物理培优 易错 难题热学问题求解方法辅导专题训练及详细答案.docx
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物理培优易错难题热学问题求解方法辅导专题训练及详细答案
一、初中物理热学问题求解方法
1.下列说法中正确的是
A.蒸发和沸腾都需要吸收热量,且都发生在液体表面
B.液体凝固时,不断放出热量,但温度可能保持不变
C.把一块-10℃的冰放到0℃的房间里,冰会慢慢地熔化
D.利用干冰汽化吸热,可以使长途运输中的食品降温保鲜
【答案】B
【解析】
【详解】
A.沸腾是在一定条件下,发生在液体表面和内部同时进行的一种剧烈的汽化现象,需要吸收热量;蒸发是发生在液体表面的一种缓慢的汽化现象,同样需要吸收热量,故A项错误;
B.液体处于凝固成晶体过程中时,持续放出热量,温度不变,故B项正确;
C.熔化需要达到熔点和持续吸收热量,冰的熔点是0°C,当-10°C的冰在0°C的房间里温度升温与房间温度一致时,冰吸收不到热量,不能熔化,故C项错误;
D.干冰(固态CO2)在常温下会直接变成气态的CO2,发生升华现象,故D项错误;
2.受新型冠状病毒的影响,一“罩”难求。
一般医用口罩至少要有三层,外层需要阻挡外界空气中的灰层、细菌、唾沫等飞溅物,中间层经过静电处理,可以阻挡细菌等微小颗粒(潮湿环境中会失去静电),内层要吸收佩戴者呼出的水汽、飞沫等。
某口罩的构造如图所示。
下列说法正确的是( )
A.口罩潮湿后防护能力降低B.佩戴口罩时应该使白色吸水无纺布朝外
C.口罩的中间层静电熔喷布能吸引小磁针D.佩戴口罩后内层潮湿是呼出的水蒸气升华形成
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】
A.潮湿环境中会失去静电,口罩潮湿后,会失去静电,中间层不可以阻挡细菌等微小颗粒,口罩防护能力降低,A正确;
B.由题意可知,内层要吸收佩戴者呼出的水汽、飞沫等,那么白色吸水无纺布应该是内层,有吸水能力,佩戴口罩时应该使白色吸水无纺布朝内,B错误;
C.带电体能吸引轻小物体,所以中间层静电熔喷布能吸引细菌等微小颗粒,但它不是磁体,不能吸引小磁针,C错误;
D.佩戴口罩后内层潮湿是呼出的水蒸气液化形成的,D错误。
故选A。
3.小明在探究“物质的放热能力与哪些因素有关”时,分别用质量相等的水和另一种液体进行对比实验,并用图象对实验数据进行了处理,如图所示实验中,水和另一种液体在相同时间内放出的热量相等,分析图像可以得(已知
)
A.乙物质是水B.另一种液体的比热容为8.4×103J/(kg·℃)
C.甲的放热能力比乙强D.乙比甲更适合作汽车发动机的冷却液
【答案】C
【解析】
【详解】
A.由题意可知,在相同时间内水和另一种液体放出的热量相等,由题中的图象可以看出,乙液体的温度降低的快,甲液体温度降低慢;根据热量的计算公式
可知,在质量相等、初温相同、放热也相同的情况下,温度降低得多的比热容小;所以甲液体的比热容大,所以甲液体是水;故A项不符合题意;
B.由题图可知:
甲乙两种液体的初温是60℃,放热15分钟后甲液体的末温是40℃,乙液体的末温是20℃,则水放出的热量:
;
乙放出的热量:
;
而水和乙液体的质量相同,即
;在相同时间内水和另一种液体放出的热量相等,则有:
;
解得,
;故B项不符合题意;
C.由于甲液体的比热容大,所以甲的放热能力比乙强,故C项符合题意;
D.由于水的比热容比较大,所以水比较适合用作发动机的冷却液;即甲比乙更适合作汽车发动机的冷却液;故D项不符合题意。
4.旅游时,小华用“小米8”手机与同学联络,通话时声音信息在空中的传播速度是_______m/s;同学帮小华拍了一张照片,小华在水中的“倒影”清晰可见,拍照时水中的“倒影”是由于光的_________形成的,照片中小华的倒影部分____________(选填“是”或“不是”)实际光线进入手机镜头形成的;“小米8”手机的散热材料是石墨烯晶体,石墨烯________(选填“有”或“没有”)固定的熔点;石墨烯的比热容为
,则200g的石墨烯温度升高
,吸收的热量是__________J。
【答案】
反射是有
【解析】
【分析】
【详解】
[1]通话时声音信息是通过电磁波传播的,不是声波,所以它的传播速度是
。
[2][3]拍照时水中的“倒影”是由于光的反射形成的;照片中小华的倒影部分是由水面反射的光线进入手机镜头形成的,这是实际光线。
[4]石墨烯晶体是晶体,有固定的熔点。
[5]根据热量的计算公式可知,200g的石墨烯温度升高
,吸收的热量是
5.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。
6.某小型汽油发电机外形如图所示,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:
发动机(汽油机)
发电机
型号
XGQF5.0
型号
XGQF5.0
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
50Hz
强制水冷四冲程
自动电压保护
(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)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%,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多少?
