初三物理自主招生专题大揭秘热与能 解析版

第1页热与能解析版一．选择题（共12小题）1．（2021•青岛自主招生）冬天雨雪过后，停在户外的汽车的前窗玻璃上常会结有一层冰。要想除去这些冰，下列做法中不可采用的是（）A．喷洒盐溶液 B．用硬的纸质物体直接清除 C．启动车子，打开热风，吹车前窗玻璃 D．将少量沸水洒在车前窗玻璃上【解答】解：A、喷洒盐溶液，可以降低水的凝固点，从而达到熔化的目的。故A做法可采用；B、用硬的纸质物体直接清除可以除去一些冰，故B做法可采用；C、启动车子，打开热风，吹车前窗玻璃可以使冰因吸热而熔化，达到除冰的目的，故C做法可采用；D、将少量沸水洒在车前窗玻璃，因水的温度很高，会使冰和玻璃迅速吸热而膨胀引起对物体的破坏，故这种做法不可采用；故选：D。2．（2021•黄州区校级自主招生）把一杯水和一杯花生油分别放在略低于它们熔点的低温环境中。在它们凝固的过程中，下列说法中正确的是（）A．水从底部开始凝固，油从上部开始凝固 B．水从底部开始凝固，油从中部开始凝固 C．水从上部开始凝固，油从底部开始凝固 D．水从上部开始凝固，油从中部开始凝固【解答】解：冰的密度比水小，所以水结冰时从上部开始凝固，并浮在水面上。而油凝固后密度变大，会下沉所以从底部开始凝固。故选：C。3．（2021•青岛自主招生）如右图所示，容器底部放水，水上面浮有一层沸点比水高的油，如果对容器底部加热，则下列说法正确的是（）A．水先沸腾，油后沸腾，但水和油同时蒸发 B．开始油蒸发，水不蒸发，然后同时沸腾 C．油蒸发，水不蒸发，然后同时沸腾 D．油蒸发，水不蒸发，直到水全汽化后，油沸腾【解答】解：由于液体在任何温度下都能蒸发，故在开始加热时，上层的油会发生蒸发现象，同时由于油膜的覆盖，使得油下面的水无法蒸发，但随着加热，当将水加热到100℃后，再加热水就沸腾了，即发生汽化，由于水沸腾后温度不再升高，且水的沸点小于油的沸点，故此时油不会沸腾，直到水全部汽化完后，油的温度才能升高，即当温度升到油的沸点时，再加热，油才可以沸腾。故选：D。4．（2021•福州模拟）如图所示，在一敞口玻璃瓶甲里盛适量的水，使之能浮在一水槽中，将另一只同样的敞口空玻璃瓶乙瓶口朝下，按入槽内水中，并固定位置，在标准大气压下，对槽内水加热到沸腾时（）A．槽内甲、乙瓶内水温都不能达到100℃ B．甲瓶内水沸腾，乙瓶内水不沸腾 C．甲瓶内水不沸腾，乙瓶内水沸腾 D．甲、乙瓶中水都不沸腾【解答】解：因为水在标准大气压下的沸点是100℃，所以槽中水沸腾时温度是100℃，并保持不变。甲瓶中水从槽内水中吸热，温度升高直到100℃，这样甲瓶中的水温也能达到沸点，不过甲瓶中的水一旦与槽内的水温度相等，甲瓶中的水就无法吸热，当然不能沸腾。虽然乙瓶中水温同样可达到100℃，但乙瓶上端封闭，瓶内气压大于标准大气压。因为液体沸点随液面上气压的增大而增大，所以乙瓶中水的沸点高于100℃．这样乙瓶中水温达不到沸点，不能沸腾。故选：D。5．（2021•青岛自主招生）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【解答】解：一具尸体大约需要半天时间的散热量：Q1＝cm△t＝4.2×103J/（kg•℃）×60kg×（37℃﹣25℃）＝3.024×106J正常人一天内的散热量：Q2＝×2＝×2＝1.008×107Jm＝＝＝0.63kg＝630g。故选：A。6．（2020•市南区校级自主招生）下面是小明同学“物理学习笔记”中的摘录，其中错误的是（）A．做功和热传递在改变物体的内能上是等效的 B．