热学综合应用专题.docx
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热学综合应用专题
热学综合应用专题
热学基本计算（比热容）
1.（2011·山东青岛）质量为2kg的某种物质，吸收8.4×104J的热量，温度升高20℃，它的比热容为多少J/（kg·℃）？
2.（2011·北京）某太阳能热水器中装有质量为50L的水，在阳光的照射下，该热水器中水的温度从25℃升高到45℃。
求这些水吸收的热量。
[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）]
3.（2014•株洲）净含量为350mL（lmL=1×10﹣6m3）的瓶装饮用纯净水的质量为kg．若将其放入冰箱冷藏，温度降低了20℃，则水放出的热量为J．已知水的密度ρ水=1.0×103kg/m3，水的比热容c=4.2×103J/（kg•℃）．一根烧红的铁钉，温度是800℃，质量是1.5g，它的温度降低到20℃，要放出多少热量？
已知铁的比热容为0.46×103J（/kg•℃）
4.（2014•青岛）运用知识解决问题：
（3）一定质量的水从20℃升高到70℃，吸收了4.2×104J的热量，求水的质量是多少？
（请写出计算过程）
5.（2013•沈阳）有一根烧红的铁钉，质量是2g，放出920J的热量后，温度降低到20℃，求铁钉的初温．[c铁=0.46×103J/（kg•℃）]．
5.金属球放在火炉中加热了相当长的时间后，立即取出放到20℃的水中，结果水温升到40℃，再将这金属球放到沸水中，经较长时间后取出放到与上次等质量的水中，结果水的温度由30℃升到32℃，求火炉的温度。
6.（2011全国初中应用物理知识竞赛题）"米线"是一种特色小吃。
端上餐桌的有:
一碗热汤，上面浮着一层油:
一碟切成薄片的鲜肉:
一碗已煮熟的米线。
食客先把肉片放进汤内，稍候再加入米线。
现有以下资料:
汤的初温97°C，比热容4.2×103J/（kg·℃）;肉片的质量为0.2kg，初温22℃，比热容3.5×l03J/（kg·℃）。
基于健康缘故，肉片必须至少在大于80℃的汤中保持2min，在这2min时间里，由于向外界散热整体温度将下降约2℃。
问:
（1）.碗中油层的作用是什么?
（2）.为实现上述的温度要求，碗中汤的质量多少应满足什么条件?
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热学基本计算（热值）
1.（2014•安徽）某太阳能热水器装有100kg、初温为20℃的冷水，经过一天的太阳照射，水温升高到65℃，则这些水吸收的热量是________J，等于完全燃烧m3天然气所放出的热量；
2.天然气与煤相比，热学方面突出的优点是_______；环保方面突出的优点是____．若要将2.5kg初温为20℃的水加热到80℃，至少需要燃烧_____m3 的天然气．（天然气的热值是5×107J/m3 ）
3.（2014•徐州）阅读短文，回答文后的问题
爆米花
爆米花是一种很受欢迎的食品，它通常是由玉米加工而成．那么玉米粒是如何变成爆米花的呢？
传统的爆米机实际上是一个带有密封盖的铁罐子．加工爆米花时，用煤炉给装有玉米粒的爆米机加热，密封在罐里的玉米粒温度不断升高，其中的水分逐渐变成水蒸气，玉米粒内部压强不断增大．部分水蒸气从玉米粒中跑出，进入铁罐内，而铁罐内气体的温度也在不断升高，压强越来越大．玉米粒像吹足气的小气球，但由于受到罐内气压的约束，它们不能爆开．加热到一定程度时，打开爆米机的密封盖，罐内气体压强迅速减小，高温高压的玉米粒突然进入气压较低的环境中，便迅速爆开，变成了爆米花．
（1）加工爆米花的过程中，通过________的方式使玉米粒的内能增加．
（2）加热过程中，玉米粒中的水发生的物态变化是__________．
