1、1比热容 热机(限时:30 分钟)|对点训练|【考点 1】能阐明燃料热值的物理意义;能运用关系式 Q=mq 进行计算。(B)1.国家“西气东输”工程正源源不断地向芜湖市输送清洁能源天然气。天然气燃烧时,可以将 能转化为内能。已知天然气的热值为 4107 J/m3,则每输送 100 m3的天然气,完全燃烧后就相当于向芜湖市输送 了 J的能量。 2.一个成年人参加一次长跑运动身体消耗的能量为 6.63106 J,这些能量相当于完全燃烧 170 g 的脂肪放出的热量,则脂肪的热值为 J/kg。 3.下列关于热值的说法正确的是 ( )A.燃料燃烧越充分,热值越大B.2 kg 的煤完全燃烧比 1 kg
2、的煤完全燃烧热值大C.1 kg 煤燃烧放出 3105 J 的热量,则煤的热值为 3105 J/kgD.热值是燃料的一种属性,与燃料的质量无关,不同的物质热值一般不同【考点 2】能阐明比热容的物理意义;能利用比热容知识解释一些简单的自然和生活现象;能运用关系式 Q=cm(t2-t1)进行计算。(B)1.2018眉山下表中有几种物质的比热容,小张同学根据提供的数据得出了四个结论,其中正确的是( )几种物质的比热容/J(kg) -1水 4.2103 铁 0.46103酒精 2.4103 铜 0.39103煤油 2.1103 干泥土 0.54103冰 2.1103 水银 0.14103A.一杯水比一桶
3、煤油的比热容小B.液体的比热容一定比固体的比热容大C.水吸收或放出热量的本领较强,常用作冷却剂D.比热容是物质自身的性质之一,只和物质的种类有关2.水的比热容为 4.2103 J/(kg),将 4 kg 的水倒掉一半,剩下水的比热容是 J/(kg);初温为 30 、质量为 2 kg 的水吸收 2.1105 J 的热量后温度将升高到 。 3.如图 K14-1 甲,在“比 较不同物质吸热能力”的实验中,将 a、 b 两种质量相同的不同种液体分别放入两个相同的烧杯内,用相同的电加热器同时加热,加热过程中,可认为没有热量损失。记录相关数据,并绘制出如图乙所示的图像。若2b 液体的比热容为 4.2103
4、 J/(kg),则 a 液体的比热容为 。 图 K14-14.2018济宁将盛有凉牛奶的瓶子放在热水中(如图 K14-2 甲所示),通过 方式改变牛奶的内能。图乙是 250 g 牛奶与热水的温度随时间变化的图像,则牛奶在加热过程中 吸收的热量为 J。 c 牛奶 =2.5103 J/(kg)图 K14-25.2018青岛质量之比为 23 的甲、乙两种液体,当它们吸收的热量之比为 75 时,升高的温度之比为 65,则甲、乙两液体的比热容之比为 。 6.2018巴中甲铁块质量是乙铁块的 3 倍,吸收相同的热量,则甲、乙两铁块的比热容之比和升高的温度之比分别为( )A.11,13 B.13,13C.1
5、1,31 D.31,317.以下四种现象中,与水的比热容关系不大的是( )A.汽车的发动机用循环流动的水来冷却B.内陆地区的气温变化比沿海地区大C.夏天往室内洒水可使室内温度降低D.生活中往往用热水取暖8.图 K14-3 是某沿海城市和内陆城市同一天气温变化曲线。请你判断内陆城市一天气温变化所对应的曲线是 (选填“ A”或“ B”),这是由于砂石的比热容 (选填“大于” “小于”或“等于”)水的比热容,吸收相同热量后温度变化 (选填“大”或“小”)。 图 K14-33【考点 3】知道热机工作过程中的能量转化情况(不要求知道内燃机具体的工作过程,即不要求分析说明内燃机工作的四个冲程)。(A)1.
