（全国通用版）2020中考物理大一轮 第11章 内能与热机 专项突破（七）热量的综合计算素养突破课件

专项突破(七)热量的综合计算中考关于热量的计算,一般出现在填空题和综合题中。包括热传递过程中吸热与放热的计算,燃料燃烧释放热量的计算,热机、锅炉、太阳能集热器等设备利用热量的计算。类型一一般吸热计算一般可以直接利用公式求解,应牢记公式。吸热公式:Q吸=cmΔt=cm(t-t0)。放热公式:Q放=cmΔt=cm(t0-t)。燃料燃烧放热公式:Q放=mq或Q=Vq。例1(2019·江苏无锡中考)用煤气灶将质量为4kg的水,从25℃加热到50℃,水吸收的热量为4.2×105J。若水吸收的热量等于煤气燃烧所放出的热量,则需要完全燃烧0.01kg的煤气。[c水=4.2×103J/(kg·℃),q煤气=4.2×107J/kg]方法归纳解答有关热量计算问题,应熟练掌握吸热公式Q吸=cmΔt、燃料完全燃烧放热公式Q放=Vq、Q放=mq,计算时注意Δt指的是温度的变化量,注意固体燃料热值单位(J/kg)与气体燃料热值单位(J/m3)的区别。解析:水吸收的热量Q吸=c水mΔt=4.2×103J/(kg·℃)×4kg×(50℃-25℃)=4.2×105J;若水吸收的热量等于煤气燃烧所放出的热量,Q吸=Q放=4.2×105J;由Q放=qm可得,煤气质量m=𝑄放𝑞=4.2×105J4.2×107J/kg=0.01kg。类型二热量的利用效率问题物理学中,把有效利用的能量在总能量中的比例称为效率。解题时要分清哪部分是用来作为有效利用的能量。在计算化学能转化为内能的工具时,η=𝑄吸𝑄放×100%,如锅炉、燃气灶;在计算电能转化为内能的工具时,η=𝑄吸𝑊电×100%,如电热器;在计算太阳能转化为内能的工具时,η=𝑄吸𝑊太阳×100%,如太阳能热水器;在计算内能转化为电能的工具时,η=𝑊电𝑄放×100%,如火力发电。例2合理分类和利用垃圾可以保护环境、变废为宝。在一定条件下,1t生活垃圾能“榨”出140kg燃料油。若燃料油的热值为4.0×107J/kg,某城镇每天产生50t生活垃圾,则这些垃圾“榨”出的燃料油完全燃烧释放出的热量为2.8×1011J。在标准大气压下,这些热量的30%被500m330℃的水吸收,则水温能升高40℃。[c水=4.2×103J/(kg·℃),ρ水=1.0×103kg/m3]解析:50t生活垃圾“榨”出的燃料油完全燃烧释放出的热量Q放=mq=50×140kg×4.0×107J/kg=2.8×1011J;水的质量m'=ρ水V=1.0×103kg/m3×500m3=5×105kg,水吸收的热量Q吸=30%Q放=30%×2.8×1011J=8.4×1010J,由Q吸=cmΔt得,水升高的温度Δt=𝑄吸𝑐水𝑚'=8.4×1010J4.2×103J/(kg·℃)×5×105kg=40℃。1.(2019·山东济宁中考)育才中学每天需向学生提供100kg开水。若冷水的温度为20℃,将100kg冷水加热到沸腾(在标准大气压下),至少需要供给3.36×107J的热量。解析:标准大气压下水的沸点为100℃,水吸收的热量Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×100kg×(100℃-20℃)=3.36×107J。2.(2019·重庆中考)如图所示,重庆网红“木桶鱼”是在木桶里放入高温的鹅卵石,再加入调制好的鱼和汤,鹅卵石放热使汤沸腾,则质量为1kg的鹅卵石从300℃降到250℃放出的热量是4×104J;用锅盖紧密盖住木桶,桶内气压升高,则汤的沸点会升高(选填“升高”“降低”或“不变”)。[c鹅卵石=0.8×103J/(kg·℃)]解析:质量为1kg的鹅卵石从300℃降到250℃放出的热量Q放=cmΔt=0.8×103J/(kg·℃)×1kg×(300℃-250℃)=4×104J。用锅盖紧密盖住木桶,桶内气压升高,因为液体的沸点随气压的升高而升高,所以汤的沸点会升高。3.