7.同学们到研学基地开展实践活动。小明垒好柴火灶为大家煮饭，为了测试柴火灶的效率，他用1 kg的干木柴给5 kg的水加热，烧完木柴时，水温从20 ℃升高到60 ℃。该过程水吸收的热量为J，该柴火灶的效率为。[$q_{\mathrm{干木柴}} = 1.2 × 10^7 \ \mathrm{J/kg}$，$c_{\mathrm{水}} = 4.2 × 10^3 \ \mathrm{J/(kg·℃)}$]

7. $8.4×10^5$ 7%

【分析】本题考查热量计算与热效率的应用，解题分两步：①利用水的吸热公式计算水吸收的热量；②利用燃料放热公式算出干木柴完全燃烧放出的热量，再根据效率公式计算柴火灶的效率。需牢记相关公式，准确代入数值计算。
【解析】1. 计算水吸收的热量：根据吸热公式$Q_{\mathrm{吸}} = c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}\Delta t$，其中温度变化量$\Delta t = 60°\mathrm{C} - 20°\mathrm{C} = 40°\mathrm{C}$，代入数据得：$Q_{\mathrm{吸}} = 4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} × 5\ \mathrm{kg} × 40°\mathrm{C} = 8.4×10^5\ \mathrm{J}$。
2. 计算干木柴完全燃烧放出的热量：根据燃料放热公式$Q_{\mathrm{放}} = m_{\mathrm{木柴}}q_{\mathrm{干木柴}}$，代入数据得：$Q_{\mathrm{放}} = 1\ \mathrm{kg} × 1.2×10^7\ \mathrm{J/kg} = 1.2×10^7\ \mathrm{J}$。
3. 计算柴火灶的效率：效率公式为$\eta = \frac{Q_{\mathrm{吸}}}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\%$，代入数据得：$\eta = \frac{8.4×10^5\ \mathrm{J}}{1.2×10^7\ \mathrm{J}} × 100\% = 7\%$。
【答案】$8.4×10^5$；$7\%$
【知识点】热量计算、热效率计算
【点评】本题为热学基础计算题，考查吸热公式、燃料放热公式及效率的应用，只要掌握基本公式，准确代入数值即可顺利解答，难度较低。
【难度系数】0.8

8.氢燃料具有清洁、热值高等优点，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$q_{氢}=1.4× 10^{8}\ \mathrm{J/kg}$。质量为0.6 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是J。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。

8. $8.4×10^7$ 50%

【分析】
要解决本题，需分两步计算：第一步利用燃料热值公式计算氢燃料完全燃烧放出的热量；第二步结合功率公式求出公交车做的有用功，再根据效率公式计算公交车的效率。解题时需牢记相关公式，并注意单位的统一换算。
【解析】
1. 计算氢燃料完全燃烧放出的热量：
已知氢的热值$q_{氢}=1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}$，氢燃料质量$m=0.6\ \mathrm{kg}$，根据燃料完全燃烧放热公式$Q_{放}=mq$，可得：
$Q_{放}=0.6\ \mathrm{kg}×1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}=8.4×10^7\ \mathrm{J}$。
2. 计算公交车做的有用功：
已知公交车功率$P=140\ \mathrm{kW}=140000\ \mathrm{W}$，行驶时间$t=5\ \mathrm{min}=5×60\ \mathrm{s}=300\ \mathrm{s}$，根据功的公式$W=Pt$，可得：
$W=140000\ \mathrm{W}×300\ \mathrm{s}=4.2×10^7\ \mathrm{J}$。
3. 计算公交车的效率：
根据效率公式$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%$，代入数据得：
$\eta=\frac{4.2×10^7\ \mathrm{J}}{8.4×10^7\ \mathrm{J}}×100\%=50\%$。
【答案】
$8.4×10^7$；$50\%$
【知识点】
燃料的热值、功的计算、热机效率
【点评】
本题是热值与效率结合的基础计算题，核心是掌握相关公式及单位换算，难度较低，学生只要牢记公式并准确计算即可得分，适合作为基础知识点巩固类题目。
【难度系数】
0.7

9.锻造钢制零件时常将零件加热至高温后浸入水中快速冷却，即“淬火”。某课外研究小组在实验室模拟“淬火”过程如下：在17 ℃的室温环境下，用酒精灯将质量为100 g的钢片均匀加热至高温后立即浸没于100 g水中，水温升至40 ℃后缓慢下降。加热钢片消耗酒精1.4 g，酒精完全燃烧。不考虑水的汽化，忽略钢片转移至水中过程热量损失，假设钢片放出的热量完全被水吸收。已知水的比热容为$4.2×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·℃)$，钢的比热容为$0.46×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·℃)$，酒精的热值为$3.0×10^7\ \mathrm{J}/\mathrm{kg}$。下列计算结果正确的是 ()