分子间相互作用的引力和斥力是同时存在的 C．热量不可能从内能小的物体传向内能大的物体 D．穿在身上的化纤衣服容易粘上毛绒，是由于带电体能够吸引轻小物体【解答】解：A、做功和热传递都可以改变物体的内能，它们达到的效果都是一样的，故A正确；B、分子间同时存在相互作用的引力和斥力，故B正确；C、内能小的物体，可能温度高，所以它可能将热量传递给内能大的物体，故C错误；D、穿着的化纤衣服“粘”毛绒，因为衣服摩擦起电后带静电，会吸引轻小物体，故D正确。故选：C。7．（2020•宁波自主招生）上世纪人类制成了世界上第一盏用海浪发电的航标灯。它的气室示意图如图所示，其工作原理是利用海浪上下起伏的力量将空气吸入气室，压缩后再推入工作室，然后推动涡轮机带动发电机发电。那么（）A．当海水下降时，阀门K1开启，阀门K2关闭 B．当海水上升时，阀门K1关闭，阀门K2开启 C．当海水下降时，类似于汽油机的做功冲程 D．当海水上升时，类似于汽油机的压缩冲程【解答】解：由题知，海浪发电的工作原理是利用海浪上下起伏的力量将空气吸入气室，压缩后再推入工作室，然后推动涡轮机带动发电机发电；由图分析可知：海水下降时，气室的容积增大，其内部气体压强减小，阀门K1关闭，阀门K2开启，将空气吸入气室，类似于汽油机的吸气冲程，故AC错误；海水上升时，气室的容积减小，其内部气体压强增大，阀门K1开启，阀门K2关闭，压缩后将空气推入工作室，类似于汽油机的压缩冲程，故B错误，D正确。故选：D。8．（2020•市北区校级自主招生）下列做法中，利用了物态变化时放热的是（）A．北方的冬天，常在保存蔬菜的菜窖里放几桶水 B．夏天为了喝到冰凉的饮料，在饮料中加冰块 C．炎热的夏天，为了凉快，常在地面上洒水 D．运输食品时，为了防止食品腐烂变质，常放些干冰【解答】解：A、北方的冬天，储存蔬菜的菜窖里常放几桶水，可防止菜被冻坏，利用了水结冰放热的特点，故A正确；B、夏天，喝冰凉的饮料加上几个冰块，是因为冰块熔化吸热，故B错误；C、夏天，在地上洒些水，感到凉爽，利用了水蒸发吸热的特点，故C错误；D、运输食品时，为了防止食品腐烂变质，人们常在运输箱放些干冰，利用了干冰升华吸热的特点，故D错误。故选：A。9．（2020•李沧区校级自主招生）酒精在我们的生活中有广泛的应用，在抗击新冠肺炎疫情中更是发挥了重要的作用。下列关于酒精使用的说法中正确的是（）A．给高烧病人体表擦拭酒精，利用了酒精液化放热的特点 B．酒精与水混合总体积变小，说明分子间有空隙 C．利用酒精消毒时能闻到酒精味是因为酒精的升华 D．酒精燃烧给物体加热是通过做功的方式改变物体内能的【解答】解：A、人们常用酒精为高烧病人降温，是利用了酒精易蒸发，蒸发吸热的缘故。故A不正确；B、由于分子间存在间隙，所以水和酒精混合后总体积变小。故B正确；C、能够闻到酒精味，是酒精分子无规则运动的结果，属于扩散现象。故C不正确；D、利用酒精灯给物体加热时，物体从酒精灯火焰上吸收热量，是通过热传递的方式来改变物体的内能。故D不正确。故选：B。10．（2020•昆山市自主招生）一厚度为d的薄金属盘悬吊在空中，其上表面受太阳直射，空气的温度保持290K不变，经过一段时间，金属盘上表面和下表面的温度分别保持为315K和310K。假设单位时间内金属盘每个表面散失到空气中的能量与此表面和空气的温度差以及此表面的面积成正比；单位时间内金属盘上、下表面之间传递的热量与金属盘的厚度成反比，与两表面之间的温度差和表面面积成正比。忽略金属盘侧面与空气之间的热传递。