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17 中考新考法 对比探究性实验 如图所示，甲、乙、丙三图装置完全相同。
(1)比较不同燃料的热值，应选择
(2)为了比较不同物质的吸热能力，应该选择乙、丙两图进行实验，仔细观察所选的实验装置图，你会发现实验中存在一个问题是水和煤油的
(1)比较不同燃料的热值，应选择
甲、乙
两图进行实验，通过比较温度计示数的变化
（填“加热时间”或“温度计示数的变化”）来比较燃料的热值。(2)为了比较不同物质的吸热能力，应该选择乙、丙两图进行实验，仔细观察所选的实验装置图，你会发现实验中存在一个问题是水和煤油的
质量
不同；更正错误后进行实验，发现煤油的温度升高得快，则水
吸热能力强。答案
17.(1)甲、乙 温度计示数的变化 (2)质量 水
解析
【分析】
要解决这道题，需结合控制变量法分析实验设计思路：
1. 比较不同燃料的热值时，需控制被加热物质的种类和质量相同，仅改变燃料种类，通过被加热物质的温度变化反映燃料放热多少，进而比较热值；
2. 比较不同物质的吸热能力时，需控制燃料种类相同、被加热物质的质量相同，仅改变物质种类，通过温度变化判断吸热能力强弱；
3. 实验中需准确识别变量控制的要求，判断实验设计的问题并修正。
【解析】
(1) 比较不同燃料的热值，根据控制变量法，应选择被加热物质种类和质量相同、燃料种类不同的装置，甲、乙两图中被加热的都是水，燃料分别为煤油和酒精，符合要求，故选甲、乙两图。相同时间内燃料燃烧放出的热量近似相同，被加热的水吸收热量，通过温度计示数的变化可反映燃料放出热量的多少，因此用温度计示数的变化来比较燃料的热值。
(2) 比较不同物质的吸热能力，需控制被加热物质的质量相同，乙、丙两图中被加热的水和煤油体积相同，因水和煤油密度不同，根据公式$m=\rho V$可知两者质量不同，这是实验存在的问题。更正错误后，相同质量的水和煤油吸收相同热量时，煤油的温度升高得快，说明煤油吸热能力弱，水的吸热能力强。
【答案】
(1) 甲、乙；温度计示数的变化 (2) 质量；水
【知识点】
热值、比热容、控制变量法
【点评】
本题为对比探究性热学实验题，核心考查控制变量法在热学实验中的应用，是热学重点实验的典型考查形式，需明确不同实验的变量控制要求，理解实验现象对应的物理意义。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需结合控制变量法分析实验设计思路：
1. 比较不同燃料的热值时，需控制被加热物质的种类和质量相同，仅改变燃料种类，通过被加热物质的温度变化反映燃料放热多少，进而比较热值；
2. 比较不同物质的吸热能力时，需控制燃料种类相同、被加热物质的质量相同，仅改变物质种类，通过温度变化判断吸热能力强弱；
3. 实验中需准确识别变量控制的要求，判断实验设计的问题并修正。
【解析】
(1) 比较不同燃料的热值，根据控制变量法，应选择被加热物质种类和质量相同、燃料种类不同的装置，甲、乙两图中被加热的都是水，燃料分别为煤油和酒精，符合要求，故选甲、乙两图。相同时间内燃料燃烧放出的热量近似相同，被加热的水吸收热量，通过温度计示数的变化可反映燃料放出热量的多少，因此用温度计示数的变化来比较燃料的热值。
(2) 比较不同物质的吸热能力，需控制被加热物质的质量相同，乙、丙两图中被加热的水和煤油体积相同，因水和煤油密度不同，根据公式$m=\rho V$可知两者质量不同，这是实验存在的问题。更正错误后，相同质量的水和煤油吸收相同热量时，煤油的温度升高得快，说明煤油吸热能力弱，水的吸热能力强。
【答案】
(1) 甲、乙；温度计示数的变化 (2) 质量；水
【知识点】
热值、比热容、控制变量法
【点评】
本题为对比探究性热学实验题，核心考查控制变量法在热学实验中的应用，是热学重点实验的典型考查形式，需明确不同实验的变量控制要求，理解实验现象对应的物理意义。
【难度系数】
0.6
18 新情境 燃料电池轻客车型 如图所示是国内第一款运用全新准入标准的燃料电池轻客车型.它是用氢气代替石油作为燃料,用燃料电池代替发动机.工作时储氢罐中液化氢汽化为氢气,在燃料电池中与氧气发生反应产生电能,据悉其功率最大可达75 kW.已知车载储氢罐的氢存储量为5.4 kg,汽化的氢气的密度$\rho=0.09\ \mathrm{kg/m}^3$,热值$q=1.4×10^8\ \mathrm{J/m}^3$.