【答案】
(1)40
(2)20.9L(3)21.1%
【解析】
【分析】
(1)已知发电机的额定功率和连续工作时间,根据公式
的变式,可求发电机能够提供的电能;
(2)已知汽油的热值和效率,根据公式
可求消耗的汽油体积;
(3)先计算出1小时产生的电能,已知产生的电能和机械能,二者之比就是汽油发电机将内能转化为电能的效率。
【详解】
(1)发电机能够提供的电能
故能够提供的电能是40度。
(2)根据
,
,
得,汽油机的效率
则油箱的最小容积:
故油箱的最小容积为20.9L。
(3)汽油发电机将内能转化为电能的效率
则汽油发电机将内能转化为电能的效率为21.1%。
答:
(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40度;
(2)该汽油发电机油箱的容积至少需要20.9L;
(3)汽油发电机将内能转化为电能的效率是21.1%。
7.我国研制的大客机C919于2017年5月5日首飞成功,发动机巡航推力为3.6×104N,巡航速度为920km/h。
(1)飞机水平匀速巡航时,受到的阻力是多少?
(2)若飞机以巡航速度飞行0.5h的过程中,耗油1800kg,求此过程中发动机的机械效率。
(燃油热值q取4.6×107J/kg)
【答案】
(1)3.6×104N;
(2)20%
【解析】
【分析】
(1)物体处于静止或匀速直线运动状态,受到的力是平衡力,根据平衡力判断出受到的阻力。
(2)根据
算出燃料完全燃烧放出的热量,根据
算出移动的距离,根据
算出发动机传递给飞机的推进功,根据
算出发动机的机械效率。
【详解】
(1)飞机水平匀速巡航时,处于平衡状态,受到平衡力的作用,发动机巡航推力与受到的阻力平衡力,大小相等,则受到的阻力
(2)燃料完全燃烧放出的热量
发动机巡航的距离为
飞机的推进功(推力所做的功)
发动机的推进效率
答:
(1)飞机水平匀速巡航时,受到的阻力是3.6×104N;
(2)若飞机以巡航速度飞行0.5h的过程中,耗油1800kg,此过程中发动机的机械效率20%。
【点睛】
本题考查了平衡力的应用、热量、速度、功、效率的计算等知识,是一道综合题,有一定的难度,难点是效率的计算。
8.物理兴趣小组的同学在研究“沙子和水谁的吸热本领大”时,选用了两只完全相同的酒精灯分别给质量都是200g的沙子和水加热。
他们绘制出沙子与水的温度随加热时间变化的图像如图所示。
已知水的比热容是4.2×103J/(kg·℃),问:
(1)图a、b中,哪个是沙子吸热升温的图像?
(2)加热2min,水吸收了多少热量?
