中考物理二轮复习题型专项复习专题06 内能、热量计算问题（含解析）

这是一份中考物理二轮复习题型专项复习专题06 内能、热量计算问题（含解析），共16页。
热量定义：在热传递过程中传递的那部分能量
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热平衡定义：热平衡，指一个处于任意平衡状态的系统， Q吸=Q放
热值 定义：单位质量的某种燃料完全燃烧后所放出的热量 （用字母“q”表示）
注意：热值是物质的一种特性 单位：J/kg
物理意义：表示每1Kg的某种燃料完全燃烧后所放出的热量是多少J
计算：Q放＝mq
【专题突破】
1．小洛想知道自己上到9楼克服重力做的功究竟多大，已知她的体重为500N，每层楼高为3m，她从1楼步行上到9楼（8个楼间距），用时2min，请你帮她计算：
（1）她上楼克服重力做的功是多少？做功的功率是多少？
（2）完全燃烧多少立方米天然气放出的热量，与小洛克服重力做的功相等？如果这些热量的35%被水吸收，能使一瓶0.5kg的水温度升高多少摄氏度？[已知天然气的热值是3.0×107J/m3，水的比热容是4.2×103J/（kg•℃）]
【解答】解：（1）家住9楼，小洛上楼的高度h＝8×3m＝24m，所用时间t1＝2min＝120s，
小洛上楼克服重力做的功为：
W＝Gh＝500N×24m＝12000J；
做功的功率为：
P100W；
（2）由题意可知，天然气完全燃烧放出的热量Q放＝W＝12000J；
由Q放＝Vq可得天然气的体积为：
V4×10﹣4m3；
由η可得水吸收的热量为：
Q吸＝Q放η＝12000J×35%＝4200J，
由Q吸＝cmΔt可得水升高的温度为：
Δt2℃。
答：（1）她上楼克服重力做的功是12000J；做功的功率是100W；
（2）完全燃烧4×10﹣4m3的天然气放出的热量，与小洛克服重力做的功相等；
如果这些热量的35%被水吸收，能使一瓶0.5kg的水温度升高2℃。
2．在探究扩散快慢与温度的关系的实验中要用到热水，小宇为了能够较好的保持热水的温度，使用了一个容量为500mL的保温杯带了一满杯温度为90℃的热水到学校，保温杯杯内底面积为20cm2，杯中水深30cm，小字家到学校距离为1800m，他从家骑车到学校用时6分钟，到校后测量热水温度为80℃。问：
（1）小宇从家骑车到学校的平均速度是多少？
（2）在小宇上学的路上水散失的热量有多少？
（3）保温杯正放在水平桌面上时，水对杯底的压力有多大？
【解答】解：（1）小宇从家骑车到学校的时间：t＝6min＝360s，
小宇从家骑车到学校的平均速度是：
v5m/s；
（2）水的体积为：V＝500mL＝500cm3，
根据ρ知水的质量为：
m＝ρV＝1.0g/cm3×500cm3＝500g＝0.5kg，
在小宇上学的路上水散失的热量为：
Q放＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×0.5kg×（90℃﹣80℃）＝2.1×104J；
（3）水对杯底的压强为：
p＝ρgh＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.3m＝3×103Pa，
水对杯底的压力为：
F＝pS＝3×103Pa×20×10﹣4m2＝6N。
答：（1）小宇从家骑车到学校的平均速度是5m/s；
（2）在小宇上学的路上水散失的热量有2.1×104J；
（3）保温杯正放在水平桌面上时，水对杯底的压力有6N。
3．2022北京冬奥会期间，“绿衣”大巴车为运动员、工作人员、志愿者等提供接驳服务，成为一道亮丽风景线。大巴车的总质量为11.5t，轮胎与地面的接触总面积0.5m2。该车利用氢燃料电池驱动电动机工作，在平直公路上以72km/h的速度匀速行驶时，电动机的额定功率为84kW。若水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），氢气的热值为1.4×108J/kg，g取10N/kg，求：
