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4×107 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6.63×106 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的煤完全燃烧热值大
C.1 kg煤燃烧放出3×105 J的热量,则煤的热值为3×105 J/kg
D.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
4.2×103
铁
0.46×103
酒精
2.4×103
铜
0.39×103
煤油
2.1×103
干泥土
0.54×103
冰
2.1×103
水银
0.14×103
A.一杯水比一桶煤油的比热容小
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4.2×103 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2.1×105 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b
9
液体的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),则a液体的比热容为 。
图K14-1
4.[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=2.5×103 J/(kg·℃)]
图K14-2
5.[2018·青岛]质量之比为2∶3的甲、乙两种液体,当它们吸收的热量之比为7∶5时,升高的温度之比为6∶5,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.1∶1,1∶3 B.1∶3,1∶3
C.1∶1,3∶1 D.3∶1,3∶1
7.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K14-3
9
【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.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K14-4
3.[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K14-5
4.[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4.2×103 J/(kg·℃),煤气的热值4.2×107 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=4.2×103 J/(kg·℃),q天然气=4×107 J/kg]
9
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
m3天然气。[c水=4.2×103 J/(kg·℃),q天然气=4×107J /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4.2×107 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=4.2×103 J/(kg·℃)]
二、选择题
8.[2018·临沂]小明用煤气灶烧水时,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4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值为4×107 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3.15×105 J
C.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K14-6
A.组装器材时,先固定上面铁圈的高度
9
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,“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=4.2×107 J/m3,水的比热容c水=4.2×103 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6.4×107 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。
图K14-7
9
9
参考答案
【对点训练】
考点1
1.化学 4×109
2.3.9×107
[解析] 由Q放=mq可得脂肪热值q=Q放m=6.63×106J0.17kg=3.9×107 J/kg。
3.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。
考点2
1.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。
2.4.2×103 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4.2×103 J/(kg·℃)。根据Q吸=cm(t-t0)可知,吸热后水升高到的温度t=Q吸cm+t0=
2.1×105J4.2×103J/(kg·℃)×2kg+30 ℃=55 ℃
3.2.1×103 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=12Qb,Δta=Δtb,并且ma=mb;
由Q=cmΔt可得,QaQb=camaΔtacbmbΔtb,即12=cacb,则ca=12cb=12×4.2×103 J/(kg·℃)=2.1×103 J/(kg·℃)
4.热传递 1.25×104
[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=c牛奶mΔt=2.5×103 J/(kg·℃)×0.25 kg×(40 ℃-20 ℃)=1.25×104 J。
5.7∶4
[解析] 由题知,m甲∶m乙=2∶3,Δt甲∶Δt乙=6∶5,Q甲∶Q乙=7∶5,因为Q吸=cmΔt,所以Q甲Q乙=c甲m甲Δt甲c乙m乙Δt乙=c甲×2×6c乙×3×5=75,解得c甲c乙=74=7∶4。
6.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
9
=1∶1;两铁块吸收热量之比Q甲∶Q乙=1∶1,质量之比m甲∶m乙=3∶1,由Q吸= cmΔt得,甲、乙两铁块升高的温度之比:Δt甲∶Δt乙=Q甲c甲m甲∶Q乙c乙m乙=1m甲∶1m乙=m乙m甲=1∶3。
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.A 小于 大
[解析] 根据公式Q=cmΔt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Δt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3
1.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6 min时的内能小于第8 min时的内能;根据Q吸=cm(t-t0),有cABm[0 ℃-(-10 ℃)]=cCDm(5 ℃-0 ℃),解得cCDcAB=21,即CD段比热容是AB段比热容的2倍。
4.6.3×106 0.15
[解析] 水吸收的热量Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×50 kg×(50 ℃-20 ℃)=6.3×106 J;
需要煤气的质量m气=Q放q=Q吸q=6.3×106J4.2×107J/kg=0.15 kg。
5.3.36×106 热传递 0.1
[解析] 水吸收的热量Q吸=c水m1(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×40 kg×(42 ℃-22 ℃)=3.36×106 J;
天然气放出的热量Q放=Q吸η=3.36×106J84%=4×106 J,需要天然气的质量m2=Q放q天然气=4×106J4×107J/kg=0.1 kg。
6.做功 0.084
7.2.1×108 107.5 大于
[解析] “可燃冰”热值是天然气的10倍,设天然气热值为4.2×107 J/kg,则“可燃冰”热值为4.2×108 J/kg,完全燃烧0.5 kg“可燃冰”放出的热量为Q放=mq=0.5 kg×4.2×108 J/kg=2.1×108
9
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Δt,Δt=Q吸c水m水=2.1×108J4.2×103J/(kg·℃)×800kg=62.5 ℃,则t=Δt+t0=62.5 ℃+45 ℃=107.5 ℃,因为水的沸点高于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=cmΔt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Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×30 kg×(45 ℃-20 ℃)=3.15×106 J,故B错误。天然气放出的热量Q放=Vq=0.15 m3×4×107 J/m3=6×106 J,η=Q吸Q放=3.15×106J6×106J=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。
10.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=cmΔt可知,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=40×10-3 m3,
水箱中水的质量
m=ρV=1×103 kg/m3×40×10-3 m3=40 kg。
(2)由题意可得,水吸收的热量
Q吸=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×40 kg×(40 ℃-20 ℃)=3.36×106 J。
(3)使用天然气的体积V天然气=130.06 m3-129.96 m3=0.1 m3,天然气完全燃烧释放的热量Q放=q天然气V天然气=4.2×107 J/m3×0.1 m3=4.2×106 J,
该热水器的热效率η=Q吸Q放=3.36×106J4.2×106J=80%。
12.解:(1)汽车对地面的压力
F=G=mg=(13000 kg+3000 kg)×10 N/kg=1.6×105 N,
汽车对地面的压强p=FS=1.6×105N0.04m2=4×106 Pa。
(2)汽车所受阻力f=0.01G=0.01×1.6×105 N=1.6×103 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=1.6×103 N,
汽车牵引力做功W=F牵s=1.6×103 N×400 m=6.4×105 J,
汽车的功率P=Wt=6.4×105J40s=1.6×104 W。
(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=6.4×107 J/kg×0.025 kg=1.6×106 J,
汽车发动机的效率η=WQ=6.4×105J1.6×106J=40%。
9
微信/支付宝扫码支付