（3）在整个加工过程中，能反映罐内气体压强p和温度t变化情况的图象是_____．
（4）如果加工一次爆米花需要消耗0.5kg的无烟煤，若这些无烟煤充分燃烧，放出的热量为_________J（无烟煤的热值为3.4×107J/kg）．
4.小刚学习了热学的知识后，知道水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），他想估算一下自己家中每天烧水、做饭需要的热量，于是他仔细记录了家中每天烧水、煮饭、炒菜需要的时间，并把它折算成烧水的时间，相当于每天将40kg的20℃水烧开（加热到100℃）．请计算：
（1）小刚家每天烧水做饭需要多少热量？
（2）如果煤气（即液化石油气）的热值q为4.2×107J/kg，从理论上讲，小刚家每天烧水做饭至少需要多少煤气？
5.（2005•连云港）学习热学知识后，两位同学设计了一个测定液化气热值的实验：
取500g水放入锅中，用温度计测得水的初始温度为20℃，读出液化气表的示数为12.563m3．然后用液化气给水加热，当温度计的示数为80℃时，液化气表的示数为12.560m3．[C水=4.2×103J/（kg•℃），1m3某种气体燃料完全燃烧时所放出的热量叫该种气体燃料的热值]
（1）求实验过程中水吸收的热量Q．
（2）他们用水吸收的热量Q和液化气表的示数差V（即所用液化气的体积），根据q=Q/V计算出了液化气的热值．请回答这个实验方案是否可行？
并说明理由．
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炉子效率的计算
1.小宜学习了热学的知识后，知道水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），他想估算一下自己家中每天烧水、做饭需要的热量，于是他仔细记录了家中每天烧水、煮饭、炒菜需要的时间，并把它折算成烧水时间，相当于每天将50kg、20℃水烧开（加热到100℃）．请计算：
（1）小宜家每天烧水做饭需要多少热量？
（2）如果木柴的热值q为1.2×107J/kg，从理论上讲小宜家中每天烧水做饭需要多少千克的木柴？
（3）但实际生活中小宜家中每天烧水做饭需要完全燃烧2kg的木柴，则2kg的木柴完全燃烧放出的热量是多少？
（4）此时炉子的效率是多少？
2.李明同学学习了有关的热学知识后，知道水的比热容是4.2×103J/（kg•℃），他想估算一下家中每天烧水、煮饭需要的热量．于是他仔细地记录了烧水、煮饭所需的时间，并经折算成烧水时间，相当于每天将100kg、20℃的水烧开．
（1）李明同学家每天生活饮食需要多少热量？
（2）普通煤的热值为3×107J/kg，按每块蜂窝煤含煤0.5kg计算，他家每天实际用煤3kg，推算他家供热系统的热效率是多少？
（3）说明家用煤炉效率低的原因是什么？
（4）家用煤炉除了热效率以外，还有一个重大的问题是什么？
3.（2014•鞍山）某家庭需要将50kg、10℃的水加热到50℃做为生活用水，他们利用煤气灶烧热水时，需要燃烧0.8kg的煤气．已知煤气的热值q=4.2×107J/kg．水的比热容为c=4.2×103J/（kg•℃）．求：
（1）把50kg、10℃的水加热到50℃需吸收的热量；
（2）0.8kg的煤气完全燃烧时放出的热量；
（3）煤气灶烧水的效率．
4小明想计算一下家用天然气灶烧水时的热效率，他用容积为2L的瓶子接满水倒人烧水壶中，并测出水温为20℃，把水刚加热到100℃时，测出消耗天然气0.06m3。
已知天然气热值约为3.9×107J/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）。
求:
（1）天然气灶烧水是把_________能转化为_____________能。
（2）把这些水烧开，需要吸收的热量约为多少?
（3）此次烧水的效率是多少?
