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  • 2021-11-10 发布

2020-2021九年级物理全册单元检测卷内能及其利用(附解析新人教版)

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2020-2021 学年初三物理全册单元检测卷:内能及其利用 说明:本试卷满分 100 分,考试时间 90 分钟 一、选择题(12 个小题,每小题 3 分,共 36 分) 1.小李家使用的燃气热水器,将 30kg 的水从 20℃加热到 45℃,消耗了 0.15m3 的天然气。已知水的比热容 为 4.2×103J/(kg℃),天然气的热值为 4×107J/m3,则下列与该过程有关的计算结果和分析正确的是( ) A.水吸收的热量与水的末温成正比 B.水吸收的热量是 3.15×105J C.热水器的能量转化效率是 52.5% D.热水器的能量转化效率与环境温度无关 【答案】C 【解析】A.由 Q 吸=cm(t﹣t0)知,水吸收的热量与水的质量和升高的温度成正比,故 A 错误; B.将 30kg 的水从 20℃加热到 45℃,水吸收的热量: Q 吸=cm(t﹣t0)=4.2×103J/(kg℃)×30kg×(45℃﹣20℃)=3.15×106J,故 B 错误; C.天然气完全燃烧放出热量:Q 放=V 天然气 q=0.15m3×4×107J/m3=6×106J, 热水器的能量转化效率:η= Q 吸 / Q 放×100%=52.5%,故 C 正确; D.热水器的能量转化效率与环境温度有关,因为环境温度越低,加热的时间越长,其散失的热量越多,则 热水器的能量转化效率越低,故 D 错误。 2.下列数据中,最接近生活实际的是( ) A.一标准大气压下,冰的熔点为 37℃ B.人步行的速度约为 1.1m/s C.正常人 1min 的脉搏数约为 200 次 D.小汽车内的汽油机效率可以达到 95% 【答案】B. 【解析】首先对题目中涉及的物理量有个初步的了解,对于选项中的单位,可根据需要进行相应的换算或 转换,排除与生活实际相差较远的选项,找出符合生活实际的答案. A.一标准大气压下,冰的熔点为 0℃,故 A 错误; B.人正常步行的速度在 4km/h=4× m/s≈1.1m/s 左右.故 B 正确; C.人的脉搏在每分钟 60 次多一点,与每分钟 70 次接近,故 C 错误; D.汽油机的效率在 30%左右,绝达不到 95%,因为克服摩擦、尾气带走许多内能,故 D 错误. 3.某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶 6.9km,用时 5min45s,消耗燃油 1.5kg,已知汽车的牵 引力是 2000N,燃油的热值为 4.6×107J/kg,假设燃油完全燃烧。通过计算可知,下列结果正确的是( ) ①汽车行驶速度是 20km/h ②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是 6.9×107J ③汽车牵引力做功的功率是 30kW ④汽车发动机的效率是 20% A.只有①和② B.只有②和③ C.只有①和④ D.只有②和④ 【答案】D 【解析】(1)已知汽车行驶的时间和路程,利用速度公式即可求解; (2)根据 Q 放=mq 可求热量; (3)根据车受到的阻力为车重的 0.1 倍求得车受到的阻力,因为匀速行驶,所以牵引力等于阻力,利用 W=Fs 可求得该汽车牵引力所做的功,再利用 P= 求功率; (4)根据燃油密度和体积求得其质量,利用 Q=mq 可求得消耗的总能量,再利用效率公式求出该汽车的效 率。 ①汽车的行驶速度: v= = =72km/h,故①错误; (2)消耗的燃油完全燃烧放出的热量: Q 放=mq=1.5kg×4.6×107J/kg=6.9×107J,故②正确; (3)因为匀速行驶,所以汽车受到的牵引力:F=f=2×103N, 该汽车牵引力所做的功: W=Fs=2×103N×6.9×103m=1.38×107J, 该汽车牵引力所做功的功率: P= = =40000W=40kW,故③错误; (4)汽车消耗燃油的产生的热量: Q 放=mq=1.5kg×4.6×107J/kg=6.9×107J, 该汽车的效率: η= = ×100%=20%,故④正确。 