内能和内能的利用综合计算Word文件下载.docx
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吸热板面积/m2
水升高的温度/℃
水的比热容/J·
（kg·
℃）-1
太阳辐射功率/J·
（m2·
h）-1
10
100
2.5
50
4.2×
103
1.68×
106
其中太阳辐射功率是指1h内投射到1m2面积上的太阳能
（1）水在10h内吸收多少热量？
（天然气的热值为8.4×
107J∕m3，天然气完全燃烧放出的热量全部给水吸收）（3）该太阳能热水器的能量转化效率是多大？
7、
当今太阳能热水器已经在广安城乡用得非常普遍了，如图所示。
已知某太阳能热水器在冬季有效日照时段里，能将8℃、100L水加热到38℃。
请解答：
[水的比热容为4.2×
103J/（kg℃），水的密度为1.0×
103kg/m3]
（1）热水器中水的质量是多少？
（2）在此过程中，水吸收了多少热量？
（3）若此期间太阳辐射到热水器的热量为4.2×
107J，则该热水器的效率是多少？
8、三峡水电站是世界上最大的水力发电站，年均发电量预计为8．5×
1010kW·
h，这些电能将送往江苏、上海等九省市，所以人们说“三峡可‘照亮’半个中国”。
专家介绍：
三峡水电站的年发电量，相当于一个每年消耗5×
1010kg煤的火力发电站的年发电量，而且是廉价、清洁、可再生的能源。
（1）已知煤的热值为2．9×
107J／kg，求5×
1010kg煤完全燃烧将放出的热量。
（2）向大气中排放过量的二氧化碳等温室气体是造成“温室效应”的主要原因。
三峡水电站与同等供电量的火力发电站相比，每年将少排放二氧化碳1．2×
1010kg，已知在通常情况下二氧化碳气体的密度为1．98kg/m3，求这些二氧化碳气体在通常情况下的体积约为多少m3。
（3）设火力发电站在单位时间内产生的电能为E，它在这段时间内所消耗的燃料完全燃烧所产生的热量为，求火力发电站的效率。
9、杨洋同学家原来是用液化石油气烧水的（每天至少用65℃的热水100kg），参加“探究性学习”活动后，在老师的指导和同学们的帮助下，制作了一台简易的太阳能热水器．。
这台热水器6月份平均每天可将100kg水从15℃升高到65℃。
（1）若液化石油气的热值为8．0×
107J/kg，改用太阳能热水器后，6月份平均每天可节约液化石油气多少千克？
[液化石油气燃烧放热的70%被水吸收、C水=4．2×
103J/（kg·
℃）]
（2）使用太阳能热水器比使用燃料烧水，除了节约能源外，还有哪些优点？
（至少写出两点）
10、泰安中科环保电力有限公司是一家焚烧生活垃圾的发电厂，它每年通过焚烧垃圾可生产出1.2亿千瓦时的电能．假若燃烧1t生活垃圾可以放出1.176×
1010J的热量，则这些热量可以在一个标准大气压下将多少kg的水由20℃加热到沸腾？
[c水＝4.2×
103J/（kg·
℃）]
11、2016年5月，中国首批“电电气”新能源公交汽车在常州使用．它既可以用充电桩充电，也可以用车辆顶部的太阳能电池板为车辆辅助充电，还可以使用天然气，当蓄电池电力储存不够时，就用燃气发动机为汽车提供动力，太阳能电池板每天能向着蓄电池充入10kW•h～20kW•h的电能．已知蓄电池消耗的电能有90%转化为汽车前进所做的功，天然气完全燃烧时产生的内能有30%转化为汽车前进所做的功，天然气热值为4.5×
107J/kg，该车行驶时受到的阻力为3.6×
103N．
（1）当车辆以72km/h匀速行驶时，牵引力的功率为多少？
（2）太阳能电池板提供的电能每天最少能让汽车匀速行驶多少距离？
（3）若汽车使用太阳能电池板提供的电能，则每天最多可以节约天然气的质量为多少？
12、高速铁路的广泛应用使人们的出行更加便捷．放假期间，铭铭与家人乘坐高铁从葫芦岛到沈阳游玩．如图是他们乘坐的“和谐号”高铁列车，下表是它的部分参数．（g=10N/kg）
满载时总质量
1000t
车轮与铁轨接触总面积
0.8m2
最高时速
360km/h
（1）满载的列车停在水平轨道上时，对轨道的压强是多少?
（2）葫芦岛至沈阳的路程为270km．若列车以最高时速行驶，从葫芦岛到沈阳需要多长时间?
