2021年中考物理重点难点专练30热学计算含解析.docx

专项七计算专题重难点30热学计算【知识梳理】一、热学综合计算题，主要有：1.比热容与热值综合。2.热传递的效率。3.热功转化效率。二、热学综合主要涉及的公式1. 燃料燃烧产生的热量：（1） q值以“J/kg”为单位：Q=mq。（2） Q值以“J/m3”为单位：Q=Vq。2. 物体吸收或放出热量（1） 吸热：Q=cm(t末温-t初温)。（2） 放热：Q=cm(t初温-t末温)。（3） 统一公式：Q=cmt。（4）热传递效率公式：=×100%。（5）热平衡方程式：Q吸=Q放（条件：在热传递过程中无热量损失）。通常应用它的展开公式：c1m1(t1末温-t1初温)= c2m2(t2初温-t2末温)。3.热功转化效率：=×100%。【易混淆点】1.“升高”、“升高了”指的是温度变化量t。“升高到”指末温。2.将= ×100%和=×100%的变形公式写错。3.“在一个标准大气压下”隐藏了条件“沸水的温度为100”。【典例分析】【例1】(2020德州25)国家提倡节能减排，各地“煤改气”正在积极进行，某同学计算他家天然气烧水的热效率，将2kg的水倒入烧水壶中，并测出水温为20，在一个标准大气压下，把水刚加热到100时，测出消耗天然气0.048m3，已知水的比热容c水4.2×103J/（kg），天然气热值约为q4.0×107J/m3。求：（1）将这些水烧开，需吸收多少热量；（2）在这种情况下，燃烧的天然气放出了多少热量；（3）他家天然气灶的效率。【答案】（1）6.72×105J （2）1.92×106J （3）35%【分析】（1）水吸收的热量：Q吸c水m（tt0）4.2×103J/（kg）×2kg×（10020）6.72×105J。（2）天然气完全燃烧放出的热量：Q放qV4.0×107J/m3×0.048m31.92×106J。（3）他家天然气灶的效率：= ×100%= ×100%=35%。【思路小结】1.在运用公式= ×100%时，一般用公式计算Q=cm(t末温-t初温)计算Q吸，根据q的单位灵和选用Q=mq 或Q=Vq 求Q放。2.在运用公式=×100%时，求Q放与上面的方法一样，求W时，一般有W=FS=fS=Pt.即用机械做功的常用公式进行计算。3.注意正确对公式进行变形。【真题操练】1.（2020广元15）可燃冰作为一种新型燃料。是天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质，可直接点燃，1m3可燃冰在常温常压下可释放160m3的天然气。根据以上信息可知，可燃冰是（选填“可再生”或“不可再生”）能源。1m3的可燃冰释放的天然气完全燃烧放出的热量为J，若该热量全部被水吸收，可将kg的水从10加热到90。c水=4.2×103J/（kg·），天然气的热值q =4.2×107J/m3，环境为标准大气压【答案】不可再生6.72×1092×104【解析】由题知，可燃冰在短时间之内不可再生，所以可燃冰是不可再生能源。1m3可燃冰在常温常压下可释放出160m3的天然气，完全燃烧160m3的天然气可放出的热量：Q放=Vq=160m3×4.2×107J/m3=6.72×109J。天然气完全燃烧放出热量全部被水吸收，则有Q吸=Q放=6.72×109J；这些热量可加热水的质量：m= = = 2×104kg。2.（2020巴中22）一台汽油机飞轮的转速为3600 r/min，在1s内汽油机对外做了次功。如果汽油机在一段时间内消耗了 0.5kg汽油，若这些汽油完全燃烧，可放出热量J。汽油机用水作冷却液，是利用水的大的特点。（q汽油=4.6×107J/kg）【答案】30 2.3×107 比热容【解析】四冲程汽油机的飞轮转速为：3600r/min=60r/s，即1s内飞轮转60r，汽油机完成了120个冲程，对外做功30次。这些汽油完全燃烧，可放出热量：Q=mq=0.5kg×4.6×107J/kg=2.3×107J水比热容大，其他条件相同的情况下，可吸收更多的热量，冷却效果更好。3.(2020甘孜25)如图所示的一种学生饮用奶，在饮用前加热的过程中，温度升高，内能（选填“增大”或“减小”）；若其中奶的质量为0.25kg，奶的比热容是4.0×103J/（kg.），当把它从10°C加热到40°C需要吸收J 的热量。【答案】增大 3×104【解析】学生饮用奶，在饮用前加热的过程中，不断吸收热量，温度升高，内能增大。需要吸收的热量为：Q吸=cmt=4.0×103J/（kg.）×0.25kg×（40-10）=3×104J。4.(2020苏州19)某燃气热水器将20kg的水从10加热到60，完全燃烧了0.21m3的煤气。水吸收的热量是J热水器烧水的效率是。