(1)求一罐氢气完全燃烧放出的热量.
(2)若放出的热量全部被初温为$15\ °\mathrm{C}$的水吸收后,水的温度能升高到$65\ °\mathrm{C}$,则水的质量是多少吨?
(3)若该车以最大功率匀速直线行驶时速度可达$108\ \mathrm{km/h}$,求此时该车所受的阻力.
(4)在某次测试中发现,该车以最大功率行驶时,每消耗一罐氢能行驶$14\ \mathrm{h}$,则该客车的效率是多少?
(1)求一罐氢气完全燃烧放出的热量.
(2)若放出的热量全部被初温为$15\ °\mathrm{C}$的水吸收后,水的温度能升高到$65\ °\mathrm{C}$,则水的质量是多少吨?
(3)若该车以最大功率匀速直线行驶时速度可达$108\ \mathrm{km/h}$,求此时该车所受的阻力.
(4)在某次测试中发现,该车以最大功率行驶时,每消耗一罐氢能行驶$14\ \mathrm{h}$,则该客车的效率是多少?
答案
18.(1)$8.4×10^9\ \mathrm{J}$ (2)$40\ \mathrm{t}$ (3)$2\,500\ \mathrm{N}$ (4)$45\%$
[解析](1)根据$\rho=\frac{m}{V}$可知，氢气的体积为$V=\frac{m}{\rho}=\frac{5.4\ \mathrm{kg}}{0.09\ \mathrm{kg/m}^3}=60\ \mathrm{m}^3$，氢气完全燃烧放出的热量为$Q_{\mathrm{放}}=Vq=60\ \mathrm{m}^3×1.4×10^8\ \mathrm{J/m}^3=8.4×10^9\ \mathrm{J}$.(2)水吸收的热量$Q_{\mathrm{吸}}=Q_{\mathrm{放}}=8.4×10^9\ \mathrm{J}$，水的质量$m_{\mathrm{水}}=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{c_{\mathrm{水}}\Delta t}=\frac{8.4×10^9\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×(65\ \mathrm{℃}-15\ \mathrm{℃})}=40\,000\ \mathrm{kg}=40\ \mathrm{t}$.(3)车的速度$v=108\ \mathrm{km/h}=30\ \mathrm{m/s}$，根据$P=\frac{W}{t}=\frac{Fs}{t}=Fv$可知，所受阻力$f=F_{\mathrm{牵}}=\frac{P}{v}=\frac{75×10^3\ \mathrm{W}}{30\ \mathrm{m/s}}=2\,500\ \mathrm{N}$.(4)汽车所做的功为$W=Pt=75×10^3\ \mathrm{W}×14×3\,600\ \mathrm{s}=3.78×10^9\ \mathrm{J}$，则该车燃料的效率$\eta=\frac{W}{Q_{\mathrm{放}}}×100\%=\frac{3.78×10^9\ \mathrm{J}}{8.4×10^9\ \mathrm{J}}×100\%=45\%$.
