【分析】
本题是热学综合计算题,需分步骤解决四个问题:
1. 第(1)问:计算固体酒精完全燃烧放出的热量,需先回忆燃料完全燃烧放热公式$Q_{放}=mq$,先将固体酒精的质量单位换算为千克,再代入已知热值计算。
2. 第(2)问:计算水吸收的热量,利用吸热公式$Q_{吸}=c_{水}m_{水}(t-t_0)$,明确水的质量、比热容、初温和末温,代入数据计算温度变化量后求解。
3. 第(3)问:热效率是水吸收的热量与燃料完全燃烧放出热量的比值,用公式$\eta=\frac{Q_{吸}}{Q_{放}}×100\%$,将前两问的结果代入计算即可。
4. 第(4)问:从燃料燃烧情况和热量损失角度分析热效率不高的原因,比如固体酒精不完全燃烧、热量散失到空气中等。
【解析】
(1) 统一单位:固体酒精的质量$ m=40\ \mathrm{g}=0.04\ \mathrm{kg} $,
根据燃料完全燃烧放热公式$Q_{\mathrm{放}}=mq_{\mathrm{酒精}}$,代入数据得:
$Q_{\mathrm{放}}=0.04\ \mathrm{kg}×1.5×10^7\ \mathrm{J/kg}=6×10^5\ \mathrm{J}$。
(2) 根据水的吸热公式$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}(t-t_0)$,已知$c_{\mathrm{水}}=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}$,$m_{\mathrm{水}}=1\ \mathrm{kg}$,$t=70℃$,$t_0=20℃$,代入得:
$Q_{\mathrm{吸}}=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×1\ \mathrm{kg}×(70℃-20℃)=2.1×10^5\ \mathrm{J}$。
(3) 根据热效率公式$\eta=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{Q_{\mathrm{放}}}×100\%$,将$Q_{\mathrm{吸}}=2.1×10^5\ \mathrm{J}$,$Q_{\mathrm{放}}=6×10^5\ \mathrm{J}$代入得:
$\eta=\frac{2.1×10^5\ \mathrm{J}}{6×10^5\ \mathrm{J}}×100\%=35\%$。
(4) 固体酒精炉热效率不高的原因:固体酒精不能完全燃烧(或加热过程中热量散失到空气中、被容器吸收等,合理即可)。
【答案】
(1) $6×10^5\ \mathrm{J}$
(2) $2.1×10^5\ \mathrm{J}$
(3) $35\%$
(4) 固体酒精不能完全燃烧(或加热过程中有热量散失等,合理即可)
【知识点】
燃料放热计算、水的吸热计算、热效率计算
【点评】
本题考查热学中燃料燃烧放热、物体吸热以及热效率的综合计算,同时结合实际考查热效率偏低的原因,属于基础型热学计算题,需要熟练掌握相关公式,并能结合实际分析热量损失的情况。
【难度系数】
0.6