11. 如图12-4-5所示的烧瓶中装有水,用带玻璃管的橡胶塞塞住,在玻璃管口处放一个用纸做的小风车,加热烧瓶使水沸腾后,小风车转动。下列说法中正确的是(
B
)。

A.小风车转动是热传递的结果
B.小风车转动是由于内能转化为机械能
C.小风车转动是由于机械能转化为内能
D.内燃机中的压缩冲程与此实验相同
答案:11. B
解析:
【分析】
要解答本题,需先明确实验中的能量转化过程:加热烧瓶使水沸腾,产生的高温水蒸气具有内能,水蒸气从玻璃管口喷出时推动小风车转动,此过程涉及能量的转化。再逐一分析选项,判断各说法的正误。
【解析】
加热烧瓶,水沸腾产生大量高温水蒸气,水蒸气具有内能;当水蒸气从玻璃管口喷出时,推动小风车转动,将自身的内能转化为小风车的机械能。
对各选项分析如下:
A选项:热传递是内能的转移过程,而小风车转动是能量的转化,并非热传递的结果,A错误;
B选项:水蒸气的内能转化为小风车的机械能,使小风车转动,B正确;
C选项:该过程是内能转化为机械能,不是机械能转化为内能,C错误;
D选项:内燃机的压缩冲程是将机械能转化为内能,而此实验是内能转化为机械能,对应内燃机的做功冲程,并非压缩冲程,D错误。
【答案】
B
【知识点】
内能转化、内燃机冲程
【点评】
本题通过实验考查能量转化的判断,需明确实验中能量的变化方向,同时掌握内燃机各冲程的能量转化特点,属于基础题型,需准确区分能量转化的类型。
【难度系数】
0.6
12. 一般情况下燃气灶正常工作时,15 min可使质量为4 kg、温度为23 ℃的水沸腾。已知该城市水的沸点为93 ℃,求:
(1) 水吸收的热量。
(2) 若燃气灶放出的热量70%被水吸收,则燃气灶实际放出的热量是多少?
[图12-4-5]
答案:12. (1) 1.176×10⁶ J (2) 1.68×10⁶ J
解析:
【分析】
本题分为两小问,第一问求水吸收的热量,需利用水的吸热公式$Q_{吸}=cm\Delta t$,其中$c$为水的比热容,$m$为水的质量,$\Delta t$为水升高的温度;第二问利用热效率公式$\eta=\frac{Q_{吸}}{Q_{放}}$,变形后求燃气灶实际放出的热量,关键是明确各物理量的含义及公式的应用条件。
【解析】
解:已知水的比热容$c=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}$,水的质量$m=4\ \mathrm{kg}$,初温$t_0=23\ \mathrm{℃}$,末温$t=93\ \mathrm{℃}$,热效率$\eta=70\%=0.7$。
(1) 水升高的温度:$\Delta t=t-t_0=93\ \mathrm{℃}-23\ \mathrm{℃}=70\ \mathrm{℃}$
水吸收的热量:
$Q_{吸}=cm\Delta t=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×4\ \mathrm{kg}×70\ \mathrm{℃}=1.176×10^6\ \mathrm{J}$
(2) 根据热效率公式$\eta=\frac{Q_{吸}}{Q_{放}}$,变形得燃气灶实际放出的热量:
$Q_{放}=\frac{Q_{吸}}{\eta}=\frac{1.176×10^6\ \mathrm{J}}{0.7}=1.68×10^6\ \mathrm{J}$
【答案】
(1) $1.176×10^6\ \mathrm{J}$ (2) $1.68×10^6\ \mathrm{J}$
【知识点】
热量计算、热效率应用
【点评】
本题考查热学中基础的热量计算与热效率的应用,公式明确,步骤清晰,属于初中物理热学的基础题型,只要掌握相关公式即可顺利解答。
【难度系数】
0.8
一单缸汽油机的飞轮每分钟转 600 周,设做功冲程中燃气对活塞的压强保持为$5× 10^5\ \mathrm{Pa}$不变,活塞的行程为 0.2 m,活塞的面积为 100 cm²。求汽油机的功率。
答案:5 kW
解析:
【分析】
要计算汽油机的功率,需利用功率公式$P=\frac{W}{t}$,因此需先求出汽油机在1分钟内做的总功$W$。步骤如下:1. 由压强公式$F=pS$算出燃气对活塞的作用力;2. 每次做功冲程中燃气做的功$W_1=Fs$($s$为活塞行程);3. 汽油机飞轮每转2周完成1个工作循环,对外做功1次,据此算出每分钟做功的次数;4. 总功为每次做功乘以次数,再除以时间(1分钟)得到功率,注意单位统一换算。
【解析】
1. 单位换算:活塞面积$S=100\ \mathrm{cm^2}=0.01\ \mathrm{m^2}$,时间$t=1\ \mathrm{min}=60\ \mathrm{s}$;
2. 燃气对活塞的作用力:$F=pS=5×10^5\ \mathrm{Pa}×0.01\ \mathrm{m^2}=5000\ \mathrm{N}$;
3. 每次做功冲程做的功:$W_1=Fs=5000\ \mathrm{N}×0.2\ \mathrm{m}=1000\ \mathrm{J}$;
4. 每分钟做功次数:汽油机飞轮每转2周做功1次,每分钟转600周,故次数$n=\frac{600}{2}=300$次;
5. 每分钟总功:$W_{总}=nW_1=300×1000\ \mathrm{J}=3×10^5\ \mathrm{J}$;
6. 功率计算:$P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{3×10^5\ \mathrm{J}}{60\ \mathrm{s}}=5000\ \mathrm{W}=5\ \mathrm{kW}$。
【答案】
5 kW
【知识点】
功率计算、压强公式应用、汽油机工作原理
【点评】
本题综合考查压强、功、功率的计算,需掌握汽油机飞轮转两周做功一次的特点,单位换算为易错点,属于力学基础综合题,难度适中。
【难度系数】
0.6