初二物理竞赛第1讲 热膨胀、热传递、温度计学生版

第一讲 热膨胀、热传递、温度计初一物理竞赛预备班第 1 讲学生版9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）【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.【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?【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【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【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【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【例9】 说明下列现象涉及哪些物理原理并进行解释【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【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”)【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.【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?【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 【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2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（）ABCD【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 【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【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【例20】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= 【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.【练2】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。10初一物理竞赛预备班第 1 讲学生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. 如果把线绕在离瓶底约 3 厘米处, 就可得到一个袖珍玻璃花盆了, 盛一点清水, 放进几块鹅卵石, 种上一枝水仙花, 放在书 桌上, 别有一番情趣.如果说这是一种“热切割”, 那么下面介绍的就是“冷切割术”了. 你一定见过厨房、卫生 间里常用的方方正正的瓷砖吧. 瓷砖的正面既硬又脆, 必须用切割玻璃的金钢石刀才能 划破、割开. 如果一时找不到金钢石刀怎么办呢? 别急, 会有办法的.找一条普通的钢锯片, 用老虎钳折断其一端, 利用其断裂处尖锐的锋口, 在瓷砖的反 面预先划好的直线上反复刻划. 如果锋口变钝了, 就再折断一段, 继续刻划, 直到待切割 处被刻划的深度达瓷砖厚度的一半左右时为止. 由于瓷砖反面质地较为疏松, 所以上述 刻划一般 2 分钟左右即可完成. 然后, 把瓷砖浸没在水中, 让其吸饱水分, 质地变得较为 松软时, 从水中取出. 让瓷砖正面朝下, 切割线对准桌子边缘平放在桌上. 取一把较硬的 直尺, 压在瓷砖的反面, 要求直尺的边缘和切割线对齐. 然后用左手压着直尺, 右手抓住 伸出桌外的一半, 轻轻一掰, 瓷砖便整齐地断裂为两块了. 如果断裂处不够整齐, 可用老 虎钳小心地夹碎该除去的部分, 或将断裂处在普通