初中物理探究比热容的实验综合题

有一种WSJ﹣60型号电水壶，图甲是电水壶的电路图，L₁为电源指示灯、L₂为保温指示灯、L₃为加热指示灯，R₁、R₂、R₃；为指示灯的保护电阻，其大小为100kΩ左右；R为加热器，其电阻小于100Ω；S₁、S₂为压键开关；ST温控器是一个双金属片温控开关，当温度较低时，其处于闭合状态，当温度升高到一定值后，会自动断开，从而实现了自动温度开关控制．

当水壶放在底座上时，就分别压下开关键S₁、S₂，并通电路，如果插头插入插座后，就接通了电源，电源指示灯就亮，反之就断开．
该壶有手动和自动两种工作状态．
当钮子开关拨到手动挡时，加热电阻连入，开始加热，水沸腾以后再将钮子开关拨回．
当钮子开关拨到自动挡时，此时通过ST温控器将加热电阻连入，并开始加热；当水沸腾后，ST温控器的触点断开，进入保温状态，保温指示灯亮；当水的温度低于某温度后，ST温控器又重新接通，再次进入加热状态．
若加热器电阻阻值随温度改变而发生的变化可忽略不计，根据以上叙述与观察，请回答以下问题．
（1）在下列空格中填写“亮”或“不亮”．
a．手动状态通电工作时，电源指示灯      ．加热指示灯      ．保温指示灯      ．
b．自动状态通电工作时，水沸腾前：电源指示灯      ，加热指示灯      ，保温指示灯      ．水沸腾后：电源指示灯      ，加热指示灯      ，保温指示灯      ．
（2）现将一满壶25℃的水在标准大气压下烧开需时10min．请汁算该电水壶的热效率．水的比热容c=4.2×10³J/（kg•℃）．
（3）通过分析电水壶的电路，说明为什么处于自动状态下，水未沸腾前，保温指示灯是不亮的？

煤、石油、天然气的过量开采使人类面临能源危机。某县在冬季利用地热能为用户取暖。县内有一口自喷状态地热井，出水温度为90℃，出水流量为150m³/h。
（1）求每小时流出的地热水温度降低到50℃，所放出的热量。
（2）这些热量如果用天燃气蒸汽锅炉供热，且天燃气蒸汽锅炉的热效率为90%，则利用上述地热能供暖一小时可以节约多少天燃气？
（ρ_水＝1.0×10³kg/m³，c_水＝4.2×10³J/（kg·℃），天燃气的热值为q=4×10⁷J/m³）

（1）电热水壶的电阻R两端的电压为 220V，加热功率1100V，求通过R的电流是多少？R的阻值为多少？（2）体积为1×10³m³的水质量是多少？这些水从30℃加热到80℃要吸收多少的热量？
下图的电热水壶有两个开关 S₁、S₂，水达到100℃时沸腾了一会之后壶内积聚了大量水蒸气使S₁自动断开，停止加热；若某种原因使S₁不能断开，水会烧干直至壶的温度升高到125℃时S₂自动断开，才停止加热。

（3）为实现上述功能，应采用图中的哪幅电路图？
（4）若壶盖未合上，水会一直沸腾但不断电 ，这是因为壶内的水蒸气量不足导致哪个开关无法自动断 开？ ________________________________水烧干之前，为什么壶的温度不会达到 125℃？__________

小明买了一把电水壶，其样式和铭牌如下：

（1）关于电水壶安全使用的注意事项，下列说法不正确的是      。

A．注水时，水位不超过电水壶的最高水位线

B．要使用三孔插座

C．电水壶工作时，身体不可靠近壶嘴

D．为了清洁卫生，把壶身和底座放进清水中清洗

（2）小明向壶中加入2kg水，电水壶在正常工作时将水烧至沸腾用了7min（1标准大气压下），已知水的初温为20℃，求：
①电水壶的电阻？
②水吸收的热量？
③电水壶烧水的热效率？

近几年政府推出了“汽车下乡” 、“小排气量购置税减半”、 “以旧换新”等政策，极大的促进了汽车行业的发展，随着人民生活水平的不断提高，汽车已经走进我们的家庭，小明的爸爸最近也购买了一辆轿车．小明利用所学的物理知识对汽车进行了一系列探索与研究活动：

