最近十年初中應(yīng)用物理知識競賽題分類解析專題14 內(nèi)能的利用 熱機(jī)

1、最近十年初中應(yīng)用物理知識競賽題分類解析專題14 內(nèi)能的利用 熱機(jī)初中應(yīng)用物理知識競賽題分類解析專題十四內(nèi)能的利用 熱機(jī)一選擇題1在四沖程汽油機(jī)的工作過程中，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的沖程是 （ ）A吸氣沖程 B壓縮沖程 C做功沖程 D排氣沖程答案：C解析：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的沖程是做功沖程，選項(xiàng)C正確。2. 受高空落物傷人的啟示，美軍正在研制一種名為“上帝之杖”的太空武器“上帝之杖”實(shí)質(zhì)就是高密度、耐高溫的金屬棒，它要依托太空平臺的搭載，借助小型火箭助推和高空下落產(chǎn)生的巨大動能，對地球戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)施打擊，破壞力巨大它攻擊目標(biāo)的巨大能量主要來源于（）A小型火箭助推動能B與大氣摩擦產(chǎn)生的能量C“上帝之杖”本身

2、的內(nèi)能D下落過程重力勢能轉(zhuǎn)化的動能答案：D解：“上帝之杖”在高空下落過程中，質(zhì)量不變，而感到越來越小，因此其重力勢能越來越小，但它的速度越來越快，因此動能越來越大，在下落過程重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，它獲得的動能越大，破壞力就越強(qiáng)正確選項(xiàng)是D3.甲柴油機(jī)的效率比乙柴油的效率低，這表明（ ）A.甲的功率比乙小 B.甲做的功比乙小C.甲消耗的柴油多 D.甲柴油機(jī)內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的百分比小解析：甲的熱機(jī)效率低，根據(jù)熱機(jī)效率的定義可知，是用來做有用功的那部分能量，即轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的那部分能量，占燃料完全燃燒所放出的能量(即內(nèi)能)的百分比小，所以D項(xiàng)對。二綜合運(yùn)用題1.閱讀下面的短文，回答問題?？諝饽軣崴骺諝?/p>

3、能熱水器(如圖24甲)是吸收空氣的熱能來制造熱水的裝置。其耗能約為電熱水器的四分之一。空氣能屬于可再生的新能源，擁有先天的節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢。圖24乙是空氣能熱水器的工作原理示意圖，它主要由儲水箱、毛細(xì)管、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器等部件組成。制冷劑在毛細(xì)管、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器之間循環(huán)過程與我們所熟悉的電冰箱的制冷循環(huán)過程相同，其工作過程如下：A液態(tài)制冷劑經(jīng)過一段很細(xì)的毛細(xì)管緩慢地進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器迅速汽化，并從空氣中吸收熱能。B制冷劑汽化生成的蒸氣被壓縮機(jī)壓縮后變成高溫高壓的蒸氣進(jìn)入冷凝器。C在冷凝器中，高溫高壓的蒸氣將熱能傳遞給冷水并發(fā)生液化。制冷劑依此不斷循環(huán)流動，使水的溫度不斷上升?？諝?/p>

4、能熱水器有一個很重要的指標(biāo)是能效比，它是指水箱中的水吸收的熱能(Q)與壓縮機(jī)等電器消耗的電能（W）的比值。能效比越高，說明熱水器的制熱效果越好。請回答下列問題：（1）制冷劑在 中汽化，在 中液化。（2）制冷劑在工作循環(huán)過程中，將 中的熱能不斷地“搬運(yùn)”至 中。（3）某品牌空氣能熱水器正常工作時的參數(shù)如下：從表格中的數(shù)據(jù)可知，該空氣能熱水器正常工作1h可產(chǎn)生的熱水的體積為 L。水的比熱容為4.2103J/(kg)；水的密度為1.0103kg/m3答案：（1）蒸發(fā)器；壓縮機(jī)；（2）空氣；水；（3）68解析：根據(jù)能效比3.4可知，空氣能熱水器正常工作1h水箱中的水吸收的熱能(Q)=3.4Pt=3.4

5、0.841033600J=102.8103J。由Q=cmt解得空氣能熱水器正常工作1h可產(chǎn)生的熱水的質(zhì)量m=68kg由=m/V解得空氣能熱水器正常工作1h可產(chǎn)生的熱水的體積為V=68L。2.(2010全國初中應(yīng)用物理知識競賽復(fù)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“20的排量”，卻很少說“功率”，為此小亮特地從網(wǎng)上查到了排量的定義：活塞從上止點(diǎn)移動到下止點(diǎn)所通過的空間容積稱為汽缸排量。如果發(fā)動機(jī)有若干個氣缸，所有氣缸工作容積之和稱為發(fā)動機(jī)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(fā)動機(jī)，排量為2.0L；從網(wǎng)上查找到了其輸出特性曲線（如圖8所示）；小亮又向爸爸詢