4. 2018 年 4 月 2 日,天宫一号圆满完成预定任务后返回地球。8.5t 重的天宫一号,在 100km 左右的高空 以约 22 倍音速再入大气层。其中部分器件在大气层中与大气层摩擦烧蚀销毁。最后大约 1.5t 残骸坠入南太 平洋。在这个过程中,天宫一号的部分机械能( ) A.通过热传递转化为大气的内能 B.通过重力做功转化为大气的内能 C.通过摩擦做功转化为大气的内能 D.通过重力做功转化为残骸的内能 【答案】D 【解析】改变内能的方法有两个:做功和热传递,据此分析。 天宫一号在 100km 左右的高空以约 22 倍音速再入大气层时,高度减小,重力势能减小,克服与大气的摩擦 做功,机械能转化为内能。故 D 正确。 5.随着人们生活水平的不断提高,汽车作为常用的交通工具逐步进入寻常百姓家,下列说法中正确的是 ( ) A.车轮的表面刻有凹凸不平的花纹是为了增大摩擦 B.安全带可以减小紧急刹车时汽车的惯性 C.普通遥控车钥匙是利用紫外线来传递相关信息的 D.四冲程汽油机的压缩冲程是把内能转化为机械能 【答案】A. 【解析】(1)根据增大摩擦的方法分析此选项. (2)司机系安全带其目的是防止惯性带来的伤害. (3)遥控器是利用红外线进行遥控的. (4)四冲程汽油机工作时,有吸气、压缩、做功、排气四个冲程,有两个冲程存在能量转化,压缩冲程将 机械能转化为内能,做功冲程将内能转化为机械能.. A.车轮的表面刻有凹凸不平的花纹,这是在压力不变的情况下,通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦的, 故本选项正确. B.安全带可以防止紧急刹车时由于惯性造成的伤害,不能减小紧急刹车时汽车的惯性,故本选项错误. C.普通遥控车钥匙的遥控器是利用红外线进行遥控的,故本选项错误. D.汽油机工作时,压缩冲程将机械能转化为内能,做功冲程通过燃气膨胀做功把内能转化为机械能,故本 选项错误. 6.四冲程柴油机工作过程中,以下说法错误的是( ) A.压缩冲程和做功冲程发生了能量的转化 B.做功冲程使汽车获得动力 C.排气冲程排出了汽车的尾气 D.吸气冲程吸入气缸的是柴油 【答案】D 【解析】(1)压缩冲程:活塞的机械能转化为燃料混合物的内能; 做功冲程:燃料燃烧,化学能转化为内能,产生高温高压气体,推动活塞做功,内能在转化为机械能。 (2)做功冲程使汽车获得动力。 (3)排气冲程排出汽车的尾气。 (4)吸气冲程吸入气缸的只有空气。 7.如图是内燃机工作循环中的一个冲程,它是( ) A.压缩冲程,将化学能转化成内能 B.压缩冲程,将机械能转化成内能 C.做功冲程,将内能转化成机械能 D.做功冲程,将机械能转化成内能 【答案】C 【解析】图中的气门关闭,活塞下行,并且电火花打火,这是做功冲程的特点;在做功冲程中,能量转化 关系是气体的内能转化为机械能。 8.如图所示,是汽油机工作时的四个冲程,其中属于做功冲程的是( ) A B C D 【答案】C. 【解析】解决此题要知道内燃机的四个冲程有吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程,判断冲程名称 可用口诀:“先看气门开关情,再看活塞上下行;开下吸气开上排,关上压缩关下功.”进行分析. A.进气门开启,气体流入汽缸,是吸气冲程;不符合题意; B.两气门都关闭,活塞上行,汽缸容积变小,是压缩冲程,不符合题意; C.两气门都关闭,火花塞点火,活塞下行,汽缸容积变大,是做功冲程,符合题意; D.排气门开启,气体流出汽缸,是排气冲程;不符合题意. 9.某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶 6.9km,用时 5min45s,消耗燃油 1.5kg,已知汽车的牵引 力是 2000N,燃油的热值为 4.6×107J/kg,假设燃油完全燃烧。通过计算可知,下列结果正确的是( ) ①汽车行驶速度是 20km/h ②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是 6.9×107J ③汽车牵引力做功的功率是 30kW ④汽车发动机的效率是 20% A.只有①和② B.