(2019·四川攀枝花中考)我国在南海海底开采出的天然气水合物,俗称“可燃冰”,1m3可释放出约0.8m3的水和164m3的天然气。居民使用天然气烧水是利用热传递(填“热传递”或“做功”)的方式改变水的内能。天然气热值为1.9×107J/m3,完全燃烧50m3的天然气释放的热量为9.5×108J。解析:居民使用天然气烧水是通过热传递的方式改变了水的内能;完全燃烧50m3的天然气释放的热量Q放=Vq=50m3×1.9×107J/m3=9.5×108J。4.(2019·安徽颍泉区期中)将盛有凉牛奶的瓶子放在热水中(如图甲所示)。图乙是500g牛奶与热水混合后的温度随时间变化的图象,则牛奶在这个过程中吸收的热量为4.2×104J。[c牛=4.2×103J/(kg·℃)]解析:由图乙可知,牛奶升高的温度Δt=40℃-20℃=20℃,则牛奶吸收的热量Q吸=c牛mΔt=4.2×103J/(kg·℃)×0.5kg×20℃=4.2×104J。5.(2019·四川宜宾中考)我们每天都在产生大量垃圾,合理分类和利用垃圾是我们面临的一个重大课题。某垃圾处理厂处理垃圾时提炼出了200kg燃料油,若燃料油的热值为4.0×107J/kg,则这些燃料油完全燃烧放出的热量为8.0×109J,燃料油燃烧时发热,燃料油的化学能转化为内能。解析:这些燃料油完全燃烧放出的热量Q=mq=200kg×4.0×107J/kg=8.0×109J;燃料油燃烧时发热,燃料油的化学能转化为内能。6.(2019·湖南怀化中考)某种国产汽车,当它在某平直公路上以20m/s速度匀速行驶时,每百公里的油耗为6L。当汽车行驶500s,则汽车消耗的汽油是0.6L。假设汽车在运动过程中受到的平均阻力是495N,则汽油机的效率是25%(已知汽油的热值是3.3×107J/L)。解析:汽车行驶距离s=vt=20m/s×500s=10000m=10km,因为每百公里的油耗为6L,所以行驶10km(公里)消耗汽油V=10100×6L=0.6L;汽油完全燃烧放出的热量Q放=Vq=0.6L×3.3×107J/L=1.98×107J,因为汽车匀速行驶,所以汽车牵引力F=Ff=495N,牵引力做功W=Fs=495N×10000m=4.95×106J,汽油机的效率η=𝑊𝑄放=4.95×106J1.98×107J×100%=25%。7.小明同学在参加今年中考体育考试的过程中,其身体消耗的总能量为4.2×105J,这些能量相当于完全燃烧35g干木柴所释放的热量(已知q干木柴=1.2×107J/kg);若这些能量的50%被质量为5kg,初温为20℃的水吸收,则能使水温升高到30℃。解析:由题知,Q放=4.2×105J,由Q放=mq得需要完全燃烧木柴的质量m=𝑄放𝑞=4.2×105J1.2×107J=0.035kg=35g;根据η=𝑄吸𝑄放知水吸收的热量Q吸=ηQ放=4.2×105J×50%=2.1×105J,由Q吸=cmΔt得使水升高的温度Δt=𝑄吸𝑐𝑚'=2.1×105J4.2×103J/(kg·℃)×5kg=10℃,水温升高到t=t0+Δt=20℃+10℃=30℃。8.用两个相同的加热器给质量相等的物质甲和水加热,它们的温度随时间变化的关系如图所示,据此判断物质甲的比热容为2.1×103J/(kg·℃)。[c水=4.2×103J/(kg·℃),不计热量损失]解析:由图象可知,不计热量损失,用两个相同的加热器给质量相同的物质甲和水加热,水温度升高60℃需要20min,物质甲温度升高60℃需要10min。所以质量相同的物质甲和水升高相同的温度需要吸收的热量关系为Q水吸=2Q甲吸。由热量计算公式Q=cmΔt,所以c水=2c甲。因为c水=4.2×103J/(kg·℃),所以c甲=2.1×103J/(kg·℃)。9.某实验小组利用酒精灯对500g冰均匀加热,他们每隔相同时间记录一次温度计的示数,并观察物质的状态。如图是他们根据记录的数据绘制的“温度—时间”图象,已知c冰=2.1×103J/(kg·℃),c水=4.2×103J/(kg·℃),由图象可知()A.水升温比冰慢,说明水的比热容比冰小B.