Question

3．小明家新安裝了一臺裝有200kg水的太陽能熱水器，加滿水后，經過一段時間陽光的照射，初溫20℃的水吸收了1.68×10⁷J的熱量．已知水的比熱容c_水=4.2×10³J/（kg•℃）、焦炭的熱值q=3.0×10⁷J/kg求：
（1）水溫升高到多少℃？
（2）若這些熱量由效率為20%的火爐燃燒焦炭來提供，則焦炭完全燃燒放出的熱量為多少？
（3）需要完全燃燒多少kg的焦炭？實際需要的焦炭質量大于算出的質量，原因是什么？（寫出一個即可）

Answer 1

分析 （1）已知水的質量、比熱容、初溫和吸收的熱量，根據Q_吸=cm（t-t₀）求出水的末溫；
（2）由效率公式的變形公式求出焦炭完全燃燒釋放的熱量；
（3）由Q_放=mq求出所需焦炭的質量，從熱量的散失和燃料是否完全燃燒進行解答．

解答 解：（1）由Q_吸=cm（t-t₀）可得，水的末溫：
t=$\frac{{Q}_{吸}}{cm}$+t₀=$\frac{1.68×1{0}^{7}J}{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×200kg}$+20℃=40℃；
（2）由η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{放}}$×100%可得，焦炭完全燃燒放出的熱量：
Q_放=$\frac{{Q}_{放}}{η}$=$\frac{1.68×1{0}^{7}J}{20%}$=8.4×10⁷J；
（3）由Q_放=mq可得，所需焦炭的質量：
m′=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{8.4×1{0}^{7}J}{3.0×1{0}^{7}J/kg}$=2.8kg，
由于燃料不能完全燃燒，且燃料燃燒釋放的熱量不能完全被水吸收，所以，實際需要的焦炭質量大于算出的質量．
答：（1）水溫升高到40℃；
（2）焦炭完全燃燒放出的熱量為8.4×10⁷J；
（3）需要完全燃燒2.8kg的焦炭；原因是：焦炭不可能完全燃燒，且燃燒放出的熱量也不可能全部被水吸收，存在熱損失．

點評 本題把熱量計算和熱值聯(lián)系在一起，增加了難度；并進行了熱量損失原因的剖析，增強了學生節(jié)約能源的認識．