机械能与内能.docx
《机械能与内能.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械能与内能.docx（33页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
机械能与内能
机械能与内能
一、选择题
（91年第一届）1.冬天用手去摸铁棍和木棍。
觉得铁棍比木棍凉．这是因为（）。
A．铁棍比木棍的温度低。
B．铁棍比木棍的热能少。
‘
C．铁棍比木棍的导热能力强。
D.铁棍比木棍比热容大
答案：
C
（91年第一届）6．当手扶拖拉机上的柴油机出现故障而使转速急剧增加时，正常的操作已经不能使它停转（这种故障叫做“飞车”）。
下列应急措施中，可行的是（）
A．用手捂住进气口B．立即找一个隔热的东西，捂住排气口。
C．脚踏刹车板，同时手拉制动器。
答案：
A
（93第三届）2．人们常说井水冬暖夏凉，这是因为[]
A．井内冬夏温度变化小，地面冬夏温度变化大，所谓“冬暖夏凉”是井水温度与地面温度比较而言的
B．井水受地热的作用而有较多的热能
C．井水远离地面，不受空气流动的影响，因而具有较多的热能
D．井水暴露在空气中，夏天气温高，蒸发得快，吸收了较多的热量，因而温度较低
答案：
A
（94第四届）3．有四种器材：
（1）自行车座；
（2）机械手表；（3）衣服夹子；（4）发令手抢。
其中利用弹簧形变的势能转化为动能工作的有[]
A．
（1）和
（2）。
B．
（2）和（3）。
C．
（1）和（4）。
D．
（2）和（4）。
答案：
D
（94第四届）6．我国农村使用的一种钢架水泥壳抛物面太阳灶，用30分钟刚好可将4㎏与气温（26.5℃）相同的水烧开。
若不计热损失，此时这个太阳灶的功率为[]
A．163瓦 B．686瓦 C．933瓦 D．41160瓦
答案：
B
（94第四届复）9．用一重锤从相同的高度落下敲击质量和温度分别相同的钢块和铅块，重锤打在钢块上时，重锤会跳起，打在铅块上时，重锤没有弹起，这时：
[]
A．钢块的温度比铅块高B．铅块的温度比钢块高
C．钢块与铅块的温度一样高D．无法判断谁的温度高
答案：
B
（97第七届）3．下列哪种器材在工作中利用了由弹簧形变的势能转化成的动能？
[]
A．自行车座B．机械手表C．弹簧秤D．衣服夹
答案：
B
（98第八届）8．骑自行车上坡前往往要加紧蹬几下，这样做是为了：
[]
A．增大车的惯性B．增大车的冲力C．增大车的动能D．增大车的势能。
答案：
C
（03第十三届B）5．“蹦极”是一种富有刺激性的勇敢者的运动项目。
如图1所示，一端系住人的腰部、另一端系于跳台的是一根弹性橡皮绳。
当人下落至图中Q点时，橡皮绳刚好被拉直。
那么，在人越过Q点继续向下的过程中，人的动能变化情况是（）
A．不变B．变大C．变小D．先变大后变小
答案：
D
（05第十五届）2．有一种叫做“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应。
一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的。
只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生10kV～20kV的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。
在上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是[]
A．化学能转化为电能B．内能转化为电能C．光能转化为内能D．机械能转化为电能
答案：
D
