(决胜中考)中考物理 分类解读与强化训练 专题十三 热量计算题(含解析) 新人教版.doc
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1、1专题十三专题十三 热量计算题热量计算题计算题是物理中考的主要内容,在中考试卷中占有很大比例。计算题以考查学生综合应用所学知识分析问题和解决问题的能力为主,它既能反映学生对基本知识的理解掌握水平,同时又能体现学生在综合应用所学知识分析和解决问题过程中的情感、态度与价值观。解答计算题应该首先明确它的特点,避免盲目和无从下手的尴尬,同时明确题目涉及的物理现象和物理知识,明确要解决的问题是什么,找准关系,有的放矢的按要求进行合理的计算。计算题常以填空题、选择题和计算过程题型出现。尤其是计算过程题是考查学生分析问题、解决问题和计算能力的题型,要求较高,分值较高,并要求有计算过程和步骤,每一步骤都有相应
2、分值。计算题在中考题中常被列为压轴题目。计算题的特点是:(1)结果合理性:这类题能反映学生对自然界或生产、生活中若干事物的观察和关心程度它要求学生用生活实践,社会活动的基本经验对题目的计算结果进行判断,留取合理的,舍弃不合理的。(2)知识综合性:这类题往往是把几个或几种物理过程及物理现象放在一起,利用各个过程或各种现象之间的相切点,解答要解决的问题。它反映学生学习知识的综合能力和分析解决问题的能力。(3)应用性:这类题是把物理知识浸透到社会实际操作和应用到生活体验中,它能够反映学生对所学物理知识的理解和情感,同时也能反映学生对自己生活中的一些实际操作的认识水平。热量计算题:热量计算题主要涉及内
3、能变化、热量计算、比热容的概念、热值、电热等。21.计算题解题步骤第一步:认真审题。明确现象和过程,确定给出的条件或题目中隐含的条件。第二步:找关系。也就是针对题目内容分析综合,确定解决问题的方向,选择适合的规律和公式,找准相关物理量之间的关系。第三步:列出表达式。这一步是在明确了各个已知量、未知量及某个物理量在题目中叙述的物理现象或物理过程变化时存在的关系,根据公式或规律列出相应的表达式,并推导出待求物理量的计算式。第四步:代人数据求解。这一步是把所用到的已知物理量的单位统一后,把已知量的数据代人计算式中,通过正确运算,得出答案。同时对答案进行合理化验证,最后确定正确答案。2.解答方法(1)
4、简化法:这种方法是把题目中的复杂情境或复杂现象进行梳理,找出题目中的相关环节或相关点,使要解决的复杂的问题突出某个物理量的关系或某个规律特点。这样使复杂得到简化,可以在计算解答的过程中减少一些混淆和混乱,把要解答的问题解决。(2)隐含条件法:这种方法是通过审题,从题目中所叙述的物理现象或给出的物理情境及元件设备等各个环节中,挖掘出解答问题所需要的隐含在其中的条件,这种挖掘隐含条件能使计算环节减少,而且所得到的答案误差也小。(3)探索法:这种方法是在题目所给的实际问题或情境中抽象出来的。判断出所涉及或应用的物理模型,然后运用相对应的物理概念、物理规律和物理公式,通过计算得出要求解的正确答案。(4
5、)极值法:这种方法也叫端点法。它对不定值问题和变化范围问题的解答有重要的实用价值。用这种方法解答问题时,应改弄清要研究的是哪个变化的物理量的值或者是哪个物理量的变化范围,然后确定变化的规律或方向,最后用相对应的物理规律或物理概念,3一个对应点一个对应点地计算取值。(5)应用类分析法:运用数学工具解决物理问题,是物理解题的重要手段。许多设计、推理的应用题,都是建立在计算的基础上。主要考查学生运用物理公式、规律进行解题的能力。例如有两个未知物理量,我们可以根据题目的数据建立两个方程,然后求解未知量。一、热量1.热量(Q):在热传递过程中,传递能量的多少叫做热量;在国际单位制中,热量单位是焦耳,符号
6、是 J。2.内能与机械能是两种不同形式的能量,它们之间是可以相互转化的。整个物体可以处于静止状态,没有动能;整个物体也可以处于相对高度为零的位置而没有势能,但它一定具有内能。物体可以同时具有内能和机械能。3热量、温度和内能:“热量不能含、温度不能传、内能不能算”。(1)热量是一个过程量,只有发生了热传递过程,有了内能的转移,才能讨论热量问题。所以物体本身没有热量,不能说某个物体具有多少热量,更不能比较两个物体热量的大小。(2)内能是一个状态量,但是它具有不可测量性,所以不能说物体具有多少的内能。(3)在热传递过程中,热量从高温物体传到低温物体,而不能说将高温物体的温度传递给了低温物体。二、比热
