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第十三、十四章 专题训练 热学综合计算
1．为了探究某物质在固态和液态时的吸热能力，小芳同学用酒精灯（火焰大小保持不变）均匀加热0.4kg该种固体，根据实验数据绘制出的图像如图所示。通过查阅资料，已知该物质液态（BC阶段）时的比热容为3×103J/（kg ℃）。
（1）求该物质在BC段共吸收了多少热量？
（2）经测量，BC阶段消耗热值为3.0×107J/kg的酒精10g（酒精完全燃烧），求在BC阶段的热转化效率为多大？
（3）该物质在固态（OA阶段）时的比热容为多大？
2．随着国家的发展，我国人民的生活水平不断提高，汽车已进入千家万户，某品牌国产汽车以20m/s的速度在平直公路上匀速行驶50km，消耗汽油3L，汽车发动机功率为12kW，已知：汽油的热值q＝4.6×107J/kg，汽油的密度ρ＝0.7×103kg/m3。求该汽车匀速行驶50km过程中：
（1）汽车发动机的牵引力；
（2）3L汽油完全燃烧产生的热量；
（3）发动机的效率（结果保留整数）。
3．一款无人驾驶汽车以某速度在一段平直的公路上匀速行驶了一段距离时，消耗汽油2kg。汽油机的效率为30%，那么，在这段运动过程中，［汽油的热值为4.5×107J/kg，］求：
（1）汽油完全燃烧放出的热量是多少？
（2）假设该汽车在这次行驶过程中，发动机排出的废气带走的能量占汽油完全燃烧放出热量的42%，一个标准大气压下，这些废气的能量全部被初温20℃，质量100kg的水吸收，水升高的温度是多少？
（3）如果汽油机的效率不变，汽车匀速运动时的受到阻力为1000N，消耗2kg汽油汽车通过的路程是多少？
4．物理兴趣小组的同学在比较沙子和水的吸热能力时，选用了两只完全相同的酒精灯分别给质量都是0.2kg的沙子和水加热（水和沙子每秒吸收的热量相同）。他们绘制出沙子与水的温度随加热时间变化的图象如图所示，使用酒精灯加热2min，消耗酒精7g（假设酒精完全燃烧）。已知酒精的热值为3×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg ℃）。求：
（1）加热2min水吸收的热量；
（2）酒精灯的加热效率；
（3）沙子的比热容。
5．在某热学实验中，小明在烧杯中放入100g的碎冰，试管中放入20g的碎冰，并各放了一支温度计组成如图甲所示的实验装置，实验过程中。A、B两个温度计的示数随时间变化的图象如图乙所示，其中实线部分为A温度计随时间变化的图象，虚线部分为B温度计随时间变化的图象，假设烧杯和试管中的冰（或水）在整个实验过程中质量不变且每分钟吸收的热量恒定不变，已知：水的比热容，冰的比热容为，酒精的热值为，求：
（1）烧杯中的冰0~4min过程中吸收的热量；
（2）烧杯中的水在第14min时的温度；
（3）如果在2min~4min过程中消耗0.08g的酒精，这些酒精完全燃烧放出的热量有10%间接地被试管中的冰吸收，则试管中的冰在熔化过程中吸收的热量。
6．在冬天的时候一家人聚在一起吃上一顿美美的火锅不是一种很让人舒心的事情吗？爱吃火锅的细心食客不难发现，现在市里一些火锅店、饭店、酒店等都选用了一种配备丁烷气罐的一种新型便携式的燃气炉。丁烷气罐外形小巧，火力也很大，最重要的是方便干净，适用于短时间内吃火锅的顾客，也适用于野外郊游野炊用。如图所示为亨味达牌便携式丁烷气炉。[q丁烷=5.0×107J/kg，c合金=0.8×103J/(kg·℃)]
其参数如表
耗气量 发热量 热效率 产品净重 产品毛重 说明
192g/h 2.9kW 65% 1.5kg 2.0kg 250g猛火力燃烧80min
某火锅店使用此燃气炉给顾客煮羊肉，盛肉的锅为1kg的合金锅，其内装有20℃、2kg的温水。计算结果保留小数点后两位
（1）完全燃烧0.2kg的丁烷气体可释放出多少J的热量？
（2）要使锅内的水烧开（当地为1标准大气压），水和锅一共需要吸收多少J的热量？
（3）若燃气炉以最大的火力工作，要把锅内的水烧开，燃气要持续燃烧多少h？
7．液化石油气的热值高达4.6×107J/kg，一些不法商贩为牟取暴利，常将液化石油气与价格低廉、热值仅为2.9×107J/kg的二甲醚混合装入钢瓶内销售给客户；邓州市质监局对某液化石油气站销售的瓶装燃气进行检测：将质量为100kg、初温为20℃的水装入容器内，用高效炉灶燃烧瓶内燃气加热容器中的水，直至100℃恰好沸腾，瓶内燃消耗了1.6kg；通过高效炉灶，水能吸收燃气完全燃烧释放热量的60%；已知c水＝4.2×103J/（kg ℃），问：
（1）水吸收的热量为多少？
（2）燃气燃烧放出的热量为多少？
（3）瓶内燃气的热值是多少？
（4）该液化石油气站销售的瓶装液化石油气有无掺混二甲醚？为什么？
