汽车油箱中的柴油用去了一半，则剩下的柴油（ ）
答案：D
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柴油用去了一半，质量和体积均减小一半，而比热容、热值都是物质的一种特性，不随质量和体积的变化而变化，故剩下的柴油热值与比热容都不变。
故选D。
第3节 热机的效率 · 练习题（共35题）
火星探测器“天问一号”的成功发射，是我国综合国力和创新能力提升的重要标志。若该火箭发射时携带了3x 104 kg液态氢燃料，这些燃料完全燃烧放出的热量是___________J，可以将________kg初温为20℃的水加热至沸腾。{q_氢 = 1.4x10^8 J/kg，{c_水 = 4.2x10^3 J/(Kg·℃)当地大气压为1标准大气压，不计热量损失}
答案：4.2x10^12；1.25x10^7
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如图所示的“自嗨锅”是当下一种时尚快餐，很受年轻人喜爱。现用它里面的发热包将500g水从20℃加热至100℃，已知c水=4.2×103 J/（kg·℃），q酒精=3×107 J/kg；
(1) 求水吸收的热量是多少J？
答案：1.68×105
(2) 不考虑热损失，这些热量由燃烧酒精提供，则至少需要多少kg的酒精？
答案：5.6×10-3
答案：(1) 1.68×105；(2) 5.6×10-3
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下列关于燃料的热值，说法正确的是（ ）
答案：D
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如图，装配“洛阳造”氢燃料电池发动机的重卡交付使用。用液氢作为燃料的主要优点是它的_________大且环保。3kg液氢完全燃烧放出的热量是____________J，若这些热量全部被水吸收，能使________kg水从20℃升高到100℃。{c水=4.2x103 J/(kg·℃)，q氢=1.4x108 J/kg}
答案：热值 4.2x108 1250
热值 4.2x108 1250
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在福清地区，每逢端午、春节等传统节日，家家户户都会蒸“起家粿”，寓意起家致富和日子红火。小明用加热效率为8%的柴火灶将2kg的水加热到沸腾，水温升高了80℃，利用水沸腾产生的蒸气来蒸“起家粿”。求此过程：[已知，c水=4.2x103J/(kg·℃)，q干木柴 = 1.2 x 107J/kg]
(1) 水吸收的热量；
答案：6.72×105J
(2) 干木柴完全燃烧放出的热量；
答案：8.4×106J
(3) 所需干木柴的质量。
答案：0.7kg
答案：(1) 6.72×105J；(2) 8.4×106J；(3) 0.7kg
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关于热机和锅炉的效率，下列说法中正确的是（ ）
答案：D
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A．热机的效率不仅取决于有用功的多少，还与燃料完全燃烧放出的能量有关。仅有用功多，若燃料燃烧放出的能量更多，效率不一定高，故A错误。
B．热机和锅炉的效率与燃料的热值大小无关，热值是燃料本身的属性，效率取决于有用功和燃料燃烧放出的热量的比值，故B错误。
C．向锅炉内多加煤，加大火力，不能保证燃料完全燃烧，也不能保证有效利用的热量增加，效率不一定提高，故C错误。
D．热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，即燃料完全燃烧放出的能量越少，根据效率公式，效率一定越高，故D正确。
故选D。
如图所示是某辆汽车汽油机的能量流向图，由图可知该汽油机的热机效率为_________ ，汽油机工作消耗0.5kg的汽油可以输出____________J的有用功，若汽油燃烧不充分，汽油的热值将________（选填“变大”“变小”或“不变”）。根据汽油机的能量流向图，提出一条提高该汽油机效率的措施：___________。（汽油的热值为4.6x107 J/kg ）
答案：30% 6.9x106 不变 加润滑油，减小摩擦