（1）质量为200kg的水吸收0.3kg的氢完全燃烧放出的热量升高的温度。
（2）大巴车静止在水平地面上时，对地面的压强。
（3）大巴车匀速行驶10min的路程和电动机所做的功。
【解答】解：（1）0.3kg的氢完全燃烧放出的热量：Q放＝m氢q＝0.3kg×1.4×108J/kg＝4.2×107J；
根据题意可知，水吸收的热量：Q吸＝Q放＝4.2×107J；
由Q吸＝cmΔt可知，水升高度的温度：Δt50℃；
（2）大巴车的总重力：G＝m车g＝11.5×103kg×10N/kg＝1.15×105N；
大巴车静止在水平地面上时，对地面的压力等于大巴车的重力，即F＝G＝1.15×105N；
大巴车静止在水平地面上时，对地面的压强：p2.3×105Pa；
（3）大巴车的速度v＝72km/h＝20m/s，
由v可知，大巴车匀速行驶10min的路程：s＝vt＝20m/s×10×60s＝1.2×104m；
由P可知，电动机所做的功：W＝Pt＝84×103W×10×60s＝5.04×107J。
答：（1）质量为200kg的水吸收0.3kg的氢完全燃烧放出的热量升高的温度为50℃；
（2）大巴车静止在水平地面上时，对地面的压强为2.3×105Pa；
（3）大巴车匀速行驶10min的路程为1.2×104m；电动机所做的功为5.04×107J。
4．一款无人驾驶汽车在测试时以72km/h的速度，在平直的公路上匀速行驶了4.5km，消耗汽油1kg。汽油机的效率为30%，废气带走的能量占汽油完全燃烧放出的热量的42%，那么，在这段行驶过程中（q汽油＝4.5×107J/kg）求：
（1）在1标准大气压下，假如这些废气带走的能量全部被质量50kg，温度为20℃的水吸收，水温能升高到多少摄氏度？
（2）汽车在上述路段行驶时，发动机的输出功率为多少kW？
【解答】解：
（1）汽油完全燃烧放出的热量：
Q放＝m汽油q汽油＝1kg×4.5×107J/kg＝4.5×107J。
发动机排出的废气带走的能量：
Q废气＝42%Q放＝42%×4.5×107J＝1.89×107J；
则水吸收的热量为Q吸＝Q废气＝1.89×107J，
由Q吸＝cm△t得，水升高的温度：
△t90℃；
由题意可知，水的初温为20℃，在1标准大气压下沸点为100℃，所以实际水温能升高到100℃。
（2）由η得，牵引力做的功：
W＝ηQ放＝30%×4.5×107J＝1.35×107J；
由v得，汽车运动的时间：
t0.0625h＝225s；
发动机的输出功率：
P6×104W＝60kW。
答：（1）水温能升高到100℃。
（2）汽车在上述路段行驶时，发动机的输出功率为60kW。
5．如图是一种常见的饮水机结构剖面图，控水槽内浮体A与阀门B固定相连，当A恰好浸没时阀门B关闭，A未浸没时B略有下降，桶内水流入控水槽中。已知浮体A的体积为40cm3，阀门B的横截面积为1cm2，忽略A、B的重及大气压强影响，求：[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），g取10N/kg]。
（1）若热胆中储水1kg，加热管将其从初温20℃加热到100℃，这些水吸收的热量是多少？
（2）浮体A浸没时所受浮力为多大？
（3）浮体A浸没时阀门B受到的压强是多少？
【解答】解：（1）水吸收的热量：
Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（100℃﹣20℃）＝3.36×105J；
（2）浮体A浸没时所受浮力为：
F浮＝ρ水V排g＝1.0×103kg/m3×40×10﹣6m3×10N/kg＝0.4N；
（3）阀门B受到的压力：F＝F浮＝0.4N
阀门B受到的压强：
p4×103 Pa。
答：（1）若热胆中储水1kg，加热管将其从初温20℃加热到100℃，这些水吸收的热量是3.36×105J；
（2）浮体A浸没时所受浮力为0.4N；
（3）浮体A浸没时阀门B受到的压强是4×103 Pa。
