初二物理竞赛第1讲 热膨胀、热传递、温度计教师版

第一讲 热膨胀、热传递、温度计初一物理竞赛班第 1 讲教师版5模块一热膨胀知识导航1物体热膨胀的一般规律：一般物体在温度升高时膨胀, 在温度降低时收缩, 在相同的条件下, 气 体膨胀最明显, 液体次之, 固体膨胀的最小2水的反常膨胀规律：水在 4以上跟一般物体一样是热胀冷缩的, 但在 0到 4之间却是热缩冷 胀.所以对于一定质量的水, 在 4时体积最小, 即水的密度在 4时最大3热膨胀在技术上的意义：固体在温度改变的时候, 膨胀或收缩虽很小, 但当热膨胀受到阻碍时, 产 生的力却很大例：在架桥、铺路、安装管道等工程技术中, 接触物间留有伸缩的空间, 来防止 热胀冷缩的力产生破坏作用另一方面工程技术上也常利用热膨胀做有益的事情, 如给火车轮安 装轮箍等利用不同材料在相同条件下的热膨胀不同制成双金属片, 在自动控制上发挥很大的作 用, 如恒温箱、自动防火报警装置各种仪器、机器、建筑物通常都是用不同的材料组合制成, 选 择材料时应考虑各种材料的热膨胀是否相同【例1】 图中所示为自动调温电熨斗的电路图右下方为温控部分在 未通电和低于预定温度时, 双金属片 A 和静片 B 上的触点接通, 指示灯 L 亮, 电热丝 R 发热、当温度达到预定温度时, 双金属片 因 向左弯曲, 电路断开 若双金属片由铜片和铁片铆合 而成, 则左片就是 片调节调温旋钮 C, 使静片向左时, 调温电熨斗的预定温度值将变 （铜的热膨胀系数比铁 大）【答案】热膨胀, 铁, 高【例2】 观察下面双金属片温度计和如光灯启辉器, 请简要说明它们的工作原理.【答案】双金属片的内侧是热膨胀系数大的材料.【例3】 火车的车轮直径在生产时要比套在它外面的箍内径大一些, 这样, 轮子套上箍以后就再也 取不下来了, 那么怎样才能使箍套在轮上呢?【答案】将轮箍放在煮沸的油中煮, 使它的温度升高, 内径变大, 然后套在轮上, 待箍自然冷却后就 再也取不下来了箍放在油中煮, 它受热膨胀是内径变大而不会变小, 另外, 由于油的沸点 比水的沸点高的多, 所以箍应放在油锅煮而不可放在普通的沸水中煮【例4】 下列说法中正确的是（）A铺设楼房的楼板时, 楼板之间应靠得很紧, 不留缝隙 B冬天架设电线时应比夏天架设时拉得略紧些 C在一块金属板上挖一个小孔, 在高温环境中这个孔会变小些 D常温下刻制的钢尺, 当在高温环境中使用时, 其测量值会偏大【答案】大多数材料都有热胀冷缩的现象在很多的实际场合必须充分考虑这个因素, 例如铺设铁 轨时需要留缝就是这个道理; 同样铺设楼板时也不能靠得太紧, 而要留下必要的缝冬天架 设电线时拉得略紧些是恰当的, 这样可以防止夏天电线下垂的过于厉害常温下刻制的钢 尺, 在高温环境中使用时会导致测量值偏小故选 B（联想冬季夏季家中地面铺木地板砖 的时候, 冬季应留有间隙, 夏季应铺紧）【例5】小明发现户外地面以上的冬季供热管道每隔一段距离总 呈现 型, 如图所示其主要原因是( )A为了避开行人和建筑物 B为了美观C为了避免管道因热胀冷缩导致的损坏 D为了方便工人师傅安装和检修【答案】C【例6】冬天手握自来水笔, 有时会有墨水流出, 这主要是由于()A墨水受热膨胀, 就流出来了 B笔中装墨水的橡皮管内的空气受热膨胀, 把墨水挤出来了 C笔中装墨水的橡皮管受热膨胀, 墨水就流出来了 D笔尖处的缝隙受热膨胀, 墨水就流出来了【答案】常用的自来水笔的笔头上连着一个装墨水用的橡皮管, 冬天用手握着自来水笔时, 由于体 温的原因, 使橡皮管内上部的空气受热膨胀, 体积变大, 压迫墨水使之由笔尖流出来故选 B模块二热传递定义热从高温物体传给低温物体, 或从同一物体的高温部分传到低温部分条件温度差方向高温到低温方式传导能量沿着物体传递（1） 善于传导热的物质叫热的良导体, 如各种金 属等（2） 不善于传导热的物质叫热的不良导体, 如木 头、不流动的空气等对流依靠液体、气体的流动 来传递能量的方式必须同时满足两个条件： 物质可以流动 加热 方式必须能促使物质流动辐射能量由发热体 沿直线 向外射出去的 传导的 方式 不需要任何媒介物, 可在真空中进行 黑色表面的物体比白色表面的物体吸收热和辐 射热的本领都来得强【例7】 请你看看这些是热的良导体还是热的不良导体?