全國物理競賽試題匯編—機械能與內能

1、競賽試題匯編機械能與內能一、選擇題（91年第一屆）1.冬天用手去摸鐵棍和木棍。覺得鐵棍比木棍涼這是因為 （ ）。A鐵棍比木棍的溫度低。 B鐵棍比木棍的熱能少。C鐵棍比木棍的導熱能力強。D. 鐵棍比木棍比熱容大 （91年第一屆）6當手扶拖拉機上的柴油機出現故障而使轉速急劇增加時，正常的操作已經不能使它停轉(這種故障叫做“飛車”)。下列應急措施中，可行的是 ( )A用手捂住進氣口 B立即找一個隔熱的東西，捂住排氣口。C腳踏剎車板，同時手拉制動器。 （93第三屆）2人們常說井水冬暖夏涼，這是因為 A井內冬夏溫度變化小，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井水受地熱的作

2、用而有較多的熱能C井水遠離地面，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 （94第四屆）3有四種器材：(1)自行車座；(2)機械手表；(3)衣服夾子；(4)發(fā)令手搶。其中利用彈簧形變的勢能轉化為動能工作的有 A(1)和(2)。B(2)和(3)。C(1)和(4)。D(2)和(4)。（94第四屆）6我國農村使用的一種鋼架水泥殼拋物面太陽灶，用30分鐘剛好可將4與氣溫（26.5）相同的水燒開。若不計熱損失，此時這個太陽灶的功率為 A163瓦B686瓦C933瓦D41160瓦（94第四屆復）9用一重錘從相同的高度落下敲擊質量和溫度分

3、別相同的鋼塊和鉛塊，重錘打在鋼塊上時，重錘會跳起，打在鉛塊上時，重錘沒有彈起，這時： A鋼塊的溫度比鉛塊高 B鉛塊的溫度比鋼塊高C鋼塊與鉛塊的溫度一樣高 D無法判斷誰的溫度高（97第七屆）3下列哪種器材在工作中利用了由彈簧形變的勢能轉化成的動能？ A自行車座 B機械手表 C彈簧秤 D衣服夾（98第八屆）8騎自行車上坡前往往要加緊蹬幾下，這樣做是為了： A增大車的慣性 B增大車的沖力 C增大車的動能 D增大車的勢能。（03第十三屆B）5“蹦極”是一種富有刺激性的勇敢者的運動項目。如圖1所示，一端系住人的腰部、另一端系于跳臺的是一根彈性橡皮繩。當人下落至圖中Q點時，橡皮繩剛好被拉直。那么，在人越過

4、Q點繼續(xù)向下的過程中，人的動能變化情況是( )A不變 B變大 C變小 D先變大后變?。?5第十五屆）2有一種叫做“壓電陶瓷”的電子元件，當對它擠壓或拉伸時，它的兩端就會形成一定的電壓，這種現象稱為壓電效應。一種燃氣打火機，就是應用了該元件的壓電效應制成的。只要用大拇指壓一下打火機上的按鈕，壓電陶瓷片就會產生10kV20kV的高壓，形成火花放電，從而點燃可燃氣體。在上述過程中，壓電陶瓷片完成的能量轉化是 A化學能轉化為電能 B內能轉化為電能 C光能轉化為內能 D機械能轉化為電能（05第十五屆）4我國北方地區(qū)冬季用燃煤取暖所造成的大氣污染，己越來越引起人們的關注。現在有些家庭已經改用燃油取暖，以降

5、低對大氣的污染。小明家的住房面積約110m2，若將住房的門窗關閉好，用燃燒柴油來取暖，并使室溫升高10，已知柴油的熱值為43×107Jkg，空氣的密度約為13kgm3，空氣的比熱容為1O×l03 J(kg.)，所需的柴油約為 A001kg B01kg C1kg D10kg (10第二十屆) 6小新同學家中的墻壁上豎直懸掛著一指針式電子鐘，當其因電池電能不足而停止時。指針最可能停在如圖4所示的哪個位置附近 （ ）二、填空題（92年第二屆）3炒菜時利用的熱傳遞方式主要是_。（97第七屆復016用太陽能熱水器給40千克的水加熱，水溫由18升高到36，水吸收的熱量是_焦耳。若用燃燒

