Question

2．人類(lèi)的祖先鉆木取火，為人類(lèi)文明揭開(kāi)了新的一頁(yè)，鉆木取火的一種方法如圖所示，將削尖的木棒伸到木板的洞里，用力壓住木棒來(lái)回拉動(dòng)鉆弓．木棒在木板的洞里轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，板與棒互相摩擦，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而熱集中在洞內(nèi)，不易散發(fā)，提高了木棒尖端的溫度，當(dāng)達(dá)到約260℃時(shí)木棒便開(kāi)始燃燒．因木頭是熱的不良導(dǎo)體，故受熱厚度很薄，木棒受熱部分的質(zhì)量只有0.25克．已知：來(lái)回拉一次鉆弓需1.0秒，弓長(zhǎng)為s=0.25米，人拉弓的力為16牛頓，木頭比熱C=2×10³焦/（千克•℃），室溫為20℃．問(wèn)：
（1）人來(lái)回拉一次鉆弓克服摩擦力所做的功為多少？
（2）人克服摩擦力做功使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，若其中有25%被木棒尖端吸收，則1秒內(nèi)可使木棒尖端溫度提高多少℃？
（3）請(qǐng)你估算用多長(zhǎng)時(shí)間才能使木棒燃燒起來(lái)？

Answer 1

分析 （1）知道弓長(zhǎng)s，可以求人來(lái)回拉一次鉆弓移動(dòng)的距離s′=2s，又知道人拉弓的力F，利用W=Fs′求人來(lái)回拉一次鉆弓克服摩擦力所做的功；
（2）克服摩擦做功消耗機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，做了多少功就有多少機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，由題知，Q_吸=W×25%，求出木棒吸收的熱量；又知道木棒受熱部分的質(zhì)量、木棒的比熱容，利用吸熱公式求木棒升高的溫度；
（3）通過(guò)計(jì)算知道每秒升高的溫度值，又知道室溫距著火點(diǎn)的溫度差，據(jù)此估算使木棒燃燒起來(lái)的時(shí)間．

解答 解：（1）人來(lái)回拉一次鉆弓移動(dòng)的距離：
s′=2s=2×0.25m=0.5m，
人來(lái)回拉一次鉆弓克服摩擦力所做的功：
W=Fs′=16N×0.5m=8J；
（2）由η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%可得，木棒尖端吸收的熱量：
Q_吸=W×25%=8J×25%=2J；
由Q_吸=cm△t可得，木棒升高的溫度：
△t=$\frac{{Q}_{吸}}{cm}$=$\frac{2J}{2×{10}^{3}J/（kg•℃）×0.25×{10}^{-3}kg\;}$=4℃；
（3）由（2）可知，木棒尖端吸熱每秒溫度升高4℃，
要使木棒燃燒起來(lái)，升高的溫度為260℃-20℃=240℃；
需要的時(shí)間：
t=$\frac{240℃}{4℃}$=60s．
答：（1）人來(lái)回拉一次鉆弓克服摩擦力所做的功為8J；
（2）1秒內(nèi)可使木棒尖端溫度提高4℃；
（3）大約用60s時(shí)間才能使木棒燃燒起來(lái)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了學(xué)生對(duì)功的公式、吸熱公式的了解與掌握，涉及到鉆木取火的實(shí)質(zhì)，有意義！計(jì)算時(shí)注意單位統(tǒng)一．