2020_2021学年九年级物理上学期期中试题专题18热学计算含解析

专题18热学计算

1、（2021·天津市南开区九年级上学期期中考试）若家用天然气的热值为4.2×107

J/m 3

水的比热容为4.2×103

J/（kg?℃）．

（1）完全燃烧0.04m3天然气放出的热量是多少？

（2）若某新型天然气灶烧水的效率为40%，完全燃烧0.04m 3天然气可使室温下5kg 的水温度升高多少？

【答案】（1）1.68×106J；（2）32℃．【解析】

根据公式Q 放＝Vq 计算出天然气放出的热量值；根据Q 吸＝Q 放×40％计算出被水吸收的热量；利用热量的公式Q 吸＝cmΔt 即可求出水升高的温度．（1）完全燃烧0.04m 3天然气可放出的热量：

Q 放＝Vq ＝0.04m 3×4.2×107J/m 3＝1.68×106J；

（2）被水吸收的热量为

Q 吸＝Q 放×40％＝1.68×106J×40%＝6.72×105J，

因为Q 吸＝cmΔt ，所以

Δt =Q cm 吸

=()53

6.7210J 4.210J/kg·5kg

???℃，解得：

Δt ＝32℃．

2、（2021·天津市和平区九年级上学期期中考试）我国自主研制的某型新一代战斗机，它具备超音速巡航、电磁隐身、超机动性、超视距攻击等优异性能，该飞机最大起飞质量为

M t，最大飞行高度为H m，最大航行速度达3马赫[马赫（Ma）是表示航空航天飞行器速度的

量词，又叫马赫数（MachNumber），1Ma=v 声m/s]，油箱最大容积为V 0L，若飞机巡航时做匀速直线运动，巡航时所受阻力的大小与速度的关系见下表：

速度v /（m·s -1

）100

200300400500

阻力f /N 0.3×10

1.2×10

2.7×10

4.8×10

7.5×10

已知飞机发动机燃油完全燃烧放出的能量转化为机械能的效率是0η，飞机使用的航空燃油的密度为ρ0kg/m 3

，热值为q 0J/kg，求：

(1)飞机发动机完全燃烧一满油箱燃油获得的能量是多少焦？

(2)当飞机以最大航行速度巡航时，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，并且以最大航行速度巡航时，飞机的最大航程约是多少千米？（温馨提示：在推导计算过程中需要的物理量，请提前设定）

【答案】(1)ρ0V 0q 0×10-3

J；(2)8.1×10-3

v 声3

kW；(3)6

00002102.7q v v ηρ-?声

千米

【解析】

解：(1)油箱最大容积为V 0L，航空燃油的密度为ρ0kg/m 3

，则一箱油的质量为

30010kg

m v v ρρ-==?燃料的热值为q 0J/kg，则完全燃烧一满油箱燃油获得的能量

300010J

Q qm q v ρ-==?(2)由表中数据可知，由表中数据可知，速度为100m/s 时，受到的阻力为0.3×104N;速度为200m/s 时，受到的阻力为1.2×104;通过分析可知飞机受到的阻力的增大倍数与速度增大倍数的平方成正比，即f =0.3v 2