（05第十五届）4．我国北方地区冬季用燃煤取暖所造成的大气污染，己越来越引起人们的关注。
现在有些家庭已经改用燃油取暖，以降低对大气的污染。
小明家的住房面积约110m2，若将住房的门窗关闭好，用燃烧柴油来取暖，并使室温升高10℃，已知柴油的热值为4．3×107J／kg，空气的密度约为1．3kg／m3，空气的比热容为1．O×l03J／（kg.℃），所需的柴油约为[]
A．0．01kgB．0．1kgC．1kgD．10kg
答案：
B
（10第二十届）6．小新同学家中的墙壁上竖直悬挂着一指针式电子钟，当其因电池电能不足而停止时。
指针最可能停在如图4所示的哪个位置附近（）
答案：
A
二、填空题
（92年第二届）3．炒菜时利用的热传递方式主要是________。
答案：
传导
（97第七届复016．用太阳能热水器给40千克的水加热，水温由18℃升高到36℃，水吸收的热量是________焦耳。
若用燃烧值为3.0×107焦耳/千克的煤给水加热，其效率为20％，则需要燃烧约________千克煤。
答案：
3.024×106，0.5
（03第十三届）4．（6分）右图为农用扬场机的示意图。
谷物脱粒后，谷粒、糠皮及少量碎石的混合物在快速转动的轮W和皮带B的带动下被抛出，谷粒、糠皮、碎石落地的远近不同，从而形成1、2、3三堆，达到分离的目的。
其中1是 ，2是 。
从能量的角度看，它们在运动过程中能够分离，是因为
答案：
糠皮、谷粒。
它们以同样的速度被抛出,碎石的质量最大,动能最大,所以克服空气阻力运动的距离最大,糠的质量最小,运动的距离最小。
（04第十四届）4．（5分）2003年10月16日6时54分，“神舟”五号飞船成功完成了我国第一次载人航天飞行，返回舱在内蒙古主着陆场地安全着陆。
（1）火箭发射时发生的能量转化主要是__________能转化为_______能。
（2）在飞船关闭发动机后绕地球飞行时，如果在舱内进行下列实验，与在地面相比，其中最难完成的是________（填字母）：
A．用温度计测温度；B．用显微镜观察洋葱表皮；C．用漏斗、滤纸过滤，除去水中的泥沙。
（3）如果将农作物种子携带到太空，然后再带回来进行种植实验。
这样做的目的是
__________________________________________________________。
答案：
（1）化学，机械（或动能和势能），
（2）C，（3）在失重状态下看种子的基因是否发生变化
（07第十七届）5．油库里的储油罐如图6所示，它浑身银白，直径较大，高度较矮（相对于直径而言），像个短胖子。
请回答：
（1）在储油罐的这些设计中，“浑身呈银白色”是为了________；“直径较大，高度较矮”是为了________
（2）在储油罐旁还安装有自动喷头，每到夏天，特别是白天的中午，常用喷头向储油罐喷水，这主要是利用水的_________较大的特性，以及水蒸发时要吸热的特性来给储油罐________，以防止油的自燃。
答案：
（1）尽可能地反射阳光稳固油罐，增大容积
（2）比热容降温
三、实验题
（2000第十届）4.（7分）扬场机能把谷粒、谷糠和小石块分开。
这三种东西中哪一种的落地点距扬场机最近？
哪一种最远？
同样大小的谷粒和小石块，为什么落地点的远近不同？
答案：
谷糠的落地点距扬场机最近。
小石块最远。
同样大小的谷粒和小石块，虽然飞出时的速度相同，但是由于质量不同，所以动能不同，小石块的质量较大，动能也比较大，所以能够克服空气的阻力飞到更远的地方。
（０３第十三届Ｂ）1．（6分）刚倒在杯子里的开水很烫，人们习惯上是先吹几下再喝；冬天写作业
手冷，同学们习惯上是不时地向手上哈哈气再写。
分别说明这两种做法的道理?
