初中物理热量的计算综合题

如图所示，是平底热水壶，其质量为0.8kg，内底面积为180cm ²．某次用该热水壶装1.2L水放在水平桌面上，测得水深10cm，初温25℃。

[ρ _水＝1.0×10 ³kg/m ³，C _水＝4.2×10 ³J/（kg•℃），g＝10N/kg]

（1）水和热水壶的总质量是多少？

（2）在一标准大气压下加热至沸腾，水至少吸收多少热量？

（3）加热前水对壶底的压力多大？

为应对全球金融危机，我国政府出台了家电下乡政策，空气源热泵热水器被列入家电下乡的商品目录，它的基本工作原理如下：
热媒在热泵的作用下在系统内循环流动，它在热泵内完成气态的升压升温过程（温度高达100℃），它进入散热器后释放出高温热量加热水，同时自己被冷却并转化为液态①；当它运行到吸热器后，液态热媒迅速吸热再次转化为气态②，同时温度下降至零下20℃左右，这时吸热器周边的空气就会源源不断地将低温热量传递给热媒。热媒不断循环就实现了空气中的低温热量转变为高温热量并加热冷水的过程。
空气源热泵热水器所消耗的电能仅是带动热泵工作，由于大量空气中的热能量进入系统，使热水得到的能量远远大于热泵消耗的电能，空气能热水器最主要的性能指标是“制热系数”，制热系数就是指用户获得的热能同热水器消耗的电能的比值，它可高达300%以上。

（1）试写出文中划线部分的两个物态变化的名称：①         ，②           。
（2）家庭每天需用60℃热水200kg，若水的初温是15℃，则水吸收的热量为      。
（水的比热容c=4.2×10³J/（kg·℃））
（3）若该家庭使用空气源热泵热水器提供热水，空气源热泵热水器的“制热系数”315%，每天需消耗的电能是       J，合       千瓦时。
（4）热泵热水器中水增加的内能是能量的       （选填“转化”或“转移”）

随着经济水平的不断提高，小汽车越来越多地走进了我市普通家庭．如表为小明家小汽车的相关数据：

总质量：1600kg	额定功率：100kW
车轮与地面的总接触面积：8.0×10^﹣2m^2	水箱容量：5L

①汽车发动机是汽油机，从能源可否再生角度来看，汽油是　     　 能源；发动机工作时，　    　 冲程将内能转化为机械能．
②小车在高速公路上行驶过程中，车上每个人都要系上安全带，这是为了防止汽车紧急刹车时，车上的人由于具有　   　而造成伤害，细心的小明还发现路旁的标志牌上标有100的数字，以司机为参照物，路边的标志牌　   　（运动或静止）的．
标志牌上标有的数字100，指的车的　   　（平均速度或最大速度）不得超过100km/h．
③汽车上的散热器用水作为冷却剂，这是利用了水的　    　 较大的性质，当水箱装满水，水温升高20℃时，需要吸收的热量为　    　J．（c_水=4.2×10³J/（kg℃））
④该车静止在水平地面上时，对地面的压强为　   　Pa．（g=10N/kg）
⑤汽车启动时，需将钥匙插入钥匙孔内并旋转（相当于闭合开关），请你用笔画线代替导线将轿车的启动原理如图所示连接完整．

某医院的全自动消毒柜能对医疗用品进行高温、高压、湿热灭菌消毒，部分参数如表。消毒柜中电磁继电器控制电加热器实现加热、保温自动切换的原理图如图所示， $R$为热敏电阻，其电阻值随消毒柜内温度的升高而减小。消毒柜利用 $20\mathit{kg}$、 ${20}^{°}\text{C}$的水正常工作 $50\mathit{min}$可完成一次消毒。已知水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$。

额定加热功率	$10\mathit{kW}$
水箱容量	$100L$
工作温度	${120}^{°}\text{C}$
限压	$300\mathit{kPa}$

（1）求每次消毒时水温从 ${20}^{°}\text{C}$上升到工作温度水吸收的热量；

（2）电加热器正常工作时，将水从 ${20}^{°}\text{C}$加热到工作温度的时间为 $16\mathit{min}$。求电加热器加热的效率；

（3）保温电阻是图中的　　。

电热加湿器工作原理：加湿器水箱中部分水通过进水阀门进入电热槽中受热至沸腾，产生的水蒸气通过蒸汽扩散装置喷入空气中，从而提高空气湿度。下表是某同学设计的电热加湿器部分参数，其发热电路如图所示，R₁、R₂为阻值相同的发热电阻，1、2、3、4为触点，S为旋转型开关，实现关、低、高档的转换。

