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23. (1) 在“观察不同物质吸热现象”时,同学们用红外灯同时开始均匀加热质量和初温都相等的沙子和水,装置如图甲。沙子和水吸收热量的多少可通过
(2) 小明认为也可选用质量相同的A、B两种液体按图乙所示的装置进行探究。该探究方案的优点是
(3) 小明作出如图丙所示的图像,分析图像可知,A、B两种液体的比热容之比为
(4) 小明又利用如图丁所示的两套相同装置,分别在两个燃烧皿中放入质量相等的不同燃料,点燃后加热质量相等的水,通过比较燃料
| 燃料 | 加热前水温/℃ | 燃料燃尽时水温/℃ | 燃料的热值$/(J·kg⁻^1) $|
| 酒精 | 25 | 45 |$ 3×10^7 $|
| 碎纸片 | 25 | 35 | |
加热时间
(物体升高的温度/加热时间)来比较。(2) 小明认为也可选用质量相同的A、B两种液体按图乙所示的装置进行探究。该探究方案的优点是
用同一热源加热，确保在相等时间内两种液体吸收的热量相等
(写出一个即可)。(3) 小明作出如图丙所示的图像,分析图像可知,A、B两种液体的比热容之比为
9:4
。(4) 小明又利用如图丁所示的两套相同装置,分别在两个燃烧皿中放入质量相等的不同燃料,点燃后加热质量相等的水,通过比较燃料
全部燃烧
(燃烧相同时间/全部燃烧)后温度计示数的变化,来判断两种燃料热值的大小。实验数据记录如表所示。根据表中数据,计算出碎纸片的热值是1.5×10⁷
J/kg。| 燃料 | 加热前水温/℃ | 燃料燃尽时水温/℃ | 燃料的热值$/(J·kg⁻^1) $|
| 酒精 | 25 | 45 |$ 3×10^7 $|
| 碎纸片 | 25 | 35 | |
答案
（1）加热时间 （2）用同一热源加热，确保在相等时间内两种液体吸收的热量相等 （3）9 : 4 （4）全部燃烧 1.5×10⁷
24. (新情境·科技民生)我国探索空间的火箭一般使用液氢作为燃料,液氧作为助燃剂。[氢的热值为$1.4×10^{8}J/kg$,$c_{水}= 4.2×10^{3}J/(kg\cdot^{\circ}C)$,气压为标准大气压]
(1) 某火箭发射时携带48t液氢燃料,这些燃料完全燃烧放出的热量是多少？
(2) 若上述液氢放出的热量有10%被水吸收,能将$2×10^{6}kg$、初温为$30^{\circ}C$的水升高多少摄氏度？
(3) 氢能源汽车在我国开始进入研发测试阶段,某次测试中,一辆氢能源汽车以70kW的功率匀速行驶30min,发动机的效率是45%,则需要消耗多少千克氢燃料？
(1) 某火箭发射时携带48t液氢燃料,这些燃料完全燃烧放出的热量是多少？
(2) 若上述液氢放出的热量有10%被水吸收,能将$2×10^{6}kg$、初温为$30^{\circ}C$的水升高多少摄氏度？
(3) 氢能源汽车在我国开始进入研发测试阶段,某次测试中,一辆氢能源汽车以70kW的功率匀速行驶30min,发动机的效率是45%,则需要消耗多少千克氢燃料？
答案
（1）Q_{放} = qm = 1.4×10⁸ J/kg×48×10³ kg = 6.72×10¹² J （2）Δt = $\frac{Q_{放}}{c_{水}m_{水}}$ = $\frac{6.72×10¹² J×10\%}{4.2×10³ J/(kg·℃)×2×10⁶ kg}$ = 80℃，水的末温 t_{温} = 30℃ + 80℃ = 110℃ ＞ 100℃，在标准大气压下，水的沸点是 100℃，所以水的末温是 100℃，则水升高的温度 Δt' = 100℃ - 30℃ = 70℃ （3）W = Pt = 70×10³ W×30×60 s = 1.26×10⁸ J，Q = $\frac{W}{η}$ = $\frac{1.26×10⁸ J}{45\%}$ = 2.8×10⁸ J，m' = $\frac{Q}{q}$ = $\frac{2.8×10⁸ J}{1.4×10⁸ J/kg}$ = 2 kg
解析
（1）解：$m=48t=48×10^{3}kg$，$Q_{放}=qm=1.4×10^{8}J/kg×48×10^{3}kg=6.72×10^{12}J$
（2）解：$Q_{吸}=10\%Q_{放}=10\%×6.72×10^{12}J=6.72×10^{11}J$，由$Q_{吸}=c_{水}m_{水}\Delta t$得$\Delta t=\frac{Q_{吸}}{c_{水}m_{水}}=\frac{6.72×10^{11}J}{4.2×10^{3}J/(kg\cdot^{\circ}C)×2×10^{6}kg}=80^{\circ}C$，$t=30^{\circ}C + 80^{\circ}C=110^{\circ}C$，标准大气压下水的沸点为$100^{\circ}C$，故实际升高温度$\Delta t'=100^{\circ}C - 30^{\circ}C=70^{\circ}C$
（3）解：$t=30min=30×60s=1800s$，$W=Pt=70×10^{3}W×1800s=1.26×10^{8}J$，$Q_{放}'=\frac{W}{\eta}=\frac{1.26×10^{8}J}{45\%}=2.8×10^{8}J$，$m'=\frac{Q_{放}'}{q}=\frac{2.8×10^{8}J}{1.4×10^{8}J/kg}=2kg$
（2）解：$Q_{吸}=10\%Q_{放}=10\%×6.72×10^{12}J=6.72×10^{11}J$，由$Q_{吸}=c_{水}m_{水}\Delta t$得$\Delta t=\frac{Q_{吸}}{c_{水}m_{水}}=\frac{6.72×10^{11}J}{4.2×10^{3}J/(kg\cdot^{\circ}C)×2×10^{6}kg}=80^{\circ}C$，$t=30^{\circ}C + 80^{\circ}C=110^{\circ}C$，标准大气压下水的沸点为$100^{\circ}C$，故实际升高温度$\Delta t'=100^{\circ}C - 30^{\circ}C=70^{\circ}C$
（3）解：$t=30min=30×60s=1800s$，$W=Pt=70×10^{3}W×1800s=1.26×10^{8}J$，$Q_{放}'=\frac{W}{\eta}=\frac{1.26×10^{8}J}{45\%}=2.8×10^{8}J$，$m'=\frac{Q_{放}'}{q}=\frac{2.8×10^{8}J}{1.4×10^{8}J/kg}=2kg$
