資源簡介

本人聲明：本資源屬本人原創作品，授予21世紀教育網獨家發行。
初中應用物理知識競賽題分類解析
專題十三
熱和能
一、選擇題
1．（2015上海初中物理競賽題）甲、乙兩液體的密度比為ρ甲∶ρ乙=5∶4，體積比為V甲∶V乙=2∶3，比熱容比為c甲∶c乙=1∶2，且它們的初溫不等。現將它們混和(不發生化學反應)，不計混和過程中的熱損失，達到熱平衡后液體溫度相對各自初溫變化量的絕對值分別為△t甲和△t乙，則△t甲：△t乙為( )21cnjy.com
(A)16∶15 (B)15∶16 (C)12∶5 (D)5∶l2
【參考答案】C
【名師解析】由m甲=ρ甲V甲，m乙=ρ乙V乙，m甲c甲△t甲= m乙c乙△t乙，聯立解得： = =12∶5，選項C正確，
2.（2011上海第25界初中物理競賽）當物體中存在溫度差時，熱量會從溫度高的地方向溫度低的地方傳遞。對于一長度為L、橫截面積為S的均勻金屬棒，當兩端的溫度差穩定為△T時，△t時間內從高溫端向低溫端傳遞的熱量△Q滿足關系式： ；其中k為棒的導熱系數。如圖所示，長度分別為L1、L2，導熱系數分別為k1、k2，的兩個橫截面積相等的細棒在D處緊密對接，兩金屬棒各自另一端分別與溫度為400開、300開的恒定熱源良好接觸。若L1∶L2=1∶2，k1∶k2=3∶2，則在穩定狀態下，D處的溫度為 （ ）
A．375開
B．360開
C．350開
D．325開
解析：設在穩定狀態下，D處的溫度為T，則對于長度為L1的細棒，，對于長度為L2的細棒，，聯立解得T=375K，選項A正確。
.答案：A
【點評】此題考查熱傳遞及其相關知識。
3．（2011上海第25界初中物理競賽復賽）將一功率為P=500瓦的加熱器置于裝有水的碗中，經過2.0分鐘后，碗中水溫從T1=85℃上升到T2=90℃，之后將加熱器關掉1.0分鐘，發現水溫下降1.0℃。試估算碗中所裝水的質量。
解答：加熱器在2分鐘內所供應的總熱量，等于水溫升高所吸收的熱量，加上散失到周圍環境的熱量，即Pt=cm(T2-T1)+Q
若水溫變化不大，則散失到周圍環境的熱量與時間成正比。因此加熱器關掉1分鐘，從熱水散失的熱量等于Q/2，此熱量等于熱水溫度下降1.0℃所放出的熱量，即Q/2=cm△T
從以上兩式可以解得Pt=cm(T2-T1+2△T)
m==kg=2.0kg。
【點評】此題考查熱量、能量守恒定律及其相關知識。
4．(2009全國初中應用物理知識競賽題)炎熱無風的夏天，小宇走在被曬得發燙的柏油路上，看見前面的路面已被一輛灑水車灑水淋濕了。他認為走在淋濕了的路面上一定比走在干燥的路面上感到涼爽，于是趕快走過去，結果在灑過水的路面上，他卻感到更加悶熱了。你認為產生這種感覺的主要原因是( )
A．灑水車中的水經過曝曬后，內能增大，溫度很高
B．地面上的水使被反射的陽光增多，身體獲得更多熱量
C．灑水后使附近的空氣濕度增加，身上的汗液蒸發變慢
D．地面上的水蒸發時把熱量帶到了人的身上
答案：C 解析：由于柏油路被曬得發燙，灑水后路面上水蒸發，使路面附近的空氣濕度增加，身上的汗液蒸發變慢，使他感到更加悶熱，選項C正確。
5．(2009全國初中應用物理知識競賽題)修補被扎破的自行車內胎時，修車師傅通常用一把周身是刺的銼將內胎扎破處的外表面銼毛，再把要補上去的橡膠補丁貼在內胎上的一面也銼毛，然后再將銼毛的兩個表面涂上膠水，待膠水晾一會兒之后，對準、壓緊……。對于下列銼毛橡膠表面的主要目的的分析，你認為最可能的是（ ）
A．使補胎處的橡膠更膨松，以增強補胎處橡膠的彈性
B．增大內胎和橡膠補丁接觸的表面積，以充分發揮膠水的粘合作用
c．增大內胎與橡膠補丁之間的摩擦，防止錯位
D．防止因補胎處太厚而導致內胎對外胎的壓強不均勻，避免外胎爆胎
答案：B 解析：銼毛的兩個表面的表面積增大，涂上膠水，增大內胎和橡膠補丁接觸的表面積，以充分發揮膠水的粘合作用，選項B正確。
6．(2009全國初中應用物理知識競賽題)在水泥路面的道路施工中，其中有一道工序是：大約每隔8m在水泥中插入一根長木條，將水泥路面割斷成一塊一塊的。然后再趁水泥還未完全固化時用帶有齒的輪在鋪設好的路面劃出一道道的橫線(如右圖所示)。對上述做法的分析，你認為下列說法中最可能的是( )
A．用帶有齒的輪在鋪設好的路面上劃出一道道的橫線，是為了使路面更加美觀
