资源简介

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浙教版科学九年级上册“竞赛训练营”（四）
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内 能
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例1、三个相同的热源分布在一横放着的圆筒内，圆筒的侧壁和一个底部均绝热，另一个底部开口并被导热膜封住，用另两个导热膜在圆筒内隔出两个竖囱，从而将三个热源互相隔开并形成A、B、C三个独立单元区域，假设周围环境的温度恒定，并且传导的热功率与温差成正比，每个独立单元区域内空气的温度均匀，A、B、C三个独立单元区域的温度与周围环境的温度差分别为，则为 ( )
A.3:2:1 B.6:3:2 C.5:3:1 D.6:5:3
例2、下表列出是某厂生产的家用燃气热水器的参数。表中“额 定热负荷”指的是满负荷使用时，1h内燃料燃烧产生的热量。
（1）则燃烧1m3液化石油气和天然气所产生的热量分别为 、 。
（2）根据表中数值和你已有的知识，讨论“额定燃气压力”一行中，“mmH2O”的含义：
。
（3）王保成同学说，“热水产率”一栏中，5、3、2后面的字符好像是数字“1”，但是在“/min”的前面又好像丢掉了什么。请你判断这个栏目中三个参数的正确数值和单位：
（4）“热效率”一栏给的是参考值，“热水产率”一栏给的是厂家对样品的实测值。则温升25℃和55℃时的热效率分别为、，并解释这两个情况下热效率不同的原因：
。
例3、家用燃气快速热水器（如图1所示）是一种方便、快捷且不受天气影响的洗浴设备．下表为某品牌家用燃气快速热水器的主要技术数据．已知天然气的热值为8×107J/m3，水的比热容为4.2x103J/（kg·℃）．
生产许可证 XK00-1020044
执行标准 GB6932-2001
型号 JSD16-D8JA
燃起种类 天然气
额定燃起压强 2000Pa
额定热负荷 16kW
适用水压 0.025Mpa～0.75Mpa
额定产热水能 8L/min（△t=25K）
额定电压 3V（DC）
（1）为安全使用此热水器，机体上印有一些警告，其中一条是这样说的：“气温低于0℃时，用后请打开放水塞，放尽机体内存水，再拧紧…”．请解释为什么要这样做？
（2）试求该型号家用燃气快速热水器正常工作时的烧水效率。
（3）若在额定产热水能力下进行淋浴，一次淋浴总计加热时间为20min，则此次淋浴至少需消耗多少天然气？
（4）为防止燃气热水器在无水或水压过低时“干烧”，技术人员设计了很多种“水气联动”装置，实现通常所说的“水到气到”．图2就是其中一种“水气联动”装置的原理图，你能看出它的工作原理吗？请简述它是如何利用“水到”来控制“气到”的。
（5）为了防止热水器工作过程中加热火焰意外熄灭导致燃气泄漏，技术人员设计了“火灭断气”的装置．如图3所示为一种“火灭断气”装置的原理图，请根据这个原理图，简述它是怎样实现“火灭断气”功能的？
1.质量相等的甲、乙两金属块，其材质不同．将它们放入沸水中，一段时间后温度均达到100℃，然后将它们按不同的方式投入一杯冷水中，使冷水升温．第一种方式：先从沸水中取出甲，将其投入冷水，当达到热平衡后将甲从杯中取出，测得水温升高20℃；然后将乙从沸水中取出投入这杯水中，再次达到热平衡，测得水温又升高了20℃．第二种方式：先从沸水中取出乙投入冷水，当达到热平衡后将乙从杯中取出；然后将甲从沸水中取出，投入这杯水中，再次达到热平衡．则在第二种方式下，这杯冷水温度的变化是（　　）
A．升高不足40℃ B． 升高超过40℃
　 C．恰好升高了40℃ D． 条件不足，无法判断
