第23课时 比热容 热机
一、选择题
1.[2018·株洲]木炭的热值为3.4×107 J/kg,它表示1 kg木炭 ( )
A.具有3.4×107 J的热量
B.具有3.4×107 J的内能
C.完全燃烧对外做功3.4×107 J
D.完全燃烧放出热量3.4×107 J
2.[2018·益阳]关于热机的效率,下列说法正确的是 ( )
A.一般情况下柴油机的效率比汽油机的高
B.热机的效率越高,在做功同样多的情况下消耗的能量越多
C.热机的效率越高说明做功越快
D.热机损失的能量中,废气带走的能量较少,主要是由于机械摩擦损失的
3.[2017·临沂]下列关于如图23-5所示实验的说法,错误的是 ( )
图23-5
A.试管口出现的白雾是液化的结果
B.该实验基本能反映热机的工作原理
C.木塞冲出的过程机械能转化为内能
D.该实验可以说明做功能改变物体的内能
4.图23-6是四冲程汽油机工作状态示意图,下列说法正确的是 ( )
图23-6
A.该冲程是内能转化为机械能的过程
B.该图表示汽油机的吸气冲程,该冲程是将汽油和空气的混合物进行压缩
C.该冲程中汽缸内气体温度升高,分子运动剧烈程度增大
D.该冲程中主要是通过热传递的方式改变汽缸内物质的内能
7
5.质量和初温都相同的水和铜块,分别吸收相同的热量后将铜块投入水中(c水>c铜,不计热损失),则 ( )
A.水的温度升高,铜块的温度降低,且水升高的温度和铜块降低的温度相同
B.水的温度降低,铜块的温度升高,且水降低的温度和铜块升高的温度相同
C.水的温度升高,铜块的温度降低,且水增加的内能和铜块减少的内能相同
D.水的温度降低,铜块的温度升高,且水减少的内能和铜块增加的内能相同
6.如图23-7甲、乙所示,相同容器中装了质量都为2 kg的纯净水,用不同电加热器加热,忽略热损失,得到如图丙所示的水温与加热时间的关系图像,已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。下列说法正确的是 ( )
图23-7
A.加热相同时间,两杯水吸收的热量相同
B.加热器1和加热器2的功率之比是3∶2
C.吸收相同的热量,甲杯中水的末温比乙杯的高
D.加热1 min时,甲容器中的水吸收热量为8.4×103 J
二、实验题
7.[2018·枣庄]某班同学利用如图23-8所示的实验装置探究水和煤油的吸热能力。
图23-8
(1)在图中除了所给的实验器材外,还需要的测量工具有天平和 。加热过程中,水和煤油吸收热量的多少是通过 来判断的。
(2)实验中第1、2两个小组记录的实验数据如下表。
实验
组别
液体
质量/g
初温/℃
末温/℃
加热时
间/min
1
水
200
25
40
13.5
煤油
200
25
40
6.5
2
水
200
25
40
12
7
煤油
200
25
40
5.5
通过分析实验数据,能够得出的结论是 。
(3)图23-9是第1组同学绘制的吸收热量-时间和温度-时间图像,能正确描述该实验真实情况的图像是 。(选填序号)
图23-9
(4)使质量相同的水升高相同的温度,加热时间应该相同,但1、2两组的同学在交流实验数据时发现:第1组的加热时间明显偏长,其原因可能是 。
(5)这两组同学对图23-8的装置进行了改进,将分别装有水和煤油的试管放在同一个烧杯中用水加热,而不是用两个酒精灯分别加热,如图23-10所示,这样做的好处是 。
图23-10
8.如图23-11所示,甲、乙、丙三图中的装置完全相同,燃料的质量都是m1=20 g,烧杯内的液体质量相同均为m2=0.1 kg。
图23-11
(1)若比较不同燃料的热值:
①应选择 两图进行实验。
②燃料完全燃烧放出热量的多少是通过 来反映的。
③若图甲烧杯中为水,燃料完全燃烧可使温度计示数升高30 ℃,本实验根据公式qm1=c水m2Δt,计算出燃料的热值比其标准值 (选填“偏大”“偏小”或“相等”)。
(2)若比较不同物质吸热升温的特点:
①应选择 两图进行实验。
7
②不同物质吸热的多少是通过 来反映的。
三、计算题
9.[2018·聊城]在“探究水沸腾时温度变化的特点”实验中,用酒精灯给烧杯中的水加热,烧杯中盛有20 ℃质量为100 g的水,在标准大气压下加热至沸腾,假如完全燃烧酒精3 g。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),酒精的热值为3.0×107 J/kg]
(1)求水吸收的热量。
(2)求此过程中酒精灯烧水的热效率。(结果精确到0.1%)
(3)科学研究表明:1 g的100 ℃的水汽化成同温度的水蒸气需要吸收2.26×103 J的热量。水开始沸腾后持续观察沸腾现象,同时发现水的质量减少了5 g,求此过程水汽化成水蒸气所吸收的热量。
10.[2017·常州]如图23-12甲所示,标准大气压下,普通煤炉把壶内20 ℃、5 kg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10 kg水从20 ℃加热至40 ℃,q煤=3×107 J/kg, c水=4.2×103 J/(kg·℃),以上过程中,问:
(1)普通煤炉完全燃烧煤的质量是多大?