已知水的比热容为4.2×103J/（kg），煤气的热值为4×107J/m3【答案】4.2×106 50%【解析】水吸收的热量：Q吸cm（tt0）4.2×103J/（kg）×20kg×（6010）4.2×106J。这些煤气完全燃烧放出的热量：Q放qV4×107J/m3×0.21m38.4×106J。热水器烧水的效率：= ×100%= ×100%=50%。5.(2020盐城18)小华在燃烧皿中放入5g酒精，对300g水加热，待酒精燃尽后水温升高了50。已知水的比热容为4.2×103J/（kg·），酒精的热值为3.0×107J/kg此过程中，酒精燃烧放出的热量为J，水吸收的热量为 J，水的内能是通过方式增加的。【答案】15×1056.3×104热传递【解析】酒精燃烧放出的热量：Q放=mq=5×10-3kg×3.0×107J/kg=1.5×105J。水吸收的热量：Q吸=cm水t=4.2×103J/(kg·)×0.3kg×50=6.3×104J。此过程中，水吸收热量，内能增大，通过热传递的方式改变物体的内能。6.(2020泰州20)如图甲所示的某品牌插秧机使用北斗导航，农民只需在作业前进行相关设定，即可实现24小时无人值守自动作业。(1)北斗导航卫星是通过_向插秧机发送位置信息的；(2)该插秧机使用四冲程汽油机，图乙中汽油机处于_冲程。如果该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功_次；(3)汽油属于_（选填“清洁”或“非清洁”）能源，某段时间插秧机消耗汽油0.21kg，汽油完全燃烧放出的热量是_J；若这些热量完全被40kg初温15°C的水吸收，则水温升高_°C。q汽油=4.6×107J/kg，c水=4.2×103J/（kg·°C）【答案】 (1)电磁波 (2)压缩30 (3)非清洁57.5【解析】(1)电磁波可以在真空中传播，可以传递信息，北斗卫星导航系统在实现定位、导航和授时服务时，主要是利用电磁波传递信息的。(2)从图中可以看出，两气门关闭和活塞向上移动的特点，可以判断这个冲程是压缩冲程，将机械能转化为了内能。飞轮的转速是60r/s，飞轮转动一圈完成两个冲程，所以1s可以完成的冲程数量是：2个×60=120个，完成四个冲程，对外做功一次，所以汽油机每秒钟对外做次数是：120个/4=30个。 (3)由于汽油燃烧后会产生污染大气的废气，所以汽油属于非清洁能源。汽油完全燃烧放出的热量是：Q放=mq汽油=0.21kg×4.6×107J/kg=9.66×106J。水温升高：t= = =57.5。7.(2020岳阳22)某型号汽车整车与驾驶员的总质量是2060kg，驾驶员驾驶该汽车在平直公路上匀速行驶进行车型测试，测试过程中消耗汽油的体积为1.5×10-3m3（g=10N/kg，汽油=0.7×103kg/m3，q汽油=4.5×107J/kg，）求：(1)汽车与驾驶员的总重力；(2)测试过程中消耗汽油的质量；(3)假设汽油完全燃烧，汽油机的效率为40%，汽车在测试过程中做的有用功是多少。【答案】(1)20600N(2)1.05kg(3)1.89×107J【解析】(1)汽车与驾驶员的总重力：G=mg=2060kg×10N/kg=20600N。(2)测试过程中消耗汽油的质量：m汽油=汽油V=0.7×103kg/m3×1.5×10-3m3=1.05kg。(3)汽油完全燃烧放出的热量：Q放=m汽油q汽油=105kg×4.5×107J/kg=4.725×107J；汽车在测试过程中做的有用功：W有=Q放=4.725×107J×40%=1.89×107J。答：(1)汽车与驾驶员的总重力是20600N；(2)测试过程中消耗汽油的质量是1.05kg；(3)假设汽油完全燃烧，汽油机的效率为40%，汽车在测试过程中做的有用功是1.89×107J。8.（2019孝感市16）一辆厢式小货车某次运货，满载后总质量是5.0×103kg，在平直的公路上匀速行驶100km，耗油10kg，货车受到的阻力是总重力的0.05倍，发动机的牵引功率是50kW（油的热值是5.0×107J/kg，g10N/kg），求：（1）货车受到的牵引力；（2）货车匀速行驶的速度；（3）货车发动机的效率。【答案】（1）2500N （2）20m/s （3）50%【解析】（1）货车在平直的公路上匀速行驶，受的牵引力与阻力是一对平衡力。Ff0.05G0.05×5.0×104N2500N。（2）由公式PFv变形可得：货车匀速行驶的速度vP/F=50000W/2500N=20m/s。（3）牵引力做的功：WFs2500N×1×105m2.5×108J，燃油燃烧放出的总能量：Qmq10kg×5.0×107J/kg5.0×108J，货车发动机的效率：= ×100% = ×100%=50%。答：（1）货车受到的牵引力2500N；（2）货车匀速行驶的速度20m/s；（3）货车发动机的效率50%。