题目
现在国家提倡节能减排．某同学探究了他自己家刚装好的天然气烧水情况，用天然气作燃料加热5kg水的过程中，水温随时间的变化情况如图示，请完成下列问题：
（1）标准大气压下，将初温为20℃的水烧开需吸收多少热量；
（2）如果在烧水时，管道中天然气流量为5.25dm3/min，那么在这种情况下，将水烧开需要燃烧多少m3的天然气？他家天然气灶的效率为多少？（天然气的热值为4.0×107J/m3）
（3）使用天然气有哪些优点（请说出两点）． |
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题型：计算题难度：中档来源：月考题
所属题型：计算题
试题难度系数：中档
答案
解：（1）在标准大气压下水的沸点是100℃，水从20℃加热至100℃，水吸收的热量：
Q=mc△t=5kg×4.2×103J/（kg·℃）×（100℃﹣20℃）=1.68×106 J．
（2）由图知：水温度为20℃时，对应的时间为0min，温度为30℃时，对应的时间为2min，温度为40℃时，对应的时间为4min，即当温度每上升10℃，时间增加2min，将初温为20℃水加热至100℃，水温变化了100℃﹣20℃=80℃=8×10℃；把水烧开所用时间为：8×2min=16min．管道中天然气流量为5.25dm3/min，把水烧开需要天然气的体积：
V=5.25dm3/min×16min=84dm3=0.084m3
天然气燃烧放出的热量：
Q放=4.0×107J/m3×0.084m3=3.36×106J
燃气灶的效率
η= ×100%= ×100%=50%
（3）使用天然气的优点：产物无污染、使用方便、热值高、效率高等． |
考点梳理
初中三年级物理试题“ 现在国家提倡节能减排．某同学探究了他自己家刚装好的天然气烧”旨在考查同学们对
热量的计算、
能量转移和能量转化、
能量转化效率、
能源消耗对环境的影响、
……等知识点的掌握情况，关于物理的核心考点解析如下：
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- 热量的计算
- 能量转移和能量转化
- 能量转化效率
- 能源消耗对环境的影响
考点名称：热量的计算
热量的概念：
热量是指由于温度差别而转移的能量;也是指1公克的水在1大气压下温度上升1度c所产生的能量 ; 在温度不同的物体之间，热量总是由高温物体向低温物体传递;即使在等温过程中，物体之间的温度也不断出现微小差别，通过热量传递不断达到新的平衡。由于温差的存在而导致的能量转化过程中所转化的能量;而该转化过程称为热交换或热传递;热量的公制为焦耳。
热量的计算公式：
①经某一过程温度变化为△t，它吸收(或放出)的热量。Q表示热量(J)，
Q=c·m·Δt.
Q吸=c·m·(t-t0)
Q放=c·m·(t0-t)
(t0是初温;t是末温)
其中C是与这个过程相关的比热(容).