[解析](1)根据$\rho=\frac{m}{V}$可知，氢气的体积为$V=\frac{m}{\rho}=\frac{5.4\ \mathrm{kg}}{0.09\ \mathrm{kg/m}^3}=60\ \mathrm{m}^3$，氢气完全燃烧放出的热量为$Q_{\mathrm{放}}=Vq=60\ \mathrm{m}^3×1.4×10^8\ \mathrm{J/m}^3=8.4×10^9\ \mathrm{J}$.(2)水吸收的热量$Q_{\mathrm{吸}}=Q_{\mathrm{放}}=8.4×10^9\ \mathrm{J}$，水的质量$m_{\mathrm{水}}=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{c_{\mathrm{水}}\Delta t}=\frac{8.4×10^9\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×(65\ \mathrm{℃}-15\ \mathrm{℃})}=40\,000\ \mathrm{kg}=40\ \mathrm{t}$.(3)车的速度$v=108\ \mathrm{km/h}=30\ \mathrm{m/s}$，根据$P=\frac{W}{t}=\frac{Fs}{t}=Fv$可知，所受阻力$f=F_{\mathrm{牵}}=\frac{P}{v}=\frac{75×10^3\ \mathrm{W}}{30\ \mathrm{m/s}}=2\,500\ \mathrm{N}$.(4)汽车所做的功为$W=Pt=75×10^3\ \mathrm{W}×14×3\,600\ \mathrm{s}=3.78×10^9\ \mathrm{J}$，则该车燃料的效率$\eta=\frac{W}{Q_{\mathrm{放}}}×100\%=\frac{3.78×10^9\ \mathrm{J}}{8.4×10^9\ \mathrm{J}}×100\%=45\%$.
解析
【分析】
本题是结合燃料电池轻客的物理计算题，需依次运用密度公式、燃料放热公式、热量吸收公式、功率与力的关系、效率公式求解。
(1) 求氢气完全燃烧放出的热量，已知氢的质量和密度，先由密度公式算出氢的体积，再代入燃料放热公式计算；
(2) 水吸收的热量等于氢气完全燃烧放出的热量，结合水的比热容、温度变化，利用吸热公式变形求水的质量；
(3) 先换算速度单位，汽车匀速行驶时牵引力等于阻力，根据功率公式变形求牵引力即阻力；
(4) 有用功是汽车以最大功率行驶做的功，由$W=Pt$计算，效率为有用功与总热量的比值。
【解析】
(1) 根据$\rho=\frac{m}{V}$，氢气的体积：
$V=\frac{m}{\rho}=\frac{5.4\ \mathrm{kg}}{0.09\ \mathrm{kg/m}^3}=60\ \mathrm{m}^3$
一罐氢气完全燃烧放出的热量：
$Q_{\mathrm{放}}=Vq=60\ \mathrm{m}^3×1.4×10^8\ \mathrm{J/m}^3=8.4×10^9\ \mathrm{J}$
(2) 水吸收的热量$Q_{\mathrm{吸}}=Q_{\mathrm{放}}=8.4×10^9\ \mathrm{J}$，水升高的温度$\Delta t=65\ °\mathrm{C}-15\ °\mathrm{C}=50\ °\mathrm{C}$，由$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}\Delta t$得水的质量：
$m_{\mathrm{水}}=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{c_{\mathrm{水}}\Delta t}=\frac{8.4×10^9\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·°\mathrm{C})}×50\ °\mathrm{C}}=40000\ \mathrm{kg}=40\ \mathrm{t}$
(3) 汽车速度$v=108\ \mathrm{km/h}=30\ \mathrm{m/s}$，根据$P=Fv$，牵引力：
$F=\frac{P}{v}=\frac{75×10^3\ \mathrm{W}}{30\ \mathrm{m/s}}=2500\ \mathrm{N}$
