高二物理竞赛(5)物态变化、热传递和热膨胀

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1、高二物理竞赛（5）物态变化、热传递和热膨胀班级：_____________姓名：_________________座号：_____________一、物理小组的同学在寒冷的冬天做了一个这样的实验：他们把一个实心的大铝球加热到某温度t，然后把它放在结冰的湖面上（冰层足够厚），铝球便逐渐陷入冰内。当铝球不再下陷时，测出球的最低点陷入冰中的深度h。将铝球加热到不同的温度，重复上述实验8次，最终得到如下数据：实验顺序数12345678热铝球的温度t/℃55708592104110120140陷入深度h/cm9.012.914.816.017.018.017

2、.016.8已知铝的密度约为水的密度的3倍，设实验时的环境温度及湖面冰的温度均为0℃。已知此情况下，冰的熔解热λ=3.34×105J/kg。（1）试采用以上某些数据估算铝的比热c；（2）对未被你采用的实验数据，试说明不采用的原因，并作出解释。二、在野外施工中，需要使质量m=4.20kg的铝合金构件升温。除了保温瓶中尚存有温度t=90.0℃的1.200kg的热水外，无其他热源。试提出一个操作方案，能利用这些热水使构件从温度t0=10℃升温到66.0℃以上（含66.0℃），并通过计算验证你的方案。已知铝合金的比热容c=0.880×l03J·(kg·℃)

3、-1，水的比热容c0=4.20×103J·(kg·℃)-1，不计向周围环境散失的热量。8三、地球上的能量从源头上说来自太阳辐射到达地面的太阳辐射（假定不计大气对太阳辐射的吸收）一部分被地球表面反射到太空，其余部分被地球吸收。被吸收的部分最终转换成为地球热辐射（红外波段的电磁波）。热辐射在向外传播过程中，其中一部分会被温室气体反射回地面，地球以此方式保持了总能量平衡。作为一个简单的理想模型，假定地球表面的温度处处相同，且太阳和地球的辐射都遵从斯忒蕃一玻尔兹曼定律：单位面积的辐射功率J与表面的热力学温度T的四次方成正比，即J=σT4，其中σ是一个常量。

4、已知太阳表面温度Ts=5.78×103K，太阳半径Rs=6.69×105km，地球到太阳的平均距离d=1.50×108km。假设温室气体在大气层中集中形成一个均匀的薄层，并设它对热辐射能量的反射率为ρ=0.38。（1）如果地球表面对太阳辐射的平均反射率α=0.30，试问考虑了温室气体对热辐射的反射作用后，地球表面的温度是多少？（2）如果地球表面一部分被冰雪覆盖，覆盖部分对太阳辐射的反射率为α1=0.85，其余部分的反射率为α2=0.25，问冰雪覆盖面积占总面积多少时地球表面温度为273K。四、温度开关用厚度均为0.20mm的钢片和青铜片作感温元件；

5、在温度为20℃时，将它们紧贴，两端焊接在一起，成为等长的平直双金属片。若钢和青铜的线膨胀系数分别为1.0×10-5/度和2.0×10-5/度，当温度升高到120℃时，双金属片将自动弯成圆弧形，如图所示。试求双金属片弯曲的曲率半径。（忽略加热时金属片厚度的变化）8五、致冷机是通过外界对机器做功，把从低温处吸取的热量连同外界对机器做功所得到的能量一起送到高温处的机器；它能使低温处的温度降低，高温处的温度升高。已知当致冷机工作在绝对温度为T1的高温处和绝对温度为T2的低温处之间时，若致冷机从低温处吸取的热量为Q，外界对致冷机做的功为W，则有≤，式中“=”

6、对应于理论上的理想情况。某致冷机在冬天作为热泵使用（即取暖空调机），在室外温度为-5.00℃的情况下，使某房间内的温度保持在20.00℃。由于室内温度高于室外，故将有热量从室内传递到室外。本题只考虑传导方式的传热，它服从以下的规律：设一块导热层，其厚度为l，面积为S，两侧温度差的大小为T，则单位时间内通过导热层由高温处传导到低温处的热量为H=kS，其中k称为热导率，取决于导热层材料的性质。（1）假设该房间向外散热是由面向室外的面积S=5.00m2、厚度l=2.00mm的玻璃板引起的。已知该玻璃的热导率k=0.75W/(m·K)，电费为每度0.50元

7、。试求在理想情况下该热泵工作12h需要多少电费？（2）若将上述玻璃板换为“双层玻璃板”，两层玻璃的厚度均为2.00mm，玻璃板之间夹有厚度l0=0.50mm的空气层，假设空气的热导率k0=0.025W/(m·K)，电费仍为每度0.50元。若该热泵仍然工作12h，问这时的电费比上一问单层玻璃情形节省多少？六、热机和热泵利用物质热力学循环实现相反功能：前者从高温处吸热，将部分热量转化为功对外输出，其余向低温处放出；后者依靠外界输入功，从低温处吸热，连同外界做功转化成的热量一起排向高温处，按热力学第二定律，无论热机还是热泵，若工作物质循环过程中只与温度为

8、T1，T2的两个热源接触，则吸收的热量Q1，Q2满足不等式，其中热量可正可负，分别表示从热源吸热与向热源放热。原供暖设备原