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九年级物理解答题一般
题目
如图所示,某实验小组在了解到蒸汽机效率很低之后,组装了如图所示的装置进一步研究.在试管里注入0.03kg0.03kg温度为20∘C20^{\circ}\mathrm{C}的水,用软木塞塞紧管口,用酒精灯加热.试管里的水沸腾后,水蒸气把软木塞竖直向上冲起.已知,气压为11标准大气压,水的比热容为4.2×103J/(kg⋅∘C)4.2\times 10^{3}J/\left(kg\cdot ^{\circ}\mathrm{C}\right),酒精热值为3.0×107J/kg3.0\times 10^{7}J/kg,该过程消耗酒精1g1g,克服瓶塞重力做功0.9J0.9J,求:
(1)(1)该过程酒精完全燃烧释放的热量；
(2)(2)水从20∘C20^{\circ}\mathrm{C}加热至沸腾吸收的热量；
(3)(3)若将此过程中克服瓶塞重力做的功与酒精完全燃烧释放的热量之比定义为转化效率η\eta,求此转化效率,并指出效率低的原因.
知识点：液化及液化现象、做功改变物体内能、热传递改变物体内能章节：未标注

答案与解析

答案

（1）已知消耗酒精的质量m酒精=1g=10−3kgm_{酒精}=1g=10^{-3}kg，则该过程酒精完全燃烧释放的热量Q放=q酒精m酒精=3.0×107J/kg×10−3kg=3×104JQ_{放}=q_{酒精}m_{酒精}=3.0\times 10^{7}J/kg\times 10^{-3}kg=3\times 10^{4}J；
(2)(2)一个标准大气压下水的沸点为100∘C100^{\circ}\mathrm{C}，即水的末温为100∘C100^{\circ}\mathrm{C}，
则水吸收的热量：
Q吸=cm(t−t0)=4.2×103J/(kg⋅∘C)×0.03kg×(100∘C−20∘C)=1.08×104JQ_{吸}=cm(t-t_{0})=4.2\times 10^{3}J/\left(kg\cdot ^{\circ}\mathrm{C}\right)\times 0.03kg\times \left(100^{\circ}\mathrm{C}-20^{\circ}\mathrm{C}\right)=1.08\times 10^{4}J；
(3)(3)已知克服瓶塞重力做功W=0.9JW=0.9J，由转化效率η\eta定义可知，该过程的转化效率为：
η=WQ放=0.9J3×104J×100%≈0.003%\eta =\frac{W}{{Q}_{放}}=\frac{0.9J}{3×1{0}^{4}J}\times 100\%\approx 0.003\%；
酒精燃烧放出的热量没有被水全部吸收，因此水蒸气对软木塞做功较小，故效率偏低。
故答案为：（1）该过程酒精完全燃烧释放的热量为3×104J3\times 10^{4}J；
(2)(2)水从20∘C20^{\circ}\mathrm{C}加热至沸腾吸收的热量1.08×104J1.08\times 10^{4}J，(3)\left(3\right)此转化效率为0.003%0.003\%；
酒精燃烧放出的热量没有被水全部吸收，因此水蒸气对软木塞做功较小，故效率偏低。

解析

（1）已知消耗酒精的质量m酒精=1g=10−3kgm_{酒精}=1g=10^{-3}kg，则该过程酒精完全燃烧释放的热量Q放=q酒精m酒精=3.0×107J/kg×10−3kg=3×104JQ_{放}=q_{酒精}m_{酒精}=3.0\times 10^{7}J/kg\times 10^{-3}kg=3\times 10^{4}J；
(2)(2)一个标准大气压下水的沸点为100∘C100^{\circ}\mathrm{C}，即水的末温为100∘C100^{\circ}\mathrm{C}，
则水吸收的热量：
Q吸=cm(t−t0)=4.2×103J/(kg⋅∘C)×0.03kg×(100∘C−20∘C)=1.08×104JQ_{吸}=cm(t-t_{0})=4.2\times 10^{3}J/\left(kg\cdot ^{\circ}\mathrm{C}\right)\times 0.03kg\times \left(100^{\circ}\mathrm{C}-20^{\circ}\mathrm{C}\right)=1.08\times 10^{4}J；
(3)(3)已知克服瓶塞重力做功W=0.9JW=0.9J，由转化效率η\eta定义可知，该过程的转化效率为：
η=WQ放=0.9J3×104J×100%≈0.003%\eta =\frac{W}{{Q}_{放}}=\frac{0.9J}{3×1{0}^{4}J}\times 100\%\approx 0.003\%；
酒精燃烧放出的热量没有被水全部吸收，因此水蒸气对软木塞做功较小，故效率偏低。
故答案为：（1）该过程酒精完全燃烧释放的热量为3×104J3\times 10^{4}J；
(2)(2)水从20∘C20^{\circ}\mathrm{C}加热至沸腾吸收的热量1.08×104J1.08\times 10^{4}J，(3)\left(3\right)此转化效率为0.003%0.003\%；
酒精燃烧放出的热量没有被水全部吸收，因此水蒸气对软木塞做功较小，故效率偏低。

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