6．工匠用钢铁打制刀具时，有一个重要流程叫“淬火”，即把打制成型的刀具放入火炉中充分煅烧，然后将其迅速放入水中骤冷。现有一成型合金钢制刀具，质量为1kg，在常温20℃时放入温度为836℃的火炉中煅烧足够长时间，再浸没在质量为5kg，温度为20℃的水中冷却，最后与水达到共同温度[不计过程中的热量散失，c水＝4.2×103J/（kg•℃），c合金钢＝0.42×103J/（kg•℃）]。问：
（1）此刀具在火炉中吸收了多少热量？
（2）淬火后水的温度t为多少摄氏度？
【解答】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t＝836℃；
则此刀具在火炉中吸收的热量：Q合吸＝c合金钢m合金钢（t﹣t0）＝0.42×103J/（kg•℃）×1kg×（836℃﹣20℃）＝342720J。
（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′，则有：Q水吸＝Q合放；
即：c水m水（t′﹣t0′）＝c合金钢m合金钢（t﹣t′），
代入数据：4.2×103J/（kg•℃）×5kg×（t′﹣20℃）＝0.42×103J/（kg•℃）×1kg×（836℃﹣t′），
解得：t′＝36℃。
答：（1）此刀具在火炉中吸收了342720J的热量；
（2）淬火后水的温度为36摄氏度。
7．氢燃料新能源公交车已经投入使用，如图所示。氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点。请完成下列问题。【c水＝4.2×103J/（kg•℃）；q氢＝1.4×108J/kg】
（1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？
（2）若这些热量全部被质量为200kg、温度为15℃的水吸收，水升高的温度是多少？
（3）若某氢能源公交车以140kW的恒定功率匀速行驶，0.3kg的氢燃料完全燃烧释放的能量能使该公交车匀速行驶3min，则氢能源公交车动力系统的效率是多少？
【解答】解：（1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量：Q放＝q氢m＝1.4×108J/kg×0.3kg＝4.2×107J；
（2）由题可知水吸收的热量：Q吸＝Q放＝4.2×107J，
由Q吸＝c水m′Δt可知水升高的温度：50℃；
（3）已知公交车的功率P＝140kW＝1.4×105W，行驶时间t＝3min＝180s，
则公交车的机械能为：W＝Pt＝1.4×105W×180s＝2.52×107J，
则公交车的效率：η60%。
答：（1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是4.2×107J；
（2）水升高的温度是50℃；
（3）氢能源公交车动力系统的效率是60%。
8．某载重汽车自重12t，车轮与地面的总接触面积为0.5m2，汽车以72km/h的速度在平直公路上匀速行驶时，柴油发动机的功率为210kW，每行驶43s消耗柴油700g，柴油的热值为4.3×107J/kg。求：
（1）该发动机的效率；
（2）汽车的牵引力；
（3）若公路所能承受的最大压强为8×105Pa，汽车最多能装载多少吨的货物。
【解答】解：
（1）完全燃烧700g柴油放出的热量：Q放＝m柴油q＝0.7kg×4.3×107J/kg＝3.01×107J；
柴油发动机做功：W＝Pt＝210×103W×43s＝9.03×106J；
柴油发动机的效率：η100%100%＝30%；
（2）v＝72km/h＝20m/s；
根据PFv可知，汽车的牵引力为：F1.05×104N；
（3）由p得，公路所能承受的最大压力：F＝pS＝8×105Pa×0.5m2＝4×105N；
水平面上物体受到的重力数值上等于物体对水平面的压力，则汽车的重力为：G总＝4×105N；
汽车与货物的质量之和为：m总4×104kg＝40t；