6、問了一些實(shí)測數(shù)據(jù)：由于汽車行駛的路況很好，所以平均車速為90kmh，此時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)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46107J/kg，密度為071103kg/m3（1）由這臺發(fā)動機(jī)輸出特性曲線可以看出，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為10005000 r/min范圍內(nèi)，它的輸出功率與轉(zhuǎn)速大致有什么關(guān)系？（2）試通過公式推導(dǎo)出在其他參數(shù)相同時，發(fā)動機(jī)的輸出功率與其排量的關(guān)系。（3）這輛汽車以90kmh行駛時，發(fā)動機(jī)的效率約為多少？每個做功沖程汽缸內(nèi)的平均壓強(qiáng)是約為多少？解析：（1）.由這臺發(fā)動機(jī)輸出特性曲線可以看出在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為10005000r/min范圍內(nèi)，它的輸出功

7、率與轉(zhuǎn)速大致成正比。（2）.設(shè)做功沖程燃?xì)鈱钊钠骄鶋簭?qiáng)為p0，發(fā)動機(jī)排量為V排，做功沖程燃?xì)鈱σ粋€活塞的平均壓力F= p0S，每個做功沖程燃?xì)鈱σ粋€活塞做的功W0=FL= p0SL= p0V排/4發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為n時燃?xì)鈱钊龉Φ墓β蔖=W/t=2np0V排/4= np0V排/2所以，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為n，做功沖程氣缸平均壓強(qiáng)p0大致相同時，燃?xì)鈱钊龉Φ墓β蔖與發(fā)動機(jī)排量V排成正比。（3）. 由這臺發(fā)動機(jī)輸出特性曲線可知，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n=200r/min時，其輸出功率約為37kW。=100%=100%=100%=100%=50.4%。由P= np0V排/2可得p0=1.11106Pa。3.(2

8、009上海初中物理知識競賽復(fù)賽題)在一攪拌機(jī)的容器內(nèi)裝有質(zhì)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(guān)系如圖所示?，F(xiàn)開動電動攪拌機(jī)對該冷卻的水不停地?cái)嚢?，電動機(jī)的功率P為900瓦，其做的功有80%轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能。若不考慮容器的內(nèi)能變化，水最終的溫度是多少？解：攪拌機(jī)每秒鐘使水增加的內(nèi)能：E=Pt=900l0.8J=720J.水吸收熱量Q=E，由Q=cmt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(yīng)的點(diǎn)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

9、秒，作AB的平行線AB與圖線相切，讀出切點(diǎn)P的縱坐標(biāo)，可知水的最終溫度為30。說明根據(jù)作圖的情況，答案在2733均給分。 (4分）4（10分）(2009上海初中物理知識競賽復(fù)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(fā)熱功率及一段時間內(nèi)在量杯中收集到的水的質(zhì)量，根據(jù)能量守恒關(guān)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(nèi)被冷凝和收集的液體質(zhì)量為28.0克；加熱器的功

10、率為100.0瓦時，在300秒時間內(nèi)被冷凝和收集的液體質(zhì)量為4.0克。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，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。 解析：由能量守恒定律知加熱系統(tǒng)產(chǎn)生的功率P=Q+P0.其中m為300秒內(nèi)收集到的水的質(zhì)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(shù)據(jù)可以得到兩個方程：28510-3=Q+P0.10010-3=Q+P0.聯(lián)立解得Q=2.3125106J。5(10分) (2009全國初中應(yīng)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(qū)使用了“分時電（能）表”。下表是采用分時計(jì)費(fèi)前、后電費(fèi)價目表：原電表計(jì)費(fèi)方法分時

11、電表計(jì)費(fèi)方法時間范圍全天高峰期低谷期6：0022：0022：00次日6：00單價(元度)048050030 小明家每天要用電水壺將質(zhì)量為3 kg、初溫為20的水燒開，已知?dú)鈮簽?標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，水的比熱容為4.2103J(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(jì)熱量損失，僅此一項(xiàng)，一個月(以30天計(jì))比原來節(jié)省多少元電費(fèi)?解析：（1）.這些水需要吸收熱量：Q=cm(t2t1)= 4.21033(10020)J=1.0106J。（2）. 1.0106J=0.28度，可以節(jié)省電費(fèi)：0.28(0.480.30)30元=1.5元。6(20

12、09全國初中應(yīng)用物理知識競賽題)在一些農(nóng)村地區(qū)建造的沼氣池，通過將農(nóng)村大量的秸稈、人畜糞便發(fā)酵來獲取沼氣，利用沼氣來燒火做飯，點(diǎn)燈照明。沼氣池的應(yīng)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(huán)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(nóng)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(jìn)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 9U形管壓強(qiáng)計(jì)(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(nóng)戶家燃?xì)庠畹南嚓P(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)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(qiáng)(kPa)2.8 2

13、.01.0 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 Nkg，水的比熱容c水=4.2l03J(kg) （1）根據(jù)圖9所示，通過計(jì)算說明，該農(nóng)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(nóng)戶發(fā)現(xiàn)，沼氣壓強(qiáng)小于燃?xì)庠畹囊蟆榱四鼙M快利用沼氣生火做飯，從物理學(xué)的角度看，可采取哪些措施? （3）若該農(nóng)戶所用的燃?xì)庠钍瞧胀t，通常情況下，普通爐中的右爐單獨(dú)正常工作時，將一壺質(zhì)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?xì)庠畹男蕟栴}談淡你的設(shè)想。解析：（1）.灶前沼氣