B．用長木條將水泥路面割斷成一塊一塊的，是為了節約鋪設路面的水泥材料
C．用長木條將水泥路面割斷成一塊一塊的，是為了防止由于熱膨脹導致路面損壞
D．用長木條將水泥路面割斷成一塊一塊的，是為了增大路面的摩擦
答案：C
解析：水泥路面暴露在太陽下，冬夏溫度相差約50度，水泥路面熱脹冷縮。用長木條將水泥路面割斷成一塊一塊的，是為了防止由于熱膨脹導致路面損壞，選項C正確。
7. (2010全國初中應用物理知識競賽題)晴朗無風的早晨，當飛機從空中飛過，在蔚藍的天空中會 留下一條長長的“尾巴”，如圖1所示，這種現象俗稱為“飛機拉煙”。產生這一現象的原因之一是飛機在飛行過程中排出的暖濕氣體遇冷所致。在這一過程中，暖濕氣體發生的物態變化是 ( )  A.熔化 B.液化 C.蒸發 D.升華
.答案：B
解析：暖濕氣體遇冷液化，水蒸氣液化為小水珠，看似白煙，選項B正確。
8. (2010全國初中應用物理知識競賽題)
2010年1月2日起，我國北方大部地區遭遇大范圍降雪天氣襲擊。大雪嚴重影響了民航、鐵路和高速公路等交通，如圖2所示。在遇到這種天氣時，為了盡快清除積雪，常用的辦法是撤“融雪鹽” ，這是因為（ ） A. “融雪鹽”與少量水發生化學反應，產生的熱量使周圍的冰雪熔化 B. “融雪鹽”產生“保暖層”，使冰雪吸收足夠的“地熱”而熔化 C.使雪形成“含融雪鹽的雪”，“含融雪鹽的雪”熔點低于當地溫度，使雪熔化 D．“融雪鹽”有利于冰雪對陽光的吸收，從而加快冰雪的熔化
答案：C
解析：使雪形成“含融雪鹽的雪”，“含融雪鹽的雪”熔點低于當地溫度，使雪熔化，選項C正確。
9. (2010全國初中應用物理知識競賽題)
小明發現戶外地面以上的冬季供熱管道每隔一段距離總呈現型，如圖3所示。其主要原因是 ( ) A.為了避開行人和建筑物 B.為了美觀  C. 為了避免管道因熱脹冷縮導致的損壞 D.為了方便工人師傅安裝和檢修
.答案：C
解析：供熱管道每隔一段距離總呈現型的目的是為了避免管道因熱脹冷縮導致的損壞，選項C正確。
10.(2009上海初中物理知識競賽復賽題).現有一扇形的均質金屬物體，該材料具有熱脹冷縮的性質，如圖所示。室溫狀態下AB、CD邊所成的圓心角為α。若使物體溫度均勻升高，則α角的變化情況是：( )
(A)變大
(B)不變
(C)變小
(D)無法確定
.答案：B
解析：物體溫度均勻升高，物體均勻增大，α角不變，選項B正確。
11．（2007青島競賽題）炎熱的夏天，當你走在曬得發燙的柏油路上時，剛好來了一輛灑水車，灑濕了路面。這時你會感到更加悶熱，產生這種感覺的主要原因是（ ）
A．灑水車中的水經過曝曬，內能增加，溫度很高
B．灑水后空氣的濕度增加，身上的汗較難蒸發
C．地面上的水反射了陽光，使身體得到更多的熱量
D．水蒸發時把地面上的熱帶到了人的身上
.答案：B
解析：灑水后地面溫度降低，但空氣的濕度增加，身上的汗較難蒸發，你會感到更加悶熱，選項B正確。
12、（2007上海初中物理知識競賽）將一杯熱水倒入容器內的冷水中，冷水溫度升高10％，又向容器內倒入同樣一杯熱水，冷水溫度又升高6℃，若再向容器內倒入同樣一杯熱水，則冷水溫度將再升高(不計熱損失) ( )
(A)4．5℃ (B)4℃ (C)3．5℃ (D)3℃
答案：B
解析：設一杯熱水質量m，初始水溫為T1，容器內冷水質量M，初始水溫為T2，則有mc（T1—T2—10℃）=Mc×10℃, mc（T1—T2—16℃）=（M+m）c×6℃, mc（T1—T2—16℃— t℃）=（M+2m）×t℃,聯立解得t℃=4℃，選項B正確。
13、（2008河南初中應用物理知識競賽預賽題）餐館在烹炸食品時有三種食用油可供選擇，分別是沸點較高的豆油，沸點較低的色拉油，沸點低的菜子油。那么最好選用( )21教育網
A．豆油 B．色拉油 C．菜子油 D．都一樣
.答案：A
解析：選用沸點較高的豆油烹炸食品可在豆油溫度低于沸點時烹炸食品，減少油的蒸發，節約用油。
二．填空題
1．（2013全國初中應用物理知識競賽預賽題）“可燃冰”作為新型能源，有著巨大的開發使用潛力。同等條件下，“可燃冰”完全燃燒放出的熱量可達煤氣的數十倍，這說明“可燃冰”的? 很大。1kg“可燃冰”完全燃燒大約放出4.2×108?J 熱量，可 使 ㎏的水從20℃加熱至60℃。[水的比熱容為4.2×103kg/m3]?