答案：
吹气使水面上空气流动，加快蒸发，而蒸发吸热使水温降低；向手上哈气，温度较高的水蒸气遇冷手液化，而液化放热使手暖和些。
答案：
（０３第十三届Ｂ）3．（6分）随着人类能量消耗的迅速增加，如何有效地提高能量利用率是人类所面临的一项重要任务。
图8是上海“明珠线"某轻轨车站的设计方案，与站台连接的轨道为一个小的坡度，请你从节能的角度，分析这种设计的优点。
答案：
车子进站走上坡，可关闭发动机，利用惯性上滑，节能；车子出站走下坡，可利用重力势能转化为动能下滑，节能。
（04第十四届）1、（4分）某城市铁路车站的设计方案如图4所示，进站和出站的轨道都与站台构成一个缓坡。
从能量利用的角度看，这种设计的优点是什么？
答案：
车进站时的部分动能转化为重力势能，减少因刹车损耗的机械能；车出站时储存的重力势能又转化为动能，起到节能作用。
（05第十五届）３．（4分）小明用打气筒给自行车轮胎打气后，发现气筒壁的温度明显高于打气前的温度。
对于这个现象，你做怎样的解释？
答案：
压缩气体做功和克服磨擦做功使筒壁的内能增大。
（05第十五届）４．（5分）如图6甲、乙分别是两种小型饮水锅炉的结构示意图，从节能角度看，你认为那一种更合理？
请简要说明理由。
答案：
乙的较合理。
燃烧室全部浸在水中，有利于热的充分传递；有鼓风机输送空气，有利于燃料充分燃烧；锅炉壁有绝热材料，可防止热的散失。
（０８第十八届）2．据报道：
2005年4月20日上午8时38分，由重庆飞往上海的CA454l航班在重庆江北机场起飞后撞上一群鸽子，飞机多处破损，左发动机停止工作，直接经济损失达295万元人民币。
所幸机长沉着冷静依靠右发动机单机工作，在空中盘旋59min后成功迫降，机上所有人员安然无恙。
小小的鸽子怎能把结实的飞机撞坏呢?
请你应用学过的知识解释鸽子撞坏飞机的原因。
答案：
（１）物体动能的大小是由速度和质量决定的，所以在质量一定时，速度越大动能越大。
（２）虽然鸽子飞行速度不大，但飞机起飞后的速度很大．所以飞机与鸽子之间的相对速度很大。
（３）鸽子相对于飞机所具有的动能很大，它对飞机的破坏力也就很大。
说明：
要点（１）、（２）各１分，要点（３）2分．共4分．
四、计算题
（94第四届复）七、（7分）有一种型号的单缸四冲程柴油机，其部分技术规格如下：
试计算这种柴油机的功率。
答案：
作用在活塞表面上的压力：
做功冲程每次的功：
W=F·L=35325×0.4=14130（焦耳）
柴油机每分钟转360转，即每秒转6转，对外做功3次。
答：
这台柴油机的功率约为58马力。
（95第五届复）七、（30分）下表列出的是北京煤气用具厂生产的JS系列家用燃气热水器的参数，其中各物理量的单位用的是国际通用的符号，说明如下：
Pa一帕斯卡mmH2O—毫米水柱
J—焦耳h—小时
M3—立方米l—升，即分米3
kgf—千克力，即质量为1千克的物体所受的重力
min—分（时间单位）
单位前面的字母M表示系数106，字母H表示系数102
1．分别计算燃烧1米3液化石油气、人工煤气和天然气所产生的热量（单位：
焦耳）。
2．王秋生同学说，热水产率一栏中，5、3、2后面的符号印得不清楚，好像是数字“l”，但在“／min”的前面又丢掉了什么，请你通过计算判断这个栏目中三个参数的正确数值和单位。
3．“热效率”一栏给的是参考值；“热水产率”一栏给的是厂家对样品的实测值。
分别计算温升25℃和55℃时的热效率，并解释这两种情况下热效率不同的原因。
答案：
1．查表可知：
燃气热水器额定热负荷为：
37×106J／h。
石油气、人工煤气、天然气的额定燃气耗量分别是：
0.368×102m3／h、1.964×102m3/h和1.04×102m3／h。
因此，石油液化气：
人工煤气：
天然气：
2．以温升40℃为例，根据表中其他参数计算热产生率。
设每分钟热水产生率为m，则水在1分钟内吸收的热量可表示为Q收=cm△t=4.2×103m△t（J）。
又根据表中所给参数，按热水率80%计算时，燃气在1分钟内放出的能被水吸收的热量：