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[4]由能量流向图可知，机械各部分之间的摩擦损失部分能量，可以针对此提出提高热机效率的措施：加润滑油，减小摩擦。
百公里油耗指的是汽车在道路上行驶时每百公里平均燃料消耗量，是汽车耗油量的一个指标。
由于多数车辆在 90km/h 接近经济车速，因此大多对外公布的理论油耗通常为 90km/h 的百公里匀速油耗。经出厂测试，某品牌汽车百公里理论油耗为 7.5L，汽车发动机的输出功率为 23kW（已知汽油的密度为 0.72×103kg/m3，热值为 4.6×107J/kg）。试求：
(1) 15L 汽油完全燃烧放出的热量；
答案：4.968×108 J
(2) 百公里测试时间内发动机所做的功；
答案：9.2×107 J
(3) 该品牌汽车发动机的热机效率。
答案：37%
答案：(1) 4.968×108 J；(2) 9.2×107 J；(3) 37%
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（1）汽油的体积 V=15L=1.5×10-2 m3
由 ρ=m/V 得，汽油的质量 m=ρV=0.72×103 kg/m3 ×1.5×10-2 m3=10.8kg
15L 汽油完全燃烧放出的热量 Q放 = mq=10.8kg×4.6×107 J/kg=4.968×108 J
（2）汽车的速度 v=90km/h=25m/s
由 P=W/t 得，在一百公里内发动机做的功为 W=Pt=P×s/v=23×103 W × (1×105 m)/25m/s=9.2×107 J
（3）7.5L 汽油完全燃烧放出的热量为 Q放 1=1/2 Q放 = 1/2 ×4.968×108 J=2.484×108 J
发动机的效率为 η=W/Q放 1 ×100% = (9.2×107 J)/(2.484×108 J) ×100%≈37%
汽车发动机一般是汽油机，汽油的热值为4.5×107J/kg。某内燃机的能量流向如图所示，下列说法正确的是（ ）
答案：A
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A．根据内燃机的能量流向图可知，该汽油机的效率为
η=100%-25%-40%=35%
故A正确；
B．由题意可知，汽油的热值为4.5×107J/kg，则1kg的汽油完全燃烧能够释放的能量为
Q放=mq=1kg×4.5×107J/kg=4.5×107J
故B错误；
C．热值大只是代表在充分燃烧的情况下其放出的热量多，与提高热机效率无关，故C错误；
D．汽油机工作时要克服机械间的摩擦做额外功，同时存在热散失，并且废气带走大部分能量，所以热机的效率不能达到100%，故D错误。
故选A。
妈妈开车带小明去南湖公园游玩，到达南湖公园后，油箱里的汽油没有发生变化的是________(选填序号 “①质量；②密度；③热值”)。若完全燃烧 10kg 汽油对外做功 1.61×108J，则效率为________。
（q汽油 = 4.6×107J/kg）
答案：②③；35%
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[1] 汽油机工作一段时间后，油箱里的汽油的多少发生了变化，所以汽油的质量变小了，但是汽油这种物质的种类没有发生变化，所以汽油的密度和热值都没有发生变化，故选②③。
[2] 完全燃烧 10kg 汽油放出热量为
Q放 = mq = 10kg×4.6×107 J/kg = 4.6×108 J
汽油机效率为
η = W有用 / Q放 ×100% = (1.61×108 J)/(4.6×108 J) ×100% = 35%
某物理兴趣小组的同学，用碳炉给 10L 水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在 4min 内完全燃烧了 0.1kg 的木炭，水的比热容为 4.2×103J/(kg・℃)，木炭的热值约为 3×107 J/kg（水的密度为 1.0×103kg/m3）求：
(1) 木炭完全燃烧产生的热量；
答案：3×106 J
(2) 经过 4min 时间加热，水所吸收的热量；
答案：1×106 J
(3) 煤炉烧水时的热效率。
答案：70%
答案：(1) 3×106 J；(2) 1×106 J；(3) 70%
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（1）完全燃烧了 0.1kg 的木炭，放出的热量为
Q放 = mq = 0.1kg×3×107 J/kg = 3×106 J