5.（2013年兰州）4．（6分）已知煤气的热值为3.6×107J/m3，0.28m3的煤气完全燃烧放出的热量是多少？
若这些热量的50%被温度为20℃，质量为30kg的水吸收，则水温升高多少？
[c水=4.2×103J/（kg·℃）]
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地热能的计算
1.（2014•宜昌）随着人们生活水平的提高，越来越多的家庭采用“水地暖”进行取暖．其原理是以温度不高于60℃的热水为热媒，在埋置于地面以下填充层中的管道内循环流动，加热整个地板，通过地面以热传递方式向室内供热的一种供暖方式（如图所示）．
（1）某房间一段时间内循环流动的水质量为1000kg，进水温度为55℃，出水温度为40℃．这段时间里水向外界放出多少热量？
[水的比热容为4.2×103J/（kg℃）]
（2）“水地暖”以水为媒介，是因为水的比热容较大，请具体说明为什么要利用这一特性．
2.（2014•聊城）煤、石油、天然气的过量开采使人类面临能源危机．某县在冬季利用地热能为用户取暖．县内有一口自喷状态地热井，出水温度为90℃，出水流量为150m3/h．
（1）求每小时流出的地热水温度降低到50℃，所放出的热量．
（2）这些热量如果用天然气蒸汽锅炉供热，且天然气蒸汽锅炉的热效率为90%，则利用上述地热能供暖一小时可以节约多少天然气？
（ρ水=1.0×103kg/m3，c水=4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值为4×107J/m3）
3.（2008•云南）我省有丰富的地热资源，可开发用于居民生活、发电、供暖等．腾冲热海的“大滚锅”呈圆筒形，直径约6m，深1.5m，周围用半圆形石板围成，终年热波喷涌，气浪腾腾，水温高达96.6℃．锅内水的密度取1.0×103㎏/m3，比热容为4.2×103J/（㎏•℃）．（计算结果保留两位小数）
（1）说出应用地热能的两个优点．
（2）求“大滚锅”内水的质量．
（3）若“大滚锅”的水温降到21.6℃可以放出多少热量？
4.晓航的商业成功以后就开始回报家乡，出资为村里打了一口深水井，水温达到40℃，这样全村人冬天都可以用上温泉水。
（1）如图15所示，井深1200m，所用的潜水泵每小时出水60吨，潜水泵正常工作30min，对水做功多少焦耳？
（2）把水注入全自动无塔供水罐中，注满水后，水和罐体总质量为6×104kg，为了使水罐对地面的压强不超过4×104Pa，底座面积至少多大？
（3）用2Kg40℃的温水洗碗，洗完后水温降至20℃，则这些水放出多少热量？
5.地源热泵是利用地下水和土壤温度四季相对稳定的特点，通过少量电能消耗，实现冬、夏季地下与建筑物内完成高效热交换的一种技术。
该技术有节能、环保和低噪音的显著优点，是世界上先进国家可再生能源的重点发展方向，近些年我国也投入了大量的资金试点发展。
2012年11月，我市宝丰县41所中小学的降温取暖工程全部竣工投入使用，采用地源热泵技术为地下水源丰富地区学校教学楼、宿舍楼和办公楼冬季供暖夏季降温，比使用普通用电空调节能30%~40%，图中为宝丰某高中地源热泵机组。
（1）系统利用水作为传热介质，主要是利用了水的特点。
（2）按每小时提供2吨热水（有20℃加热到80℃）计算，供热时每小时可从地下获取多少热量？
（3）这些热量如只靠消耗电能获取，需多大功率的用电器同时工作？
（4）请对这种能源利用方式的优势和局限性作以评价。
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汽车飞机的计算
1.（7分）（2014•江西）莲莲家的汽车尾部上标有“2.0T”的字样，其中“T”就是“涡轮增压”，是利用高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，来带动同轴的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使汽油燃烧更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高发动机效率和减少废气污染的目的．这辆汽车的最低油耗可达0.2kg/（kW•h），已知汽油的热值为4.6×107J/kg．（温馨提示：
最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量；0.2kg/（kW•h）表示获得1kW•h能量消耗0.2kg汽油）．
求：
（1）0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量为多少？
（2）该汽车发动机的效率最高可达多少？
（结果保留整数）