只有②和③ C.只有①和④ D.只有②和④ 【答案】D 【解析】已知汽车行驶的时间和路程,利用速度公式即可求解;根据 Q 放=mq 可求热量; 根据车受到的阻力为车重的 0.1 倍求得车受到的阻力,因为匀速行驶,所以牵引力等于阻力,利用 W=Fs 可 求得该汽车牵引力所做的功,再利用 P= 求功率;根据燃油密度和体积求得其质量,利用 Q=mq 可求得消 耗的总能量,再利用效率公式求出该汽车的效率。 (1)汽车的行驶速度: v= = =72km/h,故①错误; (2)消耗的燃油完全燃烧放出的热量: Q 放=mq=1.5kg×4.6×107J/kg=6.9×107J,故②正确; (3)因为匀速行驶,所以汽车受到的牵引力:F=f=2×103N, 该汽车牵引力所做的功: W=Fs=2×103N×6.9×103m=1.38×107J, 该汽车牵引力所做功的功率: P= = =40000W=40kW,故③错误; (4)汽车消耗燃油的产生的热量: Q 放=mq=1.5kg×4.6×107J/kg=6.9×107J, 该汽车的效率: η= = ×100%=20%,故④正确。 10.根据能量守恒定律,下列情形可能发生的是( ) A.随着科学技术不断发展和提高,永动机是可以制成的 B.两个斜面相对连接,小球从左斜面滚下后冲上右斜面 C.电水壶里的水沸腾后断电,水的沸腾却一直持续下去 D.出枪膛的子弹射穿木板后,以更快的速度继续运动 【答案】B 【解析】A.永动机违反了能量的转化与守恒,不可能实现,故 A 错误; B.两个斜面相对接,小球从左斜面滚下后,由于具有动能,会继续冲上右斜面,故 B 正确; C.在电水壶的使用过程中,消耗了电能,而水的温度升高,内能增加,断电后,水不再吸收热量,水的沸腾 会停止,故 C 错误; D.子弹射穿木板的情景,子弹高速运动,说明子弹具有动能,由于摩擦生热会使动能减小,它的速度减慢, 故 D 错误。 11.生活中能量转化的实例很多,下列描述中正确的是( ) A.摩擦生热是把内能转化为机械能 B.燃料燃烧放热是把内能转化为化学能 C.电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能 D.摩擦起电是把电能转化为机械能 【答案】C 【解析】A.摩擦生热是克服摩擦做功,摩擦过程中,消耗了机械能,内能增大,把机械能转化为内能,故 A 错误; B.燃料燃烧放热是把化学能转化为内能,故 B 错误; C.电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能,故 C 正确; D.摩擦起电是消耗了机械能,获得了电能,故是把机械能转化为电能,故 D 错误。 12.能量的转化是自然界普遍的现象.下列关于能量转化的观点错误的是( ) 水果电池 光合作用 钻木取火 电磁感应 A. 水果电池是化学能转化为电能 B. 光合作用是光能转化为化学能 C. 钻木取火是机械能转化为内能 D. 电磁感应现象是电能转化为机械能 【答案】D 【解析】A. 水果电池是化学能转化为电能 B. 光合作用是光能转化为化学能 C. 钻木取火是机械能转化为内能 D. 电磁感应现象是机械能转化为电能 二、填空题(10 个小题,每空 1 分,共 25 分) 13.用天然气烧水,水烧开后,壶盖不断向上跳动,此过程中能量转化与四冲程汽油机 的 冲程的能量转化相同;若天然气完全燃烧放出的热量有 50%被水吸收,在标准大气压下把 5kg 的水 从 20℃加热至沸腾,需完全燃烧 m3 天然气。(c 水=4.2×103J/(kg•℃), q 天然气=4×107J/m3) 【答案】做功;0.084。 【解析】(1)水烧开以后,水蒸气膨胀对壶盖做功,把壶盖顶起来,将水蒸气的内能转化为壶盖的机械能。 这与汽油机的做功冲程的能量转化相同,在汽油机的做功冲程中,是将燃气的内能转化为活塞的机械能; (2)在标准大气压下水的沸点为 100℃,即水的末温为 100℃, 水吸收的热量为: Q 吸=c 水 m 水△t=4.2×103J/(kg•℃)×5kg×(100℃﹣20℃)=1.68×106J。 由 η= =50%得天然气完全燃烧放出的热量: Q 放= = =3.36×106J, 由 Q 放=Vq 得天然气的体积: V 气= = =0.084m3。 14. 