雪双侧玻璃真空杯棉被羽绒服木质椅子【答案】全部为热的不良导体【例8】 人们用来取暖的一种热水袋如图所示它的表面有很多长条状的橡胶突起部分, 这些突起 部分相互平行且突起的高度较大, 做成这种外形的主要目的是（） A使热水袋美观大方, 起到装饰作用 B使热水袋能同时具有传导、对流和辐射的传热功能C这种突起具有良好的弹性, 在外界压力作用下容易发 生弹性形变, 以防止在某种重压下, 所灌热水将热水袋胀 破D减小热水袋与人体的直接接触面积, 以降低热水袋的放热 速度, 实现缓慢放热【答案】D 可以联想冰激凌小盒下部的形状, 既可以减少接触面积, 实现缓慢放热, 又可以增加机械 强度, 抗压; 还可以联想“壶底的同心圆构造”、冰激凌小碗底部形状.【例9】 说明下列现象涉及哪些物理原理并进行解释【答案】液体对流的条件是热的向上, 冷的向下; 铁网热传导的能力很强, 把热迅速导走散开, 所以 火苗不会冒出来（井下矿工头灯上有铁罩也是这个原理, 防治灯泡破损时引起瓦斯爆炸）.【例10】如下图所示, 一个竖直放置的三角形玻璃管, 管中装满水, 用酒精灯A对某一顶点加热, 水便按图中所示的方向流动, 那么被加热的顶点()A一定是 A 点B一定是 C 点C一定是 B 点D任意一点BC【答案】当玻璃管 B 处用酒精灯加热时, B 处的水由于受热膨胀, 密度减小而上升; C 处的冷水密度 较大, 流过来补充, 在 B 处受热继续向上流动; 在上端 A 处的冷水, 由于密度较大而下降流 向 C 处, 这样水就能按图中所示的方向流动起来若在 C 处加热, 则水流方向与图示方向 完全相反故选 C.【例11】冬天开空调时, 为使室内尽快变暖, 空调的出风口应对着 吹.(本题各空选填“上方”或“下方”)【答案】下方【例12】2008 年 8 月 1 日, 京津城际高速铁路正式开通运营, 使用的是国产“和谐号” CRH3 型动车 组(如图所示)该车车厢内部设有独特的空气调节系统, 夏天送冷风时, 车顶中部和车窗下 部的送风量之比约为 3:1; 冬天送热风时, 车顶中部和车窗下部的送风量之比约为 1:3这样 送出的风平和、均匀, 保障车厢各处温度适宜请定性解释采用这种送风比例设计的原因.【答案】有两个要点： 温度低的空气密度大, 冷风从车顶吹进来后, 快速下沉, 结合窗口送风可 使整个车厢温度很快均匀降低. 温度高的空气密度小, 热风从下部吹进来后, 快速上升, 结合车顶送风可使整个车厢温度很快均匀升高【例13】露天放置的大型石油液化气罐, 为了防止因温度过高而造成爆炸等事故, 罐体外表面通常 漆成银白色, 如图所示而露天安装的电力变压器, 同样为了防止因温度过高而造成火灾等 事故, 在采用加注冷却油、安装散热管等一系列散热措施的同时, 却把其外表面漆成颜色很 深的灰黑色, 如图所示同样是为了防止温度过高, 一个外表面漆成颜色很浅的银白色, 另 一个外表面却漆成颜色很深的灰黑色, 这是为什么呢?【答案】有三个要点： 物体表面颜色越浅, 反射热辐射的能力越强, 进行热辐射的能力越差; 物 体表面颜色越深, 反射热辐射的能力越差, 进行热辐射的能力越强 石油液化气在罐中 储存, 本身不产生热 其温度升高主要是因为吸收来自环境中通过热辐射传递的能量, 因 此, 为了避免温度过高, 其表面漆成银白色, 增强其反射热辐射的能力, 减少吸收的热 量 正常运行中的电力变压器, 会有极少部分的电能转化为内能, 导致其温度升高, 当 变压器的温度比环境温度高时, 将其漆成颜色很深的灰黑色, 有利于将热量通过热辐射的 方式传递到环境中, 从而避免自身温度升得过高【例14】帽子的功能很多, 仅从热学角度看, 夏天戴草帽主要是为了防止 ; 冬天戴棉帽主要 是为了防止 【答案】热辐射; 热传导【例15】从热辐射知识考虑, 夏天室内穿 色衣服更凉爽; 室外最好穿 色衣服【答案】黑 白模块三温度计做个小实验: 先把两只手分 别放入热水和冷水中, 然后, 先把左手放入温水中, 再把 右手放入温水中. 