季小亭 李愛(ài)華

能量是初中物理的重點(diǎn)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(diǎn)，解決熱學(xué)中有關(guān)能量轉(zhuǎn)化效率的計(jì)算問(wèn)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(jì)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(diǎn)評(píng)：解答此類問(wèn)題時(shí)，須仔細(xì)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(duì)于燃料燃燒放出熱量的計(jì)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(jìn)位于涼山州昭覺(jué)縣城的異地扶貧搬遷安置點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了“拎包入住”。異地扶貧搬遷安置戶小強(qiáng)同學(xué)家里有一個(gè)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(guò)程中水吸收了多少熱量？

（2）若實(shí)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(guò)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(diǎn)評(píng)：能量轉(zhuǎn)化效率計(jì)算中有兩種情況：一種是以熱傳遞的方式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移，此時(shí)選用公式η = [Q吸Q放]計(jì)算能量轉(zhuǎn)化效率;另一種是以做功的方式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，此時(shí)選用公式η = [WQ放] 計(jì)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(guò)程特別重要。

例3（2020·廣西·梧州）“運(yùn)-20”是我國(guó)自主研發(fā)的大型運(yùn)輸機(jī)，它的發(fā)動(dòng)機(jī)是一種熱機(jī)，通過(guò)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(dòng)機(jī)獲得向前的推力，若“運(yùn)-20”在高空中飛行時(shí)，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(shí)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(yùn)輸機(jī)航行的速度;

（2）運(yùn)輸機(jī)的功率;

（3）運(yùn)輸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱機(jī)效率。

分析：（1）根據(jù)v = [st] 計(jì)算運(yùn)輸機(jī)航行的速度;（2）根據(jù)P = Fv計(jì)算運(yùn)輸機(jī)的功率;（3）提煉關(guān)鍵詞“做功”，故選用公式η = [WQ放] 計(jì)算運(yùn)輸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱機(jī)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(yùn)輸機(jī)航行的速度為200 m/s;（2）運(yùn)輸機(jī)的功率為3 × 107 W;（3）運(yùn)輸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱機(jī)效率為60%。

點(diǎn)評(píng)：根據(jù)題意提煉出關(guān)鍵詞“做功”改變了燃?xì)獾膬?nèi)能，故選用公式η = [WQ放]計(jì)算運(yùn)輸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱機(jī)效率，這一步分析使整體思路豁然開(kāi)朗。

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

（作者單位：江蘇省阜寧縣明達(dá)初級(jí)中學(xué)）