物理競賽輔導(dǎo)02熱學(xué)問題.pdf

熱脹冷縮問題一熱脹冷縮問題一 1 圖中所示為自動調(diào)溫電熨斗的電路圖 右下方為溫控部分 在未通電和低于預(yù)定溫度時 雙金屬片 A 和靜片 B 上的觸點接通 指示燈 L 亮 電熱絲 R 發(fā)熱 當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)定溫度時 雙金屬片因 向左彎曲 電路斷開 若雙金屬片由銅片和鐵片鉚合而成 則左片就是 片 調(diào)節(jié)調(diào)溫旋鈕 C 使靜片向左時 調(diào)溫電熨斗的預(yù)定溫度值將變 思路點撥思路點撥 一般固體材料 遇熱都會膨脹 遇冷都會收縮 不同的材料 在溫度變化相同的情況下 其熱膨脹冷縮的程度往往不同 取兩塊熱脹冷縮程度不同的金屬片 例如 M 的熱脹冷縮現(xiàn)象 比 N 的熱脹冷縮現(xiàn)象更明顯 將其粘合成為一塊 稱為雙金屬片 如圖所示 由圖示狀態(tài)開 始 其其溫度升高 則兩金屬片都會發(fā)生膨脹 但一側(cè)金屬片膨脹得多 另一側(cè)金屬片膨脹 得少 則這個雙金屬片整體便會向膨脹得少的一側(cè)彎曲 例如向 N 一側(cè)彎曲 反之 若從圖 示狀態(tài)開始而其溫度降低 則此雙金屬片將向另一側(cè)彎曲 本題所用雙金屬片為銅片和鐵片鉚合而成 銅的熱脹冷縮比鐵更強(qiáng) 故溫度升高時雙金 屬片將向鐵片一側(cè)彎曲 左片為鐵片 若調(diào)節(jié)圖中的旋鈕 C 使靜片向左移動一些 則雙金 屬片要向左彎曲得更多才能使電路斷開 這時對應(yīng)所需的溫度更高 即調(diào)溫電熨斗的設(shè)定溫 度值將提高 答案答案 熱膨脹 鐵 高 2 冬天 把自來水筆從室外帶到室內(nèi) 有時會有墨水流出 這主要是因為 A 墨水受熱膨脹 流出來了 B 筆囊受熱膨脹 把墨水?dāng)D出來了 C 筆囊中的空氣受熱膨脹 把墨水?dāng)D出來了 D 筆尖處的縫隙受熱膨脹 使墨水漏出來 了 思路點撥思路點撥 冬天 室外氣溫往往比室內(nèi)氣溫低很多 自來水筆在室外時 其筆囊中的空氣溫度也較 低 當(dāng)將其帶入室內(nèi)時 筆囊中空氣溫度會隨之升高 由此 這部分空氣將發(fā)生膨脹而把筆 囊中的墨水?dāng)D出 答案答案 C 熱脹冷縮問題二熱脹冷縮問題二 1 在冬天 向玻璃杯內(nèi)倒開水前 往往先倒入一些溫水 將杯子熱一下后倒去 再將開水 倒入杯中 這樣做主要是為了 清潔杯子 使玻璃杯變得容易熱傳遞 使玻璃杯內(nèi)外溫差不致過大 杯子不易損壞 使玻璃杯內(nèi)外溫度相等 杯子不易損杯 思路點撥思路點撥 玻璃傳熱較慢 所以當(dāng)玻璃的一部分突然遇熱 或遇冷 而使其溫度變化很多時 其他部 分的溫度往往難于很快地隨之變化 由此可使玻璃的各部分間溫差較大 又由于物體的熱脹 冷縮之故 由此而使得玻璃的各部分熱膨脹不均勻 這種不均勻的差別太大時 則可能使玻 璃制品碎裂 冬天 環(huán)境溫度較低 玻璃杯的溫度也就較低 若驟然向玻璃杯內(nèi)倒入開水 則杯的內(nèi) 層受熱明顯膨脹但外層受熱不夠而膨脹得少 由此可導(dǎo)致杯炸裂 若先將溫水倒入杯中將杯 預(yù)熱 一下 再倒入開水時 則杯的內(nèi)外層將不會有太大的溫度差而避免了杯子的損壞 答案答案 C 2 在 0 時 將兩根長度和質(zhì)量相等的均勻銅棒和鐵棒連接在一起 并將支點放在接頭處 剛好平衡 如圖所示 當(dāng)溫度升高數(shù)百攝氏度時 能觀察到的現(xiàn)象是 思路點撥思路點撥 當(dāng)溫度升高時 銅和鐵都會受熱而膨脹 而在升高同樣溫度的情況下 