∵Q吸=Q放即4.2×10m△t=Q放
由此判断：
3和“／min”之间的符号如果是代表质量，它的意义应该是千克（符号kg），考虑到1千克水的体积是1升，所以，这个符号一定是字母L的小写“l”，而不是数字“1”。
因此正确的数字和单位是3升／分（3L／min）。
分析温升25℃和55℃两种情况可以印证这个结论。
3．由关系式Q放=cm△t和热水产生率表可知升温25℃时水每分钟吸收的热量和燃气放出的热量：
同理，升温55℃时水吸收的热量：
Q吸=4.2×103×2×55=4.62×105（J）
燃气每分钟放出的热量：
Q放=6.17×105J
答：
升温25℃和55℃时的热效率分别是85%和75%；因为温升较高时，热量损失多，所以热效率较低。
（96第六届）七、（7分）经验表明，自制家用太阳能热水器的效率在夏天可达50％；从太阳能手册中查到，在地球表面，晴天时垂直于阳光的表面接收到的热辐射为1.26×103焦／米2·秒。
如果晒水箱内的水大约有40千克，晒水箱接收阳光垂直照射的面积始终是1.5米2，请计算，要使水温上升30℃需要多长时间。
答案：
代表物理量的符号：
η─热水器效率，m─水的质量，R─单位面积，单位时间，地面接收的热量，S─晒水箱面积，△T─水的温升，C─水的比热，△t─所用时间。
在△t时间内水所接收的辐射热
使水温上升△T所需热量
由Q=Q＇（3）
把数值代入，得△t=5333秒（5）△t=1小时29分
（97第七届）六、（9分）国产165型单缸四冲程汽油机的汽缸直径为65毫米，活塞冲程长55毫米，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.58×105帕，飞轮的转速是1500转/分。
（1）求这种汽油机满负荷工作时做功的功率（不计摩擦损失）；
（2）如果满负荷工作时每分钟消耗15克汽油，这种汽油机把内能转化为机械能的效率是多少？
（汽油的燃烧值为4.6×107焦/千克）
答案：
（1）转速n=25转/分
（1）0.5分活塞面积S=
（2）
作用在活塞上的平均压力F=pS（3）
一个做功冲程中燃气对活塞做的功W=FL（4）
所求的功率P=（5）
将
（2）、（3）、（4）式代入（5）式
（6）
代入数值P=2.2千瓦（7）
（2）汽油燃烧时每分钟产生的热量Q=mq（8）
汽油机每分钟做的功W=Pt（9）
汽油机的效率
（10）
把（8）、（9）代入（10）
（11）
代入数值
10%
（99第九届）五、（8分）有一堆从河中捞出的温砂子，测得其比热容为1.2×103焦/（千克·℃）。
已知干砂子的比热容为0.9×103焦/（千克·℃），则按质量说，这堆砂子含水的百分比是多少？
答案：
解答中各字母所代表的意义如下：
m1—干砂子的质量，m2—水的质量，m—砂子和水的混合物的质量；
c1—干砂子的比热容，c2—水的比热容，c—砂子和水的混合物的比热容；Q1—干砂子吸收的热量，Q2—水吸收的热量，Q—砂子和水的混合物吸收的热量；
△t—温度差。
砂子和水的混合物、砂子、水各自吸收的热量可以表示为：
Q=c（m1+m2）△t
（1）
Q1=c1m1△t
（2）
Q2=c2m2△t（3）
由这三个式子可以解出
代入数值后，得
（01第十一届）五、（8分）水在热电厂的锅炉中变为水蒸汽，通过涡轮机带动发电机发电，用过的水蒸汽在液化器中凝结成水，再到锅炉，循环使用。
液化器中的冷却水则流到冷却塔中降温，如图。
水的比热为4.2×103焦/（千克·℃），求：
夏天，来自冷却塔的水温为16，而回到冷却塔的水温为30。
若冷却塔和液化器间水的流量为15米3/秒，试求水蒸汽的能量转化为电能的效率。
如果发电机的发电功率是56万千瓦，发电机把机械能转化为电能的效率为80%，不计水蒸汽通过涡轮机过程中由于热传递赞成的能量损失及涡轮机的摩擦，试求水蒸汽的能量转化为电能的效率。
答案：
1．水蒸汽冷却时所放的热量为冷却水所吸收，所以冷却所丢失的功率（即散热功率）为
