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(共24张PPT)
沪粤版 九年级
第十二章　内能与热机
能量利用效率的综合计算
专项训练
小华家里用的是天然气灶，他尝试估测该灶的效率。小华在水壶中加入5 L水，水的初温是20 ℃，然后将水烧开，他观察天然气表发现此次烧水用了0.1 m3天然气，天然气的热值为3.5×107 J/m3，水的比热容
c＝4.2×103 J/(kg·℃)，当地大气压为标准大气压。求：
1
解：水的质量m＝ρ水V水＝
1.0×103 kg/m3×5×10－3 m3＝5 kg，
水吸收的热量Q吸＝cm(t2－t1)＝4.2×103 J/(kg·℃)×
5 kg×(100 ℃－20 ℃)＝1.68×106 J。
(1)水吸收的热量Q吸(不计水的热量损失)。
解：天然气完全燃烧放出的热量
Q放＝qV＝3.5×107 J/m3×0.1 m3＝3.5×106 J。
(2)天然气完全燃烧放出的热量Q放。
(3)天然气灶的效率η。
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【2023·吕梁期末】“环境小组”的同学在研究性活动中对小明家新装燃气热水器(如图甲)耗能进行测试，按表中热水器铭牌事先在热水器水箱中注满水，将与计算机相连的红外线热传感器接入热水器水箱后，开始加热。计算机显示出热水器中水的温度随时间变化的图象如图乙所示。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值约为4×107 J/m3]
名称：燃 气热水器 能耗等级 热效率 容量/L 适应水压/
MPa
适用： 天然气 Ⅱ 75% 10 0.02～0.8
解：水箱注满水后，水的体积V水＝10 L＝10 dm3＝10×10－3 m3，则水的质量m水＝ρ水V水＝1.0×103 kg/m3×10×10－3m3＝10 kg，由图象可知，加热4 min，水的温度从20 ℃升高到70 ℃，水吸收的热量
Q吸＝c水m水(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×10 kg×(70 ℃－20 ℃)＝2.1×106 J。
(1)加热4 min，水吸收的热量为多少？
(2)加热4 min，消耗了多少天然气？
3
【2022·锦州】如图所示是我国自行设计研制的AG600全状态新构型灭火飞机。若该飞机以270 km/h的速度匀速直线航行20 min，消耗航空燃油1.35 t，飞机发动机的功率为2.25×107 W。(航空燃油的热值为4×107 J/kg)求：
解：消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量
Q放＝qm＝4×107 J/kg×1.35×103 kg＝5.4×1010 J。
(1)消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量。
(2)飞机在航行过程中受到的阻力。
(3)发动机的效率。
4
【2022·黑龙江】疾控部门要经常对环境进行消杀。一台运送消毒液的车辆，满载后总质量为14 t，车轮与地面总接触面积为0.4 m2，该车沿平直公路匀速行驶4.6 km后到达目的地，共消耗汽油5 kg，车匀速行驶过程中，牵引力始终为1.5×104 N，汽油的热值q＝4.6×107 J/kg。求：
解：车满载时受到的总重力
G＝mg＝14×103 kg×10 N/kg＝1.4×105 N。
(1)车满载时受到的总重力。
(2)车满载后静止在水平地面上时对地面的压强。
(3)车行驶过程中发动机的效率。
5
【2022·怀化】2022年北京冬奥会示范运营1 000多辆氢燃料电池车(如图所示)，该车排放物是水，不产生任何污染物，是当前世界新能源汽车重要的发展方向。假设某国产氢燃料电池车总质量为5×103 kg。在某次测试中该车匀速行驶时受到的阻力是车重的0.02倍，
在0.5 h内行驶了28 km的路程，消耗的氢能源为0.4 kg。(不考虑氢能源燃料消耗对车质量的影响，已知q氢＝1.4×108 J/kg，g取10 N/kg)求该测试过程中氢燃料电池车：
(1)行驶的平均速度。
解：车受到的重力G＝mg＝5×103 kg×10 N/kg＝5×104 N，
汽车做匀速直线运动，牵引力和阻力是一对平衡力，
所以车受到的牵引力F＝f＝0.02G＝0.02×5×104 N＝1 000 N，
牵引力做的功W＝Fs＝1 000 N×28×103 m＝2.8×107 J。
(2)牵引力做的功。
(3)氢能源燃烧释放的能量转化为机械能的效率。
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【2023·新余市第一中学月考】太阳能是21世纪重点开发利用的能源之一，如今太阳能热水器已走进千家万户。如图所示，某家庭太阳能热水器阳光照射时，平均每小时吸收7.0×106 J的太阳能，若热水器吸收
8 h的太阳能，可以使质量为100 kg的水温度升高
50 ℃。已知水的比热容
c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，
天然气的热值q＝3.5×107 J/m3。
解：水吸收的热量Q吸＝c水mΔt＝
4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×50 ℃＝2.1×107 J。
(1)求水吸收的热量。
(2)求该太阳能热水器的效率。
(3)若这些水吸收的热量由天然气来提供，假设天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收，则需要多少天然气？

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