資源簡介

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浙教版科學九年級上冊“競賽訓練營”（四）
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內 能
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例1、三個相同的熱源分布在一橫放著的圓筒內，圓筒的側壁和一個底部均絕熱，另一個底部開口并被導熱膜封住，用另兩個導熱膜在圓筒內隔出兩個豎囪，從而將三個熱源互相隔開并形成A、B、C三個獨立單元區域，假設周圍環境的溫度恒定，并且傳導的熱功率與溫差成正比，每個獨立單元區域內空氣的溫度均勻，A、B、C三個獨立單元區域的溫度與周圍環境的溫度差分別為，則為 ( )
A.3:2:1 B.6:3:2 C.5:3:1 D.6:5:3
例2、下表列出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。
（1）則燃燒1m3液化石油氣和天然氣所產生的熱量分別為 、 。
（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后面的字符好像是數字“1”，但是在“/min”的前面又好像丟掉了什么。請你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。則溫升25℃和55℃時的熱效率分別為、，并解釋這兩個情況下熱效率不同的原因：
。
例3、家用燃氣快速熱水器（如圖1所示）是一種方便、快捷且不受天氣影響的洗浴設備．下表為某品牌家用燃氣快速熱水器的主要技術數據．已知天然氣的熱值為8×107J/m3，水的比熱容為4.2x103J/（kg·℃）．
生產許可證 XK00-1020044
執行標準 GB6932-2001
型號 JSD16-D8JA
燃起種類 天然氣
額定燃起壓強 2000Pa
額定熱負荷 16kW
適用水壓 0.025Mpa～0.75Mpa
額定產熱水能 8L/min（△t=25K）
額定電壓 3V（DC）
（1）為安全使用此熱水器，機體上印有一些警告，其中一條是這樣說的：“氣溫低于0℃時，用后請打開放水塞，放盡機體內存水，再擰緊…”．請解釋為什么要這樣做？
（2）試求該型號家用燃氣快速熱水器正常工作時的燒水效率。
（3）若在額定產熱水能力下進行淋浴，一次淋浴總計加熱時間為20min，則此次淋浴至少需消耗多少天然氣？
（4）為防止燃氣熱水器在無水或水壓過低時“干燒”，技術人員設計了很多種“水氣聯動”裝置，實現通常所說的“水到氣到”．圖2就是其中一種“水氣聯動”裝置的原理圖，你能看出它的工作原理嗎？請簡述它是如何利用“水到”來控制“氣到”的。
（5）為了防止熱水器工作過程中加熱火焰意外熄滅導致燃氣泄漏，技術人員設計了“火滅斷氣”的裝置．如圖3所示為一種“火滅斷氣”裝置的原理圖，請根據這個原理圖，簡述它是怎樣實現“火滅斷氣”功能的？
1.質量相等的甲、乙兩金屬塊，其材質不同．將它們放入沸水中，一段時間后溫度均達到100℃，然后將它們按不同的方式投入一杯冷水中，使冷水升溫．第一種方式：先從沸水中取出甲，將其投入冷水，當達到熱平衡后將甲從杯中取出，測得水溫升高20℃；然后將乙從沸水中取出投入這杯水中，再次達到熱平衡，測得水溫又升高了20℃．第二種方式：先從沸水中取出乙投入冷水，當達到熱平衡后將乙從杯中取出；然后將甲從沸水中取出，投入這杯水中，再次達到熱平衡．則在第二種方式下，這杯冷水溫度的變化是（　?。?br/>A．升高不足40℃ B． 升高超過40℃
　 C．恰好升高了40℃ D． 條件不足，無法判斷