銅膨脹得比鐵 多 在圖所示的情況下 則銅和鐵的重心都會因棒的膨脹而遠(yuǎn)離支點 但銅遠(yuǎn)離得多些 鐵 遠(yuǎn)離得少些 由杠桿的平衡原理知棒將發(fā)生逆時針方向轉(zhuǎn)動 即其左端下降 右端上升 答案答案 C 熱傳遞問題一熱傳遞問題一 1 人們常說井水冬暖夏涼 這是因為 A 井內(nèi)冬夏溫度變化小 地面冬夏溫度變化大 所謂 冬暖夏涼 是井水溫度與地面溫度 比較而言的 B 井水受地?zé)岬淖饔枚休^多的熱能 C 井水遠(yuǎn)離地面 不受空氣流動的影響 因而具有較多的熱能 D 井水暴露在空氣中 夏天氣溫高 蒸發(fā)得快 吸收了較多的熱量 因而溫度較低 思路點撥思路點撥 地球表層的空氣 由于其熱容量較小 故隨著春夏秋冬四季太陽光照射強(qiáng)弱的不同 其 溫度有明顯變化 夏天熱 冬天冷 而地球表層的泥土砂石和其中的水 其熱容量比空氣大 很多 且又不像空氣那樣易于流動而便于吸熱和散熱 所以地球表層的泥土砂石的溫度隨四 季變化就沒有空氣那么明顯 井水的溫度與它旁邊的泥土砂石的溫度是相等的 故井水的冬 夏溫度變化就比地面空氣的冬夏溫度變化要小 由此 人們對井水便有冬暖夏涼的感覺 答案答案 A 2 多油的菜湯不易冷卻 這主要是因為 A 油層阻礙了湯的熱輻射 B 油層和湯中的水不易發(fā)生熱交換 C 油的導(dǎo)熱能力比水差 D 油層覆蓋在湯面 阻礙了水的蒸發(fā) 思路點撥思路點撥 沒有油覆蓋的菜湯 相當(dāng)于水暴露在空氣中 水是很容易蒸發(fā)的 由于蒸發(fā)要吸熱 所 以這樣的菜湯就容易冷卻 蒸發(fā)致冷是菜湯冷卻的主要原因 多油的菜湯 由于油的密度小 于水的密度 故有一油層覆蓋在水面上 由此阻止了水直接向空氣中蒸發(fā) 而油本身又是在 常溫下蒸發(fā)得很慢的 因此多油的菜湯蒸發(fā)致冷的效應(yīng)就弱于少油的菜湯 所以多油的菜湯 也就不易冷卻 答案 答案 D 3 許多電冰箱的后背涂成黑色 原因是 A 黑色物體的熱輻射能力較強(qiáng) B 黑漆的強(qiáng)度較高 C 黑色物體吸熱能力較強(qiáng) 有利于冰箱內(nèi)物體的降溫 D 黑色物體不易吸附灰塵 思路點撥思路點撥 物理理論告訴我們 黑色物體吸收熱輻射的能力較強(qiáng) 向外輻射熱的能力也較強(qiáng) 而電 冰箱背面涂成黑色 正是利用黑色物體輻射熱的能力較強(qiáng)這一特點 幫助冰箱向外輻射熱能 以有利于冰箱內(nèi)物體的降溫 答案 答案 A 熱傳遞問題二熱傳遞問題二 1 帽子的功能很多 僅從熱學(xué)角度看 夏天戴草帽主要是為了防止 冬天戴棉帽主 要是為了防止 思路點撥思路點撥 夏天的草帽是為了擋住太陽光使之不直接照射到人身上 使人不感到太熱而感到?jīng)鏊?些 草帽擋住太陽光就是擋住由太陽光而傳到人身上的熱 太陽光傳熱的途徑是熱輻射 故 夏天戴草帽主要是為了防止熱輻射 冬天 氣候寒冷 冷空氣與人體接觸 人體溫度高于空氣溫度 人體就有熱量傳給冷空 氣 這種傳熱過程為熱傳導(dǎo) 此是 人們戴上棉帽 就使得帽內(nèi)空氣不容易向外散熱而能保 持較高的 與人體溫度相近的溫度 這樣 人腦部和這部分空氣之間的熱傳導(dǎo)就減弱了 人 腦部就感到暖和 可見 冬天戴棉帽主要是為了防止人腦部與周圍冷空氣間的熱傳導(dǎo) 答案答案 熱輻射 熱傳導(dǎo) 2 炒菜時利用的熱傳遞方式主要是 思路點撥思路點撥 炒菜時 菜較冷 而鍋很熱 冷菜和熱鍋直接接觸 由于兩者間有溫度差 則有熱量由 鍋傳遞給萊 使菜吸收熱而被炒熟 所以此時利用的熱傳播方式主要是傳導(dǎo) 答案答案 傳導(dǎo) 熱傳遞問題三熱傳遞問題三 小紅在兩個同樣的燒瓶中灌滿水 