6、常见汽车的动力机械是内燃机。从能量转化的角度来看,内燃机是把 能转化为 能的机器。内燃机的效率较低,它在工作过程中,能量大部分以 能的形式耗散掉。 2.内燃机的一个工作循环中,对外做功的冲程是 ,此过程将 能转化为机械能;与此冲程的能量转化方向相反的冲程是 。 |综合训练|一、填空题1.2018聊城在热机的四个冲程中 ,把机械能转化为内能的是 冲程。汽油机工作时要产生大量的热,通常采用水循环将热带走,这是利用水 的特性。 2.2018河北有如图 K14-4 所示的两套相同装置,分别在两个燃烧皿中放入质量相同的不同燃料,点燃后加热质量相等的同种液体,通过比较燃料 (选填“燃烧相同时间”或“全部燃
7、烧”)后温度计示数的变化,来判断两种燃料的热值的大小。燃料燃烧, 转化为内能,用比热容 的液体可以使实验现象更明显。(实验中液体没有沸腾) 图 K14-43.2018达州如图 K14-5 所示是小明同学在标准大气压下探究某物质熔化时温度随时间变化的关系图像,第 6 min时的内能 (选填“大于” “等于”或“小于”)第 8 min 时的内能;该物质在 CD 段的比热容是 AB 段比热容的 倍。(被加热的物质和吸、放热功率不变) 图 K14-54.2018淮安质量为 50 kg 的水温度从 20 升高到 50 吸收的热量是 J,这些热量如果完全由煤气燃烧来提供,至少需 kg 的煤气。水的比热容为
8、 4.2103 J/(kg),煤气的热值 4.2107 J/kg 5.2018连云港天然气热水器将 40 kg 的水由 22 加热到 42 ,水的内能增加了 J,水内能的增加是通过方式实现的。若天然气燃烧放出的热量有 84%被水吸收,需要消耗 kg 的天然气。 c 水 =4.2103 4J/(kg), q 天然气 =4107 J/kg 6.2018咸宁用天然气烧水,水烧开后,壶盖不断向上跳动,此过程中能量转化与四冲程汽油机的 冲程能量转化相同;若天然气完全燃烧放出的热量有 50%被水吸收,在标准大气压下把 5 kg 的水从 20 加热至沸腾,需完全燃烧m 3天然气。 c 水 =4.2103 J
9、/(kg), q 天然气 =4107J /m3 7.2018遂宁我国于 2017 年 5 月 18 日在南海海域成功试采“可燃冰”,“可燃冰”作为新型能源,有着巨大的开发使用潜力,在相同条件下,“可燃冰”完全燃烧放出的热量可达天然气的数十倍。如果“可燃冰”热值是天然气的 10倍,设天然气热值为 4.2107 J/kg,完全燃烧 0.5 kg“可燃冰”放出的热量为 J;若在不考虑热量损失的情况下,这些热量能使 800 kg、45 的水刚好达到沸点,则此时水的沸点是 ,水面上方的气压 (选填“大于” “小于”或“等于”)标准大气压。c 水 =4.2103 J/(kg) 二、选择题8.2018临沂小
10、明用煤气灶烧水时,进行了如下思考,正确的是( )A.煤气燃烧越充分,其热值越大B.加热过程中水的比热容变大C.壶内水温度升高的过程中,其内能增大D.水沸腾过程中吸收热量,温度不断升高9.2018成都小李家使用的燃气热水器,将 30 kg 的水从 20 加热到 45 ,消耗了 0.15 m3的天然气。已知水的比热容为 4.2103 J/(kg),天然气的热值为 4107 J/m3,则下列与该过程有关的计算结果和分析正确的是 ( )A.水吸收的热量与水的末温成正比B.水吸收的热量是 3.15105 JC.热水器的能量转化效率是 52.5%D.热水器的能量转化效率与环境温度无关10.2018南京如图
11、 K14-6 甲所示是“探究不同物质吸热升温的现象”的实验装置,两个相同的易拉罐中分别装有质量和初温都相同的 a、 b 两种液体,用相同的装置加热,根据记录的实验数据绘制的温度与时间的关系图像如图乙所示,下列说法中正确的是( )图 K14-65A.组装器材时,先固定上面铁圈的高度B.升高相同温度, a 液体吸收的热量更多C.a 液体的比热容小于 b 液体的比热容D.不添加器材,利用本实验装置还可以比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量三、计算题11.2018云南小明家新买来一台容量为 80 L 的天然气热水器。小明学习了热效率的知识后,尝试估测该热水器的热效率,他把“进水量”设置为 40 L,