.答案：熱值 2500
解析：“可燃冰”完全燃燒放出的熱量可達煤氣的數十倍，這說明“可燃冰”的熱值很大。由Q=cm△t解得m=2500kg。21*cnjy*com
2（2011上海第25界初中物理競賽復賽）因為環境污染，北極的冰山上常年沉積著灰塵，使冰山表面吸收了更多太陽光，加速了冰山的熔化。假設覆蓋著灰塵的冰山上表面每單位時間單位面積所吸收的太陽光為98瓦/米2(此數據已將太陽光白天和黑夜的不同日照量平均計算在內)。若有厚度為30米的冰山，如圖所示，則僅靠陽光的暴曬，在0℃的海水中，需要約___________天才能將此冰山熔化。
2、答案： 1062
解析：冰的密度0.9×103 kg/m3,冰的熔化熱3.33×105J/kg。
底面積為1m2、厚度為30米的冰山質量為m=ρSh= 0.9×103 kg/m3×1m2×30m=2.7×104 kg，熔化需要熱量Q=qm=3.33×105J/kg×2.7×104 kg=9×109 J，
由98瓦/米2×n×24×3600×1m=9×109 J
解得n=1062天。
三．簡答題
1. （2013全國初中應用物理知識競賽）民航客機在飛行過程中，飛行高度可達1Okm左右，在這種情況下，飛機外部的氣溫可達-60℃左右，氣壓也低至26～28kPa。但是座艙內卻是溫暖如春，氣壓和地面大氣壓相近。請應用物理知識分析飛機座艙內是如何獲得如此舒適環境的。

解析：（1）為了維持座艙內的氣壓與地面大氣壓接近，需要壓縮機不斷地將空氣壓入座艙內，在這一過程中，壓縮機對空氣做功，使空氣的內能增大，溫度升高.
（2）為了保持座艙內適宜的溫度，還需要空調機來降溫.
2.(2010全國初中應用物理知識競賽題)露天放置的大型石油液化氣罐，為了防止因溫度過高而造成爆炸等事故，罐體外表面通常漆成銀白色，如圖11所示。而露天安裝的電力變壓器，同樣為了防止因溫度過高而造成火災等事故，在采用加注冷卻油、安裝散熱管等一系列散熱措施的同時，卻把其外表面漆成顏色很深的灰黑色，如圖12所示。同樣是為了防止溫度過高，一個外表面漆成顏色很淺灼銀白色，另一個外表面卻漆成顏色很深的灰黑色，這是為什么呢?
　　　　
2..答案三個要點：（1）物體表面顏色越淺，反射熱輻射的能力越強，進行熱輻射的能力越差；物體表面顏色越深，反射熱輻射的能力越差，進行熱輻射的能力越強。（2）石油液化氣在罐中貯存，本身不產生熱。其溫度升高主要是因為吸收來自環境中通過熱輻射傳遞的熱量。因此，為了避免溫度升得過高，而將表面漆成銀白色，增強其反射熱輻射能力，減少吸收的熱量。（3）正常運行中的電力變壓器，會有極少部分電能轉化為內能，導致其溫度升高。當變壓器的溫度比環境溫度高時，將其漆成顏色很深的灰黑色，有利于將熱量通過熱輻射的方式傳遞到環境中，從而避免自身溫度升得過高。21教育名師原創作品
3．(2010全國初中應用物理知識競賽題) “鴛鴦火鍋”是用金屬片將鍋的內部空間隔成相等的兩部分，一邊放清湯鹵，一邊放紅湯鹵，清湯和紅湯的質量、主要成分以及初溫幾乎相同，但是清湯鹵一側液面沒有油層，紅湯鹵一側液面有一層麻辣風味的油，如圖8所示。吃飯的人們可根據自己的喜好把食物放入不同的湯料中進行燙涮。但小新注意到每次使用這種“鴛鴦火鍋”吃燙涮食品時，總是紅湯鹵一側首先沸騰。最初，小新認為這是由于紅湯鹵一側的火更大些，但觀察發現，兩邊的火焰相同。試分析為什么總是紅湯鹵一側先沸騰。
3.答案三個要點：（1）鍋體兩側火焰相同，在相同時間內，湯料吸收的熱量近似相同。（2）但由于紅湯一側液面上方有一層油，使蒸發減慢，帶走的熱量較少。（3）兩邊湯料的質量、主要成分以及初溫度幾乎相同，所以紅湯溫度升高得快，首先沸騰。
4．(2009全國初中應用物理知識競賽題)豆腐本來是光滑細嫩的(如圖甲所示)，經冰凍再解凍以后，就會出現許多小孔，成為美味的“凍豆腐”(如圖乙所示)。請你說明“凍豆腐”中產生許多小孔的道理。
4. 答案：有三個要點：（1）水結冰后，體積變大。（2）豆腐中含有水，冰凍以后，豆腐中的小冰塊把豆腐擠壓成蜂窩形狀。（3）待冰熔化成水后，豆腐中就留下了許多孔洞。
四．綜合應用題
1．(2015全國初中應用物理知識競賽)小麗隨爸爸參觀一個大型油庫，她發現每個儲油罐都是又矮又粗，外表刷成銀白色，頂部都向上拱起，罐身上方有很高的鐵針，每個油罐旁邊還有自動噴水裝置，如圖7所示。請你幫助小麗分析儲油罐為什么這樣設計和安裝？
【參考答案】C
（1）外表又矮又粗，是為了在增加容積時，盡量減少增加油時對罐側壁的壓強。