，所以飞机以最大速度3马赫（即为3v v =声）巡航时，此时

受到的阻力为

220.39=2.7f v v =?声声

因为飞机为巡航，所以动力等于阻力。故此时飞机发动的的输出功率为

2333

=2.73=8.18.1=kW

10P Fv v v v v W -=??物声声声声(3)完全燃烧一满油箱燃油获得的能量

300010J

Q qm q v ρ-==?因飞机发动机燃油完全燃烧放出的能量转化为机械能的效率是0η，则输出的能量为

3000010J

W Q q v ηηρ-==?则以最大航行速度巡航时，由W F s =可得

360000000022

10J 10km 2.7 2.7q v q v W s F v v ηρηρ--?===?声声

答：(1)飞机发动机完全燃烧一满油箱燃油获得的能量是ρ0V 0q 0×10-3J；(2)当飞机以最大航行速度巡航时，飞机发动机的输出功率是8.1×10-3

v 声3

kW；

(3)飞机的最大航程约是6

00002102.7q v v ηρ-?声

千米。

3、（2021·天津市和平区九年级上学期期中考试）太空探索，永无止境。航天梦助力强国梦复兴梦，习近平总书记曾说：“探索浩瀚宇宙，发展航天事业，建设航天强国，是我们不懈追求的航天梦。”据网上新闻报道：2020年“十一”期间，在中国文昌航天发射场，我国计划年底前发射的嫦娥五号探测器已经进入发射场准备阶段，正在同执行此次发射任务的长征五号运载火箭一起，进行发射前的总装和测试。为了防止火箭点火起飞时火箭的燃料燃烧从火箭尾部喷出的火焰对发射平台的影响，火箭发射飞到5m 高以后，“喷水降温降噪系统”（如图）向火箭尾部火焰中心喷水约20秒，喷水量为400t ，一部分水会汽化到大气中，大部分被加热的水通过导流槽流走，从而起到降温作用。

(1)假设“喷水降温降噪系统”在整个工作过程中喷出的水，温度全部由20℃升高到100℃，求水带走的热量；[c 水=4.2×103J/(kg·℃)]

(2)若火箭的燃料是液态氢，热值为1.4×108

J/kg，求第(1)问中水带走的热量相当于完全燃烧多少kg 液态氢放出的热量？

【答案】(1)1.344×1011J；(2)960kg 【解析】

(1)由吸热公式可知，水带走的热量为

131103()400() 1.4.34410210J/(kg C)10kg 100C 2J

0C Q c m t t ??????=-==??-?水吸(2)根据热值公式可知

Q 吸=Q 放=m 'q

即

118

1.34410J

960kg 1.410J/kg

Q m q ?===?吸答：(1)水吸收的热量1.344×1011

J；(2)需要完全燃烧960kg 液态氢。

4、（2021·山东省青岛市九年级上学期期中考试）S195型号柴油机在我国工农业生产中曾被广泛应用。用其做动力犁地时工作效率η为40%，耗油量为每小时5kg；工作过程中，为防止柴油机温度过高，采用循环水冷却，其散热器中装有10kg 的水，如图所示为测得的柴

油机开机后水温随时间变化的图线。（柴油的热值q =4.3x107J/kg）求：(1)工作1小时消耗的柴油完全燃烧产生的热量Q 放；(2)工作1小时柴油机对外输出的有用机械功W ；

(3)从开机至水箱内的水“开锅”（沸腾），水吸收的热量Q 吸。

【答案】(1)2.15×108J；(2)8.6×107J；(3)3.15×106

J 【解析】

(1)每小时耗油量为5kg，则柴油完全燃烧产生的热量

785kg 4.310J/kg 2.1510J

Q mq ==??=?放(2)已知其效率为40%，由100%W

Q η=

?放

可得工作1小时柴油机对外输出的有用机械功8740% 2.1510J 8.610J

W Q η==??=?放(3)由图可知从开机至水箱内的水“开锅”（沸腾），水的温度变化量

100C 25C 75C

t ?=?-?=?则水吸收的热量

()364.210J/kg C 10k 3g 75.1510J

C Q cm t =?=??????= 吸答：(1)工作1小时消耗的柴油完全燃烧产生的热量Q 放是2.15×108J；

(2)工作1小时柴油机对外输出的有用机械功W 是8.6×107J；

(3)从开机至水箱内的水“开锅”（沸腾），水吸收的热量Q 吸是3.15×106

J。

5、（2021·山东省青岛市九年级上学期期中考试）计算∶质量为100g 的水吸收了2.1?104

的热量，温度升高了多少？【答案】50℃【解析】

由吸热公式Q c m t =?吸水可知

50C 4.210J/(k 2.11g C)kg

0.1Q t c m ???????===吸

水答：温度升高了50℃。

6、（2021·辽宁省大连市中山市九年级上学期期中考试）某同将一块质量是2kg 的金属块放入90℃的水中加热足够长时间后，迅速取出放入另一个装有5kg 水的绝热容器中，容器中水温为38℃，放入金属块后水温最终上升到42℃，不计热量损失。[c 水=4.2×103

