历届全国初中物理竞赛(热与能).doc
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最近十年初中应用物理知识竞赛题分类解析专题13--热和能
一、选择题
典例3（2011上海第25界初中物理竞赛）当物体中存在温度差时，热量会从温度高的地方向温度低的地方传递。
对于一长度为L、横截面积为S的均匀金属棒，当两端的温度差稳定为△T时，△t时间内从高温端向低温端传递的热量△Q满足关系式：
；其中k为棒的导热系数。
如图所示，长度分别为L1、L2，导热系数分别为k1、k2，的两个横截面积相等的细棒在D处紧密对接，两金属棒各自另一端分别与温度为400开、300开的恒定热源良好接触。
若L1∶L2=1∶2，k1∶k2=3∶2，则在稳定状态下，D处的温度为（）
A．375开
B．360开
C．350开
D．325开
解析：
设在稳定状态下，D处的温度为T，则对于长度为L1的细棒，，对于长度为L2的细棒，，联立解得T=375K，选项A正确。
.答案：
A
【点评】此题考查热传递及其相关知识。
典例4．（2011上海第25界初中物理竞赛复赛）将一功率为P=500瓦的加热器置于装有水的碗中，经过2.0分钟后，碗中水温从T1=85℃上升到T2=90℃，之后将加热器关掉1.0分钟，发现水温下降1.0℃。
试估算碗中所装水的质量。
解答：
加热器在2分钟内所供应的总热量，等于水温升高所吸收的热量，加上散失到周围环境的热量，即Pt=cm（T2-T1）+Q
若水温变化不大，则散失到周围环境的热量与时间成正比。
因此加热器关掉1分钟，从热水散失的热量等于Q/2，此热量等于热水温度下降1.0℃所放出的热量，即Q/2=cm△T
从以上两式可以解得Pt=cm（T2-T1+2△T）
m==kg=2.0kg。
【点评】此题考查热量、能量守恒定律及其相关知识。
【竞赛实战训练】
1．（2009全国初中应用物理知识竞赛题）炎热无风的夏天，小宇走在被晒得发烫的柏油路上，看见前面的路面已被一辆洒水车洒水淋湿了。
他认为走在淋湿了的路面上一定比走在干燥的路面上感到凉爽，于是赶快走过去，结果在洒过水的路面上，他却感到更加闷热了。
你认为产生这种感觉的主要原因是（）
A．洒水车中的水经过曝晒后，内能增大，温度很高
B．地面上的水使被反射的阳光增多，身体获得更多热量
C．洒水后使附近的空气湿度增加，身上的汗液蒸发变慢
D．地面上的水蒸发时把热量带到了人的身上
1.答案：
C解析：
由于柏油路被晒得发烫，洒水后路面上水蒸发，使路面附近的空气湿度增加，身上的汗液蒸发变慢，使他感到更加闷热，选项C正确。
2．（2009全国初中应用物理知识竞赛题）修补被扎破的自行车内胎时，修车师傅通常用一把周身是刺的锉将内胎扎破处的外表面锉毛，再把要补上去的橡胶补丁贴在内胎上的一面也锉毛，然后再将锉毛的两个表面涂上胶水，待胶水晾一会儿之后，对准、压紧……。
对于下列锉毛橡胶表面的主要目的的分析，你认为最可能的是（）
A．使补胎处的橡胶更膨松，以增强补胎处橡胶的弹性
B．增大内胎和橡胶补丁接触的表面积，以充分发挥胶水的粘合作用
c．增大内胎与橡胶补丁之间的摩擦，防止错位
D．防止因补胎处太厚而导致内胎对外胎的压强不均匀，避免外胎爆胎
2.答案：
B解析：
锉毛的两个表面的表面积增大，涂上胶水，增大内胎和橡胶补丁接触的表面积，以充分发挥胶水的粘合作用，选项B正确。
3．（2009全国初中应用物理知识竞赛题）在水泥路面的道路施工中，其中有一道工序是：