（2）外表刷成銀白色，是為了更好的反射太陽輻射，避免油溫升高太多。
（3）頂部拱起，是類似于拱橋的作用，增加罐頂的強度。
（4）罐身上方很高的鐵針是避雷針，防止雷擊點燃油料。
（5）自動噴水裝置可以在氣溫較高時，向罐身噴灑水，利用水的蒸發吸熱，降低罐身的溫度。
2.(2010全國初中應用物理知識競賽復賽題)單位質量的某種液體變為同溫度的氣體所需要吸收的熱量，叫做這種液體的汽化熱。通常情況下，同種液體在不同溫度下的汽化熱是不同的。某課外活動小組設計了如圖7所示的裝置，可以用來測定100℃時水的汽化熱。該裝置的測量原理是：用電壓可調的電加熱器使玻璃容器內的水沸騰，用電子天平分別測量沸騰一段時間前后水的質量，同時測量所用的時間及在該段時間內電加熱器的電壓和電流，根據相關的數據和能量守恒關系即可求出水的汽化熱λ。由于這個裝置工作時的散熱損失是不可忽略的，該組同學實驗時測量了兩組數據，如下表所示：
電壓／V
電流／A
時間／s
水的初質量／g
水的末質量／g
第一組
20
1
300
70
68
第二組
40
2
300
70
60
（1）．試簡單說明該裝置的散熱功率是否隨加熱功率的改變而改變。
（2）．根據以上數據，求水的汽化熱λ
（3）．針對此實驗提出一些減少實驗誤差的措施。
2．解析：（1）.該裝置的散熱功率不隨加熱功率的改變而改變。因為加熱功率發生改變后，水溫并不會改變，與周圍環境的溫度差也將不變，而其它條件也都未發生變化，所以散熱功率不會變化。www.21-cn-jy.com
（2）.由能量守恒定律可知：P電t=P散t+Q吸= P散t+mλ。
根據題意可得：U1I1t1= P散t1+m1λ；
U2I2t2= P散t2+m2λ；
代入數據，解得：λ=2.25×106J/kg。
（3.）增大加熱功率（或電壓）、增大汽化水的質量、換用更保溫的容器（減小散熱功率）、適當增大環境溫度、減小測量時間、多測幾組數取平均值。
3.(2010全國初中應用物理知識競賽復賽題)小亮家有一輛家用轎車，爸爸在給他說車的性能時，總是說“2．0的排量”，卻很少說“功率”，為此小亮特地從網上查到了排量的定義：活塞從上止點移動到下止點所通過的空間容積稱為汽缸排量。如果發動機有若干個氣缸，所有氣缸工作容積之和稱為發動機排量。從說明書上查到：小亮家的汽車采用的是LFX直列四缸發動機，排量為2.0L；從網上查找到了其輸出特性曲線（如圖8所示）；小亮又向爸爸詢問了一些實測數據：由于汽車行駛的路況很好，所以平均車速為90km／h，此時發動機轉速為2000r/min，平均行駛百公里油耗為9L；從物理書上查得汽油的熱值為4．6×107J/kg，密度為0．71×103kg/m32·1·c·n·j·y
（1）．由這臺發動機輸出特性曲線可以看出，在發動機轉速為1000~5000 r/min范圍內，它的輸出功率與轉速大致有什么關系？【來源：21cnj*y.co*m】
（2）．試通過公式推導出在其他參數相同時，發動機的輸出功率與其排量的關系。
（3）．這輛汽車以90km／h行駛時，發動機的效率約為多少？每個做功沖程汽缸內的平均壓強是約為多少？www-2-1-cnjy-com
解析：（1）.由這臺發動機輸出特性曲線可以看出在發動機轉速為1000~5000r/min范圍內，它的輸出功率與轉速大致成正比。
（2）.設做功沖程燃氣對活塞的平均壓強為p0，發動機排量為V排，
做功沖程燃氣對一個活塞的平均壓力F= p0S，
每個做功沖程燃氣對一個活塞做的功W0=FL= p0SL= p0V排/4
發動機轉速為n時燃氣對活塞做功的功率P=W/t=2n·p0V排/4= np0V排/2
所以，在發動機轉速為n，做功沖程氣缸平均壓強p0大致相同時，燃氣對活塞做功的功率P與發動機排量V排成正比。
（3）. 由這臺發動機輸出特性曲線可知，發動機轉速n=200r/min時，其輸出功率約為37kW。
η=×100%=×100%=×100%=×100%=50.4%。
由P= np0V排/2可得p0==1.11×106Pa。

4.(2009上海初中物理知識競賽復賽題)在一攪拌機的容器內裝有質量m為0.5千克的水，把水加熱到70℃后讓其在室溫下自動冷卻。其溫度隨時間變化的關系如圖所示。現開動電動攪拌機對該冷卻的水不停地攪拌，電動機的功率P為900瓦，其做的功有80%轉化為水的內能。若不考慮容器的內能變化，水最終的溫度是多少℃？
解：攪拌機每秒鐘使水增加的內能：E=Ptη=900×l×0.8J=720J.
