备战中考物理备考之热学问题压轴培优篇附答案.docx
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备战中考物理备考之热学问题压轴培优篇附答案
一、初中物理热学问题求解方法
1.某工厂科研人员研制生产的四冲程汽车专用柴油发动机,采用了很多新技术,这种柴油发动机有8个气缸,活塞面积为12000mm2,活塞行程为135mm,当转速为2500r/min时,发动机功率为220kW,最低油耗可达260g/(kW·h),(1kW·h=3.6×106J),柴油的热值为4.3×107J/kg。
请回答下列问题:
(1)该柴油发动机的效率最高可达多少?
(2)在做功冲程中气缸内的平均压强是多少?
【答案】
(1)32.2%;
(2)8.15×105Pa。
【解析】
【详解】
(1)每1kW·h耗油260g,完全燃烧释放热量为:
Q放=mq=0.26kg×4.3×107J/kg=1.118×107J
W=1kW·h=3.6×106J
故柴油发动机的效率最高可达:
(2)单缸四冲程柴油机一个工作循环包括四个冲程,飞轮转两周,对外做功一次,由于转速为2500r/min,合
,则一个气缸每秒做功次数为:
则该柴油机每秒做功次数为:
该柴油机的功率:
所以,做功冲程中的平均压强为:
答:
(1)柴油发动机的效率最高可达32.2%;
(2)在做功冲程中气缸内的平均压强是8.15×105Pa。
2.
(1)如图甲是探究“冰在熔化时温度变化规律”实验,图乙是根据实验数据画出的图象。
由图乙可知,冰在熔化过程持续吸热,温度_____(选填“升高”、“不变”或“降低”),冰是_____(选填“晶体”或“非晶体”);第6分钟时冰处于_____(选填“固态”、“液态”或“固液共存态”)。
(2)小云用如图所示装置探究水的沸腾。
组装实验器材时,应按照_____的顺序(选填“自上而下”或“自下而上”);实验室现有:
A.水银温度计(﹣20℃~120℃);B.酒精温度计(﹣80℃~60℃);C.体温计;D.寒暑表等不同种类的温度计,本实验应选用的温度计是_____(选填“A”、“B”、“C”或“D”);实验中小云观察到水在沸腾前和沸腾时水中气泡的上升情况不同,如图甲、乙所示。
表示沸腾前气泡上升情况的是图_____(选填“甲”或“乙”)。
【答案】不变晶体固液共存自下而上A甲
【解析】
【详解】
(1)[1][2]从图乙可以看到冰在熔化过程,从第2min到第8min,温度保持不变,由此可以知道冰是晶体;
[3]第6min时,冰的温度还是不变,此时有一部分冰已经熔化成水,但没有全部熔化,应该处于固液共存态;
(2)[4]组装实验器材时,应按照自下而上的顺序组装,因为不能确定温度计的具体高度是多少;
[5]本实验应选用的温度计是水银温度计,因为水沸腾时,温度能达到100℃,酒精温度计最高温度只能是60℃,体温计、寒暑表这两个量程也不够大;
[6]水沸腾前,温度不均匀,烧杯上面的水温度较低,下面的水温度较高,下面的热气泡上升遇上低温的水时,一部分会液化成水,那么气泡会变小,故表示沸腾前气泡上升情况的是图甲。
3.某综合实践活动小组在制作一个医用冷藏盒时,不知道给药品降温用冰好,还是盐水结成的冰好?
他们动手测量了盐水的凝固点。
(1)小明和小红分别通过实验得到了盐水的凝固图像如图所示,则小明所测盐水的凝固点是_______℃;
(2)他们同时发现所测得盐水凝固点并不相同,于是对比了双方实验过程,发现烧杯中装水都是200mL,小明加了1汤匙的盐,而小红加了3汤匙的盐,由此作出猜想:
盐水的凝固点与盐水的浓度有关。
接着多次实验得出不同浓度盐水的凝固点,数据记录如下表:
盐水浓度(%)
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
36
凝固点(℃)
0
-2
-4
-6
-8
-11
-15
-18
-17
-1.8
-0.4
0
分析表格中数据可知,当盐水浓度增大时,其凝固点__________;
(3)小明由表格数据得到盐水浓度为21%时凝固点最低,其值为﹣18℃,你认为他的判断准确吗?
