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22.（2024·宿迁）氢能是新能源利用的新潮流，加快氢能产业发展成为实现“碳达峰、碳中和”的重要举措.如图所示是市场上的某品牌氢能自行车，一次性充满0.02 kg氢气，2 h能匀速骑行50 km，氢能自行车与骑行者总质量为84 kg，骑行时受到的阻力为总重的0.05倍，氢气热值为$1.4×10^8$ J/kg.氢气完全燃烧产生的热量是
$2.8×10^6$
J，氢气的利用效率是$75\%$
（g取10 N/kg）.答案
22. $2.8×10^6$ $75\%$
解析
【分析】
本题需分两步解答：第一步利用热值公式计算氢气完全燃烧放出的热量；第二步结合匀速运动的受力特点，先算有用功，再通过有用功与总热量的比值计算氢气的利用效率，解题时要注意单位换算和公式的正确应用。
【解析】
1. 计算氢气完全燃烧产生的热量：
根据热值公式 $ Q_{\mathrm{放}} = mq $，已知氢气质量 $ m = 0.02\ \mathrm{kg} $，氢气热值 $ q = 1.4×10^8\ \mathrm{J/kg} $，代入得：
$ Q_{\mathrm{放}} = 0.02\ \mathrm{kg} × 1.4×10^8\ \mathrm{J/kg} = 2.8×10^6\ \mathrm{J} $。
2. 计算氢气的利用效率：
① 先算总重力：$ G = mg = 84\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 840\ \mathrm{N} $；
② 骑行时的阻力：$ f = 0.05G = 0.05 × 840\ \mathrm{N} = 42\ \mathrm{N} $；
③ 匀速骑行时，牵引力与阻力平衡，故 $ F = f = 42\ \mathrm{N} $，骑行距离 $ s = 50\ \mathrm{km} = 5×10^4\ \mathrm{m} $，则有用功：
$ W_{\mathrm{有}} = Fs = 42\ \mathrm{N} × 5×10^4\ \mathrm{m} = 2.1×10^6\ \mathrm{J} $；
④ 利用效率 $ η = \frac{W_{\mathrm{有}}}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\% = \frac{2.1×10^6\ \mathrm{J}}{2.8×10^6\ \mathrm{J}} × 100\% = 75\% $。
【答案】
$ 2.8×10^6 $；$ 75\% $
【知识点】
热值计算、功的计算、机械效率
【点评】
本题结合氢能自行车的实际场景，综合考查热值、功和机械效率的计算，需要掌握相关公式，注意单位换算，属于热学与力学结合的基础应用题，难度适中。
【难度系数】
0.5
本题需分两步解答：第一步利用热值公式计算氢气完全燃烧放出的热量；第二步结合匀速运动的受力特点，先算有用功，再通过有用功与总热量的比值计算氢气的利用效率，解题时要注意单位换算和公式的正确应用。
【解析】
1. 计算氢气完全燃烧产生的热量：
根据热值公式 $ Q_{\mathrm{放}} = mq $，已知氢气质量 $ m = 0.02\ \mathrm{kg} $，氢气热值 $ q = 1.4×10^8\ \mathrm{J/kg} $，代入得：
$ Q_{\mathrm{放}} = 0.02\ \mathrm{kg} × 1.4×10^8\ \mathrm{J/kg} = 2.8×10^6\ \mathrm{J} $。
2. 计算氢气的利用效率：
① 先算总重力：$ G = mg = 84\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 840\ \mathrm{N} $；
