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2022年中考物理复习之挑战压轴题(填空题):内能(含答案)
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2022年中考物理复习之挑战压轴题(填空题):内能
一.填空题(共10小题)
1.(2021•繁昌县校级模拟)将50克、0℃的雪(可看成是冰水混合物)投入到装有450克、40℃水的绝热容器中,发现水温下降5℃.那么在刚才已经降温的容器中再投入100克上述同样的雪,容器中的水温将又要下降 ℃。
2.(2021•任城区二模)为研究不同物质的吸热能力,某同学用两个完全相同的酒精灯,分别给质量和初温都相同的甲、乙两种液体同时加热,分别记录加热时间和升高的温度,根据记录的数据作出了两种液体的温度随时间变化的图象,如图所示。
(1)根据图象,某同学认为:“加热相同的时间时,甲升高的温度高一些,这说明甲吸收的热量多一些。”这位同学的判断是否正确?请说明理由。 。
(2)要使甲、乙升高相同的温度,应给 加热更长的时间,这说明 的吸热能力强些。
(3)如果已知甲的比热容是1.8×103J/(kg•℃),则乙的比热容是 J/(kg•℃)。
3.(2018秋•渝中区校级月考)有质量相同、比热容不同、温度不同的甲、乙、丙三种液体,甲的温度是44℃,乙的温度是32℃,丙的温度是24℃,若将甲和乙混合后,温度为36℃;若将乙和丙混合后,温度为30℃;若将甲和丙混合后,温度为 ℃。
4.(2021•合肥三模)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)
5.(2021•蚌埠二模)小王在家探究冷热水混合温度变化的问题,他将一杯热水放在桌上,然后加入一勺30mL的冷水,待它们热平衡后测得热水的温度下降了4℃,后来他又加入一勺相同的冷水,平衡后测得水温又下降了3℃.若不计混合过程中的热量损失,原来这杯热水的温度比冷水的温度高 ℃,原来这杯热水的质量为 g。
6.(2019秋•天元区月考)将一勺热水倒入一盛冷水的保温容器中,使得冷水温度升高6℃,然后又向保温容器内倒入同样一勺热水,水温又上升了4℃,由此可知原来保温容器中冷水的质量是一勺热水的 倍,原来冷水比热水温度低 ℃.(保温容器吸收热量忽略不计)
7.(2019秋•龙亭区校级月考)小张驾驶一辆额定功率为35千瓦、效率为30%的汽车在一段平直的公路上匀速行驶,在额定功率下行驶1小时至少需要 L汽油(汽油的热值为3.5×107J/L);若行驶的速度为72km/h,则汽车受到的阻力为 N
8.(2019秋•城关区校级月考)汽车的心脏是发动机,其重要组成部分是内燃机,它在工作时能量转化情况为(内能转化为机械能)。我国汽车保有量在迅速增长,截至2017年,我国处于使用状态的汽车数量已突破3亿辆。每辆汽车每年耗油1.8吨,汽车内燃机的效率平均取值30%.如果能把内燃机效率提高6%,我国每年可以节约燃油 t(煤油的热值为4.6×107J/kg)。
9.(2018秋•南岸区校级期中)现有完全相同的两高温金属球甲和乙,先将甲投入一杯冷水中,热平衡后水的温度升高了8℃;迅速取出甲球,再将乙球投入这一杯水中,热平衡后又使水的温度升高了6℃.若开始时是将两高温金属球甲和乙一起投入最初的冷水中,不计水的质量变化、状态变化和热量损失,热平衡后会使水的温度升高 ℃。
10.(2018•郴州)标准大气压下完全燃烧0.042m3的煤气放出的热量是 J.若50%的热量被水吸收,能使质量为2.5kg初温为25℃的水升高 ℃.[q煤气=4.0×107J/m3,c水=4.2×103J/(kg•℃)]
2022年中考物理复习之挑战压轴题(填空题):内能(10题)
参考答案与试题解析
一.填空题(共10小题)
1.(2021•繁昌县校级模拟)将50克、0℃的雪(可看成是冰水混合物)投入到装有450克、40℃水的绝热容器中,发现水温下降5℃.那么在刚才已经降温的容器中再投入100克上述同样的雪,容器中的水温将又要下降 7.5 ℃。
【考点】热传递的概念与方式.
【专题】应用题;分子热运动、内能.
【分析】可看成是冰水混合物的0℃的雪熔化成0℃的水需吸收热量,根据热平衡,可知Q放=Q熔化吸+Q吸,然后列出热量关系式,先求出1kg0℃的这种可看成是冰水混合物的雪熔化成0℃的水时随所吸收的热量,最后再根据第二次的Q放=Q熔化吸+Q吸列出关系式即可解答。
【解答】解:热水原来的温度t1=40℃,热水和质量50g的冰水混合后的温度为t′=40℃﹣5℃=35℃,
不计热量损失,则Q放=Q熔化吸+Q吸1
设1kg0℃的这种可看成是冰水混合物的雪,熔化成0℃的水时需吸收的热量为q熔化,
则第一次,质量为m1、温度为O℃的雪与质量为450g的热水混合后,
cM△t1=m1q熔化+cm1(t′﹣0℃)
即:4.2×103J/(kg•℃)×0.45kg×5℃=0.05kg×q熔化+4.2×103J/(kg•℃)×0.05kg×35℃
解得:q熔化=4.2×104J
第二次质量为m2、温度为O℃的雪与质量为(M+m1)的热水混合后,水温又要下降的温度为△t,
则:c(M+m1)△t=m2q熔化+cm2[(t′﹣△t)﹣0℃]
即:c(M+m1)△t=m2q熔化+cm2(t′﹣△t)
带入数据的:4.2×103J/(kg•℃)×(0.45kg+0.05kg)×△t=0.1kg×4.2×104J/kg+4.2×103J/(kg•℃)×0.1kg×(35℃﹣△t)
解得:△t=7.5℃。
故答案为:7.5。
【点评】本题考查热平衡方程的应用,能确定第二次使用的热水的质量、知道温度为O℃的雪熔化成温度为O℃的水需要吸收热量,都是本题的关键。
2.(2021•任城区二模)为研究不同物质的吸热能力,某同学用两个完全相同的酒精灯,分别给质量和初温都相同的甲、乙两种液体同时加热,分别记录加热时间和升高的温度,根据记录的数据作出了两种液体的温度随时间变化的图象,如图所示。
(1)根据图象,某同学认为:“加热相同的时间时,甲升高的温度高一些,这说明甲吸收的热量多一些。”这位同学的判断是否正确?请说明理由。 不正确。升高的温度大不代表吸收的热量多,用两个完全相同的酒精灯加热相同的时间,酒精灯放出的热量是相等,甲和乙吸收的热量也是相等的 。
(2)要使甲、乙升高相同的温度,应给 乙 加热更长的时间,这说明 乙 的吸热能力强些。
(3)如果已知甲的比热容是1.8×103J/(kg•℃),则乙的比热容是 2.4×103 J/(kg•℃)。
【考点】探究比热容的实验.