J/(kg·℃)]，求：(1)水吸收热量多少？(2)该金属比热容是多少？

【答案】(1)8.4×104

J；(2)0.875×103

J/(kg?℃)【解析】

解：(1)水吸收的热量

()()()340 4.2×10J /kg××5kg×42-38=8.4×10J

Q c m t t =-=吸水水℃℃℃金属块放出的热量

48.4×10J

Q Q ==吸放金属块放入90℃的水中加热足够长时间后，达到共同温度，则金属块的温度也为90℃，故金属的比热容

()()

()

438.4×10J

=0.875×10J /kg×2kg×90-42Q c m t t ==-放金金金℃℃℃答：(1)水吸收热量是48.4×10J ；

(2)该金属比热容是)3

0.875×10J kg×℃。

7、（2021·辽宁省大连市中山市九年级上学期期中考试）一辆汽车加满一油箱汽油，汽车发动机在行驶过程中做有用功4.09×108

J，消耗汽油50L，则这辆汽车发动机的效率是多少？（q 柴油=4.6×107

J/kg，ρ汽油=0.71×103

kg/m 3

）【答案】25.04%【解析】

消耗汽油的质量为

m =ρv =0.05m 3×0.71×103kg/m 3=35.5kg

放出的热量为

Q =mq =35.5kg×4.6×107J/kg=1.633×109J

汽车发动机的效率为

100%25.04%4.09×10J

1.633×10J

W Q η=?==有用答：该汽车内燃机的效率为25.04%。

8、（2021·湖南省娄底市九年级上学期期中考试）小芳家浴室里使用天然气提供热水．已知水进入热水器前的温度是15℃，洗时热水器输出热水的温度设定为45℃，如果小芳洗一

次澡用热水0.06m 3，水的比热容是（4.2×103J/（kg ?C）.求:（1）所用热水的质量为多少?

（2）这些水从热水器中吸收多少热量?

（3）若天然气完全燃烧释放热量的60％被水吸收，则要消耗多少立方米的天然气?（天然气的值是4×107J/m 3）

【答案】（1）60kg（2）7.56×106

J（3）0.315m 3

【解析】(1)由m

ρ=

可得热水的质量：3331.010kg/m 0.06m 60kg

m V ρ==??=(2)热水吸收的热量：

360 4.210J/kg 60kg 45157.5610J

Q cm t t =-=????-=?吸（）（℃）（℃℃）(3)天然气完全燃烧释放热量：

677.5610J

1.2610J

60%

Q Q η?===?吸放由Q Vq =放可得需要天然气的体积：

1.2610J 0.315m 410J /m Q V q ?=

==?放天然气答：(1)所用热水的质量为60kg；

(2)水从热水器中吸收7.56×106J 的热量；

(3)若天然气完全燃烧释放热量的60%被水吸收，则要消耗0.315m 3

的天然气．

9、（2021·湖北省武汉市江夏区九年级上学期期中考试）今年“十一”期间，爸爸开着XX

牌国产小汽车带着全家人去旅游。该车铭牌显示其最低能耗可达0.32kg/（1kW·h）；已知汽油的热值为4.5×107J/kg[提示：最低能耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量；

0.32kg/（kW·h）表示获得1kW·h能量消耗0.32kg汽油，1kW·h=3.6×106J]。

(1)如图，汽车在转弯前，要打开转向灯，爸爸需拨动一下方向盘旁的一根杆，这根杆的作用相当于电路中的________；正常情况下，位于同侧的前后两个转向灯同时闪亮，但也会偶尔出现只亮其中一盏灯的情况，则位于汽车同侧的前后两个转向灯的连接方式为________。