7、容1.比热容(1)比热容是物质的一种特性,与物质的种类和状态有关,与物质的质量、温度和吸热、放热的多少无关。4(2)水的比热容是 4.2103J/(kg),表示的物理意义是:1 千克的水温度升高1吸收的热量是 4.2103J。(3)热量的计算热量的计算:(1)吸热:Q吸=cmt=cm(t-t0);(2)放热:Q放=cmt= cm(t0-t)。其中:Q吸吸收的热量,单位:焦(J),Q放放出的热量。c比热容,单位:焦每千克摄氏度(J/(kg))m质量,单位:千克(kg)t变化的温度(升高或降低的温度),单位:摄氏度();t0初始温度、t末温。三、热值热值:1kg 某种燃料完全燃烧放出的热量,叫热值
8、;热值单位是:J/kg。1.燃料燃烧放出热量: Q放 qm;(Q放 是燃料放出的热量,单位是 J;q是热值,单位是J/kg;m 是质量,单位是 kg。)对于热值的概念,要注重理解三个关键词:“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg 是指燃料的质量,如果燃料的质量不是 1kg,那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值;某种燃料是指热值与燃料的种类有关;完全燃烧意思是燃料要完全烧尽,否则 1kg 燃料燃烧过程中,化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。2.热值反映的是某种物质的一种燃烧特性,同时反映出不同燃料燃烧过程中,化学能转变成内能的本领大小;也就是说,它是燃料本身的一种特性,只与
9、燃料的种类有关,与燃料的形态、质量、体积等均无关。3.热机的效率:用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比,叫热机的效率。热机的效率是热机性能的一个重要指标。公式: qmW QW有用总有用4.在热机的各种损失中,废气带走的能量最多,设法利用废气的能量,是提高燃料利用率的重要措施。5注意:热机能量的损失:燃料未完全燃烧(完全燃烧条件:充足空气,研磨成细颗粒); 废气排出带走能量(废气的利用);克服磨擦,消耗能量(使用润滑剂,减小摩擦)。四、电热1焦耳定律:电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比。2计算公式:Q=I2Rt(适用于所有电路),对于纯
10、电阻电路可推导出:tRUUItPtQ2 。一、比热容的有关计算【典例 1】(2018广西北部湾)若可燃冰的热值为33/102 . 4mJ,完全燃烧 lm3的可燃冰可放出的热量是_J,这些热量有 60%被水吸收,可把_ Kg 的水从 20加热到 80。水的比热容/102 . 43kgJC【解析】(1)可燃冰、石油、煤开发使用后,会越来越少,不可能在短期内从自然界得到补充,所以它们都属于不可再生能源;(2)1m3天然气完全燃烧产生热量:Q放=Vq=1m34107J/m3=4107J;(3)由题知,水吸收的热量:Q吸=60%Q放=60%4107J=2.4107J;由 Q吸=cm(tt0)可得加热水的
11、质量:m=95.2kg。故答案为:不可;4l07;95.2。二、热值有关计算6【典例 2】(2018泰安)某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9km,用时5min45s,消耗燃油1.5kg, 已知汽车的牵引力是 2000N,燃油的热值为 4.6107J/kg,假设燃油完全燃烧。通过计算可知,下列结果正确的是( )。汽车行驶速度是 20km/h消耗的燃油完全燃烧放出的热量是 6.9107J汽车牵引力做功的功率是 30kW汽车发动机的效率是 20%A只有和B只有和C只有和D只有和【解析】(1)已知汽车行驶的时间和路程,利用速度公式即可求解;(2)根据 Q放=mq 可求热量;(3)根据车受