【专题】简答题;压轴题;信息给予题;推理法.
【分析】(1)加热相同的时间,吸收热量的多少是由酒精灯火焰的大小决定的,酒精灯相同,吸收的热量就是相同,至于甲乙升高的温度不同是因为比热容不同造成的。
(2)升高相同的温度,我们可以在纵轴上取一相同的温度,做横轴的平行线,看谁的加热时间长,谁的比热容就大。
(3)根据Q吸=cm(t﹣t0)可知在质量和吸收热量相同时,比热容和温度的变化值成反比,据此求出乙的比热容。
【解答】解:(1)不正确。升高的温度大不代表吸收的热量多,用两个完全相同的酒精灯加热相同的时间,酒精灯放出的热量是相等,甲和乙吸收的热量也是相等的。
(2)由图可知,甲和乙升高相同的温度,如温度都升到40℃,甲需要的是时间是3min,乙需要的时间是4min,乙需要更长的加热时间,这也就说明了乙的吸热能力强一些。
(3)根据Q吸=Cm(t﹣t0)可知在质量和吸收热量一定时,温度的变化值和比热容成反比。
我们可以用相同的酒精灯加热时间4min,甲和乙吸收的热量就是相同的,甲的温度变化值为50℃﹣10℃=40℃,乙的温度变化值为40℃﹣10℃=30℃,
据Q吸=cm(t﹣t0)、Q甲吸=Q乙吸得:
c甲m△t甲=c乙m△t乙,
乙的比热容:
C乙=×1.8×103J/(kg•℃)=2.4×103J/(kg•℃)
故答案为:(1)不正确。升高的温度大不代表吸收的热量多,用两个完全相同的酒精灯加热相同的时间,酒精灯放出的热量是相等,甲和乙吸收的热量也是相等的;
(2)乙,乙;
(3)2.4×103。
【点评】此题考查了学生对吸热公式的掌握和运用,能从液体的温度随时间变化的图象搜集有关信息是本题的关键。
3.(2018秋•渝中区校级月考)有质量相同、比热容不同、温度不同的甲、乙、丙三种液体,甲的温度是44℃,乙的温度是32℃,丙的温度是24℃,若将甲和乙混合后,温度为36℃;若将乙和丙混合后,温度为30℃;若将甲和丙混合后,温度为 36 ℃。
【考点】热平衡方程的应用.
【专题】计算题;分子热运动、内能.
【分析】将甲乙混合后,甲液体放热,乙液体吸热,根据热平衡方程得出等式;将乙和丙混合,乙液体放热,丙液体吸热,根据热平衡方程得出等式;将甲和丙液体混合后;甲液体放热,丙液体吸热,利用热平衡方程得出等式;然后联立等式即可得出答案。
【解答】解:已知,甲的温度是44℃,乙的温度是32℃,丙的温度是24℃,则:
甲、乙混合时,甲液体放热,乙液体吸热,热平衡的温度为t1,根据热平衡方程Q放=Q吸可得:
c甲m甲(t甲﹣t1)=c乙m乙(t1﹣t乙),
即:c甲m甲(44℃﹣36℃)=c乙m乙(36℃﹣32℃),
整理可得:c甲m甲=c乙m乙﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
乙和丙混合时,乙液体放热,丙液体吸热,热平衡的温度为t2,根据热平衡方程Q放=Q吸可得:
c乙m乙(t乙﹣t2)=c丙m丙(t2﹣t丙),
即:c乙m乙(32℃﹣30℃)=c丙m丙(30℃﹣24℃)
整理可得:c丙m丙=c乙m乙 ﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
将甲和丙混合时,甲液体放热,丙液体吸热;设热平衡的温度为t,根据热平衡方程Q放=Q吸可得:
c甲m甲(t甲﹣t)=c丙m丙(t﹣t丙)﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③,
将①②代入③式可得:c乙m乙(44℃﹣t)=c乙m乙(t﹣24℃),
解得:t=36℃。
故答案为:36。
【点评】本题考查热量公式Q=cm△t和热平衡方程的理解,分析解答时注意组成方程组。
4.(2021•合肥三模)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 热传递 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 9 ℃.(不计热量损失)
【考点】热平衡方程的应用.
【专题】应用题;比热容、热机、热值;应用能力.
