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5. (2024·常州)中国工程师利用焦炉气中的氢气与工业尾气中的二氧化碳,合成液态燃料,作为第 19 届亚洲运动会主火炬的燃料。工程师在科普馆用如图所示的装置为同学们演示模拟实验,测量该燃料的热值。
①在空酒精灯内加入适量该液态燃料,得到“燃料灯”；
②在空烧杯内加入 1 kg 水,测得水的初温为$31^{\circ }C$,点燃“燃料灯”开始加热；
③当水恰好沸腾时,立即熄灭“燃料灯”,测得“燃料灯”消耗燃料 30 g。
已知实验时气压为 1 标准大气压,用该装置加热水的效率为 42%。求:
(1)此过程中,烧杯内水吸收的热量。(2)该液态燃料的热值。
①在空酒精灯内加入适量该液态燃料,得到“燃料灯”；
②在空烧杯内加入 1 kg 水,测得水的初温为$31^{\circ }C$,点燃“燃料灯”开始加热；
③当水恰好沸腾时,立即熄灭“燃料灯”,测得“燃料灯”消耗燃料 30 g。
已知实验时气压为 1 标准大气压,用该装置加热水的效率为 42%。求:
(1)此过程中,烧杯内水吸收的热量。(2)该液态燃料的热值。
答案
解：(1) $ Q_{吸} = cm(t - t_{0}) = 4.2 \times 10^{3}J/(kg \cdot ^{\circ}C) \times 1kg \times (100^{\circ}C - 31^{\circ}C) = 2.898 \times 10^{5}J $；
(2) $ Q_{放} = \frac{Q_{吸}}{\eta} = \frac{2.898 \times 10^{5}J}{0.42} = 6.9 \times 10^{5}J $，
$ q_{液} = \frac{Q_{放}}{m_{液}} = \frac{6.9 \times 10^{5}J}{0.03kg} = 2.3 \times 10^{7}J/kg $。
(2) $ Q_{放} = \frac{Q_{吸}}{\eta} = \frac{2.898 \times 10^{5}J}{0.42} = 6.9 \times 10^{5}J $，
$ q_{液} = \frac{Q_{放}}{m_{液}} = \frac{6.9 \times 10^{5}J}{0.03kg} = 2.3 \times 10^{7}J/kg $。
6. 人们早就知道,物体吸收太阳能的能力与物体的颜色有关,小玲对“物体吸收太阳能与物体表面颜色之间的关系”进行了实验研究:在黑色塑料袋和白色透明塑料袋内装入相同质量的水,插入温度计后系好,放在阳光下暴晒,每隔相同的时间,读出温度计的示数。数据记录如下:
(1)小玲在实验中采用的科学研究方法是______。
(2)由研究可知,人们使用的太阳能热水器的集热管表面颜色以______色为宜。
(3)若一太阳能热水器装满 100 kg 的水,集热管接收太阳能的有效接收面积约为$2.0m^{2}$,每小时$1m^{2}面积上有效接收太阳能约为2.1×10^{6}J$,假设太阳能吸收的热量全部用于水的升温,则该热水器装满水后水温升高$20^{\circ }C$需吸收太阳能多少时间?
(1)小玲在实验中采用的科学研究方法是______。
(2)由研究可知,人们使用的太阳能热水器的集热管表面颜色以______色为宜。
(3)若一太阳能热水器装满 100 kg 的水,集热管接收太阳能的有效接收面积约为$2.0m^{2}$,每小时$1m^{2}面积上有效接收太阳能约为2.1×10^{6}J$,假设太阳能吸收的热量全部用于水的升温,则该热水器装满水后水温升高$20^{\circ }C$需吸收太阳能多少时间?
答案
(1) 控制变量法 (2) 黑
(3) 解： $ Q_{吸} = cm\Delta t = 4.2 \times 10^{3}J/(kg \cdot ^{\circ}C) \times 100kg \times 20^{\circ}C = 8.4 \times 10^{6}J $，
$ Q_{吸} = Q_{放} $， $ t = \frac{8.4 \times 10^{6}J}{2.1 \times 10^{6}J/(m^{2} \cdot h) \times 2.0m^{2}} = 2h $。
(3) 解： $ Q_{吸} = cm\Delta t = 4.2 \times 10^{3}J/(kg \cdot ^{\circ}C) \times 100kg \times 20^{\circ}C = 8.4 \times 10^{6}J $，
$ Q_{吸} = Q_{放} $， $ t = \frac{8.4 \times 10^{6}J}{2.1 \times 10^{6}J/(m^{2} \cdot h) \times 2.0m^{2}} = 2h $。