大约每隔8m在水泥中插入一根长木条，将水泥路面割断成一块一块的。
然后再趁水泥还未完全固化时用带有齿的轮在铺设好的路面划出一道道的横线（如右图所示）。
对上述做法的分析，你认为下列说法中最可能的是（）
A．用带有齿的轮在铺设好的路面上划出一道道的横线，是为了使路面更加美观
B．用长木条将水泥路面割断成一块一块的，是为了节约铺设路面的水泥材料
C．用长木条将水泥路面割断成一块一块的，是为了防止由于热膨胀导致路面损坏
D．用长木条将水泥路面割断成一块一块的，是为了增大路面的摩擦
3.答案：
C解析：
水泥路面暴露在太阳下，冬夏温度相差约50度，水泥路面热胀冷缩。
用长木条将水泥路面割断成一块一块的，是为了防止由于热膨胀导致路面损坏，选项C正确。
4.（2010全国初中应用物理知识竞赛题）晴朗无风的早晨，当飞机从空中飞过，在蔚蓝的天空中会留下一条长长的“尾巴”，如图1所示，这种现象俗称为“飞机拉烟”。
产生这一现象的原因之一是飞机在飞行过程中排出的暖湿气体遇冷所致。
在这一过程中，暖湿气体发生的物态变化是 （）
A.熔化 B.液化 C.蒸发 D.升华
4.答案：
B暖湿气体遇冷液化，水蒸气液化为小水珠，看似白烟，选项B正确。
5.（2010全国初中应用物理知识竞赛题）
2010年1月2日起，我国北方大部地区遭遇大范围降雪天气袭击。
大雪严重影响了民航、铁路和高速公路等交通，如图2所示。
在遇到这种天气时，为了尽快清除积雪，常用的办法是撤“融雪盐”，这是因为（）
A.“融雪盐”与少量水发生化学反应，产生的热量使周围的冰雪熔化
B.“融雪盐”产生“保暖层”，使冰雪吸收足够的“地热”而熔化
C.使雪形成“含融雪盐的雪”，“含融雪盐的雪”熔点低于当地温度，使雪熔化
D．“融雪盐”有利于冰雪对阳光的吸收，从而加快冰雪的熔化
5.答案：
C解析：
使雪形成“含融雪盐的雪”，“含融雪盐的雪”熔点低于当地温度，使雪熔化，选项C正确。
6.（2010全国初中应用物理知识竞赛题）
小明发现户外地面以上的冬季供热管道每隔一段距离总呈现型，如图3所示。
其主要原因是（）
A.为了避开行人和建筑物 B.为了美观
C.为了避免管道因热胀冷缩导致的损坏 D.为了方便工人师傅安装和检修
6.答案：
C供热管道每隔一段距离总呈现型的目的是为了避免管道因热胀冷缩导致的损坏，选项C正确。
7.（2009上海初中物理知识竞赛复赛题）.现有一扇形的均质金属物体，该材料具有热胀冷缩的性质，如图所示。
室温状态下AB、CD边所成的圆心角为α。
若使物体温度均匀升高，则α角的变化情况是：
（）
（A）变大
（B）不变
（C）变小
（D）无法确定
7.答案：
B解析：
物体温度均匀升高，物体均匀增大，α角不变，选项B正确。
8．（2007青岛竞赛题）炎热的夏天，当你走在晒得发烫的柏油路上时，刚好来了一辆洒水车，洒湿了路面。
这时你会感到更加闷热，产生这种感觉的主要原因是（）
A．洒水车中的水经过曝晒，内能增加，温度很高
B．洒水后空气的湿度增加，身上的汗较难蒸发
C．地面上的水反射了阳光，使身体得到更多的热量
D．水蒸发时把地面上的热带到了人的身上
8..答案：
B解析：
洒水后地面温度降低，但空气的湿度增加，身上的汗较难蒸发，你会感到更加闷热，选项B正确。
9、（2007上海初中物理知识竞赛）将一杯热水倒入容器内的冷水中，冷水温度升高10％，又向容器内倒入同样一杯热水，冷水温度又升高6℃，若再向容器内倒入同样一杯热水，则冷水温度将再升高（不计热损失）（）