【分析】改变内能的方式有做功和热传递;做功的实质是能量的转化;热传递的实质是能量的转移;热传递过程中高温物体放出热量,低温物体吸收热量,直到最后温度相同。
知道热水的质量和温度变化、冷水的质量和温度变化,利用热平衡方程Q吸=Q放列出两个等式,可解得容器里的水与一杯水的质量关系及热水与冷水间的温度差;则假设一次性将全部热水倒入,则可求得冷水升高的总温度,即可求得再加1杯水时容器内的水升高的温度。
【解答】解:将一杯热水倒入盛有一些冷水的容器中,热水放出热量,冷水吸收热量,因此这是通过热传递的方式改变水的内能;
设热水和冷水的温度差为t,
因为质量为m0的一小杯热水倒入盛有质量为m的冷水的保温容器中,使得冷水温度升高了10℃,
所以Q吸=Q放,即cm0(t﹣10℃)=cm×10℃﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
又向保温容器中倒入一小杯同质量为m0同温度的热水,水温又上升了6℃,
Q吸=Q放,即cm0(t﹣10℃﹣6℃)=c(m+m0)×6℃﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
联立①②可得:m=3m0;
代入①式可得,t=40℃;
再向容器内倒入同样三杯热水,则由热平衡方程可知:
3m0c(40℃﹣10℃﹣6℃﹣△t)=(m+2m0)c△t
3m0c(40℃﹣10℃﹣6℃﹣△t)=(3m0+2m0)c△t
△t=9℃。
故答案为:热传递;9。
【点评】解决此类综合分析题目,要结合热量公式和热传递的条件进行分析解答。不计热量的损失,可利用热平衡方程Q吸=Q放列出两个等式,进行解答即可。
5.(2021•蚌埠二模)小王在家探究冷热水混合温度变化的问题,他将一杯热水放在桌上,然后加入一勺30mL的冷水,待它们热平衡后测得热水的温度下降了4℃,后来他又加入一勺相同的冷水,平衡后测得水温又下降了3℃.若不计混合过程中的热量损失,原来这杯热水的温度比冷水的温度高 28 ℃,原来这杯热水的质量为 180 g。
【考点】热平衡方程的应用.
【专题】计算题;学科综合题;定量思想;方程法;热和能;应用能力.
【分析】先根据密度的变形公式求出冷水的质量,然后根据Q吸=Q放,并结合公式Q=cm△t表示出热水放出的热量和冷水吸收的热量相等,
同理表示出第二次加入冷水后相应的关系,注意两次加入水的初温和质量均相等。
【解答】解:由ρ=可得,冷水的质量:
m=ρV=1.0×103kg/m3×30×10﹣6m3=0.03kg;
由题意知,Q吸=Q放
所以,cm冷△t冷=cm热△t热
0.03kg×△t冷=m热×4℃…①
同理,当再次加入一勺冷水后,热水放出的热量和冷水吸收的热量仍然相等
则有:Q吸=Q放,即cm冷△t冷′=cm热′△t热′,
代入数据得:0.03kg×(△t冷﹣3℃)=(m热+0.03kg)×3℃…②
联立①②可得,△t冷=24℃,m热=0.18kg=180g;
不计混合过程中的热量损失,原来这杯热水的温度比冷水的温度高24℃+4℃=28℃。
故答案为:28;180。
【点评】本题考查密度计算公式以及热平衡方程的应用,关键明确在不计热量损失的情况下Q吸=Q放,并结合热量计算公式对公式进行灵活变形,冷水温度变化的确定(最好画草图)是本题的难点。
6.(2019秋•天元区月考)将一勺热水倒入一盛冷水的保温容器中,使得冷水温度升高6℃,然后又向保温容器内倒入同样一勺热水,水温又上升了4℃,由此可知原来保温容器中冷水的质量是一勺热水的 4 倍,原来冷水比热水温度低 30 ℃.(保温容器吸收热量忽略不计)
【考点】热平衡方程的应用.
【专题】应用题;定量思想;方程法;比热容、热机、热值;应用能力.
【分析】热传递过程中高温物体放出热量,低温物体吸收热量,直到最后温度相同。
知道热水的质量和温度变化、冷水的质量和温度变化,利用热平衡方程Q吸=Q放列出两个等式,可解得容器里的水与一勺水的质量关系及热水与冷水间的温度差。
【解答】解:设热水和冷水的温度差为t,
质量为m0的一勺热水倒入盛有质量为m的冷水的保温容器中,使得冷水温度升高了6℃,
则Q吸=Q放,
cm0(t﹣6℃)=cm×6℃﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
又向保温容器中倒入一勺热水,水温又上升了4℃,
则Q吸=Q放
cm0(t﹣6℃﹣4℃)=c(m+m0)×4℃﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
由①②得:t=30℃,m=4m0;
故原来保温容器中冷水的质量是一勺热水的4倍,原来冷水比热水温度低30℃。
故答案为:4;30。
【点评】解决此类综合分析题目,要结合热量公式和热传递的条件进行分析解答。不计热量的损失,可利用热平衡方程Q吸=Q放列出两个等式。
7.(2019秋•龙亭区校级月考)小张驾驶一辆额定功率为35千瓦、效率为30%的汽车在一段平直的公路上匀速行驶,在额定功率下行驶1小时至少需要 12 L汽油(汽油的热值为3.5×107J/L);若行驶的速度为72km/h,则汽车受到的阻力为 1750 N
【考点】热机的效率;功率计算公式的应用.
【专题】定量思想;比热容、热机、热值;运动和力.
