉,然后加热到最适合宝宝饮用的温度40℃,还可以自动保温,特别适合夜间使用。
图乙是机器的参数表及电路简图(R1、R2为电热丝,S为双触点自动开关)。
求:
(1)调奶器处于保温状态时的工作电流(结果保留两位小数)?
(2)电阻R2的阻值?
(3)若把200g调好的奶粉从20℃加热到40℃所用时间为32s,则调好的奶粉的比热容是多少(不计热损失)?
型号:
HY101M
电源:
220V50Hz
加热功率:
500W
保温功率:
16W
(1)由P=UI可得,调奶器处于保温状态时的工作电流:
;
(2)由题意可知,当S接“2”时,电路为R1的简单电路,调奶器处于保温状态;
当接“3”时,电路为R1、R2并联,奶器处于加热状态,因电路中的总功率等于各用电器功率之和,所以,R2的电功率:
P2=P加热﹣P保温=500W﹣16W=484W,
由
可得,电阻R2的阻值:
(3)由
可得,调奶器消耗的电能:
W=P加热t′=500W×
32s=16000J,
不计热损失,调好奶粉吸收的热量:
Q吸=W=16000J,
由Q吸=cm(t﹣t0)可得,调好奶粉的比热容:
(1)调奶器处于保温状态时的工作电流为0.07A;
(2)电阻R2的阻值为100Ω;
(3)调好的奶粉的比热容是4×
103J/(kg•℃)。
2、热值有关计算
8.(2017•河北)汽油机作为汽车的“心脏”,在压缩冲程结束时,火花塞产生电火花,使燃料猛烈地燃烧,将 能转化成 能,一辆汽车一年行驶三万公里,消耗汽油2t,这些汽油完全燃烧放出 J的热量。
(q汽油=4.6×
107J/kg)
(1)内燃机的一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程,压缩冲程结束时,火花塞产生电火花,使燃料猛烈地燃烧是化学能转化为内能,其中压缩冲程将机械能转化成内能。
(2)2t汽油完全燃烧要放出的热量:
Q放=mq=2×
103kg×
107J/kg=9.2×
1010J。
化学、内、9.2×
1010。
【答案】化学、内、9.2×
9.(2017•连云港)2017年5月18日,中国宣布对南海可燃冰试采实现稳定产气,引发世界各国高度关注,同等条件下,“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的近20倍,若1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量全部被水吸收,可以使 kg水的温度升高50℃,已知c水=4.2×
103J/(kg•℃),q可燃冰=8.4×
108J/kg。
【解析】利用Q放=mq求出1kg煤气完全燃烧放出的热量,“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的10倍,据此求1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量;
根据Q=cm△t可求得水温度升高的温度。
1kg煤气气完全燃烧放出的热量:
Q放=mq=1kg×
4.2×
l07J/kg=4.2×
l07J,
1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量:
Q放′=Q放×
10=4.2×
l07J×
20=8.4×
l08J;
由Q=cm△t可得:
4000kg。
10.(2017•咸宁)2017年5月18日,我国宣布在南海进行的可燃冰试采获得成功.可燃冰是一种固态晶体,在常温压下会迅速 (填物态变化)为气态;
它的热值约为1.4×
1010J/m3,2m3的可燃冰完全燃烧后可放出 J的热量,若这些热量60%被水吸收,可以将 kg的水从0℃加热到100℃。
(C水=4.2×
解:
(1)可燃冰在常温压下会迅速变为气态,此过程为升华过程;
(2)2m3的可燃冰完全燃烧释放的热量:
Q放=Vq=2m3×
1.4×
1010J/m3=2.8×
1010J,
可得,水吸收的热量:
Q吸=ηQ放=60%×
2.8×
1010J=1.68×
由Q吸=cm(t﹣t0)可得,加热水的质量:
升华、2.8×
1010、4×
104。
【答案】升华、2.8×
11.(2017•西宁)2017年5月18日,我国在南海海域“可燃冰”试采成功,“可燃冰”作为新型能源,有着巨大的开发使用潜力。
同等条件下,“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍,说明“可燃冰”的 很大;
以10倍的关系粗略计算,1kg“可燃冰”完全燃烧出的热量为 J。
(q煤气=4.2×
(1)1kg某种燃料完全燃烧放出的热量,叫这种燃料的热值;
(2)利用Q放=mq求出1kg煤气完全燃烧放出的热量,“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的10倍,据此求1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热。
(1)在同等条件下,包含质量相同,“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍,说明“可燃冰”的热值很大。
(2)1kg煤气完全燃烧放出的热量:
热值、4.2×
108。
【答案】热值、4.2×
12.(2017•云南)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20℃的水加热到100℃,共燃烧了12m3天然气,已知水的比热容c水=4.2×
103J/(kg•℃),天然气的热值q=4.2×
107J/m3,可燃冰的热值为同体积天然气的160倍,求:
(1)水吸收的热量;
(2)燃气锅炉烧水时的效率;
(3)若换用可燃冰,应使用多少m3可燃冰.