那么，在金属盘的厚度变为2d而其他条件不变的情况下，金属盘的上、下表面温度稳定之后，金属盘的上表面的温度将变为（）A．317K B．319K C．327K D．329K【解答】解：厚度为d的薄金属盘，经过一段时间，当温度稳定后，则吸热功率为：P吸＝P散＝k1S（t上1﹣t0）+k1S（t下1﹣t0）＝k1S（315﹣290）+k1S（310﹣290）＝45k1S；上表面向下表面传递的热量功率为：P传＝k2（t上1﹣t下1）＝k1S（t下1﹣t0），即：k2（315﹣310）＝k1S（310﹣290），所以，5k2＝20k1S﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①在厚度为2d的金属盘而其他条件不变的情况下，当温度稳定后，设金属盘上表面和下表面的温度分别保持为t上、t下，由于太阳对金属盘的直射功率不变，则：P散2＝P吸，所以，k1S（t﹣t0）+k1S（t下﹣t0）＝45k1S，即：k1S（t上﹣290）+k1S（t下﹣290）＝45k1S，整理得：t上+t下＝625﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②厚度为2d的金属盘上表面向下表面传递的热量功率为：P传2＝k2（t上﹣t下）＝k1S（t下﹣t0），即：k2（t上﹣t下）＝k1S（t下﹣290）﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③解①②③得：t上＝317K。故选：A。11．（2020•宁波自主招生）把0℃的水和﹣5℃的一块冰混合后，放在一个与外界隔热的容器里，那么过一段时间后，下列正确的说法是（）A．部分冰熔化，冰的质量减少 B．部分水凝固，水的质量减少 C．以上两种情况都有可能发生 D．冰和水的质量均保持不变【解答】解：一部分0℃水凝固成0℃的冰，放出的热量，被温度为﹣5℃的冰块吸收，温度升高，变成0℃的冰，和原来的另一部分0℃的水，形成冰水混合物，温度是0℃．整个过程冰的质量增加，水的质量减少。故选：B。12．（2020•赫山区校级自主招生）在两个相同的杯子内，盛有质量相等的热水和冷水，在不计热损失的情况下。将一半热水倒入冷水杯内，冷水杯内的温度升高21℃．若再将热水杯内剩余热水的一半再次倒入冷水杯内，冷水杯内的水温会升高（）A．6℃ B．7℃ C．8℃ D．9℃【解答】解：设容器内水的质量和一杯水的质量为m，热水的初温为t热，冷水的初温t冷，将一半的热水倒入容器中后共同的温度为t，因不计热损失，所以，由Q＝cm△t可得：Q放＝Q吸，即cm△t热＝cm△t冷，解得：△t热＝2△t冷＝2×21℃＝42℃，据此可设t冷＝0℃，则t＝21℃，t热＝21℃+42℃＝63℃，若再将热水杯内剩余热水的一半再次倒入冷水杯内时，相当于同时向冷水中倒入+＝杯热水，则cm（t热﹣t′）＝cm（t′﹣t冷）即3（63℃﹣t′）＝4（t′﹣0℃）解得：t′＝27℃，所以，冷水温度将再升高△t＝t′﹣t＝27℃﹣21℃＝6℃。故选：A。二．填空题（共5小题）13．（2021•市北区校级自主招生）（1）如图1是汽车内燃机一个工作循环的四个冲程，一个工作循环的正确顺序是丙乙甲丁，其中图甲所示冲程内燃机给汽车提供动力，若该内燃机转速为3600r/min，则每秒对外做功30次．（2）图2为某汽车内燃机的能量流向图，该内燃机的效率为35%；要提高这台内燃机的效率，可以采取的措施是保证良好的润滑，减小机械摩擦．