【分析】(1)根据W=Pt求出小汽车以额定功率匀速直线行驶1h牵引力所做的功,用η=求出放出的热量,再利用Q放=Vq可求出完全燃烧多少升汽油放出热量;
(2)利用效率公式η=的变形公式W=ηQ放可求出牵引力做的功;知道前进的距离,利用公式W=Fs求出汽车的牵引力,知道汽车做匀速直线运动,受到的牵引力等于阻力,可求阻力。
【解答】解:(1)小汽车以额定功率匀速直线行驶1h牵引力所做的功:
W=Pt=3.5×104W×3600s=1.26×108J,
完全燃烧汽油放出热量Q放=Vq,
小汽车发动机的效率η=,
所以ηQ放=W,
ηVq=W,
V===12L;
(2)因为72km/h=20m/s,
由W=Fs得汽车发动机的牵引力:
F===1750N,
因为汽车在平直公路上匀速行驶,
所以汽车受到的阻力:f=F=1750N;
故答案为:12;1750。
【点评】知道功率的计算、热量的计算和效率的计算,是一道综合题。
8.(2019秋•城关区校级月考)汽车的心脏是发动机,其重要组成部分是内燃机,它在工作时能量转化情况为(内能转化为机械能)。我国汽车保有量在迅速增长,截至2017年,我国处于使用状态的汽车数量已突破3亿辆。每辆汽车每年耗油1.8吨,汽车内燃机的效率平均取值30%.如果能把内燃机效率提高6%,我国每年可以节约燃油 9×107 t(煤油的热值为4.6×107J/kg)。
【考点】热机的效率;燃料的热值及其计算.
【专题】定量思想;比热容、热机、热值.
【分析】由于内燃机效率提高后有用功是相同的,因为η=,所以可得η1qm1=η2qm2;
知道每辆汽车每年耗油1.8t,可求每辆汽车每年节约燃油,继而根据我国的汽车数量可求我国可以节约的燃油质量。
【解答】解:因为内燃机效率提高6%,
所以此时内燃机的效率:η2=η1+6%=30%+6%=36%;
由η==可得:W有用=ηqm,
因为内燃机效率提高后有用功是相同的,
所以每辆汽车的有用功:η1qm1=η2qm2,
则m2=m1,
则每辆汽车每年节约燃油:
△m=m1﹣m2=m1﹣m1=(1﹣)m1=(1﹣)×1.8t=0.3t;
所以我国可以节约的燃油:
△m总=n△m=3×108×0.3t=9×107t;
故答案为:9×107。
【点评】本题考查了学生利用所学知识分析解释实际现象的能力,涉及到节能问题,要求灵活选用公式进行计算。
9.(2018秋•南岸区校级期中)现有完全相同的两高温金属球甲和乙,先将甲投入一杯冷水中,热平衡后水的温度升高了8℃;迅速取出甲球,再将乙球投入这一杯水中,热平衡后又使水的温度升高了6℃.若开始时是将两高温金属球甲和乙一起投入最初的冷水中,不计水的质量变化、状态变化和热量损失,热平衡后会使水的温度升高 12.8 ℃。
【考点】热平衡方程的应用.
【专题】应用题;比热容、热机、热值.
【分析】完全相同的两高温金属球甲和乙,它们的质量和初温、比热容相同,知道金属球投入一杯冷水中、热平衡后水升高的温度,金属放出的热量和水吸收的热量相等,根据Q=cm△t得出等式,然后联立等式得出答案。
【解答】解:设完全相同的两高温金属球甲和乙的质量为m,初温为t0,比热容为c,
将甲投入一杯冷水中,热平衡后水的温度升高了8℃,
则水的末温为t0水+8℃,金属球甲温度的变化量为t0﹣(t0水+8℃)=t0﹣t0水﹣8℃,
由Q=cm△t可得:
cm(t0﹣t0水﹣8℃)=c水m水×8℃﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
迅速取出甲球,再将乙球投入这一杯水中,热平衡后又使水的温度升高了6℃,
则水的末温为(t0水+8℃)+6℃=t0水+14℃,金属球乙温度的变化量为t0﹣(t0水+14℃)=t0﹣t0水﹣14℃,
由Q=cm△t可得:
cm(t0﹣t0水﹣14℃)=c水m水×6℃﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
由可得:=,
解得:t0﹣t0水=32℃,
开始时是将两高温金属球甲和乙一起投入最初的冷水中,热平衡后使水的温度升高了△t,
则水的末温t0水+△t,两金属球温度的变化量t0﹣(t0水+△t)=t0﹣t0水﹣△t,
由Q=cm△t可得:
2cm(t0﹣t0水﹣△t)=c水m水△t﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③
由可得:=,即
=,
解得:△t=12.8℃。
故答案为:12.8。
【点评】本题考查了热平衡方程的应用,正确的表示出金属球的末温是关键。
10.(2018•郴州)标准大气压下完全燃烧0.042m3的煤气放出的热量是 1.68×106 J.若50%的热量被水吸收,能使质量为2.5kg初温为25℃的水升高 75 ℃.[q煤气=4.0×107J/m3,c水=4.2×103J/(kg•℃)]
【考点】热量的计算.
【专题】应用题;比热容、热机、热值.
