Question

学习了热学知识后，小宇通过实验得知，用电热壶将20℃、15Kg的水加热到100℃，需要1.05元电费；用液化气灶做同样的实验，则需要消耗0.42元的液化气．已知水的比热C_水=4.2×10³J/Kg℃．
（1）如果使用煤炉做同样的实验，已知煤炉燃烧所用无烟煤的热值为3.4×10⁷J/Kg，假设煤炉的热能利用率为20%，无烟煤的价格是0.34元/Kg，则需花费多少钱？
（2）煤炉的热能利用率仅为20%，请分析无烟煤炉效率低的原因是什么？
（3）如果某地区可以同时提供电、液化气和煤，从经济和环保等角度综合分析，你会建议使用哪种燃料？请阐明理由．

Answer 1

【答案】分析：（1）知道水的质量、比热容和水升高的温度值，利用吸热公式求实验中水吸收的热量，又知道无烟煤的热值和煤炉的热能利用率，利用Q_吸=Q_放×η=mqη计算需要的无烟煤，又知道无烟煤的价格，可以算出用无烟煤加热的花费；
（2）用煤燃烧加热时，煤不能完全燃烧、热量散失严重，燃料燃烧放出的热量不能全部被水吸收；
（3）通过分析烧开同一壶水的花费以及污染大小，选择使用哪种燃料．
解答：解：（1）把水加热需吸收的热量：
Q_吸=cm（t-t）=4.2×10³J/（kg?℃）×15kg×（100℃-20℃）=5.04×10⁶J
∵煤炉的热能利用率为20%，
∴燃烧煤需放热Q_放===2.52×10⁷J，
根据Q_放=mq可得：
燃烧煤的质量m==≈0.74kg，
燃烧煤需花钱：
0.34元/kg×0.74kg=0.252元；
（2）煤炉的热能利用率仅为20%，无烟煤炉效率低的原因是：煤不能完全燃烧；热量散失严重；
（3）用电热壶将20℃的15㎏的水加热到100℃，需要1.05元电费、需要消耗0.42元的煤气、0.25元的无烟煤．虽然无烟煤花费少，但燃烧时产生废气，污染大；用电，无污染，但花费高；用煤气污染小、价格适中，所以建议使用煤气．
答：（1）如果使用煤炉做同样的实验，则需花费0.252元；
（2）煤不能完全燃烧；热量散失严重；
（3）建议选择液化气，因为液化气价格适中，且污染较小．
点评：本题是一道电学与热学的综合应用题，与生活相连，使学生觉得学了物理有用，且加强了学生的节能环保的意识．