_____(选填“准确”或“不准确”),你判断的理由是__________;
(4)在测量浓度为21%的盐水凝固点时,某一时刻测得盐水温度如图所示,则此时该盐水处于______态;
(5)你认为给冷藏盒中药品降温最好选用_____(选填冰或适当浓度盐水结成的冰)。
【答案】-4先变小,后变大不准确当浓度是22%、23%时,其凝固点又是多少,这个不确定固态适当浓度盐水结成的冰
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]从图中可以看到,小明所测盐水的图像在第3min到第8min,温度保持不变,温度大小是-4℃,即小明所测盐水的凝固点是-4℃。
(2)[2]从表中数据可以看到,当盐水浓度增大时,其凝固点是先变小,后变大的。
(3)[3][4]这个判断不准确;因为当浓度是22%、23%时,其凝固点又是多少,这个不确定。
(4)[5]从图中可以看到,盐水温度是-28℃,而浓度为21%的盐水凝固点是-18℃,这个温度比凝固点还要低,说明盐水已经完全凝固了,是固态。
(5)[6]药品要在0℃以下存放,要求所选的物质熔点在0℃以下,冰的熔点是0℃,盐冰的熔点是低于0℃,所以冷藏盒中应选用盐水冰块。
4.图甲是小强在标准大气压下用50g冰做“探究冰熔化时温度的变化规律”的实验装置,图乙是他根据记录的数据绘制的温度随时间变化规律的图像。
[c水=4.2×103J/(kg·℃)]
(1)实验中,冰熔化的时间为___________min。
(2)由图乙可知,冰在熔化过程中吸收热量,温度不变,内能____(选填“增大”、“减小”或“不变”),冰在熔化过程吸收的热量为_________J。
(3)试管中的冰完全熔化后,若持续加热,当烧杯中的水沸腾时,试管中的液体_________选填“会”或“不会”)沸腾。
【答案】4增大3.15×103不会
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]由图象可知,实验中冰从2min开始熔化,6min熔化完毕,故冰熔化的时间是4min。
(2)[2]由图象可知,冰在熔化过程中吸收热量,温度不变,因继续吸热,所以内能增大。
[3]50g冰熔化成水,因为质量是不变的,所以水的质量也是50g,在6∼10min内,水的温度升高了15℃,则在6∼10min内水吸收的热量为
由题知物质在相同的时间内吸收的热量是相同的,而冰的熔化过程用时也是4min,所以冰熔化过程中吸收的热量为
(3)[4]当烧杯中的水沸腾后,尽管不断吸热,但烧杯中的水温度不再升高,保持水的沸点温度不变;试管中的水从大烧杯中吸热,温度达到水的沸点后,就和烧杯中的水的温度一样,就不能从烧杯中继续吸热,这时虽然达到了沸点,但不能继续吸收热量,所以试管中的水不会沸腾。
5.在探究热现象的实验中,小明用烧杯、试管、温度计、圆底烧瓶等器材进行了如下实验.
(1)小明用图甲所示的装置“探究冰熔化时温度的变化规律”,根据实验数据绘制了温度随时间变化的图象,如图乙所示,比较图乙中BC段与CD段可知,该物质在BC段处于__________(选填“固态”“液态”或“固液共存”)状态,此过程中物质的温度______(选填“增加”“减少”或“不变”)
(2)在“观察水的沸腾”的实验中:
①装如图丙的实验装置时,对M、N两个铁圈高度的定位,_______(选填:
需要/不需要)点燃酒精灯,先固定铁圈_________(选填M或N),再固定另一铁圈的高度;
②你指出图丙中实验操作错误之处是___________,改正错误后,继续实验.当水温升高到90℃时,每隔1min记录一次水的温度,直到水沸腾后再持续几分钟为止.数据记录如表:
时间/min
0
1
2
3
4
5
6
7
8
温度/℃
90
92
94
98
98
98
98
98
③第3min温度计示数如图丁所示,此时水的温度是_____℃;上面戊图中的______(填“a”或“b”)是水在沸腾时的情况;
④在沸腾过程中,温度将_______(填“升高”、“降低”或“不变”),有同学认为为了方便读出温度计的示数,将温度计从沸水中拿出来进行观察读数,则会导致所测温度偏________(填“高”或“低”);
(3)生活中使用的电烙铁的烙铁头是一种合金.所谓合金就是不同金属(也包括一些非金属)在熔化过程中形成的一种融合物或冷却后的固态.如表列出了几种金属的熔点和沸点(在标准大气压下),其中难以与表中其他金属形成合金的是__________________.
