《2025年通城学典暑期升级训练八年级物理人教版》

19. (6分)新情境 科技民生 我国工程师利用焦炉气中的氢气与工业尾气中的二氧化碳,合成液态燃料,作为杭州第19届亚运会主火炬的燃料。工程师在科普馆用如图所示的装置为同学们演示模拟实验,测量该燃料的热值。
① 在空酒精灯内加入适量该液态燃料,得到“燃料灯”。
② 在空烧杯内加入$1kg$水,测得水的初温为$31^{\circ}C$,点燃“燃料灯”开始加热。
③ 当水恰好沸腾时,立即熄灭“燃料灯”,测得“燃料灯”消耗燃料$30g$。
已知实验时气压为标准大气压,$c_{水}= 4.2×10^{3}J/(kg\cdot^{\circ}C)$,用该装置加热水的效率为$42\%$。求：
(1)此过程中,烧杯内水吸收的热量。
(2)该液态燃料的热值。

答案： 【解析】：
本题主要考查了热量的计算以及热值的理解，根据题目给出的条件，利用热量公式$Q=cm\Delta t$计算水吸收的热量，再结合加热效率，推导出燃料的热值公式$q=\frac{Q_{吸}}{m×\eta}$，最后代入数据得出结果。
（1）计算水吸收的热量：
根据公式$Q=cm\Delta t$，其中：$c$是水的比热容，$m$是水的质量，$\Delta t$是水的温度变化。
已知：$c_{水}=4.2×10^{3}J/(kg\cdot^{\circ}C)$，$m_{水}=1kg$，初温$t_{0}=31^{\circ}C$，末温$t=100^{\circ}C$（标准大气压下水的沸点）。
$\Delta t=t-t_{0}=100-31=69^{\circ}C$。
代入公式：
$Q_{吸}=c_{水}m_{水}\Delta t=4.2×10^{3}×1×69=2.898×10^{5}J$。
（2）计算液态燃料的热值：
已知加热效率$\eta=42\%=0.42$，消耗燃料质量$m_{燃料}=30g=0.03kg$。
根据加热效率公式：
$\eta=\frac{Q_{吸}}{Q_{放}}$。
其中$Q_{放}=m_{燃料}× q$，$q$为燃料的热值。
代入公式：
$\eta=\frac{Q_{吸}}{m_{燃料}× q}$。
解得：
$q=\frac{Q_{吸}}{m_{燃料}×\eta}=\frac{2.898×10^{5}}{0.03×0.42}=2.3×10^{7}J/kg$。
【答案】：
(1)$31^{\circ}C$升高到$100^{\circ}C$，水吸收的热量为：$Q_{吸}=c_{水}m_{水}\Delta t=4.2×10^{3}×1×(100-31)= 2.898×10^{5}J$；
(2)燃料的热值：$q=\frac{Q_{吸}}{m_{燃料}×\eta}=\frac{2.898×10^{5}}{0.03×0.42}=2.3×10^{7}J/kg$。

20. (10分)如图所示是某品牌氢能自行车,在某次测试过程中,一次性充满$0.02kg$氢气,在牵引力恒为$42N$的情况下,恰好骑行了$50km$。若氢气热值为$1.4×10^{8}J/kg$,求该测试过程中：
(1)氢气完全燃烧产生的热量。
(2)牵引力做的功。
(3)氢能自行车的效率。

答案： 【解析】：
(1) 我们需要计算氢气完全燃烧产生的热量。根据题目给出的氢气热值和氢气质量，我们可以使用公式$Q = mq$来计算。
(2) 我们需要计算牵引力做的功。根据题目给出的牵引力和骑行距离，我们可以使用公式$W = Fs$来计算。
(3) 我们需要计算氢能自行车的效率。效率是有用功与总功的比值，即$\eta = \frac{W}{Q}$。其中，W是牵引力做的功，Q是氢气完全燃烧产生的热量。
【答案】：
(1)解：氢气完全燃烧产生的热量$Q = mq = 0.02kg × 1.4 × 10^{8}J/kg = 2.8 × 10^{6}J$；
答：氢气完全燃烧产生的热量为$2.8 × 10^{6}J$；
(2)解：牵引力做的功$W = Fs = 42N × 50000m = 2.1 × 10^{6}J$；
答：牵引力做的功$2.1 × 10^{6}J$；
(3)解：氢能自行车的效率$\eta = \frac{W}{Q} × 100\% = \frac{2.1 × 10^{6}J}{2.8 × 10^{6}J} × 100\% = 75\%$。
答：氢能自行车的效率为$75\%$。