如图所示,用酒精灯给水加热一段时间后,观察到软木塞冲岀试管口。 (1)软木塞冲出试管口,说明力能改变物体的 。 (2)此过程中,水蒸气减少的内能 (选填“大于”、“等于”或“小于”)软木塞增加的机械能,这与热机 的 冲程相似。 【答案】(1)运动状态;(2)大于;做功。 【解析】(1)软木塞冲出试管口,运动状态发生了变化,说明力可以改变物体的运动状态; (2)水蒸气对软木塞做功,水蒸气的内能减小,水蒸气的内能转化为软木塞的机械能,由于存在热量的散 失,故水蒸气减少的内能大于软木塞增加的机械能;该过程与热机的做功冲程能量转化相同。 15.我国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•℃)) 【答案】升华;2.8×1010;4×104. 【解析】物质由固态直接变成气态的过程叫做升华,升华吸热;知道可燃冰的质量和热值,根据 Q 放=mq 求出完全燃烧释放热量的计算,根据 η= ×100%求出水吸收的热量,再根据 Q 吸=cm(t﹣t0)求出加热水 的质量. (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 η= ×100%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: m= = =4×104kg. 16.菜油最适宜的烹饪温度在 150℃至 180℃之间.用天然气将质量为 0.02kg 的菜油从室温 20℃加热到 170℃, 天然气燃烧释放出的热量有 60%被菜油吸收.则菜油吸收了 J 热量,燃烧了 m3 的天然气.(取 c 菜油 =2.0×103J/(kg•℃),天然气的热值为 4×107J/m3) 【答案】6×103;2.5×10﹣4. 【解析】本题考查了学生对吸热公式、燃料燃烧放热公式的掌握和运用,因条件已给出,难度不大. 知道菜油的质量、比热容和菜油的初温和末温,利用吸热公式求菜油吸收的热量;知道效率,利用效率公 式可以求出天然气放出的热量,根据公式 Q=Vq 求出体积.菜油吸收的热量: Q 吸=c 菜油 m(t﹣t0 )=2×103J/(kg•℃)×0.02kg×(170℃﹣20℃)=6000J; 天然气燃烧释放出的热量有 60%被菜油吸收,则天然气放出的热量为: Q 放= = =10000J; 由 Q=Vq 得天然气的体积为: V= = =2.5×10﹣4m3. 17.在热机的四个冲程中,把机械能转化为内能的是 冲程。汽油机工作时要产生大量的热,通常采 用水循环将热带走,这是利用水 的特性。 【答案】压缩;比热容大。 【解析】(1)在热机的四个冲程中,把机械能转化为内能的是压缩冲程; (2)汽车的散热器可用水做冷却剂,是因为水的比热容比较大,在升高相同的温度时可以吸收更多的热量, 降低发动机的温度。 18.天然气热水器将 40kg 的水由 22℃加热到 42℃水的内能增加了 J,水的内能增加是通过 方 式实现的,若天然气燃烧放出的热量有 84%被水吸收,需要消耗 kg 的天然气。已知 c 水=4.2×103J/ (kg•℃), q 天然气=4×107J/kg。 【答案】3.36×106;热传递;0.1。 【解析】(1)水吸收的热量: Q 吸=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×40kg×(42℃-22℃)=3.36×106J; (2)水从火吸收热量,内能增加、温度升高,是利用热传递改变水的内能; (3)由 η= Q Q 吸 放 得,天然气完全燃烧放出的热量: 6 6Q 3.3610 JQ==410 Jη 84%  吸 放 , 由 Q 放=mq 得,需要天然气的质量: 6 7 Q 4 10 Jm==0.1kgq4 10 J/kg   放 。 19.新农村建设中正在大力推广使用瓶装液化气.如果每瓶装 10kg 液化气,液化气的热值取 4.2×107J/kg, 则每瓶液化气全部完全燃烧放出的热量是 J,若放出的热量有 40%被水吸收,在标准大气压下可把 kg 的水从 20℃加热至沸腾.[c 水=4.2×103J/(kg•℃)]. 【答案】4.2×108;500. 