水吸收熱量Q=E，
由Q=cm△t可知，這些能量可以使水溫度升高：△t==℃=0.343℃。
只需在圖中找出水冷卻時溫度隨時間變化的快慢等于0.343℃/秒的位置，對應的點所表示的溫度即為水的最終溫度。在圖中作直線AB，使沿AB的溫度變化快慢等于0.343℃／秒，作AB的平行線A'B'與圖線相切，讀出切點P的縱坐標，可知水的最終溫度為30℃。
說明根據作圖的情況，答案在27℃～33℃均給分。 …………(4分）
5．（9分）(2009上海初中物理知識競賽復賽題)圖為四缸發動機工作原理：內燃機通過連桿把四個汽缸的活塞連在一根曲 軸上，并使各汽缸的做功過程錯開。曲軸與飛輪相連，飛輪每轉動半周，有一個汽缸在做功，其他三個汽缸分別在做吸氣、壓縮和排氣工作。現有一臺四缸發動機，其主要技術指標如下表所示，其中排量等于四個汽缸工作容積的總和，汽缸工作容積等于活塞的面積與活塞上下運動的距離（即沖程長）的乘積，轉速表示21世紀教育網版權所有
每分鐘飛輪所轉的周數。求：
(1)飛輪每轉動半周，發動機做功多少？
(2)若在做功沖程里，燃氣對活塞壓強可以看作恒壓，則壓強多大？
5.解答：（9分）
該發動機每秒鐘做功：W1=P.t=120千焦
每秒鐘曲軸完成6000／60= 100轉
(1)飛輪每轉動半周里，發動機做的功W==600J。
(2)每個氣缸工作容積△V=0.5L，
每個做功沖程里，氣體做功為W= p△V= p×0.5L=600焦
可得p=1.2×106帕
6（10分）(2009上海初中物理知識競賽復賽題)如圖所示的裝置，可以測定每千克I00 ℃的水，在大氣壓下汽化成100 ℃ 的水蒸氣所需吸收的熱量Q。該裝置的測量原理是：用加熱器使水沸騰，汽化的水蒸氣通過凝聚器液化后被收集在量杯中；測量加熱器的發熱功率及一段時間內在量杯中收集到的水的質量，根據能量守恒關系即可求出Q的值。這個汽化裝置工作時的散熱功率恒定不變，但散熱功率的值未知。測得加熱器的功率為285.0瓦時，在300秒時間內被冷凝和收集的液體質量為28.0克；加熱器的功率為100.0瓦時，在300秒時間內被冷凝和收集的液體質量為4.0克。根據以上數據，求每千克100℃的水在大氣壓下汽化成100 ℃的水蒸氣所需吸收的熱量Q。【來源：21·世紀·教育·網】
6. 解析：由能量守恒定律知加熱系統產生的功率P=Q+P0.
其中m為300秒內收集到的水的質量，Q為每千克l00攝氏度的水汽化所需吸收的熱量，P0為損失的功率。利用表中數據可以得到兩個方程：285×10-3=Q+P0.【出處：21教育名師】
100×10-3=Q+P0.
聯立解得Q=2.3125×106J。
7．(10分) (2009全國初中應用物理知識競賽題)為了緩解用電高峰電力緊張的矛盾，我國一些地區使用了“分時電（能）表”。下表是采用分時計費前、后電費價目表：　　21*cnjy*com
原電表計費方法
分時電表計費方法
時間范圍
全天
高峰期
低谷期
6：00~22：00
22：00~次日6：00
單價(元／度)
0．48
0．50
0．30
小明家每天要用電水壺將質量為3 kg、初溫為20℃的水燒開，已知氣壓為1標準大氣壓，水的比熱容為4.2×103J／(kg·℃)。求：
（1）．這些水被燒開需要吸收多少熱量?
（2）．使用分時電表后，小明家把燒水時間安排在低谷期，若不計熱量損失，僅此一項，一個月(以30天計)比原來節省多少元電費?
解析：（1）.這些水需要吸收熱量：Q=cm(t2—t1)= 4.2×103×3×(100—20)J=1.0×106J。
（2）. 1.0×106J=0.28度，
可以節省電費：0.28×(0.48—0.30)×30元=1.5元。
8 (2009全國初中應用物理知識競賽題)在一些農村地區建造的沼氣池，通過將農村大量的秸稈、人畜糞便發酵來獲取沼氣，利用沼氣來燒火做飯，點燈照明。沼氣池的應用，不僅使上述資源得以更好的利用，同時也給生活帶來了諸多便利，使環境得以改善。這是一個一舉多得的惠民工程。圖9所示為一農戶的水壓式沼氣池的剖面簡圖。
說明：1．沼氣池 2．水壓池 3．進料口 4．密封蓋 5．輸氣管 6．貯氣室 7．沼氣壓力顯示器 8．總閥門 9．U形管壓強計(里面裝有染成紅色的水) l0．出料口蓋板(不密封水壓池，水壓池仍與外面大氣相通) 11．閥門
已知該農戶家燃氣灶的相關技術數據如下：
使用燃料
液化石油氣
天然氣
人工煤氣
人工沼氣
灶前壓強(kPa)
2.8
2.0
1.0
0.5
額定熱流量（kW)
普通爐
左：3.6
組合爐
左：3.6
右：4.0
右：3.6
單爐
4.0
取g=10 N／kg，水的比熱容c水=4.2×l03J／(kg·℃)
（1）．根據圖9所示，通過計算說明，該農戶此時能否使用這個沼氣池中的沼氣來正常燒火做飯?