（2）经过 4min 时间加热，水升高的温度为
Δt = 70℃ - 20℃ = 50℃
水的质量为
m = ρV = 1.0×103 kg/m3 ×10×10-3 m3 = 10kg
水所吸收的热量为
Q = c水 m水 Δt水 = 4.2×103 J/(kg・℃)×10kg×50℃ = 2.1×106 J
（3）煤炉烧水时的热效率
η = Q/Q放 ×100% = (2.1×106 J)/(3×106 J) ×100% = 70%
如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量相同，烧杯内的液体质量也相同。下列说法正确的是（ ）
答案：A
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AB．比较不同燃料热值大小要控制加热的液体种类、液体质量，改变燃料的种类，根据温度计的示数高低得出吸热多少，从而判断热值大小，因此选择甲、乙两图进行实验，故A正确，B错误；
CD．比较两种液体的比热容，必须控制燃料的种类相同，改变液体的种类，控制液体的质量相同，根据温度计的示数高低得出吸热多少，从而判断两种比热容的大小关系，应选择甲、丙两图进行实验；故CD错误。
故选A。
某内燃机的能量流向如图所示。该内燃机的效率为（）
答案：A
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由图得，该内燃机的效率为
η = W有 / W总 ×100% = 34% / 100% ×100% = 34%
故 A 符合题意，BCD 不符合题意。
故选 A。
《齐民要术》中对醋的制作工艺有记载：“作大豆千岁苦酒（醋）法：用大豆一斗，熟汰之，渍令泽炊。暴极燥，以酒醅灌之。任性多少，以此为率。”蒸煮是酿醋过程中的一个重要工序。如图所示是将大豆进行蒸煮的过程，则（ ）
答案：C
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A．煮大豆时大豆从外界吸热，是通过热传递的方式增加内能，故A不符合题意；
B．用火种引燃木柴，木柴从火种吸热达到燃点，是通过热传递的方式改变内能，故B不符合题意；
C．灶里木柴燃烧的过程，发生化学反应，将化学能转化成了内能，故C符合题意；
D．热值是燃料的一种特性，只与燃料种类有关，将木柴架空一些，火能燃烧更旺，不能提高木柴的热值，故D不符合题意。
故选C。
小明家新买了一辆汽车，下列说法错误的是（ ）
答案：D
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A．汽车长时间行驶轮胎会克服摩擦做功，将机械能转化为内能，通过做功的方式改变物体的内能，故A正确，不符合题意；
B．汽车启动时，小明闻到了汽油味是扩散现象，说明构成物质的分子不停地做无规则运动，故B正确，不符合题意；
C．汽车内燃机工作时，做功冲程将内能转化为机械能对外做功，是提供动力的冲程，故C正确，不符合题意；
D．即使科技在不停的发展，但内燃机做工作过程中存在能量的损失而且不可避免，因此内燃机的效率不可能达到100%，故D错误，符合题意。
故选D。
2024年4月25日，搭载着神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭（如图）在酒泉卫星发射中心成功发射。下列说法正确的是（ ）
答案：B
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A．热值是燃料的特性，与燃烧情况无关，所以火箭的燃料燃烧得越充分，热值不变，故A错误；
B．火箭使用液态氢作燃料，是因为液态氢热值较大，与质量相同的其它燃料相比，液态氢完全燃烧时放出的热量较多，故B正确；
C．一切物体在任何情况下都具有内能，所以火箭“体内”的液氢燃料温度低至-253℃，内能不为零，故C错误；
D．火箭发动机在工作过程中，其热机效率并不能达到100%，这是因为火箭发动机在工作时，由于排出尾气等原因不可避免地会产生一些能量损失，故D错误。
故选B。
2024年4月20日，我国研制的全球首款本体热效率达53.09%的柴油机正式亮相世界内燃机大会，刷新了柴油机热效率的世界纪录。与普通柴油机平均45%~46%的热效率水平相比，下列关于该款柴油机说法正确的是（ ）
答案：A
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A．消耗1kg柴油，该柴油机的效率比较高，该柴油机内能转化为的机械能更多，故A正确；