9.（2019邵阳34）如图所示，一平底热水壶，其质量为0.5kg，内底面积为180cm2有一次小军同学用该热水壶装了1.5L的水放在水平桌面上，测得壶中水深15cm，初温20请你通过计算回答：（1）此时水和热水壶的总质量是多少？（2）加热前水对壶底的压强多大？（3）在标准大气压下加热水至沸腾，水至少要吸收多少热量？水1.0×103kg/m3，c水4.2×103J/（kg），g10N/kg【答案】（1）2kg （2）1.5×103Pa （3）5.04×105J【解析】（1）水的体积：V水1.5L1.5×103m3，水的质量：m水水V水1.0×103kg/m3×1.5×103m31.5kg；水和热水壶的总质量：mm壶+m水0.5kg+1.5kg2kg。（2）水深h15cm0.15m，壶底受到水的压强：pgh1×103kg/m3×10N/kg×0.15m1.5×103Pa。（3）注意：1标准大气压下水的沸点是100，即t末温=100。水吸收的热量：Q吸c水m水（t末温t初温）4.2×103J/（kg）×1.5kg×（10020）5.04×105J。10.（2019威海26）小明家有一艘玻璃钢海钓船，底部平直，其参数如表所示（柴油热值q4.3×107J/kg，g10N/kg）。（1）不出海时，空船放置在水平沙滩上，船底与沙滩的接触面积为2m2，求船对沙滩的压强。（2）小明一家人某次出海钓鱼，人员和钓鱼装备共300kg，船匀速直线行驶4.3km，船受到的阻力为总重力的0.5倍，发动机的实际输出功率为12kW、消耗柴油1kg（假设柴油完全燃烧）。求：船行驶的速度和发动机的效率。【答案】（1）1.5×103Pa （2）4m/s 30%【解析】（1）空船对沙滩的压力等于自身的重力。查表等m空=300kg。因此船对沙滩的压力等于自身的重力：FG3000N；受力面积S=2m2。船对沙滩的压强：p= = =1.5×103Pa。（2）人员和钓鱼装备及船的总质量为：m总m空+m物=300kg+300kg600kg。船受到的阻力为总重力的0.5倍，匀速直线行驶，所以阻力和牵引力是一对平衡力。fF10.5G总 0.5×600kg×10N/kg3000N。由P=FV得：vP/F1=12000W/3000N4m/s。做的有用功等于牵引力做的功：W有F1s3000N×4300m1.29×107J；总共消耗的能量等于1kg柴油完全燃烧释放的热量：Q放mq1kg×4.3×107J/kg4.3×107J；发动机的效率：= ×100%= ×100%=30%。答：（1）船对沙滩的压强是1.5×103Pa；（2）船行驶的速度4m/s；发动机的效率30%。11.（2019甘肃省） 已知天然气的热值为4×107J/m3，水的比热容为4.2×103J/(kgC)问：（1）完全燃烧2.1×102m3天然气放出多少热量？（2）若某天然气灶的效率为80%，则这些天然气可将质量为4kg，初温为25C的水加热到多少C？（当地的大气压强为1标准大气压）【答案】（1）8.4×105J（2）65【解析】（1）热值q的单位是J/m3，所以求热量要用公式Q放Vq。完全燃烧2.1×102m3天然气放出的热量Q放Vq2.1×102m3×4×107J/m38.4×105J。（2）由=×100%可得：水吸收的热量：Q吸Q放80%×8.4×105J6.72×105J。由Q吸cmt可得水升高的温度：t= = =40，水的末温度为t末温t初温+t25+4065。答：完全燃烧2.1×102m3天然气放出8.4×105J热量；（2）水加热到6512.（2019内蒙古） 我国自主研发的某品牌汽车进行技术测试，已知该车在某段长1.2km的水平路面做匀速直线运动，用时40s，汽车在行驶过程中受到的阻力为400N，汽车在此过程中发动机热机效率为48%，汽油的热值q4.6×107J/kg在该段测试过程中：（1）汽车做的有用功？（2）汽车的功率为多少？（3）汽油完全燃烧放出的热量？（4）燃烧了多少汽油？（计算结果保留两位小数）【答案】（1）4.8×105J（2）1.2×104W （3）1.0×106J（4）0.02kg【解析】（1）因为汽车在“水平路面做匀速直线运动”，所以牵引力和阻力是一对平衡力，F=f=400N。此过程中汽车牵引力做的功：WFs400N×1.2×103m4.8×105J。（2）汽车牵引力做的功率：P=W/t=4.8×105J/40s=1.2×104W。（3）汽油完全燃烧放出的热量为总能量。由= ×100%得：Q放= = =1×106J。（4）由Q=mq得m= = 0.02kg。答: （1）汽车做的有用功是4.8×105J；（2）汽车的功率为1.2×104W；（3）汽油完全燃烧放出的热量是1×106J（4）燃烧了0.02kg汽油。8