（A）4．5℃（B）4℃（C）3．5℃（D）3℃
9.答案：
B
解析：
设一杯热水质量m，初始水温为T1，容器内冷水质量M，初始水温为T2，则有mc（T1—T2—10℃）=Mc×10℃,mc（T1—T2—16℃）=（M+m）c×6℃,mc（T1—T2—16℃—t℃）=（M+2m）×t℃,联立解得t℃=4℃，选项B正确。
10、（2008河南初中应用物理知识竞赛预赛题）餐馆在烹炸食品时有三种食用油可供选择，分别是沸点较高的豆油，沸点较低的色拉油，沸点低的菜子油。
那么最好选用（）
A．豆油B．色拉油C．菜子油D．都一样
10.答案：
A解析：
选用沸点较高的豆油烹炸食品可在豆油温度低于沸点时烹炸食品，减少油的蒸发，节约用油。
二．填空题
1．（2013全国初中应用物理知识竞赛预赛题）“可燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力。
同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量可达煤气的数十倍，这说明“可燃冰”的 很大。
1kg“可燃冰”完全燃烧大约放出4.2×108 J热量，可使㎏的水从20℃加热至60℃。
[水的比热容为4.2×103kg/m3]
.答案：
热值2500
解析：
“可燃冰”完全燃烧放出的热量可达煤气的数十倍，这说明“可燃冰”的热值很大。
由Q=cm△t解得m=2500kg。
2（2011上海第25界初中物理竞赛复赛）因为环境污染，北极的冰山上常年沉积着灰尘，使冰山表面吸收了更多太阳光，加速了冰山的熔化。
假设覆盖着灰尘的冰山上表面每单位时间单位面积所吸收的太阳光为98瓦/米2（此数据已将太阳光白天和黑夜的不同日照量平均计算在内）。
若有厚度为30米的冰山，如图所示，则仅靠阳光的暴晒，在0℃的海水中，需要约___________天才能将此冰山熔化。
2、答案：
1062
解析：
冰的密度0.9×103kg/m3,冰的熔化热3.33×105J/kg。
底面积为1m2、厚度为30米的冰山质量为m=ρSh=0.9×103kg/m3×1m2×30m=2.7×104kg，熔化需要热量Q=qm=3.33×105J/kg×2.7×104kg=9×109J，
由98瓦/米2×n×24×3600×1m=9×109J
解得n=1062天。
三．简答题
1.（2013全国初中应用物理知识竞赛）民航客机在飞行过程中，飞行高度可达1Okm左右，在这种情况下，飞机外部的气温可达-60℃左右，气压也低至26～28kPa。
但是座舱内却是温暖如春，气压和地面大气压相近。
请应用物理知识分析飞机座舱内是如何获得如此舒适环境的。
解析：
（1）为了维持座舱内的气压与地面大气压接近，需要压缩机不断地将空气压入座舱内，在这一过程中，压缩机对空气做功，使空气的内能增大，温度升高.
（2）为了保持座舱内适宜的温度，还需要空调机来降温.
2.（2010全国初中应用物理知识竞赛题）露天放置的大型石油液化气罐，为了防止因温度过高而造成爆炸等事故，罐体外表面通常漆成银白色，如图11所示。
而露天安装的电力变压器，同样为了防止因温度过高而造成火灾等事故，在采用加注冷却油、安装散热管等一系列散热措施的同时，却把其外表面漆成颜色很深的灰黑色，如图12所示。
同样是为了防止温度过高，一个外表面漆成颜色很浅灼银白色，另一个外表面却漆成颜色很深的灰黑色，这是为什么呢?
