Question

11．随着生活条件的改善，萌萌家住上了新楼房，新楼房使用的是天然气．萌萌想：将一壶水烧开究竟需要多少天然气呢？她通过实践收集如下数据：水壶里放入2000cm³、20℃的水，大火加热直至沸腾，她在物理书中查到天然气热值为8×10⁷J/m³．求：[气压为1标准大气压；c_水=4.2×10³J/（kg•℃）]
（1）水壶中水的质量是多少？
（2）烧开这壶水，水需要吸收多少热量？
（3）如果萌萌家天然气灶具的效率是40%，烧开这壶水需要燃烧多少立方米的天然气？
（4）结合实际请找出萌萌家灶具的效率低的原因？（至少写一条）

Answer 1

分析 （1）根据公式m=ρV水进行计算；
（2）知道水的初温和末温（1标准大气压水的沸点为100℃），根据公式Q_吸=cm△t可求水吸收的热量．
（3）根据天然气炉具的效率是40%，求出燃料完全燃烧放出的热量，再利用Q_放=vq可求得需要燃烧多少m³的天然气；
（4）利用加热设备加热时，被加热物质吸收的热量只占燃料燃烧放出热量的一部分．

解答 解：
（1）水的质量：
m=ρV=1.0g/cm³×2000cm³=2000g=2kg；
（2）水吸收的热量：
Q_吸=c_水m_水（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×2kg×（100℃-20℃）=6.72×10⁵J；
（3）由题知，Q_放=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$=$\frac{6.72×1{0}^{5}J}{40%}$=1.68×10⁶J，
由Q_放=Vq可得，需要燃烧天然气的体积：
V_气=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{1.68×1{0}^{6}J}{8×1{0}^{7}J/{m}^{3}}$=2.1×10^-2m³．
（4）利用天然气作为燃料，在对水进行加热时，天然气不可能完全燃烧，同时燃烧放出的热量一部分流失到空气中等等，因此被水吸收的热量只占它燃烧放出热量的一部分，由η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{总}}$可知，灶具的效率较低．
答：（1）水壶中水的质量是2kg； 
（2）烧开这壶水，水需要吸收6.72×10⁵J的热量； 
（3）如果萌萌家天然气灶具的效率是40%，烧开这壶水需要燃烧2.1×10^-2m³的天然气；
（4）萌萌家灶具的效率低的原因：燃料燃烧放出的热量一部分流失到空气中．

点评 本题主要考查热量的有关计算，要熟练公式的变形，理解热效率．