② 骑行时的阻力：$ f = 0.05G = 0.05 × 840\ \mathrm{N} = 42\ \mathrm{N} $；
③ 匀速骑行时，牵引力与阻力平衡，故 $ F = f = 42\ \mathrm{N} $，骑行距离 $ s = 50\ \mathrm{km} = 5×10^4\ \mathrm{m} $，则有用功：
$ W_{\mathrm{有}} = Fs = 42\ \mathrm{N} × 5×10^4\ \mathrm{m} = 2.1×10^6\ \mathrm{J} $；
④ 利用效率 $ η = \frac{W_{\mathrm{有}}}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\% = \frac{2.1×10^6\ \mathrm{J}}{2.8×10^6\ \mathrm{J}} × 100\% = 75\% $。
【答案】
$ 2.8×10^6 $；$ 75\% $
【知识点】
热值计算、功的计算、机械效率
【点评】
本题结合氢能自行车的实际场景，综合考查热值、功和机械效率的计算，需要掌握相关公式，注意单位换算，属于热学与力学结合的基础应用题，难度适中。
【难度系数】
0.5
三、解答题
23. 在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，小欣同学设计了如图甲、乙、丙所示的三次实验，让铁球从同一斜面上某处由静止开始向下运动，然后与放在水平面上的纸盒相碰，铁球与纸盒在水平面上共同移动一段距离后静止。
（1）要探究动能大小与物体质量的关系，应保证铁球达到水平面的
（2）选用甲、丙两次实验可以得出的结论是：物体质量相同时，
（3）三次实验中，碰推前动能最小的是图
（4）小欣同学联想到“探究阻力对物体运动的影响”时，也用到了斜面，让小车从斜面顶端由静止滑下，比较在不同表面滑行的距离（如表），小车在三个表面克服摩擦力做功
23. 在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，小欣同学设计了如图甲、乙、丙所示的三次实验，让铁球从同一斜面上某处由静止开始向下运动，然后与放在水平面上的纸盒相碰，铁球与纸盒在水平面上共同移动一段距离后静止。
（1）要探究动能大小与物体质量的关系，应保证铁球达到水平面的
速度
相同，为了达到这一目的所采取的具体操作方法是使小球从斜面的同一高度由静止滚下
；（2）选用甲、丙两次实验可以得出的结论是：物体质量相同时，
速度越大，动能越大
；（3）三次实验中，碰推前动能最小的是图
丙
（甲/乙/丙）中的小球，原因是纸盒被推动的距离最小
；（4）小欣同学联想到“探究阻力对物体运动的影响”时，也用到了斜面，让小车从斜面顶端由静止滑下，比较在不同表面滑行的距离（如表），小车在三个表面克服摩擦力做功
相等
（相等/不相等）.若水平面绝对光滑，小车将做匀速直线
运动.答案
23. (1) 速度 从斜面的同一高度由静止滚下 (2) 速度越大，动能越大 (3) 丙 纸盒被推动的距离最小 (4) 相等 匀速直线
解析
【分析】
本题围绕“探究物体动能的大小与哪些因素有关”的实验展开，需结合控制变量法、转换法分析，同时关联“阻力对物体运动的影响”实验的结论：
（1）探究动能与质量的关系时，根据控制变量法，需控制速度不变，因此要让小球从斜面同一高度由静止滚下，保证到达水平面的速度相同；
（2）甲、丙实验中，铁球质量相同，丙中球的释放高度更高，到达水平面速度更大，通过纸盒移动距离反映动能大小，据此推导结论；
（3）动能大小通过纸盒被推动的距离判断，距离越小动能越小；
（4）小车从同一斜面滑下，初始动能相同，克服摩擦力做功等于初始动能，水平面光滑时小车不受力，做匀速直线运动。
【解析】
