专题14 内能的利用 热机-2007-2016十年初中物理竞赛分类解析

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1、一选择题1. （2014 全国初中应用物理知识竞赛）汽车发动机在工作过程中需要冷却。图 5 为汽车发动机的水冷系统工作原理示意图。在汽车发动机正常工作的过程中，图 5 所示有关汽车发动机水冷系统中水流方向以及水泵叶轮转向的示意 图中，正确的是( ) 2. 受高空落物伤人的启示，美军正在研制一种名为“上帝之杖”的太空武器 “上帝之杖”实质就是高密度、耐高温的金属棒，它要依托太空平台的搭载，借助小型火箭助推和高空下 落产生的巨大动能，对地球战略目标实施打击，破坏力巨大它攻击目标的巨大能量主要来源于（ ）A小型火箭助推动能B与大气摩擦产生的能量C “上帝之杖 ”本身的内能D下落过程重力势能转化的动能

2、【参照答案】D【名师解析】：“上帝之杖” 在高空下落过程中，质量不变，而感到越来越小，因此其重力势能越来越小，但它的速度越来越快，因此动能越来越大，在下落过程重力势能转化为动能，它获得的动能越大，破坏力就越强正确选项是 D3.甲柴油机的效率比乙柴油的效率低，这表明（ ）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.甲柴油机内能转化成机械能的百分比小4在四冲程汽油机的工作过程中，机械能转化为内能的冲程是 （ ）A吸气冲程 B压缩冲程 C做功冲程 D排气冲程【参照答案】C【名师解析】机械能转化为内能的冲程是做功冲程，选项 C 正确。二综合运用题1.阅读下面的短文，回答问题。空气能热

3、水器空气能热水器(如图 24 甲)是吸收空气的热能来制造热水的装置。其耗能约为电热水器的四分之一。空气能属于可再生的新能源，拥有先天的节能环保的优势。来源:学科网图 24 乙是空气能热水器的工作原理示意图，它主要由储水箱、毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝器等部件组成。制冷剂在毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝器之间循环过程与我们所熟悉的电冰箱的制冷循环过程相同，其工作过程如下：A 液 态 制 冷 剂 经 过 一 段 很 细 的 毛 细 管 缓 慢 地 进 入 蒸 发 器 ， 在 蒸 发 器 迅 速 汽 化 ， 并 从 空 气 中 吸 收 热 能 。B制冷剂汽化生成的蒸气被压缩机压缩后变成高温高压的蒸气进

4、入冷凝器。C 在冷凝器中，高温高压的蒸气将热能传递给冷水并发生液化。制冷剂依此不断循环流动，使水的温度不断上升。空气能热水器有一个很重要的指标是能效比，它是指水箱中的水吸收的热能(Q)与压缩机等电器消耗的电能（W）的比值。能效比越高，说明热水器的制热效果越好。请回答下列问题：（1）制冷剂在 中汽化，在 中液化。（2）制冷剂在工作循环过程中，将 中的热能不断地“搬运”至 中。（3）某品牌空气能热水器正常工作时的参数如下：从表格中的数据可知，该空气能热水器正常工作 1h 可产生的热水的体积为 L。水的比热容为4.2103J/(kg )；水的密度为 1.0103kg/m32.(2010 全国初中应用

5、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，密度为 0

6、7110 3kg/m3来源:学科网（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？3、（16 分）（2014 全国 初中应用物理知识竞赛复赛）下表所示为某品牌的空调器铭牌上的部分参数，其中 KFRD 表示该空调为家用分体式具有电辅热功能的冷暖空调器请根据表中的数据，回答下面的问题（已知：空气的密度为 1.29kg/m3，空气的比热容取 10

7、3J/（kg）注：空调的电辅热功能有两方面的作用，一是在室外温度不太低时开启电辅热功能可以增加制热量，实现室内温度的快速提升，二是当室外温度很低，空调器的压缩机制热效能过低时，开启电辅热功能可以辅助制热，弥补单纯靠压缩机工作制热量不足的问题XXXKFRD-23GW/Z1 分体式房间空调器电源 IPH220V-50Hz制冷量来源:学科网 ZXXK 2300W制冷运行来源:Z*xx*k.Com额定输入功率 830W制热量 2600W制热运行额定输入功率 780W电热功率 500W（1）如果房间的面积为 15m2，高度为 2.6m，问：如果按照表中的数据工作，该空调器至少多长时间才能将室内的空气由

