2022-2023学年人教版物理九年级全一册同步讲义第十三、十四章 《实验与计算》专题(含答案详解)

人教版九年级物理同步教辅之知.讲.练第十三、十四章 实验与计算专 题 知 讲 练【知 识点梳理】一.实验方法思路分析：1.比热容的定义是：一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比。据此得出比热容的定义式或者说计算式（不是决定式）c =团。比较物质的吸放热能力的大小，就是m A f比较比热容C的大小。根据控制变量法，结合这个公式，理论上有如下三种方法：（1）控制m、Q的 大 小（Q的大小转化为加热时间的长短），比较A t,At越大则C越小，越小则C越大；（2）控制m、的大小，比较Q的 大 小（Q的大小转化为加热时间的长短），Q越大则C越大，Q越小则C越小；（3）控制Q、At的大小，比较m的 大 小（Q的大小转化为加热时间的长短），巾越大则C越小，m越小则C越大；但要在一次具体实验操作过程中恰当的改变m以达到实验目的几乎不可能。所以，实际操作中第（3）种方法并不存在，只 有（1）（2）两种方法。2.热值的定义是：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比。据此得出热值的定义式或者说计算式（不是决定式）q=2,实验比较不同燃料的热值大小时，因为Q无法测量，所以进一步转化为mqQ _ cm2t网 网要比较q的大小，在一次具体实验过程中，不可能改变c、m,所以，实际操作中只能控制c、皿、m 2不变,比较越大则q越大；At越小则q越小。二、实验装置的异同：实验目的实验相同点实验不同点比较不同物质的吸放热能力运用控制变量法和转换法；实验装置如图所示，基本相同；实验装置组装顺序都是从下到上；都有热量损失都可以使用玻璃棒搅拌使物质均匀受热实验目的不同：加热器必须相同；被加热的物质一定不同；X 1T XT 煤.L比较不同燃料的热值。实验目的不同；燃料一定不同：被加热的物质必须相同；-一二水!耳碎纸三、热学基本计算三公式:(1)吸放热：Q =cmAt（2）燃烧热：Q =q m（固体燃料）或。=4 V （气体燃料）（3）热效率：7 =（加热器如炉子的效率等）或 =区（热机如汽车的效率等）。放Q放（Q有是指被加热物质吸收的热量，W有是指热机做的有用功即机械功）另：有关空燃比的计算一一见【例题六】和练习4046【典型例题选 讲】【例题一】如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量都是1 0 g,烧杯内的液体质量也相同。（燃 料 1 是酒精，燃料2是碎纸片）了军燃料1 燃料2燃料11 温度计/液体a1-H温度计/液体a1温度计/液体b（1）在组装实验装置时，你认为图中横杆、温度计、甲 乙丙铁圈、燃 具 四 个 器 件 的 安 装 顺 序 应 是 （选填 由下而上 或 由上而下”）;（2）要比较不同燃料的热值，应选择 两图进行实验；下表是比较燃料热值的实验数据:燃料加热前的水温/_ _ _ _ _ _ _燃料的热值J/k g1 0 g 酒精1 53 52.4 x 1 061 0 g 碎纸片1 52 5完善表格，表中应填写的内容是：,并根据表中数据，估算出碎纸片的热值是 J/k g；（3）实验后小明根据实验数据利用公式Q 麽=c?算出了水吸收的热量，结合T O g 酒精这一数据，算出了酒精的热值，算出酒精的热值_ _ _ _ _ _ _ （选填“偏大”、”不变”或“偏 小 请 说 出 一 个 理 由;（4）要比较不同物质的比热容，应选择 两图进行实验，说说你比较比热容的方法：。【答案】由 下 而 上 甲 乙 燃 料 燃 尽 后 的 水 温 1.2 x 1 0 6 偏 小 有 热 损 失 甲 丙 加 热 相 同 时间，比较升高的温度或升高相同温度，比较加热时间【详解】（1）II I图中，先安装燃具，再安装铁圈，可保证铁圈上的容器在燃具的外焰上加热，将温度计挂在横杆上再固定，可避免温度计的玻璃泡碰到容器底或壁，所以应向下而上进行安装。