《2025年学霸提优大试卷九年级物理上册苏科版》

27. (11 分)即热式天然气热水器的基本特点是冷水进热水出,打开水龙头,几秒钟内即能源源不断地连续供给热水,不用热水时,关上水龙头热水器就会停止工作.使用过程中,温度传感器显示进水和出水的温度分别稳定在 $ 20 \,^{\circ}\text{C} $ 和 $ 60 \,^{\circ}\text{C} $,放出 $ 100 \, \text{L} $ 的热水后,查看燃气表发现消耗了 $ 0.5 \, \text{m}^{3} $ 的天然气.已知天然气的热值 $ q_{\text{天然气}} = 4.2 × 10^{7} \, \text{J/m}^{3} $,水的比热容 $ c_{\text{水}} = 4.2 × 10^{3} \, \text{J/(kg} \cdot \,^{\circ}\text{C)} $,水的密度 $ \rho_{\text{水}} = 1.0 × 10^{3} \, \text{kg/m}^{3} $.求:
(1) $ 0.5 \, \text{m}^{3} $ 的天然气完全燃烧放出的热量;
(2) $ 100 \, \text{L} $ 的水吸收的热量;
(3) 热水器的加热效率.

答案：
(1)2.1×10⁷ J
(2)1.68×10⁷ J
(3)80% 解析：
(1)0.5 m³的天然气完全燃烧放出的热量为Q=q天然气V=4.2×10⁷ J/m³×0.5 m³=2.1×10⁷ J.
(2)100 L的水的质量为m=ρV=1.0×10³ kg/m³×100×10⁻³ m³=100 kg,100 L的水吸收的热量为Q吸=c水m(t-t₀)=4.2×10³ J/(kg·℃)×100 kg×(60℃-20℃)=1.68×10⁷ J.
(3)热水器的加热效率为η=Q吸/Q×100%=1.68×10⁷ J/2.1×10⁷ J×100%=80%.

28. (12 分)如图甲所示的轿车,采用氢气燃料工作,发动机的效率为 $ 50\% $.某次,该轿车在水平路面上以恒定功率 $ P $ 做直线运动,$ v - t $ 图像如图乙所示.已知汽车(包括司乘人员)的总质量为 $ 1500 \, \text{kg} $,汽车行驶过程中所受阻力大小平均为车重的 $ 0.1 $ 倍,氢气的热值 $ q_{\text{氢气}} = 1.5 × 10^{8} \, \text{J/kg} $,$ g $ 取 $ 10 \, \text{N/kg} $.求:
(1) 汽车所受阻力的大小:
(2) 在 $ 10 \sim 15 \, \text{s} $ 内汽车牵引力做的功 $ W_{1} $;
(3) 该轿车保持此功率持续行驶 $ 1 \, \text{h} $,需要消耗多少氢气?

答案：
(1)1500 N
(2)7.5×10⁴ J
(3)0.72 kg 解析：
(1)汽车行驶过程中所受阻力大小平均为车重的0.1倍,汽车所受阻力的大小为f=0.1G=0.1mg=0.1×1500 kg×10 N/kg=1500 N.
(2)由图知在10~15 s内汽车做匀速直线运动,牵引力等于阻力,牵引力为1500 N,根据s=vt计算行驶路程为s=vt=10 m/s×(15 s-10 s)=50 m,在10~15 s内汽车牵引力做的功W₁=Fs=1500 N×50 m=7.5×10⁴ J.
(3)该轿车功率为P=Fv=1500 N×10 m/s=1.5×10⁴ W,该轿车保持此功率持续行驶1 h有用功为W有用=Pt=1.5×10⁴ W×3600 s=5.4×10⁷ J.根据η=W有用/Q放计算氢气燃烧释放热量为Q放=W有用/η=5.4×10⁷ J/50%=1.08×10⁸ J,需要消耗氢气质量为m=Q放/q=1.08×10⁸ J/1.5×10⁸ J/kg=0.72 kg..