6、值為3.0×107焦耳/千克的煤給水加熱，其效率為20，則需要燃燒約_千克煤。（03第十三屆）4(6分)右圖為農用揚場機的示意圖。谷物脫粒后，谷粒、糠皮及少量碎石的混合物在快速轉動的輪W和皮帶B的帶動下被拋出，谷粒、糠皮、碎石落地的遠近不同，從而形成1、2、3三堆，達到分離的目的。其中1是     ，2是               。從能量的角度看，它們在運動過程中能夠分離，是因為  

7、             （04第十四屆）4（5分）2003年10月16日6時54分，“神舟”五號飛船成功完成了我國第一次載人航天飛行，返回艙在內蒙古主著陸場地安全著陸。（1）火箭發(fā)射時發(fā)生的能量轉化主要是_能轉化為_能。（2）在飛船關閉發(fā)動機后繞地球飛行時，如果在艙內進行下列實驗，與在地面相比，其中最難完成的是_（填字母）：A用溫度計測溫度；B用顯微鏡觀察洋蔥表皮；C用漏斗、濾紙過濾，除去水中的泥沙。（3）如果將農作物種子攜帶到太空，然后再帶回來進行種植實驗。這樣

8、做的目的是_。（07第十七屆）5油庫里的儲油罐如圖6所示，它渾身銀白，直徑較大，高度較矮(相對于直徑而言)，像個短胖子。請回答： (1)在儲油罐的這些設計中，“渾身呈銀白色”是為了_；“直徑較大，高度較矮”是為了_ (2)在儲油罐旁還安裝有自動噴頭，每到夏天，特別是白天的中午，常用噴頭向儲油罐噴水，這主要是利用水的_較大的特性，以及水蒸發(fā)時要吸熱的特性來給儲油罐_，以防止油的自燃。三、實驗題（2000第十屆）4.（7分）揚場機能把谷粒、谷糠和小石塊分開。這三種東西中哪一種的落地點距揚場機最近？哪一種最遠？同樣大小的谷粒和小石塊，為什么落地點的遠近不同？。（第十三屆）1(6分)剛倒在杯子里的開水

9、很燙，人們習慣上是先吹幾下再喝；冬天寫作業(yè)手冷，同學們習慣上是不時地向手上哈哈氣再寫。分別說明這兩種做法的道理?（第十三屆）3(6分)隨著人類能量消耗的迅速增加，如何有效地提高能量利用率是人類所面臨的一項重要任務。圖8是上?！懊髦榫€"某輕軌車站的設計方案，與站臺連接的軌道為一個小的坡度，請你從節(jié)能的角度，分析這種設計的優(yōu)點。（04第十四屆）1、（4分）某城市鐵路車站的設計方案如圖4所示，進站和出站的軌道都與站臺構成一個緩坡。從能量利用的角度看，這種設計的優(yōu)點是什么？（05第十五屆）（4分）小明用打氣筒給自行車輪胎打氣后，發(fā)現氣筒壁的溫度明顯高于打氣前的溫度。對于這個現象，你做怎樣的解

10、釋？（05第十五屆）（5分）如圖6甲、乙分別是兩種小型飲水鍋爐的結構示意圖，從節(jié)能角度看，你認為那一種更合理？請簡要說明理由。（第十八屆）2據報道：2005年4月20日上午8時38分，由重慶飛往上海的CA454l航班在重慶江北機場起飛后撞上一群鴿子，飛機多處破損，左發(fā)動機停止工作，直接經濟損失達295萬元人民幣。所幸機長沉著冷靜依靠右發(fā)動機單機工作，在空中盤旋59 min后成功迫降，機上所有人員安然無恙。小小的鴿子怎能把結實的飛機撞壞呢?請你應用學過的知識解釋鴿子撞壞飛機的原因。四、計算題（94第四屆復) 七、（7分）有一種型號的單缸四沖程柴油機，其部分技術規(guī)格如下：試計算這種柴油機的功率。（

11、95第五屆復）七、（30分）下表列出的是北京煤氣用具廠生產的JS系列家用燃氣熱水器的參數，其中各物理量的單位用的是國際通用的符號，說明如下：Pa一帕斯卡mmH2O毫米水柱J焦耳h小時M3立方米l升，即分米3kgf千克力，即質量為1千克的物體所受的重力min分（時間單位）單位前面的字母M表示系數106，字母H表示系數1021分別計算燃燒1米3液化石油氣、人工煤氣和天然氣所產生的熱量（單位：焦耳）。2王秋生同學說，熱水產率一欄中，5、3、2后面的符號印得不清楚，好像是數字“l(fā)”，但在“min”的前面又丟掉了什么，請你通過計算判斷這個欄目中三個參數的正確數值和單位。3“熱效率”一欄給的是參考值；“熱