2.炎热无风的夏天，小宇走在被晒得发烫的柏油路上，看见前面的路面已被一辆洒水车洒水淋湿了．他认为走在淋湿了的路面上一定比走在干燥的路面上感到凉爽，于是赶快走过去，结果在洒过水的路面上，他却感到更加闷热了．你认为产生这种感觉的主要原因是（　　）
A．洒水车中的水经过曝晒后，内能增大，温度很高
B．地面上的水使被反射的阳光增多，身体获得更多热量
C．洒水后使附近的空气湿度增加，身上的汗液蒸发变慢
D．地面上的水蒸发时把热量带到了人的身上
3.著名物理学家费米根据侦探小说的内容得知，一具尸体大约需要半天时间才能从体温37℃降至室温25℃．另外他通过实验室提供的数据还了解到：体重60kg的正常人的比热容与水相当[C水=4.2×103J/（kg ℃）]，每千克葡萄糖完全分解释放的热量为1.6×107J．此外，尸体的散热量大约为正常人在相同时间内散热量的60%．根据这些数据估算出一个正常人体内每天必须补充的葡萄糖为（　　）
A．630g B．63g C．840g D．84g
4.将一功率为P=500瓦的加热器置于装有水的碗中，经过2.0分钟后，碗中水温从T1=85℃上升到T2=90℃，之后将加热器关掉1.0分钟，发现水温下降1.0℃。试估算碗中所装水的质量。
5.已知太阳正射到地球表面每平方米上的功率为1.0千瓦，现有一太阳能热水器，其收集阳光的面积为3.0×8.0米2，转换太阳辐射能为水的热能的效率为80%,假设此热水器的进水温度与室温皆为25℃，该热水器的热量损失率正比于热水器内水温与室温之温差。当热水器出水口关闭时，经过长时间照射后，热水器内的水温可以达到85℃，问当热水器以每分钟6升的流量出水，经过一段时间后，其稳定的出水温度为多少摄氏度？
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1.把甲、乙两个质量、温度都相同的金属块，分别放入到质量、温度都相同的一杯水和一杯油中，热平衡后得到油的温度降低了5℃，水的温度降低了10℃，只有甲金属块与水、乙金属块与油之间发生了热传递，而水的比热大于油的比热，则甲金属比热与乙金属比热的比值为（ ）
A．等于2 B．大于2 C．小于2 D．以上都有可能
2.将一杯热水倒入容器内的冷水中，冷水温度升高10℃，又向容器内倒入同样一杯热水，冷水温度又升高6℃，若再向容器内倒入同样一杯热水，则冷水温度将再升高（不计热损失）（　　）
A．4.5℃ B．4℃ C．3.5℃ D．3℃
3.质量相等的甲、乙两金属块，其材质不同．将它们放入沸水中，一段时间后温度均达到100℃，然后将它们按不同的方式投入一杯冷水中，使冷水升温．第一种方式：先从沸水中取出甲，将其投入冷水，当达到热平衡后将甲从杯中取出，测得水温升高20℃；然后将乙从沸水中取出投入这杯水中，再次达到热平衡，测得水温又升高了20℃．第二种方式：先从沸水中取出乙投入冷水，当达到热平衡后将乙从杯中取出；然后将甲从沸水中取出，投入这杯水中，再次达到热平衡．则在第二种方式下，这杯冷水温度的变化是（　　）
A．升高不足40℃ B． 升高超过40℃
　 C．恰好升高了40℃ D． 条件不足，无法判断
4.小红在两个同样的烧瓶中灌满水，加热到相同的温度后分别用厚度相同的1、2两种保温材料包好，定时测量烧瓶中水的温度。实验过程中室温保持不变。他想用这种方法比较两种材料的保温性能。表中给出了在时刻t（单位是分）测得的两个烧瓶中的水温T1、T2的几组数据：
根据这些数据在下面的方格纸中作出表示水温与时间关系的图象并回答以下问题：
（1） 哪种材料的保温性能较好？ 。
（2） 当时的室温大约是多少？ 。
（3） 在这些水温数据中，哪一个最可能是由于测量或记录的疏忽而产生的错误？
。