2.炎熱無風的夏天，小宇走在被曬得發燙的柏油路上，看見前面的路面已被一輛灑水車灑水淋濕了．他認為走在淋濕了的路面上一定比走在干燥的路面上感到涼爽，于是趕快走過去，結果在灑過水的路面上，他卻感到更加悶熱了．你認為產生這種感覺的主要原因是（　?。?br/>A．灑水車中的水經過曝曬后，內能增大，溫度很高
B．地面上的水使被反射的陽光增多，身體獲得更多熱量
C．灑水后使附近的空氣濕度增加，身上的汗液蒸發變慢
D．地面上的水蒸發時把熱量帶到了人的身上
3.著名物理學家費米根據偵探小說的內容得知，一具尸體大約需要半天時間才能從體溫37℃降至室溫25℃．另外他通過實驗室提供的數據還了解到：體重60kg的正常人的比熱容與水相當[C水=4.2×103J/（kg ℃）]，每千克葡萄糖完全分解釋放的熱量為1.6×107J．此外，尸體的散熱量大約為正常人在相同時間內散熱量的60%．根據這些數據估算出一個正常人體內每天必須補充的葡萄糖為（　?。?br/>A．630g B．63g C．840g D．84g
4.將一功率為P=500瓦的加熱器置于裝有水的碗中，經過2.0分鐘后，碗中水溫從T1=85℃上升到T2=90℃，之后將加熱器關掉1.0分鐘，發現水溫下降1.0℃。試估算碗中所裝水的質量。
5.已知太陽正射到地球表面每平方米上的功率為1.0千瓦，現有一太陽能熱水器，其收集陽光的面積為3.0×8.0米2，轉換太陽輻射能為水的熱能的效率為80%,假設此熱水器的進水溫度與室溫皆為25℃，該熱水器的熱量損失率正比于熱水器內水溫與室溫之溫差。當熱水器出水口關閉時，經過長時間照射后，熱水器內的水溫可以達到85℃，問當熱水器以每分鐘6升的流量出水，經過一段時間后，其穩定的出水溫度為多少攝氏度？
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1.把甲、乙兩個質量、溫度都相同的金屬塊，分別放入到質量、溫度都相同的一杯水和一杯油中，熱平衡后得到油的溫度降低了5℃，水的溫度降低了10℃，只有甲金屬塊與水、乙金屬塊與油之間發生了熱傳遞，而水的比熱大于油的比熱，則甲金屬比熱與乙金屬比熱的比值為（ ）
A．等于2 B．大于2 C．小于2 D．以上都有可能
2.將一杯熱水倒入容器內的冷水中，冷水溫度升高10℃，又向容器內倒入同樣一杯熱水，冷水溫度又升高6℃，若再向容器內倒入同樣一杯熱水，則冷水溫度將再升高（不計熱損失）（　?。?br/>A．4.5℃ B．4℃ C．3.5℃ D．3℃
3.質量相等的甲、乙兩金屬塊，其材質不同．將它們放入沸水中，一段時間后溫度均達到100℃，然后將它們按不同的方式投入一杯冷水中，使冷水升溫．第一種方式：先從沸水中取出甲，將其投入冷水，當達到熱平衡后將甲從杯中取出，測得水溫升高20℃；然后將乙從沸水中取出投入這杯水中，再次達到熱平衡，測得水溫又升高了20℃．第二種方式：先從沸水中取出乙投入冷水，當達到熱平衡后將乙從杯中取出；然后將甲從沸水中取出，投入這杯水中，再次達到熱平衡．則在第二種方式下，這杯冷水溫度的變化是（　?。?br/>A．升高不足40℃ B． 升高超過40℃
　 C．恰好升高了40℃ D． 條件不足，無法判斷
4.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的幾組數據：
根據這些數據在下面的方格紙中作出表示水溫與時間關系的圖象并回答以下問題：
（1） 哪種材料的保溫性能較好？ 。
（2） 當時的室溫大約是多少？ 。
（3） 在這些水溫數據中，哪一個最可能是由于測量或記錄的疏忽而產生的錯誤？
。
5.將一勺熱水倒入盛有一些冷水的保溫容器內，使得冷水溫度升高5℃。然后又向保溫容器內倒入同樣一勺熱水，水的溫度又上升了3℃。如果再連續倒入10勺同樣的熱水，則保溫容器內的水溫度還得升高多少攝氏度(保溫容器吸收熱量忽略不計)。