热量的单位与功、能量的单位相同。在国际单位制中热量的单位为焦耳(简称焦，缩写为J)(为纪念科学家焦耳而立)。历史上曾定义热量单位为卡路里(简称卡，缩写为cal)，只作为能量的辅助单位，1卡=4.184焦。
注意：1千卡=1000卡=1000卡路里=4184焦耳=4.184千焦
某一区域在某一时段内吸收的热量与释放、储存的热量所维持的均衡关系。
△T=(t1-t0)
②固体燃料完全燃烧释放的热量的计算公式：Q放=mq 气体燃料完全燃烧释放的热量的计算公式：Q=Vq Q表示热量(J)，q表示热值( J/kg )，m表示固体燃料的质量(kg)，V表示气体燃料的体积(m^3)。
q=Q放/m(固体);q=Q放/v(气体)
W=Q放=qm=Q放/m W=Q放=qV=Q放/v (W：总功)(热值与压强有关)
热量的单位：
Q———某种燃料完全燃烧后放出的热量———焦耳 J
m———表示某种燃料的质量———千克 kg
q———表示某种燃料的热值———焦耳每千克 J/kg
考点名称：能量转移和能量转化
能量的转移：能量由一种形式转变为另一种形式，现实生活中如电灯发光(电能转化为光能和内能，摩擦生热使机械能转化为内能)。
能量的转化：能量不经过变化直接由一个物体转移到另一个物体，如碰撞时，动能从一个物体转移到另一物体。另外，围着火炉烤火，内能从火炉转移到人体。
能量转化和转移的方向性
能量的转化和能量的转移，都是有方向性的，如温度不同的两个物体接触后，一部分内能从高温物体转移到低温物体上，并不能自发地由低温物体转移到高温物体上;燃料燃烧，化学能转化为内能，但此时得到的内能并不能自发地转化为具有化学能的燃料;电流通过灯泡发光，电能转化为内能和光能，但是这些内能和光能并不能自发地重新转化为电能;汽车制动时，由于摩擦，机械能转化为内能，但这些内能并不能自动地用来再次开动汽车。
常见能量转化形式
①电灯发光时，电能转化为光能和内能;
②植物通过光合作用将太阳能转化为化学能储存在体内;
③人对机械做功，将人体的化学能转化为机械能;
④摩擦生热，机械能转化为内能;
⑤水电站里水轮机带动发电机发电，机械能转化为电能;
⑥电动机带动水泵把水送到高处，电能转化为机械能;
⑦燃料燃烧时发热，化学能转化为内能。
判断能量转化和转移的方法
1.作用在两个物体上的一对内力的冲量的矢量之和总是零，因此一对内力的冲量的作用通常是将动量在两个物体间传递。而两个物体的总动量不发生变化。
2.作用在两个物体上的一对相互作用的内力功，能将系统的机械能进行转化或转移。例如，一对静摩擦力的功的总和总等于零，机械能守恒。而一对滑动摩擦力做功的总和总是负值，做功引起系统机械能减少。所以一对滑动摩力做功的总和是其它形式能转化为内能的量度。因此一对滑动摩擦力做功，系统的机械不守恒。
考点名称：能量转化效率
能量转换效率：
使用能源的过程实际上就是能量转移或转化的过程，能源在一定条件下可以转换成人们所需要的各种形式的能量，例如，煤燃烧后放出热量，可以用来烧水、做饭、取暖;也可以用来生产蒸汽，推动蒸汽机转换为机械能，或者推动汽轮发电机转变为电能。电能又可以通过电动机、电灯或其它用电器转换为机械能、光能或内能等。一般情况下，能源不可能全部转化为人们需要得到的能量，所谓能量转换效率就是人们需要得到的能量(即有用能量)与当初消耗总能量的比值，计算公式为效率=输出有用能量/输入的总能量。
能量转换效率计算公式：
能量转换效率的作用及意义
自然系统中存在的能量形式主要为：热能、机械、电能、内能、光能、化学能、声能、电磁能、原子能、生物能等，它们主要是通过一些设备进行从热能到机悈能的转变。
生态系统中能量在食物链的各个营养级之间，不断地流动和转化过程中，某一营养级的生物摄取的能量或同化量，占前一营养级生物换算或能量的生物量百分率。1942年由林德曼提出，他认为从一个营养级到另一个营养级的能量转换率为10%，则生产效率顺营养级逐级递减，即每通过一个营养级，能量减少90%。如果这个数值比例失调，就意味着生态系统中生物之间的数量平衡遭到破坏，也就是说能量转换的效率对于生态的作用也不容忽视。