【解析】(1)整瓶液化气完全燃烧释放热量: Q 放=mq=10kg×4.2×107J/kg=4.2×108J, (2)由题知,水吸收的热量: Q 吸=Q 放×40%=4.2×108J×40%=1.68×108J, 由 Q 吸=c 水 m 水(t﹣t0)得水的质量: m 水= = =500kg. 20.菜油最适宜的烹饪温度在150℃至180℃之间。用天然气将质量为0.02kg的菜油从室温20℃加热到170℃, 天然气燃烧释放出的热量有 60%被菜油吸收。则菜油吸收了_______J 热量,燃烧了______m-3 的天然气。(取 c 菜油 = 2.0×103J·(kg·℃)-1,天然气的热值为 4×107J/m3) 【答案】6×103,2.5×10-4 【解析】Q 吸=cmΔt=2.0×103J·(kg·℃)-1 ×0.02kg×(170℃-20℃)=6×103J; 天然气燃烧放出热量 Q 放=Q 吸/η=6×103J/60%=104J; 又 Q 放=qV 得:V=Q 放/q=104J/4×107J/m3=2.5×10-4m3. 21.我国海域可燃冰(天然气水合物)试采已经成功, 实现了历史性突破。可燃冰分布于深海沉积物或陆域 永久冻土中,是由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质,燃烧后仅会生成少量的二氧化碳和水。 根据测算,1 立方米可燃冰可以分解释放出 160 立方米以上的天然气。完全燃烧 5 立方米可燃冰产生的热量 至少为 ( 天 然 气 热 值 为 3.2×107 J / m3 )。 试写 出 可 燃 冰 具 备 的 两 条 优点 、 。 【答案】2.56×1010J;热值大;污染小。 【解析】由题意知:1 立方米可燃冰可以分解释放出 160 立方米以上的天然气,完全燃烧 5 立方米可燃冰即 V=800 m3 的天然气,天 然 气 热 值 为 q= 3.2×107 J/ m3,产生的热量为 Q=Vq=800 m3×3.2×107 J/ m3=2.56×1010J;由题意和通过计算说明可 燃 冰 的 优点是热值大、污染小、储备丰富等。 22.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) 【答案】化学;内;9.2×1010. 【解析】(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. 三、分析简答题(2 个小题,每题 4 分,共 8 分) 23.某校师生在学习了能量的转化与守恒以后,组织兴趣小组调查学校几种炉灶的能量利用效率。他们发现 学校的一个老式锅炉烧水时,经常冒出大量的黑烟,且烧水时锅炉周围的温度很高,锅炉的效率很低。 (1)请你根据调查中发现的现象分析此锅炉效率低的原因,并提出相应的改进措施。 (2)要减少烟气带走的热量,可以采用什么办法? 【答案】(1)锅炉效率低的原因: ①锅炉冒出大量的黑烟,说明煤燃烧不完全; ②锅炉周围的温度很高,说明锅炉向周围散失的热量太多。 (2)改进措施:尽量使燃料燃烧充分;利用烟气携带的热量对其他的水进行预加热,综合利用内能。 【解析】在当今的低耗、高效的形式下,锅炉效率低是社会关注的焦点问题。在本题中,师生通过共同调 查研究,发现了锅炉效率低的主要原因表现症状:经常冒出大量的黑烟;锅炉周围的温度很高。针对这两 种表现,通过分析,揭示其效率低的原因:燃烧问题和散热问题。发现问题,分析问题,如何解决问题呢? 烟气带走热量,是普遍存在的问题,让同学们提出解决方案,渗透、融合了情感态度价值观的教育,可谓 是一箭双雕。 24.请阅读下面的介绍,回答相关问题。 焦耳是一位伟大的物理学家,他成功地发现了焦耳定律,测出了热功当量……。但他在探索科学真理 的道路上,也走过弯路。年轻的时候,焦耳也和许多人一样设想能制作出一种“永动机”——不需要给它提供 任何动力(即不消耗任何能源)就能自动工作起来的机械装置。他曾通宵达旦地冥思苦想,不断地设计、 制作,但没有一次是成功的。接连的失败引起了焦耳的深思,他没有像有些人那样“执迷不悟”,而是反思原 来的设想,重新确定新的探究课题。经过不懈地努力,他终于在新的研究领域中取得了成功,发现了科学 真理。 (1)“永动机”制造一直失败的原因是:它违背了______________________。 (2)你从焦耳科学探究的历程中得到的启示是: ______________________。 