（2）2 要比较不同燃料的热值，除了燃料的种类不同外，其它因素都相同，所以应选择甲、乙两图进行实验。3 在实验中，通过燃料燃烧前及完全燃烧后水的温度变化来确定燃料燃烧放出热量的多少，所以在表格中应记录燃料燃烧前或完全燃烧后水的温度，所以表格中尚需记录数据是燃料完全燃烧后的水温。由表格数据知，1 0 k g 的酒精放出的热量完全被水吸收，所以有mq=c 水 m*。）即 0.0 1 k g x 2.4 x l0 6 j/k g=c 次，”次 x(3 5-1 5)1 0 g 碎纸片完全燃烧放出的热量与水吸收的热量相同，且两次加热的水的质量相同，所以0.0 1 kgxq：-c 水 m x(2 5-l 5)解以上两式得，碎纸片的热值q 赤 1.2 x l()6 j/k g(3)5 6 在计算热值时，认为燃料燃烧放出的热量等于水吸收的热量，但实际上，燃料燃烧放出的热量有损失，并没有完全被水吸收，则水吸收的热量小于燃料燃烧放出的热量，而其它量为准确值，据。行，M知，求得的热值偏小。(4)7|8 要比较不同物质的比热容，应用燃烧相同的燃料给初温及质量相同的不同种类的物质加热相同的时间，比较物质升高的温度。所以应选择甲、丙进行实验。【例题二】如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是=3 0 g,烧杯内的液体质量相同,均为机2=l0 0 g。温度计温度计液体b (1)若比较不同燃料的热值:料丙应选择 两图进行实验；燃料完全燃烧放出热量的多少，是通过相同 的同种液体 来反映；若甲图烧杯中为水，燃料完全燃烧可使温度计示数升高3 0 C,本实验根据公式45=。网 加，计算出燃料的热值比其标准值 (选填“偏大”、偏小”或 相等”)。(2)若比较不同物质吸热升温的特点：应选择 两图进行实验；不同物质吸热的多少是通过 来反映的。【答案】甲、乙 质 量 升 高 的 温 度 偏 小 甲、丙 加 热 的 时 间【详解】(1)U J 若比较不同燃料的热值，应该选择质量相同的不同燃料来加热相同质量的同种物质，进行比较，所以应该选择甲乙两图进行实验。2|引若判断燃料完全燃烧放出热量的多少，假设放出的热量能被烧杯以相同的效率吸收，根据2及=。加，则通过相同质量的同种液体温度的升高量来反应。因为燃料燃烧放出的热量不能1 0 0%被水吸收，故燃料燃烧放出的热量大与物体升高3 0 0 C 所吸收的热量,根据公式。放=W“可知，计算的。放偏小，质量不变，故计算出燃料的热值比其标准值偏小。(2)5若比较不同物质吸热升温的特点，应该选用相同的燃料，相同质量的不同物质来进行实验，故选甲、丙。物体所吸收的热量，是通过加热时间来体现的，这种方法叫做转换法。因此，只要加热时间相同，就认为它们吸收的热相同。【例题三】某饭店用燃气灶烧水，将质量为5kg、温度为20的水加热到100,该燃气灶烧水时的效率为 20%。已知水的比热容为4.2xl03j/(kg C),煤气的热值为4.2xl()7j/kg。求：(1)水吸收的热量；(2)实际消耗的煤气为多少千克？(3)为了节约能源，饭店对燃气灶进行了改进，使燃气灶的效率得到了提高。在同样的条件下将质量为5kg、温度为20C的水加热到1 0 0 C,比原来节省0.04kg的煤气，则现在煤气灶烧水时的热效率是多少？【答案】(1)1.68xlO6J；(2)0.2kg；(3)25%【详解】解：水吸收的热量 Q 布 的(o)=4.2xl()3j/(kg )x5kgx(100-20)=1.68x 106J(2)燃烧煤气放出的热量。放=半=妁 毁。=8.4xl()6j放出这些热量需要燃烧的煤气的质量町=4=0.2kgq 4.2x10 J/kg(3)改进后，加热水需要燃烧煤气的质量?2二片0.2kg-0.04kg=0.16kg完全燃烧 0.16kg 煤气放出的热量 Qi=fn2cj=0.16kgx4.2x 107J/kg=6.72x 106J则改进后的热效率7 =资=黑 xl00%=25%答：水 吸 收 的 热 量 为 1.68X106J；(2)实际消耗的煤气为0.2kg；【例题四】最近儿年我国大力发展新能源汽车。