《2025年新课程学习与测评同步学习九年级物理全一册人教版》

例 2 如图 14 - 2 所示,某乡镇道路两旁安装的风光互补路灯,其顶部装有发电机,中间有太阳能电池板。当无风有光时,可以通过太阳能电池板发电；有风无光时通过风力发电机发电；二者也可同时发电,日夜为蓄电池充电。1 台风光互补路灯 1 年大约可发电$3.6×10^9$ J,已知$c_{水}= 4.2×10^3$ J/(kg·℃),煤炭的热值为$3×10^7$ J/kg。
- (1)若此路灯每年的发电量用燃烧煤炭来提供,则每台这样的路灯每年至少可节约多少千克煤炭？
- (2)若每年节约的能量中$14\%$被水吸收,则在标准大气压下,可将多少千克的水由$20℃$加热到沸腾？

答案： 解:
(1)煤炭完全燃烧释放的热量为$Q_{放}=W_{电}=3.6×10^{9}J$由$Q_{放}=mq$可得,每台这样的路灯每年至少可节约煤炭的质量为$m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{3.6×10^{9}J}{3×10^{7}J/kg}=120kg$
(2)由题意可知,水吸收的热量为$Q_{吸}=W_{电}\eta=3.6×10^{9}J×14\% =5.04×10^{8}J$由$Q_{吸}=cm(t-t_{0})$可得,可加热到沸腾的水的质量为$m_{水}=\frac{Q_{吸}}{c_{水}(t-t_{0})}=\frac{5.04×10^{8}J}{4.2×10^{3}J/(kg\cdot^{\circ}C)×(100^{\circ}C-20^{\circ}C)}=1.5×10^{3}kg$

2. 前沿科技 氢内燃汽车以氢气为燃料产生动力。如图 14 - 3 所示的氢能源公交车属于氢内燃汽车,目前在我国多地投入使用。氢具有清洁无污染、热值高等优点,被认为是 21 世纪最理想的能源。已知$q_{氢}= 1.4×10^8$ J/kg,通过计算回答：
- (1)质量为$6$ kg 的氢完全燃烧放出的热量是多少？
- (2)如果这$6$ kg 的氢完全燃烧放出的热量全部用于驱动车辆行驶,那么能使一辆功率恒为$120$ kW 的公交车匀速行驶多长时间？

答案： 解:
(1)6 kg的氢完全燃烧放出的热量$Q_{放}=mq_{氢}=6kg×1.4×10^{8}J/kg=8.4×10^{8}J$
(2)6 kg的氢燃料燃烧放出的热量对公交车做的功$W=Q_{放}=8.4×10^{8}J$公交车行驶的时间$t=\frac{W}{P}=\frac{8.4×10^{8}J}{120×10^{3}W}=7000s$