歷屆初中物理競(jìng)賽內(nèi)能與內(nèi)燃機(jī)

1、最近十年初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽題分類解析專題14-內(nèi)能的利用熱機(jī)選擇題在四沖程汽油機(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。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(tái)的搭載，借助小型火箭助推和高空下落產(chǎn)生的巨大動(dòng)能，對(duì)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 小型火箭助推動(dòng)能與大氣摩擦產(chǎn)生的能量“上帝之杖本身的內(nèi)能下落過程重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化的動(dòng)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

2、越小，因此其重力勢(shì)能越來越小，但它的速度越來越快，因此動(dòng)能越來越大，在下落過程重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，它獲得的動(dòng)能越大，破壞力就越強(qiáng).正確選項(xiàng)是D.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(duì)。綜合運(yùn)用題1.閱讀下面的短文，回答問題。空氣能熱水器空氣能熱水器如圖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?？諝饽軐儆诳稍偕男履茉矗瑩碛?/p>

3、先天的節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。圖24乙是空氣能熱水器的工作原理示意圖，它主要由儲(chǔ)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：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。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(dòng)，使水的溫度不斷上升?？諝饽軣崴饔幸粋€(gè)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

4、熱效果越好。請(qǐng)回答以下問題：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(shí)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(zhǎng)。水的比熱容為x103J/kg?。；水的密度為x103kg/m3答案：1蒸發(fā)器；壓縮機(jī)；2空氣；水；3 68解析：根據(jù)能效比可知，空氣能熱水器正常工作1h水箱中的水吸收的熱能Q=xPt=XX103X3600J=X103J。由Q=cmAt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p =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。圖8復(fù)在的小

5、活空有2.2010全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽賽題小亮家有一輛家用轎車，爸爸給他說車的性能時(shí)，總是說“2. 0排量，卻很少說“功率，為此亮特地從網(wǎng)上查到了排量的定義：塞從上止點(diǎn)移動(dòng)到下止點(diǎn)所通過的間容積稱為汽缸排量。如果發(fā)動(dòng)機(jī)假設(shè)十個(gè)氣缸，所有氣缸工作容積之稱為發(fā)動(dòng)機(jī)排量。從說明書上查到：小亮家的汽車采用的是LFX圖8復(fù)在的小活空有2.0L；從網(wǎng)上查找到了其輸出特性曲線如圖8所示；小亮又向爸爸詢問了一些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù):由于汽車行駛的路況很好，所以平均車速為90km / h，此時(shí)發(fā)動(dòng)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4. 6X107J/kg,密度為0. 71X

6、103kg/m3.由這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出特性曲線可以看出，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為10005000r/min范圍內(nèi)，它的輸出功率與轉(zhuǎn)速大致有什么關(guān)系？.試通過公式推導(dǎo)出在其他參數(shù)相同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率與其排量的關(guān)系。.這輛汽車以90km/h行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率約為多少？每個(gè)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(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出特性曲線可以看出在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為10005000r/min范圍內(nèi)，它的輸出功率與轉(zhuǎn)速大致成正比。.設(shè)做功沖程燃?xì)鈱?duì)活塞的平均壓強(qiáng)為0,發(fā)動(dòng)機(jī)排量為V排，做功沖程燃?xì)鈱?duì)一個(gè)活塞的平均壓力F=PoS,每個(gè)做功沖程燃?xì)鈱?duì)一個(gè)活塞做的功W0=FL=P0SL=P0V排/4發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n

7、時(shí)燃?xì)鈱?duì)活塞做功的功率P=W/t=2n -PQV排/4=()V排/2所以，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n,做功沖程氣缸平均壓強(qiáng)Po大致相同時(shí)，燃?xì)鈱?duì)活塞做功的功率P與發(fā)動(dòng)機(jī)排量k排成正比。.由這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出特性曲線可知，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=200r/min時(shí)，其輸出功率約為37kW。PsPsn= 有 X 100%=奏 X100%100% 100%=%。%Q放%0汽油p油匕油2 p由 P=npoy 排/2 可得Po= = X 106Pa。%3.(2009上海初中物理知識(shí)競(jìng)賽復(fù)賽題)在一攪拌機(jī)的容器內(nèi)裝有質(zhì)量m為千克的水，把水加熱到70C后讓其在室溫下自動(dòng)冷卻。其溫度隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖所示?，F(xiàn)開動(dòng)電動(dòng)攪拌機(jī)對(duì)該冷卻

