歷屆全國初中物理競賽內(nèi)能及內(nèi)燃機

1、-. z.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 熱機一選擇題1在四沖程汽油機的工作過程中，機械能轉(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：機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的沖程是做功沖程，選項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)略目標實施打擊，破壞力巨大它攻擊目標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

2、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，破壞力就越強正確選項是D3.甲柴油機的效率比乙柴油的效率低，這說明 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.甲柴油機內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機械能的百分比小解析：甲的熱機效率低，根據(jù)熱機效率的定義可知，是用來做有用功的那局部能量，即轉(zhuǎn)化成機械能的那局部能量，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項對。二綜合運用題1.閱讀下面的短文，答復(fù)以下問題?？諝饽軣崴骺諝饽軣崴?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

3、水器的四分之一?？諝饽軐儆诳稍偕男履茉?，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、毛細管、蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器等部件組成。制冷劑在毛細管、蒸發(fā)器、壓縮機、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)過程一樣，其工作過程如下：A液態(tài)制冷劑經(jīng)過一段很細的毛細管緩慢地進入蒸發(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壓縮后變成高溫高壓的蒸氣進入冷凝器。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。空氣能熱水器有一個很重要的指標是能效比，它是指水箱中的水吸收的熱能(Q)與

4、壓縮機等電器消耗的電能W的比值。能效比越高，說明熱水器的制熱效果越好。請答復(fù)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至中。3*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；2空氣；水；368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=3.40.841033600J=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=68

5、kg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：活塞從上止點移動到下止點所通過的空間容積稱為汽缸排量。如果發(fā)動機有假設(shè)干個氣缸，所有氣缸工作容積之和稱為發(fā)動機排量。從說明書上查到：小亮家的汽車采用的是LF*直列四缸發(fā)動機，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；小亮又向爸爸詢問了一些實測數(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)動機轉(zhuǎn)速為2000r/min，平均行駛百公里油耗

6、為9L；從物理書上查得汽油的熱值為46107J/kg，密度為071103kg/m31由這臺發(fā)動機輸出特性曲線可以看出，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為10005000 r/min*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)一樣時，發(fā)動機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)動機的效率約為多少？每個做功沖程汽缸內(nèi)的平均壓強是約為多少？解析：1.由這臺發(fā)動機輸出特性曲線可以看出在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為10005000r/min*圍內(nèi)，它的輸出功率與轉(zhuǎn)速大致成正比。2.設(shè)做功沖程燃氣對活塞的平均壓強為p0，發(fā)動機排量為V排，做功沖程燃氣對一個活塞的平均壓力F= p0S，每個做功沖程

7、燃氣對一個活塞做的功W0=FL= p0SL= p0V排/4發(fā)動機轉(zhuǎn)速為n時燃氣對活塞做功的功率P=W/t=2np0V排/4= np0V排/2所以，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為n，做功沖程氣缸平均壓強p0大致一樣時，燃氣對活塞做功的功率P與發(fā)動機排量V排成正比。3. 由這臺發(fā)動機輸出特性曲線可知，發(fā)動機轉(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.(2009*初中物理知識競賽復(fù)賽題)在一攪拌機的容器內(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)系如下列圖

8、?，F(xiàn)開動電動攪拌機對該冷卻的水不停地攪拌，電動機的功率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？解：攪拌機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秒，作AB的平行線AB與圖線相切，讀出切點P的縱坐標，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410分(2009

9、*初中物理知識競賽復(fù)賽題)如下列圖的裝置，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

10、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)為了緩解用電頂峰電力緊*的矛盾，我國一些地區(qū)使用了分時電能表。下表是采用分時計費前、后電費價目表：原電表計費方法分時電表計費方法時間*圍全天頂峰期低谷期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

11、，氣壓為1標準大氣壓，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，假設(shè)不計熱量損失，僅此一項，一個月(以30天計)比原來節(jié)省多少元電費解析：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：0.28(0.480.30)30元=1.5元。6(2009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

12、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形管壓強計(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 該農(nóng)戶家燃氣灶的相關(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(kPa)2.8 2.01.0 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，通過計算說明，該農(nóng)

13、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)，沼氣壓強小于燃氣灶的要求。為了能盡快利用沼氣生火做飯，從物理學的角度看，可采取哪些措施 3假設(shè)該農(nóng)戶所用的燃氣灶是普通爐，通常情況下，普通爐中的右爐單獨正常工作時，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請你就如何提高燃氣灶的效率問題談淡你的設(shè)想。解析：1.灶前沼氣的壓強p=水gh水=1.0103kg/m310N/kg0.06m=6.0102Pa=0.6kPa因為p0.5kPa，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：通過進料口向沼氣池中加水、加料或