5.将一勺热水倒入盛有一些冷水的保温容器内，使得冷水温度升高5℃。然后又向保温容器内倒入同样一勺热水，水的温度又上升了3℃。如果再连续倒入10勺同样的热水，则保温容器内的水温度还得升高多少摄氏度(保温容器吸收热量忽略不计)。
6.“米线”是一种特色小吃．端上餐桌的有：一碗热汤，上面浮着一层油；一碟切成薄片的鲜肉；一碗已煮熟的米线．食客先把肉片放进汤内，稍候再加入米线．
现有以下资料：汤的初温97℃，比热容4.2×103J/（kg﹒℃）；肉片的质量为0.2kg，初温22℃，比热容3.5×103J/（kg﹒℃）．基于健康缘故，肉片必须至少在大于80℃的汤中保持2min，在这2min时间里，由于向外界散热整体温度将下降约2℃．问：
（1）碗中油层的作用是什么？
（2）为实现上述的温度要求，碗中汤的质量多少应满足什么条件？
答案及解析
例1、D
设发热功率均为P，则：
A：k（△tA-△tB）=P，即A的散热功率等于发热功率．
B：k（△tB-△tC）=P+k（△tA-△tB），即B的散热功率等于自身的发热功率与A的散热功率之和．
C：k（△tC）=P+k（△tB-△tC），即C的散热功率等于自身的发热功率与B的散热功率之和．
整理得：
△tA=2△tC
3△tB=5△tC
即得：△tA：△tB：△tC=6：5：3
例2、（1）液化石油气1.0×106J/m3；天然气0.36×106J/m3；
（2）额定燃气压力一行中以mmH2O为单位的量的数值与以Pa为单位的量的数值相差10倍，所以mmH2O是个压强单位，大小等于1mm高的水柱产生的压强，即1mmH2O=10Pa；
（3）“3”和“/min”之间的符号如果代表质量，它的意义应该是“kg”。考虑到1kg的水的体积是1l，所以这个符号一定是字母“l”(小写的L)，而不是数字“1“。因此正确的数值是3L/min，分析其它两种情况可以验证这个结论。
（4）温升25℃时的热效率85%；温升55℃时的热效率75%，温升较高时热量散失多，所以热效率较低。
例3、解析：（1）气温低于0℃时，使用后的热水器中残存的水会结冰．水结冰后，密度变小，体积膨胀，很容易把热水器胀破。所以，气温低于0℃时，用后需要打开放水塞，放尽机体内存水，再拧紧；
（2）热水器正常工作1min，产生的热量为：
Q=Pt=16×103W×60s=9.6×105J
1min内加热水的质量为m=ρV=1.0×103kg/m3×8×10-3m3=8kg
这些水吸收的热量为：
Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg ℃）×8kg×25℃=8.4×105J
热水器的烧水效率为η= Q吸/ Q=8.4×105J/9.6×105J=87.5%；
（3）一次淋浴需要的热量为：
Q淋=Pt淋=16×103W×1200s=1.92×107J
需要完全燃烧的天然气的体积为
V气= Q淋/ q=1.92×107J/8×107J/m3=0.24m3；
（4）当进水口处有水压时，膜片的右面就会受到向左的压力，克服弹簧的弹力向左推动阀杆，打开进气阀门使燃气接入主火管道；反之，如果此时的水压很小或者无水，则膜片受到的向左的压力就会减小甚至消失，燃气阀门就会在弹簧的压力下向右移动而关闭，停止进气；
（5）火焰燃烧时，双金属片外侧的金属温度升高时膨胀的更多，双金属片向下弯曲，推动燃气阀门打开；如果因为意外的原因使火焰熄灭，双金属片的温度降低，外侧金属收缩的更多，双金属片向上伸直，拉动燃气阀门关闭，防止燃气外泄。
1.C
设冷水的温度为t0，甲投入冷水后放热Q放=C甲m（100℃﹣20℃﹣t0），
水吸收的热量为Q吸=C水m水20℃，
∵不考虑热传递过程热量的损失，则有Q放=Q吸，
∴C甲m（100℃﹣20℃﹣t0）=C水m水20℃，
即：=﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