6.“米線”是一種特色小吃．端上餐桌的有：一碗熱湯，上面浮著一層油；一碟切成薄片的鮮肉；一碗已煮熟的米線．食客先把肉片放進湯內，稍候再加入米線．
現有以下資料：湯的初溫97℃，比熱容4.2×103J/（kg﹒℃）；肉片的質量為0.2kg，初溫22℃，比熱容3.5×103J/（kg﹒℃）．基于健康緣故，肉片必須至少在大于80℃的湯中保持2min，在這2min時間里，由于向外界散熱整體溫度將下降約2℃．問：
（1）碗中油層的作用是什么？
（2）為實現上述的溫度要求，碗中湯的質量多少應滿足什么條件？
答案及解析
例1、D
設發熱功率均為P，則：
A：k（△tA-△tB）=P，即A的散熱功率等于發熱功率．
B：k（△tB-△tC）=P+k（△tA-△tB），即B的散熱功率等于自身的發熱功率與A的散熱功率之和．
C：k（△tC）=P+k（△tB-△tC），即C的散熱功率等于自身的發熱功率與B的散熱功率之和．
整理得：
△tA=2△tC
3△tB=5△tC
即得：△tA：△tB：△tC=6：5：3
例2、（1）液化石油氣1.0×106J/m3；天然氣0.36×106J/m3；
（2）額定燃氣壓力一行中以mmH2O為單位的量的數值與以Pa為單位的量的數值相差10倍，所以mmH2O是個壓強單位，大小等于1mm高的水柱產生的壓強，即1mmH2O=10Pa；
（3）“3”和“/min”之間的符號如果代表質量，它的意義應該是“kg”?？紤]到1kg的水的體積是1l，所以這個符號一定是字母“l”(小寫的L)，而不是數字“1“。因此正確的數值是3L/min，分析其它兩種情況可以驗證這個結論。
（4）溫升25℃時的熱效率85%；溫升55℃時的熱效率75%，溫升較高時熱量散失多，所以熱效率較低。
例3、解析：（1）氣溫低于0℃時，使用后的熱水器中殘存的水會結冰．水結冰后，密度變小，體積膨脹，很容易把熱水器脹破。所以，氣溫低于0℃時，用后需要打開放水塞，放盡機體內存水，再擰緊；
（2）熱水器正常工作1min，產生的熱量為：
Q=Pt=16×103W×60s=9.6×105J
1min內加熱水的質量為m=ρV=1.0×103kg/m3×8×10-3m3=8kg
這些水吸收的熱量為：
Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg ℃）×8kg×25℃=8.4×105J
熱水器的燒水效率為η= Q吸/ Q=8.4×105J/9.6×105J=87.5%；
（3）一次淋浴需要的熱量為：
Q淋=Pt淋=16×103W×1200s=1.92×107J
需要完全燃燒的天然氣的體積為
V氣= Q淋/ q=1.92×107J/8×107J/m3=0.24m3；
（4）當進水口處有水壓時，膜片的右面就會受到向左的壓力，克服彈簧的彈力向左推動閥桿，打開進氣閥門使燃氣接入主火管道；反之，如果此時的水壓很小或者無水，則膜片受到的向左的壓力就會減小甚至消失，燃氣閥門就會在彈簧的壓力下向右移動而關閉，停止進氣；
（5）火焰燃燒時，雙金屬片外側的金屬溫度升高時膨脹的更多，雙金屬片向下彎曲，推動燃氣閥門打開；如果因為意外的原因使火焰熄滅，雙金屬片的溫度降低，外側金屬收縮的更多，雙金屬片向上伸直，拉動燃氣閥門關閉，防止燃氣外泄。
1.C
設冷水的溫度為t0，甲投入冷水后放熱Q放=C甲m（100℃﹣20℃﹣t0），
水吸收的熱量為Q吸=C水m水20℃，
∵不考慮熱傳遞過程熱量的損失，則有Q放=Q吸，
∴C甲m（100℃﹣20℃﹣t0）=C水m水20℃，
即：=﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
乙投入冷水后放熱Q放′=C乙m（100℃﹣20℃﹣20℃﹣t0），
水吸收的熱量仍為Q吸=C水m水20℃，
