竞赛----比热容与热量的计算(2).pdf

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1、竞赛-比热容与热量的计算（2）一解答题（共3 小题）1洗浴用的电热水器的电功率是1.2kW，热水器内筒的直径是30cm，高是 50cm如果加热过程中的热量散失率为 10%，则把水从20 加热到 70 需要多长时间？2现在有些住宅区使用的水表是预付费式的水表，每个用户一表一卡，凭卡用水，卡中数据输入表中，水表自动开阀供水所购水用完后自动关阀断水，用户必须重新购水，方能重新用水如图是某水表厂生产的预付费式的IC卡水表，其主要技术参数如表所示请根据表中的数据，回答下列问题：项目FY15E 热水表FY20E 热水表FY25E 热水表质量1.4 1.8 2.5 长度165 mm 195 mm 225 m

2、m 口径（DN）15 mm 20mm 25mm 过载流量3m3/h 5m3/h 7m3/h 常用流量1.5m3/h 2.5m3/h 3.5m3/h 分界流量0.12m3/h 0.2m3/h 0.3m3/h 最小流量0.03m3/h 0.05m3/h 0.07m3/h 起动流量 0.010m3/h 0.012m3/h 0.017m3/h 水表性能B 级表密封性1.6MPa 水压，15min 内不泄漏最小读数0.0001 m3最大读数9999.9999 m3用户窃水自动关阀并提示电源3.6V、2.4Ah 锂电池 2 节串联IC 卡的保密性射频卡，一表一卡，不可复制IC 卡使用寿命使用次数 10 万

3、次报警方式剩余水量2 m3时报警，用完剩余水后关阀静态工作电流0.5mA 开阀或关阀时的工作电流500mA 常用流量误差 2%工作温度温度：0 一 90（FY 系列）工作水压0.1 MPa0.6MPa 材料铜（1）要保证水表正常工作，水平位置相对水塔内的水面高度差的范围应是多少？（g 取 10N/kg）（2）如果水表仅处在静态下，最多能使用多少天才需更换电池？水表开阀或关阀时它的电功率是多少？（3）FY25E 型热水表在常用流量状态流出50 的热水时，需要用多大功率、效率为80%的锅炉来加热原来温度为 20 的水？如果连续这样供热水，一昼夜至少需要烧多少煤？（煤的热值是3 107J/kg）（4

4、）FY 一 15E 热水表报警后，在常用流量下用水，大约还能用几小时？（5）FY20E 水表出水口水的最大流速是多少？3小华同学为了节能和方便家人洗澡，用废弃的汽油桶在房顶上自制了一个简易太阳能热水器，如图是它的安装示意图在水箱上下安有二根管子，其中一根是进出水管，给热水器上冷水或淋浴时用热水，都是通过进出水管来完成，室内进出水管上安有三个阀门若当地的大气压强p0=1.0 105Pa，请回答下列问题：（1）小华为什么要在热水器上方安装一根与大气相通的管子A？（2）根据阀门I、II、的位置，说明它们的作用是什么？如何调节喷头出水的温度？（3）给热水器上冷水时，阀门I、II、III 应当处于何种状

5、态？洗澡时，阀门I、II、III 应当处于何种状态？（4）如果小华同学住的居民楼层高为3m，他家的热水器安装在七楼楼顶上，且距楼顶高1m，那么该地区的水压至少为多大，才能顺利为热水器上水？（5）设热水器水箱容积为100L，在一般的光照条件下，一满箱12 的水经白天太阳的加热温度可达到45，这相当于多少煤气完全燃烧放出的热量？（已知水的比热容为4.2 107J/（kg?），煤气的热值约4.2 107J/kg）竞赛-比热容与热量的计算（2）参考答案与试题解析一解答题（共3 小题）1洗浴用的电热水器的电功率是1.2kW，热水器内筒的直径是30cm，高是 50cm如果加热过程中的热量散失率为 10%，

6、则把水从20 加热到 70 需要多长时间？考点：热量的计算；密度公式的应用；电功率的计算菁优网版权所有专题：计算题分析：电热水器工作时，电能转化为内能，电热水器工作时放出的热量为：Q放=W=Pt 知道热水器的内筒的直径，求半径，又知道高，求出水的体积，求出水的质量水吸收的热量为：Q吸=cm（tt0）电热水器放出热量的（1 10%）被水吸收，列出等式，求出电热水器工作的时间解答：解：水的质量：m=V =r2h=（）2h，水升温吸收的热量：Q吸=cm（tt0）=c（）2h（tt0），电热器放出的热量：Q放=Pt，Q吸=Q放，c（）2h（tt0）=Pt，4.2 103 J/（kg?）3.14（）2