(3)试求出沙子的比热容。
【答案】
(1)图a;
(1)4.2×104J;
(1)0.9×103J/(kg·℃)。
【解析】
【分析】
(1)用两只完全相同的酒精灯,分别给水和沙子加热,这样做的目的是使水和沙子在相同时间吸收相同的热量,再利用公式
进行分析;
(2)从图像可知,加热满2min,水的温度从20℃上升到70℃,从而可知和水的温度变化,已知水的质量和比热容,可利用公式
计算水吸收的热量;
(3)相同时间内酒精灯燃烧放出相同的热量,所以2min水和沙子吸收的热量也相同,由图a得出沙子温度的变化量,再根据
计算沙子的比热容。
【详解】
(1)由题知,沙子和水的质量相等,且沙子的比热容比水小,吸收相同热量时(加热相同时间),由公式
可知,沙子升高的温度多,所以图a表示的是沙子吸热升温的过程;
(2)由b图像可知,加热满2min时,水的温度从20℃上升到70℃,则加热满2min时水吸收的热量:
;
(3)相同时间内酒精灯燃烧放出相同的热量,在2分钟的时间内,沙子吸收的热量:
,
因加热2min,沙子的温度从20℃上升到250℃,由
可得,沙子的比热容:
。
答:
(1)图a是沙子吸热升温的图像;
(2)加热2min时,水吸收了4.2×104J热量;(3)沙子的比热容为0.9×103J/(kg·℃)。
9.小明在探究某种物质在熔化前后其温度随加热时间变化的规律时,得到如下表的实验记录。
时间/min
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
温度/℃
60
67
73
80
80
80
80
80
80
80
84
88
93
(1)请按上述实验数据在坐标格中作出温度随时间变化的图像____________。
(2)2.5min时该物质是________态。
6min时该物质是________态。
(3)熔化过程进行的时间大约是________min。
(4)根据上述数据,可以归纳出该物质在熔化过程中的特点是________。
(5)该物质的熔点是________。
【答案】
固固、液混合5吸热但温度不变80℃
【解析】
【分析】
(1)按表中数据在坐标格中先画点,再描线。
(2)晶体在熔化前为固态,熔化时为固液共存态,熔化完为液态。
(3)熔化过程是指物质开始熔化到完全熔化完,据此判断熔化时间。
(4)分析数据及图像得出物质在熔化过程中的特点:
不断吸热,但温度保持不变。
(5)物质在熔化过程中的温度,叫做熔点。
【详解】
(1)[1]根据表格中的实验数据,在坐标格中以横坐标为时间,纵坐标为温度,然后通过描点法在坐标格中描出对应时间的温度,最后将各点用平滑曲线连接起来,得到温度随时间的变化的图像:
;
(2)[2]由图像知,该物质在2.5min时,还没有开始熔化,所以为固态。
[3]在第6min时,处于熔化过程当中,所以为固、液混合态。
(3)[4]由表格中数据及图像可知,该物质从第5min开始熔化,到第10min完全熔化完,所以熔化过程经历了
10min-5min=5min
(4)[5]由图像及数据知,该物质在熔化过程不断吸热,但温度保持不变。
(5)[6]由数据知,该物质在熔化过程温度保持80℃不变,是晶体,所以熔点为80℃。
10.在探究“比较不同物质吸热的情况”的实验中,实验装置如图所示。
(1)实验中应量取质量_____的甲、乙两种液体,分别倒入相同的烧杯中。
(2)实验过程中温度计的玻璃泡不要碰到烧杯和_____。
(3)用相同规格的电加热器加热甲和乙两种液体,使它们升高相同的温度,通过_____来比较甲和乙两种液体吸收热量的多少。
(4)实验记录的数据如下表所示,分析实验数据可知_____(选填“甲”或“乙”)物质的吸热能力强。
(5)下列事实能用上述实验数据得出的结论解释的是_____。
A.沿海地区昼夜温差会比内陆地区小
B.用盐水腌蛋,一段时间后蛋会变咸
C.长期堆放煤的水泥地面变成黑色
D.夏大给教室洒水,感觉凉爽
【答案】相同电加热器加热时间甲A
【解析】
【分析】
(1)根据控制变量法分析甲、乙两种液体质量的关系;
(2)根据温度计的使用方法分析温度计的玻璃泡不要碰到哪些地方;
(3)使用相同的加热器通过加热时间的长短来比较吸热多少,这种方法叫转化法;
(4)使相同质量的不同物质升高相同的温度,比较吸收的热量(即比较加热时间),吸收热量多的吸热能力强;
(5)水的比热容较大,与其它物质相比,吸收相同的热量,升高的温度较低。
【详解】
(1)[1]根实验中应量取质量相同的甲、乙两种液体,分别倒入相同的烧杯中;
(2)[2]实验过程中温度计的玻璃泡不要碰到烧杯和电加热器;
(3)[3]用相同规格的电加热器加热甲和乙两种液体,使它们升高相同的温度,通过加热时间来比较甲和乙两种液体吸收热量的多少;
(4)[4]由实验数据可知,加热相同的时间,甲升高的温度比乙升高的温度要低一些,甲物质的吸热能力强;
(5)A.沿海地区昼夜温差会比内陆地区小,是因为水的比热容较大,故A符合题意;
B.用盐水腌蛋,一段时间后蛋会变咸,属于扩散现象,故B不符合题意;
C.长期堆放煤的水泥地面变成黑色,属于扩散现象,故C不符合题意;