P散＝Q吸/t＝
＝4.2×103焦/（千克·℃）×15×103千克/秒（30－16）℃
＝8.82×108瓦
2．水蒸汽的能量转化为电能的效率
η＝P用/P总＝P电/（P机+P散）×100%
P机＝560×106W/0.8＝700×106W
所以
（02第十二届）六、（10分）学校淋浴用的简易太阳晒水箱内装水60kg，水箱玻璃盖的面积为0.84m2。
从手册中查得，地球上与太阳光线垂直的表面接收的太阳辐射能为7.56×104J/（min•m2）；这类水箱吸收太阳能的效率约为50％；散热损失约为20％。
假设使用中能够及时调整水箱朝向，使阳光总能垂直射入玻璃盖，计算4小时后箱中的水升高的温度。
水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）。
答案：
24°C
（02第十二届复）二、（12分）洗浴用的电热水器的电功率是1.2kW，热水器内筒的直径是30cm，高是50cm。
如果加热过程中的热量散失率为10％，则把水从20℃加热到70℃需要多长时间？
答案：
1．9h
解析：
水的质量m=Vρ=πr2hρ
水升温吸收的热量Q吸=cm（t-t0）=cπr2hρ（t-t0）
电热器放出的热量Q放=PTQ有=PTη
∵Q吸=Q有
∴cπr2hρ=（t-t0）=PTη
加热的时间T=114min=1．9h
（04第十四届）七、（16分）下表列出的是某厂生产的家用燃气热水器的参数。
表中“额定热负荷”指的是满负荷使用时，1h内燃料燃烧产生的热量。
产品名称
燃气快速热水器
产品型号
JSY5-C
JSR5-C
JST5-C
适用燃气
液化石油气
人工煤气
天然气
额定燃气压力
2800－3000Pa
280－300mmH2O
800-1000Pa
80-100mmH2O
2000-2500Pa
200-250mmH2O
额定热负荷
37MJ/h
额定燃气耗量
0.368×102m3/h
1.964×102m3/h
1.04×102m3/h
热效率
＞80％
适用水压
0.04－1.0MPa（0.4－10kgf/cm2）
热水产率
温升25℃
5l/min
温升40℃
3l/min
温升55℃
2l/min
接口尺寸
燃气入口
G1/2″
冷水入口
G1/2″
热水入口
G1/2″
外形尺寸
406mm（高）×293mm（宽）×230mm（厚）
重量
6.2kg
（1）分别计算燃烧1m3液化石油气、人工煤气和天然气所产生的热量。
（2）根据表中数值和你已有的知识，讨论“额定燃气压力”一行中，“mmH2O”的含义。
（3）王保成同学说，“热水产率”一栏中，5、3、2后面的好像是数字“1”但是在“/min”的前面又好像丢掉了什么。
请你通过计算判断这个栏目中三个参数的正确数值和单位。
（4）“热效率”一栏给的是参考值，“热水产率”一栏给的是厂家对样品的实测值。
分别计算温升25℃和55℃时的热效率，并解释这两个情况下热效率不同的原因。
答案：
（1）液化石油气
=1.0×106J/m3（1分）
人工煤气
=0.19×106J/m3（1分）
天然气
=0.36×106J/m3（1分）
（2）这一行既然是表示压力（指压强），而且在每格里，上面一行的量的单位都是压强单位Pa，所以mmH2O很可能是压强的另一种单位。
H2O是水的分子式，mm是毫米的单位，联想到有时用1mm高的汞柱产生的压强作为压强单位，mmH2O会不会是1mm高的水柱产生的压强？
可以试一试。
1mm水柱产生的压强是
p=ρgh=1×103×10×1×10-3Pa＝10Pa（1分）
而“额定燃气压力“一行中以mmH2O为单位的量的数值与以Pa为单位的量的数值的确相差10倍。
所以，mmH2O是个压强单位，大小等于1mm高的水柱产生的压强，即1mmH2O=10Pa。
（1分）
（3）以温升40℃为例，根据表中其他参数计算热水产率。
我们希望能够以此判断“l”的含义。
设每分钟产热水的质量为m，水在1min内吸收的热量可以表示为