【解答】解：（1）由图可知，甲是做功冲程，乙是压缩冲程，丙是吸气冲程，丁是排气冲程，因此顺序为丙乙甲丁；做功冲程为汽车提供动力，内燃机转两圈完成一个冲程，3600r/min＝60r/s，即表示每秒转动60转，做功30次。（2）有用的机械能为：100%﹣25%﹣40%＝35%，则该内燃机的效率为35%；提高热机效率的途径有：使燃料充分燃烧；尽量减少热量损失；保证良好的润滑，减小机械摩擦；在热机的设计和制造上，采用先进的技术（任写一个即可）。故答案为：（1）丙乙甲丁；甲；30；（2）35%；保证良好的润滑，减小机械摩擦。14．（2020•赫山区校级自主招生）有一只不准的温度计，它的刻度是均匀的，但放在冰水混合物中，显示为2℃，放在1标准大气压下的沸水中，显示为98℃，把它放在某液体中显示为30℃，则实际的温度是29.2℃。（计算结果保留一位小数）【解答】解：温度计一个小格表示的温度为＝℃；温度计显示温度为30℃时，液体的实际温度是：℃×（30﹣2）+0℃≈29.2℃。故答案为：29.2℃。15．（2020•市北区校级自主招生）如图是四冲程内燃机的示意图，其中，B是排气冲程；把内能转化成机械能的冲程是A（选填字母代号）。【解答】解：A、气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，内能转化成机械能；B、排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程；C、进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程；D、气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，机械能转化成内能。故答案为：排气；A。16．（2019•涪城区校级自主招生）小汽车的发动机的排气量有的标有“1.8T“，有的标有“1.8L”。“T”表示“涡轮增压”，通过给发动机足量的空气来使汽油更允分地燃烧，因而比标“L”汽车发动机更节能，同样的汽油加在标”T”汽车发动机内和加在标”L“汽车发动机内，其热值不变（选填“变大变小”或“不变”）。200g的汽油完全燃烧放出的热量是9.2×106J（q汽油＝4.6×107J/kg）【解答】解：热值是燃料的特性，与燃烧情况无关，所以汽油加在T型轿车内比加在L型轿车内热值是相同的。完全燃烧200g汽油放出的热量：Q放＝mq＝0.2kg×4.6×107J/kg＝9.2×106J。故答案为：不变；9.2×106。17．（2019•枣庄自主招生）一台单缸四冲程汽油机，如图甲是做功冲程，其能量转化情况与乙（选填“乙”或“丙”）图相同，是通过做功方式飞轮改变了内能，转速是3600r/min，该汽油机每秒钟完成30个工作循环。该汽油机的能量流向如图丁所示，则该汽油机的热机效率为30%。【解答】解：（1）两个气门都关闭，活塞向下运动，因此是做功冲程，此冲程内能转化为的机械能；（2）丙图是用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧。是通过对物体做功来增大物体内能的，即是将机械能转化为内能的过程。乙图对试管中的水加热，加快水的蒸发，使试管中水的内能增大，体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能，因此与做功冲程原理相同的是乙实验。（3）汽油机转速是3600r/min，每秒转60转，完成30个工作循环，做功30次；（4）从内燃机的能流图可知，热量损失主要有燃料没有完全燃烧、废气带走的热量、克服摩擦损耗的能量、散失的热量，所以汽油机的热机效率：100%﹣33%﹣30%﹣7%＝30%。