【答案】(1)能量守恒定律(2)科学探究要善于思考,认清方向,经常反思,不懈努力。 【解析】解决此类问题,首先要静下心来读题,先粗读,知道题目叙述的概况;后精读,分析有关题目的 内容和特征。然后提取相关信息,排出干扰因素,弄清物理情景、物理过程,建立物理模型,找出物理规 律。最后应用所学知识解答题目中的问题。 四、计算题(2 个小题,每题 9 分,共 18 分) 25.某款新型电动轿车,每充电一次,锂离子电池储存的能量为 50kW•h,可供该车连续行驶 300km,其最 高车速可达 120km/h。 (1)电动轿车的顶部向上凸起,当它高速行驶时,车顶的气压比车底的气压 。 (2)若该车以 108km/h 的速度匀速行驶 10min,通过的路程是多少? (3)该车连续行驶 100km 消耗的电能相当于完全燃烧多少升柴油产生的热量。(q 柴油=4.3×107 J/kg,ρ 柴油 =0.85×103 kg/m3,计算结果保留两位小数 【答案】(1)小; (2)该车以 108km/h 的速度匀速行驶 10min,通过的路程为 18km; (3)该车连续行驶 100km 消耗的电能相当于完全燃烧 1.65L 柴油产生的热量。 【解析】依据流体压强与流速的关系来分析解答:流体流速越大的位置,其压强越小;知道汽车速度和行 驶时间,利用 s=vt 求汽车行驶的距离;根据题意求出该车连续行驶 100km 消耗的电能,再根据 Q 放=W=mq 求出相当于完全燃烧柴油的质量,最后根据 ρ= 求出相当于完全燃烧柴油的体积。 (1)轿车的形状上面凸起、下面平直,车高速行驶时带动空气流动,车的上方空气流速快、压强小,车的 下方空气流速慢、压强大; (2)根据 v= 可知, 该车以 108km/h 的速度匀速行驶 10min,通过的路程为:s=vt=108km/h× h=18km; (3)由题意有,行驶 100km 消耗的电能: W= ×50kW•h= kW•h= ×3.6×106J=6×107J, 依题意有,Q 放=W, 由 Q 放=mq 可得,完全燃烧柴油的质量: m= = ≈1.4kg, 由 ρ= 可得,完全燃烧柴油的体积: V= = ≈1.65×10﹣3m3=1.65L。 26.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 100g 的水,在一个标准大气压下加热至沸腾,假如完全燃烧酒精 3g。[水的比热容为 4.2×103J/(kg•℃),酒精的 热值为 3.0×107J/kg]求: (1)水吸收的热量是多少? (2)此过程中酒精灯烧水的热效率。 (3)科学研究表明:1g 100℃的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收 2.26×103J 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 5g,求此过程水汽化成水蒸气所吸收的热量。 【答案】(1)水吸收的热量是 3.36×104J; (2)酒精灯烧水的热效率是 37.3%; (3)5g,100℃的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收的热量是 1.13×104J。 【解析】(1)一个标准大气压下水的沸点为 100℃,即需将水加热至 100℃, 水吸收的热量: Q 吸=cm(t﹣t0)=4.2×103J/(kg•℃)×0.1kg×(100℃﹣20℃)=3.36×104J; (2)3g 酒精完全燃烧释放的热量: Q 放=mq=3×10﹣3kg×3.0×107J/kg=9×104J; 酒精灯烧水的热效率: η= ×100%= ×100%≈37.3%; (3)1g 100℃的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收 2.26×103J 的热量,则 5g 100℃的水汽化成同温度的水蒸 汽需要吸收的热量: Q=5g×2.26×103J/g=1.13×104J。 五、综合素养题(2 个小题,27 题 6 分、28 题 7 分,共 13 分) 27.开发新能源,共创碧水蓝天。太阳能等新型能源的开发和利用是解决社会发展的能源危机、环境污染的 必由之路。