《2025年同步测控优化设计九年级物理全一册人教版》

1. (2024·江苏苏州中考)右图为某折叠卡式炉,采用丁烷气体作为燃料。水壶装入 2 L 初温为 25 ℃的水,用卡式炉加热至 100 ℃,消耗了 25 g 丁烷气体。水的密度为$ 1.0×10^3 kg/m^3,$水的比热容为$ 4.2×10^3 J/(kg·℃),$丁烷的热值为$ 4.8×10^7 J/kg。$求:

(1)壶中水的质量。
(2)水吸收的热量。
(3)卡式炉的加热效率。

答案： 1. （1）
解：已知水的体积$V = 2L=2dm^{3}=2×10^{-3}m^{3}$，水的密度$\rho = 1.0×10^{3}kg/m^{3}$。
根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$，可得水的质量$m=\rho V$。
则$m = 1.0×10^{3}kg/m^{3}×2×10^{-3}m^{3}=2kg$。
2. （2）
解：已知水的质量$m = 2kg$，初温$t_{0}=25^{\circ}C$，末温$t = 100^{\circ}C$，水的比热容$c = 4.2×10^{3}J/(kg\cdot^{\circ}C)$。
根据热量计算公式$Q_{吸}=cm(t - t_{0})$。
则$Q_{吸}=4.2×10^{3}J/(kg\cdot^{\circ}C)×2kg×(100^{\circ}C - 25^{\circ}C)$
$=4.2×10^{3}J/(kg\cdot^{\circ}C)×2kg×75^{\circ}C$
$=6.3×10^{5}J$。
3. （3）
解：已知丁烷气体质量$m_{气}=25g = 0.025kg$，丁烷的热值$q = 4.8×10^{7}J/kg$。
根据$Q_{放}=m_{气}q$，可得丁烷完全燃烧放出的热量$Q_{放}=0.025kg×4.8×10^{7}J/kg = 1.2×10^{6}J$。
加热效率$\eta=\frac{Q_{吸}}{Q_{放}}×100\%$。
则$\eta=\frac{6.3×10^{5}J}{1.2×10^{6}J}×100\%=\frac{630000}{1200000}×100\% = 52.5\%$。
综上，答案依次为：（1）$2kg$；（2）$6.3×10^{5}J$；（3）$52.5\%$。

2. 氢发动机以气态氢作为燃料,代替传统以汽油、柴油为燃料的内燃机,氢气燃烧的生成物为水。如图所示,这是氢发动机汽车,该车在平直路面上匀速行驶 3.5 km,所受的平均阻力为 2 400 N,消耗氢气 0.12 kg, $ q_{氢气} = 1.4×10^8 J/kg $。求:

(1)汽车牵引力所做的功。
(2)氢气完全燃烧放出的热量。
(3)该汽车发动机的效率。

答案： 1. （1）
解：因为汽车匀速行驶，所以牵引力$F = f=2400N$，行驶距离$s = 3.5km = 3500m$。
根据功的公式$W = Fs$，可得汽车牵引力所做的功：
$W=Fs = 2400N×3500m=8.4×10^{6}J$。
2. （2）
解：已知氢气质量$m = 0.12kg$，氢气热值$q_{氢气}=1.4×10^{8}J/kg$。
根据燃料完全燃烧放热公式$Q_{放}=mq$，可得氢气完全燃烧放出的热量：
$Q_{放}=mq_{氢气}=0.12kg×1.4×10^{8}J/kg = 1.68×10^{7}J$。
3. （3）
解：根据热机效率公式$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%$。
已知$W = 8.4×10^{6}J$，$Q_{放}=1.68×10^{7}J$，则$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%=\frac{8.4×10^{6}J}{1.68×10^{7}J}×100\% = 50\%$。
综上，（1）汽车牵引力所做的功为$8.4×10^{6}J$；（2）氢气完全燃烧放出的热量为$1.68×10^{7}J$；（3）该汽车发动机的效率为$50\%$。