12、水產率”一欄給的是廠家對樣品的實測值。分別計算溫升25和55時的熱效率，并解釋這兩種情況下熱效率不同的原因。（96第六屆）七、（7分）經驗表明，自制家用太陽能熱水器的效率在夏天可達50；從太陽能手冊中查到，在地球表面，晴天時垂直于陽光的表面接收到的熱輻射為1.26×103焦米2·秒。如果曬水箱內的水大約有40千克，曬水箱接收陽光垂直照射的面積始終是1.5米2，請計算，要使水溫上升30需要多長時間。（97第七屆）六、（9分）國產165型單缸四沖程汽油機的汽缸直徑為65毫米，活塞沖程長55毫米，滿負荷工作時做功沖程燃氣的平均壓強為9.58×105帕，飛輪的轉速是150

13、0轉/分。（1）求這種汽油機滿負荷工作時做功的功率（不計摩擦損失）；（2）如果滿負荷工作時每分鐘消耗15克汽油，這種汽油機把內能轉化為機械能的效率是多少？（汽油的燃燒值為4.6×107焦/千克）（99第九屆）五、（8分） 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·），則按質量說，這堆砂子含水的百分比是多少？（01第十一屆）五、（8分）水在熱電廠的鍋爐中變?yōu)樗羝?，通過渦輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，用過的水蒸汽在液化器中凝結成水，再到鍋爐，循環(huán)使用。液化器中的冷卻水則流到冷卻塔中降

14、溫，如圖。水的比熱為4.2×103焦/（千克·），求：夏天，來自冷卻塔的水溫為16，而回到冷卻塔的水溫為30。若冷卻塔和液化器間水的流量為15米3/秒，試求水蒸汽的能量轉化為電能的效率。如果發(fā)電機的發(fā)電功率是56萬千瓦，發(fā)電機把機械能轉化為電能的效率為80%，不計水蒸汽通過渦輪機過程中由于熱傳遞贊成的能量損失及渦輪機的摩擦，試求水蒸汽的能量轉化為電能的效率。（02第十二屆）六、（10分）學校淋浴用的簡易太陽曬水箱內裝水60 kg，水箱玻璃蓋的面積為0.84 m2。從手冊中查得，地球上與太陽光線垂直的表面接收的太陽輻射能為7.56×104J/(minm2)；這類水箱

15、吸收太陽能的效率約為50；散熱損失約為20。假設使用中能夠及時調整水箱朝向，使陽光總能垂直射入玻璃蓋，計算4小時后箱中的水升高的溫度。水的比熱容為4.2 × 103 J/（kg·）。（02第十二屆復）二、（12分）洗浴用的電熱水器的電功率是1.2 kW，熱水器內筒的直徑是30cm，高是50cm。如果加熱過程中的熱量散失率為10， 則把水從20 加熱到70 需要多長時間？（04第十四屆）七、（16分）下表列出的是某廠生產的家用燃氣熱水器的參數。表中“額定熱負荷”指的是滿負荷使用時，1h內燃料燃燒產生的熱量。產品名稱燃氣快速熱水器產品型號JSY5-CJSR5-CJST5-C適用

16、燃氣液化石油氣人工煤氣天然氣額定燃氣壓力28003000Pa280300mmH2O800-1000Pa80-100 mmH2O2000-2500Pa200-250 mmH2O額定熱負荷37MJ/h額定燃氣耗量0.368×102m3/h1.964×102m3/h1.04×102m3/h熱效率80適用水壓0.041.0MPa（0.410kgf/cm2）熱水產率溫升255l/min溫升403l/min溫升552l/min接口尺寸燃氣入口G1/2冷水入口G1/2熱水入口G1/2外形尺寸406mm（高）×293mm（寬）×230mm（厚）重量6.2kg（

17、1）分別計算燃燒1m3液化石油氣、人工煤氣和天然氣所產生的熱量。（2）根據表中數值和你已有的知識，討論“額定燃氣壓力”一行中，“mmH2O”的含義。（3）王保成同學說，“熱水產率”一欄中，5、3、2后面的好像是數字“1”但是在“/min”的前面又好像丟掉了什么。請你通過計算判斷這個欄目中三個參數的正確數值和單位。（4）“熱效率”一欄給的是參考值，“熱水產率”一欄給的是廠家對樣品的實測值。分別計算溫升25和55時的熱效率，并解釋這兩個情況下熱效率不同的原因。（04第十四屆復）三、（18分）有人在夏季用簡易曬水箱給水加熱用來淋浴，這不僅節(jié)省能源，而且很方便，李明和張華想利用這樣的裝置估測太陽光對地