同理則有：=﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
第二種方式：
設乙投入冷水熱平衡后，水溫為t1，甲投入冷水熱平衡后的水溫為t2，則有：
C乙m（100℃﹣t1）=C水m水（t1﹣t0），
即：=﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③
C甲m（100℃﹣t2）=C水m水（t2﹣t1），
即：=﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣④
綜合①②③④式，解得t2﹣t0=40℃
2.C
3.A
4.加熱器在2分鐘內所供應的總熱量，等于水溫升高所吸收的熱量，加上散失到環境的熱量，即：
Pt=cm（T2-T1）+Q
若水溫變化不大，則散失到環境的熱量與時間成正比，因此加熱器關掉1分鐘，從熱水散失的熱量等于1/2Q，此熱量等于熱水溫度下降1.0℃時所放出的熱量，即：
1/2 Q=cm△T
從上面兩式可得：
答案：碗中所裝水的質量為2.0千克。
5.太陽能熱水器的輸入功率為：
P=3.0×8.0m2×(1.0×103W/m2)×80%=1.92×104W
設熱水器的損失功率為P=k（T-T0），當沒有出水時，熱水器水溫維持在850C，這時能量的輸入功率和熱損失功率相等，則有：
1.92×104W= k（85-25）
解得：k=320W/0C
當熱水器出水時，設其穩定的出水溫度為T1，由能量守恒可得：
（△m/△t）C水×（T1-T0）+k（T1-T0）=P
代入數據求解可得：T1=510C。
答案：穩定的出水溫度為510C。
.
1.B
2.B
3.C
4.（1）材料1 （2）200C （3）第35分鐘T1中的50
5.解：設熱水和冷水的溫度差為t，
∵質量為m0的一小杯熱水倒入盛有質量為m的冷水的保溫容器中，使得冷水溫度升高了5℃，
∴Q吸=Q放，
從而可知，cm0（t-5℃）=cm×5℃，①
又向保溫容器中倒入一小杯同質量為m0同溫度的熱水，水溫又上升了3℃，
Q吸=Q放，
從而可知，cm0（t-5℃-3℃）=c（m+m0）×3℃，②
則①-②得：
3℃cm0=5℃cm-3℃cm-3℃cm0，
整理得：6℃cm0=2℃cm，
解得：m=3m0；
代入①式可得，t=20℃；
假設我們將全部熱水一次性注入，則由熱平衡方程可知：
12m0c（t-△t）=mc△t； m=3m0；
聯立兩式解得：△t=16℃；
則注入后10勺水后，水溫還會上升：16℃-5℃-3℃=8℃；
答案：水溫還會上升8℃。
6.解析：（1）碗中油由于其密度比水小且不易蒸發，漂浮在水的表面上，使水的蒸發面積減小，則減小了水的蒸發而帶走熱量，使湯的溫度不易降低．
（2）∵肉片必須至少在大于80℃的湯中保持2min，在這2min時間里，由于向外界散熱整體溫度將下降約2℃，
∴肉和湯混合后的溫度至少為：t=80℃+2℃=82℃，
把肉放進湯里，肉的溫度升高，吸收熱量，湯的溫度降低，放出熱量，t0湯=97℃，
c湯=4.2×103J/（kg﹒℃），m肉=0.2kg，t0肉=22℃，c肉=3.5×103J/（kg﹒℃），
根據熱平衡方程Q吸=Q放得：c肉m肉（t-t0肉）=c湯m湯（t0湯-t），
即：3.5×103J/（kg ℃）×0.2kg×（82℃-22℃）=4.2×103J/（kg ℃）×m湯×（97℃-82℃）
解得：m湯≈0.67kg．
答案：（1）碗中油層的作用是使水的蒸發面積減小，則減小了水的蒸發而帶走熱量，使湯的溫度不易降低．
（2）為實現上述的溫度要求，碗中湯的質量至少為0.67kg．
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