汽车最多能装载货物的质量：m＝m总﹣m车＝40t﹣12t＝28t。
答：（1）汽车的牵引力为1.05×104N。
（2）该柴油发动机效率为30%。
（3）若公路所能承受的最大压强为8×105Pa，汽车最多能装载的货物的质量为28t。
9．如图所示的洒水车，未装水时其质量为4t，车轮与地面的总接触面积为0.5m2。（g取10N/kg，燃油热值取4×107J/kg）。求：
（1）洒水车未装水时静止在水平地面上，对地面的压强是多大？
（2）洒水车空车以36km/h的速度在平直公路上匀速行驶时受到的阻力为800N，则这段时间内洒水车牵引力的功率是多大？
（3）若洒水车发动机的效率为40%，则空车以36km/h的速度匀速直线行驶2km，消耗燃油的质量是多少？
【解答】解：（1）未装水时，洒水车对水平路面的压力为：F压＝G车＝m车g＝4×103kg×10N/kg＝4×104N；
对地面的压强为：p；
（2）洒水车空车的速度v＝36km/h＝10m/s，
洒水车空车在平直公路上匀速行驶时处于平衡状态，受到的阻力和牵引力为平衡力，大小相等，故牵引力F牵＝f＝800N，
根据PFv可得这段时间内洒水车牵引力的功率为：P＝F牵v＝800N×10m/s＝8000W；
（3）空车以36km/h的速度匀速行驶2km，所用时间为：t200s，
根据P可得牵引力所做的功为：W＝Pt＝8000W×200s＝1.6×106J，
洒水车发动机的效率为40%，则燃油完全燃烧放出的热量为：Q放4×106J，
消耗燃油的质量为：m燃油0.1kg。
答：（1）洒水车未装水时静止在水平地面上，对地面的压强是8×104Pa；
（2）这段时间内洒水车牵引力的功率是8000W；
（3）消耗燃油的质量是0.1kg。
10．某品牌天然气热水器，铭牌上标有热水产率“10L/min”，即开始加热后每分钟有10L的热水流出.若流进热水器的水初温为15℃，流出的热水温度为45℃，小明洗一次澡用了20min，燃气表上的示数由23.912m3变为25.412m3，已知ρ水＝1.0×103kg/m3，q气＝3.2×107J/m3；c水＝4.2×103J/（kg•℃）.请完成以下问题：
（1）热水器工作过程中，通过 热传递 的方式增大水的内能，使水的温度升高。
（2）每分钟从热水器内流过的水吸收的热量为多少？
（3）小明洗一次澡消耗的天然气完全燃烧放出的热量为多少？
（4）本次洗澡加热过程中热水器的加热效率为多少？
【解答】解：（1）热水器工作过程中，天然气燃烧将化学能转化为内能，又将该内能转移为水的内能，因此该过程是通过热传递的方式增大水的内能，使水的温度升高的；
（2）由“10L/min”可知，每分钟从热水器内流过水的体积：V＝10L＝1×10﹣2m3，
由ρ可得，水的质量：m＝ρ水V＝1.0×103kg/m3×1×10﹣2m3＝10kg，
水吸收的热量：Q吸＝c水mΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×10kg×（45℃﹣15℃）＝1.26×106J；
（3）洗一次澡消耗的天然气：V气＝25.412m3﹣23.912m3＝1.5m3，
天然气完全燃烧放出的热量：Q放＝V气q气＝1.5m3×3.2×107J/m3＝4.8×107J；
（4）已知洗一次澡需要20min，因此20min水吸收的热量：Q吸′＝20×Q吸＝20×1.26×106J＝2.52×107J，
澡加热过程中热水器的热效率：η100%100%＝52.5%。
答：（1）热传递；
（2）每分钟从热水器内流过的水吸收的热量为1.26×106J；
（3）洗一次澡消耗的天然气完全燃烧放出的热量为4.8×107J；
（4）本次洗澡加热过程中热水器的热效率为52.5%。
11．如图甲，小林在一段平直公路上做匀速行驶电动车时，该段路程运动的s﹣t图像如图乙；受到的阻力与时间关系如图丙所示；已知小林的质量为60kg，电动自行车的质量为20kg，车轮与地面接触的总面积为4×10﹣3m2，行驶时该车电动机的平均功率为200W。求：
