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全国初中物理竞赛热机专题解析:内能利用与热机原理,十年试题精编

2025-11-17 15:43:37综合与其它0

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1. 在四冲程汽油机工作进程之中,存在机械能向着内能转化的冲程,那个转化为内能的冲程是 ( ),选项包含A吸气冲程、B 压缩冲程、C做功冲程、D 排气冲程,答案:C,对其解析为:机械能转化成为内能的冲程被称作是做功冲程,而且选项C是正确 ; 2. 受到高空落下物件伤人所带来启示这件事,美军时下正在着手研制一种被称作是“上帝之杖”的太空武器装置,“上帝之仗此物体本身真正内在实质就是具有高密度性能、同时还能耐住更高温度的金属棒模样物品;这种物体它主要要依靠依托搭建在太空平台那上面,还要再借助使用助推功效的小型火箭和高空高速落落从而产生巨大让一般物件都承受不了的动能,采用这种条件下的动能去针对地球战略目标落实战略谋划打击行为,其产生对于人们的杀伤这种破坏能力堪称非常强大,而且巨大。对其攻击导致效果这个目标产生得巨大能量主要来源是(  ),来源涉及A选项小型火箭用来施展助推动达到增加的能动这个能量B选项与大气相互摩擦从而生成产生的能量C选项 “上帝之杖”物体本身具有的能够用来工作的内部含有能量D选项下落过程之中的重力势能转化转换成为的具有运动形态状态的能,答案:D,对此进行解释为:“上帝之杖”在高空区域里从高向低降落进程之中,物体内在基本组成的质量是保持不再变化,仅仅只是物体所处位置高度感到是越来越低,因此其对应的重力具有势头能感到是也是越来越小,但是它在下落过程之中的速度却是越来越快,因此物体本身具有的发生动过程的能感到是越来越大,在下落这个过程之中重力具有产生势头的能转化转换成为物体具有发生动过程的能,因为采用这种力的转化,它获得的物体具有发生动过程的能越大,对于人们杀伤破坏能力就越强导致毁灭打击就越强。正确选项是D ; 3. 甲柴油机的工作效率比乙柴油的工作效率要低,这一情况表明( ),选项涉及A情况甲的功率比乙小B情况甲做的功比乙小C情况甲消耗的柴油数量多D情况甲柴油机内部含有能量转化转变成机械能的所占实际有效的百分比小,解析为: 甲的热机工作效率低贝语网校,依据热机工作效率的定义可以知道可得,是用来做出有用工作从而转换成为机械能的那部分能量,也就是在工作进程之中转化转变成机械能的那部分能量,占燃料完全燃烧之后所释放出来最终产生的能量(也就是内能)的所占实际有效的百分比小,所以D项是对的 。P4C物理好资源网(原物理ok网)

二.综合运用题,1.阅读下面的短文,然后回答问题,空气能热水器装置有空气能热水器,如图24甲所示,它是吸收空气的热能来制造热水的装置,这种装置耗能约为电热水器的四分之一,其中空气能属于可再生的新能源,具有先天的节能环保的优势。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、冷凝器等部件构成,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一样,它的工作过程如下: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,并且从空气中吸收热能。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,致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,表明热水器的制热效果越好。请回答下列问题:(1)制冷剂在蒸发器中汽化,在冷凝器中液化。(2)制冷剂在工作循环过程中,将空气中的热能不断地“搬运”至水中。(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。P4C物理好资源网(原物理ok网)

表示水的比热容的数值是4.2乘以10的3次方焦耳每千克摄氏度 ,表示水的密度的数值是1.0乘以10的3次方千克每立方米 。P4C物理好资源网(原物理ok网)