14、的壓強(qiáng)p=水gh水=1.0103kg/m310N/kg0.06m=6.0102Pa=0.6kPa因?yàn)閜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(jìn)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(jìn)料口向沼氣池中加適量的熱水，則效果更佳。(3).一般說來，燃?xì)庠钫９ぷ鲿r，燃?xì)獾娜紵呛艹浞值?，我們可以視為燃?xì)馔耆紵?；再把?dāng)時的大氣壓看作是1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。 水吸收的熱量 Q吸=c水m水t水=4.21032.5（10020）J=8.4105J. 燃?xì)庠钏懦龅臒崃?Q放=Pt=4.01031060J=2.4106 右爐燒水的效率=100%=100%

15、=35%。(4.)提高燃?xì)庠顭嵝实脑O(shè)想如下：適當(dāng)選用額定流量較大的爐具以縮短加熱時間，從而縮短向環(huán)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。7、（18分）(2009全國初中應(yīng)用物理知識競賽復(fù)賽題)閱讀資料并回答問題：干濕溫度計(jì)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?jǐn)?shù)表示；飽和氣是指一定溫度下，一定數(shù)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(jì)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(jì)的測溫泡外

16、面裹有被水浸濕的棉紗，這一支溫度計(jì)即為“濕”溫度計(jì)；另一支溫度計(jì)的測溫泡直接裸露在空氣中，這一支溫度計(jì)即為“干”溫度計(jì)。還有一個可根據(jù)干、濕溫度計(jì)的示數(shù)來確定空氣相對濕度的轉(zhuǎn)盤式標(biāo)尺。(1)通常情況下，濕溫度計(jì)的示數(shù)比干溫度計(jì)的示數(shù)稍低一些，這是為什么?(2)轉(zhuǎn)盤式標(biāo)尺由兩個同軸的圓盤組成，其中外盤是固定的，上面標(biāo)有對應(yīng)“濕溫度計(jì)”溫度值的040刻度線及表示相對濕度值的10100刻度線；內(nèi)盤可以繞軸轉(zhuǎn)動，上面標(biāo)有對應(yīng)“干溫度計(jì)”溫度值的040刻度線及“相對濕度”字樣。轉(zhuǎn)動內(nèi)盤，當(dāng)內(nèi)、外盤上的相同溫度值對準(zhǔn)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(jù)以

17、上信息，說明如何根據(jù)干、濕溫度計(jì)的示數(shù)，使用這個轉(zhuǎn)盤式標(biāo)尺來確定出空氣的相對濕度。(3)中午，小宏看到干溫度計(jì)的示數(shù)為26.0，濕溫度計(jì)示數(shù)為22.0。到了晚上，小宏看到干溫度計(jì)的示數(shù)為16.0，濕溫度計(jì)示數(shù)為12.0。請思考并回答：關(guān)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?yàn)橹形绾屯砩蠚鉁夭煌?，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。請你簡要地說明選擇該答案的理由。解答：(1)通常情況下，由于濕棉紗上的水蒸發(fā)吸熱，使?jié)駵囟扔?jì)的測溫泡溫度低于周圍大氣溫度，進(jìn)而濕溫度計(jì)的示數(shù)比干溫度計(jì)的示數(shù)稍低。（2）先

18、分別讀取干、濕兩支溫度計(jì)的示數(shù)t1、t2， 然后轉(zhuǎn)動內(nèi)盤，當(dāng)內(nèi)盤上的溫度值t1與外盤上的溫度值t2對準(zhǔn)時，“相對濕度”的箭頭所指數(shù)值即為相對濕度值。 （3）C 理由如下：中午將內(nèi)盤干溫度計(jì)26刻度轉(zhuǎn)到濕溫度計(jì)22刻度線對齊，內(nèi)盤轉(zhuǎn)過的角度為1，晚上將內(nèi)盤干溫度計(jì)16刻度轉(zhuǎn)到與濕溫度計(jì)12刻度線對齊，內(nèi)盤轉(zhuǎn)過的角度為2，由圖4丙可得，12，所以表示相對濕度的箭頭在中午指示的相對濕度較大。8.（2012全國初中應(yīng)用物理知識競賽復(fù)賽）某小型汽油發(fā)電機(jī)外形如圖1所示，其實(shí)質(zhì)是利用一個汽油機(jī)帶動一個發(fā)電機(jī)來發(fā)電。該發(fā)種電機(jī)銘牌部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示，根據(jù)表中的數(shù)據(jù)求：發(fā)動機(jī)(汽油機(jī))發(fā)電機(jī)型號 XGQF5.0 型號 XGQF5.0 額定功率 8.3kW額定輸出功率 5kW噪聲 73db 額定輸出電壓 220V連續(xù)運(yùn)行時間 8h額定頻率 50Hz 強(qiáng)制水冷四沖程自動電壓保護(hù) 圖1(1)在允許的連續(xù)運(yùn)行時間