8、10加热升高 至 20？（2）在（l）中，若室外温度不太低，实际加热时间约为 4.0min，则在利用空调器对室内空气加热的过程中，室内空气向外散热的平均功率约为多少？空调器总共消耗的电能为多少？（3）该空调器在制冷时的额定输入功率为 830W，而它的制冷量却是 2300W，比输入功率还要大，这是为什么？缩机消耗的功率可以小于制冷功率。4、（18 分）（2014 全国初中应用物理知识竞赛复赛）如图所示为油田开采石油的抽油系统，由抽油机、抽油杆和抽油泵等部分组成抽油泵的原理与活塞式抽水机类似；抽油机通过抽油杆，带动抽油泵的活塞上下往复运动，将油层中的原油抽至地面（l）抽油机的结构如图甲所示电动机带

9、动曲柄转动，通过连杆推动游梁和驴头绕支点 O 往复转动驴头的外侧为一段以 O 为圆心的圆弧，它可以确保游梁转动时，上端固定在驴头外侧某一点上的钢丝绳对悬点的拉力始终在同一条竖直线上已知驴头外侧圆弧的半径为 L1，支点 O 到连杆和游梁连接处的（沿游梁方向）长度为 L2游梁和驴头受到的总重力为 G，支点 O 到游梁和驴头的重心的（沿游梁方向）长度为 L3若当驴头通过钢丝绳拉动悬点保持静止、悬点处受到竖直向下的拉力为 F、游梁和水平线的夹角为 时，连杆对游梁的拉力方向竖直向下，请你求出该拉力的大小（2）抽油泵处的示意图如图 2 乙所示抽油泵包括活塞、排出阀、吸入阀、油管等组成部分，请说明抽油泵的工

10、作原理由于油层内的压强，当套管插入油层时，原油的液面会自动上升到一定高度再通过抽油泵，可进一步将原油吸至地面用回声仪可以测出原油液面距地面的深度在套管中插入油管时，需保证抽油泵始终在原油液面之下已知在某油田，地面的回声仪发出声波，t 时间后接收到回声（空气中声速为 v）；所安装的抽油杆的总长度为 l，（单位长度抽油杆的质量为 m），横截面积为 Sl，活塞的横截面积为 S2，原油的密度为 现要将原油抽至地面，抽油杆和活塞匀速上升时，受到的总摩擦阻力为 f1，抽油杆和活塞匀速下 降时，受到的总摩擦阻力为 f2请分别估算当抽油杆匀速竖直向上提升、匀速竖直下降时，悬点处受到竖直向下的拉力（套管和油管中

11、， 原油液面上方的气压相同；地面下的抽油杆长度远大于悬点距地面的高度）向与相对运动方向相反、竖直向上） ，减去油管中的原油对抽油杆的浮力 S1lg故：T 匀速下降 =lmg-f2-S1lg 5、（18 分）（2014 全国初中应用物理知识竞赛复赛）小明乘坐地铁时发现，在地铁离开某一站之后不久，透过地铁的车窗，可以看见黑洞洞的地铁隧道墙壁上出现了一小段动画广告，如图甲所示他很好奇，就上网查到了这种技术的原理：事先用电脑制作好一段动画，再通过软件将动画的每一帧画面逐列的以一定的时间间隔发送到一根长约 1m 的 LED（半导体发光二极管）显示柱上，每根显示柱约有 600 个 LED，如图乙所示，每根

12、显示柱只接收同一幅画面的信号地铁列车通过时同步感应器驱动显示柱同步发光，随着列车以某个速度行驶，由于视觉暂留效应（人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视 觉形象并不立即消失，而是会保留约十分之一秒，视觉的这一现象称为“视觉暂留”），就会在人眼中形成一幅幅静止的具有一定宽度的静止画面，每个显示柱形成的略有变化的画面在掠过乘客眼中时，就会像放电影一样形成一小段动画广告了试根 据以上数据估算：（1）假如要在乘客眼前形成流畅的动画，需要在地铁车窗外每秒出现 24 幅宽度约 90cm 的画面，列车的速度应该是多少 km/h？（2）要想展示一个 20s 的动画广告，

