初中物理内能解答题

大山将质量为 $20\mathit{kg}$的水从 ${25}^{°}\text{C}$加热到 ${75}^{°}\text{C}$， $[$水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$，天然气的热值为 $3.5\times {10}^{7}J/m^3]$求：

（1）这些水吸收的热量是多少？

（2）若这些热量由完全燃烧天然气获得，则需要多少 $m^3$天然气？

世界上很多发明都是受到生活现象的启发而萌生的。比如蒸汽机和汽油机都是热机，它们工作时，能的转化过程是    　，喜欢探究的小明同学做了如图甲、乙所示的实验，其中　　（选填“甲”或“乙” $)$图可以反映汽油机的工作原理。如图丙所示，来回摩擦绳甲乙使金属筒的温度升高，这是通过　　的方式改变了金属筒的内能；当筒内的酒精蒸气将软木塞弹开后，周围的人能闻到酒精的气味，这个扩散现象说明了　　。

在“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”实验中，小林选用碎纸片和酒精为燃料进行了实验。

（1）小林将天平放在水平桌面上并将游码归零后，若指针静止时位置如图1所示，则他应将平衡螺母向　　端调节；图2是正确测量所用碎纸片质量时的场景，此时游码所处位置如图3所示，则他还应称量　　 $g$的酒精；

（2）小林组装的实验装置如图4所示，他在器材安装中的一处错误是　　；

（3）本实验中，燃料完全燃烧放出热量的多少是通过　　来反映的。

（4）正确组装实验装置后，小林用（1）中所称量的碎纸片和酒精分别进行实验，正确采集的数据如表所示，根据实验数据，小林却得出了与事实相反的实验结论：质量相同的碎纸片和酒精完全燃烧后，碎纸片放出的热量较多。你认为他在实验中最有可能遗漏的操作是　　。

温度 燃料	加热前的水温 ${/}^{°}\text{C}$	燃料燃尽时的水温 ${/}^{°}\text{C}$	水温的变化 ${/}^{°}\text{C}$
酒精	20	65	45
碎纸片	20	80	60

为了比较两种液体的吸热能力，某实验小组用如图中两个相同的装置做实验，数据记录如表所示。

物理量 物质	质量 $/g$	初始温度 ${/}^{°}\text{C}$	加热时间 $/\mathit{min}$	最终温度 ${/}^{°}\text{C}$
液体1	50	20	5	45
液体2	50	20	5	68

（1）实验过程中，用加热时间相同比较升高的温度的方法来完成探究实验，通过分析表中数据可知　 　（选填“液体1”或“液体2” $)$的吸热能力较强。

（2）这组同学又对甲图中的加热情况进行分析，在某段时间内，质量为 $m_1$的液体1温度从 $t_0$升高到 $t$，共消耗了质量为 $m_2$的酒精，液体1的比热容为 $c$，酒精的热值为 $q$，则这段时间内液体1吸收的热量表达式 $Q_{吸}=$　　，酒精完全燃烧放出的热量表达式 $Q_{放}=$　　（两个表达式均用给出的字母表示）， $\frac{Q_{吸}}{Q_{放}}$　　1．（选填“大于”、“小于”或“等于” $)$

西宁市近几年在多处建了湿地公园，局部空气的湿度和温度有了改善，为什么湿地能调节空气湿度和空气温度？

在冬天学校为了让师生能喝上热水，买了多台电热水壶，其铭牌上标有“ $220V10A$”字样，求：

（1）一台电热水壶正常工作 $210s$消耗的电能。

（2）若电热水壶放出的热量全部被水吸收，那么一台电热水壶 $210s$内可将质量为多少 $\mathit{kg}$初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到 ${75}^{°}\text{C}$． $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$。