18、球表面輻射的強度大小。也就是說，太陽光垂直照射地球表面時，地球表面單位時間內單位面積上所獲得的能量是多少。實驗裝置如圖2所示，曬水箱內部是被涂黑的，箱體外加了保溫層，上面開口并蓋有透明玻璃板。在估測之前要首先弄清，透過玻璃板的太陽光能量究竟占太陽輻射到玻璃板上的能量的百分之幾？李明和張華哥那一塊實驗用的玻璃板，把陽光反射到墻上的同一個地方，他們發(fā)現，兩塊反射光斑重疊處的強度，和太陽光直接射到地上的強度差不多。（1）透過玻璃板的太陽光能量占太陽輻射到玻璃板上的能量的百分之幾？你在得出這個結論時做了什么假設？假設的根據是什么？（2）請你幫助他們設計實驗方案，并寫出實驗步驟。（3）請你對這個實驗方案

19、的可行性作出評價。（05第十五屆復）三、（16分）下表是某鍋爐廠生產的CWNG系列三種鍋爐的主要技術參數表。CWNG系列三種鍋爐主要技術參數型號CWNG0.7-80/60-AIICWNG1.05-80/60-AIICWNG1.4-80/60-AII功率/MW（ ）1.051.4容水量/t33.54耗煤量145( )290外型尺寸2.7×1.5×23.0×1.5×2.93.0×1.9×2.9煙囪尺寸/mm300×15000350×15000400×15 000熱效率/%757575出水溫度/808080回水

20、溫度606060總重量/t57.59運行壓力常壓常壓常壓供暖面積6000（ ）12000循環(huán)水量( )4560已知水的比熱容為·，假設三種鍋爐的燃煤效率相同，且煤均可達到完全燃燒。請根據上表回答以下問題：1.根據表格中的已知數據，請在表格中的四個（ ）內填上合適的數據。2.按表格中的出水溫度和回水溫度，計算CWNG1.05-80/60-AII型鍋爐每小時給住宅內釋放的熱量是多少。3.根據表格中已知數據計算燃煤的熱值為多少。（05第十五屆復）六、（20分）在當今世界，研制各種機器都必需考慮節(jié)約能源和治理廢氣污染這一重要課題。在內燃機中，廢氣帶走了很多能量，如果能將這些能量再利用起來，會

21、使內燃機的效率提高許多。某工廠科研人員研制生產的四沖程汽車專用柴油發(fā)動機，就采用了很多新技術。其中最重要的一項叫“增壓”技術，它是利用“廢氣渦輪增壓器”使排氣沖程中排出的高溫、高壓的廢氣去沖擊“廢氣渦輪”高速旋轉，它同時又帶動同軸的進氣系統(tǒng)中的“進氣渦輪”也高速旋轉，從而增加吸氣沖程的進氣量并增大進氣氣壓，使做功沖程中柴油燃燒的更充分，燃氣壓強更大，同時也減少了廢氣中的有害物質，達到提高柴油發(fā)動機效率和減少廢氣污染的目的。這種柴油發(fā)動機有6個氣缸，氣缸直徑為110mm，活塞行程為135mm，當轉速為2300r/min時，發(fā)動機功率為220kW，最低油耗可達240g/(kW·h)，柴油

22、的熱值為。請回答下列問題：1.該柴油發(fā)動機的效率最高可達多少？2.在做功沖程中氣缸內的平均壓強是多少？3.如果將我國這種機型的汽車柴油發(fā)動機都安裝“增壓器”后，能使它們的平均效率由原來約31%提高到近35%，安裝前按每年消耗3億噸柴油估算，這項技術每年能為我國節(jié)約多少噸柴油？4.如果目前我國柴油的平均價格為3750元/噸，根據上面的估算結果，計算使用“增壓”技術后僅節(jié)約柴油一項可使我國每年節(jié)約多少資金。由此你有哪些認識？（第十七屆復）二(10分)李老師的家離學校大約10km，為了便于上下班，他購買了一部輕便摩托車來代步，使用的燃料為93#汽油。根據表2提供的數據，請回答： 1如果李老師上班時騎