考点名称：能源消耗对环境的影响
能源的消耗对环境的影响：
利用化石能源会造成窄气污染，加剧温室效应，加剧水土流火，使土地沙漠化，形成酸雨，对植物、建筑、金属构件造成危害，核滑漏会对人类和其他生物造成伤害。
目前全球能源形势比较严峻，能源工业所面临的经济增长、环境保护和社会发展的压力愈来愈大。其中发展中国家由于工业化进程速度加快使得能源消耗呈增加的态势，导致全球能耗平均指数持续增长，其后果将非常严重，不仅使地球不断变暖，造成生态环境恶化，引起自然灾害，同时还将加速消耗常规化石能源的储量。
地球上不同种类的能源对环境会产生各种影响。随着全球经济发展对能源需求的不断增加以及石油价格的屡创新高，煤炭成为缓解全球能源紧张的重要资源，去年煤炭的消费量占全球能源消费总量的26%。但是燃炭开采时要控出相当多的废碎石及矸石，矸石中的硫化物缓慢氧化发热，如散热不良或未隔绝空气就会自燃，目前有９％的矸石堆正在自燃，释放出二氧化碳、二氧化硫及其它有害物质。煤矿可能伴生硫、砷、铬、镉、铅、汞等元素与苯并芘之类的有机物，燃烧中进入气灰或渣，有的部分分解。每吨煤会产生13KG的烟尘，同时氡也随气体排出。
煤炭燃烧后灰渣中杂质的浓度将增高许多倍，经过煅烧与粉碎有害物质将变为更容易进入水或空气的形态，从而增加环境的负担，以至火电站释放出的放射性物质比核电站多。因此煤炭使用的关键问题是将加剧环境的污染，导致全球气候变暖以及煤炭中产生的废气将造成呼吸系统疾病增加、汞中毒等不良后果。对于煤炭污染的缓解办法是，通常二氧化碳需通过提高利用效率与节能减少污染，其它有害物质在燃烧前可采用洁净煤技术首先去掉无用有害杂质杂物等，燃烧中可采用沸腾床加石灰以固定硫，选用适当炉温以减少氮氧化物。
石油开采尤其是注水采油通常会影响地面升降，所注水可能在地下受到污染，有时甚至有少量放射性物质聚集在采油管道的某些部位；同时采炼中烧掉废气将产生浓烟，对环境将产生一定程度的影响；而储运中的燃爆与泄漏可引起严重污染。天然气除燃烧产物外，在使用与传输中甲烷也会发生损失与泄漏，其中还有一些氡随之进入室内。生物质燃料原属再生能源，金属元素很少，但在较差的炉灶中燃烧易生一氧化碳、烟及有机化合物。如果烟囱排烟能力差或处于严寒地带室内换气不良，室内有害物质可达很高浓度。各种能源中电力控制方便并易于传输，用燃料或核能经热机发电热效率有限，但通常会有相当发电量的一至两倍的热能需要就地耗散，可用冷却塔或传给水体，冬季可以利用余热，但夏季将会成为热污染。
水体的温升应严格限制以防发生有害生态影响。输电效率高，但也要防止使人受到过强的电磁场，电晕放电产生离子也会有不良效应；而配送用的电力电容器含多氯联苯，包裹蒸汽管道用的石棉，退役不用时如不妥善处置也会造成严重污染。水力能源发电效率高，产生的少量热能影响很少。太阳能资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染，属于环保能源。太阳能热水器等作为节约生活燃料的辅助手段非常有效，集热热机发电除需排出余热与占地面积较大外，并未发生重要的环境问题，太阳能电池在制造过程中会产生一些有害物质，但在使用时并无污染。
在地热利用中，温泉水中会溶有石中的有害物质，特别是高温温泉流出后随温度与成分的变化将集聚在水流或系统的某些部位，氡是其中一种。地热发电目前效率不高，并且会带出地下有害物质。在地热能源的开发和技术转让方面未来的发展空间与潜力巨大，但由于利用地热能源进行发电的成本较高，因此亟需进行更多的技术研究以解决这一问题。随着对地热资源的不断开发与研究，地热能源必将成为继水力、风力和太阳能之后又一种重要的新能源。