冰在熔化过程中温度保持不变,内能不变C.冰在熔化前内能增加4.2×104JD.在CD段,水吸收的热量是4.2×104JD解析:由题知,利用酒精灯对冰均匀加热,即在相同时间内冰吸热相同,由图可知,冰在前5min内温度升高了20℃,水在后10min内升高了20℃,可见升高相同的温度,水吸热多;则吸收相同的热量,水温度变化慢,而冰化水质量不变,所以由Q=cmΔt可知水的比热容比冰的比热容大,故A错;冰在熔化过程中,吸收热量、内能增加,但温度保持不变,故B错;冰的质量为500g=0.5kg,温度变化Δt1=0℃-(-20℃)=20℃,在熔化前内能增加ΔE=𝑄吸1=c冰mΔt1=2.1×103J/(kg·℃)×0.5kg×20℃=2.1×104J,故C错;冰化水,质量不变,还是0.5kg,在CD段温度变化Δt2=20℃-0℃=20℃,水吸收的热量𝑄吸2=c水mΔt2=4.2×103J/(kg·℃)×0.5kg×20℃=4.2×104J,故D正确。10.如图所示,甲图是质量是200g冰的熔化实验装置,乙图是根据实验数据绘制出的曲线图[c水=4.2×103J/(kg·℃)]。(1)根据图象和相关知识,计算第17min至第19min共吸收多少热量?(2)物理上把:1kg质量的晶体在熔化成同温度的液态物质时所需吸收的热量称为该物质的熔化热,用L表示。根据上述定义可知熔化热的单位是什么?根据图象和相关知识求冰的熔化热是多少?答案:(1)8.4×103J(2)J/kg3.36×105J/kg解析:(1)由图象可知,水从第17min至第19min温度从t0=0℃升高到t=10℃,吸收的热量Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×200×10-3kg×10℃=8.4×103J;(2)由“1kg质量的晶体在熔化成同温度的液态物质时所需吸收的热量称为该物质的熔化热”可知熔化热的单位是J/kg,冰完全熔化吸收的热量Q=𝑄水吸2min×(17-1)min=8.4×103J2min×(17-1)min=6.72×104J,L=𝑄𝑚=6.72×104J0.2kg=3.36×105J/kg。11.已知天然气的热值为3.8×107J/m3,水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)。求:(1)完全燃烧1.4×10-2m3天然气放出多少热量?(2)若某天然气灶的效率为60%,则这些天然气可将质量为3.8kg,初温为25℃的水加热到多少℃?(当地的大气压强为标准大气压)答案:(1)5.32×105J(2)45℃解析:(1)完全燃烧1.4×10-2m3天然气放出的热量Q放=Vq=1.4×10-2m3×3.8×107J/m3=5.32×105J;(2)水吸收的热量Q吸=ηQ放=60%×5.32×105J=3.192×105J;由Q吸=cmΔt可得,水升高的温度Δt=𝑄吸𝑐𝑚'=3.192×105J4.2×103J/(kg·℃)×3.8kg=20℃,则水的末温度为t=t0+Δt=25℃+20℃=45℃。12.(2019·湖北宜昌中考)近年来,宜昌市着力打造生态能源示范村,新增太阳能热水器4000多台。如图所示某太阳能热水器接收太阳能的有效面积为3m2,假设某天有效光照时间为6h,每平方米太阳的平均辐射功率为2.4×106J/h,将热水器内初温为15℃的水温度升高到70℃。(太阳能热水器的工作效率为50%)(1)家用燃气热水器的工作效率为60%,把相同质量的水从15℃加热到70℃,使用太阳能热水器可节约多少千克液化石油气?(液化石油气的热值为4×107J/kg)(2)人们利用太阳能,除了转化为内能之外,还有“光电转换”,即利用太阳能电池(光伏电池)将太阳能转化为电能;还有“光化转换”,即通过光合作用(植物)将太阳能转化为化学能。答案:(1)0.9kg解析:(1)太阳能热水器接收太阳能W太=2.4×106J/(h·m2)×6h×3m2=4.32×1