【分析】(1)已知煤气的热值和体积,可利用公式Q放=Vq计算完全燃烧0.042m3的煤气放出的热量;
(2)根据Q放×50%=c水m(t﹣t0)变形求出水的末温,水在标准大气压下沸点为100℃,由此判断水升高的温度。
【解答】解:(1)0.042m3煤气完全燃烧放出的热量:
Q=vq煤气=0.042m3×4.0×107J/m3=1.68×106J;
(2)煤气完全燃烧放出的热量的50%被水吸收,
即:Q放×50%=Q吸=c水m(t﹣t0)
所以水的末温:t=+t0=+25℃=105℃,
因为水在标准大气压下沸点为100℃,所以水吸热后温度能升高到100℃,
则水升高的温度:△t=100℃﹣25℃=75℃。
故答案为:1.68×106;75。
【点评】本题主要考查的是学生对燃料的热值和热平衡方程的应用,本题中根据水在标准大气压下的沸点判断出水实际能升高的温度是易错点。
考点卡片
1.功率计算公式的应用
【知识点的认识】
(1)功率:在物理学中,功与做功所用时间之比叫做功率。功率是表示物体做功快慢的物理量。
(2)功率的公式:P=(其中P表示功率,W表示功,t表示时间)
(3)计算功率的另一个公式:P=Fv,即物体在拉力F的作用下,以速度v沿拉力的方向做匀速直线运动,则拉力F所做的功的功率可表示为Fv.(其中F表示物体所受的拉力,v表示物体运动的速度)
a.推导:由P=,联立W=Fs,得P===Fv。
由该公式可知:在功率P一定时,力F与速度v成反比。
b.应用:当汽车上坡时,司机采取换挡的办法,减小速度,以获得较大的牵引力。
【命题方向】
第一类常考题:
甲乙两种机械所做的功W随时间t变化的图象如图所示,则从图象可以判断( )
A.甲比乙做功多 B.甲比乙做功少 C.甲比乙做功快 D.甲比乙做功慢
分析:根据图象应用功率公式分析答题。
解:机械做功与时间有关,不知道机械做功的时间关系无法比较做功多少,故AB错误;
由图象可知,在相等时间内,甲比乙做功多,由P=可知,甲的功率大,甲比乙做功快,故C正确,D错误;
故选C。
点评:本题考查了比较机械做功多少与快慢问题,功率越大,机械做功越快。
第二类常考题:
刘明在0.5min内,用20N的水平推力使重120N的超市购物车在水平路面上匀速前进了15m,在此过程中购物车受到的摩擦力等于 20 N,他做的功率是 10 W,购物车重力做的功是 0 J。
分析:(1)购物车在水平路面上匀速前进时处于平衡状态,受到的阻力和拉力是一对平衡力,根据二力平衡条件求出购物车受到的摩擦力;
(2)知道水平推力和水平方向上移动的距离,可利用功W=Fs计算推力做的功,又知道做功的时间,可利用公式P=计算功率;
(3)购物车受重力但在重力的方向上没移动距离,重力不做功。
解:(1)∵购物车在水平路面上匀速前进时处于平衡状态,受到的阻力和拉力是一对平衡力,
∴购物车受到的摩擦力f=F=20N;
(2)拉力做的功:
W=Fs=20N×15m=300J,
运动的时间:
t=0.5min=30s,
他做的功率:
P===10W;
(3)购物车受重力,在水平面上匀速前进,在重力的方向上没有移动距离,所以重力没做功,为0J;
故答案为:20;10;0。
点评:本题考查了二力平衡条件的应用和功的计算、功率的计算,做功的必要条件:一是作用在物体上的力,二是在力的方向上通过的距离,二者缺一不可。
【解题方法点拨】
(1)功率的定义式是指平均功率,即在t时间内的平均功率,而不是某一时刻的瞬时功率。
(2)功率的定义式P=可以变形为:W=Pt和t=,可分别用于求功和时间。当P一定时,W与t成正比,则=;当W一定时,P与t成反比,则=;当t一定时,W与P成正比,则=。
(3)利用公式P=Fv时要注意以下几点:a.拉力F必须是恒力,且物体运动的速度应不变;b.计算时,v的单位必须用m/s,这样算出的功率单位才是w;c.速度v跟拉力F必须对应,即v必须是受到拉力的物体在拉力的方向上移动的速度。在解决一些有关运动物体的功率问题时,应用此公式解题会更简便。
2.热传递的概念与方式
【知识点的认识】
(1)热量从高温物体传递到低温物体,或从物体的高温部分传递到低温部分的现象,叫做热传递。没有做功而使内能改变的物理过程叫做热传递。
(2)热传递的三种方式:热传导、热对流和热辐射。
①传导﹣﹣热量通过接触物体由高温部分向低温部分传递
②对流﹣﹣通过液体或气体(流体)自身的流动由高温部分向低温部分传递
③辐射﹣﹣热量不通过物体媒介,直接由高温物体发射到低温物体的传递
(3)热传递的实质:热传递实质上传递的是能量,结果是改变了系统的内能。传递能量的多少用热量来量度。
(4)热传递具有方向性,热量从高温物体传递到低温物体,或从物体的高温部分传递到低温部分,不会自发的从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分。
【命题方向】
第一类常考题:
质量和温度相同的铜块和水,使它们分别放出相同的热量后,将铜块迅速投入水中后,它们的内能变化正确的是( )
A.铜块的内能减小,水的内能增大
B.铜块的内能增大,水的内能减小
C.铜块和水的内能都增大
D.铜块和水的内能都减小
分析:解决此题要知道发生热传递的条件是有温度差,热量由高温物体传向低温物体;
铜块的比热容小于水的比热容,由热量的变形公式△t=可知,当热量、质量相同时,比热容小的温度变化大。
解:质量和温度相同的铜块和水,使它们分别放出相同的热量后,由公式△t=可知,铜块降低的温度大;
即水的温度高于铜块的温度,二者放在一起后,热量由水传向铜块,故铜块内能增大,水的内能减小;
故选B。
点评:解决此题要知道热传递的条件,并且会根据热量公式分析末温,并会分析热传递的方向。
第二类常考题:
两个物体之间发生热传递,当热传递停止时( )
A.两个物体内能相等 B.两个物体温度相等 C.两个物体热量相等 D.以上说法都不正确
分析:要解答本题需掌握:热传递的条件是有温度差。
解:用热传递的方法改变物体的内能,实际上是能量从高温物体转移到低温物体的过程,当两个物体的温度相等时,热传递停止;
故选B。
点评:本题主要考查学生对:热传递的条件及实质的了解和掌握。
【解题方法点拨】
(1)热传递是指能量从高温物体传给低温物体(或从同一物体的高温部分传给低温部分)。热传递是改变物体内能的一种方式。
(2)发生热传递的条件是物体间存在温度差,或物体的不同部分间存在温度差。
(3)热传递的方向是从高温物体到低温物体,或从物体的高温部分到低温部分。
3.热量的计算
【知识点的认识】
物体的温度升高时吸收热量为:Q吸=cm(t﹣t0)
物体的温度降低时放出的热量为:Q放=cm(t0﹣t)
式中的c为物体的比热容,m为物体的质量,t0表示物体原来的温度,t表示物体后来的温度.若用△t表示物体变化的温度(升高或降低的温度),那么,物体温度升高过程吸收的热量或物体温度降低过程放出的热量可以统一写为:Q=cm△t.