乙投入冷水后放热Q放′=C乙m（100℃﹣20℃﹣20℃﹣t0），
水吸收的热量仍为Q吸=C水m水20℃，
同理则有：=﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
第二种方式：
设乙投入冷水热平衡后，水温为t1，甲投入冷水热平衡后的水温为t2，则有：
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
综合①②③④式，解得t2﹣t0=40℃
2.C
3.A
4.加热器在2分钟内所供应的总热量，等于水温升高所吸收的热量，加上散失到环境的热量，即：
Pt=cm（T2-T1）+Q
若水温变化不大，则散失到环境的热量与时间成正比，因此加热器关掉1分钟，从热水散失的热量等于1/2Q，此热量等于热水温度下降1.0℃时所放出的热量，即：
1/2 Q=cm△T
从上面两式可得：
答案：碗中所装水的质量为2.0千克。
5.太阳能热水器的输入功率为：
P=3.0×8.0m2×(1.0×103W/m2)×80%=1.92×104W
设热水器的损失功率为P=k（T-T0），当没有出水时，热水器水温维持在850C，这时能量的输入功率和热损失功率相等，则有：
1.92×104W= k（85-25）
解得：k=320W/0C
当热水器出水时，设其稳定的出水温度为T1，由能量守恒可得：
（△m/△t）C水×（T1-T0）+k（T1-T0）=P
代入数据求解可得：T1=510C。
答案：稳定的出水温度为510C。
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1.B
2.B
3.C
4.（1）材料1 （2）200C （3）第35分钟T1中的50
5.解：设热水和冷水的温度差为t，
∵质量为m0的一小杯热水倒入盛有质量为m的冷水的保温容器中，使得冷水温度升高了5℃，
∴Q吸=Q放，
从而可知，cm0（t-5℃）=cm×5℃，①
又向保温容器中倒入一小杯同质量为m0同温度的热水，水温又上升了3℃，
Q吸=Q放，
从而可知，cm0（t-5℃-3℃）=c（m+m0）×3℃，②
则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℃；
假设我们将全部热水一次性注入，则由热平衡方程可知：
12m0c（t-△t）=mc△t； m=3m0；
联立两式解得：△t=16℃；
则注入后10勺水后，水温还会上升：16℃-5℃-3℃=8℃；
答案：水温还会上升8℃。
6.解析：（1）碗中油由于其密度比水小且不易蒸发，漂浮在水的表面上，使水的蒸发面积减小，则减小了水的蒸发而带走热量，使汤的温度不易降低．
（2）∵肉片必须至少在大于80℃的汤中保持2min，在这2min时间里，由于向外界散热整体温度将下降约2℃，
∴肉和汤混合后的温度至少为：t=80℃+2℃=82℃，
把肉放进汤里，肉的温度升高，吸收热量，汤的温度降低，放出热量，t0汤=97℃，
c汤=4.2×103J/（kg﹒℃），m肉=0.2kg，t0肉=22℃，c肉=3.5×103J/（kg﹒℃），
根据热平衡方程Q吸=Q放得：c肉m肉（t-t0肉）=c汤m汤（t0汤-t），
即：3.5×103J/（kg ℃）×0.2kg×（82℃-22℃）=4.2×103J/（kg ℃）×m汤×（97℃-82℃）
解得：m汤≈0.67kg．
答案：（1）碗中油层的作用是使水的蒸发面积减小，则减小了水的蒸发而带走热量，使汤的温度不易降低．
（2）为实现上述的温度要求，碗中汤的质量至少为0.67kg．
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