13、每两站之间一共需要多少个 LED 显示柱？（3）如果某时刻乘客发现动画的画面向车行的前方缓慢移动，是因为实际车速与设计的速度相比偏大还是偏小？（4）若每个 LED 的耗电功率为直流 0.03W，假设将交流电转化为直流电时的效率为 80%，某条地铁线路一共有 16 个站点（含起点与终点站），地铁经过每个相邻站间均有 20s 的动画广告，每天每根 LED 显示柱均累计工作 2h，则这条双向的地铁隧道中，仅 LED 显示柱发光每天就会消耗多少 kWh 的电能？（4）每两站之间的 LED 消耗的直流电功率：P 直流 =0.03W600480=8640W。消耗的交流电功率：P 交流 = = W=1080

14、0W=10.8kW。直 流 8640.交流总功率：P 总 =10.8kW(16-1)2=324kW。每天消耗的电能 W= P 总 t=324kW2h=648kWh。学科网3.(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？4（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

15、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。5(10 分) (2009 全国初中应

16、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 分时电表计费方法高峰期 低谷期时间范围 全天6：0022：00 22：00次日 6：00单价(元度) 048 050 030小明家每天要用电水壶将质量为 3 kg、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 4.2103J(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?【名师解析】：（1）.这些水需要吸收

17、热量：Q=cm( t2t1)= 4.21033(10020)J=1.0106J。（2）. 1.010 6J=0.28 度，可以节省电费：0.28(0.480.30)30 元=1.5 元。学科网6(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 9U

18、 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左：3.6 左：3.6普通炉右：4.0额定热流量（kW)单炉 4.0组合炉右：3.6取 g=10 Nkg ，水的比热容 c 水 =4.2l03J(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

19、?（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 2.5 kg、温度为 20的水烧开，耗时约 10 min。试估算右炉烧水的效率。（4） 请你就如何提高燃气灶的效率问题谈淡你的设想。【名师解析】：（1）.灶前沼气的压强 p= 水 gh 水 =1.0103kg/m310N/kg0.06m=6.0102Pa=0.6kPa因为 p0.5kPa，因此可以使用这个沼气池中的沼气来正常烧火做饭。7、（18 分）(2009 全国初中应用物理知识竞赛复赛题 )阅读资料并回答问题：干湿温度计是一种既能测量空气温度，又能测量空气相对湿度的常用测量仪器(某一温度下，空气

20、中水蒸气量与该温度下饱和水蒸气量的比值叫做该温度下的空气相对湿度，以百分数表示；饱和气是指一定温度下，一定数量空气中所能最大限度容纳的水蒸气量)。如图 4 甲所示，仪器上有两支相同的温度计并列地安装在同一刻度板上(图 4 乙为其背面 )，其中一支温度计的测温泡外面裹有被水浸湿的棉纱，这一支温度计即为“湿”温度计；另一支温度计的测温泡直接裸露在空气中，这一支温度计即为“干”温度计。还有一个可根据干、湿温度计的示数来确定空气相对湿度的转盘式标尺。(1)通常情况下，湿温度计的示数比干温度计的示数稍低一些，这是为什么?(2)转盘式标尺由两个同轴的圆盘组成，其中外盘是固定的，上面标有对应“湿温度计” 温

21、度值的 040 刻度线及表示相对湿度值的 10100 刻度线；内盘可以绕轴转动，上面标有对应“干温度计”温度值的 040刻度线及“相对湿度” 字样。转动内盘，当内、外盘上的相同温度值对准时，“相对湿度”的箭头正好指向100，表明空气的相对湿度为 100，如图 4 丙所示。请你根据以上信息，说明如何根据干、湿温度计的示数，使用这个转盘式标尺来确定出空气的相对湿度。(3)中午，小宏看到干温度计的示数为 26.0，湿温度计示数为 22.0。到了晚上，小宏看到干温度计的示数为 16.0，湿温度计示数为 12.0。请思考并回答：关于中午和晚上空气的相对湿度，以下说法正确的是( )A中午和晚上空气的相对湿