金属
铁
铜
锌
银
金
熔点/℃
1535
1083
419.5
962
1064
沸点/℃
2750
2567
907
2212
2807
【答案】固液共存不变需要N温度计的玻璃泡碰到了容器底部96a不变低锌
【解析】
【详解】
(1)[1]该物质在BC段处于固液共存状态,是熔化过程;
[2]晶体熔化过程中,继续吸热,但温度不变,内能增加;
(2)①[3][4]因要使酒精灯的外焰正好能给烧杯加热,所以需要先点燃酒精灯,组装实验仪器时,应根据酒精灯及其火焰的高度先固定铁圈N,再固定铁圈N上面的部分,这样可以避免重复调整;
②[5]由图知,温度计的玻璃泡接触了烧杯的底部,会导致测量结果偏高;
③[6]温度计的分度值是1℃,此时是零上,液柱上表面对准了90℃上面第6个小格处,读作96℃;
[7]a中气泡在上升过程中,体积逐渐增大,是因为水沸腾时上下温度一致,气泡在深度大的水中受到的压强比在深度小的水中受到的压强大造成的,所以是沸腾时的现象,b中气泡在上升过程中体积逐渐减小,是因为下面的水比上面的水温度高,热胀冷缩的缘故,所以是沸腾前的现象.
④[8]液体沸腾时,不断吸收热量,温度保持不变;
[9]温度计从水中取出读数,由于空气温度低于液体温度,所以示数会下降,导致所测温度偏低;
(3)[10]由于金属锌的沸点低,小于其它金属的熔点,因此锌和其它金属无法完成液态时混合.
6.为检测某汽车发动机的工作性能,现使汽车在平直公路上从静止开始做直线运动,保持发动机输出功率恒定为6×104W,汽车行驶过程中所受阻力大小不变,其v-t图像如图所示,在第10s末开始匀速行驶,经测试,消耗5.8kg的汽油可以使汽车匀速行驶53.36km,汽油完全燃烧放出的热量40%用来驱动汽车行驶,(汽油的热值为4.6×107J/kg),在检测过程中。
(1)前10s发动机做多少功?
(2)汽车受到的阻力多大?
(3)汽车匀速行驶的速度多大?
【答案】
(1)6×105J;
(2)2000N;(3)30m/s。
【解析】
【详解】
(1)前10s发动机做的功
W=Pt=6×104W×10s=6×105J;
(2)5.8kg的汽油完全燃烧放出的热量
Q=mq=5.8kg×4.6×107J/kg=2.668×108J,
牵引力做的功
W1=Qη=2.668×108J×40%=1.0672×108J,
牵引力
F=
=2000N,
汽车在该平直的公路上匀速行驶时,汽车受到的阻力与牵引力是一对平衡力,大小相等,阻力
f=F=2000N;
(3)汽车的功率
P=
=Fv,
汽车匀速行驶的速度
v=
=30m/s。
答:
(1)前10s发动机做功6×105J;
(2)汽车受到的阻力是2000N;
(3)汽车匀速行驶的速度30m/s。
7.李明有一只温度计,虽然它的玻璃管的内径和刻度都是均匀的,但标度却不准确,它在冰水混合物中的读数是﹣7℃,在沸水中的读数是103℃。
(1)这只温度计1格表示的温度是是多少?
(保留一位小数)
(2)当它指示温度是15℃时,实际温度是多少?