两只手对 “温水”的感觉相同吗?冬天从户外回来, 用凉水洗手, 为什么感觉水变温暖了? 手去触摸长时间放在教室里面的金属 块、木块和泡沫塑料块, 感觉金属块比较凉但是用温度计测量, 竟然温度一样, 很奇怪吧, 让我们 一起走进神奇的热学吧1温度 定义：我们把物体的冷热程度叫做温度 测量工具：测量温度的工具是温度计温度计有气体温度计、液体温度计、金属温度计（双金属 片）等实验室中常用温度计是液体温度计, 它是利用水银、酒精或煤油等液体热胀冷缩的性质制 成的由于温度计内部的液体有不同的沸点和凝固点, 所以可制成测量范围不等的各种用途的温度 计 温标：温度的测量标准常用有摄氏温标、华氏温标和热力学温标(也叫绝对温标或开尔文温标)温 标名称摄氏温标华氏温标热力学温标创立人摄尔修斯（瑞典）华伦海特（德国）威廉汤姆孙开尔文（英国）零点及 分度方法1 标准大气压下冰水混合物温度为 0 度, 纯水沸腾时温 度为 100 度, 在 0 100 度间等分 100 份, 每一等份就是 1 摄氏度1 标准大气压下冰水混合物温度为 32 度, 纯水沸腾时温度为 212 度, 中间等分180 份, 每一等份就是 1 华氏度把273.15叫做绝对 零度, 每一度的大小与 摄氏温度相同（通常取 绝对零度为273）温 度符号ttFT单位摄氏度（）华氏度（F）开尔文（K）换算 关系t = T - 273t = 5 (t - 32)9 Ft = 9 t + 32F5t = 9 (T - 273) + 32F5T = t + 273T = 5 (t - 32) + 2739 F在国际单位制中, 温度的度量使用热力学温标初一物理竞赛班第 1 讲教师版92温度计 使用温度计的注意事项 观察： 零刻度; 分度值; 量程（温度计所能测量的最低温度和最高温度）放置： 温度计的玻璃泡要与被测物体充分接触; 测量液体温度时, 玻璃泡不要接触到容器底或容器壁; 读数： 读数时, 温度计的玻璃泡始终不能离开被测物体; 等温度计的示数稳定后再读数; 读数时, 视线要与温度计中液柱的表面平齐, 不能仰视或俯视 记录： 记录时一定要带单位（）; 是零下时, 可在数字前面加负号, 如零下 5 摄氏度, 可记为5 常见温度计种类原理图液体温度计液体热胀冷缩（水银受 热膨胀最明显, 所以最 精确 ）气体温度计气体热胀冷缩是伽利略制造的世界上第一个温度计,要受大 气压影响金属温度计（双金属 片）温度变化时不同金属的 热膨胀程度不同医用体温计, 是内注水银的液体温度计, 它的刻度范围为 3542, 准确程度是 0.1体 温计装水银的玻璃泡与玻璃管的连接处管孔特别细且略有弯曲测体温时, 水银受热膨胀从细管升 入直管, 体温计离开人体后, 水银冷却收缩, 在弯管处断开, 直管中的水银不会缩回玻璃泡, 所以体 温计能在离开人体后读数再次使用时, 要甩动温度计, 使直管中的水银回到玻璃泡中【例16】如图中 A、B、C、D 分别是四位同学“用温度计测水温”的实验操作, 其中正确的是（）【答案】DABCD【例17】图中所示的是用温度计分别测得的冰和水的温度,那么冰的温度是 , 水的温度 是 【答案】-22 ; 38【例18】量程都是 0100的甲、乙、丙三只酒精温度计, 最小刻度都是1C ; 玻璃泡的容积, 甲大 些, 乙、丙相同; 玻璃管的内径, 甲、乙相同, 丙粗些由此可判断此三只温度计的相邻的 两条刻度线间的距离（ ）A甲最长, 丙最短B甲最短, 丙最长C乙最长, 但不能比较甲与丙的长短D乙最短, 但不能比较甲与丙的长短【答案】A【解析】温度计是利用液体热胀冷缩的性质制成的, 假设让三只温度计的示数都升高1C 先比较 甲、乙两只温度计, 甲玻璃泡容积大, 酒精多, 膨胀后酒精增大的体积比乙大, 又因为甲、 乙玻璃管内径相同, 故甲温度计内液体升得较高, 即相邻两刻度线的间距比乙大; 再比较 乙、丙两只温度计, 当温度都升高1C 时, 乙、丙两只温度计内液体膨胀增大的体积相同, 又 因为乙玻璃管内径较细, 故乙温度计内液体升得较高, 即相邻两刻度线的间距比丙大由上 述可知相邻两刻度线的距离为甲最大, 丙最短.