沙漠集水器

（1）有些沙漠紧邻大海，　　（白天 $/$晚上）风通常从大海吹向沙漠，导致空气中富含水蒸气。

（2）伯克利分校的团队设计出一款沙漠集水器 $-\mathit{WaterSeer}$，如图所示，利用风能这种　　（可再生 $/$不可再生）能源，借助风力驱动风轮旋转，带动螺旋桨将讲空气输入金属管中部。

（3）深埋在土壤深处的金属管底部温度较低，由于金属的　　（填物理属性）好使得金属管中部温度也降低。

（4）空气中的水蒸气在金属管中部　　（吸 $/$放热），液化成水滴，水滴在　　力的作用下，沿管壁下落，汇集于金属管底部容器。

（5） $\mathit{WaterSeer}$每天可以收集约 $37L$饮用水，合　　 $\mathit{kg}$，应用前景十分乐观。 $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

一辆汽车为 $50\mathit{km}$ 长的新建大桥进行通车测试，如图所示。汽车总质量为 $1.5t$ ，以 $100\mathit{km}/h$ 的速度匀速通过大桥，受到的阻力是总重的0.08倍，全程消耗了 $4\mathit{kg}$ 的汽油。 $g$ 取 $10N/\mathit{kg}$ ，求汽车通过大桥；

（1）所需的时间；

（2）牵引力所做的功；

（3）汽油机的效率。 $\left(q_{\mathit{汽油}}=4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}\right)$

质量为0.5千克的水温度升高 ${20}^{°}\text{C}$ ，求水吸收的热量 $Q_{吸}$ ． $[c_{水}=4.2\times {10}^3$ 焦 $/$ （千克 ${·}^{°}\text{C}\left)\right]$

已知天然气的热值为 $4.2\times {10}^{7}J/m^3$，水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$。

（1）完全燃烧0.04 $m^3$天然气可放出热量为　　 $J$。

（2）某天然气灶烧水的效率为 $50\%$，完全燃烧0.04 $m^3$天然气可使常温下 $5\mathit{kg}$的水温度升高　　 ${}^{°}\text{C}$。

如图甲所示是“探究冰熔化时温度随加热时间变化”的图象。 $(c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，相同时间吸收的热量相同）

分析图象可知：

（1）冰的熔点是　　 ${}^{°}\text{C}$，冰在熔化过程中的特点是：吸收热量，温度　　。

（2）该物质在第 $6\mathit{min}$时的内能　　（大于 $/$等于 $/$小于）第 $8\mathit{min}$的内能。

（3）熔化后水和烧杯的总质量如图乙所示，其中空烧杯的质量是 $22.4g$，则水的质量是　　 $g$，冰熔化过程中吸收的热量为　　 $J$。

夏天，小华发现爸爸将水和防冻液（主要成分是不易蒸发、密度为 $1.11g/c{m}^3$的乙二醇）混合后加入汽车水箱，他很不解：夏天为什么还要加防冻液？他思考后认为，加防冻液后，混合液的比热容和沸点都可能发生变化。

（1）小华对混合液比热容的变化情况作了进一步思考，觉得混合液的比热容应随含水量（水在混合液中所占体积之比）的增大而增大。为此，他在图甲装置的两支相同试管中分别加入体积相同、含水量不同的混合液，通过实验进行验证。