2.（2014•株洲）在火电站内，燃料的化学能经锅炉、蒸汽轮机和发电机最终转化为电能．蒸汽（6分）（2014•威海）我国自主研制的某型新一代战斗机，它具备超音速巡航、电磁隐身、超机动性、超视距攻击等优异性能，该飞机最大起飞质量为37t，最大飞行高度达20000m，最大航行速度达2.5倍声速（合3060km/h），最大载油量为10t，飞机航行时所受阻力的大小与速度的关系见下表：
速度v/（m/s）
100
200
300
400
500
阻力f/N
0.3×104
1.2×104
2.7×104
4.8×104
7.5×104
已知飞机发动机燃油完全燃烧的能量转化为机械能的效率是40%，飞机使用的航空燃油的热值为5×107J/kg．求：
（1）飞机发动机完全燃烧10t燃油获得的能量是多少焦？
（2）当飞机以400m/s的速度巡航时，飞机发动机的输出功率是多少千瓦？
（3）若在飞机油箱中加满燃油，并且以500m/s的速度巡航时，飞机的最大航程约是多少千米？
3.郑州地铁一号线将于2013年底试运行，某学校综合实践活动小组的同学们收集到地铁机车和公交汽车在甲乙两站区间内的相关数据如下:
（1）若甲、乙两地铁站和公交站都相距1.8km，公交汽车每km耗油为0.3kg，试通过计算地铁机车和公交汽车的单人能耗（即:
每个人消耗的能量）说明地铁优点。
（2）近年来，因为空气质量的恶化，阴霾天气增多，危害加重。
请你对保护环境、净化空气提出一点建议。
4..蒸汽轮机的作用是将内能转化为机械能．若锅炉、蒸汽轮机和发电机的效率分别为50%、70%和80%，则火电站的效率为28%．
（19分）（2014•菏泽）阅读下面的材料，解答问题
山东菏泽向“大气污染宣战”
某环保局研究表明：
“PM2.5来源中，机动车的排放占33.1%，排第一位，燃煤污染排放占第二位”．“减少污染排放，还我一片蓝天”成为每一个公民的责任．下面是菏泽有关部门针对“节能减排”采取的部分措施
第三项措施
首批50辆LNG（液化天然气）新能源公交车已经投入运营，如图3所示．为了方便市民出行，市区公交车全面安装“北斗导航系统”，市民可以通过手机（导航系统接收器）查询公交车的动态位置．
（1）“北斗卫星”向手机传送信息，传播媒介是：
B．
A．可见光B．电磁波
C．红外线D．声波
天然气汽车和汽油车相比较
（2）据有关资料显示：
尾气中的有害气体排放明显减少：
90%CO、24%CO2、90%SO2、39%NO、无粉尘排放，因此天燃气被称为绿色能源．其它性能指标的比较：
根据下表提供的信息，通过计算说明：
热机效率
热值
价格
天然气发动机
η2=45%
q2=2.3×107J/m3
4.5元/m3
汽油发动机
η1=30%
q1=4.6×107J/kg
9.0元/kg
①天然气车燃烧1m3天然气所做的有用功是多少？
做同样多的有用功，汽油车需要燃烧多少千克汽油？
②若某公交汽车每天消耗100m3的天然气，与用汽油相比，它每天节约的运行成本是多少？
4.一质量为0.05g的水滴，从200m的高空落到地面，如重力对其所做功的80%转化为它的内能，它的温度升高多少？
5.“郑州宇通”是我省龙头企业之一，如图19所示是宇通公司出产的专用校车车型。
该车的部分参数如下表所示，请回答下列问题：
（g=10N/kg）
（1）.汽车挡风玻璃并不上竖直安装的，其主要原因是__________________。
（2）.该车在某次接送学生的途中，车上乘客总质量为1500kg，校车共有六个轮子，每个轮子与地面的接触面积约为200cm2，请计算此时汽车对地面的压强。
（3）.如果汽车受到地面的阻力为总重的0.02倍，当该汽车以60km/h的速度匀速行驶时，发动机的功率多大？
（4）.汽车在一段平直的高速公路上匀速行驶10km，消耗燃油2L，若燃油的密度是0.8×103kg/m3，燃油的热值为4.6×107J/kg，求汽车发动机燃油完全燃烧释放的热量是多少？
矿山、工厂等场所都有大型的换气排风设备，风口的平均风速约9m/s，这些风能浪费了十分可惜。
某工厂发明了“排风再利用发电系统”，即让排出去的风推动小型风力发电机发电。
（1）排风扇每小时排出空气1.296×105m3，每立方米这样的空气的动能是50J。
若该发电机把空气动能的50%转化成电能，则该发电机的发电功率是多少瓦？
（2）碘钨灯有体积小，亮度大、寿命长等特点，该工厂用“220V80W”的碘钨灯来照明，则该灯的正常发光时的电阻是多少？
（3）把这台发电机工作一天（24h）获得的电能储存起来，可以供多少这样的碘钨灯正常工作一个晚上（9h）？
（4）请你提出该装置的一个优点______________________________________。
.甘肃酒泉千万千瓦级风电基地建设全面启动，这标志着我国正式步入了打造“风电三峡”工程阶段。
下表给出了不同风速下该地区风力发电机组输出的电功率。
风速/m/s
3
6
9
12
15
18
….