2..答案三个要点：
（1）物体表面颜色越浅，反射热辐射的能力越强，进行热辐射的能力越差；物体表面颜色越深，反射热辐射的能力越差，进行热辐射的能力越强。
（2）石油液化气在罐中贮存，本身不产生热。
其温度升高主要是因为吸收来自环境中通过热辐射传递的热量。
因此，为了避免温度升得过高，而将表面漆成银白色，增强其反射热辐射能力，减少吸收的热量。
（3）正常运行中的电力变压器，会有极少部分电能转化为内能，导致其温度升高。
当变压器的温度比环境温度高时，将其漆成颜色很深的灰黑色，有利于将热量通过热辐射的方式传递到环境中，从而避免自身温度升得过高。
3．（2010全国初中应用物理知识竞赛题）“鸳鸯火锅”是用金属片将锅的内部空间隔成相等的两部分，一边放清汤卤，一边放红汤卤，清汤和红汤的质量、主要成分以及初温几乎相同，但是清汤卤一侧液面没有油层，红汤卤一侧液面有一层麻辣风味的油，如图8所示。
吃饭的人们可根据自己的喜好把食物放入不同的汤料中进行烫涮。
但小新注意到每次使用这种“鸳鸯火锅”吃烫涮食品时，总是红汤卤一侧首先沸腾。
最初，小新认为这是由于红汤卤一侧的火更大些，但观察发现，两边的火焰相同。
试分析为什么总是红汤卤一侧先沸腾。
3.答案三个要点：
（1）锅体两侧火焰相同，在相同时间内，汤料吸收的热量近似相同。
（2）但由于红汤一侧液面上方有一层油，使蒸发减慢，带走的热量较少。
（3）两边汤料的质量、主要成分以及初温度几乎相同，所以红汤温度升高得快，首先沸腾。
4．（2009全国初中应用物理知识竞赛题）豆腐本来是光滑细嫩的（如图甲所示），经冰冻再解冻以后，就会出现许多小孔，成为美味的“冻豆腐”（如图乙所示）。
请你说明“冻豆腐”中产生许多小孔的道理。
4.答案：
有三个要点：
（1）水结冰后，体积变大。
（2）豆腐中含有水，冰冻以后，豆腐中的小冰块把豆腐挤压成蜂窝形状。
（3）待冰熔化成水后，豆腐中就留下了许多孔洞。
四．综合应用题
1.（2011全国初中应用物理知识竞赛题）"米线"是一种特色小吃。
端上餐桌的有:
一碗热汤，上面浮着一层油:
一碟切成薄片的鲜肉:
一碗已煮熟的米线。
食客先把肉片放进汤内，稍候再加入米线。
现有以下资料:
汤的初温97°C，比热容4.2×103J/（kg·℃）;肉片的质量为0.2kg，初温22℃，比热容3.5×l03J/（kg·℃）。
基于健康缘故，肉片必须至少在大于80℃的汤中保持2min，在这2min时间里，由于向外界散热整体温度将下降约2℃。
问:
（1）.碗中油层的作用是什么?
（2）.为实现上述的温度要求，碗中汤的质量多少应满足什么条件?
解：
（1）.减慢蒸发，从而减慢热量损失。
（2）.因为肉片必须至少在大于80℃的汤中保持2min，在此期间，整体温度将下降约2℃，所以汤和肉混合后的温度至少为t=82℃.
根据Q吸=Q放以及Q=cm△t可得c肉m肉（t-t肉）=c汤m汤（t汤-t）
至少需要汤的质量m汤==kg=0.67kg。
2.（2010全国初中应用物理知识竞赛复赛题）单位质量的某种液体变为同温度的气体所需要吸收的热量，叫做这种液体的汽化热。
通常情况下，同种液体在不同温度下的汽化热是不同的。
某课外活动小组设计了如图7所示的装置，可以用来测定100℃时水的汽化热。
该装置的测量原理是：
用电压可调的电加热器使玻璃容器内的水沸腾，用电子天平分别测量沸腾一段时间前后水的质量，同时测量所用的时间及在该段时间内电加热器的电压和电流，根据相关的数据和能量守恒关系即可求出水的汽化热λ。