如图 13 所示,是世界上最大的太阳能飞机,重达 2.3 吨,该飞机机身和机翼均采用极轻的碳纤 维材料,机翼上安装有高效太阳能电池板,能提供 65kW 的最大功率,该飞机的最大飞行速度为 40km/h。 假设飞机停在水平地面时轮与地面的总接触面积为 21.0 m ,g 取 10N/kg,求: (1)飞机停在水平地面时对地面的压强大小。 (2)当飞机发动机的输出功率保持 60kW,并以 108km/h 的速度水平匀速飞行时,发动机的牵引力大小。 (3)若飞机发动机保持 60kW 的输出功率匀速飞行 1h,发动机输出的能量为多大?这些能量相当于多少升的 航空燃油完全燃烧时释放的能量?(航空燃油的热值取 KgJ /104 7 ,密度取 33 /1075.0 mKg ) 【答案】见解析。 【解析】(1) F = G = mg = 2.3 × 103kg × 10N kg = 2.3 × 104N P = F S = 2.3×104N 0.1m2 = 2.3 × 105pa (2) 由 p = FV,得 F = p V = 6×104W 30m/s = 2 × 103N (3) w = pt = 6 × 104w × 3600s = 2.16 × 108J m = Q q = W q = 2.16×108J 4×107J/kg = 5.4kg V = m ρ = 5.4kg 0.75×103kg/m3 = 7.2 × 10-3m3 = 7.2L (1 分) 28.某汽车在平直路面上以 75km/h 的速度匀速行驶 1h 的过程中,消耗了 5kg 汽油,汽油燃烧释放能量的 40%随废气通过热电转换装置,如图所示,汽油热值近似取 q=5×107J/kg,设汽油在气缸内完全燃烧. (1)图示时刻,四冲程汽油机处于 冲程;若该汽油机每分钟完成 7200 个冲程,则它每秒钟完成 个 工作循环 (2)若上述过程中汽油燃烧释放能量的 30%用来驱动汽车行驶,求汽车所受的阻力 f; (3)研究表明新材料的出现可将热电转换装置的效率大幅提高到 15%,据此计算,上述过程中随废气排放 的能量通过转换装置后可获得多少电能?这些电能可供车内总功率为 1000W 的用电器持续工作多长时间? 【答案】(1)压缩;30;( 2)汽车所受的阻力 f 是 103N;( 3)随废气排放的能量通过转 换装置后可获得 1.5×107J 的电能;这些电能可供车内总功率为 1000W 的用电器持续工作 1.5×104s. 【解析】由进气门和排气门的关闭和打开情况、活塞的上行和下行情况来判断是哪个冲程;热机完成一个 工作循环,要经过 4 个冲程,燃气对外做功 1 次,活塞往返 2 次,飞轮转动 2 周,根据这个比例关系可以 求出答案;根据 W=Q 放=mq 求得总功,已知燃烧效率为 30%,可求得有用功;根据求得的汽车在这段时间 内所做的有用功,利用 W=Fs 可求得汽车匀速行驶过程中的牵引力,再利用二力平衡条件可知其所受的阻 力;汽油燃烧释放能量的 40%随废气通过热电转换装置,可求转化的能量,由提高到 15%可求转换的电能, 由 W=Pt 可求时间. (1)由图可知,进气门和排气门都是关闭的,活塞上行,可以判断是压缩冲程; 该汽油机每分钟完成 7200 个冲程,故每秒完成 120 个冲程,热机完成一个工作循环,要经过 4 个冲程,燃 气对外做功 1 次,活塞往返 2 次,飞轮转动 2 周,若该汽油机每秒完成 120 个冲程,则每秒它对外做功 30 次,完成 30 个工作循环,飞轮转动 20 周; (2)汽油完全燃烧释放的热量: Q 放=mq 汽油=5kg×5×107J/kg=2.5×108J; 根据 η= 可得有用功: W 有=ηW 总=30%×2.5×108J=7.5×107J; 由 v= 可得,汽车在平直路面上以 75km/h 的速度匀速行驶 1h 的过程中, 通过的路程:s=vt=75km/h×1h=75km=75000m, 由 W=Fs 可得,汽车匀速直线行驶,F=f, f=F= = =103N; (3)汽油燃烧释放能量的 40%,由公式 Q′=Qη1=2.5×108J×40%=1×108J, 转换的电能:W′=Q′η2=1×108J×15%=1.5×107J; 由 P= 可得,这些电能可供车内总功率为 1000W 的用电器持续工作的时间: t= = =1.5×104s.