12、到的阻力为车重的 0.1 倍求得车受到的阻力,因为匀速行驶,所以牵引力等于阻力,利用 W=Fs 可求得该汽车牵引力所做的功,再利用 P=求功率;(4)根据燃油密度和体积求得其质量,利用 Q=mq 可求得消耗的总能量,再利用效率公式求出该汽车的效率。【解答】汽车的行驶速度:v=72km/h,故错误;(2)消耗的燃油完全燃烧放出的热量:Q放=mq=1.5kg4.6107J/kg=6.9107J,故正确;(3)因为匀速行驶,所以汽车受到的牵引力:F=f=2103N,该汽车牵引力所做的功:W=Fs=2103N6.9103m=1.38107J,该汽车牵引力所做功的功率:P=40000W=40kW,故错误
13、;(4)汽车消耗燃油的产生的热量:Q放=mq=1.5kg4.6107J/kg=6.9107J,该汽车的效率:=100%=20%,故正确。故选 D。三、电热有关计算7【典例 3】 (2018衡阳)电动自行车有行驶工作、蓄电池充电两种状态,局部电路图如图所示,断开 S 后,充电播口可以外接充电器对电池进行充电,电动自行车行驶过程中,其电动机正常工作电压为 48V,此时通过电动机线图的电流为 5A电动机线图的电阻是0.5.下列说法正确的是( ) 。A. 对蓄电池充电时,蓄电池相当于电路中的用电器;B. 电动自行车的电动机是把电能全部转化为机械能;C. 电动机正常工作 lmin,电流通过线圆所产生的热
14、量为 14400J;D. 电动机正常工作 1min,消耗的电能为 14400J【解析】A. 对蓄电池充电时,蓄电池消耗电能,将电能转化成化学能储存起来,所以相当于电路中的用电器,故 A 正确;电动自行车的电动机是把电能大部分转化为机械能,不可能全部转化成机械能,故 B错误;电动机正常工作 1min 消耗的电能为 W48V5A60s14400J,故 C 错误,D 正确。故答案为 AD,一、比热容有关计算1.(2018成都 B)小李家使用的燃气热水器,将 30kg 的水从 20加热到 45,消耗了 0.15m3 的天然气。已知水的比热容为 4.2X103J/ (kg.),天然气的热值为 4107J
15、/ m3,则下列与该过程有关的计算结果和分析正确的是( )。A.水吸收的热量与水的末温成正比 B.水哏收的热量是 3.15X105J8C.热水器的能量转化效率是 52.5% D.热水器的能量转化效率与环境温度无关【解析】A、由 Q吸=cm(tt0)可知,水吸收的热量与水的质量和升高的温度成正比,故 A 错误;B、将 30kg 的水从 20加热到 45,水吸收的热量:Q吸=cm(tt0)=4.2103J/(kg)30kg(4520)=3.15106J,故 B 错误;C、天然气完全燃烧放出热量:Q放=V天然气q=0.15m34107J/m3=6106J,热水器的能量转化效率:=100%=100%=
16、52.5%,故 C 正确;D、热水器的能量转化效率与环境温度有关,因为环境温度越低,加热的时间越长,其散失的热量越多,则热水器的能量转化效率越低,故 D 错误。故选 C。2(2018怀化)汽车用水作为冷却剂,是因为水的_较大,汽车在行驶过程中消耗了 2kg 汽油。若汽油完全燃烧则放出的热量为_J(汽油的热值为4.6107J/kg)。【解析】(1)相同质量的水和其它物质比较,吸收或放出相同的热量,水的温度升高或降低的少;升高或降低相同的温度,水吸收或放出的热量多。(2)知道汽油的质量和热值,利用 Q放=mq 求汽油完全燃烧产生的热量。【解答】(1)因为水的比热容较大,相同质量的水和其它物质比较,
17、升高相同的温度,水吸收的热量多,水能带走较多的热量,冷却效果好,所以用水做汽车发动机的冷却剂。(2)2kg 汽油完全燃烧产生的热量:Q放=mq=2kg4.6l07J/kg=9.2l07J。故答案为:比热容;9.2l07。3.(2018泰州)如图表示汽油机的_冲程。汽油属于_能源(可再生/不可再生),完全燃烧 0.1kg 的汽油,放出热量为_J,如果这些热量全部被质量为9100kg、初温为 20的水吸收,能使水的温度升高_。(q汽油=4.6107J/kg,c水=4.2103(J/kg)【解析】(1)根据气门的关闭和活塞的运行情况判断是哪一个冲程;(2)能够短时间内从自然界源源不断得到补充的是可再
