中考物理必考计算-比热容、热机效率

中考物理必考计算—比热容、热机效率1．一辆汽车为某高速公路做通车测试。汽车以120km/h的速度匀速通过60km的水平路段，消耗汽油3kg，发动机的效率是30%．求：（g取10N/kg，汽油的热值q＝4.6×107J/kg）（1）汽车行驶时间。（2）汽油完全燃烧释放的热量（3）汽车牵引力做功的功率。解：（1）由v=st可得，汽车通过这段路程所需的时间：t（2）汽油完全燃烧释放的热量：Q＝mq＝3kg×4.6×107J/kg＝1.38×108J；（3）由η=WQ可得，牵引力所做的功：W＝ηQ＝30%×1.38×108J＝4.14×10汽车牵引力做功的功率：P=Wt=答：（1）汽车行驶时间为0.5h。（2）汽油完全燃烧释放的热量为1.38×108J；（3）汽车牵引力做功的功率为2.3×104W。2．某油电混合动力汽车工作原理如图所示，当它以90km/h的速度匀速行驶10min的过程中，发动机和驱动电机共同为汽车提供动力，驱动汽车行驶所需的能量E1＝3×107J，其中η1＝60%来自于汽油燃烧，而汽油燃烧放出热量的η2＝40%用于驱动汽车行驶和对蓄电池充电，其中用于充电的能量E2＝2×106J，设汽油在发动机气缸内完全燃烧，汽油热值取q＝5×107J/kg。（1）当该汽车制动刹车时，驱动电机会反转为发电机给蓄电池充电，电机发电的原理是，产生的电能是从汽车的能转化而来的。（2）求题述过程中汽车受到的阻力；（3）题述过程中，汽车所消耗汽油的质量用m表示。①求汽车所消耗汽油的质量m；②请将下列表达式填写完整：η1E1＝（用q、m、η2和E2表示）解：（1）电机发电的原理是电磁感应现象，工作时将机械能转化为电能；（2）根据速度公式v=st知，以90km/h的速度匀速行驶10min的过程中通过的路程：s＝vt＝90km/h汽车匀速行驶的牵引力为F=W因为汽车做匀速直线运动，所以阻力和牵引力是一对平衡力，大小相等，即f＝F＝2000N；（3）汽车行驶时，汽油燃烧放出的热量为mq，其中只有η2mq用来行驶和充电，根据题意，则有η2mq＝E1η1+E2，即E1η1＝η2mq﹣E2，代入数据得60%×3×107J＝40%×5×107J/kg×m﹣2×106J，解得：m＝1kg。答：（1）电磁感应；机械；（2）汽车受到的阻力为2000N；（3）①汽车所消耗汽油的质量m为1kg；中考物理必考计算—比热容、热机效率3．已知天然气的热值为3.8×107J/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）。求：（1）完全燃烧1.4×10﹣2m3天然气放出多少热量？（2）若某天然气灶的效率为60%，则这些天然气可将质量为3.8kg，初温为25℃的水加热到多少℃？（当地的大气压强为1标准大气压）解：（1）完全燃烧1.4×10﹣2m3天然气放出的热量：Q放＝Vq＝1.4×10﹣2m3×3.8×107J/m3＝5.32×105J；（2）由η=QQ吸＝ηQ放＝60%×5.32×105J＝3.192×105J；由Q吸＝cm△t可得，水升高的温度：△t=Q则水的末温度为：t＝t0+△t＝25℃+20℃＝45℃。答：（1）天然气放出的热量为5.32×105J；（2）这些天然气可将初温为25℃的水加热到45℃。4．2019年5月6日，聊城首批30辆氢燃料新能源公交车投放使用。氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，被认为是21世纪最理想的能源，[c水＝4.2×103J/（kg•℃）；q氢＝1.4×108J/kg）求：（1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量；（2）若这些热量全部被质量为200kg，温度为15℃的水吸收，则水升高的温度；（3）某氢能源公交车以140kW的恒定功率做匀速行驶，如果0.3kg的氢燃料完全燃烧获得热量的焦耳数和公交车所做的功相等，则这些热量能让该公交车匀速行驶多长时间。解：（1）0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量：Q＝mq＝0.3kg×1.4×108J/kg＝4.2×107J；（2）水吸收的热量：Q吸＝Q放＝4.2×107J，由Q吸＝cm△t得水升高温度：△t=Q（3）公交车所做的功：W＝Q放＝4.2×107J，由P=Wt得公交车行驶时间：t答：（1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出4.2×107J热量；（2）若这些热量全部被质量为200kg，温度为15℃的水吸收，则水升高50℃；（3）这些热量能让该公交车匀速行驶300s。中考物理必考计算—比热容、热机效率5．小颖同学一家自驾车出去旅游．她从轿车里程表和油量计上看出，她家小轿车100km的耗油量是10L；从爸爸那里得知，该车在平直公路上匀速行驶时的牵引力为653.2N；从书上查得汽油的密度是0.71×103kg/m3，热值是4.6×107J/kg。若不计空气阻力，求：（1）该车行驶100km消耗汽油的总能量；（2）该车匀速行驶100km的效率。