（2）．有一天，該農戶發現，沼氣壓強小于燃氣灶的要求。為了能盡快利用沼氣生火做飯，從物理學的角度看，可采取哪些措施?21·cn·jy·com
（3）．若該農戶所用的燃氣灶是普通爐，通常情況下，普通爐中的右爐單獨正常工作時，將一壺質量為2.5 kg、溫度為20℃的水燒開，耗時約10 min。試估算右爐燒水的效率。
（4）．請你就如何提高燃氣灶的效率問題談淡你的設想。
解析：（1）.灶前沼氣的壓強p=ρ水gh水=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.06m=6.0×102Pa=0.6kPa
因為p>0.5kPa，因此可以使用這個沼氣池中的沼氣來正常燒火做飯。
（2）.可采取的措施有：通過進料口向沼氣池中加水、加料或向水壓池中加水等。如果通過進料口向沼氣池中加適量的熱水，則效果更佳。
(3).一般說來，燃氣灶正常工作時，燃氣的燃燒是很充分的，我們可以視為燃氣完全燃燒；再把當時的大氣壓看作是1標準大氣壓。
水吸收的熱量 Q吸=c水m水△t水=4.2×103×2.5×（100—20）J=8.4×105J.
燃氣灶所放出的熱量 Q放=Pt=4.0×103×10×60J=2.4×106
右爐燒水的效率η=×100%=×100%=35%。
(4.)提高燃氣灶熱效率的設想如下：適當選用額定流量較大的爐具以縮短加熱時間，從而縮短向環境散熱時間，以減少熱損失；及時清除水壺底部的水垢，以加快熱傳遞；燒水時，水壺最好加蓋。
9、（18分）(2009全國初中應用物理知識競賽復賽題)
閱讀資料并回答問題：
干濕溫度計是一種既能測量空氣溫度，又能測量空氣相對濕度的常用測量儀器(某一溫度下，空氣中水蒸氣量與該溫度下飽和水蒸氣量的比值叫做該溫度下的空氣相對濕度，以百分數表示；飽和氣是指一定溫度下，一定數量空氣中所能最大限度容納的水蒸氣量)。如圖4甲所示，儀器上有兩支相同的溫度計并列地安裝在同一刻度板上(圖4乙為其背面)，其中一支溫度計的測溫泡外面裹有被水浸濕的棉紗，這一支溫度計即為“濕”溫度計；另一支溫度計的測溫泡直接裸露在空氣中，這一支溫度計即為“干”溫度計。還有一個可根據干、濕溫度計的示數來確定空氣相對濕度的轉盤式標尺。
(1)．通常情況下，濕溫度計的示數比干溫度計的示數稍低一些，這是為什么?
(2)．轉盤式標尺由兩個同軸的圓盤組成，其中外盤是固定的，上面標有對應“濕溫度計”溫度值的0～40刻度線及表示相對濕度值的10～100刻度線；內盤可以繞軸轉動，上面標有對應“干溫度計”溫度值的0～40刻度線及“相對濕度％”字樣。轉動內盤，當內、外盤上的相同溫度值對準時，“相對濕度”的箭頭正好指向100，表明空氣的相對濕度為100％，如圖4丙所示。
請你根據以上信息，說明如何根據干、濕溫度計的示數，使用這個轉盤式標尺來確定出空氣的相對濕度。
(3)．中午，小宏看到干溫度計的示數為26.0℃，濕溫度計示數為22.0℃。到了晚上，小宏看到干溫度計的示數為16.0℃，濕溫度計示數為12.0℃。請思考并回答：21·世紀*教育網
①關于中午和晚上空氣的相對濕度，以下說法正確的是( )
A．中午和晚上空氣的相對濕度相同
B．因為中午和晚上氣溫不同，所以無法比較中午和晚上空氣相對濕度的大小
C．中午空氣的相對濕度大。
D．晚上空氣的相對濕度大。
②請你簡要地說明選擇該答案的理由。
9、（18分）解答：
(1)．通常情況下，由于濕棉紗上的水蒸發吸熱，使濕溫度計的測溫泡溫度低于周圍大氣溫度，進而濕溫度計的示數比干溫度計的示數稍低。
（2）．先分別讀取干、濕兩支溫度計的示數t1、t2，
然后轉動內盤，當內盤上的溫度值t1與外盤上的溫度值t2對準時，“相對濕度”的箭頭所指數值即為相對濕度值。
（3）①C
②理由如下：中午將內盤干溫度計26℃刻度轉到濕溫度計22℃刻度線對齊，內盤轉過的角度為θ1，晚上將內盤干溫度計16℃刻度轉到與濕溫度計12℃刻度線對齊，內盤轉過的角度為θ2，由圖4丙可得，θ1＜θ2，所以表示相對濕度的箭頭在中午指示的相對濕度較大。
10.（2012全國初中應用物理知識競賽復賽）長期以來，我國北方地區城鎮居民的冬季采暖計量一般都按住宅面積收費，導致用戶節能意識差，造成嚴重的資源浪費。作為建筑節能的一項基本措施，近幾年部分地區試點以熱量表作為計量收費的依據和手段，經測算可節能約20%~30%。1722-1-c-n-j-y
如圖2所示，一個完整的熱量表由以下三個部分組成：一只液體
流量計，用以測量經熱交換的熱水流量；一對用鉑電阻制作的溫度傳
感器，分別測量供暖進水和回水溫度；一低功耗的單芯片計算機，根
據與其相連的流量計和溫度傳感器提供的流量和溫度數據，利用熱力學公式可計算出用戶從熱交換系統
獲得的熱量，通過液晶顯示器將測量數據和計算結果顯示出來。172教學網
以下是某用戶家中的熱量表的部分參數，已知水的比熱容取4.2×l03J/(kg·C)，天然氣的燃燒值約為8×107J/m3。
最大流量/m3h-1
2.5
測溫范圍℃
4 ~100
溫差范圍/K
2~50
最大水壓/MPa
1.6
電源
3.6V 2Ah
電源壽命
≥5年
網
（1）試通過以上數據計算該型號熱量表能測量的最大供熱功率是多少？
（2）在一次要查看熱量表記錄情況時，通過逐次點按計量表上的信息顯示按鈕，液晶顯示器逐項顯示出了下列數據：
根據這些數據推算，求此次查看時該用戶家平均每小時從暖氣中得到的熱量約為多少J？到此次查看時為止，該用戶從這套供暖系統得到的總能量相當于完全燃燒了多少m3的天然氣？
(3)如果出現大風降溫天氣，住宅通過外墻散熱的速度會加大。從原理分析，應該在家中怎樣調節，才能保持室內溫度不出現明顯下降。
(4)這種型號的熱量表平均耗電功率不超過多大?