B．消耗1kg柴油，该柴油机释放的热量差不多相同，内能转化为机械能占比不同，故B错误；
C．由于有用功未知，故该柴油机工作时消耗的燃料不一定相同，故C错误；
D．消耗1kg柴油，内能转化为机械能占比不同，该柴油机由于摩擦损失的能量不一定少，故D错误。
故选A。
下图是汽油机的能量流向图，一段时间燃料完全燃烧放出 8×107J 的热量，损失能量共 4.8×107J。下列说法错误的是（）
答案：C
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A．汽油机的效率为η = W/Q放 = (8×107J - 4.8×107J)/(8×107J) = 40%
故 A 正确，不符合题意；B．图中 E7 是有用的机械能E7 = Q放 - Q损失 = 8×107J - 4.8×107J = 3.2×107J
故 B 正确，不符合题意；C．由于汽油机运转时各部分之间存在摩擦，汽油燃烧产生的热量散失一部分，不可能实现能量零损失，有用功小于总功，故 C 错误，符合题意；D．在损失能量中，废气带走的能量最大，即 E6 最多，故 D 正确，不符合题意。
故选 C。
有两台柴油机，已知甲的功率是乙的 2 倍，甲的效率是 30%，乙的效率是 20%，那么甲与乙每小时消耗的油量之比为（）
答案：B
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设甲的功率为 P甲，乙的功率为 P乙，甲效率为 η甲，乙效率为 η乙，柴油的热值为 q，做功时间为 t，
甲在时间 t 内做的有用功 W甲 = P甲 t
乙在时间 t 内做的有用功 W乙 = P乙 t
由题意知 P甲：P乙 = 2:1，η甲:η乙 = 30%:20% = 3:2
甲在时间 t 内消耗的总能量 Q甲 = W甲 /η甲 = P甲 t / η甲
甲在时间 t 内的耗油量 m甲 = Q甲 /q = P甲 t/(η甲 q)
同理可得乙在时间 t 内的耗油量 m乙 = P乙 t/(η乙 q)
相同时间内甲乙耗油量之比：
m甲:m乙 = (P甲 t/(η甲 q)):(P乙 t/(η乙 q)) = (P甲 /η甲):(P乙 /η乙) = (2/3):(1/2) = 4:3
故选 B。
下列关于热学和热机的相关知识说法正确的是（ ）
答案：C
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A．通常情况下，柴油机的效率高于汽油机，故A错误；
B．热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料是否充分燃烧无关，故B错误；
C．冰熔化成水，它的质量不变，水和冰的比热容由于状态不同，它们的比热容也不同，水的比热容大于冰的比热容，故C正确；
D．沿海地区和内陆地区相比，沿海地区水多，水的比热容较大；相同质量的水和砂石相比，在吸收相同热量时，水的温度变化小，所以沿海地区的昼夜温差比内陆地区要小，故D错误。
现在农村很多家庭都装上了天然气热水器，小洛同学家里就装了一台能记录烧水质量的燃气热水器，于是小洛就想测量一下这台燃气热水器的效率。当家人洗澡时（此时家里只有热水器使用燃气），他发现把 50kg 的水从 20℃加热到 54℃，天然气表的示数由 1365.05m3，变成 1365.26m3。求：此过程消耗的天然气完全燃烧放出的热量是________，该热水器的效率是________。
[c水 = 4.2×103J/(kg・℃)，q天然气 = 4×107J/m3]
答案：8.4×106 J；85%
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[1] 此过程中消耗天然气的体积为
V = 1365.26m3 - 1365.05m3 = 0.21m3
天然气完全燃烧放出的热量为
Q放 = V q天然气 = 0.21m3 × 4×107 J/m3 = 8.4×106 J
[2] 水吸收的热量为
Q吸 = c m Δt = 4.2×103 J/(kg・℃) × 50kg × (54℃ - 20℃) = 7.14×106 J
热水器的效率为
η = Q吸 / Q放 ×100% = (7.14×106 J)/(8.4×106 J) ×100% = 85%