D.夏天给教室洒水,感觉凉爽,是因为蒸发吸热,故D不符合题意。
故选A。
11.如图所示是“比较不同物质吸热情况”的实验装置。
实验中需加热质量相同的水和食用油,使它们升高相同的温度,比较它们吸收热量的多少,看看这两种物质的吸热情况是否存在差异。
(1)实验中除了图中所给的器材,还需要的测量工具有:
天平和___________。
(2)实验中通过比较__________来比较不同物质吸收热量的多少。
(3)根据实验数据,小明作出了水和食用油的温度随时间变化的图象,由图象可知食用油的比热容为____________。
【答案】秒表加热时间
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]在“比较不同物质吸热情况”实验中需要测量加热时间和质量,则需要秒表和天平;
(2)[2]由于相同加热器加热相同时间表示液体吸收热量相同,故通过比较加热时间来比较不同物质吸收热量多少;
(3)[3]当水和食用油均由10℃加热到30℃时,变化温度相同,图中加热时间为3min和4.5min,由于水的比热容大于食用油,升高相同温度吸收热量更多,加热时间更长,则a图线为水,b图线为食用油,又由于相同加热器加热相同时间表示液体吸收热量相同,则:
则由
可得当液体质量与升高温度相同时,比热容之比等于吸收热量之比,故食用油的比热容为:
解得:
12.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。
13.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。
14.小明探究水沸腾时的特点,实验装置如图所示。
(1)加热一定时间后,温度计的示数如图所示,此时水的温度为________℃;
(2)当观察到如图中的_______图时,说明水已沸腾;b图中气泡上升的过程逐渐变小,发生的物态变化是_______;
(3)水在沸腾过程中虽然温度不再升高,但酒精灯要持续加热,这说明液体在沸腾过程中要______;
(4)如图所示中能正确表示实验过程中水温度变化的图象是______________。
A.
B.
C.
D.
【答案】89;a;液化;吸热;A。
【解析】
【分析】
本题考查探究水沸腾实验的仪器、实验现象及图象处理。
【详解】
(1)[1]由图可知,温度计的读数是89℃;
(2)[2]水沸腾时,水泡上升变大,到水面破裂开,由此可知a图时,水已沸腾;
[3]b图中,气泡在上升过程中,变小,最后消失了,是气泡中的气体在上升过程中遇到的水温度比较低,气体遇冷液化变成了液体,故是液化过程;
(3)[4]水在沸腾时,虽然温度保持不变,但要继续吸热;
(4)[5]水在沸腾前,吸热温度升高,沸腾时,吸热温度保持不变,直到水全部汽化,满足这些描述的是A。
15.图是小明和小华在观察“水的沸腾”实验中的情景,对水加热了很长时间后水才沸腾,他们记录的数据如下
时间/min
…
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
水温/℃
…
90
91
92
93
94
95
96
97
98
98
98
98
(1)在组装器材时,是按照由________到______的顺序。
(2)请指出他们在实验中操作错误之处:
_____________。
(答一点即可)
(3)在纠正错误后他们继续实验,观察到水沸腾时的现象如上图中的______(甲/乙)图,水沸腾时吸收热量,温度___(升高/不变/降低)。
(4)本次实验中水沸腾时的温度为_________℃。
(5)根据记录在图中画出水的沸腾图像。
(_________)
(6)水沸腾时,杯口附近出现大量“白气”,“白气”是杯中的水蒸气_______(填物态变化名称)形成的,该过程要_____(吸热/放热)
(7)实验中发现,水从开始加热到沸腾的这段时间过长,造成这种现象的原因可能是:
_______。
(给出一种原因即可)
【答案】下上温度计接触容器底(或视线未与温度计中液面相平)乙不变98
液化放热水的初始温度太低或质量太大
【解析】
【详解】
(1)[1][2]在组装器材时应该由下到上的顺序组装;
(2)[3]由图可知有一处错误是温度计读数时视线没有与液面的最低处相平;
(3)[4][5]水沸腾时气泡越来越大,最后到达液面破裂,故水沸腾时的现象为图乙所示。
由记录的实验表格可知水在沸腾时吸收热量温度不变;
(4)[6]由记录的实验表格可知水额沸点为98℃;
(5)[7]根据表格数据描点连线得水沸腾时的图像如图所示:
;
(6)[8][9]杯口附近出现大量“白气”,“白气”是杯中的水蒸气遇冷液化而成的。
液化需要放热;
(7)[10]水从开始加热到沸腾的这段时间过长,造成这种现象的原因可能是水的初始温度太低或水的质量太大。
二、初中物理浮力类问题
16.重为5牛的小球轻放入盛有水的烧杯中,溢出重为4牛的水。
若将该小球轻放入盛有酒精的烧杯中,已知ρ酒<ρ水,则溢出酒精的重力大小(
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