(5) 2010年國家將逐漸在全國推廣使用供熱分戶計量。假設某城區在未使用熱量表計費時，一年熱力公司共消耗天然氣40億立方米，現有30%的用戶使用熱量表，在使用后平均每戶節能20%。按此情況計算，這些使用熱量表的用戶一年可節約多少天然氣? 172教學網
解：（1）該型號熱量表能測量的最大供熱功率
……4分
（2）平均每小時從暖氣中得到的熱量
。4分
相當于完全燃燒天然氣的體積為：。…4分
（3）分析原理可知，為了提高房間內暖氣片放出熱量的速度，只需調節“水量調節閥”，加大熱水瞬時流量即可。…2分
（4）熱量表的耗電功率為
…………2分
（5）相當于節約的天然氣體積為 4×109m3×30%×20%=2.4×108m3 …2分
11（2012全國初中應用物理知識競賽復賽）小明看到一句農諺：“下雪不冷化雪冷”。他很好奇，想具體了解一下冰雪熔化時究竟要吸收多少熱量。于是查找了資料，知道“熔化熱”的定義是：單位質量的某種晶體，在熔化成同溫度的液體時吸收的熱量，叫做這種晶體的熔化熱。他想用實驗測量一下冰的熔化熱，于是找來了一些實驗器材：一架天平和配套的硅碼、一支實驗室溫度計（0~100℃）、一個有密封蓋子的保溫桶、一個小燒杯、一把鑷子和一個專門用來在冰箱中凍小冰塊的塑料冰格，又觀察到家里的冰箱面板上顯示冷凍室溫度恒為-18℃。請幫助小明設計一個用這些器材粗測冰塊熔化熱的方案，要求寫出實驗的步驟和用測量的物理量計算冰的熔化熱λ的表達式 (水和冰的比熱容分別用C水和C冰表示)。
解析：
1、實驗步驟：
（1）用調好的天平測量小燒杯的質量m1；…… 2分
（2）用小燒杯盛取足量的水，再用天平測量小燒杯和水的質量m2；… 2分
（3）將水倒入保溫桶內，用溫度計測量水的溫度t1；…2分
（4）提前較長時間將用冰格盛適量水放在冰箱冷凍室里凍成冰塊，用鑷子取適量冰塊放在小燒杯中，迅速用天平測量出基總質量m3后，立刻將冰塊倒入保溫桶內的水中，蓋緊桶蓋；…………………………3分
（5）輕輕搖晃保溫桶使水溫均勻，并仔細聽聲音，能聽出冰塊熔化完畢后，打開桶蓋，用溫度計測出保溫桶內水的溫度t2。…3分
2、冰塊的熔化熱的表達式為：
………4分
教學12．（8分）（2015上海初中物理競賽復賽題）把一個裝滿80℃的熱水的熱水袋懸掛在空中，并用一支溫度計插入熱水中來測量水溫，假設室溫維持在20℃不變，測得溫度與時間的數據如下表：
（1）請根據表中數據找出T—t的函數關系。
（2）試問水的溫度由80℃降為30℃，經過的時間為多少？
【名師解析】（1）根據表中數據在T—t坐標系中描點，擬合成光滑曲線做出T—t圖像，根據圖像可知，溫度隨時間t逐漸降低，最后趨近于20℃。
（2）根據T—t圖像可知，當T=30℃，對應的時間是t=35min。
13．(10分) （2015上海初中物理競賽復賽題）在工業以及科研中為解決機器的過熱問題，除通過空氣自然散熱之外，還采用 水冷卻技術，其原理是將冷水注入與機器接觸的水冷管，冷水吸熱舞溫后被排出，使機器工 作溫度保持穩定。現有一臺輸入功率P、效率為?的發動機，為使其在室溫為t的環境下正 常工作時不能過熱，每秒扶水冷管入口處通入體積為V、溫度為t的冷水，出口處的水溫為 T。假設該發動機的總散熱面積為S，其中與水冷管接觸的面積為S1，其余部分與空氣接觸，且空氣接觸部分只能帶走按面積分配的25％的熱量，余下熱量全部由水冷管帶走。求該發動機正常工作時，S1與S的比值。(己知水的比熱容為c，密度為ρ)21cnjy.com
【名師解析】：發動機每秒發出熱量：Q=P(1-η)
當發動機通過水冷管散發的熱量及空氣散發的熱量之和等于發動機發出的熱量，發動機溫度不會再升高，即：Q=Q水冷+Q空氣。
Q空氣=Q ×25%
發動機與空氣接觸將接觸面上的25%的熱量散發掉，余下75%仍由水冷吸收，有：
Q水冷= Q +Q ×75%
Q水冷=cρV(T-t)
由以上各式解得：= -3.