【例19】小强收集到以下器材：容积为几毫升的小药液瓶、红墨水、小药瓶上的橡皮帽、空圆珠笔 芯、细吸管、温度计、蜡块以及家庭中常用的其他器材你能帮他制作一只简易温度计吗? 请简要说明制作过程, 也可画图说明【答案】小药液瓶当作温度计的玻璃泡, 圆珠笔芯当作温度计的玻璃管, 橡皮帽用来密封上端的口, 细吸管用来加液体, 蜡块用来密封接口, 红墨水作为指示的液体, 温度计用来校对刻度 烧热水, 高温时（比如 80 度, 可从温度计读出）把上端开口密封, 刻上相应刻度, 冰箱里, 低 温时（比如 5 度）刻上相应刻度, 在 5 度和 80 度之间, 分成均匀的 75 份, 标上相应的刻度 简易温度计做成了.82C80Cyx2C4C【例20】小红做实验时发现一只温度计不准确, 把它和标准温度计一同插入水中, 发现当实际温度 为 2时, 它的示数为 4, 82时它的示数是 80, 仔细观察, 它 的刻度是均匀的如图所示: 请以 x 表示任意温度时这只温度计的示数, 以 y 表示这时的实 际温度, 导出用 x 表示 y 的关系式; 这只温度计的示数是 26时, 实际温度是多少? 在什么温度时, 这只温度计的示数等于实际温度?【答案】 因为刻度是均匀的, 所以温度计每增加相同的示数时, 实际温 度的增加也是相同的根据这一点, 可以试探性地写出 y=ax(a 为某一常量)但是根据题中所述的实际情况, 当x=0时, y 不太可能也是 0设这时 y=b, 于是 y 和 x 的关系在形式上应为y=ax+b 由于 x=4时, y=2; x=80时, y =82, 把这两组数据分别代入式得到初一物理竞赛班第 1 讲教师版114a + b = 2 , 80a + b = 82 , 解 这 个 二 元 一 次 方 程 组 得 到 a =1.05 ,y =1.05x - 2.2 把 x = 26 代入式, 得 y = 25.1 这表明这只温度计示数为 26时, 实际温度为 25.1 在式中令 x=y, 即 x =1.05x - 2.2解之, 得 x=42这表示在 42时, 温度计的示数与实际温度相同b = -2.2 , 即【例21】在摄氏温标建立之前, 有一种温标叫“华氏温标”, 它规定在 l 标准大气压下沸水的温度为 212 度, 冰水混合物的温度是 32 度, 中间分为 180 等分, 每一等分代表 1 华氏度, 写作 1, 那么 35= , 104= 【答案】95; 40【练1】 你见过这种烧水壶吗? 中空且上下相通. 请你猜猜用它来烧水的好处.【答案】中间是上下相通的火道，能够更好的对壶内的水进行热传导，好处：省燃料、时间短.【练2】 (2005 年全国应用物理知识竞赛初赛)如图甲、乙分别是两种小型饮水锅炉的结构示意图， 从节能角度看，你认为哪一个更合理? 请简要说明理由。【答案】乙图所示的锅炉的结构更合理 理由:水的受热面积大,同时减少了燃烧室下面的热损失,增加了内能的利用率锅炉外 有绝热材料,大大降低散热损失,节约燃料有吹风设备,燃料燃烧充分,提高燃料的利用率【练3】 一支温度计刻度均匀, 但读数不准, 在一个标准大气压下, 将它放入沸水中, 示数为 95; 放在冰水混合物中, 示数为 5现把该温度计悬挂在教室墙上, 其示数为 32, 教室内的 实际气温是（ ）A27B30C32D37【答案】B12初一物理竞赛班第 1 讲教师版阅读材料巧割啤酒瓶对一个瓶口破损的啤酒瓶, 人们往往一扔了之. 其实, 只要稍加切割就可以把它做成 一个啤酒杯或一只烟灰缸. 玻璃啤酒瓶也能切割吗? 当然可以, 而且还挺简单的.取一只大脸盆, 盛满水后放在一边备用. 取一条长 60 厘米扎鞋底用的粗棉纱线, 放在 酒精或煤油中浸一会儿. 取出后, 在啤酒瓶外壁离瓶底 1214 厘米处, 紧挨着绕上两圈, 把线抽紧后打一个死结, 剪去多余的线头. 擦燃火柴, 点着棉纱线. 在线快烧断时, 迅速 把直立着的啤酒瓶横放到脸盆里的冷水中, 一手握在瓶底附近, 一手抓住瓶颈. 两手同时 用力向外一掰, 只听“啪”的一声, 啤酒瓶便在绕线处断开了. 用砂轮或直接在水泥地上磨 平断裂处的锋口, 用清水洗净, 一只啤酒杯便做成了.