炉子和热机的效率难度计算专题
太阳照射时间 （h） | 装水量 （kg） | 吸热板面积 （m2） | 水升高的温度 （℃） | 水的比热容 J/（kg•℃） | 太阳辐射功率 J/（m2•h） |
10 | 100 | 2.5 | 50 | 4.2×l03 | 1.68×l06 |
求：（1）水在10h内吸收的热量；
（2）如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧多少m3的天然气（天然气的热值为8.4×l07J/m3，天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收）；
快艇发动机（3）该太阳能热水器的能量转化效率．
2、某家庭用的燃气热水器，将20kg的水从10℃加热到60℃，完全燃烧了0.21m3的煤气。已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），煤气的热值为4×107J/m3。试求：
（1）煤气完全燃烧放出的热量是多少？
（2）水吸收的热量是多少？
（3）该热水器烧水的效率是多少？
3、如图是某太阳能热水器，向其中注入50kg水，阳光照射一段时间后，水温从10℃升高到50℃．水的比热容是4.2×103J/（kg•℃）．试求：
（1）这段时间该热水器中的水吸收的热量是多少？
（2）如果这段时间该太阳能热水器接收到太阳辐射的热量是2.8×107J，则这段时间该热水器的效率是多少？
（3）若用煤燃烧来提供2.8×107J的热量，需完全燃烧多少千克煤？（煤的热值约为3.5×107J/kg）．
4、小华家使用的是天然气热水器，该热水器的铭牌标明了它的热效率，表示该热水器工作时，天然气完全燃烧所消耗的化学能，有多大比例转化为水的内能。小华尝试估测该热水器的热效率，以核对铭牌上的数值是否准确。他把家里自动洗衣机的“水量”设置为40L，用热水器输出的热水注入洗衣机，当注入水的体积达到40L时洗衣机便会自动停止注水。已知当时自来水的温度为15℃，热水器输出热水为40℃注水前天然气表的示数是2365.89m3，天然气的热值为3.5×107J/m3，请回答：
（1）洗衣机注入水的质量是多少？
（2）注入的水升温到40℃时吸收的热量是多少？
（3）若铭牌标注热水器的效率为80%，则注入水结束后，天然气表的示数是多少？（标注的铭牌是准确的）
5、有一功率为40KW，热机效率为20%的汽车正在一平直的公路上行驶，此时油箱中仅剩下5kg的汽油，如果不考虑热机其他的能量损失，汽车以20m/s的速度向前匀速沿直线行驶，问还可前进多远？（汽油的热值为4.6×107J/kg）
6、“五一”假期，小明一家驱车外出旅游。当汽车以108km/h的速度在高速公路上匀速直线行驶时，汽车受到的阻力是整车重的0.08倍，效率为40％。已知汽车整车质量为1375kg，油箱容积为50L。（汽油热值q=3.3×107J/L，g=10N/kg)
（1）这时汽车牵引力做功的功率是多少？
（2）该车加一满箱汽油，按照以上速度最多可以匀速直线行驶多远的路程？
7、随着人们生活水平的日益提高，小汽车越来越多地走进了百姓人家。一辆使用汽油为燃料的小汽车，以72km／h的速度在水平路面上匀速行驶时，发动机的实际功率为20kW。若小汽车行驶的距离为100km，汽油的热值g=4.6×107J／kg，小汽车发动机的效率为25％。求小汽车在这段路程中：
（1）运动的时间；（2）发动机所做的功；（3）消耗汽油的质量。
8、一辆小轿车以某一速度在平直路面上匀速行驶100km，消耗汽油10L．若这些汽油完全燃烧放出的热量有30%用来驱动汽车做有用功，已知：所用汽油的热值为4.6×107J/kg，密度为0.7×103kg/m3，求：
（1）这些汽油完全燃烧放出的热量；
（2）这辆轿车以该速度匀速行驶时受到的阻力．
9、一辆60kW的载重汽车，保持功率不变在平直的马路上行驶，受到的阻力是4.5×103N，发动机每小时耗油20L，
求：（1）汽车的行驶速度；
（2）发动机的效率；
（3）如果油箱内还有汽油50L，那么还能行驶多远？（ρ汽油=0.8×103㎏/m3，q汽油=4.6×107J/㎏）
10、某型号小轿车油箱的容积是60升，所用的燃料是密度为0.71×103kg/m3的汽油（g取10N/kg）．
（1）该车油箱最多能装多少kg的汽油？
（2）如果该车的总质量是1500kg，4个车轮与地面接触的总面积是750cm2，求车的总重量是多少？轮胎对地面的压强多少？
（3）该车以20m/s的速度匀速行驶100km时消耗的燃料是5kg，如果汽油的热值是4.6×107J/kg，汽车发动机的输出功率是12kW，求发动机的热机效率是多少？
11、我国自主研制的某新型战斗机，具备超音速巡航、电磁隐身、超视距攻击等优异性能，该飞机最大起飞质量为37t，最大飞行高度达20000m，最大航行速度达2.5倍声速（合3060km/h），最大载油量为10t，飞机航行时所受阻力的大小与速度的关系如表：
速度v（m/s） | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
阻力f/N | 0.3×104 | 1.2×104 | 2.7×104 | 4.8×104 | 7.5×104 |
飞机使用的航空燃油的热值为5×107J/kg．求：
（1）飞机发动机完全燃烧10t燃油获得的能量是多少焦？
（2）当飞机以300m/s的速度巡航时，飞机发动机的输出功率是多少千瓦？
（3）若在飞机油箱中加满燃油，并且以500m/s的速度巡航时，飞机的最大航程约是2.6×103km，则飞机发动机的效率是多少？
12、某快艇使用的汽油热值为4.6×107J／kg，密度为0.7×103kg／m3，油箱容积50L,在水面匀速航行时所受的阻力为1400N。
（1）如果把油箱装满，则汽油的质量是多少?