①实验中存在的问题是　　。

②纠正后，实验通过　　来比较不同混合液的比热容的大小。

（2）小华继续探究混合液沸点与含水量的关系，测得数据如下：

含水量 $W/\%$	50	40	30	20	10	5
混合液沸点 $t{/}^{°}\text{C}$	107	110	116	124	141	160

①请在图乙中，描点作出含水量 $W$与混合液沸点 $t$的关系图线。

②混合液的含水量为 $15\%$时，沸点是　　 ${}^{°}\text{C}$。

（3）混合液沸腾后冷却，小华测出其密度，发现混合液的密度比混合前利用水和防冻液的质量、体积算出的密度要大。对于混合液沸腾冷却后密度变大的原因，他提出如下猜想：

猜想1：防冻液与水混合时总体积变小；

猜想2：混合液沸腾过程中水大量汽化。

①若猜想1正确，则混合液总体积变小的原因是　　。

②为验证猜想2是否正确，他设计了以下方案：将混合液加热至沸腾，分别测出沸腾过程中不同时刻的温度，若猜想正确，实验时可观察到　　；混合液密度变大的原因是　　。

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热阻

当物体或物体的不同部分之间存在温度差时，就会发生热传递。传导是热传递的一种方式，物体对热量的传导有阻碍作用，称为热阻，用 $R$表示。物体的热阻与物体在热传导方向上的长度 $l$成正比、与横截面积 $S$成反比，还与物体的材料有关，关系式为 $R=\frac{l}{\mathit{\lambda S}}$，式中 $\lambda$称为材料的导热系数，不同材料的导热系数一般不同。房屋的墙壁为了保温，往往使用导热系数较小的材料。如果墙壁一侧是高温环境，温度始终为 $t_1$；另一侧是低温环境，温度始终为 $t_2$，墙壁中形成稳定的热量流动，则单位时间内从高温环境传导到低温环境的热量 $Q$与墙壁两侧的温度差成正比，与墙壁的热阻成反比。

（1）热量传导过程和电流相似，温度差相当于电路中　　

$A$．电流

$B$．电压

$C$．电阻

$D$．电功率

（2）铜汤勺放在热汤中，把手很快就会烫手，而塑料把手的汤勺不会烫手。由此可知铜和塑料的导热系数大小： ${\lambda }_{铜}$　　 ${\lambda }_{\mathit{塑料}}$（填“ $>$”“ $<$”或“ $=$” $)$。

（3）如图甲所示，热量在墙壁中传导，虚线标出的墙壁正中间处的温度为　　。

（4）如图乙所示，热量在墙壁中传导，在传导方向上的长度为 $L_1$，横截面积为 $S$，导热系数为 ${\lambda }_1$；在墙壁一侧紧贴一层保温层，保温层与墙壁面积相同，在热传导方向上的长度为 $L_2$，导热系数为 ${\lambda }_2$，则单位时间内从高温环境传导到低温环境的热量 $Q=$　　。

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茶杯的变迁

在古老的欧洲流行一种陶瓷茶杯，叫梨形杯（如图所示），它较大的杯口使茶水有令人满意的变凉效果。下部球形设计茶杯有较小的表面积和较大的容量，这种设计又能使茶水保温很长时间，让你长时间谈话时可以细品热茶。梨形杯在欧洲沿用数百年后，被廉价的圆柱形玻璃杯所代替，因为玻璃把手的发明，使玻璃杯得以更加方便地使用。

（1）如果玻璃把手的材料用金属材料替换是否合理，并说明理由。

（2）玻璃杯除设计把手之外，还有哪些设计解决了陶瓷茶杯使用的不便，请列举一例　　。

（3）试解释陶瓷梨形杯能使茶水保温很长时间的原因。

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科学创新小组设计并制作了一个能将水温调控在 ${48}^{°}\text{C}$左右的自动控温杯，结构示意图如图甲，其夹层填充物为海波晶体（熔点为 ${48}^{°}\text{C})$。小组同学为检测该自动控温杯控温功能，做了如下测试：①在杯中装满 ${100}^{°}\text{C}$的水，盖紧杯盖，摇动杯子，水温下降到 ${48}^{°}\text{C}$并稳定在此温度一段时间；② $t_2$时，将杯内的水倒掉，迅速加入 ${20}^{°}\text{C}$的水，盖紧杯盖，摇动杯子，水温上升到 ${48}^{°}\text{C}$并保持。上述检测过程中水温随时间变化曲线如图乙所示。请用所学知识解释图乙中 $\mathit{ac}$段水温变化的原因。（提示：图乙中 $\mathit{de}$段不必作答）