初中物理内能计算题

可燃冰是一种新型能源，它是水和天然气在高压低温情况下形成的类冰状结晶物质，主要成分是甲烷，其开采是世界难题，据中央电视台2017年5月18日报道，我国可燃冰已试采成功，技术处于世界领先，用燃气锅炉烧水时，把质量为 $500\mathit{kg}$，初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到 ${100}^{°}\text{C}$，共燃烧了 $12m^3$天然气，已知水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，天然气热值 $q=4.2\times {10}^{7}J/m^3$，可燃冰的热值为同体积天然气的160倍，求：

（1）水吸收的热量；

（2）燃气锅炉烧水时的效率；

（3）若换用可燃冰，应使用多少 $m^3$可燃冰。

某品牌轿车的质量为 $M$（含驾乘人员），车的钢质外壳密度为 ${\rho }_1$、质量为 $m$，发动机的效率为 ${\eta }_1$．若该车在平直道路上匀速行驶受到地面的摩擦力为车总重的 $k$倍 $(k<1$，为常数），受到的空气阻力为 $f$，忽略其他摩擦阻力。经过技术革新，厂家将车外壳换成了等体积，密度为 ${\rho }_2$的新材料 $({\rho }_2<{\rho }_1)$，并对车子的流线型进行了优化，使车子受到的空气阻力降低了 $2\%$，还将车子的发动机效率提高到了 ${\eta }_2$．改进后汽车以相同的速度匀速行驶，求改进后汽车的耗油量 $m_2$与改进前的耗油量 $m_1$的比。（设改进前后汽车行驶的路况、路程、驾乘人员相同。不带单位计算）

攀枝花市被誉为“阳光花城”，阳光资源丰富。某同学将装有 $0.35\mathit{kg}$、 ${28}^{°}\text{C}$的水的瓶子放在阳光照射的水平地面上。经过一段时间后，测得水温为 ${38}^{°}\text{C}$．已知水面距瓶底的高度为 $0.16m$， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

（1）水对瓶底的压强；

（2）瓶中的水吸收的热量。

太阳能具有环保、可再生等优点，某品牌太阳能热水器在一天的有效照射时间内，将热水器中质量为 $50\mathit{kg}$、初温为 ${15}^{°}\text{C}$的水升高到 ${55}^{°}\text{C}$。（水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right))$求：

（1）热水器中水吸收的热量 $Q$；

（2）若改用焦炭来加热这些水，需要完全燃烧多少千克焦炭？（焦炭的热值 $q=3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$，设焦炭放出的热量全部被水吸收）

2017年5月5日，拥有我国自主知识产权的 $C919$大型客机在上海浦东机场成功首飞。若客机在空中以 $720\mathit{km}/h$的速度沿水平直线匀速飞行5分钟，受到的阻力是其重力的0.1倍；客机发动机靠完全燃烧航空煤油提供能量，其机械效率为 $75\%$；已知客机质量 $m=7.5\times {10}^4\mathit{kg}$． $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）求客机在这段时间内通过的路程和发动机的功率

（2）求发动机在这段时间内燃烧航空煤油的质量。（假设航空煤油的热值 $q=5\times {10}^{8}J/\mathit{kg})$

小明家里的电热水器里装有 $50\mathit{kg}$、 ${20}^{°}\text{C}$的水，通电后将水加热到 ${70}^{°}\text{C}$，已知 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$。

求：（1）电热水器里水的体积

（2）水吸收的热量。

如图甲所示的九阳豆浆机，由打浆和电热两部分装置构成。中间部位的打浆装置是电动机工作带动打浆刀头，将原料进行粉碎打浆；外部是一个金属圆环形状的电热装置，电热装置的简化电路图如图乙所示，开关 $S$可切换加热和保温两种状态， $R_1$、 $R_2$是发热电阻，豆浆机的主要参数如下表。请解答下列问题：

型号	额定电压	打浆装置	电热装置
$\mathit{JYD}-P11S$	$220V$	电机功率	加热功率	保温功率
		$180W$	$1000W$	$242W$

（1）某次向豆浆机中加入黄豆和清水共 $1.0\mathit{kg}$，打浆完成后浆的初温为 ${40}^{°}\text{C}$，加热该浆使其温度升高到 ${100}^{°}\text{C}$，需要吸收多少热量？ $[$设该浆的比热容为 $4.0\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)]$

（2）电阻 $R_1$和 $R_2$的阻值分别为多大？

（3）该九阳豆浆机同时处于打浆和加热时，正常工作 $1\mathit{min}$所消耗电能为多大？

用天然气灶给水加热，在1标准大气压下，把体积为 $10L$，温度为 ${15}^{°}\text{C}$的水加热到沸腾，求：

（1）水吸收了多少热量？ $[{\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)]$

（2）若不计热量损失，需要燃烧多少 $m^3$的天然气？ $\left(q_{\mathit{天然气}}=4.2\times {10}^{7}J/m^3\right)$