(3)当它实际气温是45℃时指示温度是多少?
【答案】
(1)0.9℃;
(2)20℃;(3)42.5℃
【解析】
【详解】
(1)该温度计的分度值
是:
(2)当它指示温度是15℃时,实际温度
是:
(3)当它实际气温是45℃时,指示温度
时,则有:
解得
答:
(1)这只温度计1格表示的温度是0.9℃
(2)当它指示温度是15℃时,实际温度是20℃
(3)当它实际气温是45℃时指示温度是42.5℃
8.如图所示,放置在水平地面上的两个均匀实心正方体A和B,物体A、B的边长分别为0.1米和0.2米。
物体A的密度为4×103千克/米3,物体B的质量为10千克。
求:
(1)物体A的质量mA。
(2)物体B对水平地面的压力FB。
(3)在保持物体A、B原有放置方式不变的情况下,现将物体A、B各自沿水平方向在上部切去质量为△m的一部分,使剩余部分对水平地面的压强相等,求切去的质量△m。
【答案】
(1)4千克
(2)98牛(3)2千克
【解析】
【详解】
(1)物体A的质量:
mA=ρAVA=4×103kg/m3×(0.1m)3=4kg;
(2)物体B对水平地面的压力FB等于物体重力大小:
FB=GB=mBg=10kg×9.8N/kg=98N;
(3)A物体的底面积:
SA=(0.1m)2=0.01m2,
B物体的底面积:
SB=(0.2m)2=0.04m2,
将物体A.B各自沿水平方向在上部切去质量为△m的一部分,
根据p=
,由于物体对水平地面的压力等于剩余部分的重力,因剩余部分对水平地面的压强相等,故有:
=
,
即:
=
,
整理后有:
=
,
代入已知量:
=
,
故切去的质量:
△m=2kg.
答:
(1)物体A的质量mA为4kg
(2)物体B对水平地面的压力FB为98N;
(3)在保持物体A.B原有放置方式不变的情况下,现将物体A.B各自沿水平方向在上部切去质量为△m的一部分,使剩余部分对水平地面的压强相等,切去的质量△m=2kg.
9.为了比较甲乙两种液体的吸热能力,某同学设计了以下实验:
a.在两个同样的烧杯中,分别装入等体积的甲乙两种液体
b.用温度计分别测出甲乙两种液体的初温
c.在两个烧杯中分别装入功率相同的电热器,且加热时间相同
d.用温度计分别测出甲乙两种液体的末温
(1)在上述a、b、c、d四个实验步骤中,步骤a存在错误,该步骤中错误的内容应改为_____;
(2)步骤c中“加热时间相同”是为了使甲乙两种液体__________;
(3)更正步骤a中的错误后.得到如图所示的甲乙两种液体的温度随时间变化的关系图象.若将液体甲和液体乙加热相同的时间,则液体__________温度升高得快,甲乙两种液体比热容的大小关系是
__________
.