Qi＝cm（t2－t1）…………………………………………①（1分）
另一方面，根据表中所给的参量，热效率按80％计算时，水在1min内吸收的热量为
Qi＝
=4.93×105J…………………②（1分）
由①、②两式解出
m＝
=2.9kg≈3kg（2分）
由此判断，“3”和“/min”之间的符号如果代表质量，它的意义应该是“kg”。
考虑到1kg的水的体积是1L，所以这个符号一定是字母“l”（小写的L），而不是数字“1”。
因此，正确的数值和单位是3L/min。
分析温升25℃和55℃两种情况可以印证这个结论。
（2分）
（4）由关系式Qi＝cm（t2－t1）
可知，温升25℃时每分钟吸收的热量是
Qi＝4.2×103×5×25J＝5.25×105J（1分）
燃气每分钟产生的热量是
＝6.17×105J
热效率η＝
=85%（2分）
同理可得，温升55℃时
热效率＝75％（1分）
温升较高时热量散失多，所以热效率较低。
（1分）
（04第十四届复）三、（18分）有人在夏季用简易晒水箱给水加热用来淋浴，这不仅节省能源，而且很方便，李明和张华想利用这样的装置估测太阳光对地球表面辐射的强度大小。
也就是说，太阳光垂直照射地球表面时，地球表面单位时间内单位面积上所获得的能量是多少。
实验装置如图2所示，晒水箱内部是被涂黑的，箱体外加了保温层，上面开口并盖有透明玻璃板。
在估测之前要首先弄清，透过玻璃板的太阳光能量究竟占太阳辐射到玻璃板上的能量的百分之几？
李明和张华哥那一块实验用的玻璃板，把阳光反射到墙上的同一个地方，他们发现，两块反射光斑重叠处的强度，和太阳光直接射到地上的强度差不多。
（1）透过玻璃板的太阳光能量占太阳辐射到玻璃板上的能量的百分之几？
你在得出这个结论时做了什么假设？
假设的根据是什么？
（2）请你帮助他们设计实验方案，并写出实验步骤。
（3）请你对这个实验方案的可行性作出评价。
答案：
该问题没有惟一的标准答案，属于开放性试题，以下内容可以作为基本依据．
（1）假设玻璃板对光的吸收可以忽略．其根据是薄玻璃板十分透明（实际上玻璃对红外线不很透明，而红外线的热效应是比较强的，这点可不作为对学生要求）．通过李明和张华的实验结果可以推测，每块玻璃板反射的太阳光只有入射光能量的一半，这就是说，入射玻璃板的太阳光有一半被玻璃板反射了．所以，透过玻璃板的太阳光能量占太阳辐射到玻璃板上的能量的50％．
（2）实验方案：
若实验过程中总能使太阳光垂直入射，且晒水箱内部涂黑，可以认为射入晒水箱的太阳光不再被反射出去，晒水箱吸热效率为50％．另外，晒水箱周围有保温层，可以认为没有热量散失．若晒水箱吸收的热量完全用来使水的温度升高，测出保温箱中一定质量的水在一定时间里，其内能增加了多少，并测量出太阳光垂直照射物体表面的面积，就可以计算出太阳光垂直照射地球表面时，地球表面单位时间单位面积所获得的太阳光照射的能量是多少．
实验步骤如下：
①向晒水箱中倒入质量为m的清水．并用温度计测量此时水的温度t0。
②用刻度尺测量晒水箱盖的面积S。
将晒水箱开口朝向垂直阳光的方向，盖好玻璃板开始计时．经过t时间后（如3h），再测量水的温度t温。
③经过t时间后（如3h），再测量水的温度t温。
④太阳光对地球表面辐射的强度是cm（t温－t ）/（tS×50％）
（3）从实际问题的要求来看，该问题是要进行估测，因此其中有许多东西就必须进行合理地简约．如，“假设玻璃板对光的吸收可以忽略”“若实验过程中总能使太阳垂直入射”“没有热量散失”等假设都是允许的，而且是应该的．但是上述这种简约，必须会对估测结果带来一定的影响．此外，还有某些因素未给予考虑，如实验过程中天气的变化所引起的环境温度的变化等，因而，估测结果与真实值之间会有相当大的偏差是不可回避的．但就其取平均效果来说是可行的．
（05第十五届复）三、（16分）下表是某锅炉厂生产的CWNG系列三种锅炉的主要技术参数表。
CWNG系列三种锅炉主要技术参数
型号
CWNG
0.7-80/60-AII
CWNG
升级会员 