（1）汽车发动机常用循环流动的水来帮助它散热，主要是利用了水的   较大的特点．
（2）小明同学阅读了汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图甲所示的图表，请根据给出的信息，计算完全燃烧0.2kg的汽油能够获得多少J的能量，这些能量能产生多少J的有用功。（汽油的热值为4.6×10⁷J/kg）（写出计算过程）
（3）若轿车以60kW的恒定功率启动做直线运动，运动过程中受到的阻力不变，运动的速度v与时间t的关系如图乙所示．则在0～5s时间内，轿车发动机对外做功多少J？轿车在运动过程中受到的阻力是多少？（写出计算过程）
（4）汽车行驶时发动机产生的牵引力为F，则燃烧m质量的汽油，能使汽车前进的距离s为      （用前面给出物理量的符号表示距离，汽油的热值在本小题中用q表示）
（5）通过测量获得轿车以不同速度行驶时对应的制动距离（即从操纵制动刹车到车停下来的距离），数据如表所示：根据表中数据所反映的规律可知，当轿车速度为120km/h时对应的制动距离是      m．

王斌学了电磁继电器的知识以后，突发奇想：自己能不能制作一个像麦当劳那里的烘手器昵？他开始设计了一个电路，如图甲所示，R₀为光敏电阻，为用电动机做成的简易吹风机，试用以后，觉得干手的速度还有点慢，于是他又想，如果在不影响电动机正常工作的情况下加一个“220V 1000W”的电热丝，那效果也许会更好，请回答以下问题：

（1）所加电热丝的电阻是多少？
（2）在图乙中画出接入电热丝后的电路图（电热丝可用电阻的符号表示）．
（3）若电热丝消耗的能量，用来给水加热并被水全部吸收，那么它正常工作7min能使多少初温为10℃的水温度升高到30℃？

科技人员设计出了一种可移动式太阳能水上漂浮房如下图所示，它具有冬暖夏凉的优点．表面安装有太阳能电池板，接收太阳能的功率为1.6×10⁴W，该漂浮房屋三角形建筑的主体结构是中空的，三角形建筑外围（即除去该面空洞）的面积为1.0×10³m²，空气密度约为1.2kg/m³，已知空气动能与空气质量成正比．1kg空气在不同的速度（V）时的动能（E）如下表所示．

⑴漂浮房冬暖夏凉，利用了水的         比较大的特性．
⑵由表格中数据可知，每kg空气动能（E）与速度（V）的关系表达式为E=           ．

E（J）	2	8	18	32	50
V（m/s）	2	4	6	8	10

 
⑶漂浮房在平静的水面沿直线运动，运动过程中受到的阻力不变，水平方向的牵引力随运动时间t的变化关系如图所示，t=50s后，漂浮房以2.5m/s的速度做匀速直线运动，则在整个运动过程中，漂浮房受到的阻力大小为         N.

⑷若风正好垂直于三角形表面吹入，当风速为8m/s时,每秒钟吹向三角形建筑的空气体积是多少立方米？若煤的热值3.2×10⁷J/kg，那么当风速为8m/s时，漂浮房在1h内获得的风能与完全燃烧多少千克的煤所产生的内能相当？

某团队在海拔3000多米高山上野营时，使用铁锅烧水，他们发现把体积为2L的水从10℃加热到85℃时，共消耗了5kg的干木柴，已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），干木柴的热值为1.2×107J/kg）。求：
（1）干木柴完全燃烧放出的热量。
（2）水吸收的热量。
（3）铁锅烧水的的效率。
（4）他们也发现在高山上用铁锅煮马铃薯时，尽管锅里的水哗哗地沸腾了很长时间，马铃薯还是煮不软，为什么？

阅读下面的短文，回答问题。
太阳能热水器
太阳能热水器能利用太阳能把水从低温加热到高温，以满足人们日常生活的需要。它具有安全、节能、环保等优点。
如图甲所示，太阳能热水器主要由两部分构成：一部分是由许多根玻璃吸热管组成的集热器，每根玻璃吸热管由双层玻璃管组成，双层玻璃管之间是真空。如图乙所示是玻璃吸热管的工作原理图，它的结构与保温瓶的玻璃内胆相似，只是在玻璃吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料；另一部分是保温储水箱，保温储水箱下部与玻璃吸热管相通。
当太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为内能，将管内的水加热。向光一侧的水被加热后体积增大、密度变小而向上运动；背光一侧的水由于温度较低、密度较大而向下运动，形成冷热水循环，最终整箱水都升高至一定的温度。玻璃吸热管具有吸热保温作用。

