《2025年阳光夺冠九年级物理下册》

19. 小红一家到某基地露营时，用火炉将质量为2 kg、初温为20 ℃的水加热到60 ℃，燃烧了100 g木炭。已知水的比热容$c_{水}=4.2×10^{3}\ J/(kg·℃)$，木炭的热值$q = 3.36×10^{7}\ J/kg$。求：
(1)水吸收的热量。
(2)该火炉烧水的热效率。

答案： 解:
(1)水吸收的热量
$Q_{吸}=c_{水}m_{水}(t - t_{0}) = 4.2×10^{3}J/(kg\cdot^{\circ}C)×2kg×(60^{\circ}C - 20^{\circ}C)=3.36×10^{5}J$。
(2)木炭完全燃烧放出的热量
$Q_{放}=m_{木炭}q = 100×10^{-3}kg×3.36×10^{7}J/kg = 3.36×10^{6}J$，
火炉烧水的热效率$\eta=\frac{Q_{吸}}{Q_{放}}×100\%=\frac{3.36×10^{5}J}{3.36×10^{6}J}×100\% = 10\%$。

20. 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。[$c_{水}=4.2×10^{3}\ J/(kg·℃)$，$q_{氢}=1.4×10^{8}\ J/kg$]
(1)质量为0.3 kg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200 kg、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140 kW的恒定功率匀速行驶，0.3 kg的氢燃料完全燃烧释放的能量能使该公交车匀速行驶3 min，则氢能源公交车动力系统的效率是多少？

答案： 解:
(1)质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量
$Q_{放}=q_{氢}m = 1.4×10^{8}J/kg×0.3kg = 4.2×10^{7}J$。
(2)由题可知，水吸收的热量$Q_{吸}=Q_{放}=4.2×10^{7}J$，
由$Q_{吸}=c_{水}m'\Delta t$可知，水升高的温度
$\Delta t=\frac{Q_{吸}}{c_{水}m'}=\frac{4.2×10^{7}J}{4.2×10^{3}J/(kg\cdot^{\circ}C)×200kg}=50^{\circ}C$。
(3)已知公交车的功率$P = 140kW = 1.4×10^{5}W$，
行驶时间$t = 3min = 180s$，
则公交车的机械能$W = Pt = 1.4×10^{5}W×180s = 2.52×10^{7}J$，
则公交车的效率$\eta=\frac{W}{Q_{放}}=\frac{2.52×10^{7}J}{4.2×10^{7}J}=60\%$。