输出电功率/KW
20
160
540
1280
2500
4320
….
（1）.当风速为6m/s时，风力发电机组工作1h所产生的电能是多少度？
（2）.该电能恰能给一个额定电压是220V的电热器正常工作80h，则该电热器的额定功率是多大？
电热器的额的电流是多少？
（3）.当风速为15m/s时，风车组获得的风能是2.5×104KW.h，则此时该风力发电机组的发电效率是多少？
（4）.由表格中的数据进行分析，可以发现该风力发电机组所输出的电功率与风速有什么关系？
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电热综合计算
1.（2014•广安）6月5日是世界环境日，低碳排放，保护地球是当今世界的主题，如何合理利用和开发能源，提高能源的利用率，实现低碳减排，已成为世界各国共同关注的问题．
（1）在能源家族中，风能、太阳能、谁能都同属于可再生（选填“可再生”或“不可再生”）能源，它们的开发和利用可以减少大量化石能源的生产和消费所导致的生态破坏与严重环境污染．
（2）为实现减排目标，国家大力推广风力、水力发电．如图所示是我国西部某处风力发电场的壮观画面．假如装机总功率为4.2×106kw的风电场项目全面建成后，所有机组发电1h，可提供多少kW•h电能？
若这些电能全部转化为水的内能，那么可以把多少质量的水从28℃加热至沸腾（在标准大气压下）？
（水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）
解：
（1）风能、太阳能、水能都可以源源不断的从自然界得到补充，是可再生能源．
（2）提供电能：
W=Pt=4.2×106kW×1h=4.2kW•h=1.512×1013J．
Q吸=W=1.512×1013J，
由Q吸=cm（t﹣t0）得：
m=
=
=5×107kg．
答：
（1）可再生；
（2）可以把质量为5×107kg的水从28℃加热至沸腾．
王聪是班里有名的“物理迷”，他爱观察，勤思考．一天，妈妈到超市购买了一台家用豆浆机．如图17所示，他仔细观察了豆浆机的构造、铭牌和制作豆浆的过程，发现其中用到了许多物理知识．
（1）机座底部安装有三个小橡皮碗，相当于“吸盘”，可以防止豆浆机在打浆时位置发生移动．“吸盘”是利用工作的．
（2）豆浆机铭牌上的部分技术参数如下表，试计算豆浆机在额定电压下打浆时通过电动机的电流．
（3）王聪想粗略测算一下豆浆机电热器的加热效率．于是，他把80g大豆和1500g清水放人豆浆机中，打成浆后测出其初温为20℃，豆浆机在额定电压下工作，当电热器加热的总时间约12min时豆浆沸腾，测出其温度为100℃．假如豆浆的比热容等于水的比热容，请你帮他计算豆浆吸收了多少热量，豆浆机电热器的加热效率大约是多少．〔C水=4.2x103J/（kg·℃）〕
22.能源危机日益突出，空气污染日益严重，如何节约能源，实现低碳减排，已成为每个人关注的话题，为此，我市某路段两侧安装了200个太阳能路灯，如图所示，该路灯由一块0.3m2太阳能电池板、一块锂电池和一只“24V60W”的低压节能灯组成，白天太阳能电池发电储存于锂电池中，夜间由锂电池提供给节能灯照明，
（1）
太阳能路灯的能量转化：
太阳能转化为电能，电能再转化为能，再由节能灯转化为能。
（2）路灯正常工作时，通过节能灯的电流多大？
（3）若路灯每晚正常工作10h，200个太阳能路灯，一个月（30天）可节约电能多少度？