【答案】装入等质量的甲乙两种液体吸收的热量相同甲<
【解析】
【详解】
(1)[1]依题意,比较甲乙两种液体的吸热能力,根据吸收热量的公式Q=cm△t可知,实验需要采用控制变量法,控制甲乙的质量,故在两个同样的烧杯中,分别装入等体积的甲乙两种液体是不合理的,应当装入等质量的甲乙液体;
(2)[2]吸收热量的多少可以用加热时间的长短来体现出来,相同的热源在相同的时间内放出的热量相等,为了比较两种液体的吸热能力,应当控制加热时间,所以步骤c加热时间相同是为了使两种液体吸收相等的热量;
(3)[3]甲、乙两种液体质量和初温都相同,观察图象可知:
在相同时间内温度变化较大的是甲;
[4]因使用的是相同的“电热器”加热,所以在相同时间内甲、乙两种液体吸收的热量相同;根据
可知,在两种液体质量相等,吸收的热量相同时,当升高温度越大,它的比热容就越小,所以c甲<c乙。
10.某款电磁炉广告称该款电磁炉的热效率可达65%以上,具有节能、高效的特点。
在一次综合实践活动中,“好奇”小组想测量该款电磁炉的加热效率以验证其广告的准确性,于是他们找来一台全新的电磁炉,包装盒中产品参数数据如下表所示:
(1)若电磁炉正常工作20min,刚好将锅内5kg、20℃的水,加热到80℃,求此电磁炉烧水时的效率[已知c水=4.2×103J/(kg·℃)];
(2)小明家装有如图乙所示的电能表,某个时间段,仅有此电磁炉工作,在3min内电能表表盘转了210圈,求此时电磁炉的实际功率。
【答案】
(1)70%;
(2)1400W
【解析】
【分析】
(1)知道水的质量、水的比热容、水温度的变化,利用吸热公式求水吸收的热量;已知电磁炉正常工作时的功率和通电时间,利用
计算消耗的电能;水吸热为有用的能量,电流消耗的电能为总的能量,据此求电磁炉的效率。
(2)若仅有此电磁炉工作时观察电能表,在3min内电能表表盘要转了210圈,利用电能表的参数“3000r/(kW·h)”求电磁炉工作3min消耗的电能;利用
求电磁炉的实际功率。
【详解】
(1)水吸收的热量
电磁炉正常工作20min,消耗的电能
则此电磁炉烧水时的效率
(2)3min内电路中消耗的电能
电磁炉的实际功率
答:
(1)此电磁炉烧水时的效率是70%;
(2)此时电磁炉的功率为1400W。
11.水是人类生存环境的重要组成部分。
水的三种状态分别是冰、水和水蒸气。
以下关于水的说法错误的是()
A.相同质量0℃水的体积大于0℃冰的体积
B.相同质量0℃水的内能大于0℃冰的内能
C.水蒸气很容易被压缩,说明气体分子之间的距离很远,几乎没有作用力
D.今年12月11日我县第一次出现霜林尽染的美景,说明气温已经低于0℃
【答案】A
【解析】
【详解】
A.根据
和
得质量相同的0℃水的体积小于0℃冰的体积,故A错误,符合题意;
B.0℃水放热凝固成相同质量的0℃冰,所以相同质量0℃水的内能大于0℃冰的内能,故B正确,不符合题意;
C.水蒸气很容易被压缩,说明气体分子之间的距离很远,几乎没有作用力,故C正确,不符合题意;
D.霜是水蒸气遇冷凝华而成的,在标准大气压下水的凝固点是0℃,而霜的形成需要的温度更低,所以霜的形成,说明气温已经低于0℃,故D正确,不符合题意。
12.将一杯热水倒入盛有一些冷水的容器中,冷水的温度升高了10℃,这是通过______的方式改变了冷水的内能。
又向容器内倒入同样一杯热水,冷水的温度又升高了6℃。
如果再向容器内倒入同样三杯热水,则冷水温度可再升高______℃(不计热量损失)。
【答案】热传递9
【解析】
【分析】
【详解】
[1]热水倒入冷水中,热水放出热量,冷水吸收热量,冷水温度升高,是通过热传递的方式改变冷水的内能。
[2]热水倒入冷水中,热水放出的热量等于冷水吸收的热量,设一杯的热水质量为m,初温为t,冷水的质量为m0,由热平衡方程可得第一次加入热水时
第二次加入热水时
两式相减得
,代入解得
。
若再加入同样三杯热水,设升高的温度为
,则
解得
。
13.国家“学生饮用奶计划”交流会在福建省福州市召开,如所示是一种学生饮用奶,它的净含量为200mL,若它的密度为1.25×103kg/m3,比热容为4.0×103J/(kg·℃),冬天饮用时把它从10℃加热到40℃需要吸收_____J的热量;在加热过程中,温度升高,内能_____(选填“增加”或“降低”)。