8、的水不停地?cái)嚢?，電?dòng)機(jī)的功率P為900瓦，其做的功有80%轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能。假設(shè)不考慮容器的內(nèi)能變化，水最終的溫度是多少。C?解：攪拌機(jī)每秒鐘使水增加的內(nèi)能：E=Ptn =900 xlx=720J.水吸收熱量Q=E,由Q=cmAt可知，這些能量可以使水溫度升高：仁Q =理 C =0.343ocm 4.2 x103 x 0.5只需在圖中找出水冷卻時(shí)溫度隨時(shí)間變化的快慢等于0.343P/秒的位置，對(duì)應(yīng)的點(diǎn)所表示的溫度即為水的最終溫度。在圖中作直線人8,使沿AB的溫度變化快慢等于0.343P/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 J說明根據(jù)作圖的情況，答案在27

9、P33P均給分。4分4 10分2009上海初中物理知識(shí)競(jìng)賽復(fù)賽題如圖所示的裝置，可以測(cè)定每千克I00。如勺水，在大氣壓下汽化成100 P的水蒸氣所需吸收的熱量Q。該裝置的測(cè)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(cè)量加熱器的發(fā)熱功率及一段時(shí)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(gè)汽化裝置工作時(shí)的散熱功率恒定不變，但散熱功率的值未知。測(cè)得加熱器的功率為瓦時(shí)，在300秒時(shí)間內(nèi)被冷凝和收集的液體質(zhì)量為28.0克；加熱器的功率為瓦時(shí)，在300秒時(shí)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100C的水在大氣壓下汽化成100 C的

10、水蒸氣所需吸收的熱量Q。m解析：由能量守恒定律知加熱系統(tǒng)產(chǎn)生的功率P=Q+Po.t其中m為300秒內(nèi)收集到的水的質(zhì)量，Q為每千克100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(gè)方程：285x10-3=專另 Q+Po.100X10；=也03 Q+Po.300聯(lián)立解得Q=x106j。5. 10分2009全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽題為了緩解用電高峰電力緊張的矛盾，我國(guó)一些地區(qū)使用了 “分時(shí)電能表。下表是采用分時(shí)計(jì)費(fèi)前、后電費(fèi)價(jià)目表：原電表計(jì)費(fèi)方法分時(shí)電表計(jì)費(fèi)方法時(shí)間范圍全天高峰期低谷期6： 0022： 0022： 00-次日 6： 00單價(jià)元/度0. 480. 500.

11、30小明家每天要用電水壺將質(zhì)量為3 kg、初溫為20P的水燒開，已知?dú)鈮簽?標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，水的比熱容為X103J / kg C。求：1.這些水被燒開需要吸收多少熱量?.使用分時(shí)電表后，小明家把燒水時(shí)間安排在低谷期，假設(shè)不計(jì)熱量損失，僅此一項(xiàng)，一個(gè)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(t2-t!)= x 103 X 3 X (100-20)J= X 106JO(2) .X106J=度，可以節(jié)省電費(fèi)：X X30元=元。6(2009全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)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

12、明。沼氣池的應(yīng)用，不僅使上述資源得以更好的利用，同時(shí)也給生活帶來了諸多便利，使環(huán)境得以改善。這是一個(gè)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(jiǎn)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9. U形管壓強(qiáng)計(jì)(里面裝有染成紅色的水)10.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)額定熱流量(kW)普通爐左：組合爐左：右：右：?jiǎn)螤t取g=10N / kg,水的比熱容c水=Xl03J / (kg C).根據(jù)圖9所示，通過

13、計(jì)算說明，該農(nóng)戶此時(shí)能否使用這個(gè)沼氣池中的沼氣來正常燒火做飯？.有一天，該農(nóng)戶發(fā)現(xiàn)，沼氣壓強(qiáng)小于燃?xì)庠畹囊?。為了能盡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？.假設(shè)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(shí)，將一壺質(zhì)量為2.5 kg、溫度為20P的水燒開，耗時(shí)約10min。試估算右爐燒水的效率。.請(qǐng)你就如何提高燃?xì)庠畹男蕟栴}談淡你的設(shè)想。解析：(1).灶前沼氣的壓強(qiáng) P= P 水gh 水=X 103kg/m3X 10N/kgX0.06m=X 102Pa=因?yàn)镻,因此可以使用這個(gè)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