解：（1）V＝10L＝10×10﹣3m3，根据公式ρ=mV可知，汽车行驶100km消耗的汽油质量为：m＝ρV＝0.71×103kg/m3×10×10﹣3m该车100km消耗的总能量为：Q＝mq＝7.1kg×4.6×107J/kg＝3.266×108J；（2）s＝100km＝1×105m，100km的有用功为：W＝Fs＝653.2N×1×105m＝6.532×107J；该车匀速行驶100km的效率为：η=W答：（1）该车行驶100km消耗汽油的总能量为3.266×108J；（2）该车匀速行驶100km的效率为20%。6．如图甲所示，1标准大气压下，普通煤炉把壶内20℃，5kg水烧开需完全燃烧一定质量的煤，此过程中，烧水效率为28%，为提高煤炉效率，浙江大学创意小组设计了双加热煤炉，如图乙所示，在消耗等量煤烧开壶内初温相同，等量水的过程中，还可额外把炉壁间10kg水从20℃加热至40℃，q煤＝3×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃），以上过程中，问：（1）普通煤炉完全燃烧煤的质量有多大？（2）双加热煤炉的烧水效率有多大？解：（1）1标准大气压下水的沸点为100℃，把壶内20℃，5kg水烧开，水吸收的热量：Q吸＝c水m水△t1＝4.2×103J/（kg•℃）×5kg×（100℃﹣20℃）＝1.68×106J；普通煤炉的烧水效率为28%，由η=QQ放=Q吸η由Q放＝mq可得普通煤炉完全燃烧煤的质量：m煤=Q（2）由题可知，双加热煤炉还可额外把炉壁间10kg水从20℃加热至40℃，则炉壁间水吸收的热量：Q吸′＝c水m水′△t2＝4.2×103J/（kg•℃）×10kg×（40℃﹣20℃）＝8.4×105J，而壶内水的初温、末温以及质量均不变，则壶内水吸收热量不变，所以，双加热煤炉中水吸收的总热量：Q吸总＝Q吸+Q吸′＝1.68×106J+8.4×105J＝2.52×106J；由题意可知，双加热煤炉与普通煤炉消耗煤的质量相等，则这些煤完全燃烧放出的热量不变，所以，双加热煤炉的烧水效率：η′=Q吸总Q中考物理必考计算—比热容、热机效率7．一辆汽车为50km长的新建大桥进行通车测试，如图所示。汽车总质量为1.5t，以100km/h的速度匀速通过大桥，受到的阻力是总重的0.08倍，全程消耗了4kg的汽油。g取10N/kg，求汽车通过大桥；（1）所需的时间；（2）牵引力所做的功；（3）汽油机的效率。（q汽油＝4.6×107J/kg）解：（1）由v=st可得，所需的时间：t（2）汽车总质量m＝1.5t＝1.5×103kg，汽车的总重力G＝mg＝1.5×103kg×10N/kg＝1.5×104N，汽车受到的阻力是总重的0.08倍，即f＝0.08G＝0.08×1.5×104N＝1.2×103N，因为匀速通过大桥，所以牵引力F＝f＝1.2×103N，牵引力所做的功W＝Fs＝1.2×103N×5×104m＝6×107J；（3）汽油完全燃烧放出的热量Q＝mq＝4kg×4.6×107J/kg＝1.84×108J，汽油机的效率η=WQ×答：（1）所需的时间为0.5h；（2）牵引力所做的功为6×107J；（3）汽油机的效率为32.6%。8．2017年5月18日，中国科学家首次在南海试采可燃冰取得圆满成功，实现了我国天然气水合物开发的历史性突破。可燃冰清洁无污染，储量巨大，是一种非常理想的新型能源。可燃冰的热值很大，是天然气热值的10倍以上，若按15倍计算。[c水＝4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值q＝7.0×107J/m3]求：（1）体积为0.01m3的可燃冰完全燃烧放出的热量为多少？（2）若这些热量的90%被质量为100kg的水吸收，则水升高的温度是多少？解：（1）由题意可得，可燃冰的热值：q可燃冰＝15q天然气＝15×7.0×107J/m3＝1.05×109J/m3；0.01m3“可燃冰”完全燃烧放出的热量：Q放＝Vq可燃冰＝0.01m3×1.05×109J/m3＝1.05×107J；（2）由η=Q吸Q放得被水吸收的热量：Q吸＝ηQ放＝90%×1.05×10由Q吸＝cm△t可得，水升高的温度：△t=Q答：（1）0.1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为1.05×107J；（2）水升高度的温度是22.5℃。中考物理必考计算—比热容、热机效率9．一辆汽车以恒定的功率在平直的公路上做直线运动，其v﹣t图象如图所示，在第10s时速度达到20m/s，通过的路程为120m。求：（1）设汽车在行驶过程中所受阻力不变，大小为f＝4000N，那么在0～10s内汽车发动机产生的牵引力所做的功是多少？（2）若发动机的转化效率为80%，则需要燃烧多少千克汽油才能使发动机做这么多功？（已知汽油的热值大约为5×107J/kg）解：（1）由图可知，10s后汽车做匀速直线运动，速度v＝20m/s，根据二力平衡条件可得，牵引力：F＝f＝4000N，则汽车的功率为：P=Wt=在0～10s内汽车发动机产生的牵引力所做的功：W＝Pt＝8×104W×10s＝8×105J；（2）由η=WQ=Wη=由Q＝mq可得需要燃烧汽油的质量：m=Q答：（1）在0～10s内汽车发动机产生的牵引力所做的功是8×105J；（2）若发动机的转化功率为80%，则需要燃烧0.02kg汽油才能使发动机做这么多功。10．小明家新买了一辆使用汽油为燃料的小汽车。细心的小明发现行驶的速度不同时，耗油量不同。当小汽车以90km/h的速度匀速行驶时最省油，此时发动机的有用功率为25kW．若小汽车以最省油的速度行驶135km