【命题方向】
第一类常考题:
铜的比热容是铅的比热容的3倍.质量相同的铜块和铅块,若它们升高的温度之比为1:2,则它们吸热之比为( )
A.2:3 B.3:2 C.6:1 D.1:6
分析:知道铜和铅的比热容之比、升高的温度值比、质量m相同,根据公式Q吸=cm△t求它们吸收的热量之比.
解:由题知,m铜:m铅=1:1,△t铜:△t铅=1:2,c铜:c铅=3:1,
∵Q吸=cm△t,==××=××=.
故选B.
点评:本题考查了学生对热量公式的掌握和运用,涉及到两个物体关于热量、质量、温度变化量、比热容的比值,要防止因颠倒而出错.
(2)第二类常考题:
为了利用太阳能资源,节约经营成本,崇左市某大型宾馆在楼顶安装了10台相同的太阳能热水器,每台热水器的水箱容积为200L.在夏季光照条件下,一满箱15℃的水经白天太阳能加热,温度可达到65℃.已知水的比热容为4.2×103J/(kg•℃),天然气的热值为8.4×107J/kg.求:
(1)10台热水器装满水时,温度从15℃升高到65℃吸收了多少热量?
(2)若这些热量由完全燃烧的天然气提供,需要多少千克天然气?
分析:(1)利用密度公式求出水的质量,知道水的初温和末温,利用吸热公式求水吸收的热量;
(2)由题知,Q吸=Q放,再利用燃料完全燃烧放热公式Q放=qm求需要天然气的质量.
解:(1)一满箱水的体积:
v=200L=200×10﹣3m3,
一满箱水的质量:
m水=ρ水v=1.0×103kg/m3×200×10﹣3m3=200kg,
一满箱水的温度从15℃升高到65℃,所吸收的热量为
Q吸=c水m水△t=4.2×103J/(kg•℃)×200kg×(65℃﹣15℃)=4.2×107J,
10台热水器装满水时,水吸收的热量:
Q=4.2×107J×10=4.2×108J;
(2)由题知,10台热水器获得的太阳能相当于质量为m的天然气完全燃烧放出的热量,
即:Q放=mq=Q=4.2×108J,
m===5kg.
答:(1)10台热水器装满水时,温度从15℃升高到65℃吸收了4.2×108J的热量;
(2)若这些热量由完全燃烧的天然气提供,需要5kg天然气.
点评:本题考查了学生对吸热公式Q吸=cm△t、燃料完全燃烧放热公式Q放=mq的掌握和运用,注意200L≠200kg,必须利用密度公式计算.
(3)第三类常考题:
上海世博会的主题是“城市,让生活更美好”.为了倡导低碳生活,太阳能热水器被广泛应用于现代生活.
下表提供的是一装满水的太阳能热水器在太阳照射下的相关信息:
太阳照射时间/h
太阳能转换为水的内能的效率
热水器最大水容量/L
10
50%
100
水升高的温度/℃
水的比热容[J•(kg•℃)﹣1]
水的密度/(kg•m﹣3)
60
4.2×103
1.0×103
注:1L=10﹣3m3
请根据上表信息,通过计算回答问题.
(1)热水器中水的质量为 100 kg;
(2)热水器中的水需吸收的热量为 2.52×107 J;
(3)热水器平均1h所接收的太阳能约为 5.04×106 J.
分析:(1)已知水的体积,求质量,利用密度的公式计算;
(2)已知水的比热容、温度的变化量、质量,求热量,利用热量的计算公式计算;
(3)由上一问水吸收的热量,利用效率公式计算出接受的太阳能量.
解:(1)m=ρv=1.0×103kg/m3×100×10﹣3m3=100kg;
(2)Q=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×100kg×60℃=2.52×107J;
(3)热水器平均10h所接收的太阳能为:===5.04×107J.
那么平均1h所接收的太阳能为:×5.04×107J=5.04×106J
故答案为:(1)100,(2)2.52×107,(3)5.04×106.
点评:(1)计算本题时要注意单位换算,1L=1dm3;(2)注意,升高的温度是60℃,即温度的变化量是60℃;不是末温.
【解题方法点拨】
(1)应用热量公式解题应注意的几个问题:
①质量的单位要用千克;
②注意识别和恰当地使用有关“温度变化”的用词,一定要分清初温、末温,升高了、升高到(或降低了、降低到)的温度含义,要根据题意作出正确的判断;
③应用热量公式的条件是物质的状态不能改变,若不考虑这个因素,计算结果就会出现错误
(2)这两个公式解题的一般步骤是:
①根据题意是吸热还是放热找出相应的公式;
②明确要求的物理量;
③根据所给已知条件求解.