(1)水吸收的热量:
Q吸=cm△t=4.2×
500kg×
=1.68×
108J;
(2)天然气完全燃烧放出的热量:
Q放=Vq天然气=12m3×
107J/m3=5.04×
燃气锅炉烧水时的效率:
(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×
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:
(1)水吸收的热量为1.68×
(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。
13.(2017•广元)汽车汽油机是由四个冲程的不断循环来保证连续工作的,其中由机械能转化为内能的是 冲程。
已知汽油的热值为4.6×
107J/kg,2kg汽油完全燃烧时释放的热量为 J。
已知汽车防冻液比热容为4.2×
103J/(kg•℃),防冻液从90℃冷却到20℃的过程中,放出的热量为2.94×
106J,则汽车防冻液的质量为 kg。
(2)知道汽油的质量、热值,根据Q=mq求出汽油完全燃烧时释放的热量;
(3)知道防冻液放出的热量、比热容、初温和末温,利用Q放=cm△t求汽车防冻液的质量。
14.(2017•陕西)某款油电混合动力小汽车,具有省油、能量利用率高等特点,其相关信息如表。
在某次水平道路测试中,该车以中速匀速行驶170km,共消耗汽油10L。
测试过程中,内燃机既向车轮提供能量,又向蓄电池充电,同时蓄电池又将部分能量通过电动机向车轮输送,此时,内燃机和电动机共同驱动车辆前进。
之后,工作人员又进行了制动测试,描绘出了制动距离(从刹车开始到车停止的距离)与制动时的速度关系图象,如图所示。
驱动模式
纯电动
启动、低速
油电混动
中速
纯燃油
高速
汽车质量
1200kg
车轮与地面总接触面积
0.096m3
(1)由图象可知,车速越 ,制动距离越长。
(2)该车空载静止时,对水平地面的压强是多少?
(g取10N/kg)
(3)在水平道路中速匀速行驶测试中,若平均阻力为1000N,牵引力做的功是多少?
(4)在水平道路中速匀速行驶测试中,若该车内燃机的效率为53%,此过程最终使蓄电池增加了多少能量?
(忽略蓄电池和电动机的热损失,ρ汽油取0.7×
103kg/m3,q汽油=4.6×
(1)由图象可知,汽车的速度越大,制动距离越长;
(2)已知汽车的质量,利用G=mg求其重力;
汽车对地面的压力等于重力,求出总接触面积(受力面积),利用
求对水平地面的压强;
(3)匀速行驶时,汽车的牵引力与所受到的阻力为一对平衡力,由W=FS解题;
(4)根据密度公式变形可求得汽油的质量,利用Q=mq可求得汽油完全燃烧放出的热量,再利用内燃机的效率可求得有用能量,然后可知蓄电池增加了多少能量。
(3)由题可知,汽车做匀速直线运动,受到的牵引力和阻力是一对平衡力,大小是相等的,可得牵引力F牵=f=1000N,汽车牵引力做的功W机械=F牵s=1000N×
1.7×
105J=1.7×
108J。
(4)由
可知,车消耗汽油的质量m汽油=ρ汽油V=0.7×
10×
10﹣3m3=7kg,
汽油完全燃烧放出的热量Q放=mq=7kg×
107J/kg=3.22×
108J,
可得,内燃机输出的有用能量W有用=Q放η=3.22×
108J×
53%=1.7066×
最终蓄电池增加的能量W=W有用﹣W机械=1.7066×
108J﹣1.7×
108J=6.6×
105J。
(1)大;
(2)该车空载静止时,对水平地面的压强是1.25×
105Pa;
(3)在水平道路中速匀速行驶测试中,若平均阻力为1000N,牵引力做的功是1.7×
(4)此过程最终使蓄电池增加了6.6×
105J能量。
15.(2017•毕节)我国南海海底存储着丰富的”可燃冰“资源。
可燃冰被视为21世纪新型绿色能源,可燃冰的主要成分是甲烷,1m3的可燃冰可转化生成164m3的甲烷气体和0.8m3的水。
已知甲烷气
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