（1）探究动能与质量的关系，需控制速度相同，操作是让小球从斜面的同一高度由静止滚下，使铁球到达水平面的速度相同，故第一空填“速度”，第二空填“从斜面的同一高度由静止滚下”；
（2）甲、丙两次实验，铁球质量相同，丙中铁球从更高处滚下，到达水平面的速度更大，纸盒被推动的距离更远，说明质量相同时，速度越大，动能越大；
（3）动能大小通过纸盒被推动的距离反映，丙图中纸盒被推动的距离最小，因此丙图中小球碰撞前动能最小；
（4）小车从同一斜面顶端由静止滑下，初始重力势能相同，转化的动能相同，克服摩擦力做功等于初始动能，因此小车在三个表面克服摩擦力做功相等；若水平面绝对光滑，小车不受阻力，将做匀速直线运动。
【答案】
(1) 速度；从斜面的同一高度由静止滚下 (2) 速度越大，动能越大 (3) 丙；纸盒被推动的距离最小 (4) 相等；匀速直线
【知识点】
动能的影响因素、控制变量法、牛顿第一定律
【点评】
本题是力学实验的经典题型，综合考查动能影响因素的实验探究（控制变量法、转换法的应用）与阻力对物体运动的探究，注重实验方法和结论的结合，能有效考查学生的实验分析能力，难度适中。
【难度系数】
0.7
本题围绕“探究物体动能的大小与哪些因素有关”的实验展开，需结合控制变量法、转换法分析，同时关联“阻力对物体运动的影响”实验的结论：
（1）探究动能与质量的关系时，根据控制变量法，需控制速度不变，因此要让小球从斜面同一高度由静止滚下，保证到达水平面的速度相同；
（2）甲、丙实验中，铁球质量相同，丙中球的释放高度更高，到达水平面速度更大，通过纸盒移动距离反映动能大小，据此推导结论；
（3）动能大小通过纸盒被推动的距离判断，距离越小动能越小；
（4）小车从同一斜面滑下，初始动能相同，克服摩擦力做功等于初始动能，水平面光滑时小车不受力，做匀速直线运动。
【解析】
（1）探究动能与质量的关系，需控制速度相同，操作是让小球从斜面的同一高度由静止滚下，使铁球到达水平面的速度相同，故第一空填“速度”，第二空填“从斜面的同一高度由静止滚下”；
（2）甲、丙两次实验，铁球质量相同，丙中铁球从更高处滚下，到达水平面的速度更大，纸盒被推动的距离更远，说明质量相同时，速度越大，动能越大；
（3）动能大小通过纸盒被推动的距离反映，丙图中纸盒被推动的距离最小，因此丙图中小球碰撞前动能最小；
（4）小车从同一斜面顶端由静止滑下，初始重力势能相同，转化的动能相同，克服摩擦力做功等于初始动能，因此小车在三个表面克服摩擦力做功相等；若水平面绝对光滑，小车不受阻力，将做匀速直线运动。
【答案】
(1) 速度；从斜面的同一高度由静止滚下 (2) 速度越大，动能越大 (3) 丙；纸盒被推动的距离最小 (4) 相等；匀速直线
【知识点】
动能的影响因素、控制变量法、牛顿第一定律
【点评】
本题是力学实验的经典题型，综合考查动能影响因素的实验探究（控制变量法、转换法的应用）与阻力对物体运动的探究，注重实验方法和结论的结合，能有效考查学生的实验分析能力，难度适中。
【难度系数】
0.7
24. (2024·梧州期末)如图所示,甲、乙、丙三图中的装置完全相同,燃料的质量相同,烧杯内的液体a、b质量和初温均相同.
(1) 为了研究不同物质的吸热能力,应选择其中
① 不同物质吸热的多少是通过
② 由图丁可以看出,
(2) 为了测量不同燃料的热值,正确选择其中两幅图进行实验,利用公式$Q_{\mathrm{放}}=cm\Delta t$计算出液体吸收的热量,然后根据$q=\dfrac{Q}{m}$计算出燃料的热值.则计算结果与燃料的实际热值相比
(1) 为了研究不同物质的吸热能力,应选择其中
甲、丙
(甲/乙/丙)两幅图进行实验.除了图中装置外,还要使用的测量仪器是天平和秒表
,根据记录的数据做出了两种液体的温度随时间变化的关系图,如图丁所示:① 不同物质吸热的多少是通过
加热时间
(温度计示数/加热时间)来反映的；② 由图丁可以看出,
$b$