7、0.5m 1.0 103kg/m3（70 20）=1200W t（110%），t=6868.75s=1.9h 答：加热的时间是1.9h点评：电热水器放出热量的（1 10%）被水吸收，列出等式，这是本题的关键对于热量计算题，一般情况下列出等式，再进行计算，能约掉的约掉，使计算简单化2现在有些住宅区使用的水表是预付费式的水表，每个用户一表一卡，凭卡用水，卡中数据输入表中，水表自动开阀供水所购水用完后自动关阀断水，用户必须重新购水，方能重新用水如图是某水表厂生产的预付费式的IC卡水表，其主要技术参数如表所示请根据表中的数据，回答下列问题：项目FY15E 热水表FY20E 热水表FY25E 热水表质量

8、1.4 1.8 2.5 长度165 mm 195 mm 225 mm 口径（DN）15 mm 20mm 25mm 过载流量3m3/h 5m3/h 7m3/h 常用流量1.5m3/h 2.5m3/h 3.5m3/h 分界流量0.12m3/h 0.2m3/h 0.3m3/h 最小流量0.03m3/h 0.05m3/h 0.07m3/h 起动流量 0.010m3/h 0.012m3/h 0.017m3/h 水表性能B 级表密封性1.6MPa 水压，15min 内不泄漏最小读数0.0001 m3最大读数9999.9999 m3用户窃水自动关阀并提示电源3.6V、2.4Ah 锂电池 2 节串联IC 卡的

9、保密性射频卡，一表一卡，不可复制IC 卡使用寿命使用次数 10 万次报警方式剩余水量2 m3时报警，用完剩余水后关阀静态工作电流0.5mA 开阀或关阀时的工作电流500mA 常用流量误差 2%工作温度温度：0 一 90（FY 系列）工作水压0.1 MPa0.6MPa 材料铜（1）要保证水表正常工作，水平位置相对水塔内的水面高度差的范围应是多少？（g 取 10N/kg）（2）如果水表仅处在静态下，最多能使用多少天才需更换电池？水表开阀或关阀时它的电功率是多少？（3）FY25E 型热水表在常用流量状态流出50 的热水时，需要用多大功率、效率为80%的锅炉来加热原来温度为 20 的水？如果连续这样供

10、热水，一昼夜至少需要烧多少煤？（煤的热值是3 107J/kg）（4）FY 一 15E 热水表报警后，在常用流量下用水，大约还能用几小时？（5）FY20E 水表出水口水的最大流速是多少？考点：电功率的计算；压强的大小及其计算；大气压的综合应用；能量利用效率；热平衡方程的应用；电功计算公式的应用 菁优网版权所有专题：计算题；压轴题；信息给予题；学科综合题分析：（1）由表格信息可知工作水压的范围，而工作水压的大小等于大气压和水产生的压强之和，利用P=gh 的变形式求出水平位置相对水塔内的水面高度差的范围（2）由表格信息可知电池的容量和静态工作时的电流，根据公式I=的变形式求出电池工作的时间；由表格信

11、息可知开阀或关阀时的工作电流以及电源，根据P=UI 求出它的电功率（3）由表格信息可知FY25E 型热水表的常用流量，根据Q=cm t、m=V、效率公式求出锅炉的功率；根据煤放出的热量和水吸收的热量相等，利用Q=mq 和 Q=Pt 得出等式即可求出一昼夜至少需要燃烧的煤（4）由表格信息可知FY15E 型热水表的常用流量和水表报警时剩余的水量，还可使用的时间等于剩余水量和常用流量的比值（5）由表格信息可知FY20E 型热水表的过载流量和出水口的口径，水表的最大流速等于过载流量和出水口横截面积的比值解答：解：（1）从表中可知：水表的工作水压是0.1MPa0.6MPa，由工作水压p=gh+p0，得

12、h=，所以 h1=0m，h2=50m，故高度差范围是0m50m（2）从表中可知：电池的容量为2.4Ah，静态工作电流0.5mA，所以电池工作的时间t=9600h=400 天；从表中可知，水表开阀或关阀时，水表通过的电流为500mA，电源是由两节3.6V 的电池串联组成，即电源两端的电压为7.2V，所以水表开阀或关阀时的电功率P=UI=7.2V 0.5A=3.6W（3）从表中可知：FY25E 型热水表的常用流量为3.5m3/h，即该水表此时每小时流出3.5m3的水；由 Q吸=cm（tt0）和 Q吸=Pt1得：锅炉的功率为P=1.53 105W由题意可知：Q放=Q吸，根据 Q放=mq 和 Q吸=P