23、車的平均速度為36km/h，試根據表2中所提供的有關信息，為李老師計算一下，他騎車從家到學校至少需花多少油費?2小洪同學學過物理以后，給李老師建議：在上述條件不變的情況下，采用加快車速縮短時間的辦法，就一定可以省油費。請你根據自己掌握的知識，分析說明這種方法是否可行。輕便摩托車93#汽油燃料汽油密度0.7×103kgm3油箱容量7L熱值4.5×107Jkg功率6kW價格4.90元L（第十八屆復）六、（12分）曉欣同學看到一些小汽車的尾部都標有“0.8”、“1.6”、“1.8”或“2.0”等字樣，他上網查詢得知這是汽車發(fā)動機“排氣量”的數值。所謂排氣量就是發(fā)動機氣缸的工作容積

24、，是指所有氣缸內活塞從下止點到達上止點所掃過的容積之和。一般情況下發(fā)動機的“排氣量”越大，功率越大。汽車發(fā)動機每一個工作循環(huán)要經歷四個沖程，帶動曲軸轉動2周?，F有一輛小轎車發(fā)動機排氣量為1.8L，最大功率為74kW，當該發(fā)動機以最大功率工作時，曲軸的轉速為5200r/min。汽油機工作時的最佳空燃比（即空氣和燃油的質量比）為14:1，壓縮比是10（即氣缸總容積與燃燒室容積的比值），若發(fā)動機在最大功率時汽油和空氣的混合密度為1.35kg/m3,汽油的熱值為4.6×107J/kg、密度為0.71×103kg/m3。請計算：1.這臺發(fā)動機在最大功率時的熱機效率。2.發(fā)動機在最大功

25、率時，汽車的最高時速為175km/h，計算在此情況下汽車每百公里油耗為多少升。(09第十九屆) 七、（14 分）在一些農村地區(qū)建造的沼氣池，通過將農村大量的秸桿、人畜糞便發(fā)酵來獲取沼氣，利用沼氣來燒火做飯，點燈照明。沼氣池的應用，不僅使上述資源得以更好的利用，同時也給生活帶來了諸多便利，使環(huán)境得以改善。這是一個一舉多得的惠民工程。圖9 所示為一農戶的水壓式沼氣池的剖面簡圖。說明： 1沼氣池 2水壓池 3進料口 4密封蓋 5 . 輸氣管 6貯氣室 7沼氣壓力顯示器 8總閥門 9. U形管壓強計（里面裝有染成紅色的水）10出料口蓋板（不密封水壓池水壓池仍與外面大氣相通）11閥門己知該農戶家燃氣灶的

26、相關技術數據如下：使用燃料液化石油氣天然氣人工煤氣人工沼氣灶前壓強（kP a )2.82.01.01.5額定熱流量（kW )普通爐左：3.6組合爐左：3.6右：4.0右：3.6單爐4.0取g10 N/kg ，水的比熱容c水4.2×103J/(kg·) 1根據圖9 所示，通過計算說明，該農戶此時能否使用這個沼氣池中的沼氣來正常燒火做飯？ 2有一天，該農戶發(fā)現，沼氣壓強小于燃氣灶的要求。為了能盡快利用沼氣生火做飯，從物理學的角度看，可采取哪些措施？ 3若該農戶所用的燃氣灶是普通爐，通常情況下，普通爐中的右爐單獨正常工作時，將一壺質量為2.5kg 、溫度為20的水燒開，耗時約10

27、 min 。試估算右爐燒水的效率。4請你就如何提高燃氣灶的效率問題談談你的設想。（10第二十屆復）六、（18分）小亮家有一輛家用轎車，爸爸在給他說車的性能時，總是說“20的排量”，卻很少說“功率”，為此小亮特地從網上查到了排量的定義：活塞從上止點移動到下止點所通過的空間容積稱為汽缸排量。如果發(fā)動機有若干個氣缸，所有氣缸工作容積之和稱為發(fā)動機排量。從說明書上查到：小亮家的汽車采用的是LFX直列四缸發(fā)動機，排量為20L；從網上查找到了其輸出特性曲線（如圖8所示）；小亮又向爸爸詢問了一些實測數據：由于汽車行駛的路況很好，所以平均車速為90kmh，此時發(fā)動機轉速為2000rmin，平均行駛百公里油耗為9L；從物理書上查得汽油的熱值為46×107Jkg，密度為071×103kgm31由這臺發(fā)動機輸出特性曲線可以看出，在發(fā)動機轉速為1000-5000 rmin范圍內，它