12、“出水温度”设置为 40 后,开始加热。当水温达到 40 时,自动停止加热。已知当时自来水的温度是 20 ,加热前天然气表的示数为 129.96 m3,停止加热后变为 130.06 m3。天然气的热值 q 天然气 =4.2107 J/m3,水的比热容 c 水 =4.2103 J/(kg), 1 L=10 -3 m3。求:(1)水箱中水的质量。(2)水箱中水吸收的热量。(3)该热水器的热效率。12.2018威海为响应国家“低碳环保,节能减排”的号召,威海市新上线一批以天然气为燃料的新型公交汽车,其参数如图 K14-7 所示。某次行驶过程中,汽车搭载人员及物品共 3000 kg,所受阻力为总重力的
13、 0.01 倍。在 40 s 时间内匀速直线行驶了 400 m,共消耗天然气 0.025 kg(天然气完全燃烧,其热值为 6.4107 J/kg,g 取 10 N/kg)。针对此次行驶过程,求:(1)汽车对地面的压强。(2)汽车的功率。(3)汽车发动机的效率。6图 K14-77参考答案【对点训练】考点 11.化学 410 92.3.9107解析 由 Q 放 =mq 可得脂肪热值 q= = =3.9107 J/kg。Q放m6.63106J0.17kg3.D 解析 燃料的热值仅与燃料的种类有关,与燃料的燃烧程度和质量无关,故 A、B 错误;由于不确定燃料是否完全燃烧,不能计算煤的热值,故 C 错误
14、。考点 21.C 解析 由 表格中的信息可知,水的比热容大于煤油的比热容,比热容大小与质量无关,故 A 错误。液体的比热容不一定比固体的大,比如:冰的比热容比水银的比热容大,故 B 错误。因为水的比热容大,相同质量的水和其他物质比较,升高相同的温度,水吸收的热量多,所以人们常用水作冷却剂,故 C 正确。比热容是物质自身的性质之一,只和物质的种类和状态有关, 故 D 错误。2.4.2103 55解析 将 4 kg 的水倒掉一半,虽然水的质量和体积改变了,但比热容与质量和体积无关,所以水的比热容不变,仍然为4.2103 J/(kg)。根据 Q 吸 =cm(t-t0)可知,吸热后水升高到的温度 t=
15、 +t0=Q吸cm+30 =55 2.1105J4.2103J/(kg) 2kg3.2.1103 J/(kg)解析 根据题图乙可知 ,a 液体加热 10 min 的温度变化量等于 b 液体加热 20 min 的温度变化量,即升高相同的温度,Qa= Qb, ta= tb,并且 ma=mb;12由 Q=cm t 可得, = ,即 = ,则 ca= cb= 4.2103 J/(kg)= 2.1103 J/(kg)QaQbcama tacbmb tb 12cacb 12 124.热传递 1.25104解析 由图乙可知,250 g 牛奶最初是 20 ,升温后为 40 ,则牛奶在加热过程中吸收的热量 Q=
16、c 牛奶 m t=2.5103 J/(kg) 0.25 kg(40 -20 ) =1.25104 J。5.7 4解析 由题知, m 甲 m 乙 =2 3, t 甲 t 乙 =6 5,Q 甲 Q 乙 =7 5,因为 Q 吸 =cm t,所以 = = = ,解Q甲Q乙 c甲 m甲 t甲c乙 m乙 t乙 c甲 26c乙 3575得 = =7 4。c甲c乙 746.A 解析比热容是物质的特性,甲乙两铁块物质种类相同,比热容相同,即比热容之比 c 甲 c 乙 =11;两铁块吸收热量之比 Q 甲 Q 乙 =11,质量之比 m 甲 m 乙 =31,由 Q 吸 = cm t 得,甲、乙两铁块升高的温度之比:
17、t 甲 t 乙8= = = =13。Q甲c甲 m甲 Q乙c乙 m乙 1m甲 1m乙 m乙m甲7.C 解析 因为水的比热容较大,升高相同的温度,水吸收的热量多,所以用水来冷却汽车发动机,与水的比热容有关,A不符合题意;内陆地区的气温变化比沿海地区大,是因为砂石的比热容比水小得多,在同样吸热和放热的情况下,砂石的温度变化大于水的温度变化,与水的比热容有关,B 不符合题意;炎热的夏天,往室内地面上洒水,水蒸发时会从周围吸热而降低周围环境的温度,不是利用水的比热容大的特点,C 符合题意;因为水的比热容较大,降低相同的温度,水放出的热量多,所以生活中往往用热水取暖,与水的比热容有关,D 不符合题意。8.