列车从胡芦岛到沈阳实际运行1.5h，设列车在水平轨道上做匀速直线运动，所受阻力是其满载时重力的0.01倍，此过程中牵引力的功率是多少?
（3）“和谐号”运行
1km耗电1.075×
108J，若这些电能全部由燃烧柴油来获得，列车行驶1km需要消耗多少千克柴油?
（q柴油=4.3×
107J/kg）
13、按照规定，我国载货车辆的轮胎对地面的压强应控制在7×
105Pa以内．某型号货车部分参数如表所示．王师傅在执行一次运输任务时，开着装满沙子的货车在一段平直的公路上匀速行驶15km．（g取10N/kg，沙子的密度为2.4×
103kg/m3，燃油的热值为4.5×
自重
6×
104N
车轮个数
每个轮胎触地面积
3×
10﹣2m2
车厢容积
10m3
请解答该货车在本次运输过程中的下列问题：
（1）通过计算判断该货车是否超载？
（2）货车在这段公路上行驶时所受阻力为车总重的0.02倍，这段时间内货车牵引力所做的功是多少？
（3）货车在这一过程中消耗燃油4kg，其热机效率是多少？
14、混合动力汽车具有节能、低排放等优点，成为汽车研究与开发领域的重点。
某新型的电能过低时，内燃机不工作，蓄电池向车轮输送能量。
当需要高速行驶或蓄电池可以给蓄电池充电。
车速与所受阻力的关系如图18所示。
在某次测试中，由内燃机提供能量，汽车以50km/h的速度匀速行驶了0.5h，同时蓄电池的电能增加了5.4×
107J，求：
（1）汽车牵引力做的功；
（2）若所用燃料的热值是5.4×
107J/kg，测试过程中消耗8kg的燃料（假设燃料完全燃烧），则放出的总热量是多少？
（3）内燃机工作时转化成电能的效率。
参考答案
一、计算题
1、
（1）水吸收的热量：
Q吸=c水m（t﹣t0）=4.2×
103J/（kg•℃）×
50kg×
（50℃﹣10℃）=8.4×
106J．
（2）由题意可知，Q放=Q吸=8.4×
106J，
∵Q放=mq，
∴需要完全燃烧天然气的体积：
V=
=
=0.1m3．
（3）∵热水器接收到太阳辐射的热量Q=2.8×
107J，
∴这段时间该热水器的效率：
η=
×
100%=
100%=30%；
2、解：
（1）水吸收的热量：
Q吸=cm（t﹣t0）=4.2×
2kg×
=6.72×
105J；
（2）根据η=
可得，
液化气燃烧放出的热量：
Q放=
=1.344×
106J；
根据Q放=Vq可知，
液化气的热值q=
=4×
107J/m3．
答：
（1）水吸收的热量为6.72×
（2）液化气的热值为4×
3、10℃
4、解：
（1）热水器水箱送满水时，水的体积：
V=200L=0.2m3，
根据
可得：
水的质量m=ρV=1.0×
103kg/m3×
0.2m3=200kg；
（3分）
（2）水吸收的热量：
Q吸=cm△t=4.2×
200kg×
（70℃-20℃）
=4.2×
107J；
（3）优点：
节约能源无污染。
缺点：
把水加热到预定温度需要较长的时间或受天气影响的制约．（2分）（只要答案合理，优缺点各答对一条即可。
）
5、【考点】热量的计算；
热平衡方程的应用．
【分析】
（1）知道水的体积，利用密度公式求水的质量，又知道水的比热容、水的初温和末温，利用吸热公式Q吸=cm△t求水吸收的热量；
（2）若不计热量的散失，即Q吸=Q放，利用Q放=Vq求需要完全燃烧的煤气．
【解答】解：
（1）太阳能热水器中的水质量：
m=ρV=103kg/m3×
100×
10﹣3m3=100kg，
水吸收的热量：
Q吸=cm（t﹣t0）
100kg×
（40℃﹣20℃）
=8.4×
（2）由于不计热量的散失，则Q吸=Q放，
由Q放=qV可得：
=0.21m3．
（1）热水器中的水吸收的热量是8.4×
（2）要完全燃烧0.21m3的煤气可以产生相同的热量．
6、
（1）
（2）
（3）
7、
（1）太阳能热水器中水的体积V=100L=100dm3=0.1m3，
由ρ=可得，水的质量m=ρV=1.0×
103kg/m3×
0.1m3=100kg。
（2）在此过程中，水吸收的热量
103J/（kg•℃）×
100kg×
（38℃﹣8℃）
=1.26×
107J。
（3）该热水器的效率
100%=
100%=30%。