(3)在使用热量公式进行计算时,首先各物理量的单位必须统一用国际单位,如温度t的单位用℃,质量m的单位用kg,比热容c的单位用J/(kg•℃),热量的单位用J.其次,对有关温度的文字叙述应特别谨慎,不可乱套.注意分清“升高”“升高了”“降低”“降低了”对应的都是温度的改变量△t,而不是温度t;而“升高到”“降低到”对应的才是物体的末温t,另外,还要会对公式进行变形,求其中的任意一个量,如c=,△t=,吸热时t=t0+,放热时t=t0﹣;最后还要注意对热平衡方程(Q吸=Q放)的应用,即在热传递过程中,如果没有能量损失,那么,高温物体降温放出的热量就等于低温物体升高所吸收的热量.
4.热平衡方程的应用
【知识点的认识】
热平衡方程:
在热传递过程中,如果没有热量损失,则高温物体放出的热量Q放等于低温物体吸收的热量Q吸,即Q放=Q吸,把这个关系叫热平衡方程.
热平衡方程式:
两个温度不同的物体放在一起,高温物体放出热量,低温物体吸收热量,当两个物体温度达到相同时,如果没有热量损失,则有Q吸=Q放,称为热平衡方程.在热量计算题中,常采用此等式.
【命题方向】
第一类常考题:
某中学为学生供应开水,用焦炭作为燃料,已知焦炭的热值是3×107J/kg,现完全燃烧了4.2kg的焦炭,放出的热量 1.26×108J ,设该热量有25%被水吸收,能将 100 kg的水从25℃加热到100℃.[已知c水=4.2×103J/(kg•℃)].
分析:(1)根据Q=mq求出焦炭完全燃烧放出的热量;
(2)水吸收的热量等于燃料放出的热量的25%,据此求出水吸收的热量,根据Q=cm(t﹣t0)求出水的质量.
解:(1)焦炭完全燃烧放出的热量:
Q放=mq=4.2kg×3×107J/kg=1.26×108J;
(2)水吸收的热量:Q吸=25%×Q放=25%×1.26×108J=3.15×107J;
∵Q=cm(t﹣t0)
∴水的质量:
m′===100kg.
故答案为:1.26×108J;100.
点评:此题主要考查的是学生对燃料热值计算公式和热平衡方程的理解和掌握,弄清楚水吸收的热量是解决此题的关键.
例2:用相同的加热装置给质量相等的甲、乙两种液体同时加热,两种液体的温度随时间的变化如表.由数据比较两种液体的比热容( )
时间t/min
0
1
2
3
4
5
甲的温度/
20
22
24
26
28
30
乙的温度/
20
25
30
35
40
45
A.c甲>c乙 B.c甲=c乙 C.c甲<c乙 D.无法确定
分析:甲、乙两种液体质量相等、初温相同、吸热也相同,末温从表中可以看出,利用热量的计算公式分析即可.
解:
由表中数据可以看出,相同的加热器当加热时间相同即液体吸收的热量相同时,乙的温度升高的快,
利用热量的计算公式Q=cm△t可知,在质量相等、初温相同、吸热也相同的情况下,谁的温度升高得快,它的比热容小;
所以,乙的比热容小,甲的比热容大.
故选A.
点评:分析本题采用了控制变量法.物理学中对于多因素(多变量)的问题,常常采用控制因素(变量)的方法,把多因素的问题变成多个单因素的问题.每一次只改变其中的某一个因素,而控制其余几个因素不变,从而研究被改变的这个因素对事物影响,分别加以研究,最后再综合解决,这种方法叫控制变量法.它是科学探究中的重要思想方法,广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中.控制变量法是初中物理中常用的探索问题和分析解决问题的科学方法之一.
【解题方法点拨】
此方程只适用于绝热系统内的热交换过程,即无热量的损失;在交换过程中无热和功转变问题;而且在初、末状态都必须达到平衡态.系统放热,一般是由于温度降低、凝固、液化及燃料燃烧等过程.而吸热则是由于温度升高,熔解及汽化过程而引起的.
5.燃料的热值及其计算
【知识点的认识】
(1)概念:1kg某种燃料完全燃烧放出的热量,叫做这种燃料的热值,用q来表示,于气体燃料而言,热值的定义是1m3的某种燃料完全燃烧时放出的热量。热值是燃料的一种属性。
(2)单位:焦/千克(J/kg),读作焦每千克。
(3)公式:Q=mq(m为燃料的质量,q为燃料的热值,Q为燃烧放出的热量)。
(4)热值的物理意义:热值表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少,如木炭的热值为3.40×107J/kg。
同种燃料的热值相同,不同种燃料的热值不同。
【命题方向】
第一类常考题:
对于燃料的热值,下列说法中,属于正确理解的是( )
A.燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比
B.燃料的热值跟燃料的质量成正比
C.容易燃烧的燃料热值一定大
D.就某种确定的燃料而言,它的热值是一个确定的值,跟燃料的质量及燃料燃烧放出的热量无关
分析:本题主要考查了解热值的定义及其物理意义。
解:燃料的热值是燃料的一种特性,只决定于燃料的种类,与质量和燃烧情况等无关,A、B、C不符合题意,D正确。
故选D。
点评:本题的解题关键是知道热值是燃料的一种特性,它只与燃料的种类有关。
第二类常考题:
“可燃冰”作为新型能源,有着巨大的开发使用潜力。同等条件下,“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍,说明“可燃冰”的 热值 很大。以10倍的关系粗略计算,1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为 4.2×l08 J,这些热量可以使 1250 kg的水从20℃加热至100℃[c=4.2×103J/(kg•℃)•q煤气=4.2×107J/kg]。
分析:(1)1kg某种燃料完全燃烧放出的热量,叫这种燃料的热值;
(2)利用Q放=mq求出1kg煤气完全燃烧放出的热量,“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的10倍,据此求1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量;
(3)由题知,Q吸=Q放,而Q吸=cm△t,知道水的比热容、水的初温和末温,可求水的质量。
解:(1)在同等条件下,“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍,说明“可燃冰”的热值很大;
(2)1kg煤气完全燃烧放出的热量:
Q放=mq=1kg×4.2×l07J/kg=4.2×l07J,
1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量:
Q放′=10Q放=10×4.2×l07J=4.2×l08J;
(3)由题知,Q吸=Q放′=4.2×l08J,
∵Q吸=cm△t,
∴水的质量:m===1250kg。
故答案为:热值;4.2×l08;1250。
点评:本题考查了学生对燃料的热值、燃料完全燃烧放热公式、吸热公式的掌握和运用,因条件已给出,难度不大。
【解题方法点拨】
(1)燃料的热值指的是1kg某种燃料完全燃烧放出的热量,是燃料本身的一种特性,它与燃料的质量以及燃烧条件无关。(2)燃料燃烧越充分,只能说越“接近完全燃烧”,燃烧效果越好,而不能说热值越大。
(3)只有在完全燃烧时放出的热量才是这种燃料的热值,如果没有完全燃烧,放出的热量要比热值小。
6.热机的效率
【知识点的认识】
(1)定义:用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比,叫做热机的效率,其表达式为:η=×100%.由于热机在工作过程中总有能量损失,所以热机的效率总小于1.