如图是燃气灶烧水的情境和该燃气灶灶头的示意图，在 1 个标准大气压下，小明用天然气灶将质量 2kg 的水，从 20℃加热到沸腾，水吸收的热量是____J，他家天然气完全燃烧放出的热量有 40% 被水吸收，需要完全燃烧____m3 天然气，天然气的热值 q=4.2×107J/m3，水的比热容为 4.2×103J/(kg・℃)。
答案：6.72×105；0.04
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[1] 在 1 个标准大气压下，水的沸点为 100℃，质量 2kg 的水，从 20℃加热到沸腾，水吸收的热量是
Q吸 = cmΔt=4.2×103J/(kg・℃)×2kg×(100℃-20℃)=6.72×105J
[2] 他家天然气完全燃烧放出的热量有 40% 被水吸收，由 η=Q吸 / Q放 ×100% 得，天然气释放的热量为
Q放 = Q吸 /η=6.72×105J / 40% =1.68×106J
由 Q放 = Vq 得，需要完全燃烧的天然气体积为
V=Q放 /q=1.68×106J ÷ (4.2×107J/m3)=0.04m3
青少年在安静思考问题的时候，心脏推动血液流动的功率基本保持不变，若你在本场考试的 90min 内，心脏推动血液流动做功约为 8100J，则心脏的功率约为_________W；食物的营养成分在人体细胞里与氧结合可以提供能量，一盒牛奶标有 “能量：360kJ/100mL”，其中 “能量” 的含义跟_________（选填 “比热容” 或 “热值”）相似。你在考试的 90min 内心脏做功消耗的能量大约需要____________mL 该牛奶补充。（假设能量全部转化且没有损失）
答案：1.5；热值；2.25
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[1] 心脏的功率约为
P = W/t = 8100J / 90min = 8100J / 5400s = 1.5W
[2]“能量 360kJ/100mL” 的含义为完全吸收 100mL 该种牛奶可以获得 360kJ 的热量，“热值” 的含义为每千克燃料完全燃烧放出的热量，“比热容” 的含义为每千克物质温度升高 1℃吸收的热量，所以 “能量” 的含义与热值相似。
[3] 考试的 90min 内心脏做功消耗的能量大约需要该牛奶的体积为
V = 8100J / (360kJ/100mL) = 8.1kJ / (360kJ/100mL) = 2.25mL
某燃气热水器将 20kg 的水从 20℃加热到 70℃，完全燃烧了 0.21m3 的煤气。水吸收的热量是_________J，煤气放出的热量是_____________J，该燃气热水器烧水的效率是_________。[已知水的比热容为 4.2×103 J/(kg・℃)，煤气的热值为 4×107 J/m3]
答案：4.2×106；8.4×106；50%
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[1] 水吸收的热量
Q吸 = cm (t-t0)=4.2×103J/(kg・℃)×20kg×(70℃-20℃)=4.2×106J[2] 这些煤气完全燃烧放出的热量
Q放 = qV=4×107J/m3×0.21m3=8.4×106J[3] 该燃气热水器烧水的效率
η = Q吸 / Q放 ×100% = (4.2×106J)/(8.4×106J)×100% = 50%
2024 年 9 月 25 日，我国成功发射了一枚洲际弹道导弹。导弹从地面向上发射过程中，其外壳与大气摩擦后温度升高，内能________，导弹主要使用液态氢作为燃料，主要是因为该燃料具有较大的________。
答案：增大（变大）；热值
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[1] 导弹从地面向上发射过程中，其外壳克服摩擦做功产生大量的热量，使外壳温度升高，内能增大。
[2] 导弹主要使用液态氢作为燃料，主要是因为该燃料具有较大的热值，和其它燃料相比较，完全燃烧同质量的液态氢放出的热量更多，为导弹飞行提供更多的能量。
如图所示，为比较 1、2 两种液体的比热容及 A、B 两种燃料的热值，甲、乙、丙三图中的装置相同，燃料的质量均为 10g，烧杯内的液体初温相同，t0=22℃，三组实验均至燃料燃尽时液体温度变化如图所示。
(1) 在实验中，三个烧杯中液体 1 和液体 2 的质量必须相同；
(2) 本次实验中用________比较两种液体吸收热量的多少（填 “升高的温度” 或 “加热时间”）；液体 1 的比热容 c1 与液体 2 的比热容 c2 相比，则 c1________c2；（选填 “>”、“=”、“<”）