加熱到相同的溫度后分別用厚度相同的 1 2 兩種保 溫材料包好 定時測量燒瓶中水的溫度 實驗過程中室溫保持不變 他想用這種方法比較兩 種材料的保溫性能 表中給出了在時刻 t 單位是分 測得的兩個燒瓶中的水溫 T1 T2的幾 組數(shù)據(jù) 根據(jù)這些數(shù)據(jù)在下面的方格紙中作出表示水溫與時間關(guān)系的圖象并回答以下問題 1 哪種材料的保溫性能較好 2 當(dāng)時的室溫大約是多少 3 在這些水溫數(shù)據(jù)中 哪一個最可能是由于測量或記錄的疏忽而產(chǎn)生的錯誤 t 分 0 5 10 15 20 25 35 45 55 65 80 95 110 125 140 155 T1 80 72 64 59 55 51 50 41 37 34 30 26 24 22 21 20 T2 80 65 56 48 43 38 32 28 26 24 22 22 21 21 20 20 答案答案 所得圖像如圖所示 由圖可以看到 1 第一種材料的保溫性能較好 因為從兩圖線的比較可以看到 兩種材料同樣包裹的燒瓶 內(nèi) 同樣溫度的滿瓶熱水比較 第一種材料包裹的瓶內(nèi)熱水溫度降低較慢 2 當(dāng)時的室溫約為 20 顯然 當(dāng)瓶內(nèi)水與室內(nèi)空氣溫度相等時 兩者間達(dá)到熱平衡 即瓶內(nèi)水溫降至室溫時 將不再變化 圖線表示瓶內(nèi)水溫最后維持為 20 不變 可見室溫 應(yīng)為 20 3 所得數(shù)據(jù)中 t 35minn 時的 T1 50 最可能是由于測量或記錄時的疏忽所產(chǎn)生的錯 誤 因為瓶內(nèi)水溫應(yīng)該是在連續(xù)逐漸變化的 所以描述這一溫度隨時間變化的關(guān)系圖線應(yīng)該 為一條連續(xù)光滑的曲線 則各個不同時刻所測得的實驗數(shù)據(jù)點都應(yīng)該在這一光滑曲線上 圖 中各實驗數(shù)據(jù)點都分別在自己所對應(yīng)的曲線上 惟有 t 35min 時的數(shù)據(jù) T1 不在其對應(yīng)曲線 上 且偏離此曲線較遠(yuǎn) 表明該數(shù)據(jù)點的數(shù)值與當(dāng)時的實際值偏離太大 即該點為一錯誤的 數(shù)據(jù)點 物理學(xué)上用圖像來研究兩上相關(guān)變化的物理量間的關(guān)系是一種常用的辦法 特別是在物 理實驗中更為常用 通常這種方法是先列出 如通過實驗測量出 這兩個物理量都發(fā)生變化時 的多組對應(yīng)值 然后把這些對應(yīng)值分別描繪在以上述兩物理量為縱橫坐標(biāo)的坐標(biāo)圖上 再以 光滑的曲線 也可能是直線 將這些數(shù)據(jù)點連起來 這樣便得出了其中一個量隨另一個量變化 而變化的圖線 利用這種圖線 可以更直觀明了地看出這兩個量之間的相互關(guān)系 比熱容問題一比熱容問題一 有一堆從河中撈出的溫砂子 測得其比熱容為 1 2 103 焦 千克 已知干砂子 的比熱容為 0 9 103 焦 千克 則按質(zhì)量說 這堆砂子含水的百分比是多少 思路點撥思路點撥 濕沙子中包含有干沙子和水 當(dāng)濕沙子溫度升高時 它吸收的熱量應(yīng)該是其中干沙子所 需吸收的熱量與水所需吸收的熱量之和 根據(jù)這一思路 可以對本題求解 答案答案 以下列各字母分別代表各對應(yīng)的物理量 m1 干沙子質(zhì)量 m2 濕沙子中所含水的質(zhì)量 m 干沙子和水的混合物的質(zhì)量 c1 干沙子的比熱容 c2 水的比熱容 c 干沙子和水的混合物的比熱容 t 干沙子和水的混合物溫度的升