比热容、热量和热机效率计算题提高训练
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比热容、热量和热机效率计算题提高训练
1、用某种合金制成的小球,体积为 10cm3,当温度从 10℃升高到 20℃时,吸收的热量为 153J,已知合金的密度为 8.5×103kg/m3,比热为0.45×103J/(kg·℃),问小球是空心还是实心的?如果是空心的,空心部分体积是多大?
2、完全燃烧42g焦炭所放出的热量,若有50%被2kg、30℃的水吸收,则水温可升高多少℃?[c
水=4.2×103J/(kg·℃),q
焦炭=3.0×10
7J/kg,此时外界为1标准大气压]
3、随着人们生活水平的日益提高,小汽车越来越多地走进了百姓人家。一辆使用汽油为燃料的小汽车,以72km/h的速度在水平路面上匀速行驶时,发动机的实际功率为20 kW。若小汽车行驶的距离为100km,汽油的热值q=4.6×107J/kg,小汽车发动机的效率为25%。求小汽车在这段路程中:(1)运动的时间;(2)发动机所做的功;(3)消耗汽油的质量。
4、如图所示是家庭中所用的一种电水壶的外形及其铭牌,请你根据图中所提供的信息完成以下问题:
(1)图乙中观察壶内水位的玻璃管利用原理来工作。
(2)已知壶中装满水时水位高为10cm,此时水对水壶底的压强是多少?
(3)把初温为20℃的一满壶水在一个标准大气压下烧开,水需要吸收多少热量?
(4)在不计热量损失的情况下,电水壶正常工作时烧开一满壶水需要多长时间?
(c水=4.2×103J/(kg·℃)、g=10N/kg)
5、肥胖是人类健康的大敌,跳绳是减肥的方法之一。某人的质量为80kg,跳起时重心升高的平均高度约为5厘米。在晨练中,他在10分钟内跳了800次,(每千克脂肪提供的能量是7
10
6.1⨯J,可用kg
J
q/
10
6.17
⨯
=表示,g=10N/kg)请问在10分钟时间内:
(1)人克服重力所做的功是多少?
(2)人克服重力做功的平均功率是多少?
(3)假如人克服重力做功而消耗的能量只由脂肪提供,在理论上可以消耗多少脂肪?
6、一辆汽车,总重为1.2×104N,四个轮胎与地面接触的总面积为0.12m2,该车在平直公路上匀速行驶1h,消耗汽油10L,汽油完全燃烧放出的热量有30%转化为机械能。(汽油的热值为4.6 ×10 7J /kg,密度为0.7 ×103kg/m3,g=10N/kg)求:
(1)该车静止在水平路面上时,对路面的压强是多少?
(2)10L汽油完全燃烧放出的热量是多少?
(3)这段时间内该汽车发动机的功率是多少kW?(功率的计算结果保留小数点后一位)
7、随着低碳理念的普及,学校科技小组的同学拟设计一种以太阳能电池驱动的汽车.通过查阅资料得知:肇庆地区太阳光垂直照射时,每平方米太阳能电池板最大可提供150W的电功率.拟设计的太阳能汽车质量是500kg,它在平直路面上最快每秒可行驶15m,行驶过程中所受的平均阻力是车重的0.02倍.该汽车的驱动电机能够将90%的电功率转化为牵引汽车前进的机械功率.若该车在平直路面上以最高速度行驶,试通过计算回答下列问题(g取10N/kg):
(1)驱动电机提供的推力是多少牛?
(2)驱动电机提供的机械功率是多少瓦?
(3)该车的太阳能电池板面积约为多大?(计算结果小数点后保留一位数字)8、2010年12月30日通车的湛徐高速,使得从湛江市区到徐闻县海安港口全程只需约1个小时,从而使雷州半岛的居民从此真正进入湛江市“一小时生活圈”.
今年“五·一”期间,爸爸开车带着李兵从湛江市区出发沿湛徐高速到徐闻参观“大汉三墩”景点,汽车(包括车上的人和物品)质量为1.8×103kg,车轮与地面的总接触面积为0.09m2,当汽车以90km/h的速度在平直路面上匀速行驶时,汽车发动机牵引力为1000N,效率为30%,汽油的热值为4.6×107 J/kg(假设汽油完全燃烧,g取10N/kg).求:
(1)汽车静止时对路面的压强;
(2)汽车以90km/h的速度匀速行驶时,牵引力的功率;
(3)若汽车按照这种方式行驶,这次旅行全程往返250km,牵引力做的功是多少?李兵应该提醒爸爸至少要加汽油多少kg?