A.水吸收的热量为$1.68×10^4\ \mathrm{J}$
B.酒精燃烧释放的热量为$4.2×10^7\ \mathrm{J}$
C.钢片吸热后温度升高$233\ ℃$
D.加热钢片过程中能量转化效率为23%

9. C

【分析】
要判断各选项是否正确，需运用热量公式$Q=cm\Delta t$、热值公式$Q_{放}=mq$，结合题目给出的质量、温度变化等条件逐一计算。先计算水吸收的热量判断A；再计算酒精燃烧释放的热量判断B；接着根据钢片放热等于水吸热，算出钢片的初温，进而得到加热时升高的温度判断C；最后计算加热钢片的能量转化效率判断D。
【解析】
A. 水吸收的热量：$Q_{水吸}=c_{水}m_{水}\Delta t_{水}=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.1\ \mathrm{kg}×(40℃-17℃)=9.66×10^3\ \mathrm{J}$，不等于$1.68×10^4\ \mathrm{J}$，故A错误。
B. 酒精燃烧释放的热量：$Q_{放}=m_{酒精}q=0.0014\ \mathrm{kg}×3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}=4.2×10^4\ \mathrm{J}$，不等于$4.2×10^7\ \mathrm{J}$，故B错误。
C. 钢片放出的热量等于水吸收的热量，即$Q_{钢放}=Q_{水吸}=9.66×10^3\ \mathrm{J}$。由$Q_{钢放}=c_{钢}m_{钢}\Delta t_{钢放}$，得钢片放入水中前的温度：$t_{钢}=40℃+\frac{Q_{钢放}}{c_{钢}m_{钢}}=40℃+\frac{9.66×10^3\ \mathrm{J}}{0.46×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.1\ \mathrm{kg}}=250℃$。钢片从室温17℃加热到250℃，升高的温度为$250℃-17℃=233℃$，故C正确。
D. 加热钢片的能量转化效率为钢片吸收的热量与酒精燃烧放出热量的比值，钢片吸收的热量$Q_{钢吸}=c_{钢}m_{钢}\Delta t=0.46×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.1\ \mathrm{kg}×233℃=1.0718×10^4\ \mathrm{J}$，效率$\eta=\frac{Q_{钢吸}}{Q_{放}}=\frac{1.0718×10^4\ \mathrm{J}}{4.2×10^4\ \mathrm{J}}≈25.5\%≠23\%$，故D错误。
【答案】
C
【知识点】
热量计算、热值、能量效率
【点评】
本题结合淬火场景考查热量、热值及效率的计算，需准确换算质量单位，理清温度变化的对应关系，公式运用是解题关键，难度中等。
【难度系数】
0.5

10.小区使用管道天然气为住户供气,所用天然气热值为$3.5×10^7\ \mathrm{J/m}^3$。某天,小明家利用燃气热水器将20 kg的水从$20\ °\mathrm{C}$加热到$40\ °\mathrm{C}$,热水器的加热效率为80%。已知水的比热容$c_{\mathrm{水}}=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·}°\mathrm{C)}$,求:
(1)水升温吸收的热量$Q_{\mathrm{吸}}$。
(2)消耗的天然气体积$V$。
11.某品牌油电混动汽车在一平直公路上匀速行驶时:
(1)油电混动汽车先用热效率为30%的汽油机输出动力,匀速行驶5 km后消耗汽油0.25 kg,则该车受到的阻力大小为多少?
(2)在汽油机工作的同时,电池系统会回收汽油完全燃烧释放能量的12%。若把回收的这些能量用于电机驱动该车,让其在这条公路上仍以原来的速度匀速行驶,则还可以再多行驶多少千米?(已知汽油热值$q=4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}$,电机系统工作时效率为80%,不考虑动力传输中的能量损失)

10.(1)水升温吸收的热量：
$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}\Delta t=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×20\ \mathrm{kg}×(40\ ℃-20\ ℃)=1.68×10^6\ \mathrm{J}$
(2)天然气完全燃烧放出的热量：
$Q_{\mathrm{放}}=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{\eta}=\frac{1.68×10^6\ \mathrm{J}}{80\%}=2.1×10^6\ \mathrm{J}$
消耗天然气的体积：$V=\frac{Q_{\mathrm{放}}}{q}=\frac{2.1×10^6\ \mathrm{J}}{3.5×10^7\ \mathrm{J/m}^3}=0.06\ \mathrm{m}^3$
11.(1)汽油完全燃烧放出的热量：
$Q_{\mathrm{放}}=mq=0.25\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}=1.15×10^7\ \mathrm{J}$
汽油机做的有用功：$W_{\mathrm{有1}}=Q_{\mathrm{放}}\eta=1.15×10^7\ \mathrm{J}×0.3=3.45×10^6\ \mathrm{J}$
汽车在平直公路上匀速行驶时牵引力等于阻力，则：
$f=F=\frac{W_{\mathrm{有1}}}{s_1}=\frac{3.45×10^6\ \mathrm{J}}{5\ 000\ \mathrm{m}}=690\ \mathrm{N}$
(2)回收的能量：$Q_{\mathrm{回收}}=Q_{\mathrm{放}}×12\%=1.15×10^7\ \mathrm{J}×12\%=1.38×10^6\ \mathrm{J}$
电机的有用功：$W_{\mathrm{有2}}=Q_{\mathrm{回收}}\eta'=1.38×10^6\ \mathrm{J}×80\%=1.104×10^6\ \mathrm{J}$
可额外行驶的距离：$s_2=\frac{W_{\mathrm{有2}}}{f}=\frac{1.104×10^6\ \mathrm{J}}{690\ \mathrm{N}}=1\ 600\ \mathrm{m}=1.6\ \mathrm{km}$