18、生能源,短时间内从自然界得不到补充的是不可再生能源;(3)知道汽油的质量和热值,利用燃料完全燃烧放热公式 Q放=mq 求放出的热量;(4)由 Q放=Q吸=cmt,得到t=后计算水升高的温度。【解答】(1)图中,汽油机的两个气阀都关闭,活塞向上运动,是压缩冲程;(2)汽油来源于石油,石油是经过几百万年的演变形成的,汽油是从石油中提炼出来的,属于不可再生能源;(3)完全燃烧 0.1kg 汽油放出的热量:Q放=m煤油q=0.1kg4.6107J/kg=4.6106J;(4)根据 Q吸=cmt=Q放可知水温度升高值:t=11。故答案为:压缩;不可再生;4.6106;11。4(2018昆明)昆明冬天的早
19、晨,会看到嘴里呼出的“白气”,这是 现象。“卡路里 ”简称 “卡, 是热量的另一个单位,现在仍被广泛使用在营养计量和健身手册中。1 卡是这样规定的:在一个标准大气压下,1 克水温度升高 1吸收的热量。那么 1 卡= 焦耳。一辆汽车发动机的效率是 35%,那么该车完全燃烧 1kg 汽油做的有用功是 J。c水=4.2103J/(kg), q汽 a=4.6107J/kg 10【考点】液化及液化现象;热机的效率。【解析】(1)物质由气态变为液态是液化;(2)1 卡是这样规定的:在一个标准大气压下,1 克水温度升高 1吸收的热量,计算 1 卡等于多少焦。(3)知道汽油的热值和燃烧的质量,根据 Q=mq
20、求出汽油放出的热量,根据 =100%求出该汽油机转化为对外做的有用功;【解答】(1)昆明冬天的早晨,嘴里呼“白气”,是嘴里呼出的水蒸气遇冷的空气液化而成的;(2)c水=4.2103J/(kg)=4.2J/(g),根据卡的定义可得,1 卡=4.2J。(3)在汽油机内完全燃烧 1kg 汽油能放出的热量:Q放=mq=1kg4.6107J/kg=4.6107J,由 =可得 W有=Q总=4.6107J35%=1.61107J,故答案为:液化;4.2; 1.61107。5. (2018徐州)小明在家中用煤气灶将初温为 20,质量为 2kg 的一壶水加热到80,这是通过 的方式使水的内能 。如果煤气完全燃烧
21、放出的热量只有 60%被水吸收,则至少需要燃烧 kg 的煤气 水的比热容为 4.2103J/(kg),煤气的热值为 4.2107J/kg。【解析】用煤气灶加热使水的温度升高,内能增加,这是热传递的方式改变内能的;初温为 20,质量为 2kg 的一壶水加热到 80,吸收的热量为:;煤气完全燃烧放出的热量只有 60%被水吸收,则煤气燃烧放出的热量为:;11需要燃烧煤气的质量为:【答案】 (1)热传递;(2)增加;(3) 0.02。6.(2018聊城)在“探究水沸腾时温度变化的特点”实验中,用酒精灯给烧杯中的水加热,烧杯中盛有 20、质量为 100g 的水,在一个标准大气压下加热至沸腾,假如完全燃烧
22、酒精 3g。水的比热容为 4.2103J/(kg),酒精的热值为 3.0107J/kg求:(1)水吸收的热量是多少?(2)此过程中酒精灯烧水的热效率。(3)科学研究表明:1g100的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收 2.26103J 的热量。水开始沸腾后持续观察沸腾现象,同时发现水的质量减少了 5g,求此过程水汽化成水蒸气所吸收的热量。【解析】(1)知道水的质量、水的比热容和水的温度变化,根据 Q吸=cm(tt0)求出水吸收的热量;(2)知道酒精的热值和质量,根据 Q放=mq 求出酒精完全燃烧释放的热量;水吸收的热量和酒精完全燃烧放出热量的比值即为烧水的效率;(3)根据 1g100的水汽化成同温
23、度的水蒸汽需要吸收的热量求出 5g 的水完全汽化成同温度水蒸气所需要吸收的热量。【解答】(1)一个标准大气压下水的沸点为 100,即需将水加热至 100,水吸收的热量:Q吸=cm(tt0)=4.2103J/(kg)0.1kg(10020)=3.36104J;(2)3g 酒精完全燃烧释放的热量:Q放=mq=3103kg3.0107J/kg=9104J;酒精灯烧水的热效率:=100%=100%37.3%;(3)1g 100的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收 2.26103J 的热量,则 5g 100的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收的热量:Q=5g2.26103J/g=1.13104J。12答:(1)
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