1、专题二 热学的综合计算第十四章 内能的利用类型一 一般吸热、放热计算1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4.2103J/(kg)，煤气的热值为4.2107 J/kg6.31060.152小金分别用质量均为0.5 kg的水和煤油进行探究“物质的放热能力与哪些因素有关”实验，并用图象对实验数据进行了处理，如图所示。实验过程中，控制水和煤油在相同时间内放出相等的热量，分析图象可以得出_(填“甲”或“乙”)物质为水，煤油在015 min内放出的热量为_J，煤油的比热容为_J/(kg)。c水4.2103 J/(
2、kg)甲4.21042.11033天然气是常用的一种清洁能源。某用户用天然气将50 kg的水从20 加热到60。已知水的比热容c4.2103 J/(kg)，天然气的热值q4.2107 J/m3。求：(1)这些水吸收的热量。(2)加热这些水所需要天热气的体积(设天然气完全燃烧，不计热量损失)。解：(1)这些水吸收的热量：Q 吸 cmt4.2103 J/(kg)50 kg(60 20)8.4106 J。(2)由题知，不计热量损失，天然气完全燃烧放出的热量：Q 放Q 吸8.4106 J，由 Q 放 Vq 得，加热这些水所需要天然气的体积：VQ放q 8.4106 J4.2107 J/m3 0.2 m3
3、。类型二 热平衡的应用4工匠用钢铁打制刀具时，有一个重要流程叫“淬火”，把刚打制成型的刀具放到炉火中充分煅烧，然后将其迅速放入水中骤冷。现有一成型的合金钢刀具的质量为1 kg，温度为20，放入836 的炉火中煅烧足够长时间，迅速取出放入5 kg、20的水中冷却，最后与水达到共同的温度不计热量损失，c水4.2103 J/(kg)，c合金钢0.42103 J/(kg)。求：(1)此刀具在火炉中吸收的热量。(2)淬火后水的温度。解：(1)合金钢刀具放入836的炉火中煅烧足够长时间，达到热平衡，温度相同，所以，合金钢刀具的末温t836，则 此 刀 具 在 火 炉 中 吸 收 的 热 量：Q 合 吸 c
4、 合 金 钢 m 合 金 钢(t t0)0.42103J/(kg)1 kg(836 20)3.427 2105 J。(2)将煅烧后的刀具迅速取出放入20 的水中冷却，最后刀具与水达到共同的温度，设为t，不计热量损失，则有：Q水吸Q合放，即：c水m水(tt0)c合金钢m合金钢(tt)，42103 J/(kg)5 kg(t20)0.42103 J/(kg)1 kg(836 t)，解得：t36。类型三 有关热效率的计算5某垃圾处理厂处理垃圾时提炼出了200 kg燃料油，并用这些燃料油加热体积为30 m3的水用来供暖，可使水温升高60，根据以往经验可知供暖炉的加热效率为84%，则提炼出的燃料油的热值为
5、_J/kg。c水4.2103 J/(kg)4.51076国家提倡节能减排，各地“煤改气”正在积极进行，某同学计算他家天然气烧水的热效率，将2 kg的水倒入烧水壶中，并测出水温为20，在标准大气压下，把水刚加热到100 时，测出消耗天然气0.048 m3。已知水的比热容c水4.2103J/(kg)，天然气的热值约为q4.0107 J/m3。求：(1)将这些水烧开，需要吸收的热量。(2)在这种情况下，燃烧的天然气放出的热量。(3)他家天然气灶的效率。解：(1)水吸收的热量：Q 吸c 水m(tt0)4.2103 J/(kg)2 kg(100 20)6.72105 J。(2)消耗的天然气完全燃烧放出的
6、热量：Q 放qV4.0107 J/m30.048 m31.92106 J。(3)他家天然气灶的效率：Q吸Q放6.72105 J1.92106 J 35%。7飞机的发动机是一种热机，通过航空煤油在气室中燃烧，从喷口向后高速喷出气体，使发动机获得向前的推力。高空中某飞机获得1.6105 N的水平推力，以600km/h的速度沿水平方向匀速航行1 h，需要完全燃烧热值为4107 J/kg的航空煤油4000 kg。求1 h内：(1)飞机的航程。(2)发动机所做的功。(3)航空煤油完全燃烧放出的热量。(4)发动机的热机效率。解：(1)根据 vst 得，飞机的航程：svt600 km/h1 h600 km。
7、(2)发动机所做的功：WFs1.6105 N6105 m9.61010 J。(3)航空煤油完全燃烧放出的热量：Q 放qm4107 J/kg4 000 kg1.61011 J。(4)发动机的热机效率：WQ放9.61010 J1.61011 J 60%。8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。某新型混合动力汽车启动时，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的电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输送能量，又可以给蓄电池充电。车速与所受阻力的关系如图所示。在某次测试中，蓄电池储存的电能为5.12108 J。由内燃机提供能量，汽车以50 km/h的速度匀速
8、行驶了0.5 h，同时蓄电池的电能增加了10%。求：(1)汽车牵引力做的功。(2)若所用燃料的热值是4.5107 J/kg，测试过程中消耗8 kg的燃料(假设燃料完全燃烧)，则放出的总热量。(3)内燃机的效率。解：(1)汽车 0.5 h 内，行驶的路程：svt50 km/h0.5 h25 km2.5104 m。由图象可知，汽车速度为 50 km/h，所受阻力为 4 000 N，由于汽车匀速行驶，牵引力等于阻力，汽车牵引力做的功：W 牵Fs4 000 N2.5104 m1108 J。(2)燃料完全燃烧放出的热量：Qmq8 kg4.5107 J/kg3.6108 J。(3)电能增加：W 电5.12108 J10%0.512108 J。内燃机的效率：W牵W电Q1108 J0.512108 J3.6108 J42%。