(2)双加热煤炉的烧水效率有多大?
7
图23-12
四、综合题
11.已知某型号的载重汽车在一段平直的高速公路上匀速行驶9.6 km,所用时间是8 min,消耗燃油3 L(假设燃油完全燃烧),汽车发动机在这段时间内的功率为60 kW。若燃油的密度是0.8×103 kg/m3,热值为3×107 J/kg,求:
(1)汽车行驶速度。
(2)汽车行驶过程中的牵引力。
(3)汽车发动机的效率。
7
参考答案
1.D [解析] 1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量叫这种燃料的热值。木炭的热值是3.4×107 J/kg,它的物理意义是1 kg木炭完全燃烧放出的热量是3.4×107 J,故A、B、C错误,D正确。
2.A [解析] 柴油机的效率一般要高于汽油机,多用在重型机器上,故A正确。热机效率越高,做的有用功与燃料完全燃烧放出的内能的比值越大,即在做功相同的情况下,消耗的燃料较少,或消耗相同的燃料,做功较多,故B错误。热机效率是有用能量在燃料完全燃烧放出热量中所占的比值,功率是热机做功的快慢,两者没有必然联系,故C错误。在热机的各种能量损失中,废气带走的能量最多。故D错误。
3.C 4.C
5.C [解析]质量和初温都相同的水和铜块,当它们吸收相同的热量后,由Q=cmΔt可知,比热容越大,升高的温度越小。由于水的比热容大,所以水升高的温度小;由于初温相同,所以水的末温低。根据热传递的条件,所以质量和初温都相同的水和铜块,当它们吸收相同的热量后,再将铜块投入水中,热量由高温的铜传给低温的水;故铜块内能变小,水的内能增大,因不计热损失,则水增加的内能和铜块减少的内能相同。
6.B
7.(1)停表 加热时间长短
(2)质量相同的水和煤油升高相同的温度,吸收的热量不同(或质量相同的水和煤油升高相同的温度,水吸收的热量多)
(3)C
(4)酒精灯的火焰大小不同
(5)确保在相同时间内水和煤油吸收的热量相同
8.(1)①甲、丙 ②相同质量的同种液体温度升高的高低(或温度计示数的变化)
③偏小
(2)①甲、乙 ②相同质量的不同液体在相同时间内温度升高的高低
9.解:(1)标准大气压下水的沸点为100 ℃,即需将水加热至100 ℃,
水吸收的热量Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×0.1 kg×(100 ℃-20 ℃)=3.36×104 J。
7
(2)3 g酒精完全燃烧释放的热量Q放=m酒精q酒精=3×10-3 kg×3.0×107 J/kg=9×104 J,
酒精灯烧水的热效率η=Q吸Q放=3.36×104J9×104J≈37.3%。
(3)1 g的100 ℃的水汽化成同温度的水蒸气需要吸收2.26×103 J的热量,则5 g的100 ℃的水汽化成同温度的水蒸气需要吸收的热量Q=5 g×2.26×103 J/g=1.13×104 J。
10.解:(1)水吸收的热量Q吸=c水m水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×5 kg×(100 ℃-20 ℃)=1.68×106 J;
煤需要放出的热量Q放=Q吸η=1.68×106J28%=6×106 J;
需要煤的质量m煤=Q放q煤=6×106J3×107J/kg=0.2 kg。
(2)两处水吸收的总热量Q吸'=Q吸+c水m'水Δt'=1.68×106 J+4.2×103 J/(kg·℃)×10 kg×(40 ℃-20 ℃)=2.52×106 J;
双加热煤炉烧水的效率η'=Q吸'Q放=2.52×106J6×106J=42%。
11.解:(1)汽车行驶的路程s=9.6 km=9600 m,所用时间t=8 min=480 s,
汽车的速度v=st=9600m480s=20 m/s。
(2)已知汽车的功率P=60 kW=60000 W,
根据P=Wt=Fst=Fv可得,汽车的牵引力F=Pv=60000W20m/s=3.0×103 N。
(3)汽车行驶过程所做的功W=Pt=60×103 W×480 s=2.88×107 J,
消耗燃油的质量m=ρV=0.8×103 kg/m3×3×10-3 m3=2.4 kg,
2.4 kg燃油完全燃烧放出的热量Q=qm=3×107 J/kg×2.4 kg=7.2×107 J,
汽车发动机的效率η=WQ=2.88×107J7.2×107J=40%。
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