模块四 应用 专题52 力热综合计算（解析版）

1 （2024 湖北）据统计，每燃烧1kg 燃油约排放33kg 二氧化碳。为实现碳达峰、碳中和的目标，氢 能作为一种绿色低碳的清洁能源在我国交通领域的应用场景不断扩大，使用氢燃料电池的交通工具 不断丰富，其应用流程如下。 （1）氢燃料电池将化学能直接转化为______能； （2）当储氢瓶内气体压强为 时，求瓶内壁 的面积上受到的压力； （3）以氢燃料电池卡车为例，若卡车在水平路面上匀速行驶72km 用时1，功率为172k。 ①求卡车的行驶速度； ②求卡车所受牵引力； ③与燃油卡车相比，氢燃料电池卡车行驶72km 可减排二氧化碳的质量为多少？（燃油机的效率取 36%，燃油的热值q 取 ） 【答】 （1）电 （2） （3） 20m/s 132kg 【解析】（1）氢燃料电池发生化学反应，将化学能直接转化为电能，供用电器使用。 【好题汇编】2024 年中考物理真题分类汇编（全国通 用） 模块四 综合亮点难点真题 专题52 力热综合计算 （2）当储氢瓶内气体压强为 时，由 得，瓶内壁 的面积上受到的压力 （3）①卡车的行驶速度 ②根据 可得，卡车输出能量 由 可得卡车匀速行驶72km 所受牵引力 ③解法一：由 可得，燃油完全燃烧释放的热量为 由 可得需要的燃油 减排的二氧化碳 解法二： 燃油燃烧生成的热量 效率 联立可得 需要的燃油 减排的二氧化碳 2 （2024 陕西）某高校科研人员根据西藏地区太阳辐射强、供暖周期长等特点，为藏区某县设计了 太阳能供暖蓄热系统。该系统由集热、蓄热和供暖三部分组成，其基本工作过程如图所示。集热板 白天接收太阳辐射时，其内部水温升高，然后通过热交换器，使蓄水箱内水温升高，再通过水泵将 热水送入用户。集热板无法供热时，蓄水箱与热交换器之间阀门关闭。晴天时，集热板获得的内能 不仅能满足县城用户全天24 小时的取暖需求，同时富余的内能可储存在蓄水箱中，用以解决阴雨天 集热板无法供热的问题，实现“不用煤，不用气，不用电，温暖整个县城千家万户！” 同学们用所学初中物理知识对该系统某一天的数据进行了简单的分析，为便于计算，工作过程和相 关数值均做了简化处理，如下表所示。不计集热板到蓄水箱之间的管道、热交换器的热损失。[水的 比热容为 ，水的密度为 ] 集热板每小时、每平方 米接收的太阳辐射能量 集热板面积 蓄水箱全天持续供暖输出能量（含用户得 到的内能、蓄水箱和供暖管道的热损失） （1）同学们查阅资料了解到，在西藏地区选用该系统供热的 原因之一是：藏区海拔高，大气压强__ ______（选填“大”或“小”），空气密度小，蓄水箱对流散热慢； （2）若这一天光照时长为10，集热板的光热转化效率为60％，则集热板中的水获得的内能是多少？ ____这些内能，一方面通过蓄水箱对用户全天持续供暖，另一方面使得蓄水箱内水的温度最终升高 了10℃。请分析计算该蓄水箱的容积至少是多少？ （3）假设该县城用户均采用地暖供热。根据地暖供热标准，用户的进水温度不低于40℃。若这一 天持续供暖结束后，蓄水箱水温为48℃，接下来为连续阴雨天气，请你通过计算分析，蓄水箱储存 的内能是否还能为县城用户按标准持续供暖3 天？（计算结果保留一位小数） 【答】（1）小 （2）72×1011 13×104m3 （3）见解析 【解析】（1）因为大气压强随海拔高度的增加而减小，所以藏区海拔高，大气压强小。 （2）集热板接收的太阳辐射能量 =Pt=3×106/(m2 )×4×10 ⋅ 4m2×10=12×1012 由 可得，集热板中的水获得的内能 Q 吸=η=60%×12×1012=72×1011 通过蓄水箱对用户全天持续供暖后剩余 Q 吸剩=72×1011-174×1011=546×1011 由Q 吸=mΔt 可得，蓄水箱内水的 质量 由 可得，蓄水箱的容积 （3）蓄水箱储存的内能 Q'吸=mΔt=42×103/(kg )×13×10 ⋅℃ 7kg×(48 -40 )=4368×10 ℃ ℃ 11 3 天需要的热量 Q'放=3×174×1011=522×1011 因为Q'放＞Q'吸，所以蓄水箱储存的内不能为县城用户按标准持续供暖3 天。 3 （2024 山西）山西拥有丰富的历史文化遗产。暑假期间小明一家从平遥古城自驾前往五台山， 进行古建筑研学旅行。平遥古城到五台山全程约360km，驾车前往大约需要4。（汽油的热值q 取 45×107/kg，汽油的密度ρ 取08×103kg/m3） （1）求汽车的平均速度。 （2）汽车全程消耗汽油25L，求汽油完全燃烧放出的热量Q。 （3）若汽车发动机全程的平均功率为25k，求汽车发动机的效率。 【答】（1）90km/；（2）9×108；（3）40% 【解析】（1）汽车的平均速度 （2）全程消耗汽油的体积为 V=25L=0025m3 汽油的质量为 m=ρV=08×103kg/m3×0025m3=20kg 汽油完全燃烧放出的热量 Q=mq=20kg×45×107/kg=9×108 （3）汽车全程所做的 有用功为 =Pt=25×103×4×3600s=36×108 则汽车发动机的效率 答：（1）汽车的平均速度为90km/； （2）汽汽油完全燃烧放出的热量为9×108； （3）汽车发动机的效率为40%。 4 （2024 齐齐哈尔市）如图所示为我国研制的四座氢燃料内燃机飞机验证机。该飞机使用氢为燃料， 高压储氢罐可储氢4kg，最大起飞质量可达 。已知飞机静止在水平地面上时，轮胎与地 面的总接触面积为 ；在空中以180km/的速度匀速直线巡航时，前置螺旋桨为飞机提供的牵引 力为 。已知氢的热值为 。求： （1）发动机未工作前，飞机静止在水平地面上，达到最大起飞质量时对地面的压强为多少？ （2）高压储氢罐内4kg 的氢完全燃烧放出的热量为多少？ （3）飞机以180km/的速度匀速直线巡航05，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力做的功为多少？ 【答】（1） ；（2） ；（3） 【解析】（1）飞机静止在水平地面上时的压力 飞机静止时对水平地面的压强 （2）氢完全燃烧放出的热量 （3）由 可得，飞机匀速巡航的路程 牵引力做的功 答：（1）达到最大起飞质量时对地面的压强为6×104P； （2）高压储氢罐内4kg 的氢完全燃烧放出的热量为56×108； （3）前置螺旋桨为飞机提供的牵引力做的功为18×108。