Question

（2011?蕪湖縣模擬）學習了熱學知識后，小宇通過實驗得知，用電熱壺將20℃、15Kg的水加熱到100℃，需要1.05元電費；用液化氣灶做同樣的實驗，則需要消耗0.42元的液化氣．已知水的比熱C_水=4.2×10³J/kg?℃．
（1）如果使用煤爐做同樣的實驗，已知煤爐燃燒所用無煙煤的熱值為3.4×10⁷J/Kg，假設煤爐的熱能利用率為20%，無煙煤的價格是0.34元/Kg，則需花費多少錢？
（2）煤爐的熱能利用率僅為20%，請分析無煙煤爐效率低的原因是什么？
（3）如果某地區可以同時提供電、液化氣和煤，從經濟和環保等角度綜合分析，你會建議使用哪種燃料？請闡明理由．

Answer 1

分析：（1）知道水的質量、比熱容和水升高的溫度值，利用吸熱公式求實驗中水吸收的熱量，又知道無煙煤的熱值和煤爐的熱能利用率，利用Q_吸=Q_放×η=mqη計算需要的無煙煤，又知道無煙煤的價格，可以算出用無煙煤加熱的花費；
（2）用煤燃燒加熱時，煤不能完全燃燒、熱量散失嚴重，燃料燃燒放出的熱量不能全部被水吸收；
（3）通過分析燒開同一壺水的花費以及污染大小，選擇使用哪種燃料．

解答：解：（1）把水加熱需吸收的熱量：
Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg?℃）×15kg×（100℃-20℃）=5.04×10⁶J
∵煤爐的熱能利用率為20%，
∴燃燒煤需放熱Q_放=

Q吸

20%

=

5.04×107J

20%

=2.52×10⁷J，
根據Q_放=mq可得：
燃燒煤的質量m=

Q放

q

=

2.52×107J

3.4×107J/kg

≈0.74kg，
燃燒煤需花錢：
0.34元/kg×0.74kg=0.252元；
（2）煤爐的熱能利用率僅為20%，無煙煤爐效率低的原因是：煤不能完全燃燒；熱量散失嚴重；
（3）用電熱壺將20℃的15㎏的水加熱到100℃，需要1.05元電費、需要消耗0.42元的煤氣、0.25元的無煙煤．雖然無煙煤花費少，但燃燒時產生廢氣，污染大；用電，無污染，但花費高；用煤氣污染小、價格適中，所以建議使用煤氣．
答：（1）如果使用煤爐做同樣的實驗，則需花費0.252元；
（2）煤不能完全燃燒；熱量散失嚴重；
（3）建議選擇液化氣，因為液化氣價格適中，且污染較小．

點評：本題是一道電學與熱學的綜合應用題，與生活相連，使學生覺得學了物理有用，且加強了學生的節能環保的意識．