8．某品牌汽车汽油机的能量流程图如图所示，某段时间内四冲程汽油机的每个气缸每秒钟做功20次，汽车行驶过程中消耗汽油0.2kg，假设这些汽油完全燃烧，[已知汽油的热值为，]，求在这段时间内：
（1）飞轮的转速；
（2）牵引力做的功；
（3）水箱中20kg的冷却水升高的温度（不计热散失）。
9．国庆假期期间小明在一次使用燃气灶烧水时，突然想到要估算一下他家的燃气灶在烧水时的效率；于是他用标有“500ml”字样的矿泉水瓶先后接满了4瓶自来水，倒入烧水壶中，点火前，他观察到燃气表的示数如图所示，待水壶中的水烧开后，燃气表的读数为45.933m3．通过查阅资料，他找到天然气的热值为3.8×107J/m3，请你帮助小明计算以下数据：
[水的初温约为20℃，开水的温度为100℃；水的比热容为4.2×103J/（kg ℃）；在此过程中，不考虑烧水过程中壶中水因汽化发生的质量变化]；
（1）壶中的水的质量和烧开这壶水所消耗的天然气；
（2）水烧开时，这壶水所吸收的热量；
（3）此次烧开水所消耗的天然气完全燃烧时所能释放的热量；
（4）烧开这壶水过程中，小明家燃气灶的效率是多少？
10．冬天喝牛奶前人们常常将其放在热水中待一会儿，如图甲所示。陈娜同学想根据这一现象测牛奶的比热容，她将质量为的牛奶放入的热水中，同时用两支温度计测出牛奶和水的温度的变化，将实验数据描在坐标纸上，用平滑的曲线将这些点连接起来得到如图乙所示的两条图线。求：[忽略热量的损失、盛牛奶和水的器皿吸放热的影响，]
（1）牛奶的比热容。
（2）若用热值为的酒精对牛奶加热，使其升高相同的温度，需要酒精的质量。
11．小雅家购买了一台“太阳帆”牌太阳能热水器（如图），其参数如下：
真空管直径×长度（mm） 70×1800 规格（支管） 15
外形尺寸（mm） 1840×1597×1765 保温层（mm） 60
水箱容量（L） 200 采光面积（m2） 2.1
假设太阳光的日照强度为（日照强度表示每平方米面积上1h得到的太阳光的能量）。若每天接收太阳能的时间以8h计算，热水器能把接收到的太阳能的50%转变成水的内能。（J/（kg·℃），kg/m3）
（1）当水箱装满水时，水的质量为？
（2）若使用天然气加热同样多的水，使其温度从20℃升高到45℃时，假设天然气放出的热量全部被水吸收，则需要燃烧多少m3天然气？[天然气的热值为J/m3]
（3）正常光照下一天内该热水器能让一箱初温为20℃的水温度升高到多少摄氏度？
12．如图所示四缸发动机工作原理，内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个气缸在做功，其他三个气缸分别在做吸气、压缩和排气工作。此四缸发动机的主要技术指标如下表所示，其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积是指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单杠排量，它取决于活塞的面积与活塞上下运动的距离，当发动机以最大功率工作时，曲轴转速为5500r/min，汽油的热值为4.6×107J/kg，求：
排量 1.6L
最大功率 66kW
（1）这辆发动机的单缸排量V0为多少？
（2）在做功冲程，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，当发动机以最大功率工作时，在每一个做功冲程里，燃气对活塞所做的功W1为多少？
（3）试求这辆汽车对发动机以最大功率工作时，做功冲程中燃气对活塞的平均压强？
参考答案
1．（1）4.8×104J；（2）16%；（3）1.5×103J/（kg ℃）
2．（1）600N；（2）9.66×107J；（3）31%
3．（1）9×107J；（2）80℃；（3）2.7×104m
4．（1）4.2×104J；（2）20%；（3）1000J/（kg ℃）
5．（1）2.1×103J；（2）5℃；（3）6×102J
6．（1） 1.0×107 J； （2） 7.36×105 J；（3） 0.12h
7．（1）3.36×107J；（2）5.6×107J；（3）3.5×107J/kg；（4）该液化石油气站销售的瓶装液化石油气有掺混二甲醚，因为瓶内燃气的热值小于液化石油气的热值
8．（1）2400r/min；（2）2.52×106J；（3）30℃
9．（1）0.042m3；（2）6.72×105J；（3）1.596×106J；（4）42%
10．（1）；（2）5.25×10-4kg
11．（1）200kg；（2）0.5m3；（3）50℃
12．（1）；（2）；（3）

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