(2)热机在工作过程中造成能量损失的因素有:
①燃料很难全部燃烧;
②排出的废气带走能量;
③热机部件要散热;
④克服运转机件之间的摩擦消耗能量.
(3)提高热机效率的方法:
①尽量让燃料充分燃烧;
②设法利用废气的能量;
③减少能量损失;
④保证良好的润滑.
【命题方向】
第一类常考题:
为了节约能源,需提高热机的效率,下列措施中不能提高热机效率的是( )
A.尽量使燃料充分燃烧
B.尽量增加热机的工作时间
C.尽量减少废气带走的热量
D.尽量减少热机部件间的摩擦
分析:要解决此题,需要掌握热机的效率的概念.热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比.比值越大,效率越高.
解:热机效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比.所以减少热量的损失可以提高热机的效率.所以使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失,提高效率.
增加热机的工作时间,并不能减少热量的损失,所以不能提高热机的效率.
故选B.
点评:此题通过考查影响热机效率的几个因素,考查了学生对热机效率的理解.要知道要想提高热机的效率,就要减少热量的损失.
第二类常考题:
关于热机的效率,下列说法中正确的是( )
A.热机做的有用功越多,效率一定越高
B.热机消耗的燃料越少,效率一定越高
C.热机做一定的有用功,消耗的燃料越少,效率一定越高
D.热机做功越快,效率一定越高
分析:热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比.功率是表示物体做功快慢的物理量.
解:热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比;当热机做一定的有用功,消耗的燃料越少,效率一定越高;当热机消耗的燃料一定,做的有用功越多,效率就一定越高;故选项A、B错误;
热机做功越快,表示热机的功率越大,与效率无关;故选项D错误;
故选C.
点评:本题主要考查了热机的效率以及影响热机效率的因素,并且考查了热机效率与功率的区别.
【解题方法点拨】
对于热机效率可与机械效率进行对比理解,热机效率是衡量热机性能好坏的一个重要参数,要提高热机的效率就是要提高热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,并且热机的效率总小于1.
7.探究比热容的实验
【知识点的认识】
为了比较水和煤油的吸热能力,小王做了如图所示的实验,在2个相同的烧杯中分别装有质量、初温都相同的水和煤油,用两个相同的酒精灯对其加热,并用相同的两支温度计分别同时测量水和煤油的温度变化,实验数据如下:
液体
质量(g)
初温(℃)
末温(℃)
加热时间(min)
水
300
20
30
12
煤油
300
20
30
6
(1)在此实验中,为比较水和煤油吸热能力的大小,我们可以加热相同的时间,观察 升高温度 的不同;也可以 升高相同的温度,比较加热时间的长短 .
(2)分析下表中的实验数据可知:质量相同的水和煤油,升高相同的温度时, 水 吸收的热量多,表明 水 的吸热能力大.
(3)如果加热相同的时间,质量相同的水和煤油, 煤油 升高的温度更高.
(4)由于物体吸收热量的多少不使用仪器测量,本实验中把吸收热量的多少转换成加热时间的长短,这种科学方法叫 转换 法.
分析:(1)判断水与煤油的吸热本领的大小,有两种方法:
①可判断两种物质在升高相同温度的情况下,所用时间的多少.用时较多的,说明吸收的热量多,则比热较大.
②可判断两种物质在吸收相同热量的情况下,升高温度的多少.温度升高较多的,则比热较小.
(2)根据表中实验数据进行分析,然后答题.
(3)加热相同的时间,质量相同的水和煤油,由于煤油的吸热本领小,所以煤油升高的温度更高;
(4)本实验中把吸收热量的多少转换成加热时间的长短,所用的方法为转换法.
解:(1)在此实验中,为了比较水和煤油吸热本领的大小,我们可以加热相同的时间,观察升高的温度的不同;也可以让它们其升高相同温度,比较加热时间,来比较它们吸热本领的大小.
(2)由实验数据知,质量相同的水和煤油,升高相同温度时,水需要的加热时间更长,说明水吸收的热量更多,表明水的吸热本领大.
(3)因为煤油比水的吸热本领小,所以加热相同的时间,它们吸收相等热量时,质量相同的水和煤油,煤油升高的温度更高;
(4)由于物体吸收热量的多少不使用仪器测量,本实验中把吸收热量的多少转换成加热时间的长短,这种科学方法叫转换法.
故答案为:(1)升高温度;升高相同的温度,比较加热时间的长短;(2)水;水;(3)煤油;(4)转换.
点评:本题主要考查如何用转换法和控制变量法来比较不同物质比热容(吸热能力)的大小,本题有一定的难度,解题时要注意控制变量法的应用.
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