【答案】3×104增加
【解析】
【分析】
【详解】
[1]牛奶的体积为
牛奶的质量为
牛奶吸收的热量
则牛奶吸收的热量为3×104J。
[2]在加热牛奶的过程中,牛奶因为吸收热量,所以内能增加。
14.如图所示,在大玻璃瓶与小玻璃瓶内各装入适量的水,将小瓶瓶口向下放入大瓶,使小瓶恰好悬浮。
塞紧大瓶瓶塞,用气筒向大瓶内打气,小瓶会_____(选填“下沉”、“上浮”或“继续悬浮”);继续打气直到瓶塞跳起,此过程中的能量转化与四冲程汽油机的________冲程相同。
【答案】下沉做功
【解析】
【分析】
【详解】
[1]由题意可知,小瓶相当于一个“浮沉子”,其原理为:
用气筒向大瓶内打气,大瓶内水面上方气压增大,将压强传递给水,水被压入小瓶中,将小瓶中的空气压缩,这时小瓶里进入一些水,其重力增加,大于它受到的浮力,就向下沉。
[2]当瓶塞跳起时,此过程大瓶上方的气体对瓶塞做功,大瓶内气体的内能减少,瓶塞的机械能增大,即内能转化为机械能,又因为汽油机的做功冲程的能量转化也是内能转化为机械能,所以此过程中的能量转化与四冲程汽油机的做功冲程相同。
15.当水烧开时,我们会看到水蒸气将壶盖项起,从能量转化的角度看,这与四冲程汽油机的_________冲程的能量转化相同,若某单缸四冲程汽油机飞轮的转速为
,则此汽油机每秒钟对外做功____________次。
【答案】做功10
【解析】
【详解】
[1]水蒸气将壶盖项起,从能量转化的角度看,这是水蒸气内能转化为壶盖的机械能,四冲程汽油机的做功冲程也是把内能转化为机械能。
[2]由题意可知,飞轮的转速为
即每秒钟飞轮转数是20r,飞轮转两转,汽油机经历一个工作循环,对外做功1次,那么此汽油机每秒钟对外做功次数是10次。
16.质量相等的两金属块A和B长时间放在沸水中,将它们从沸水中取出后,立刻分别投入甲、乙两杯质量和温度都相同的冷水中.不计热量损失,当甲、乙两杯水的温度不再升高时,发现甲杯水的温度低于乙杯水的温度,两杯水吸收的热量Q甲____Q乙,两金属块比热容cA____cB(均选填“>”“<”或“=”)
【答案】<<
【解析】
【详解】
[1]当甲、乙两杯水的温度不再升高时,达到热平衡,金属块的末温等于水的末温,因为此时甲杯水的温度低于乙杯水的温度,所以金属块A的末温比金属块B的末温低;两金属块使水温升高,甲杯水的温度低于乙杯水的温度,则甲杯水升高的温度小,而两杯水的质量相同,由Q吸=cmΔt可知甲杯里的水比乙杯里的水吸收的热量少,即
Q甲<Q乙;
[2]两金属块都从沸水中取出、初温t相同,对于金属块A来说有:
cAmA(t-tA)=c水m水(tA-t水初)…①
对于金属块B来说有:
cBmB(t-tB)=c水m水(tB-t水初)…②
因水的质量相同,由①②得到
tA<tB,
tA-t水初<tB-t水初,
故
cA(t-tA)<cB(t-tB),
由于
t-tA>t-tB,
所以
cA<cB.
17.用两个相同的电热水器给质量同为1.5kg的甲物体和水加热,他们的温度随加热时间的变化关系如图所示,据此判断甲物体10min吸收的热量为()
A.0.63×105JB.0.9×105J
C.1.89×105JD.3.78×105J
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
由图象可知:
用两个相同的电热器给质量相同的物质甲和水加热,水温度升高60℃需要20min,甲物质加热10min吸收的热量与水加热10min吸收的热量的热量相同,且水10min所吸收热量为20min吸收热量的一半,即
故选C。
18.甲、乙两容器中装有质量相等的水,水温分别为20℃和70℃,现将一温度为80℃的金属球放入甲容器中,热平衡后水温升高到40℃,然后迅速取出金属球并放入乙容器中,热平衡后以容器中水温为(不计热量散失和水的质量的变化):
A.65℃B.60℃C.55℃D.50℃
【答案】B
【解析】
【详解】
当将金属球放入甲容器中时,金属球放出的热量与水吸收的热量相等,即
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