Question

14．某物理興趣小組的同學(xué)，用天然氣給10kg的水加熱，同時(shí)繪制了如圖所示的加熱過程中水溫隨時(shí)間變化的圖線，若在6min內(nèi)完全燃燒了0.12kg的天然氣（每分鐘放熱相同）．水的比熱容為4.2×10³J/（kg•℃），天然氣的熱值為5×10⁷J/kg．
（1）完全燃燒0.12kg天然氣釋放的熱量為多少？
（2）“2～4min”水吸收的熱量為多少？
（3）在燒水過程中，“0～2min”、“2～4min”、“4～6min”哪個(gè)時(shí)間段熱效率最高？最高熱效率為多少？

Answer 1

分析 （1）已知天然氣的質(zhì)量和熱值，利用Q=mq可求得天然氣完全燃燒產(chǎn)生的熱量；
（2）由圖知，經(jīng)過2～4min，水升高的溫度值，利用吸熱公式求水吸收的熱量；
（3）燒水時(shí)的熱效率等于水吸收的熱量與燃料完全燃燒放出的熱量之比；發(fā)生熱傳遞的條件是存在溫度差，溫度差越大，熱傳遞越快．．

解答 解：（1）燃燒天然氣的質(zhì)量m_天然氣=0.12kg，天然氣的熱值q_天然氣=5×10⁷J/kg，
天然氣完全燃燒產(chǎn)生的熱量：Q_放=m_天然氣q_天然氣=0.12kg×5×10⁷J/kg=0.6×10⁷J；        
（3）水的質(zhì)量m_水=10kg，2～4min，水溫度升高度數(shù)△t=70℃-50℃=20℃，
水吸收的熱量：Q_吸=cm_水△t=4.2×10³J/（kg•℃）×10kg×20℃=8.4×10⁵J；     
（3）由圖可知，隨著水溫的不斷升高，溫度變化越來越慢，故0～2min時(shí)間內(nèi)，在吸收熱量相同的情況下，升高的溫度最高，熱效率最大；
0～2min內(nèi)，水溫度升高度數(shù)△t′=50℃-20℃=30℃，
水吸收的熱量：Q_吸′=cm_水△t′=4.2×10³J/（kg•℃）×10kg×30℃=1.26×10⁶J，
0～2min內(nèi)，水吸收的熱量Q_吸′=$\frac{1}{3}$Q_放=$\frac{1}{3}$×0.6×10⁷J=0.2×10⁷J，
燒水時(shí)的熱效率：η=$\frac{{Q}_{吸}′}{{Q}_{放}′}$×100%=$\frac{1.26×1{0}^{6}J}{0.2×1{0}^{7}J}$×100%=63%．
答：（1）天然氣完全燃燒產(chǎn)生的熱量為0.6×10⁷J；
（2）2～4min時(shí)間，水所吸收的熱量是8.4×10⁵J；
（3）“0～2min”燒水的效率最高；燒水時(shí)的最高熱效率為63%．

點(diǎn)評 本題考查了學(xué)生對吸熱公式、燃料完全燃燒放熱公式的掌握和運(yùn)用，能從液體的溫度隨時(shí)間變化的圖象搜集有關(guān)信息是本題的關(guān)鍵此題考查熱傳遞的條件和對圖象的分析．其中在圖象中提取有價(jià)值信息，是我們需要提高的能力之一．