随着人们生活水平的提高，小汽车已普遍进入我们的家庭。小明家的小汽车空载总重 $2\times {10}^{4}N$，车轮与地面接触总面积 $0.2m^2$．“五一”节小明和爸爸驾车出去旅游，汽车在一段平直且限速 $120\mathit{km}/h$的高速公路上匀速行驶 $15\mathit{km}$，消耗汽油 $2L$，发动机实际输出功率为 $50.4\mathit{kW}$，汽油机效率为 $35\%$（假如汽油完全燃烧 ${\rho }_{\mathit{汽油}}=0.8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$； $q_{\mathit{汽油}}=4.5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$； $1L={10}^{-3}{m}^3)$。请你帮小明解决下列问题：

（1）汽车空载静止时对水平地面的压强有多大？

（2） $2L$汽油完全燃烧能放出多少热量？

（3）汽车在这段路面行驶过程中，受到的阻力是多大？小明的爸爸是否在超速驾驶？

一个额定功率为 $2000W$的电热水壶，连续加热 $210s$，可使壶内 $2\mathit{kg}$的水温度升高 ${45}^{°}\text{C}$，已知 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，求：

（1）此过程电流所做的功；

（2）此过程电热水壶的热效率。

汽车的发动机工作时，吸入汽缸的汽油和空气的比例，决定了汽车的动力性能和经济性能。某汽车四冲程汽油发动机的汽缸总排量为 $2L$（发动机每个工作循环吸入或排出的流体体积称为汽缸排量），发动机工作时，吸入汽缸的是由汽油和空气所形成的混合物，混合物的密度 $\rho =1.44\mathit{kg}/m^3$，汽油和空气的质量比为 $1:15$，汽油的热值 $q=4.5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$。如果发动机曲轴在 $1\mathit{min}$转动 $3\times {10}^3$转，发动机的效率为 $40\%$，那么，在这种情况下：

（1）汽车在 $1\mathit{min}$做的有用功是多少？

（2）汽车在平直的公路上匀速行驶时受到的阻力为 $f=3\times {10}^{3}N$，汽车行驶的速度是多少？

某学校教学楼有一额定电压为 $220V$ 的电热水器，它的工作电路如图所示，已知电阻 $R_2=217.8\Omega$，电源电压保持 $220V$不变，当 $S_1$、 $S_2$均闭合时，电热水器处于加热状态，消耗的功率为 $2\mathit{kW}$．只闭合 $S_1$，电热水器处于保温状态。求：

（1）电阻 $R_1$的阻值；

（2）电热水器处于保温状态消耗的功率；

（3）电热水器处于加热状态时，将 $5\mathit{kg}$水从 ${18}^{°}\text{C}$加热到 ${98}^{°}\text{C}$所需的时间 $[$不计热损失，水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)]$。

家用电磁炉以其高效、节能成为新一代智能灶具，小明在家中关闭其他所有用电器，在只有“ $220V$ $2\mathit{kW}$”的电磁炉正常工作的情况下：

（1）在标准大气压下，给锅内 $5\mathit{kg}$、 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到沸腾，水吸收了多少热量？ $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$

（2）假设电磁炉消耗的电能全部转化成水吸收的热量，则把上述水烧开需要多长时间？

有一个电热水壶，其铭牌数据如表所示。在1个标准大气压下，它在额定电压下加热 $7\mathit{min}$刚好把质量为 $1\mathit{kg}$、初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水烧开。 $[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，电热丝的阻值保持不变 $]$求：

额定电压	$220V$
额定功率	$1000W$
频率	$50\mathit{Hz}$

（1）水吸收的热量是多少？

（2）电热水壶在 $7\mathit{min}$内所消耗的电能是多少？

（3）由于现在是用电高峰，电网中的实际电压为 $198V$，要把同样一壶水烧开，若电热水壶的热效率不变，则需要加热多少秒？（计算结果保留到整数）

据统计，全国发生的车祸中有超过半数以上是超速、超载引起的。我市加大了道路交通安全监控管理力度，将“区间测速”座位判断是否超速的依据之一。所谓的“区间测速”，就是测算出汽车在某一区间行驶的平均速度，如果超过了该路段的最高限速即被判为超速。若监测点 $A$、 $B$相距 $18\mathit{km}$，全程限速 $40\mathit{km}/h$，由“电子眼”抓拍到装有沙子的某型号货车通过监测点 $A$、 $B$的速度分别为 $30\mathit{km}/h$和 $456\mathit{km}/h$，通过 $A$、 $B$两个监测点的时间为 $20\mathit{min}$。问：

（1）按“区间测速”标准判断该货车在 $\mathit{AB}$段行驶是否超速？

（2）按照规定，载货车车轮对地面的压强超过 $7\times {10}^5\mathit{Pa}$即被判为超载。该型号货车部分参数如表所示。其中表中参数计算，该货车在不超载的情况下，在水平路面上运动时最多能装沙子的体积为多少？ $({\rho }_{沙}=2.0\times {10}^3\mathit{km}/m^3$，取 $g=10N/\mathit{kg})$

（3）该货车在某路段平直公路上运动 $60s$的速度 $-$时间图像如图所示，这段时间内发动机完全燃烧柴油 $0.2\mathit{kg}$，已知发动机的效率 $\eta =40\%$，柴油的热值 $q=4.5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$，则货车在这段时间内运动受到的阻力为多大？

货车自重	$5\times {10}^{4}N$
轮胎触地总面积	$0.3m^2$
车厢容积	$10m^3$