1、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TkSQ.图所示，长度分别为 L1、L 2，导热系数分别为 k1、k 2，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L1L 2=12，k 1k 2=32，则在稳定状态下，D 处的温度
2、为 （ ）A375 开B360 开C350 开D325 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140-kSTQtL于长度为 L2 的细棒， ，联立解得 T=375K，选项 A 正确。230kSQtL.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，
3、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=cmT从以上两式可以解得 Pt=cm(T2-T1+2T)m= = kg=2.0kg。21PtcT350124.+.【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
4、，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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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 。若使物体温度均匀升高，则 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， 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
10、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)45 (B)4 (C)35 (D)39.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
11、，初始水温为 T2，则有 mc（T 1T210）=Mc10, mc（T 1T216）=（M+m ） c6, mc（T 1T216 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
12、，“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 4.2108 J 热量， 可 使 的水从 20 加 热 至 60 。 水的比热容为 4.2103kg/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
13、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 0.9103 kg/m3,冰 的 熔 化 热3.33105J/kg。底 面 积 为 1m2、 厚度为 30 米的冰山质量为 m=Sh= 0.9103 kg/m31m230m=2.7104 kg， 熔化 需 要 热 量 Q=qm=3.33105J/kg2.7104 kg=9109 J，由 98 瓦/米 2n2436001m=9109 J 解得 n=1
14、062 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 2628kPa。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
15、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
16、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，
17、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
18、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 97C，比热容 4.2103J/(kg);肉片的质量为 0.2kg，初温22，比热容 3.5l03J/( 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 2 min 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
19、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=cmt 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。-t肉 肉 肉汤 汤 3.510.28-4972.(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
20、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 。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
21、数据，求水的汽化热 （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+m。根据题意可得：U 1I1t1= P 散 t1+m1；U2I2t2= P 散 t2+m2；代入数据，解得：=2.2510 6J/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
22、 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“20 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90kmh，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 4610 7J/kg，密
23、度为 0 71103kg/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 10005000 r/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 90kmh 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 10005000r/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=2np0V 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。= 100%= 100%= 100%= 100%=50.4%。W有总 PtQ放svqm汽 油 PsvqV汽 油 油 油由 P= np0V 排 /2 可得 p0= =1.11106Pa。2n排