答案:(1)蒸发器,压缩机;(2)空气,水;(3)68, 解析: 1. 根据能效比3.4可知,空气能热水器正常工作一小时,水箱中的水吸收的热能(Q)等于3.4乘以Pt, 2. 其中Pt为3.4乘以0.84乘10的3次方再乘以3600J,因此Q等于102.8乘10的3次方J, 3. 由Q等于cmt可解得,空气能热水器正常工作一小时可产生的热水的质量m为68kg, 4. 由ρ等于m/V可解得,空气能热水器正常工作一小时可产生的热水的体积为68L, 5. 最后可得,空气能热水器正常工作一小时可产生的热水的体积为68L, 6. 2.(2010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的时候,总是说“2.0的排量”,却很少说“功率”, 7. 那么为此小亮特地从网上查到了排量的定义, 8. 什么是排量呢,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, 9. 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, 10. 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, 11. 同样从网上查找到了其输出特性曲线(如图8所示), 12. 然后小亮又向爸爸询问了一些实测数据, 13. 由于汽车行驶的路况很好,所以平均车速为90km/h,此时发动机转速为/min,平均行驶百公里油耗为9L, 14. 从物理书上查得汽油的热值为4.6×10の7J/kg,密度为0.71×10の3kg/m三次方, 15. (1).由这台发动机输出特性曲线可以看出,在发动机转速为1000~5000 rev/min范围内,它的输出功率与转速大致有什么关系?(2).尝试经由公式去推导出,在其他参数保持相同的状况下,发动机的输出功率跟其排量之间的关系。P4C物理好资源网(原物理ok网)

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(3),这辆汽车以90千米每小时的速度行驶之际,发动机的效率大约是多少呢,每个做功冲程汽缸内的平均压强大概是多少呢 ?首先,解析如下:其一,由这台发动机输出特性曲线能够看出,在发动机转速处于1000~5000r/min这个范围内 , 它的输出功率和转速大概成正比 ;其二,设做功冲程燃气对活塞的平均压强是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为F = p0S ,每个做功冲程燃气对一个活塞做的功是W0 = FL = p0SL = p0V排/4 ,发动机转速为n时燃气对活塞做功的功率是P = W/t = 2n·p0V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大致相同的情况下 ,燃气对活塞做功的功率P与发动机排量V排成正比 ;其三,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 ,η = ×100% = ×100% = ×100% = ×100% = 50.4% ,由P = np0V排/2可得p0 = = 1.11× 。(2009上海初中物理知识竞赛复赛题)然后,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 。P4C物理好资源网(原物理ok网)

若不考虑容器的内能变化,水最终的温度是多少℃?首先,说一下搅拌机每秒钟让水增加的内能,其计算方式为:E=Ptη ,这里P是功率,t是时间,η是效率 ,即E = 900×1×0.8J ,算出来是720J。水吸收的热量Q等于这个增加的内能。再由公式Q = cmt可知,通过这个Q的值可以算出这些能量能使水升高的温度 ,这里c是比热容,m是质量 ,算出来t = =℃ = 0.343℃ 。之后只需在图里找到水冷却的时候温度随时间变化的快慢等同于0.343℃/秒的位置,这个位置对应的点所表示的温度就是水的最终温度。接着在图中作出直线AB ,要使沿AB的温度变化快慢等于0.343℃/秒 ,再作AB的平行线A'B'与图线相切 ,然后读出切点P的纵坐标 ,就能知道水的最终温度是30℃ 。最后说明一下根据作图的情况 ,答案在27℃~33℃都给分 。 再看另一个内容 ,如图所示的装置 ,它能够测定每千克I00 ℃的水 ,在大气压下汽化成100 ℃的水蒸气所需要吸收的热量Q 。该装置的测量原理如下 :用加热器让水沸腾 ,汽化后的水蒸气通过凝聚器液化后会被收集在量杯中 ;测量加热器的发热功率以及一段时间内在量杯中收集到的水的质量 ,依据能量守恒关系就可求出Q的值。这个汽化装置工作时的散热功率是恒定不变的 ,不过散热功率的值是未知的 。在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;当加热器的功率为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。P4C物理好资源网(原物理ok网)