一辆质量为1.68t的氢燃料新能源汽车行驶在一段斜坡路上，从坡底以18km/h的速度匀速行驶2min到达高为100m的坡顶，行驶过程中汽车的输出功率保持56kW不变。求：(g 取 10/kg,氢的热值为1.4x1(M/kg)(1)汽车做的有用功；(2)斜坡的机械效率；(3)若全程共消耗96g氢燃料，汽车发动机的效率。【答案】(1)1.68xlO6J；(2)25%；(3)50%【详解】解：(1)已知汽车质量?=L68t=1680kg则汽乍的重力为 G=mg=1680kg x 1 ON/kg=16800N到达坡顶的高度/7=100m,则汽乍做的有用功为%=Gh=16800Nx 100m=1.68x104(2)已知汽车的输出功率P=56kW=56000W行驶时间/=2min=120s则汽车产生的机械能为卬=Pt=56000W x 120s=6.72 x 106J斜坡的机械效率为7=x 100%=168*1 0 x 100%=25%W 6.72X106J(3)已知全程消耗的氢燃料的质量4=96g=0.096kg,氢燃料完全燃烧放出的热量为。欣=/“=L4xlOJ/kgxO.O96kg=1.344x10则汽乍发动机的效率为n=W x 100%=6-.-7-2-X-1-0-6-Jx 100%=50.%N N.Q股 1.344x101答：汽 车 做 的 有 用 功 为 1.68x101(2)斜坡的机械效率为25%；(3)若全程共消耗96g氢燃料，汽车发动机的效率为50%。【例题五】太阳能是21世纪重点开发利用的能源之一，如今太阳能热水器已走进千家万户。如图所示，某家庭太阳能热水器阳光照射时，平均每小时吸收7.0*106J 的太阳能，若热水器吸收8h的太阳能，可以使质量为100kg的水温度升高500C。己知水的比热容q=4.2xl()3j/(kg，C),天然气的热值=3.5xl07J/m 求：(1)水吸收的热量；(2)该太阳能热水器的效率；(3)若这些水吸收的热量由天然气来提供，假设天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收，则需要多少【答案】(1)2.1xlO7J;(2)37.5%；(3)0.6m3【详解】解：(1)水吸收的热量为Q及=c?Af=4.2xl()3j/(kg，C)xl()0kgx50=2.1xl()7j(2)太阳能热水器在8h内吸收的热量为2&总=8*7.0*10615.6*1(门所以，太阳能热水器的效率为“=给 =嘤1 =3 7.5%Q,li&5.6 x 1 0 J(3)若这些热量由天然气提供!2 放=Q&=2.1 x l()7 j则所需天然气的体 积/=既 ,=0.6 m，q 3.5 x 1 0 J/m答：(1)水吸收的热量为2.1 x l()7 j：(2)该太阳能热水器的效率为3 7.5%；(3)若这些水吸收的热量由天然气来提供，假设天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收，则需要多少0.6 m3的天然气。【例题六】下表是某品牌小轿车的一些技术参数，其中排气量是指发动机汽缸的工作容积，一般情况下，发动机的排气量越大，功率越大；空燃比是指汽缸内空气和燃油的质量比；汽油的热值表示每千克汽油完全燃烧放出的热量为4.6 X 1 0 7 J。当该发动机以最大功率工作时，汽缸内汽油和空气的混合密度为1.5 kg/m3,I min 内高温高压的燃气推动活塞做功2 0 0 0 次.请你计算发动机在最大功率工作时：(1)I min 内做的有用功。(2)做功一次消耗汽油的质量。(3)发动机的效率。车型某品牌轿车排气量1.8 L最大功率7 5 kW空燃比1 4 ：1汽油的热值4.6 x 1 07J/kg【答案】(D 4.5 X 1 0 6 J；(2)1.8 x l0-4kg；(3)2 7.2%(1)根据公式(=女进行计算，要注意把功率单位换算成W,把时间单位换算成s。(2)根据，丫算出燃气的质量，然后根据空燃比算出汽油的质量。(3)发动机的效率是有用功跟汽油燃烧释放热量的比值。【详解】(l)lmin 内做的有用功W =E=7