（1）小林骑车时该车对地面的压强；
（2）该车在此路段行驶15s牵引力做功的功率；
（3）该车在15s内消耗的电能转化为机械能的效率。
【解答】解：（1）已知小林的质量是60kg，电动自行车的质量是20kg，
电动自行车对地面的压力：F＝G＝（60kg+20kg）×10N/kg＝800N，
受力面积：S＝4×10﹣3m2，
电动自行车对地面的压强：p2×105Pa；
（2）根据图丙可知，车受到的阻力为f＝20N，因为电动自行车是匀速直线运动，所以车受到的牵引力和阻力是一对平衡力，大小相等，即：F牵＝f＝20N，
由图乙可知，电动自行车15s运动了90m，牵引力做功：W＝F牵s＝20N×90m＝1800J；
（3）已知电动自行车的功率：P＝200W，则电动自行车15s做功：W电＝Pt＝200W×15s＝3000J，
该车在15s内消耗的电能转化为机械能的效率：η100%100%＝60%。
答：（1）电动自行车对地面的压强为2×105Pa；
（2）电动自行车前进90m牵引力做功是1800J；
（3）该车在15s内消耗的电能转化为机械能的效率是60%。
12．中国已成为世界上拥有汽车最多的国家，汽车出厂时需要进行检测，对图甲所示的汽车进行检测时，让汽车保持恒定功率在水平路面做直线运动，测得其速度随时间变化的图像如图乙所示，加速阶段仅用10秒就从静止启动并通过200米的路程。求：
（1）该汽车加速过程的平均速度是多少？
（2）10秒后汽车匀速行驶时，测得其所受阻力为900N，则0～10s牵引力做功多少？
（3）前10s共消耗汽油20g，已知汽油热值为4.5×107J/kg，则汽车发动机的效率是多少？
【解答】解：（1）该汽车加速过程的平均速度v20m/s；
（2）由图知汽车在10s后的速度为30m/s，因为汽车保持恒定功率在水平路面做直线运动，
所以汽车0～10s的功率和10s后的功率相同为P＝Fv＝900N×30m/s＝2.7×104W，
则0～10s牵引力做功W＝Pt＝2.7×104W×10s＝2.7×105J；
（3）20g汽油完全燃烧放出的热量Q放＝mq＝0.02kg×4.5×107J/kg＝9×105J，
汽车发动机的效率为η100%100%＝30%。
答：（1）该汽车加速过程的平均速度是20m/s；
（2）0～10s牵引力做功为2.7×105J；
（3）汽车发动机的效率是30%。
13．假期，小明全家驾车从盈江到芒市游玩，出发前，爱学习的小明收集了相关数据，整理成下表，请你根据表中数据完成相关计算。（已知：q汽油＝4.6×107J/kg）
（1）轿车静止时对水平地面的压强；
（2）全程行车所需的时间；
（4）匀速行驶时发动机的效率。
【解答】解：（1）轿车静止时对水平地面的压力F＝G＝mg＝1050kg×10N/kg＝1.05×104N，
轿车静止时对水平地面的压强P7×104Pa；
（2）全程行车所需的时间t2.5h；
（3）轿车匀速行驶时的牵引力F＝f＝2000N，
轿车行驶1km发动机做的功W＝Fs＝2000N×1000m＝2×106J，
轿车行驶1km消耗的汽油放出的热量Q放＝mq汽油＝0.05kg×4.6×107J/kg＝2.3×106J，
汽车匀速行驶时发动机的效率η100%100%≈87%。
答：（1）轿车静止时对水平地面的压强7×104Pa；
（2）全程行车所需的时间2.5h；
（4）匀速行驶时发动机的效率为87%。
14．如图所示为某种型号的多功能洒水车，它空载时的质量为3t，配备了一个内深为1m的大容量水箱，底部有一个面积为0.003m2的放水孔。若多功能洒水车在水平地面上匀速行驶时受到的阻力恒为总重的0.08倍，某次该车满载（装满）后由静止开始在水平面上启动，在启动（加速）过程中，发动机消耗100g柴油，测得汽车牵引力的功率及其瞬时速度随时间的变化情况分别如图甲和图乙所示。已知g＝10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3，q柴油＝4.0×107J/kg，燃油完全燃烧。求：