汽车匀速行驶，阻力与牵引力平衡，故$f=F=2500\ \mathrm{N}$
(4) 汽车行驶14h做的有用功：
$W=Pt=75×10^3\ \mathrm{W}×14×3600\ \mathrm{s}=3.78×10^9\ \mathrm{J}$
客车效率：
$\eta=\frac{W}{Q_{\mathrm{放}}}×100\%=\frac{3.78×10^9\ \mathrm{J}}{8.4×10^9\ \mathrm{J}}×100\%=45\%$
【答案】
(1)$8.4×10^9\ \mathrm{J}$；(2)$40\ \mathrm{t}$；(3)$2500\ \mathrm{N}$；(4)$45\%$
【知识点】
燃料的热值、热量计算、功率与速度的关系、机械效率
【点评】
本题结合新能源汽车新情境，综合考查热学、力学相关知识点，解题需注意单位统一，步骤清晰即可完成，是一道典型的综合计算题。
【难度系数】
0.6
本题是结合燃料电池轻客的物理计算题，需依次运用密度公式、燃料放热公式、热量吸收公式、功率与力的关系、效率公式求解。
(1) 求氢气完全燃烧放出的热量，已知氢的质量和密度，先由密度公式算出氢的体积，再代入燃料放热公式计算；
(2) 水吸收的热量等于氢气完全燃烧放出的热量，结合水的比热容、温度变化，利用吸热公式变形求水的质量；
(3) 先换算速度单位，汽车匀速行驶时牵引力等于阻力，根据功率公式变形求牵引力即阻力；
(4) 有用功是汽车以最大功率行驶做的功，由$W=Pt$计算，效率为有用功与总热量的比值。
【解析】
(1) 根据$\rho=\frac{m}{V}$，氢气的体积：
$V=\frac{m}{\rho}=\frac{5.4\ \mathrm{kg}}{0.09\ \mathrm{kg/m}^3}=60\ \mathrm{m}^3$
一罐氢气完全燃烧放出的热量：
$Q_{\mathrm{放}}=Vq=60\ \mathrm{m}^3×1.4×10^8\ \mathrm{J/m}^3=8.4×10^9\ \mathrm{J}$
(2) 水吸收的热量$Q_{\mathrm{吸}}=Q_{\mathrm{放}}=8.4×10^9\ \mathrm{J}$，水升高的温度$\Delta t=65\ °\mathrm{C}-15\ °\mathrm{C}=50\ °\mathrm{C}$，由$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}\Delta t$得水的质量：
$m_{\mathrm{水}}=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{c_{\mathrm{水}}\Delta t}=\frac{8.4×10^9\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·°\mathrm{C})}×50\ °\mathrm{C}}=40000\ \mathrm{kg}=40\ \mathrm{t}$
(3) 汽车速度$v=108\ \mathrm{km/h}=30\ \mathrm{m/s}$，根据$P=Fv$，牵引力：
$F=\frac{P}{v}=\frac{75×10^3\ \mathrm{W}}{30\ \mathrm{m/s}}=2500\ \mathrm{N}$
汽车匀速行驶，阻力与牵引力平衡，故$f=F=2500\ \mathrm{N}$
(4) 汽车行驶14h做的有用功：
$W=Pt=75×10^3\ \mathrm{W}×14×3600\ \mathrm{s}=3.78×10^9\ \mathrm{J}$
客车效率：
$\eta=\frac{W}{Q_{\mathrm{放}}}×100\%=\frac{3.78×10^9\ \mathrm{J}}{8.4×10^9\ \mathrm{J}}×100\%=45\%$
【答案】
(1)$8.4×10^9\ \mathrm{J}$；(2)$40\ \mathrm{t}$；(3)$2500\ \mathrm{N}$；(4)$45\%$
【知识点】
燃料的热值、热量计算、功率与速度的关系、机械效率
【点评】
本题结合新能源汽车新情境，综合考查热学、力学相关知识点，解题需注意单位统一，步骤清晰即可完成，是一道典型的综合计算题。
【难度系数】
0.6