8、
9、375kg
无污染
安全
光能取之不尽
10、解：
根据公式Q吸＝cm（t－t0）得，m＝3.5×
104kg
11、【分析】
（1）汽车匀速行驶，根据二力平衡条件可得牵引力的大小，已知汽车的速度，根据P=Fv求牵引力的功率；
（2）已知太阳能电池板每天充入的最少电能，利用效率公式求出转化为的有用功，再根据W=Fs求出汽车行驶的最小距离；
（3）利用效率公式和太阳能电池板充入的最多电能求出此时转化为的有用功，再根据热机效率的公式求出天然气完全燃烧放出的热量，最后利用Q放=mq求出天然气的质量．
（1）汽车的速度：
v=72km/h=20m/s，
因为汽车匀速行驶，所以汽车的牵引力：
F=f=3.6×
103N，
牵引力的功率：
P==Fv=3.6×
103N×
20m/s=7.2×
104W，
（2）根据题意可知，太阳能电池板每天充入的最少电能：
W电小=10kW•h=10×
3.6×
106J=3.6×
已知电能转化为汽车前进所做的功的效率η1=90%，
所以，电能转化为的有用功：
W有=W电小×
η1=3.6×
107J×
90%=3.24×
根据W=Fs可得，汽车匀速行驶的最小距离：
s小=
W有
F
3.24×
107J
103N
=9000m；
（3）根据题意可知，太阳能电池板每天充入的最多电能：
W电大=20kW•h=20×
106J=7.2×
此时电能转化为的有用功：
W有′=W电大×
η1=7.2×
90%=6.48×
已知天然气完全燃烧时产生的内能转化为汽车前进所做的功的效率η2=30%，
设天然气完全燃烧放出的热量为Q放，若这些有用功由燃气发动机来提供，
则有：
Q放×
η2=W有′，
所以Q放=
W有′
η2
6.48×
30%
=2.16×
108J，
根据Q放=mq可得，需要天然气的质量：
m=
Q放
q
2.16×
108J
4.5×
107J/kg
=4.8kg，
即可以节约天然气的质量为4.8kg．
（1）当车辆以72km/h匀速行驶时，牵引力的功率为7.2×
104W；
（2）太阳能电池板提供的电能每天最少能让汽车匀速行驶的距离为9000m；
（3）若汽车使用太阳能电池板提供的电能，则每天最多可以节约天然气的质量为4.8kg．
【点评】本题是一道电学、热学和力学的综合题，需要从题中获取有用信息，正确理解转化效率的含义是解题的关键．
12、
13、【考点】压强的大小及其计算；
功的计算；
热机的效率．
（1）知道装满沙子的体积，利用m=ρV求装满沙子时沙子的质量；
利用G=mg求沙子的重力；
车对路面的压力等于车和沙子的总重，求出受力面积，利用p=
求车对路面的压强，和所控制的最大压强比较得出该货车是否；
（2）利用f=0.02G求货车受到的阻力，由于货车匀速行驶，货车牵引力和受到的阻力是一对平衡力，大小相等，利用W=Fs求牵引力做功；
（3）知道燃油的质量和热值，利用Q放=mq求燃油完全燃烧放出热量，热机效率等于牵引力做的功与燃油完全燃烧放出热量之比．
（1）由ρ=
得装满沙子时沙子的质量：
m沙子=ρ沙子V=2.4×
10m3=2.4×
104kg，
沙子的重力：
G沙子=m沙子g=2.4×
104kg×
10N/kg=2.4×
105N；
车对路面的压力：
F=G总=G车+G沙子=6×
104N+2.4×
105N=3×
105N，
受力面积S=10×
10﹣2m2=0.3m2，
车对路面的压强：
p=
=1×
106Pa，
因为1×
106Pa＞P最大=7×
105Pa，
所以该货车已经超载；
（2）货车受到的阻力：
f=0.02G总=0.02×
105N=6000N，
因为货车匀速行驶，所以货车的牵引力：
F=f=6000N，
牵引力做功：
W=Fs=6000N×
15×
1000m=9×
（3）燃油完全燃烧放出的热量：
Q放=mq=4kg×
107J/kg=1.8×
货车的热机效率：
100%=50%．
（1）该货车已经超载；
（2）这段时间内货车牵引力所做的功是9×
（3）货车在这一过程中消耗燃油4kg，其热机效率是50%．
14、
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