(2)0.32kg的汽油完全燃烧时放出的热量为多少？该汽车发动机的效率最高可达多少？

（）

(3)截止2019年3月，武汉市汽车的保有量约320万辆。每辆汽车全年平均耗油1.92t，内燃机的效率平均值取31%，若能把内燃机的效率提高1%，则一辆汽车可以全年节约多少千克燃油？（）

1.44×10J，25%(4).60

【答案】(1).开关(2).并联(3).7

【解析】

(1)[1]转向杆可以控制转向灯的亮灭，即可以控制电路的通断，所以它相当于电路中的开关。

[2]汽车同侧前后两个转向灯，有时会出现只有一盏亮的情况，说明它们可以单独工作，互不影响，所以两盏灯是并联的。

(2)[3]解：0.32kg的汽油完全燃烧时放出的热量

4.5×10J kg×0.32kg=1.44×10J

Q qm

该汽车发动机的最高效率

673.6×10J 100%×100%=25%

1.44×10J

W Q η=?=有用(3)[4]解：根据Q qm =，W Q

η=

有用得

W qm

η=有用效率提高前后，汽车获得的有用功是相等的，则有

W W =有用后有用前

即

qm qm ηη=后后前前

所以，效率提高后，一辆车全年耗油的质量

31%×1.92t =1.86t

32%

m m ηη==前前后后一辆汽车可以全年节约燃油的质量

1.92t-1.86t=0.06t=60kg

m m m ='-=后前10、（2021·广东省深圳市名校联盟九年级上学期期中考试）小明家新安装了一台太阳能热水器，装了500kg 水，经过4h 阳光的照射，水温由原来的20℃升高到了40℃，问：(1)在这4h 内水吸收了多少热量？

(2)若这些热量由效率为20%的火炉燃烧焦炭来提供，则需要燃烧多少千克焦炭？（水的比热容()3

4.210J/kg c ??水＝℃、焦炭的热值73.010J/kg q ?＝）

【答案】(1)4.2×107

J；(2)7kg 【解析】

(1)水吸收的热量

()()370 4.210J/kg 500kg 4020 4.210J

Q cm t t -????-?吸＝（）＝℃℃℃＝(2)由Q Q η=

吸

放

可知释放的热量784.210J ==2.110J

20%

Q Q η?=?放吸焦炭的质量

872.110J =7kg

310J/kg

Q m q ?'==?放答：(1)在这4h 内水吸收了4.2×107J 的热量；(2)需要燃烧7千克焦炭。

11、（2021·广东省深圳市名校联盟九年级上学期期中考试）一辆使用汽油为燃料的汽车，以54km/h 的速度在水平路面上匀速行驶时，发动机的实际功率为23kw。若小汽车行驶的距离为75km，汽车的热值q =4.6×107

J/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)若将汽车在该次行驶过程中损失的热量用来加热水，可将多少千克的10℃冷水加热到40℃的温水供家庭使用？（结果保留整数）【答案】(1)5000s；(2)1.15×108J；(3)2738kg 【解析】

1）已知汽车的行驶速度和行驶的距离，根据公式s

t v

可求运动时间；

(2)已知发动机的实际功率和行驶的时间，根据公式W Pt =可求发动机所做的功；

(3)汽车行驶过程中损失的能量等于汽油完全燃烧放出的热量减去牵引力做的功，再利用

Q cm =吸△t 求水的质量。

解：(1)车的运动速度

54km/h=15m/s

v =由s

v t

得运动时间337510m 7510m ==5000s 15m/s 15m/s

s t v ??==(2)发动机所做的功

8231000W 5000s=1.1510J

W Pt ==???(3)由W

η=

得汽油完全燃烧释放的热量881.1510J

4.610J

25%

Q η?===?水吸收的热量

8884.610J-1.1510J=3.4510J

Q Q W =-=???吸由Q cm ='吸△t 得水的质量

()

83 3.4510J

2738kg

4.210J/(kg C)4010Q m cm t ?'==≈????- 吸℃℃答：(1)运动的时间为5000s ；(2)发动机所做的功为81.1510J ?；

(3)可将2738kg 的10℃的冷水加热到40℃的温水供家庭使用。

12、（2021·福建省厦门外国语学校九年级上学期期中考试）习近平总书记指出：“既要绿水青山，又要金山银山”，为了还广大人民群众以“绿水青山”，响应国家“煤改气”政策，某单位将供应热水的燃煤锅炉改造为用天然气，改造前，加热质量为500kg 温度从20℃升高到100℃的水，需要用煤20kg，请计算回答：（q 煤＝3×107J/kg，q 天然气＝4×107J/m 3，c 水＝4.2×103J/(kg ?℃)）(1)水吸收的热量为多少焦?(2)改造前，锅炉的效率为多少?

