《2025年名师测控九年级物理上册人教版》

12. 核心素养 科学推理 如图所示是某装置工作时的能量流向图,根据图中信息判断,此装置可能是(选填"热机""电灯"或"电风扇"),效率为,热量的损失为J。假如损失的那部分热量全部被初温为20°C、质量为50 kg的水吸收,则水的温度可以升高到°C。[$c_{水}=4.2×10^{3}J/(kg·^{\circ}C)$]

答案： 此装置可能是热机。
效率为：
$\eta = \frac{2.8 × 10^6 \, J}{7 × 10^6 \, J} × 100\% = 40\%$。
热量损失为：
$Q_{损失} = 7 × 10^6 \, J - 2.8 × 10^6 \, J = 4.2 × 10^6 \, J$。
水的温度升高到：
$Q = mc\Delta T$，
$\Delta T = \frac{Q_{损失}}{mc} = \frac{4.2 × 10^6 \, J}{50 \, kg × 4.2 × 10^3 \, J/(kg·°C)} = 20 \, °C$，
$T_{final} = 20 \, °C + 20 \, °C = 40 \, °C$。
故答案为：热机；$40\%$；$4.2 × 10^6$；$40$。

13. 生活垃圾的热值为$3×10^{6}J/kg$,某垃圾焚烧发电厂每天完全燃烧800 t生活垃圾,放出热量J;若放出热量的42%用来加热水供给附近小区,1标准大气压下,每天可将kg的水由20°C恰好加热至沸腾。[$c_{水}=4.2×10^{3}J/(kg·^{\circ}C)$]

答案： $Q_{放} = m_{垃圾}q = 800×10^{3}kg×3×10^{6}J/kg = 2.4×10^{12}J$；
$Q_{吸} = Q_{放}×42\% = 2.4×10^{12}J×42\% = 1.008×10^{12}J$；
由$Q_{吸} = cm\Delta t$可得，$m_{水}=\frac{Q_{吸}}{c_{水}\Delta t}=\frac{1.008×10^{12}J}{4.2×10^{3}J/(kg\cdot^{\circ}C)×(100 - 20)^{\circ}C}=3×10^{6}kg$。
故答案为：$2.4×10^{12}$；$3×10^{6}$。

14. (2024·湖北)据统计,每燃烧1 kg燃油约排放3.3 kg二氧化碳。为实现碳达峰、碳中和的目标,氢能作为一种绿色低碳的清洁能源在我国交通领域的应用场景不断扩大,使用氢燃料电池的交通工具不断丰富,其应用流程如图。

(1)氢燃料电池将化学能直接转化为能。
(2)当储氢瓶内气体压强为$3.5×10^{7}Pa$时,求瓶内壁$1cm^{2}$的面积上受到的压力。
(3)以氢燃料电池卡车为例,若卡车在水平路面上匀速直线行驶72 km用时1 h,功率为172 kW。
①求卡车的行驶速度;
②求卡车所受牵引力;
③与燃油卡车相比,氢燃料电池卡车行驶72 km可减排二氧化碳的质量为多少?(燃油机的效率取36%,燃油的热值q取$4.3×10^{7}J/kg$)

答案：
(1) 电
(2) 根据公式 $F = pS$，其中 $p = 3.5×10^{7}Pa$，$S = 1×10^{-4}m^{2}$，则 $F = 3.5×10^{7}×1×10^{-4}= 3500N$。
(3)
① $v=\frac{s}{t}=\frac{72km}{1h}=72km/h = 20m/s$。
② 由 $P = Fv$ 可得，$F=\frac{P}{v}=\frac{172×10^{3}W}{20m/s}=8600N$。
③ 牵引力做的功 $W = Pt=172×10^{3}W×3600s = 6.192×10^{8}J$。
因为 $\eta=\frac{W}{Q_{放}}$，所以 $Q_{放}=\frac{W}{\eta}=\frac{6.192×10^{8}J}{36\%}=1.72×10^{9}J$。
又因为 $Q_{放}=mq$，所以 $m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{1.72×10^{9}J}{4.3×10^{7}J/kg}=40kg$。
则减排二氧化碳的质量 $m_{减}=40kg×3.3 = 132kg$。
综上，答案依次为：
(1)电；
(2)3500N；
(3)①72km/h（或20m/s）；②8600N；③132kg。