找準關(guān)鍵詞 突破熱學計算

季小亭 李愛華

能量是初中物理的重點內(nèi)容之一，下面結(jié)合例題介紹如何以關(guān)鍵詞為切入點，解決熱學中有關(guān)能量轉(zhuǎn)化效率的計算問題。

例1（2020·廣西·貴港）利用燃燒酒精給水加熱，使質(zhì)量為2 kg的水溫度升高30 ℃，酒精的熱值q = 3×107 J/kg。求：

（1）水吸收的熱量是多少？

（2）若完全燃燒酒精產(chǎn)生的熱量全部被水吸收，則需要完全燃燒多少千克酒精？

分析：（1）根據(jù)Q吸 = cmΔt計算即可;（2）由完全燃燒酒精產(chǎn)生的熱量全部被水吸收這一條件得知Q放 = Q吸，再根據(jù)公式Q放? =? mq求出完全燃燒酒精的質(zhì)量。

解：（1）Q吸 = cmΔt? = 4.2 × 103 J/（kg·℃） × 2 kg × 30 ℃ = 2.52 × 105 J;

（2）由題意Q放 = Q吸得m = [Q放q=2.52×105 J3×107J/kg] = 8.4 × 10-3 kg。

答：（1）水吸收的熱量為2.52 × 105 J;（2）完全燃燒酒精的質(zhì)量為8.4 × 10-3 kg。

點評：解答此類問題時，須仔細審題，提取關(guān)鍵詞“溫度升高到”或“溫度升高”，理解其區(qū)別。若關(guān)鍵詞是“溫度升高到”，應(yīng)選公式Q吸 = cm（t - t0）;若關(guān)鍵詞是“溫度升高”，則應(yīng)選公式Q吸 = cmΔt。對于燃料燃燒放出熱量的計算，同樣要抓關(guān)鍵詞，即“燃料質(zhì)量”或“燃料體積”。若關(guān)鍵詞是“燃料質(zhì)量”，則應(yīng)選公式Q放 = mq;若關(guān)鍵詞是“燃料體積”，則應(yīng)選公式Q放 = Vq。

例2（2020·四川·涼山）2020年5月13日，備受大家關(guān)注的“懸崖村”的村民們逐漸搬進位于涼山州昭覺縣城的異地扶貧搬遷安置點，實現(xiàn)了“拎包入住”。異地扶貧搬遷安置戶小強同學家里有一個容積為5 L的水壺，水壺里裝有3.5 kg初溫為50 ℃的水，他用家里的液化氣爐具把水加熱到70 ℃使用。（已知液化氣的熱值q = 4.9 × 107 J/m3）求：

（1）燒水過程中水吸收了多少熱量？

（2）若實際使用了0.02 m3的液化氣，則該液化氣爐具的效率是多少？

分析：（1）抓住關(guān)鍵詞“加熱到”，利用Q吸 = cm（t - t0）求出水吸收的熱量;（2）抓住關(guān)鍵詞“燃料體積”，選公式Q放 = Vq算出液化氣燃燒放出的熱量，再利用能量效率公式η = [Q吸Q放]，算出液化氣爐具的效率。

解：（1）Q吸 = cmΔt = 4.2 ×103 J/（kg·℃） × 3.5 kg × （70 ℃ - 50 ℃） = 2.94 × 105 J;

（2）Q放 = Vq = 0.02 m3 × 4.9 × 107 J/m3 = 9.8 × 105 J，

η = [Q吸Q放] = [2.94×105J9.8×105J] = 30%。

答：（1）燒水過程中水吸收的熱量為2.94 × 105 J;（2）液化氣爐具的效率是30%。

點評：能量轉(zhuǎn)化效率計算中有兩種情況：一種是以熱傳遞的方式進行能量轉(zhuǎn)移，此時選用公式η = [Q吸Q放]計算能量轉(zhuǎn)化效率;另一種是以做功的方式進行能量轉(zhuǎn)化，此時選用公式η = [WQ放] 計算。因此根據(jù)題意提煉出關(guān)鍵詞“熱傳遞”或者“做功”這一思維過程特別重要。

例3（2020·廣西·梧州）“運-20”是我國自主研發(fā)的大型運輸機，它的發(fā)動機是一種熱機，通過航空煤油在氣室中燃燒，從噴口向后高速噴出氣體，使發(fā)動機獲得向前的推力，若“運-20”在高空中飛行時，在恒定的1.5 × 105 N的水平推力的作用下，沿水平方向勻速航行360 km，用時0.5 h，需要燃燒航空煤油2250 kg，已知航空煤油的熱值為q = 4.0 × 107 J/kg。在這一次航行中，求：

（1）運輸機航行的速度;

（2）運輸機的功率;

（3）運輸機發(fā)動機的熱機效率。

分析：（1）根據(jù)v = [st] 計算運輸機航行的速度;（2）根據(jù)P = Fv計算運輸機的功率;（3）提煉關(guān)鍵詞“做功”，故選用公式η = [WQ放] 計算運輸機發(fā)動機的熱機效率。

解：（1）v = [st] = [360×103m0.5×3600 s] = 200 m/s;

（2）P = Fv = 1.5 × 105 N × 200 m/s = 3 × 107 W;

（3）W = Pt = 3 × 107 W × 1800 s = 5.4 × 1010 J，

Q放 = mq = 4.0 × 107 J/kg × 2250 kg = 9 × 1010 J，

則η = [WQ放] = [5.4×1010J9×1010J] = 60%。

答：（1）運輸機航行的速度為200 m/s;（2）運輸機的功率為3 × 107 W;（3）運輸機發(fā)動機的熱機效率為60%。

點評：根據(jù)題意提煉出關(guān)鍵詞“做功”改變了燃氣的內(nèi)能，故選用公式η = [WQ放]計算運輸機發(fā)動機的熱機效率，這一步分析使整體思路豁然開朗。

由以上例題可以看出，以關(guān)鍵詞為切入點，可以幫助我們順利分析解題思路。此方法簡單、操作性強，可有效提高分析及解決問題的能力，培養(yǎng)物理邏輯思維，提升物理學科素養(yǎng)。

（作者單位：江蘇省阜寧縣明達初級中學）