18、A 小于 大解析 根据公式 Q=cm t 可知,质量相同的砂石和水,从太阳处吸收相同的热量后,升高的温度 t 和比热容 c 成反比,砂石的比热容小于水的比热容,因此吸收相同热量后砂石温度变化大,水的温度变化小。从题图可以看出曲线 A 的温度变化明显,因此曲线 A 是内陆城市一天气温变化所对应的曲线。考点 31.内 机械 内 2.做功冲程 内 压缩冲程【综合训练】1.压缩 比热容大 2.全部燃烧 化学能 小3.小于 2解析 由图像可知, BC 段温度不随时间的变化而变化,且整个图像是上升的趋势,因此这是晶体的熔化图像。 BC 段是该晶体的熔化过程,晶体熔化时吸收热量,温度不变,内能增加,因此第
19、6 min 时的内能小于第 8 min 时的内能;根据 Q 吸=cm(t-t0),有 cABm0 -(-10 ) =cCDm(5 -0 ),解得 = ,即 CD 段比热容是 AB 段比热容的 2 倍。cCDcAB214.6.3106 0.15解析 水吸收的热量 Q 吸 =cm(t-t0)=4.2103 J/(kg) 50 kg(50 -20 )=6.310 6 J;需要煤气的质量 m 气 = = = =0.15 kg。Q放qQ吸q 6.3106J4.2107J/kg5.3.36106 热传递 0.1解析 水吸收的热量 Q 吸 =c 水 m1(t-t0)=4.2103 J/(kg) 40 kg(
20、42 -22 ) =3.36106 J;天然气放出的热量 Q 放 = = =4106 J,需要天然气的质量 m2= = =0.1 kg。Q吸 3.36106J84% Q放q天然气 4106J4107J/kg6.做功 0.0847.2.1108 107.5 大于解析 “可燃冰”热值是天然气的 10 倍,设天然气热值为 4.2107 J/kg,则“可燃冰”热值为 4.2108 J/kg,完全燃烧 0.5 kg“可燃冰”放出的热量为 Q 放 =mq=0.5 kg4.2108 J/kg=2.1108 J;若不考虑热量损失,这些热量全部被水吸收,则有 Q 放 =Q 吸 =c 水 m 水 t, t= =
21、=62.5 ,则 t= t+t0=62.5 +45 =107.5 ,因Q吸c水 m水 2.1108J4.2103J/(kg) 800kg9为水的沸点高于 100 ,所以水面上方的气压大于标准大气压。8.C 解析 热值是燃料的特性,只与燃料的种类有关,故 A 错误。比热容是物质本身的一种属性,与温度无关,故 B 错误。物体温度升高,分子运动加剧,内能增大,故 C 正确。水沸腾过程中吸收热量,温度保持不变,故 D 错误。9.C 解析 根据公式 Q 吸 =cm t 可知,水吸收的热量与水温度的变化量成正比,故 A 错误。水吸收的热量 Q 吸 =c 水 m 水 t=4.2103 J/(kg)30 kg
22、(45 -20 ) =3.15106 J,故 B 错误。天然气放出的热量 Q 放 =Vq=0.15 m34107 J/m3=6106 J,= = =52.5%,故 C 正确。热水器的能量转化效率与环境温度有关 ,故 D 错误。Q吸Q放 3.15106J6106J10.C 解析 组装器材时,应先放上酒精灯,固定下面铁圈的高度,再在下面铁圈上放上易拉罐,最后固定上面铁圈的高度,故 A 错误;由题图乙可知,升高相同的温度, a 液体加热时间短,吸收的热量少,故 B 错误;两液体的质量和初温均相同,用相同的装置加热,在相等的时间内吸收的热量相等,而 a 液体上升的温度更多,根据 Q=cm t 可知,
23、a 液体的比热容小于 b 液体的比热容,故 C 正确;要比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量,必须至少用到两种燃料,不添加器材,利用本实验的装置无法完成,故 D 错误。11.解:(1)把“进水量”设置为 40 L,则水箱中水的体积 V=40 L=40 dm3=4010-3 m3,水箱中水的质量m=V= 1103 kg/m34010-3 m3=40 kg。(2)由题意可得,水吸收的热量Q 吸 =c 水 m t=4.2103 J/(kg)40 kg(40 -20 )=3.3610 6 J。(3)使用天然气的体积 V 天然气 =130.06 m3-129.96 m3=0.1 m3,天然气完全燃烧释
24、放的热量 Q 放 =q 天然气 V 天然气 =4.2107 J/m30.1 m3=4.2106 J,该热水器的热效率 = = =80%。Q吸Q放 3.36106J4.2106J12.解:(1)汽车对地面的压力F=G=mg=(13000 kg+3000 kg)10 N/kg=1.6105 N,汽车对地面的压强 p= = =4106 Pa。FS1.6105N0.04m2(2)汽车所受阻力 f=0.01G=0.011.6105 N=1.6103 N,汽车匀速行驶,牵引力与阻力平衡,汽车所受牵引力 F 牵 =f=1.6103 N,汽车牵引力做功 W=F 牵 s=1.6103 N400 m=6.4105 J,汽车的功率 P= = =1.6104 W。Wt6.4105J40s(3)0.025 kg 天然气完全燃烧放出的热量 Q=q 天然气 m 天然气 =6.4107 J/kg0.025 kg=1.6106 J,汽车发动机的效率 = = =40%。WQ6.4105J1.6106J
