2019年中考物理一轮复习新突破:专题14 热量计算(解析版和原卷版)
【内容简介】 热量计算的考点有物体吸收或放热、燃料完全燃烧放出热量、热平衡方程及其热效率。中考物理试卷中题型涉及选择题、填空题和综合应用题。特别是近几年中考涉及的热量计算试题难度不大,但今后解决创新试题就需要有扎实的基础知识,同时还需要掌握一些科学方法,复习过程中知道常考的知识点,常考的题型的解析是非常重要的。
一、热量计算常考点
考点1:物体吸收或放出热量的公式
①计算物体吸收热量的公式为:Q吸=cm(t-t0)=cm⊿t。
②计算物体放出热量的公式为:Q放=cm(t0-t)=cm⊿t。
其中,Q吸表示吸收热量,单位是J;c表示物体比热容,单位是J/(kg·℃);m表示质量,单位是kg;t0表示物体初始温度,单位是℃;t表示物体后来的温度,单位是℃。⊿t=t-t0表示物体升高了的温度。⊿t=t0-t,表示物理降低了的温度。
考点2:燃料完全燃烧放出热量的公式
①燃料完全燃烧释放出的热量公式为:Q放=mq。
②气体燃料完全燃烧释放出的热量公式也可为:Q放=qV。推导过程如下:
说明:①中的公式对固体、液体、气体、均适用。②只对气体适用。两个公式的得出都是根据热值的定义式得到的。
其中,Q放表示燃料完全燃烧放出的热量,单位是J;q表示燃料的热值,单位是J/kg;m表示质量,单位是kg。V表示体积,单位是m3。
考点3:热平衡方程
热平衡方程为:Q放=Q吸。
高温物体和低温物体混合达到热平衡时,高温物体温度降低放出的热量等于低温物体温度升高吸收的热量。这时Q放=c1m1(t01-t),Q吸=c2m2(t-t02)。燃料完全燃烧放出的热量等于另外物体吸收的热量。这时Q放=qm1,或者Q放=qV,Q吸=cm2(t-t0)。电热器通电流放出的热量等于另外物体吸收的热量,这时Q放=I2Rt(焦耳定律公式),Q吸=cm(t-t0)。利用热平衡方程可以求解很多问题,有时结合比例式,解题更简单。
考点4:热效率公式
(1)热机的效率:用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比。热机的效率是热机性能的一个重要指标。汽车发动机的效率、飞机发动机的效率、轮船发动机的效率均属于热机的效率,其公式为:η=。
(2)炉具的热效率:天然气燃烧放出的热量是炉具提供的总热量,Q总=Q放,水吸收的热量是有用的热量Q有=Q吸,则η=。
(3)电热水器的效率:电热丝所产生热量为Q总,总=Q放,水需要吸收热量为Q有,有=Q吸,则η=。
二、热量计算题的思维方法和解题技巧
首先阅题、思题,找出物体原来的温度t。和升高到的温度(或降低到的温度)t,看看物体的质量m是多少,查查物质的比热容是多少,或者对常见的物质(如水)的比热容记住即可,有时题中或试卷前给出。对这些物理量做到心中有数。
然后对物体温度升高的情况,可用公式Q吸=cm(t-to)列出方程,代入数值和单位求出物体应吸收的热量;对物体温度降低的情况,可用公式Q放=cm(to-t)列出方程,代入数值和单位求出物体应放出的热量。对于燃料燃烧的问题,可用公式Q放=mq求解燃料燃烧放出的热量。
(1)如果题中物体吸热的多少是由电阻放热提供,那么放出的热量可用焦耳定律Q放=I2Rt求出,利用Q吸=Q放建立方程,将把电学量与热学量紧密联系起来。
(2)如果题中物体吸热只吸收了电阻放热的80%,则可列方程Q吸=80%Q放,所求量一定在此方程中,用电器的效率问题也可迎刃而解。
(3)如果物体吸收的热量完全由另外燃料燃烧获得,则可用Q吸=cm(t-to)和 Q放=mq结合
Q吸=Q放来求出所要的物理量。
(4)如果物体吸收的热量只吸收了燃料完全燃烧的80%,则可列方程Q吸=80%Q放,燃料的热效率问题也可迎刃而解。
(5)其它方面与热有关的问题按以上思路都会找到解题技巧。
注意:在计算时,题中各个物理量要一一对应,并且都要化为国际单位。
三、考点典型实例及其解析
1.利用物体吸热公式Q吸=cm(t-to)解决的热学计算题
【例题1】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 ℃、100 L水加热到38 ℃。请解答:在此过程中,水吸收了多少热量?[水的比热容为4.2×103J/(kg℃),水的密度为1.0×103 kg/m3]
【答案】1.26×107 J
在此过程中,水吸收的热量
Q
吸=cm(t﹣t0)
=4.2×103 J/(kg•℃)×100 kg×(38 ℃﹣8 ℃)
=1.26×107 J。
2.利用物体吸放热公式Q放=cm(to-t)解决的热学计算题
【例题2】夏天,小红将一瓶质量为0.5 kg的矿泉水放入电冰箱的冷藏室,矿泉水的温度由37 ℃降至7 ℃,此瓶矿泉水 热量(选填“吸收”或“放出”),热量为 J。[水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃)]
【答案】放出 6.3×104
【解析】物体的温度从高温到低温的过程,需要放出热量,所以第一个空填写“放出”。具体放出多少热量,由放热公式Q放=cm(t0-t)得到
Q
放=cm(t0-t)= 4.2×103 J/(kg·℃)×0.5 kg×(37 ℃-7 ℃)=6.3×104 J
所以第二个空填写6.3×104。
3.利用热值公式Q放=qm1,或者Q放=qV解决的热学综合计算题
【例题3】用煤气灶烧水时,燃烧1kg的煤气,使100kg的水从20℃升高到70℃,则水吸收的热量是 J,煤气完全燃烧放出的热量是 J(q煤气=4.2×107J/kg)
【答案】2.1×107;4.2×107.