故答案为：做功；乙；做功；30；30%。三．实验探究题（共3小题）18．（2020•市南区校级自主招生）如图所示，某同学做了一个气体膨胀的小实验，他将瓶盖的平滑顶部沾水，翻转后放在可口可乐瓶的瓶口。双手搓热，轻轻地将可乐瓶握实，几秒钟后，将会看到瓶盖在瓶口一直跳动。请你根据所学的物理知识，回答下列问题：（1）瓶盖沾水和不沾水两种情况，沾水（选填“沾水”或“不沾水”）情况演示效果更好；（2）分别在夏天和冬天做这个实验，在冬天（选填“夏天”或“冬天”）效果会更好；（3）分别用小瓶（750毫升）和大瓶（2000毫升）做此实验，选小瓶（选填“小瓶”或“大瓶”）实验效果更好。【解答】解：（1）瓶盖有沾水的目的是为了让瓶盖与瓶口更加密合，如果没有沾水，瓶盖与瓶口的密闭性差，将无法看到瓶盖在瓶一直跳动，故选“沾水”情况演示效果更好；（2）该实验是利用手的热量来加热瓶中空气的，手与瓶中空气的温差越大，瓶中空气温度变化越明显，实验越容易成功，冬天手与瓶中空气温差大，所以冬天实验效果好；（3）瓶子越小，瓶中空气越少，在吸收热量相同的情况下，温度上升越多，瓶内气体的压强越大，越容易推动瓶塞跳动。故答案为：（1）沾水；（2）冬天；（3）小瓶。19．（2018•夏津县校级自主招生）如图甲所示是萘的熔化实验装置（1）将装有萘的试管放在盛水的烧杯中加热而不是直接加热的目的是使萘受热均匀；（2）图乙是小明绘制的萘熔化的图象，其中BC段物体处于固液共存态，整个熔化过程用时约20分钟；由图象可以推断，萘是晶体（选填“晶体”或“非晶体”）。（3）图丙是某一时刻读取温度计时的情景，温度计的读数方法正确的是B（选填“A”、“B”或“C”），此时的温度为48℃。【解答】解：（1）将装有荼的试管放在盛水的烧杯内加热，这样可以使荼受热均匀，这种加热方法是水浴法；（2）由图象可知，BC段荼吸热温度不变，有一定的熔点，是晶体。BC段是荼的熔化过程，处于固液共存状态，整个熔化用时30min﹣10min＝20min；（3）温度计在读数时，视线要与液柱的上表面相平，故B的方法是正确的；图中温度计的分度值为1℃，示数在零上，为48℃。故答案为：（1）使荼受热均匀；（2）固液共存态；20；晶体；（3）B；48。20．（2018•市中区校级自主招生）小梦同学用如图所示的装置对冰加热。（1）根据实验记录他绘制了冰熔化时温度随时间变化的图象，如图乙所示。由图象可知冰是晶体（填“晶体”或“非晶体”）；在10min末这个时刻，杯里的物质处于固液共存状态（填“固态”、“液态”或固液共存状态”）；比较AB和CD线段的倾斜程度可知，冰的比热容比水的比热容要小（填“大”或“小”）（2）继续加热到水沸腾，此时在水面上方出现一些“白气”是小水滴（选填“小冰晶”、“小水滴”或“水蒸气”）。温度计的示数如图丙所示且一直保持不变，则水的沸点是97℃，这说明当时水面上方的大气压低于（填“高于”、“低于”或“等于”）一个标准大气压。【解答】解：（1）如乙图，冰在BC段吸收热量，温度保持0℃不变，所以冰是晶体；图中BC段冰处于熔化过程，冰熔化时，处于固液共存状态；AB段和CD段比较可知，在质量不变时，吸收相同的热量AB温度变化大，故由Q吸＝cm△t可知冰的比热容比水小；（2）继续加热到水沸腾，此时在水面上方出现一些“白气”是水蒸气遇冷液化成的小水珠；越往上温度计的示数越大，是零上，每一个大格代表10℃，每一个小格代表1℃，示数是97℃，故水的沸点为97℃；一标准大气压下水的沸点是100℃．