新課程實踐與探究叢書九年級物理人教版
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6.如圖所示,某同學用燃氣灶燒水。已知鍋內水的質量為4 kg,水的初溫為$28^{\circ }C$,加熱一段時間后共消耗了$0.05m^{3}$的天然氣,若此燃氣灶燒水的熱效率為60%[水的比熱容為$4.2×10^{3}J/(kg\cdot ^{\circ }C)$,天然氣的熱值為$4.2×10^{7}J/m^{3}$],此時大氣壓為標準大氣壓。求:
(1)$0.05m^{3}$的天然氣完全燃燒所放出的熱量;
(2)以上過程中,水吸收的熱量;
(3)鍋內水升高的溫度。
答案:(1)2.1×10^{6}J;(2)1.26×10^{6}J;(3)72℃
解析:(1)天然氣完全燃燒放出的熱量$Q_{放}=Vq=0.05m^{3}×4.2×10^{7}J/m^{3}=2.1×10^{6}J$;
(2)水吸收的熱量$Q_{吸}=ηQ_{放}=60\%×2.1×10^{6}J=1.26×10^{6}J$;
(3)水升高的溫度$Δt=\frac{Q_{吸}}{c_{水}m_{水}}=\frac{1.26×10^{6}J}{4.2×10^{3}J/(kg·^{\circ }C)×4kg}=75^{\circ }C$,標準大氣壓下水的沸點為$100^{\circ }C$,水的末溫為$28^{\circ }C + 75^{\circ }C = 103^{\circ }C > 100^{\circ }C$,所以水升高的溫度為$100^{\circ }C - 28^{\circ }C = 72^{\circ }C$。
7.如圖所示,這是我國自行研制的大型水陸兩棲飛機。在某次水上高速滑行測試中,飛機的總質量為100 t,在水面勻速直線滑行10 min,受到的阻力是重力的$\frac {3}{100}$倍,消耗航空煤油937.5 L,飛機發動機的功率恒為$2.25×10^{7}W$(航空煤油的密度為$0.8×10^{3}kg/m^{3}$,熱值為$4×10^{7}J/kg$,g取10 N/kg)。求:
(1)消耗的航空煤油完全燃燒放出的熱量;
(2)飛機在滑行過程中的速度;
(3)飛機發動機的效率。
答案:(1)航空煤油的體積$V=937.5L=0.9375m^{3}$,質量$m=ρV=0.8×10^{3}kg/m^{3}×0.9375m^{3}=750kg$,完全燃燒放出的熱量$Q_{放}=mq=750kg×4×10^{7}J/kg=3×10^{10}J$;
(2)飛機總質量$m=100t=1×10^{5}kg$,重力$G=mg=1×10^{5}kg×10N/kg=1×10^{6}N$,阻力$f=\frac{3}{10}G=\frac{3}{10}×1×10^{6}N=3×10^{5}N$,牽引力$F=f=3×10^{5}N$,速度$v=\frac{P}{F}=\frac{2.25×10^{7}W}{3×10^{5}N}=75m/s$;
(3)滑行時間$t=10min=600s$,發動機做的功$W=Pt=2.25×10^{7}W×600s=1.35×10^{10}J$,飛機發動機的效率$η=\frac{W}{Q_{放}}×100\%=\frac{1.35×10^{10}J}{3×10^{10}J}×100\% = 45\%$。