《2025年名校课堂九年级物理上册北师大版3》

2. “低碳环保”是当今世界环境主题,天然气是一种低污染燃料,在我县已普遍使用。天然气热值为 $4×10^{7}J/m^{3}$,完全燃烧 $0.42m^{3}$的天然气所释放的热量为1.68×10⁷ $J$,若完全被水吸收,能使 $200kg$的水温度升高20 $^{\circ}C$。$[c_{水}=4.2×10^{3}J/(kg\cdot^{\circ}C)]$

答案： 2.1.68×10⁷ 20

3. 近年来我国大力发展新能源汽车,小明家计划把汽油车更换成新能源汽车,以下是他了解到的相关信息:

(1)图 1 为汽油机能量流向图,某次旅程中消耗汽油 $30kg$,汽油完全燃烧放出的热量为1.38×10⁵ $J$,当中若有 $30\%$的热量转化为有用机械能,则有用机械能为4.14×10⁵ $J$。(汽油的热值为 $q_{汽油}=4.6×10^{7}J/kg$)
(2)新能源电车的发动机主要把电能转化为机械能,某款新能源车的能量占比如图 2,若将汽油车更换成该款新能源汽车,获得同样的有用机械能完成同一段旅程,则需要消耗5.52×10⁵ $J$的电能。

答案： 3.
(1)1.38×10⁵ 4.14×10⁵
(2)5.52×10⁵

4. (2024·陕西节选)氢能因其低碳、高热值、来源广泛等特点,在新能源领域备受青睐。某款氢内燃机汽车在某次测试中,匀速直线行驶 $6km$用时 $5min$,牵引力做功的功率恒为 $36kW$,发动机的效率为 $60\%$。本次测试中,消耗氢燃料的质量是多少?(氢燃料的热值为 $1.4×10^{8}J/kg$,假设氢燃料完全燃烧,计算结果保留两位小数)

答案： 4.解:用时5min,牵引力做功:
W=Pt=36000W×5×60s=1.08×10⁷J
由η=W/Q放得,氢燃料完全燃烧放出的热量:
Q放=W/η=1.08×10⁷J/60%=1.8×10⁷J
本次测试中,消耗氢燃料的质量:
m氢=Q放/q氢=1.8×10⁷J/1.4×10⁸J/kg≈0.13kg

5. 小强对家中太阳能热水器的加热性能进行研究,他用“温度传感器”测得装满水的水箱中水的温度为 $20^{\circ}C$,该地区太阳辐射到地面每平方米的面积上的功率 $P = 2.0×10^{3}W$,该太阳能热水器的集热面积 $S = 2.5m^{2}$,太阳光持续照射集热面 $4000s$后，“温度传感器”显示水箱中的水温为 $40^{\circ}C$,已知水箱容积是 $100L$。求:
(1)该过程中水吸收的热量。$[c_{水}=4.2×10^{3}J/(kg\cdot^{\circ}C)]$
(2)若用液化气灶加热使水吸收同样的热量,需要完全燃烧液化气的体积。(液化气的热值 $q = 5×10^{7}J/m^{3}$,不考虑热损失)
(3)此太阳能热水器在这个过程中的光热转化效率 $\eta$(即将太阳能转化为水的内能的效率)。

答案： 5.解:
(1)水的质量:m水=ρ水V=1.0×10³kg/m³×100×10⁻³m³=100kg
该过程中水吸收的热量:
Q吸=c水m水(t₂-t₁)=4.2×10³J/(kg·℃)×100kg×(40℃-20℃)=8.4×10⁶J
(2)若用液化气灶加热使水吸收同样的热量,即
Q放=Q吸=8.4×10⁶J
根据Q放=qV可知,需要完全燃烧液化气的体积:
V=Q放/q=8.4×10⁶J/5×10⁷J/m³=0.168m³
(3)太阳能:
E=PSt=2.0×10³W/m²×2.5m²×4000s=2×10⁷J
此太阳能热水器在这个过程中的光热转化效率:
η=Q吸/E×100%=8.4×10⁶J/2×10⁷J×100%=42%