参考答案: 1、空心,6cm 3 2、70℃
3、解析:(1)小汽车的速度v =72km/h =20m/s ,运动的时间t=s/v=100×103m/20m/s=5×103s 。
(2)发动机做的功W=Pt =20×103W×5×103s=1×108J 。 (3)汽油完全燃烧放出的热量Q=mq ,又因为Q=W/η,故 m=Q/q=W /ηq=1×108J/ (25% ×4.6×107J/kg )=8.7kg 。 4、解析:(1)壶内水位的玻璃管是根据连通器的原理来工作的.
(2)水对壶底的压强:P=ρgh =1.0×103kg/m 3×10N/kg×0.1m=1.0×103Pa .
(3)装满水时水的质量:m=ρV =1.0×103kg/m 3×1.2×10﹣
3m 3=1.2kg ,烧开水吸收的热量:Q=cm
(t ﹣t 0)=4.2×103J/(kg•℃)×1.2kg×(100℃﹣20℃)=4.032×105J .
(4)烧开一满壶水的时间:t ==≈269s 。
5、解析:(1)人的重力:G=mg =80kg×10N/kg=800N ,人克服重力做的总功:
W=nGh =800×800N×0.05m=32000J 。
(2)人做功的平均功率:P ==≈53.3W 。
(3)由题知,人克服重力做功而消耗的能量只由脂肪提供,即:Q=W =32000J ,理论上消耗脂肪质量:m =
=
=0.002kg .
6、解析:(1)知道汽车总重,又在水平路面上,可求汽车对路面的压力,又知道受力面积,利用压强公式求汽车对路面的压强。
∵汽车静止在水平路面上,∴汽车对路面的压力:F=G =1.2×104N ,汽车对路面的压强:
Pa 10m
12.0N 102.152
4=⨯==S F p
(2))知道汽油的体积和汽油的密度,利用密度公式求汽油的质量,再利用燃料完全燃烧公式Q 放=mq 求10L 汽油完全燃烧放出的热量。
V =10L=0.01m 3,汽油的质量:m=ρV =0.7×103kg/m 3×0.01m 3=7kg ,汽油完全燃烧放出的热量:Q
放
=mq =7kg×4.6×107J/kg=3.22×108J 。
发动机做的有用功:W=Q 放×30%=3.22×108J×30%=9.66×107J ,汽车发动机的功率:
kW 8.26W 1068.2s
3600J
1066.947=⨯=⨯==t W P
答:(1)该车静止在水平路面上时,对路面的压强是1×105Pa ;(2)10L 汽油完全燃烧放出的热量是3.22×108J ;(3)这段时间内该汽车发动机的功率是26.8kW 。
点评:本题是力学和热学的综合题,考查了学生对密度公式、压强公式、燃料完全燃烧放热公式、功率公式、效率公式的掌握和运用,利用所学知识,计算解决实际问题,学以致用! 7、解析:(1)驱动电机提供的推力F=f=0.02G=0.02mg=0.02×500kg×10N/kg=100N .
(2)驱动电机提供的机械功率是P=Fv =100N×15m/s=1500W . (3)电功率转化率
η=
=
=90%,所以该车的太阳能电池板面积约为
S≈11.1m 2.
点评:本题考查推力、功率、面积等的计算,关键是公式及其变形的灵活运用,本题还告诉我们一定要广泛应用太阳能,太阳能不但节省能源,还可以环保.
8、解析:(1)汽车静止时对地面的压力为F=G=mg =1.8×103kg×10N /kg=1.8×104N ,汽车静止时
对地面的压强为=
⨯==2
409.0108.1m N
S F P 2×105Pa 。 (2)汽车以90km/h 的速度匀速行驶时,牵引力的功率P=Fv =1000N×25m/s=2.5×104W 。 (3)全程往返约250km 牵引力所做的功W=Fs =1000N×2.5×105m=2.5×108J , 由mq
W Q W ==
η
得,全程往返约250km 需要汽油的质量为: kg kg
J J
q W m 21.18/106.4%30105.27
8=⨯⨯⨯==η。 答:(1)汽车静止时对在地面的压强2×105Pa .(2)汽车以90km/h 的速度匀速行驶时,牵引力的功率2.5×104W .(3)全程往返约250km 牵引力所做的功2.5×108J ;全程往返约250km 需要汽油的质量为18.12kg .