由于这个装置工作时的散热损失是不可忽略的，该组同学实验时测量了两组数据，如下表所示：
电压／V
电流／A
时间／s
水的初质量／g
水的末质量／g
第一组
20
1
300
70
68
第二组
40
2
300
70
60
（1）．试简单说明该装置的散热功率是否随加热功率的改变而改变。
（2）．根据以上数据，求水的汽化热λ
（3）．针对此实验提出一些减少实验误差的措施。
2．解析：
（1）.该装置的散热功率不随加热功率的改变而改变。
因为加热功率发生改变后，水温并不会改变，与周围环境的温度差也将不变，而其它条件也都未发生变化，所以散热功率不会变化。
（2）.由能量守恒定律可知：
P电t=P散t+Q吸=P散t+mλ。
根据题意可得：
U1I1t1=P散t1+m1λ；
U2I2t2=P散t2+m2λ；
代入数据，解得：
λ=2.25×106J/kg。
（3.）增大加热功率（或电压）、增大汽化水的质量、换用更保温的容器（减小散热功率）、适当增大环境温度、减小测量时间、多测几组数取平均值。
3.（2010全国初中应用物理知识竞赛复赛题）小亮家有一辆家用轿车，爸爸在给他说车的性能时，总是说“2．0的排量”，却很少说“功率”，为此小亮特地从网上查到了排量的定义：
活塞从上止点移动到下止点所通过的空间容积称为汽缸排量。
如果发动机有若干个气缸，所有气缸工作容积之和称为发动机排量。
从说明书上查到：
小亮家的汽车采用的是LFX直列四缸发动机，排量为2.0L；从网上查找到了其输出特性曲线（如图8所示）；小亮又向爸爸询问了一些实测数据：
由于汽车行驶的路况很好，所以平均车速为90km／h，此时发动机转速为2000r/min，平均行驶百公里油耗为9L；从物理书上查得汽油的热值为4．6×107J/kg，密度为0．71×103kg/m3
（1）．由这台发动机输出特性曲线可以看出，在发动机转速为1000~5000r/min范围内，它的输出功率与转速大致有什么关系？
（2）．试通过公式推导出在其他参数相同时，发动机的输出功率与其排量的关系。
（3）．这辆汽车以90km／h行驶时，发动机的效率约为多少？
每个做功冲程汽缸内的平均压强是约为多少？
解析：
（1）.由这台发动机输出特性曲线可以看出在发动机转速为1000~5000r/min范围内，它的输出功率与转速大致成正比。
（2）.设做功冲程燃气对活塞的平均压强为p0，发动机排量为V排，
做功冲程燃气对一个活塞的平均压力F=p0S，
每个做功冲程燃气对一个活塞做的功W0=FL=p0SL=p0V排/4
发动机转速为n时燃气对活塞做功的功率P=W/t=2n·p0V排/4=np0V排/2
所以，在发动机转速为n，做功冲程气缸平均压强p0大致相同时，燃气对活塞做功的功率P与发动机排量V排成正比。
（3）.由这台发动机输出特性曲线可知，发动机转速n=200r/min时，其输出功率约为37kW。
η=×100%=×100%=×100%=×100%=50.4%。
由P=np0V排/2可得p0==1.11×106Pa。
4.（2009上海初中物理知识竞赛复赛题）在一搅拌机的容器内装有质量m为0.5千克的水，把水加热到70℃后让其在室温下自动冷却。
其温度随时间变化的关系如图所示。
现开动电动搅拌机对该冷却的水不停地搅拌，电动机的功率P为900瓦，其做的功有80%转化为水的内能。
若不考虑容器的内能变化，水最终的温度是多少℃？
解：
搅拌机每秒钟使水增加的内能：
E=Ptη=900×l×0.8J=720J.