(3)改造后，要放出和煤同样多的热量，需要用多少m 3天然气？【答案】(1)1.68×108

J；(2)28%；(3)15m 3

【解析】

解：(1)水吸收的热量

Q 吸＝c 水m 水(t -t 0)＝4.2×103J/(kg ?℃)×500kg×(100℃-20℃)＝1.68×108J

(2)20kg 煤完全燃烧放出的热量

Q 放＝m 煤q 煤＝20kg×3×107J/kg＝6×108J

则改造前锅炉的效率

1.6810100%100%28%J

610Q Q η?=?=?=?吸

放(3)改造后，要放出和煤同样多的热量，则天然气完全燃烧放出的热量

Q ′放＝Q 放＝6×108J

由Q ＝Vq 得，需要燃烧天然气的体积

8373

610J 154/m

J 10m Q V q '?===?放答：(1)水吸收的热量为1.68×108

J；

(2)改造前，锅炉的效率为28%；

(3)改造后，要放出和煤同样多的热量，需要用15m 3

天然气。

13、（2021·福建省厦门外国语学校九年级上学期期中考试）在西部大开发中，国家提出“退耕还林”的伟大举措，这对改善西部生态环境有着重要意义.大量植树造林，可调节气温.据某新闻媒体报道，一万平方米的森林每秒钟吸收的太阳能约为1.2×106

J，如果这些能量被50kg 的干泥土所吸收，那么，可使温度为7℃的干泥土的温度升高到多少℃_____？[c 干

泥土

=0.8×103

J/(kg ?℃)]．

【答案】37【解析】

由题知干泥土吸收的热量：Q 吸＝1.2×106

J，根据公式Q 吸＝cm△t 可得，干泥土升高的温度：

△t＝()31.2106J

cm 0.810J /kg 50kg

Q ????吸℃＝30℃，干泥土的末温：t＝t 0+△t＝7℃+30℃＝37℃．

【点睛】已知泥土吸收的热量、质量和比热容，利用热量的计算公式Q 吸＝cm（t -t 0）求泥土升高到的末温，知道泥土的初温，可求末温．

14、（2021·安徽省安庆市九年级上学期期中考试）一只装有质量为2kg、温度为20℃的水的烧水壶，放在燃气灶上加热到水刚好沸腾，用时15min，用掉天然气1.68×10-2m 3

。已知天然气热值为8×107

J/m 3

，水的比热容为4.2×103

J/（kg·℃），大气压为1标准大气压。求：

(1)烧开这壶水，水需要吸收多少热量？(2)这些天然气完全燃烧放出多少热量？(3)燃气灶的效率为多少？

(4)分析燃气灶的热效率不高的原因（写出两条即可）。

【答案】(1)6.72×105J ；(2)1.344×106J；(3)50%；(4)见解析

【解析】(1)水吸收的热量

Q 吸=c 水m (t -t 0)=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(100℃-20℃)=6.72×105J

(2)这些天然气完全燃烧放出的热量

Q 放=Vq =1.68×10-2m×8×107J/m 3=1.344×106J

(3)燃气灶的效率为

η=666.7210J

=1.34410J

Q Q ??吸放=50%(4)天然气没有完全燃烧，有热量散失到空气中，水壶和燃气灶自身也要吸热等。答：(1)烧开这壶水，水需要吸收6.72×105

J 热量；(2)这些天然气完全燃烧放出1.344×106J 热量；(3)燃气灶的效率为50%；(4)见解析。