依据上述数据,求取每千克处于100℃的水于大气压下汽化成100℃水蒸气时所需吸纳的热量Q ,解析如下:由能量守恒定律知晓加热系统所产生的功率P等于Q加上P0 。其中m是300秒内收集到的水的质量,Q为每千克l00摄氏度的水汽化所需吸收的热量,P0是损失的功率,利用表格中的数据能够得出两个方程:285乘以10的负3次方等于Q加P0,100乘以10的负3次方等于Q加P0.联立求解可得到Q等于2.3125乘以10的6次方J :(10分) (2009全国初中应用物理知识竞赛题)为了缓解处在用电高峰之际电力紧张的矛盾,我国一些地区运用了 “分时电(能)表” 下表格是采用分时计费之前以及之后的电费价目表:原电表计费方式分时电表计费方式时间范围全天高峰期低谷期6:00至22:0022:00至次日6:00单价(元/度)0.480.500.30 小明家每日都要用电水壶去把质量是3 kg、起始温度为20℃的水烧开,已知气压为1标准大气压,水的比热容为人4.2乘以10的3次方J/(kg·℃)求取: 。这些水被烧开需要吸收多少热量? (2).使用分时电表之后,小明家把烧水时间安排在低谷期,若不计算热量损失,仅这一项,以一个月(按照30天计算)会比原来节省多少元电费? 解析:(1).这些水需要吸收热量:Q等价于cm乘以(t2减去t1)等于4.2乘以10的3次方乘以3再乘以(100减去20)是Q。等于乘以1.0乘以10的6次方J。P4C物理好资源网(原物理ok网)

(2). 1.0乘以10的6次方焦耳等于0.28度,能够节省电费:0.28乘以括号0.48减去0.30括号乘以30元等于1.5元6(2009全国初中应用物理知识竞赛题)。在一些农村区域建造的沼气池,借助把农村大量的秸秆、人畜粪便进行发酵来获取沼气,利用沼气来烧火做饭,点灯照明。沼气池的应用,不但使上述资源得以更好地利用,同时也给生活带来了诸多便利,让环境得以改善。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.贮气室全国初中物理知识应用,7.沼气压力显示器,8.总阀门,9.U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、人工沼气不同,灶前压强(kPa)分别为2.8、2.0、1.0、0.5,额定热流量(kW),普通炉左:3.6,组合炉左:3.6,右与左不同,右:4.0、可以是右与单个炉不同,右:3.6、单炉4.0。取g等于10N/kg,水的比热容c水等于4.2乘以10的3次方J/(kg·℃)。(1).根据图9所示,经过计算说明,该农户此时能不能使用这个沼气池中的沼气来正常烧火做饭?(2).有一天,该农户发觉,沼气压强小于燃气灶的要求。P4C物理好资源网(原物理ok网)

以物理学角度而言,为能尽快借助沼气生火做饭,究竟能够采取哪些措施呢 (3) 倘若该农户所使用的燃气灶属于普通炉 一般情况下 普通炉里的右炉单独正常运作时 把一壶质量是2.5千克 温度为20℃的水烧至沸腾 耗费时间大约为10分钟 试着估算一番右炉烧水的效率 (4) 请你就怎样提高燃气灶的效率问题讲讲你的设想 解析 (1)灶前沼气的压强p等于ρ水gh水 也就是1.0×103kg/m3×10N/kg×0.06m 结果是6.0×102Pa 换算后为0.6kPa 由于p大于0.5kPa 所以能够使用这个沼气池里的沼气来正常烧火做饭 (2)能够采取的措施有 通过进料口向沼气池中加水 加料 或者向水压池中加水等 要是通过进料口向沼气池中加入适量的热水 那么效果会更佳 (3)通常来讲 燃气灶正常工作时 燃气燃烧是比较充分的 我们可看作燃气完全燃烧 再把当时的大气压视为1标准大气压 水吸收的热量Q吸等于c水m水t水 即4.2×103×2.5×(100—20)J 得出8.4×105J 燃气灶所放出的热量Q放为Pt相等 也就是4.0×103×10×60J 结果是2.4×106 右炉烧水的效率η等于乘以100% 等于乘以100% 等于35% (4.)提高燃气灶热效率的设想如下 适当选用额定流量较大的炉具 以此来缩短加热时间 进而缩短向环境散热时间 以此减少热损失 及时清除水壶底部的水垢 以此加快热传递 烧水时 水壶最好加盖。P4C物理好资源网(原物理ok网)