水吸收热量Q=E，
由Q=cm△t可知，这些能量可以使水温度升高：
△t==℃=0.343℃。
只需在图中找出水冷却时温度随时间变化的快慢等于0.343℃/秒的位置，对应的点所表示的温度即为水的最终温度。
在图中作直线AB，使沿AB的温度变化快慢等于0.343℃／秒，作AB的平行线A'B'与图线相切，读出切点P的纵坐标，可知水的最终温度为30℃。
说明根据作图的情况，答案在27℃～33℃均给分。
…………（4分）
5．（9分）（2009上海初中物理知识竞赛复赛题）图为四缸发动机工作原理：
内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开。
曲轴与飞轮相连，飞轮每转动半周，有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作。
现有一台四缸发动机，其主要技术指标如下表所示，其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积等于活塞的面积与活塞上下运动的距离（即冲程长）的乘积，转速表示
每分钟飞轮所转的周数。
求：
（1）飞轮每转动半周，发动机做功多少？
（2）若在做功冲程里，燃气对活塞压强可以看作恒压，则压强多大？
5.解答：
（9分）
该发动机每秒钟做功：
W1=P.t=120千焦
每秒钟曲轴完成6000／60=100转
（1）飞轮每转动半周里，发动机做的功W==600J。
（2）每个气缸工作容积△V=0.5L，
每个做功冲程里，气体做功为W=p△V=p×0.5L=600焦
可得p=1.2×106帕
6（10分）（2009上海初中物理知识竞赛复赛题）如图所示的装置，可以测定每千克I00℃的水，在大气压下汽化成100℃的水蒸气所需吸收的热量Q。
该装置的测量原理是：
用加热器使水沸腾，汽化的水蒸气通过凝聚器液化后被收集在量杯中；测量加热器的发热功率及一段时间内在量杯中收集到的水的质量，根据能量守恒关系即可求出Q的值。
这个汽化装置工作时的散热功率恒定不变，但散热功率的值未知。
测得加热器的功率为285.0瓦时，在300秒时间内被冷凝和收集的液体质量为28.0克；加热器的功率为100.0瓦时，在300秒时间内被冷凝和收集的液体质量为4.0克。
根据以上数据，求每千克100℃的水在大气压下汽化成100℃的水蒸气所需吸收的热量Q。
6.解析：
由能量守恒定律知加热系统产生的功率P=Q+P0.
其中m为300秒内收集到的水的质量，Q为每千克l00摄氏度的水汽化所需吸收的热量，P0为损失的功率。
利用表中数据可以得到两个方程：
285×10-3=Q+P0.
100×10-3=Q+P0.
联立解得Q=2.3125×106J。
7．（10分）（2009全国初中应用物理知识竞赛题）为了缓解用电高峰电力紧张的矛盾，我国一些地区使用了“分时电（能）表”。
下表是采用分时计费前、后电费价目表：
原电表计费方法
分时电表计费方法
时间范围
全天
高峰期
低谷期
6：
00~22：
00
22：
00~次日6：
00
单价（元／度）
0．48
0．50
0．30
小明家每天要用电水壶将质量为3kg、初温为20℃的水烧开，已知气压为1标准大气压，水的比热容为4.2×103J／（kg·℃）。
求：
（1）．这些水被烧开需要吸收多少热量?
（2）．使用分时电表后，小明家把烧水时间安排在低谷期，若不计热量损失，仅此一项，一个月（以30天计）比原来节省多少元电费?
解析：
（1）.这些水需要吸收热量：
Q=cm（t2—t1）=4.2×103×3×（100—20）J=1.0×106J。
（2）.1.0×106J=0.28度，
可以节省电费：
0.28×（0.48—0.30）×30元=1.5元。
8（2009全国初中应用物理知识竞赛题）在一些农村地区建造的沼气池，通过将农村大量的秸秆、人畜粪便发酵来获取沼气，利用沼气来烧火做饭，点灯照明。
沼气池的应用，不仅使上述资源得以更好的利用，同时也给生活带来了诸多便利，使环境得以改善。
这是一个一举多得的惠民工程。
图9所示为一农户的水压式沼气池的剖面简图。
说明：
1．沼气池2．水压池3．进料口4．密封盖5．输气管6．贮气室7．沼气压力显示器8．总阀门9．U形管压强计（里面装有染成红色的水）l0．出料口盖板（不密封水压池，水压池仍与外面大气相通）11．阀门
已知该农户家燃气灶的相关技术数据如下：
使用燃料
液化石油气
天然气
人工煤气
人工沼气
灶前压强（kPa）
2.8
2.0
1.0
0.5
额定热流量（kW）
普通炉
左：
3.6
组合炉
左：
3.6
右：
4.0
右：
3.6
单炉
4.0
取g=10N／kg，水的比热容c水=4.2×l03J／（kg·℃）
（1）．根据图9所示，通过计算说明，该农户此时能否使用这个沼气池中的沼气来正常烧火做饭?
（2）．有一天，该农户发现，沼气压强小于燃气灶的要求。
为了能尽快利用沼气生火做饭，从物理学的角度看，可采取哪些措施?
（3）．若该农户所用的燃气灶是普通炉，通常情况下，普通炉中的右炉单独正常工作时，将一壶质量为2.5kg、温度为20℃的水烧开，耗时约10min。
试估算
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