14、向水壓池中加水等。如果通過進料口向沼氣池中加適量的熱水，則效果更佳。(3).一般說來，燃氣灶正常工作時，燃氣的燃燒是很充分的，我們可以視為燃氣完全燃燒；再把當時的大氣壓看作是1標準大氣壓。 水吸收的熱量 Q吸=c水m水t水=4.21032.510020J=8.4105J. 燃氣灶所放出的熱量 Q放=Pt=4.01031060J=2.4106 右爐燒水的效率=100%=100%=35%。(4.)提高燃氣灶熱效率的設(shè)想如下：適中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；及時去除水壺底部的水垢，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

15、知識競賽復(fù)賽題)閱讀資料并答復(fù)以下問題：干濕溫度計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(*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，以百分數(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，儀器上有兩支一樣的溫度計并列地安裝在同一刻度板上(圖4乙為其反面)，其中一支溫度計的測溫泡外面裹有被水浸濕的棉紗，這一支溫度計即為濕溫度計；另一支溫度計的測溫泡直接裸露在空氣中，這一支溫度計即為干溫度計。還有一個可根據(jù)干、濕溫度計的示數(shù)來確定空氣相對濕度的轉(zhuǎn)盤式標尺。(1)通常情況下，濕溫度計的示數(shù)比干溫度計的示

16、數(shù)稍低一些，這是為什么(2)轉(zhuǎn)盤式標尺由兩個同軸的圓盤組成，其中外盤是固定的，上面標有對應(yīng)濕溫度計溫度值的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，上面標有對應(yīng)干溫度計溫度值的040刻度線及相對濕度字樣。轉(zhuǎn)動內(nèi)盤，當內(nèi)、外盤上的一樣溫度值對準時，相對濕度的箭頭正好指向100，說明空氣的相對濕度為100，如圖4丙所示。請你根據(jù)以上信息，說明如何根據(jù)干、濕溫度計的示數(shù)，使用這個轉(zhuǎn)盤式標尺來確定出空氣的相對濕度。(3)中午，小宏看到干溫度計的示數(shù)為26.0，濕溫度計示數(shù)為22.0。到了晚上，小宏看到干溫度計的示數(shù)為16.0，濕溫度計示數(shù)為12.0。請思考并答復(fù)：= 1 * G

17、B3關(guān)于中午和晚上空氣的相對濕度，以下說法正確的選項是( )A中午和晚上空氣的相對濕度一樣B因為中午和晚上氣溫不同，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。= 2 * GB3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)駵囟扔嫷臏y溫泡溫度低于周圍大氣溫度，進而濕溫度計的示數(shù)比干溫度計的示數(shù)稍低。2先分別讀取干、濕兩支溫度計的示數(shù)t1、t2，然后轉(zhuǎn)動內(nèi)盤，當內(nèi)盤上的溫度值t1與外盤上的溫度值t2對準時，相對濕度的箭頭所指數(shù)值即為相對濕度值。3= 1 * GB3C = 2 * GB3理由如下：中午將內(nèi)盤干溫度計

18、26刻度轉(zhuǎn)到濕溫度計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16刻度轉(zhuǎn)到與濕溫度計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*小型汽油發(fā)電機外形如圖1所示，其實質(zhì)是利用一個汽油機帶動一個發(fā)電機來發(fā)電。該發(fā)種電機銘牌局部數(shù)據(jù)如下表所示，根據(jù)表中的數(shù)據(jù)求：發(fā)動機(汽油機)發(fā)電機型號*GQF5.0 型號*GQF5.0 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)運行時間8h額定頻率50Hz 強制水冷四沖程自動電壓保護 圖1(1)在允許的連續(xù)運行時間內(nèi)，發(fā)電機以額定功率輸出，能夠提供的電能是多少度(2)己知汽油的熱值是q=4.6l07J/kg，密度是0.71103kg/m3，設(shè)該汽油機的效率為35%，則該汽油發(fā)電機油箱的容積至少需要多大(3)汽油發(fā)電機將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能的效率是多少解析：1發(fā)電機能夠提供的電能W電=P電t=5kW8h=40kWh3分2汽油機的效率4分所以油箱的最小容積：3分3汽油發(fā)電機將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能的效率6分或9 (2009*初中物理知識競賽復(fù)賽題)圖為四缸發(fā)動機工作原理：內(nèi)燃機通過連桿把四個汽缸的活塞連在一根曲 軸上，并使各汽缸的做功過程錯開。曲軸與飛輪相連，飛輪每轉(zhuǎn)動半周，有一個汽缸