【解析】利用吸热公式Q吸=cm(t-t0)可以求水吸收的热量。利用燃料完全燃烧放出的热量的计算公式Q放=mq可以求煤气完全燃烧放出的热量。
(1)水吸收的热量:
Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×100kg×(70℃﹣20℃)
=2.1×107J;
(2)1kg煤气完全燃烧放出的热量:
Q放=mq=1kg×4.2×107J/kg=4.2×107J.
4.利用热效率公式η=解决的热学综合计算题
【例题4】燃气灶烧水时,把质量为2kg、初温为20℃的水加热到100℃,共燃烧了0.02m3天然气(假设天然气完全燃烧)。已知水的比热容为4.2×103J/(kg.℃),天然气的热值为8.4×107J/m3。求:(1)水吸收的热量;(2)天然气完全燃烧放出的热量;(3)燃气灶烧水时的效率。
【答案】(1)6.72×105J(2)1.68×106J(3)40%。
【解析】利用吸热公式求出水吸收的热量。利用热值公式求出天然气完全燃烧放出的热量。利用热效率公式求出燃气灶烧水时的效率。
(1)水吸收的热量:
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(100℃-20℃)=6.72×105J
5.利用图像结合热学公式解答的热学综合计算题
【例题5】某物理兴趣小组的同学,用煤炉给10kg的水加热,同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6min内完全燃烧了2kg的煤,水的比热容为4.2×103J/(kg·℃),煤的热值约为3×107J/kg。求:
(1)煤完全燃烧产生的热量;
(2)经过6min时间加热,水所吸收的热量;
(3)煤炉烧水时的热效率。
【答案】(1)6×107J(2)2.52×106J(3)4.2%。
【解析】根据热值公式能直接求出煤完全燃烧产生的热量;在图像获得信息是经过6min时间加热,水的温度从20℃升高到80℃,也就是温度升高了60℃.根据吸热公式很方便求得水所吸收的热量;根据热效率公式求得煤炉烧水时的热效率。
(1)煤完全燃烧产生的热量为
Q
放=m煤q=2kg×3×107J/kg=6×107J
6.热学综合计算题
【例题6】某款新型电动轿车,每充电一次,锂离子电池储存的能量为50kW•h,可供该车连续行驶300km,其最高车速可达120km/h。
(1)电动轿车的顶部向上凸起,当它高速行驶时,车顶的气压比车底的气压 。
(2)若该车以108km/h的速度匀速行驶10min,通过的路程是多少?
(3)该车连续行驶100km消耗的电能相当于完全燃烧多少升柴油产生的热量。(q柴油=4.3×107 J/kg,ρ柴油=0.85×103 kg/m3,计算结果保留两位小数)
【答案】(1)小;
(2)该车以108km/h的速度匀速行驶10min,通过的路程为18km;
(3)该车连续行驶100km消耗的电能相当于完全燃烧1.65L柴油产生的热量。
【解析】依据流体压强与流速的关系来分析解答:流体流速越大的位置,其压强越小;知道汽车速度和行驶时间,利用s=vt求汽车行驶的距离;根据题意求出该车连续行驶100km消耗的电能,再根据Q放=W=mq求出相当于完全燃烧柴油的质量,最后根据ρ=求出相当于完全燃烧柴油的体积。
(1)轿车的形状上面凸起、下面平直,车高速行驶时带动空气流动,车的上方空气流速快、压强小,车的下方空气流速慢、压强大;
(2)根据v=可知,
该车以108km/h的速度匀速行驶10min,通过的路程为:s=vt=108km/h×h=18km;
(3)由题意有,行驶100km消耗的电能:
W=×50kW•h=kW•h=×3.6×106J=6×107J,
依题意有,Q放=W,
由Q放=mq可得,完全燃烧柴油的质量:
m==≈1.4kg,
由ρ=可得,完全燃烧柴油的体积:
V==≈1.65×10﹣3m3=1.65L。
热量计算专题同步训练题及其解析
1.水的比热容为4.2×103J/(kg·℃),1kg水温度从50℃降低到20℃,放出的热量是( )
A.4.2×103J B.8.4×104J C.1.26×105J D.2.1×105J
【答案】C
【解析】题中已给出比热容c、质量m、初温t0、降低后的温度t,求解放出热量Q放可以直接根据公式Q放=cm(t0-t)。
2.截止到2018年,全球处于使用状态的汽车数量已突破10亿辆。每辆汽车每年耗油1.8t,这些汽油完全燃烧放出的热量为 J(q汽油=4.6×107J/kg)。当汽车从身边经过时,我们会闻到汽油味,说明汽油分子在不停地做 。
【答案】8.28×1010;无规则运动。
【解析】第一个空是利用燃料完全燃烧放出热量的公式Q放=qm命制的试题。汽油的热值q汽油=4.6×107J/kg,汽油的质量m=1.8t=1.8×103kg,应用公式直接代入数值计算即可。
3.在一标准大气压下,把体积为2L,温度为20℃的水烧至沸腾,水至少需要吸收 J的热量。若不计热量损失,需要燃烧 kg干木柴(q干木柴=1.2×107J/kg)。
【答案】6.72×105;5.6×10-2。
【解析】第一个空根据密度公式求出水的质量,然后直接应用吸热公式计算即可。第二个空属于利用燃料完全燃烧放出热量的公式Q放=qm命制的试题,需要对公式进行灵活变形。
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资料审核:czwlzx
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