13、t2得：一昼夜至少需要燃烧的煤：m=440.6kg（4）从表中可知：FY15E 型热水表的常用流量为1.5m3/h，水表报警时，剩余水量为2m3，用完这 2m3水后关阀即 t=1.33h（5）从表中可知：FY20E 型热水表的过载流量为5m3/h，出水口的口径为20mm，水表的最大流速=过载流量/出水口的横截面积即 v=4.4m/s答：（1）要保证水表正常工作，水平位置相对水塔内的水面高度差的范围应为0m50m；（2）如果水表仅处在静态下，最多能使用400 天才需更换电池，水表开阀或关阀时它的电功率为3.6W；（3）FY25E 型热水表在常用流量状态流出50 的热水时，需要用1.53 105W

14、 大功率、效率为80%的锅炉来加热原来温度为20 的水，如果连续这样供热水，一昼夜至少需要烧约为440.6kg 的煤；（4）FY 一 15E 热水表报警后，在常用流量下用水，大约还能用1.33 小时；（5）FY20E 水表出水口水的最大流速约为4.44m/s点评：本题考查了液体压强公式、电流的定义式、电功率公式、吸热公式、效率公式、热量公式和流速公式的计算和应用，涉及的知识点较多，综合性强，关键是能从表格中得出相关的信息并进行计算3小华同学为了节能和方便家人洗澡，用废弃的汽油桶在房顶上自制了一个简易太阳能热水器，如图是它的安装示意图在水箱上下安有二根管子，其中一根是进出水管，给热水器上冷水或淋

15、浴时用热水，都是通过进出水管来完成，室内进出水管上安有三个阀门若当地的大气压强p0=1.0 105Pa，请回答下列问题：（1）小华为什么要在热水器上方安装一根与大气相通的管子A？（2）根据阀门I、II、的位置，说明它们的作用是什么？如何调节喷头出水的温度？（3）给热水器上冷水时，阀门I、II、III 应当处于何种状态？洗澡时，阀门I、II、III 应当处于何种状态？（4）如果小华同学住的居民楼层高为3m，他家的热水器安装在七楼楼顶上，且距楼顶高1m，那么该地区的水压至少为多大，才能顺利为热水器上水？（5）设热水器水箱容积为100L，在一般的光照条件下，一满箱12 的水经白天太阳的加热温度可达到

16、45，这相当于多少煤气完全燃烧放出的热量？（已知水的比热容为4.2 107J/（kg?），煤气的热值约4.2 107J/kg）考点：大气压强的存在；热平衡方程的应用菁优网版权所有专题：计算题；应用题分析：（1）用一根管子和外界相连通，构成连通器，主要作用是排出桶内的气体和加水过多时，向外溢水（2）阀门的作用是控制向水箱内加入冷水；阀门的作用是控制进入淋浴喷头的热水；阀门的作用是控制进入淋浴喷头的冷水调节阀门和阀门进入淋浴喷头的冷热水的来可以改变淋浴喷头喷出的水的温度（3）加冷水时，阀门 打开，阀门 和 关闭，冷水即可通过进水管进入到水箱内洗澡时阀门关闭，阀门 和 打开（4）水箱的高度h=3m

17、7+1m=22m，加水时需要克服水的压强和外界大气压强，因此，通过公式 P=P水+P0=水gh+P0计算出需要的水压（5）首先通过公式m=V 计算出水的质量，再通过公式Q吸=cm（tt0）计算出水吸收的热量，即为煤气完全燃烧放出的热量，再用Q吸除以煤气的热值q 求出煤气的质量m解答：解：（1）A 管的作用一是排气，二是溢水因为汽油桶改做水箱后，如果不安装A 管排气的话，上水时会把一些空气密闭在里面，就不易将水注满；而且，上方的空气还影响箱内水温升高（2）阀门的作用是控制进入水箱的冷水；阀门的作用是控制进入淋浴喷头的热水；阀门的作用是控制进入淋浴喷头的冷水通过阀门调节进入淋浴喷头的热水多少、阀门

18、调节进入淋浴喷头的冷水的多少，这样就可以改变淋浴喷头喷出的水的温度（3）给热水器上水时，阀门应打开，阀门、阀门 应关闭洗澡时，阀门 应关闭，阀门、阀门应打开故答案为：阀门 打开，阀门、阀门关闭；阀门 关闭，阀门、阀门打开（4）水箱距地面高度h=22m该地区的最低供水水压，P=P水+P0=gh+p0=1.0 103kg/m3 10N/kg 22m+1 105Pa=3.2 105Pa答：该地区的最低供水水压为3.2 105Pa（5）水的体积V=100L=0.1m3，水的质量m=V=1.0 103kg/m3 0.1m3=100kg水箱内的水吸收的热量Q吸=cm（tt0）=4.2 103J/（kg?）100kg（45 12）=1.39 107J如果靠煤气燃烧放出这些热量，需完全燃烧的煤气的质量为m=0.33kg 答：需要燃烧煤气的质量为0.33kg点评：此题考查的知识点比较多，联系生活实际，考查学生应用物理知识解决实际问题的能力体现了物理来源于生活，服务于社会的新课程理念