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干、湿温度计是一种常用测量仪器,它既能测量空气温度,又能测量空气相对湿度 ,某一温度下,空气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全国初中物理知识应用,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 ,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 ,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”温度值的0~40刻度线及表示相对湿度值的10~100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0~40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 。P4C物理好资源网(原物理ok网)

根据上述给定的那些信息,来说明怎样依据干、湿温度计所显示的示数,去运用这个转盘式标尺来确定出空气的相对湿度,有特定的步骤。中午的时候,小宏看到干温度计所显示的示数是26.0℃,而湿温度计所显示的示数为22.0℃。到了晚上,小宏又看到干温度计所显示的示数变为16.0℃,湿温度计所显示的示数为12.0℃。针对上述两种情况,请思考并回答:①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度相同B.因为中午和晚上气温不同,所以没办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②请你简要地阐述选取该答案的理由解答:(1) 通常状况下,由于湿棉纱上面的水会蒸发从而吸收热量,致使湿温度计的测温泡温度低于周围大气温度,进而使得湿温度计的示数比干温度计的示数稍微低一些 (2) 要先分别去读取干、湿两支温度计的示数t1、t2, 接着转动内盘,当内盘上的温度值t1与外盘上的温度值t2对准的时候,“相对湿度”的箭头所指向的那个数值就是相对湿度的值 (3)①C ②理由如下:中午的时候要把内盘干温度计26℃刻度转到与湿温度计②2℃刻度线对齐,内盘转过的角度是θ1,晚上的时候要把内盘干温度计16℃刻度转到与湿温度计12℃刻度线对齐,内盘转过的角度是θ2,由图4丙能够得出,θ₁<θ₂,所以表示相对湿度的箭头在中午指示的相对湿度会比较大。P4C物理好资源网(原物理ok网)

8.(2012全国初中应用物理知识竞赛复赛)某小型汽油发电机,其外形如图1所示,它的实质是利用一个汽油机去带动一个发电机来进行发电,该种发电机铭牌的部分数据如下表所示,依据表中的数据来求:发动机(汽油机),发电机型号为XGQF5.0,发动机型号同样是XGQF5.0,额定功率是8.3kW,额定输出功率为5kW,噪声是73db,额定输出电压为220V,连续运行时间是8h,额定频率为50Hz,具备强制水冷四冲程以及自动电压保护,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?172教学网,(2)已知汽油的热值是q = 4.6×l07J/kg,密度是0.71×103kg/m3,设该汽油机的效率为35%,那么该汽油发电机油箱的容积至少需要多大?172教学网,(3)汽油发电机将内能转化为电能的效率是多少?解析:(1)发电机能够提供的电能W电 = P电t = 5kW×8h = 40kW·h,……3分,(2)汽油机的效率………4分,所以油箱的最小容积:3分,(3)汽油发电机将内能转化为电能的效率…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,并且使各汽缸的做功过程错开。P4C物理好资源网(原物理ok网)

曲轴跟飞轮相连接,飞轮每次转动半周之际,有一个汽缸处于做功状态,其他三个汽缸分别在进行吸气、压缩以及排气工作,现有一台四缸发动机,其主要技术指标列于如下表格之中,其中排量等同于四个汽缸工作容积的总计数额,汽缸工作容积是活塞的面积与活塞上下运动的距离(也就叫做冲程长)的乘积,转速指的是每分钟飞轮所转动的周数,求: (1)飞轮每转动半周的时候,发动机做功是多少? (2)要是在做功冲程当中,燃气对活塞压强能够视作恒压,那么压强是多大?解答:(9分)该发动机,每秒钟所做的功为:W1等于P乘t,其中P(功率)为120千焦每秒钟 ,曲轴每秒钟完成的转数是6000除以60等于100 转 ;而飞轮每完成转动半圈这个过程里,发动机所做的功为W,其值等于600J ;每个气缸的工作容积是V,V等于0.5L,每个进行了做功冲程的过程中,气体所做的功为W, W等于p乘以V,也就是p乘0.5L,其结果等于600焦,由此可以得出p的值为1.2乘以106帕 。P4C物理好资源网(原物理ok网)

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