14．(12分) （2015上海初中物理競賽復賽題）有一半徑為R、長為L，質量均勻分布的圓柱體，將其水平放入密度為ρ0的水中，圓柱體浮于水面，截面如圖（a）所示。測得圓柱體頂端距離水面高度為H=0.5R。
(1)求圓柱體的密度ρ和ρ0的比值；
(2)若將圓柱體中間挖出半徑r、長度為L的圓柱型空腔，截面如圖(b)所示。現將其水平放入水中，空腔恰好全部沒入水中，測得此時H=0.48R，則挖去部分的半徑r是圓柱體半徑R的多少倍? 計算中可能用到的角度與對應余弦值如下表所列。
【名師解析】：（1）由圖中幾何關系得：cosθ=1/2，θ=60°。
由平衡條件，πR2Lρ=(πR2+Rcos30°×0.5R)Lρ0
解得： = + =0.8。
（2）由圖中幾何關系得：cosα=0.52，α=58.7°。
由平衡條件，π(R2- r2)Lρ=(0.696πR2+Rcos31.3°×0.52R-πr2)Lρ0
sin31.3°=cos58.7°=0.52，cos31.3°= =0.855
聯立解得： =
15．(12分) （2015上海初中物理競賽復賽題）一輛卡車以速度v=72公里/小時通過減速帶，司機利用擱置在儀表盤上的車載計時儀記錄汽車前輪和后輪先后與減速帶撞擊的聲音的時間間隔來測量聲速。車載計時儀位于前輪軸的正上方，在前輪通過減速帶時開始記時，在t1=0.006秒第一次接收到聲音信號，在t2=0.312秒第二次接收到聲音信號。已知汽車前后輪軸之間的距離L=5.86米，求聲音在空氣中的速度v0(不考慮除空氣外其他介質對聲音傳播的影響，結論保留小數點后兩位)。
【名師解析】在前輪通過減速帶時開始記時，在t1=0.006秒第一次接收到聲音信號，說明車載計時儀距離地面高度為h=v0 t1，
汽車前后輪通過減速帶的時間為T=L/v=0.293s，
與減速帶撞擊的聲音傳播到儀表盤上的車載計時儀的時間差為0.306s，
聲音傳播距離為
時間為t=0.312s-0.293s=0.019s
聲音在空氣中的速度v0=/t
聯立解得：v0=325.56m/s。
網
16.(2011全國初中應用物理知識競賽題) "米線"是一種特色小吃。端上餐桌的有:一碗熱湯，上面浮著一層油:一碟切成薄片的鮮肉:一碗已煮熟的米線。食客先把肉片放進湯內，稍候再加入米線。
現有以下資料:湯的初溫97°C，比熱容4.2×103J/(kg·℃);肉片的質量為0.2kg，初溫22℃，比熱容3.5×l03J/( kg·℃)。基于健康緣故，肉片必須至少在大于80℃的湯中保持2min，在這2 min時間里，由于向外界散熱整體溫度將下降約2℃ 。問:
（1）.碗中油層的作用是什么?
（2）.為實現上述的溫度要求，碗中湯的質量多少應滿足什么條件?
解：（1）.減慢蒸發，從而減慢熱量損失。
（2）.因為肉片必須至少在大于80℃的湯中保持2min，在此期間，整體溫度將下降約2℃，所以湯和肉混合后的溫度至少為t=82℃.
根據Q吸=Q放以及Q=cm△t可得c肉m肉(t-t肉)= c湯m湯(t湯-t)
至少需要湯的質量m湯==kg=0.67kg。
20．(9分) （2015上海初中物理競賽復賽題）攪拌水的時候可以對水做功，使水的內能增加，但幾乎不可能讓一個人通過攪拌的方法使一杯水沸騰，請說明理由。
答案要點：人工攪拌水的時候對水做功的功率一般不大，而水溫度升高后要向外散發熱量，所以幾乎不可能讓一個人通過攪拌的方法使一杯水沸騰。

17．(10分) （2015上海初中物理競賽復賽題）如圖所示，某同學做了一個氣體膨脹的小實驗，他將瓶蓋的平滑頂部沾水，翻轉后放在可口可樂瓶的瓶口。雙手搓熱，輕輕地將可樂瓶握實，幾秒鐘后，將會看到瓶蓋在瓶口一直跳動。他在做實驗的時候有以下幾點思考：【版權所有：21教育】
(1)瓶蓋有沾水和沒沾水是否會影響演示效果?
(2)夏天做這個實驗，效果會比冬天好或差?
(3)小瓶子(750毫升)和大瓶子(2000毫升)的效果有差別嗎?
請你根據所學的物理知識對以上三個問題進行分析。
答案要點：(1)瓶蓋有沾水和沒沾水，會影響演示效果。沾水的瓶蓋放在瓶口與瓶口之間密封性好，雙手搓熱，輕輕地將可樂瓶握實，瓶內空氣溫度升高，氣體膨脹使瓶蓋在瓶口一直跳動?
（2）夏天做這個實驗，效果會比冬天差。
(3)小瓶子(750毫升)和大瓶子(2000毫升)的效果有差別。小瓶子效果好。

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