专题14热量计算题决战中考物理二轮复习学案解析.docx
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专题14热量计算题决战中考物理二轮复习学案解析
计算题是物理中考的主要内容,在中考试卷中占有很大比例。
计算题以考查学生综合应用所学知识分析问题和解决问题的能力为主,它既能反映学生对基本知识的理解掌握水平,同时又能体现学生在综合应用所学知识分析和解决问题过程中的情感、态度与价值观。
解答计算题应该首先明确它的特点,避免盲目和无从下手的尴尬,同时明确题目涉及的物理现象和物理知识,明确要解决的问题是什么,找准关系,有的放矢的按要求进行合理的计算。
计算题常以填空题、选择题和计算过程题型出现。
尤其是计算过程题是考查学生分析问题、解决问题和计算能力的题型,要求较高,分值较高,并要求有计算过程和步骤,每一步骤都有相应分值。
计算题在中考题中常被列为压轴题目。
计算题的特点是:
(1)结果合理性:
这类题能反映学生对自然界或生产、生活中若干事物的观察和关心程度.它要求学生用生活实践,社会活动的基本经验对题目的计算结果进行判断,留取合理的,舍弃不合理的。
(2)知识综合性:
这类题往往是把几个或几种物理过程及物理现象放在一起,利用各个过程或各种现象之间的相切点,解答要解决的问题。
它反映学生学习知识的综合能力和分析解决问题的能力。
(3)应用性:
这类题是把物理知识浸透到社会实际操作和应用到生活体验中,它能够反映学生对所学物理知识的理解和情感,同时也能反映学生对自己生活中的一些实际操作的认识水平。
热量计算题:
热量计算题主要涉及内能变化、热量计算、比热容的概念、热值、电热等。
1.计算题解题步骤
第一步:
认真审题。
明确现象和过程,确定给出的条件或题目中隐含的条件。
第二步:
找关系。
也就是针对题目内容分析综合,确定解决问题的方向,选择适合的规律和公式,找准相关物理量之间的关系。
第三步:
列出表达式。
这一步是在明确了各个已知量、未知量及某个物理量在题目中叙述的物理现象或物理过程变化时存在的关系,根据公式或规律列出相应的表达式,并推导出待求物理量的计算式。
第四步:
代人数据求解。
这一步是把所用到的已知物理量的单位统一后,把已知量的数据代人计算式中,通过正确运算,得出答案。
同时对答案进行合理化验证,最后确定正确答案。
2.解答方法
(1)简化法:
这种方法是把题目中的复杂情境或复杂现象进行梳理,找出题目中的相关环节或相关点,使要解决的复杂的问题突出某个物理量的关系或某个规律特点。
这样使复杂得到简化,可以在计算解答的过程中减少一些混淆和混乱,把要解答的问题解决。
(2)隐含条件法:
这种方法是通过审题,从题目中所叙述的物理现象或给出的物理情境及元件设备等各个环节中,挖掘出解答问题所需要的隐含在其中的条件,这种挖掘隐含条件能使计算环节减少,而且所得到的答案误差也小。
(3)探索法:
这种方法是在题目所给的实际问题或情境中抽象出来的。
判断出所涉及或应用的物理模型,然后运用相对应的物理概念、物理规律和物理公式,通过计算得出要求解的正确答案。
(4)极值法:
这种方法也叫端点法。
它对不定值问题和变化范围问题的解答有重要的实用价值。
用这种方法解答问题时,应改弄清要研究的是哪个变化的物理量的值或者是哪个物理量的变化范围,然后确定变化的规律或方向,最后用相对应的物理规律或物理概念,一个对应点一个对应点地计算取值。
(5)应用类分析法:
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
可得,
,
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;
故答案为:
做功、2.3×107。
【答案】做功、2.3×107。
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)6.72×105J;
(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)。
【解析】
(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。
【答案】
(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•℃))。
【解析】
(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=1.05×107J。
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℃。
故答案为:
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。
【解析】
(1)由公式
求出3kg、温度为20℃的水加热至90℃时,水吸收的热量;
(2)由公式
求出完全燃烧60%被水吸收所需要的天然气。
【答案】
(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:
。
答:
(1)这过程中水吸收热量是8.82×105J;
(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:
。
答:
(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℃?
(水的比热容为4.2×103J/(kg•℃))
【解析】
(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:
。
答:
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℃。
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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
【答案】解:
(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:
。
答:
(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)
解答如下:
(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×4.6×107J/kg=9.2×1010J。
故答案为:
化学、内、9.2×1010。
【答案】化学、内、9.2×1010。
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。
【答案】解:
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:
。
故答案为:
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=4.2×103J/(kg•℃))
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,
由
可得,水吸收的热量:
Q吸=ηQ放=60%×2.8×1010J=1.68×1010J,
由Q吸=cm(t﹣t0)可得,加热水的质量:
故答案为:
升华、2.8×1010、4×104。
【答案】升华、2.8×1010、4×104。
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=4.2×107J/kg)
【解析】
(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。
解:
(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:
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×10=4.2×l08J;
故答案为:
热值、4.2×108。
【答案】热值、4.2×108。
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.
解:
(1)水吸收的热量:
Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×500kg×=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:
;
(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:
【答案】
(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。
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。
【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)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=4.6×107J/kg)
【解析】
(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=0.7×103kg/m3×10×10﹣3m3=7kg,
汽油完全燃烧放出的热量Q放=mq=7kg×4.6×107J/kg=3.22×108J,
由
可得,内燃机输出的有用能量W有用=Q放η=3.22×108J×53%=1.7066×108J;
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。
答:
(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1.7×108J;(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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