【分析】
本题是热学与力学结合的综合计算题，需运用吸热公式、热值公式、效率公式及功的相关公式解题。对于10题，先利用水的吸热公式计算水升温吸收的热量，再结合热水器加热效率求出天然气需放出的热量，最后根据天然气热值计算消耗的天然气体积；对于11题，先计算汽油完全燃烧释放的热量，结合汽油机热效率求出有用功，利用匀速行驶时牵引力等于阻力，通过功的公式计算阻力；再计算回收的能量，结合电机效率求出电机有用功，最后根据阻力不变，由功的公式求出额外行驶的距离。
【解析】
10题解答
(1) 水升温吸收的热量：
根据吸热公式 $ Q_{\mathrm{吸}} = c_{\mathrm{水}} m_{\mathrm{水}} \Delta t $，其中 $ \Delta t = 40°\mathrm{C} - 20°\mathrm{C} = 20°\mathrm{C} $，代入数据得：
$ Q_{\mathrm{吸}} = 4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} × 20\ \mathrm{kg} × 20°\mathrm{C} = 1.68×10^6\ \mathrm{J} $
(2) 天然气完全燃烧需放出的热量：
由加热效率 $ \eta = \frac{Q_{\mathrm{吸}}}{Q_{\mathrm{放}}} $，得 $ Q_{\mathrm{放}} = \frac{Q_{\mathrm{吸}}}{\eta} = \frac{1.68×10^6\ \mathrm{J}}{80\%} = 2.1×10^6\ \mathrm{J} $
根据热值公式 $ Q_{\mathrm{放}} = qV $，得消耗天然气体积：
$ V = \frac{Q_{\mathrm{放}}}{q} = \frac{2.1×10^6\ \mathrm{J}}{3.5×10^7\ \mathrm{J/m}^3} = 0.06\ \mathrm{m}^3 $
11题解答
(1) 汽油完全燃烧放出的热量：
$ Q_{\mathrm{放}} = m q = 0.25\ \mathrm{kg} × 4.6×10^7\ \mathrm{J/kg} = 1.15×10^7\ \mathrm{J} $
汽油机做的有用功：
$ W_{\mathrm{有1}} = Q_{\mathrm{放}} × \eta = 1.15×10^7\ \mathrm{J} × 30\% = 3.45×10^6\ \mathrm{J} $
汽车匀速行驶时，牵引力与阻力平衡（$ F = f $），由功的公式 $ W = Fs $，得阻力：
$ f = F = \frac{W_{\mathrm{有1}}}{s_1} = \frac{3.45×10^6\ \mathrm{J}}{5000\ \mathrm{m}} = 690\ \mathrm{N} $
(2) 回收的能量：
$ Q_{\mathrm{回收}} = Q_{\mathrm{放}} × 12\% = 1.15×10^7\ \mathrm{J} × 12\% = 1.38×10^6\ \mathrm{J} $
电机驱动的有用功：
$ W_{\mathrm{有2}} = Q_{\mathrm{回收}} × \eta' = 1.38×10^6\ \mathrm{J} × 80\% = 1.104×10^6\ \mathrm{J} $
阻力不变，额外行驶的距离：
$ s_2 = \frac{W_{\mathrm{有2}}}{f} = \frac{1.104×10^6\ \mathrm{J}}{690\ \mathrm{N}} = 1600\ \mathrm{m} = 1.6\ \mathrm{km} $
【答案】
10.(1) $ 1.68×10^6\ \mathrm{J} $；(2) $ 0.06\ \mathrm{m}^3 $；11.(1) $ 690\ \mathrm{N} $；(2) $ 1.6\ \mathrm{km} $
【知识点】
热量计算、热值与效率、功的计算
【点评】
本题为热学与力学结合的综合计算题，考查吸热公式、热值公式、效率公式及功的计算公式的应用，需理清能量转化关系，明确匀速行驶时牵引力与阻力平衡的条件，步骤需严谨，是初中物理的典型综合题型。
【难度系数】
0.4