（4）若太阳光照射到地面时的太阳能为6×104J/（min•m2）,太阳光照射一天（以照射8h计算，不考虑天气影响），恰好可供节能灯正常工作10h，太阳能路灯利用太阳能的效率是多少？
（2012•娄底）随着科技的发展，人们常用空气源热水器来冲凉洗澡，如图是“美的”空气源热水器．空气源热水器内有一种吸热介质--冷媒．“冷媒”作为空气源热水器热的“搬运工”，能把外界的热搬到空气源热水器的内部．液态的冷媒温度低于零下20℃，与外界存在着温差，因此，冷媒可吸收外界空气的热能，在蒸发器内部转化为气态①，然后通过空气源热水器中压缩机的工作，使气态冷媒的温度升高，温度较高的冷媒通过冷凝器时从气态转化为液态②，同时释放出大量的热量，被水箱中储备水吸收，使水温升高，从而达到制热水的目的．空气源热水器所消耗的电能仅是带动压缩机工作，由于大量空气中的热能进入系统，所以它得到的能量是压缩机消耗电能的3倍以上．技术参数表如下表：
（1）试写出文中划线部分的两个物态变化的名称：
① ②．
（2）空气源热水器中水的内能增加是能量的（填“转移”或“转化”）．
（3）某家庭每天需要用60℃热水200kg，若水的初温是10℃，则水吸收的热量为多少焦耳？
（水的比热容c=4.2×103J/（ kg．℃））
（4）该家庭使用空气源热水器提供热水，若空气源热水器得到的能量是压缩机消耗的电能的3倍，则每天需要消耗的电能是多少千瓦时？
（保留小数点后一位）
（5）分析该技术参数表，可知该空气源热水器正常工作时的电流为多少？
美的空气源热水器技术参数表
名 称
美的空气源热水器
型 号
RSJF-32/R-A
总输入功率
880W
热水产量
60L/H
电源规格
220V-50Hz
（2012•广西）空气能热水器是通过吸收空气中的热量来制造热水的“热量搬运”装置．其工作原理是：
空气能热水器在工作时，吸收空气中的能量Q，消耗的电能为W，通过热交换使水吸收的热量为Q吸，即Q吸=Q+W，所以它的热效率（Q吸//W的值）可以达到300%～500%．已知某型号空气能热水器的热效率为400%，电功率为1400W，当用此热水器将100kg的水从15℃加热到55℃时[水的比热容为4.2×103J/（kg．℃），干木柴的热值为1.2×107J/kg]．求：
（1）水吸收的热量；
（2）水吸收的热量相当于完全燃烧多少千克的干木柴所释放的热量；
（3）空气能热水器完成上述加热过程所用的时间．
周日小红去商店购买电热水壶，售货员给他一份推销××牌电热水壶的
宣传广告，其内容如下表．请你根据广告提供的信息作答或计算：
[c水=4.2×103J/（kg•℃）]
（1）请你观察电热水壶的构造，仿照下面的例子说出一条生活与物理的相关道理：
（2分）
例：
壶把手上安装胶木，利用了胶木是绝缘体，对人体更安全的原理。
（2）在一标准大气压下，烧开一满壶20℃水，水吸收的热量是多少？
（3分）
XX牌节能电热水壶优点：
高效、节能、省时，在1标准大气压下，烧开一壶初温为20℃的水仅需5min!
额定电压
220V
额定功率
1000W
容积
2L
超温保护器熔断温度
110℃
（3）请通过计算说明此广告的真假；（3分）
利用太阳能电池在太阳光照射下发电叫光伏发电。
日前，记者从南
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