《2024年智学酷提优精练九年级物理全一册人教版广东专版》

1. 太阳能是 21 世纪重点开发利用的能源之一，如今太阳能热水器已走进千家万户。如图所示，某家庭太阳能热水器阳光照射时，平均每小时吸收 7.0×10⁶ J 的太阳能，若热水器吸收 8 h 的太阳能，可以使质量为 100 kg 的水温度升高 50 ℃。已知水的比热容$c_{水}=4.2×10^{3}\ J/(kg\cdot^{\circ}C)$，天然气的热值$q = 3.5×10^{7}\ J/m^{3}$。求：

(1)水吸收的热量；
(2)该太阳能热水器的效率；
(3)若这些水吸收的热量由天然气来提供，假设天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收，则需要燃烧多少立方米的天然气。

答案：
(1)$2.1×10^{7}\ J$
(2)$37.5\%$
(3)$0.6\ m^{3}$
解析：
(1)水吸收的热量
$Q_{吸}=c_{水}m\Delta t = 4.2×10^{3}\ J/(kg\cdot^{\circ}C)×100\ kg×50\ ^{\circ}C = 2.1×10^{7}\ J$。
(2)$8\ h$获得的太阳能
$E = 7.0×10^{6}\ J/h×8\ h = 5.6×10^{7}\ J$，
太阳能热水器的效率
$\eta=\frac{Q_{吸}}{E}=\frac{2.1×10^{7}\ J}{5.6×10^{7}\ J}=37.5\%$。
(3)天然气完全燃烧放出的热量
$Q_{放}=Q_{吸}=2.1×10^{7}\ J$，
由$Q_{放}=Vq$可得，需要完全燃烧天然气的体积
$V=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{2.1×10^{7}\ J}{3.5×10^{7}\ J/m^{3}} = 0.6\ m^{3}$。

2. (开放性试题)可燃冰是一种新型能源，它是水和天然气在高压低温情况下形成的类冰状结晶物质，主要成分是甲烷。用燃气锅炉烧水时，把质量为 500 kg，初温为 20 ℃的水加热到 100 ℃，共燃烧了 12 m³ 天然气，已知水的比热容$c = 4.2×10^{3}\ J/(kg\cdot^{\circ}C)$，天然气的热值$q_{天然气}=4.2×10^{7}\ J/m^{3}$，可燃冰的热值为同体积天然气的 160 倍，假设天然气完全燃烧。
(1)求水吸收的热量；
(2)求燃气锅炉烧水时的效率；
(3)若换用可燃冰，应完全燃烧多少立方米可燃冰？
(4)提高燃料的利用率是节约能源、保护环境的重要措施，请你写出一种提高燃料利用率的办法。

答案：
(1)$1.68×10^{8}\ J$
(2)$33.3\%$
(3)$0.075\ m^{3}$
(4)增大燃料与氧气的接触面积或增大氧气的浓度
解析：
(1)水吸收的热量
$Q_{吸}=cm\Delta t = 4.2×10^{3}\ J/(kg\cdot^{\circ}C)×500\ kg×(100\ ^{\circ}C - 20\ ^{\circ}C)=1.68×10^{8}\ J$。
(2)天然气完全燃烧放出的热量
$Q_{放}=Vq_{天然气}=12\ m^{3}×4.2×10^{7}\ J/m^{3}=5.04×10^{8}\ J$；
燃气锅炉烧水时的效率
$\eta=\frac{Q_{吸}}{Q_{放}}=\frac{1.68×10^{8}\ J}{5.04×10^{8}\ J}=33.3\%$。
(3)可燃冰的热值$q_{可燃冰}=160q_{天然气}=160×4.2×10^{7}\ J/m^{3}=6.72×10^{9}\ J/m^{3}$；
若换用可燃冰完全燃烧放出相同的热量，应使用可燃冰的体积
$V_{可燃冰}=\frac{Q_{放}}{q_{可燃冰}}=\frac{5.04×10^{8}\ J}{6.72×10^{9}\ J/m^{3}} = 0.075\ m^{3}$。
(4)增大燃料与氧气的接触面积或增大氧气的浓度均可以使燃料充分燃烧。