6.氢燃料具有清洁、效率高等优点,被认为是理想的能源之一,目前我国部分城市已有多批氢能源公交车投放使用。已知$c_{水}=4.2×10^{3}\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C})$,$q_{氢}=1.4×10^{8}\ \mathrm{J}/\mathrm{kg}$。问:
(1)质量为0.6 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少?
(2)若这些热量全部被质量为500 kg、温度为$15°\mathrm{C}$的水吸收,水升高的温度是多少?
(3)若这些热量恰好能供某氢能源公交车以140 kW的恒定功率匀速行驶5 min,则该氢能源公交车的效率是多少?

6.(1)0.6 kg 的氢燃料完全燃烧放出的热量:$Q_{放} = m_{氢} q_{氢} = 0.6 \ \mathrm{kg}×1.4×10^8 \ \mathrm{J/kg}=8.4×10^7 \ \mathrm{J}$
(2)由题意可知,水吸收的热量:$Q_{吸}=Q_{放}=8.4×10^7 \ \mathrm{J}$
由$Q_{吸}=cm\Delta t$得水升高的温度：
$\Delta t=\frac{Q_{吸}}{c_{水} m_{水}}=\frac{8.4×10^7 \ \mathrm{J}}{4.2×10^3 \ \mathrm{J/(kg·℃)} ×500 \ \mathrm{kg}}=40 \ ℃$
(3)公交车行驶5 min 做的有用功：
$W=Pt=140×10^3 \ \mathrm{W}×5×60 \ \mathrm{s}=4.2×10^7 \ \mathrm{J}$
该氢能源公交车的效率:$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\% =\frac{4.2×10^7 \ \mathrm{J}}{8.4×10^7 \ \mathrm{J}}×100\% =50\%$

【分析】
本题分为三个小问，分别考查燃料燃烧放热、热量计算以及热机效率的应用。第(1)问利用燃料完全燃烧放热公式计算氢燃料放出的热量；第(2)问根据热量吸收公式，结合热平衡关系计算水升高的温度；第(3)问先计算公交车行驶的有用功，再通过效率公式求解公交车的效率，解题时需注意单位统一和公式的正确变形。
【解析】
(1) 氢燃料完全燃烧放出的热量：
$Q_{放} = m_{氢} q_{氢} = 0.6\ \mathrm{kg}×1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}=8.4×10^7\ \mathrm{J}$
(2) 由题意知水吸收的热量$Q_{吸}=Q_{放}=8.4×10^7\ \mathrm{J}$，根据$Q_{吸}=c_{水}m_{水}\Delta t$，变形得水升高的温度：
$\Delta t=\frac{Q_{吸}}{c_{水}m_{水}}=\frac{8.4×10^7\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×500\ \mathrm{kg}}=40\ ℃$
(3) 公交车行驶时间$t=5\ \mathrm{min}=5×60\ \mathrm{s}=300\ \mathrm{s}$，有用功：
$W=Pt=140×10^3\ \mathrm{W}×300\ \mathrm{s}=4.2×10^7\ \mathrm{J}$
公交车的效率：
$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%=\frac{4.2×10^7\ \mathrm{J}}{8.4×10^7\ \mathrm{J}}×100\%=50\%$
【答案】
(1)$8.4×10^7\ \mathrm{J}$；(2)$40\ ℃$；(3)$50\%$
【知识点】
燃料的热值、热量的计算、热机效率
【点评】
本题是热学与力学结合的基础计算题，主要考查相关公式的应用，解题时需注意单位换算，属于学生应熟练掌握的常规题型，难度适中。
【难度系数】
0.6

1.在“比较酒精和碎纸片燃烧时放出的热量”实验中：
(1)由于燃料完全燃烧放出热量的多少不仅与燃料的种类这一个因素有关，还与其他因素有关，因此实验时必须控制酒精和碎纸片的相等；实验中还需控制被加热的水的质量和初温均相同，以便于。
(2)如图是小明安装好的实验装置，其中存在的错误是。

(3)小华纠正了小明的错误，又组装了一套相同的实验装置，备好秒表。在两燃烧皿中分别加入准备好的酒精和碎纸片，读出水的初温后，进行如下操作：
①先点燃酒精，再点燃碎纸片。
②保证酒精和碎纸片燃烧的时间相同，读取温度计的示数。
③待酒精和碎纸片完全燃烧结束，分别读取温度计的示数。
小红认为上述操作中，操作是错误的。小明根据正确操作获得的数据，计算出了燃料的热值，发现结果小于该燃料的实际热值，原因是。

1.(1)质量；通过水升高的温度来反映燃料完全燃烧放出的热量
(2)温度计的玻璃泡没有全部浸入烧杯里的水中
(3)②；燃料燃烧不完全且燃料燃烧放出的热量有一部分会散失到空气中

【分析】
本题是“比较酒精和碎纸片燃烧放出热量”的热值探究实验，需结合控制变量法、转换法分析实验设计，掌握温度计的正确使用方法，以及实验误差的成因。解题思路：(1) 燃料放热与质量、种类有关，需控制质量相同；通过水升高的温度反映燃料放热多少，运用转换法。(2) 根据温度计使用规则，分析装置错误。(3) 实验需让燃料完全燃烧，而非燃烧相同时间；热值偏小源于热量散失和燃料未完全燃烧。
【解析】
(1) 根据控制变量法，燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量和种类有关，要比较不同燃料的放热能力，需控制酒精和碎纸片的质量相等；实验中利用转换法，控制被加热水的质量和初温相同，通过水升高的温度来反映燃料完全燃烧放出热量的多少，水升高温度越多，说明燃料放热越多。
(2) 温度计的正确使用要求：玻璃泡要全部浸入被测液体中，图中装置的错误是温度计的玻璃泡没有全部浸入烧杯里的水中。
(3) 实验目的是比较相同质量的燃料完全燃烧放出的热量，操作②中“保证酒精和碎纸片燃烧的时间相同”是错误的，因为燃烧时间相同不代表燃烧的燃料质量相同，应让燃料完全燃烧；计算出的热值小于实际热值，原因是：一是燃料不可能完全燃烧，二是燃料燃烧放出的热量有一部分散失到空气中，被水吸收的热量小于燃料实际放出的热量，根据热值公式$ q=\frac{Q_{放}}{m} $，计算出的$ Q_{放} $偏小，导致热值结果偏小。
【答案】
(1) 质量；通过水升高的温度来反映燃料完全燃烧放出的热量
(2) 温度计的玻璃泡没有全部浸入烧杯里的水中
(3) ②；燃料燃烧不完全且燃料燃烧放出的热量有一部分会散失到空气中
【知识点】
热值实验；控制变量法；转换法
【点评】
本题考查热值探究实验的核心知识点，涵盖实验设计的控制变量与转换法应用、实验装置的错误分析、实验操作的正误判断及误差分析，是热学实验的基础题型，需熟练掌握实验原理和操作要求。
【难度系数】
0.6