额定电压	220V
额定最大发热功 率	400W
水箱容积	4L
适用面积	40～60m^2

 
(1)若加热前水温为20℃，电热槽内气压为标准大气压，从加热到沸腾最短时间为3分钟，则电热槽中水的质量是多少千克？（不计热损失，c_水=4.2×10³J/( kg·℃)，结果保留两位小数）
(2)加湿器在低档时的发热功率；
(3)对于需要制冷的室内，电热加湿器会使其气温升高，请提出一条改进的建议。

人类对能源的需求越来越大，世界能源危机日益突出。如何充分利用和开发新能源，实现低碳减排，已成为世界各国共同关注的问题。6月5日是世界环境日，2010年我国的主题是“低碳减排，绿色生活”。目前，我国在开发、利用太阳能方面发展最快、最具潜力。
(1)你认为利用太阳能有哪些好处？
(2)太阳能路灯已成为许多城镇、乡村的一道靓丽的风景线(如图所示)。太阳能路灯的太阳能电池板一般是由晶体态硅制成的，它能直接把太阳能转化成电能，其主要材料是 (     )

A．磁性材料

B．纳米材料

C．半导体

D．超导体

(3) 太阳能热水器是采用光转化为热的方式利用太阳能的。我国太阳能热水器已走进了千家万户。小明家的太阳能热水器的采光面积是2.1m²。若我市向阳的地方每平方米的面积1h得到的太阳辐射能平均为3×10⁶J，每天接收太阳能的时间以8h计算，热水器能把接收到的太阳能的50%转化成水的内能，则正常情况下，该热水器一天能把150kg、初温为20℃的水加热到多少℃？
(4)为了进一步利用太阳能，人们正在研发太阳能电动车。图是人们研制的太阳能电动三轮车，车子顶部的太阳能电池板将光能转化为电能储存在太阳能电池中，电池再给三轮车的电动机供电。

①小明同学设计的调节电动机转速的简化电路图如图所示，若太阳能电池的电压保持不变，调速电阻的最大阻值为50Ω。闭合开关S，当调速电阻的滑片P滑到最左端时车速最大，此时电流表示数5A，电动机电功率最大为1kW；当调速电阻的滑片P滑到最右端时车速最小，此时电流表示数为1A，求这时电动机的电功率是多少？

②制造太阳能电动三轮车车架有各种不同的新材料，部分材料的技术指标如下表所示：

材料 技术指标	锰钢	铝合金	钛合金	碳纤维
性能（强度）	强	较弱	较强	强
密度（kg·m^-3）	7.910^3	3.010^3	4.510^3	1.610^3

 
若让你设计制造强度高并且轻便的三轮车，你选择表中的哪种材料？若车架的体积约为5×10^-3m³，车架的质量是多大？
(5)今年的世界环境日，我国的主题是：“绿色消费，你行动了吗？”。联系生活实际，谈谈你应如何做？

某白炽灯的电流与电压关系如图所示，白炽灯工作时灯丝要达到很高的温度才能发出白光。已知灯丝质量为 $1.5g$，比热容为 $c=0.14\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)$。求：

（1）灯丝的温度从 ${20}^{°}\text{C}$升高的 ${2020}^{°}\text{C}$，需要多少热量？

（2）上述过程中，若电能转化为热能的效率为 $80\%$，则灯泡消耗的电能是多少？

（3）要将此灯改装为一个调光台灯接入家庭电路，需要串联一个变阻器，灯泡的功率调到 $15W$时，该变阻器接入电路的阻值应为多大？

某品牌智能滚筒洗衣机具有洗净度高、不伤衣物、可设定洗涤温度、方便安全等优点。其简化等效电路如图所示，此时处于空挡位置。闭合开关 $S$，旋钮绕 $P$转动，实现挡位转换，旋至1档时 $R_1$、 $R_2$同时工作，洗衣机处于加热状态；旋至2档时 $R_2$和电动机同时工作，洗衣机处于保温洗涤状态。 $R_1$和 $R_2$均为电热丝，其阻值不受温度影响， $R_1=22\Omega$，主要参数如下表。 $\left(c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right)$