请回答以下问题
（1）当太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为 能，将管内的水加热；玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度变小，所受到的浮力 重力。
（2）你认为 （选填“能”或“不能”）将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面上，理由是 。
（3）水箱中升温后的水与原来在地面上相比较，哪些形式的能发生了变化？ 。（需填两种能）
（4）将质量为100kg的初温为15℃的水加热到55℃，求这些水需要吸收的热量为 J。[水的比热容4.2×10³J/（kg・℃）]
（5）某品牌太阳能热水器集热器面积为S=2m²，热效率为η=40%（即热水器能将照射到玻璃吸热管上的太阳能的40%转化为水的内能），该地点太阳能辐射到地面的平均功率P=1.4×10³W/m²（即平均每平方米每秒钟太阳辐射能为1.4×10³J）。在第（4）小题中水吸收的热量由该热水器提供，则需要加热的时间为 秒。

王聪是班里有名的“物理迷”，他爱观察，勤思考．一天，妈妈到超市购买了一台家用豆浆机，他仔细观察了豆浆机的构造、铭牌和制作豆浆的过程，发现其中用到了许多物理知识．

（1)豆浆机电源线的插头有三个脚，如图甲所示，其中间稍长些的脚是把豆浆机的金属外壳与      相连接；
（2）豆浆机的机头主要由一个电热器（电热丝）和一个电动机带动的打浆器构成．制作豆浆的过程是先加热，再打浆，再加热煮熟，即加热和打浆是交替进行的．由此可知，豆浆机中的电动机和电热器的连接方式是     ；

额定电压	220V
额定频率	50Hz
电动机额定功率	176 W
电热器额定功率	800W

 
（3）豆浆机铭牌上的部分技术参数如上表．豆浆机在额定电压下打浆时，通过电动机的电流是多少？
（4）为了测量豆浆机电热器加热时的效率，王聪和父亲合作进行了如下实验：关掉家里所有用电器，把80g大豆和1170g清水放入豆浆机中，打浆后测出豆浆温度为20℃，接着电热器将豆浆加热至100℃沸腾．在加热时间内观察到家中电能表（如图乙）转过200r．设豆浆的比热容等于水的比热容【c_水=4.2×10³J／(kg. ℃)】，请帮他计算：
①豆浆吸收的热量；
②豆浆机加热时消耗的电能；
③豆浆机电热器的加热效率．

【江苏省南京市2015年初中毕业生学业考试】如图所示是“探究不同物质吸热升温现象”的实验装置．用同一套装置，先后加热并不断搅拌质量相等的煤油和水．

(1)要完成该探究实验，除了图中所示的器材外，还需要的测量工具有天平和         ．
(2)小明设计的记录数据的表格如下，分析表格可知：他是用            相同比较          的方法来完成探究实验的．
(3)实验结束后，小明查表知道水的比热容为4.2×l0³ J/( kg.℃)，则500g水温度升高20℃吸收的热量是    J；若这些热量由酒精完全燃烧获得，则至少要消耗        g酒精． (酒精的热值为3.0×10⁷ J/kg)
(4)在受太阳照射的条件相同时，内陆地区昼夜温差比沿海地区    ，这是因为干泥土和水相比，    较小。

木柴、焦炭、木炭等都是常用的燃料，对它们取不同质量进行完全燃烧，得到了下表的数据：

燃料的质量/g	100	200	300	400
燃料完全燃烧放出的热量	Q木柴／J	1.3×10^6	2.6×10^6	3.9×10^6	5.2×10^6
Q焦炭／J	3.0×10^6	6.0×10^6	9.0×10^6	12.0×10^6
Q木炭/J	3.4×10^6	6.8×10^6	10.2×10^6	13.6×10^6

（1）从表中的数据可以得到，相同质量的不同燃料，它们完全燃烧所释放的热量是____的；对于同一种燃料，质量越大，完全燃烧所释放的热量越____。
（2）从表中的数据还可以看出，对于同一种燃料 ，      和      的比值是不变的，这个不变的比值，反映了燃料本身的一种性质，物理学中把它称之为__  __，它是用来描述燃料完全燃烧时，释放热量能力大小的物理量。
（3）完全燃烧0.01m³的天然气放出的热量是____  __ __J；如果这些热量完全用于加热水，可使__  ___kg的水温度升高10℃；实际加热这些水所燃烧的天然气比上述要多许多，原因是用燃气灶烧水时，除了水吸收的热量外，一部分传给了盛水的容器，另外一部分传给了__  ____  __（答一个即可）。[q_天然气=4.2×l0⁷J／m³， C_水=4.2×l0³J/（kg．℃）]
（4）在烧水过程中，人们关心的是燃烧天然气所放出的热量中有多少被水吸收，为了衡量水吸收的热量在完全燃烧天然气放出的热量中所占比例，物理中引入____来描述，我们总是希望它的值越__  __越好。