（1）该洒水车满载时，若用质量不计的小钢片从外部堵住放水孔，则需对小钢片施加的外力至少是多少N？
（2）该洒水车在启动（加速）过程中热机效率是多少？
（3）该洒水车水箱的容积是多少m3？
【解答】解：（1）水对小孔的压强p＝ρ水gh＝1.0×103kg/m3×10N/kg×1m＝1×104Pa；
由p可得，用质量不计的小钢片从外部堵住放水孔，则需对小钢片施加的外力：
F＝pS＝1×104Pa×0.003m2＝30N；
（2）由P可得，该洒水车在启动（加速）过程中所做的有用功：
W＝Pt＝120×103W×15s＝1.8×106J，
燃油完全燃烧放出的热量：
Q放＝m柴油q柴油＝100×10﹣3kg×4.0×107J/kg＝4×106J，
该洒水车在启动（加速）过程中热机效率：
η100%100%＝45%；
（3）由PFv可得，牵引力F牵8×103N。
多功能洒水车在水平地面上匀速行驶时牵引力等于阻力，则阻力f＝F牵＝8×103N，
则满载时的总重力G总1×105N，
则满载时的总质量m总1×104kg，
水的质量m水＝m总﹣m车＝1×104kg﹣3×103kg＝7×103kg，
满载时水的体积等于水箱的容积，则水箱的容积：
V箱＝V水7m3。
答：（1）则需对小钢片施加的外力至少是30N；
（2）该洒水车在启动（加速）过程中热机效率是45%；
（3）该洒水车水箱的容积是7m3。
15．我国水陆两栖飞机“鲲龙”AG600试飞机组进行了首次下水滑行。“鲲龙”AG600机身总长37m，翼展超过机身长度最宽处达到38.8m，整个飞机高12m。空载时的总质量为42t，最大起飞重量53.5t，空中巡航时速500公里，最大航程超过5000公里。轮胎与跑道的总接触面积为0.6m2，为世界上最大的一款水陆两用飞机，可以在陆地和水面上起降。据报道这架水陆两栖运输机主要是用于消防和水上救援，能在20秒内吸满12t水，水上应急救援一次可救护50名遇险人员。（g＝10N/kg）求：
（1）飞机空载时静止在水平跑道上，对跑道的压力和压强。
（2）飞机静止在水面上时受到的最大浮力及排开水的体积。
（3）若飞机在空中飞行时获得1.6×105N的水平推力，以巡航时速沿水平方向匀速航行1h，需要完全燃烧热值为4×107J/kg的航空煤油4000kg。则1h内飞机在空中飞行的距离及发动机的效率。
【解答】解：（1）飞机空载时静止在水平跑道上时的压力：
F＝G＝mg＝42×103kg×10N/kg＝4.2×105N；
对跑道的压强：
p7×105Pa；
（2）飞机静止在水面上时处于漂浮状态，浮力等于重力，
最大浮力：F浮＝G最大＝m最大g＝53.5×103kg×10N/kg＝5.35×105N；
根据F浮＝ρ液gV排得，排开水的体积：
V排53.5m3；
（3）根据v得，以巡航时速沿水平方向匀速航行1h通过的路程为：
s＝vt＝500km/h×1h＝500km＝5×105m；
以巡航时速沿水平方向匀速航行1h做的功为：
W有＝Fs＝1.6×105N×5×105m＝8×1010J，
完全燃烧4000kg的航空煤油放出的热量：
Q放＝qm′＝4×107J/kg×4000kg＝1.6×1011J，
发动机的效率：
η100%＝50%。
答：（1）飞机空载时静止在水平跑道上，对跑道的压力为4.2×105N，压强7×105Pa；
（2）飞机静止在水面上时受到的最大浮力为5.35×105N；排开水的体积为53.5m3；
（3）若飞机在空中飞行时获得1.6×105N的水平推力，以巡航时速沿水平方向匀速航行1h，需要完全燃烧热值为4×107J/kg的航空煤油4000kg。则1h内飞机在空中飞行的距离为5×105m，发动机的效率为50%。
轿车质量（kg）
1050
车轮与地面接触总面积（m2）
0.15
盈江到芒市距离（km）
150
预设行车速度（km/h）
60
行驶1km耗油量（g）
50
匀速行驶时受到的阻力（N）
2000