$\ast \ast$牌智能滚筒洗衣机
额定电压	$220V$
加热功率	$2400W$
设定温度范围	${30}^{°}\text{C}~{90}^{°}\text{C}$
电动机功率	$240W$
防电墙电阻	$1\times {10}^6\Omega$

（1）洗衣机内注入 $10\mathit{kg}$的水，在额定电压下连续加热1050秒，水温由 ${20}^{°}\text{C}$上升到 ${50}^{°}\text{C}$，此过程中的加热效率是多少？

（2） $R_2$阻值是多少？

（3）洗衣机处于保温洗涤状态时，干路电流是多少？

（4）防电墙技术的应用是洗衣机未来发展的趋势。防电墙通过在洗衣机内部形成永久性电阻保证人的安全。异常漏电情况下，电流依次经防电墙和人体流入大地，若人体的最大电阻为 $1\times {10}^5\Omega$，人体的安全电压不高于 $36V$，通过计算判断防电墙技术能否保证人的安全。

太阳能是个巨大的能源，直接利用太阳能不会污染环境，太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，假如太阳能热水器内盛有200kg、25℃的水，在阳光的照射下水温升高到75℃，已知水的比热容c _水＝4.2×10 ³J/（kg•℃）。

（1）太阳能热水器内水的温度变化了多少℃？

（2）这些水吸收的热量是多少J？

（3）若用干木柴来加热这些水升高到相同温度，干木柴完全燃烧放出的热量全部被水吸收，则需要多少干木柴？（已知干木柴的热值为q＝1.2×10 ⁷J/kg）

随着人们生活水平的不断提高，各种小汽车已经走进我们的家庭。仔细观察和思考，可以发现小汽车的一些设计和使用过程中的许多现象都与物理知识有关，请你用学过的物理知识解答下面的问题：

（1）小汽车的外形设计成流线型(如图14所示)，当小汽车
在水平路面上高速行驶时对路面的压力比静止时       
（选填“增大”、“减小”或“不变”），其原因是         。                                                  
（2）汽车发动机工作时，缸体的温度很高，为确保发动机正常工作，需对缸体进行冷却。汽车发动机常用水作为冷却剂，这主要利用了水的     的特性。若汽车的水箱中装有10kg水，当水温升高50℃时吸收的热量是     J[ c_水=4.2×10³J/（kg·^oC）]。
（3）你还发现小汽车的哪些设计和使用过程中的哪些现象与物理知识有关？试举一例（要求写出设计或现象，以及所涉及的物理知识）。
示例：设计或现象：汽车的轮胎表明有花纹。
涉及的物理知识：接触表明越粗糙，摩擦力越大。
设计或现象：                 。涉及的物理知识：                        。

王聪是班里有名的“物理迷”，他爱观察、勤思考。一天，妈妈到超市购买了一台家用豆浆机，他仔细观察了豆浆机的结构、名牌和制作豆浆的过程，发现其中用到了许多物理知识。
（1）机座底部安装有三个小橡皮碗，相当于吸盘，可以防止豆浆机在打豆浆时的位置移动。吸盘是利用        起固定作用的。
（2）豆浆机电源线的插头有三个脚，其中稍长的脚是把豆浆机的金属部分与     相连接。
（3）豆浆机的机头主要由电热器（电热丝）和一个电动机带动的打浆机构成。制作豆浆的过程是先加热再打浆再加热煮熟，即加热和打浆是交替进行的。由此可知，豆浆机中的电动机电热器的连接方式是       。
（4）豆浆机铭牌上的部分技术参数如下表。豆浆机在额定电压下打浆时，通过电动机的电流是多少？

（5）王聪粗略想测算一下豆浆机电热器的加热效率大约是多少。于是，他把80g大豆和1500g清水放入豆浆机中，测出其初温为20℃。豆浆机在额定电压下工作，当电热器加热的总时间约12min时豆浆沸腾，测其温度为100℃。设豆浆的比热容大约等于水的比热容，请你帮他计算豆浆吸收了多少热量？豆浆机电热器的加热效率大约是多少？（C_水=4.2×10³J/kg·℃）