(a/b)液体的吸热本领较大;假设相同时间内液体吸热量相同,b液体的比热容是$4.2×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg·℃})$,则a液体的比热容是$1.8×10^3$
$\mathrm{J}/(\mathrm{kg·℃})$；(2) 为了测量不同燃料的热值,正确选择其中两幅图进行实验,利用公式$Q_{\mathrm{放}}=cm\Delta t$计算出液体吸收的热量,然后根据$q=\dfrac{Q}{m}$计算出燃料的热值.则计算结果与燃料的实际热值相比
偏小
(偏大/偏小/不变).答案
24. (1) 甲、丙 秒表 ① 加热时间 ② $b$ $1.8×10^3$ (2) 偏小
解析
【分析】
本题需结合控制变量法分析热学实验：研究不同物质吸热能力时，要控制燃料相同、改变液体种类；测量吸热相关量需天平测质量、秒表测时间；吸热多少通过加热时间反映；比热容计算利用Q=cmΔt的反比关系；测量热值时，燃料热量有散失，导致计算值偏小。
【解析】
(1) 研究不同物质的吸热能力，需控制燃料种类相同，改变液体种类，因此选甲、丙两幅图；实验中需测量液体质量（天平）和加热时间，还需秒表。
① 相同热源在相同时间内放出热量相同，所以不同物质吸热的多少通过加热时间反映。
② 由图丁，加热相同时间（吸收热量相同），a液体温度升高更快，根据Q=cmΔt，质量m相同、Q相同时，Δt越大，比热容c越小，吸热本领越弱，因此b液体吸热本领较大。
初温均为20℃，加热相同时间，a的温度变化Δtₐ=90℃-20℃=70℃，b的温度变化Δtᵦ=50℃-20℃=30℃。因Q相同、m相同，故cₐmΔtₐ = cᵦmΔtᵦ，得cₐ = cᵦ×Δtᵦ/Δtₐ = 4.2×10³ J/(kg·℃)×30℃/70℃=1.8×10³ J/(kg·℃)。
(2) 测量燃料热值时，燃料燃烧放出的热量会散失到空气中、被装置吸收，液体吸收的热量小于燃料完全燃烧放出的热量，根据q=Q吸/m计算的热值比实际值偏小。
【答案】
(1) 甲、丙；秒表 ① 加热时间 ② b；1.8×10³ (2) 偏小
【知识点】
比热容；热值；热学实验
【点评】
本题考查比热容和热值的实验探究，核心是控制变量法的应用，需理解吸热多少的判断、比热容的计算逻辑及热值测量的误差来源，属于中等难度的热学实验题。
【难度系数】
0.5
本题需结合控制变量法分析热学实验：研究不同物质吸热能力时，要控制燃料相同、改变液体种类；测量吸热相关量需天平测质量、秒表测时间；吸热多少通过加热时间反映；比热容计算利用Q=cmΔt的反比关系；测量热值时，燃料热量有散失，导致计算值偏小。
【解析】
(1) 研究不同物质的吸热能力，需控制燃料种类相同，改变液体种类，因此选甲、丙两幅图；实验中需测量液体质量（天平）和加热时间，还需秒表。
① 相同热源在相同时间内放出热量相同，所以不同物质吸热的多少通过加热时间反映。
② 由图丁，加热相同时间（吸收热量相同），a液体温度升高更快，根据Q=cmΔt，质量m相同、Q相同时，Δt越大，比热容c越小，吸热本领越弱，因此b液体吸热本领较大。
初温均为20℃，加热相同时间，a的温度变化Δtₐ=90℃-20℃=70℃，b的温度变化Δtᵦ=50℃-20℃=30℃。因Q相同、m相同，故cₐmΔtₐ = cᵦmΔtᵦ，得cₐ = cᵦ×Δtᵦ/Δtₐ = 4.2×10³ J/(kg·℃)×30℃/70℃=1.8×10³ J/(kg·℃)。
(2) 测量燃料热值时，燃料燃烧放出的热量会散失到空气中、被装置吸收，液体吸收的热量小于燃料完全燃烧放出的热量，根据q=Q吸/m计算的热值比实际值偏小。
【答案】
(1) 甲、丙；秒表 ① 加热时间 ② b；1.8×10³ (2) 偏小
【知识点】
比热容；热值；热学实验
【点评】
本题考查比热容和热值的实验探究，核心是控制变量法的应用，需理解吸热多少的判断、比热容的计算逻辑及热值测量的误差来源，属于中等难度的热学实验题。
【难度系数】
0.5