答案：加热时间；>
(3) 比较 A、B 两种燃料的热值，应选择乙丙两图进行实验，不计热量损失，燃料 A 和 B 的热值之比为________；
答案：5:4
(4) 在甲装置中，若燃料为酒精，烧杯内的液体为水，测出水的质量和燃料燃尽时水升高的温度，再结合燃料的质量这一数据，计算出燃料的热值，通过实验算出的热值与实际相比________（选填 “偏大”、“不变” 或 “偏小”）。
答案：偏小
答案：(2) 加热时间；>；(3) 5:4；(4) 偏小
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[1] 比较 1、2 两种液体的比热容，需要使用相同的加热装置，液体吸收热量的多少不易观察；相同加热装置加热时间相同时，燃料放出热量相同，因此实验利用加热时间长短比较液体吸收热量多少，运用转换法。
[2] 选取甲、丙两组实验对比，加热时间相等、液体吸收热量相等，液体 1 升温更小，吸热能力更强，可得 c1>c2。
[3] 探究燃料热值要控制被加热液体一致，选用乙、丙实验；
乙：mB qB = c2 m2 ΔtB = c2 m2 (30℃-22℃)
丙：mA qA = c2 m2 ΔtA = c2 m2 (32℃-22℃)
燃料质量 mA=mB，故 qA/qB = [c2 m2 (32℃-22℃)/mA] / [c2 m2 (30℃-22℃)/mB] = 10/8 = 5/4，qA:qB=5:4。
[4] 酒精燃烧放出的热量会散失到环境、被容器吸收，水获取的热量小于燃料总放热量；由 q=Q/m，Q 取值偏小，最终测得热值偏小。
下图是某太阳能热水器，向其中注入50kg的水，阳光照射一段时间后，水温从 10℃升高到50℃。求:
(1) 这段时间该热水器中的水吸收的热量是多少？[c水=4.2×103J/（kg•℃）]
答案：8.4x106
(2) 如果这段时间该太阳能热水器的效率是30%，则这段时间热水器接收到太阳辐射的热量是多少?
答案：2.8x107
(3) 若用煤燃烧来提供太阳辐射的热量，需完全燃烧多少千克煤? [q煤=3.5×107J/kg]
答案：0.8kg
答案：(1) 8.4x106；(2) 2.8x107；(3) 0.8kg
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上汽大通FCV80是国内第一款运用全新标准燃料电池轻客车型，它用氢气代替石油作为燃料，用燃料电池代替发动机为客车提供动力，其功率可达75 kW，续航里程可达500 km，已知车载储氢罐存储满氢气完全燃烧可放出热量8.4×108 J。（氢气的热值取1.4×108 J/kg）
(1) 储氢罐能存储多少千克氢气？
答案：6kg
(2) 若该车以最大功率匀速行驶时，速度可达108 km/h，此时该车所受的阻力是多大？
答案：2500N
(3) 该车在某次测试时以最大功率行驶，每消耗一罐氢气可行驶1.4 h，则该款氢燃料车的效率是多少？
答案：45%
答案：(1) 6kg；(2) 2500N；(3) 45%
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用酒精灯给质量为 0.8kg 的水加热，当水的温度升高 50℃时，消耗了 10g 酒精。[水的比热容为 4.2×103J/(kg・℃)，酒精的热值为 3.0×107J/kg]
(1) 0.8kg 的水温度升高 50℃，需要吸收多少 J 热量？
答案：1.68×105 J
(2) 10g 酒精完全燃烧放出多少 J 的热量？
答案：3.0×105 J
(3) 此酒精的加热效率是多少？
答案：56%
答案：(1) 1.68×105 J；(2) 3.0×105 J；(3) 56%
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（1）0.8kg 的水温度升高 50℃，需要吸收的热量
Q吸 = cmΔt = 4.2×103J/(kg・℃)×0.8kg×50℃ = 1.68×105 J
（2）10g 酒精完全燃烧放出的热量
Q放 = mq = 10×10-3kg×3.0×107J/kg = 3.0×105 J
（3）此酒精的加热效率
η = Q吸 / Q放 = (1.68×105 J) / (3.0×105 J) = 56%
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