14、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(shí)，燃?xì)獾娜紵呛艹浞值模覀兛梢砸暈槿細(xì)馔耆紵?；再把?dāng)時(shí)的大氣壓看作是1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。水吸收的熱量Q吸或水m水心水=X103XX(10020) J=X105J.燃?xì)庠钏懦龅臒崃縌放迎比X103X10X60J= X 106右爐燒水的效率邛=吸 X 100%= 8.4X105 X100%=35%。Q放2.4 x 106(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(shí)間，從而縮短向環(huán)境散熱時(shí)間，以減少熱損失；及時(shí)清除水壺底部的水垢，以加快熱傳遞；燒水時(shí)，水壺最好

15、加蓋。7、(18分)(2009全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)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(cè)量空氣溫度，又能測(cè)量空氣相對(duì)濕度的常用測(cè)量?jī)x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(duì)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(cè)溫泡外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(cè)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(gè)可根據(jù)十、濕溫度計(jì)的示數(shù)來確定空氣相對(duì)濕度的轉(zhuǎn)盤式標(biāo)尺。

16、.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？.轉(zhuǎn)盤式標(biāo)尺由兩個(gè)同軸的圓盤組成，其中外盤是固定的，上面標(biāo)有對(duì)應(yīng)“濕溫度計(jì)溫度值的040刻度線及表示相對(duì)濕度值的10100刻度線；內(nèi)盤可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，上面標(biāo)有對(duì)應(yīng)“干溫度計(jì)溫度值的040刻度線及“相對(duì)濕度字樣。轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)盤，當(dāng)內(nèi)、外盤上的相同溫度值對(duì)準(zhǔn)時(shí)，“相對(duì)濕度的箭頭正好指向100，表明空氣的相對(duì)濕度為100%,如圖4丙所示。請(qǐng)你根據(jù)以上信息，說明如何根據(jù)干、濕溫度計(jì)的示數(shù)，使用這個(gè)轉(zhuǎn)盤式標(biāo)尺來確定出空氣的相對(duì)濕度。.中午，小宏看到干溫度計(jì)的示數(shù)為26.0P，濕溫度計(jì)示數(shù)為22.0P。到了晚上，小宏看到干溫度計(jì)的示數(shù)為16.0C，

17、濕溫度計(jì)示數(shù)為12.0P。請(qǐng)思考并回答：關(guān)于中午和晚上空氣的相對(duì)濕度，以下說法正確的是()中午和晚上空氣的相對(duì)濕度相同因?yàn)橹形绾屯砩蠚鉁夭煌詿o法比較中午和晚上空氣相對(duì)濕度的大小中午空氣的相對(duì)濕度大。晚上空氣的相對(duì)濕度大。請(qǐng)你簡(jiǎn)要地說明選擇該答案的理由。解答：.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(cè)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。.先分別讀取十、濕兩支溫度計(jì)的示數(shù)。、如然后轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)盤，當(dāng)內(nèi)盤上的溫度值t與外盤上的溫度值勿對(duì)準(zhǔn)時(shí)，“相對(duì)濕度的箭頭所指數(shù)值即為相對(duì)濕度值。C理由如下：中午將內(nèi)盤干溫度計(jì)26P刻度轉(zhuǎn)到濕溫度計(jì)22C刻度線對(duì)齊，內(nèi)盤轉(zhuǎn)過

18、的角度為。1,晚上將內(nèi)盤干溫度計(jì)16P刻度轉(zhuǎn)到與濕溫度計(jì)12C刻度線對(duì)齊，內(nèi)盤轉(zhuǎn)過的角度為。2,由圖4丙可得，65，所以表示相對(duì)濕度的箭頭在中午指示的相對(duì)濕度較大。8. (2012全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)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(gè)汽油機(jī)帶動(dòng)一個(gè)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(dòng)機(jī)(汽油機(jī))發(fā)由機(jī)型號(hào)額定功率額宗輸出功率5kW噪聲73db額定輸出電壓220Vi車?yán)m(xù)送行時(shí)間8h額宋頻率50Hz強(qiáng)制水冷四沖程自動(dòng)電壓保護(hù)圖1在允許的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，發(fā)電機(jī)以額定功率輸出，能夠提供的電能是多少度？己知汽油的熱值是q=xl07J/kg，密度是x103kg/m3，設(shè)該汽油機(jī)的效率為35%，則該汽油發(fā)電機(jī)油箱的容積至少需要多大？汽油發(fā)電機(jī)將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能的效率是多少?解析：(1)發(fā)電機(jī)能夠提供的電能W電=尸電5kWx8h=40kWh3分(2)汽油機(jī)的效率門二有用 二軍4分。放 pyq所以油箱的最小容積:=20.9 x 10 一3 m3=20.9L 3 分=20