Question

2．某物理兴趣小组为了探究地球表面水吸收太阳能的本领，做了如下实验：用一脸盆装6kg的水，水的表面积为0.1m²，经过太阳光垂直照射15min，水温升高了5℃．问：
（1）实验时6kg的水15min内吸收了多少热能？
（2）平均每分钟1m²水面吸收的热量是多少？
（3）若用加热的方式使同质量的水升高相同的温度，至少需要燃烧多少m³的液化气？
（假设液化气燃烧放出的热量全部被水吸收，液化气的热值是5.0×10⁷J/m³）．

Answer 1

分析 （1）知道水的质量、水的初温和末温、水的比热容，利用吸热公式求水吸收的热量；
（2）在（1）中求出的是15min内在0.1m²表面积上水吸收的热量，据此可求出平均每分钟1m²水面吸收的热量；
（3）由题知，液化气燃烧放出的热量全部被水吸收，知道液化气的热值，利用Q_吸=Q_放=Vq求需要的液化气的体积．

解答 解：（1）水吸收的热量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×6kg×5℃=1.26×10⁵J；
（2）平均每分钟1m²水面吸收的热量：
Q=$\frac{{Q}_{吸}}{tS}$=$\frac{1.26×1{0}^{5}J}{15min×0.1{m}^{2}}$=8.4×10⁴J/（min•m²）；
（3）由题知，Q_放=Q_吸=1.26×10⁵J，
根据Q_放=Vq得需要液化气的体积：
V=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{1.26×1{0}^{5}J}{5.0×1{0}^{7}J/{m}^{3}}$=2.52×10^-3m³．
答：（1）实验时6kg的水15min内吸收了1.26×10⁵J的热量；
（2）平均每分钟1m²水面吸收的热量是8.4×10⁴J；
（3）至少需要燃烧2.52×10^-3m³的液化气．

点评 本题考查了学生对吸热公式Q_吸=cm△t、燃料完全燃烧放热公式Q_放=mq的掌握和运用，计算时注意气体燃料热值的单位是J/m³，不是J/kg．