Question

16．长征2号火箭发动机使用“液态氢”作燃料，这是因为氢的热值很大，火箭头部的航天器在加速上升的过程中，动能变大，重力势能变大（选填“变大”、“不变”、“变小”）．燃烧1m³天然气能放出8.4×10⁷ J的热量，则将8kg的水从20℃加热到100℃需要消耗的天然气为0.032m³．（假设天然气燃烧放出的热量全部被水吸收，水的比热容为4.2×10³ J/（kg•℃））

Answer 1

分析 （1）热值是指1千克的某种燃料完全燃烧后释放的能量，热值越大的燃料在完全燃烧相同质量的燃料时，释放出的热量越多，所以在选择火箭燃料时首先应该考虑燃料热值的大小；
（2）动能的大小与物体的质量和速度有关，重力势能的大小与物体的质量和高低有关，动能和重力势能统称为机械能；
（3）知道水的质量、水的比热容、水的初温和末温，利用吸热公式Q_吸=cm△t求水吸收的热量；由题知，Q_吸=Q_放，再利用燃料完全燃烧放热公式Q_放=qV求需要天然气的体积．

解答 解：
（1）火箭采用液态氢作为火箭的燃料，不仅液态氢的密度小，而且具有较高的热值，完全燃烧相同质量的氢时，可以释放出更多的热量；
（2）火箭在加速上升过程中，其质量不变，高度变大，故重力势能变大；同时其质量不变，速度变快，即其动能变大，所以其机械能增大；
（3）水吸收的热量：Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×8kg×（100℃-20℃）=2.688×10⁶J；
由题知，Q_吸=Q_放=2.688×10⁶J，
由Q_放=qV得需要天然气的体积：
V=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{2.688×1{0}^{6}J}{8.4×1{0}^{7}J/{m}^{3}}$=0.032m³．
故答案为：热值；变大；变大；0.032m³．

点评 该题以我国发射火箭为问题背景，考查氢热值最大的利用、动能和重力势能的影响因素等知识点，本题同时考查了学生对吸热公式Q_吸=cm△t、燃料完全燃烧放热公式Q_放=Vq，是一道综合题，但难度不大．