（2）若快艇匀速行驶46km，则牵引力所做的功是多少?
（3）若发动机的效率为25%，则匀速行驶46km消耗汽油多少千克?
炉子和热机的效率难度计算专题-参考答案
1、（1）2.1×107J；（2）0.25m3；（3）50%
2、（1）8.6×104J（2）4.2×106J（3）50%
3、（1）8.4×106J（2）30%；（3）0.8kg
4、（1）40kg（2）4.2×106J（3）2366.04m3
5、P=40kW=40000W，Q=mq=4.6×107J/kg×5kg=2.3×108J，W=Qη=2.3×108J×20%=4.6×107J，
t=W/P=1150s，s=vt=20m/s×1150s=23000m=23km．
6、（1）33000W（2）600km
7、（1）、1.4h；（2）、1×l08J；（3）、8.7kg
8、（1）m=ρV=0.7×103kg/m3×10×10-3m3=7kg，
Q放=mq=7kg×4.6×107J/kg=3.22×108J；
（2）W有=Q放×30%=3.22×l08J×30%=9.66×107J
∵W有=Fs，F=W有/s==966N，
又∵轿车匀速行驶，∴轿车受到的阻力：f=F=966N．
9、（1）由题知，汽车功率不变，阻力f=4.5×103N，
则牵引力F=f=4.5×103N，
∵P=Fv，∴汽车的速度：v=P/F=13.3m/s；
（2）每小时汽车做功：
W=Pt=60000W×3600s=2.16×108J，
每小时燃烧汽油的质量：m=ρ汽油V=0.8×103㎏/m3×20×10-3m3=16kg
每小时燃烧汽油产生的热量：Q放=mq=16kg×4.6×107J/㎏=7.36×108J，
发动机的效率：η≈29.3%；
（3）耗油20L汽车行驶的距离：
s=vt=13.3m/s×3600s=47880m，
耗油50L汽车行驶的距离：
s′=47880m×5/2=119700m=119.7km．
10、（1）该车油箱最多能装汽油：m=ρV=0.71×103kg/m3×60×10-3m3=42.6kg；
（2）车的总重量：G=mg=1500kg×10N/kg=15000N；
车对地面的压力：F=G=15000N，轮胎对地面的压强：p=2×105Pa；
（3）行驶时间：t=5000s；
汽车的有用功：W有用=Pt=12×103W×5000s=6×107J；
释放的能量：Q=qm1=4.6×107J/kg×5kg=2.3×108J；
发动机的效率：η=26%．
11、（1）燃油完全燃烧放出的热量：Q放=mq=1×104kg×5×107J/kg=5×1011J；
（2）由表中数据可知，飞机以300m/s的速度巡航时，所受阻力f=2.7×104N，
牵引力F=f=2.7×104N，则飞机发动机的输出功率为：P=Fv=2.7×104N×300m/s=8.1×106W=8100kW；
（3）由（1）可知Q放=5×1011J，根据表格查出500m/s时的阻力f′=7.5×104N，
牵引力F′=f′=2.7×104N，
则有用功为：W有=F′s=7.5×104N×2.6×106m=1.95×1011J，
所以飞机发动机的效率：η=39%．
12、（1）如果把油箱装满，则汽油的质量是35
（2）若快艇匀速行驶46km，则牵引力所做的功是6.44×107J
（3）消耗汽油的质量为5.6kg
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