又因为气压越低，沸点越低，因为此时沸点是97℃，故大气压低于一标准大气压。故答案为：（1）晶体；固液共存状态；小；（2）小滴；97；低于。四．计算题（共4小题）21．（2020•市南区校级自主招生）如图是建造楼房时常用的混凝土泵车，它使用柴油提供动力，能将搅拌好的混凝土抽到高处进行浇灌，该车正常工作时每小时将60m3的混凝土输送到10m高的楼上，消耗柴油2kg，已知g取10N/kg，混凝土密度ρ混凝土＝4.3×103kg/m3，柴油热值q柴油＝4.3×107J/kg，求泵车的效率。【解答】解：60m3的混凝土的质量：m＝ρ混凝土V＝4.3×103kg/m3×60m3的＝2.58×105kg，该车所做的有用功：W＝Gh＝mgh＝2.58×105kg×10N/kg×10m＝2.58×107J，完全燃烧2kg柴油产生的热量：Q放＝m′q柴油＝2kg×4.3×107J/kg＝8.6×107J，泵车的效率为：η＝×100%＝×100%＝30%。答：泵车的效率为30%。22．（2020•市南区校级自主招生）为解决发动机的过热问题，除通过空气自然散热之外，还采用水冷却技术，其原理是将冷水注入与发动机接触的水冷管冷水吸热升温后被排出，使机器工作温度保持稳定。为达到上述要求，还需确定出水冷管和发动机的接触面积与发动机的总散热面积的比值K。已知某发动机的K＝60%，发动机与空气接触部分能带走总热量的10%，余下热量全部由水冷管带走。发动机输入功率为P、效率为η，正常工作的环境室温为t，每秒从水冷管入口处通入体积为V、温度为t的冷水。（已知水的比热容为c，密度为ρ）求：（1）该发动机每秒通过空气自然散发的热量；（2）水冷管中的水每秒从发动机吸收的热量；（3）水冷管出口处的水温。【解答】解：（1）由题知，发动机散热通过空气自然散热和冷水吸热后排出实现，发动机输入功率为P、效率为η，设每秒散热为Q，E为输入能量，输入能量E＝Pt，发动机输入能量一部分转化为有用能量，一部分通过散热向外排出，即：E＝W+Q，由η＝知，1﹣η＝＝，发动机每秒产生热量：Q＝（1﹣η）P×1s＝（1﹣η）P，因为发动机与空气接触部分能带走总热量的10%，所以发动机每秒通过空气自然散发的热量：Q空气＝10%Q＝10%×（1﹣η）P＝0.1（1﹣η）P；（2）散热时：Q水冷+Q空气＝Q，所以水冷管中的水每秒从发动机吸收的热量：Q水冷＝Q﹣Q空气＝（1﹣η）P﹣0.1（1﹣η）P＝0.9（1﹣η）P；（3）设水冷管出口处水温为T，由Q吸＝cm（t﹣t0）和ρ＝可得，冷水每秒从发动机吸收热量：Q水冷＝cm（T﹣t）＝cρV（T﹣t），所以：cρV（T﹣t）＝0.9（1﹣η）P，解得：T＝+t。答：（1）该发动机每秒通过空气自然散发的热量为0.1（1﹣η）P；（2）水冷管中的水每秒从发动机吸收的热量为0.9（1﹣η）P；（3）水冷管出口处的水温为+t。23．（2020•鼓楼区校级自主招生）有一很大平整的冰块，（冰是0℃）在上面挖一个容积为V＝1000cm3的洞，在上面盖一个不导热的盖子，盖子上钻一个小孔，从小孔里灌100℃的热水，问至少灌多少千克的热水不会有水溢出？（水的密度为1.0×103千克/立方米，冰0.9×103kg/m3）（水比热容4.2×103J/（kg•℃）），冰Q＝3.3×105J/kg，即1000冰融化成水需要的热量是3.3×105J/kg）。【解答】解：冰吸收热量后会熔化，设熔化的冰的体积为V1，Q＝3.3×105J/kg；则冰熔化吸收的热量为：Q吸＝m