22、度相同B因为中午和晚上气温不同，所以无法比较中午和晚上空气相对湿度的大小C中午空气的相对湿度大。D晚上空气的相对湿度大。请你简要地说明选择该答案的理由。8.（2012全国初中应用物理知识竞赛复赛）某小型汽油发电机外形如图1所示，其实质是利用一个汽油机带动一个发电机来发电。该发种电机铭牌部分数据如下表所示，根据表中的数据求：图 1(1)在允许的连续运行时间内，发电机以额定功率输出，能够提供的电能是多少度? (2)己知汽油的热值是 q=4.6l07J/kg，密度是 0.71103kg/m3，设该汽油机的效率为 35%，则该汽油发电机油箱的容积至少需要多大? (3)汽油发电机将内能转化为电能的效率是

23、多少?6 分或9 (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？发动机(汽油机) 发电机型号 XGQF5.0 型号 XGQF5.0

24、额定功率 8.3kW 额定输出功率 5kW噪声 73db 额定输出电压 220V连续运行时间 8h 额定频率 50H z 强制水冷四冲程 自动电压保护10(10 分) （2015 上海初中物理竞赛复赛题）在工业以及科研中为解决机器的过热问题，除通过空气自然散热之外，还采用 水冷却技术，其原理是将冷水注入与机器接触的水冷管，冷水吸热舞温后被排出，使机器工 作温度保持稳定。现有一台输入功率 P、效率为 的发动机，为使其在室温为 t 的环境下正 常工作时不能过热，每秒扶水冷管入口处通入体积为 V、温度为 t 的冷水，出口处的水温为 T。假设该发 动机的总散热面积为 S，其中与水冷管接触的面积为 S1

25、，其余部分与空气接触，且空气接触部分只能带走按面积分配的 25的热量，余下热量全部由水冷管带走。求该发动机正常工作时，S 1 与 S 的比值。(己知水的比热容为 c，密度为 )11 （16 分） （2015 全国初中应用物理知识竞赛复赛）某校科技小组为培育某种热带植物制作了一个小型温室，其内部有一个恒温的加热器。当温室外温度为 10时，温室内温度为 22；当温室外温度为 16时,温室内温度为 27;假定温室内加热器与室内间、室内与室外间的热量传递均与温度差成正比。（1）求该温室中加热器的温度；（2）为节省能源，科技小组的同学对该温室进行了适当的保温改造，使室内向室外热传递的热量减少了20%。那

26、么，当室外温度为 10的情况下，求室内温度。【名师解析】：（1）设加热器的温度为 t，温室内加热器与室内间传递的热量与温度差的比例系数为 k1，室内与室外间传递的热量与温度差的比例系数为 k2，第一种情况时有：k 1（t-22 ）= k 2（22-10） ；第二种情况时有：k 1（t-27 ）= k 2（27-16） ；解得：t=82，k 2/ k1=5。（2）设室内温度为 t，则有：（1-20%）k 1（82- t ）= k 2（t-10） ；解得：t=27.5 。学科网12、 （11 分）(2016 全国初中应用物理知识竞赛 )2015 年 4 月 16 日，中国首创的十秒级闪充电车在宁波

27、正式下线，如图 14 所示。这种电车采用超级电容（一种可以直接以电能形式储存能量的设备，像蓄电池一样也有正、负两极）作为电能存储设备。这种超级电容安全环保，可反复充放电 100 万次以上，使用寿命长达十年。与该车相匹配的充电桩安装在各公交站点，充电粧在乘客上下车的约 30s 时间里即可把电充满，并可让车持续正常行驶 5 km 以上。在制动和下坡时，电车还可以把部分动能再转化为电能为超级电容充电。 若假设这种电车的质量（满载，含乘客）为 m=15t;正常匀速行驶时，电车受到的平均阻力 f 为车重 G的 0.02 倍；正常匀速行驶时的速度为 v=10m/s。 （取 g=10N/kg)求:1这种电车正常匀速行驶时的功率 P 行 。2若这种电车每次充满电后持续正常行驶 5km，正常匀速行驶时的效率为 行 =90%。试估算，每次充满电，电车从充电桩所获得的能量 E。3若每次给这种电车充满电须耗时 t=30s。试估算，充电桩为电车充电时的输出功率 P 出 。4若按电价 0.5 元/kWh 来计算，则每次充电需花费电费多少元？与之同样功能的燃油公交车百公里油耗约为 36L，燃油价格按 5.5 元/L 来计算，同样行驶 5km 需花费燃油费多少元？