在比较水和煤油吸热能力的实验中，使用了相同的酒精灯、相同的设备，首先分别对质量相同的水和煤油加热相同的时间，然后分析温度的变化量得出结论，这种实验探究方法叫做　         　，该实验是利用　         　（选填“热传递”或“做功”）的方法来改变水的内能，若被加热水的质量为 $0.2\mathit{kg}$，加热时间长 $5\mathit{min}$，温度升高了 ${50}^{°}\text{C}$，则水吸收的热量是　         　，已知 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}\right)$；若某同学测出了加热前、后酒精灯质量的变化量为 $m$，并利用上面测出的水吸收的热量 $Q$，通过公式 $q=\frac{Q}{m}$计算出了酒精的热值，则该热值与实际酒精的热值相比　        　（选填“偏大”“偏小”或“不变”）

阅读短文，回答问题：
嫦娥奔月
我国“嫦娥二号”卫星于2010年10月1日发射成功，约5天后进入如图所示的环月轨道．它的质量为2.3t，与“嫦娥一号”相同；它环月的平均高度为100km，较“嫦娥一号”200km的环月高度离月球更近，更宜于对月球的精细测绘.
2013年12月14日，“嫦娥三号”卫星携带“玉兔号”月球车登月探测．已经探明，月球上无水，无大气．物体在月球上的重力只有地球表面重力的1/6．月球昼夜间隔大约相当于地球上的14天．也就是说，登上月球的月球车，最多可以连续工作14天，进入月夜以后，它由于无法通过光能发电，进入休眠状态.14天后，又能自动醒来．月球表面白昼时温度高达120℃，黑夜时低至－180℃．“嫦娥三号”在登录月球时将使用软着陆方式，采用边降落边用发动机反推，以减缓降落速度．在大约距离月球15千米时，反推发动机就要点火工作，到离月球100米时，卫星将暂时处于悬停状态，此时它已不受地球上工程人员的控制.因卫星上携带的着陆器具有很高智能，它会自动选择一块平整的地方降下去，并在离月球表面4米的时候关闭推进器，卫星呈自由落体降落，确保软着陆成功．安全降落以后，嫦娥三号将打开太阳能电池板接收能量，携带的仪器经过测试、调试后开始工作.随后，“玉兔号”月球车将驶离着陆器，在月面进行3个月的科学勘测.

（1）当“嫦娥二号”从远月点向近月点运动时，它的动能将      （变大/变小/不变）．
（2）对于“嫦娥”卫星登月的情景，下列说法正确的是   （   ）

A．反推发动机能使“嫦娥三号”悬停于100米处空中，利用的是卫星具有惯性

B．“嫦娥三号”高速降落时将由于摩擦而导致表面温度急剧升高

C．相对月球，“嫦娥一号”比“嫦娥二号”的势能更大

D．“嫦娥三号”登月时打开降落伞可以辅助减速

（3）嫦娥三号探测器的质量为1200kg，它在月球表面上方竖直下落4m时，重力对它做的功为       J（g取10N/kg）．
（4）月球车工作的电能是由      能转化来的，它在月球上要耐受300℃的温度差．对月球上昼夜温差很大的成因，请你结合所学物理知识做出简要解释：（说出一点即可）

水在热电厂的锅炉中变为水蒸气，通过涡轮机带动发电机发电，用过的水蒸气在液化器中凝结成水，再到锅炉，循环使用．液化器中的冷却水则流到冷却塔中降温，如图.
（1）下列现象中与液化器中凝结成水的物态变化过程不相同的是 （    ）
A．初春早晨的浓雾
B．夏天早晨花草上的露珠
C．深秋早晨树叶上的白霜
D．冬天跑步时呼出的“白气”
（2）夏天，来自冷却塔的水温为16°C，而回到冷却塔的水温为30°C．若冷却塔和液化器间水的流量为15m³/s，试求这个系统通过冷却塔散热的功率．
（3）如果发电机的发电功率为5.6×10⁵kW，发电机把机械能转化为电能的效率为80%，不计水蒸气通过涡轮机过程中由于热传递造成的能量损失及涡轮机的摩擦，试求水蒸气的能量转化为电能的效率．