阅读下列短文，回答问题。

可燃冰

可燃冰是一种新型能源，主要成分是甲烷和水，分布在深海沉积物里或陆域的永久冻土中，如图所示。可燃冰形似冰块却能燃烧，燃烧后几乎不产生任何残渣。1m ³的可燃冰分解后可释放出约0.8m ³的水和164m ³的天然气，天然气中甲烷的含量占80%～99.9%。

可燃冰的生成有三个基本条件：首先要求低温，可燃冰在0﹣10℃时生成，超过20℃便会分解，海底温度一般保持在2～4℃左右；其次是高压，可燃冰在0℃时，只需海水产生29个标准大气压即可生成，而以海洋的深度，此高压容易保证；最后是充足的气源，海底的有机物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化，可产生充足的气源。在温度、压强、气源三者都具备的条件下，可燃冰就会生成。

请回答下列问题：[1个标准大气压取1×10 ⁵Pa，海水的密度取1×10 ³kg/m ³，g取10N/kg。c _水＝4.2×10 ³J/（kg•℃），甲烷的热值取4.2×10 ⁷J/m ³]

（1）可燃冰的主要成分是 　       　。

（2）若要在0℃的海底生成可燃冰，海水的深度至少要 　        　m。

（3）如图所示，海底上有一块体积为100m ³且底部与海底紧密相连的可燃冰A，其受到海水的浮力为 　     　N。

（4）0.5m ³的可燃冰分解后，其中的甲烷完全燃烧放出的热量，在标准大气压下，至少可以将质量为 　      　kg温度为20℃的水加热至沸腾。

图1是小亮家某品牌小厨宝（小体积快速电热水器）。某次正常加热工作中，其内胆装有 $5L$ 的水，胆内水的温度随时间变化的图像如图2所示。已知小厨宝正常工作时的电压为 $220V$ ，额定功率为 $2200W$ ，水的比热容为 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$ 。问：

（1）该小厨宝内胆装有水的质量为 　　 $\mathit{kg}$ ；

（2）由图象可知，加热 $5\mathit{min}$ ，水温升高了 　　 ${}^{°}\text{C}$ ，吸收的热量为 　　 $J$ ；

（3）本次加热小厨宝消耗了 　　 $J$ 的电能，该小厨宝的发热电阻阻值为多少？

某实验小组猜想水吸收的热量与水的质量和升高的温度有关，在探究“水吸收的热量与水的质量是否有关”的实验中，所用的实验器材有托盘天平、秒表各一个，相同规格的电加热器、温度计、烧杯和铁架台各三个，足量的水。

（1）请设计记录实验数据的表格，表中要有必要的信息涉及的物理量用字母表示即可。

（2）实验台上三个温度计的示数均相等如图所示，示数为　     　 ${}^{°}\text{C}$。

（3）制订好实验计划后，小组内同学按自己的预设，使用相同的实验器材先后实验，进行实验和收集证据后发现：甲、乙两位同学预设的水的质量和升高的温度都相同，只是甲同学实验的水温从 ${30}^{°}\text{C}$升高到 ${40}^{°}\text{C}$，乙同学实验的水温从 ${40}^{°}\text{C}$升高到 ${50}^{°}\text{C}$，但乙同学所用加热时间总是比甲同学多。他们分析后认为，乙同学在加热过程中，水散失的热量比较多。请说出他们做出该分析的两点理由：

①　                   　；②　                 　。

如图所示是某太阳能热水器，水容量为100L，该热水器在冬季有效日照时段里，平均每平方米的面积上每小时接收的太阳能约为2.8×10 ⁶J，若该热水器接收太阳能的有效面积为1.5m ²，每天日照时间按8h计算，若这些太阳能能使装满水的热水器中的水温从20℃升高到60℃[水的比热容为4.2×10 ³J/（kg•℃），水的密度为1.0×10 ³kg/m ³]，求：

（1）热水器中水的质量；

（2）一天内热水器中的水吸收的热量；

（3）热水器在冬季的效率。