初中物理全套讲义 第十一讲内能与热机.docx
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初中物理全套讲义第十一讲内能与热机
第十讲内能与热机
▲知识网络
▲课改热点
本章内容是热学的重点章节,有热量、内能、比热容、热值、机械效率等重要概念,中考对这几个概念的理解多以填空、选择、简答等题型考查;在研究这几个概念的过程中体现了控制变量等方法,对实验能力的考查,中考多以探究新问题的形式出现;关于热量的计算,中考题多出现热学和电学、热学和力学的综合性问题;由于本章内容和学生的生活实际联系比较密切,符合新课程“从生活走向物理,从物理走向社会”的理念,在课改实验区出现较多联系学生生活实际、社会热点问题、环境保护等方面的问题,应引起足够的重视。
探究复习新思路
▲考点串讲
1、温度:
物体的冷热程度叫温度,测量温度的工具叫温度计。
摄氏温度的规定:
把冰水混合物的温度规定为O度,把一标准大气压下沸水的温度规定为100度,O度和100度之间分成100等份,每一份叫做1摄氏度,用符号℃表示。
在国际单位制中,温度的单位是开尔文,用符号K表示。
2、温度计:
温度计的原理:
利用液体热胀冷缩的性质。
常用温度计:
实验用温度计、体温计、寒暑表。
实验用温度计的使用方法:
(1)使用前,先观察温度计的零刻度、量程和分度值;
(2)使用时,温度计的玻璃泡全部浸入被测液体中,不要碰到容器壁,待温度计示数稳定后再读数;
(3)数时,玻璃泡要继续留在被测液体中,视线与温度计中液柱的上表面相平。
3、内能与热机
(1)分子动理论
分子动理论的基本内容是:
物质是有分子组成的;分子在永不停息地做无规则运动;分
不同的物质在相互接触的时候,彼此进入对方的现象叫做扩散。
扩散现象表明一切物体的分子都在不停的做无规则运动,并且间接证明分子间有引力。
(2)内能
物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和,叫做物体的内能。
因为内能和温度有关,所以也称为热能。
一切物体都有内能。
改变物体内能的方法有两种:
做功和热传递,做功和热传递在改变物体的内能上是等效的。
(3)比热容
单位质量的某种物质,温度升高1℃吸收的热量叫做这种物质的比热容,单位质量的某种物质,温度降低1℃放出的热量在数值上也等于它的比热容。
比热容的单位是
J/(kg.℃),水的比热容是4.2×103J/(kg.℃).
物质在温度变化时吸收或放出的热量,可用下列两公式计算:
Q吸=cm(t-t0)和Q放=cm(t0-t)
(4)内能的利用
燃料的燃烧是一种化学变化,在燃烧的过程中,燃料的化学能转化成内能,即释放出热量.1kg某种燃料完全燃烧放出的热量,叫做这种燃料的热值,热值的单位是J/kg.
炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比,叫做炉子效率.提高炉子效率的措施
(1)使燃料充分燃烧
(2)减少热损失
内能的两种重要应用:
加热和做功.在利用内能加热的过程中,内能从一个物体转移到另一个物体;利用内能做功的过程,是内能转化为其他形式的能的过程.利用内能做功的机器叫热机.
(5)、热机
内燃机的工作原理:
燃料在气缸内燃烧,生成高温高压的燃气,使燃气推动活塞做功.内燃机工作时,活塞在气缸内往复运动,活塞从气缸的一端运动到气缸的另一端,叫做一个冲程.
四冲程内燃机的工作过程是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的.这四个冲程叫做一个工作循环.每个工作循环中,气缸中的活塞往复运动两次,曲轴转动两周,在四个冲程中,只有做功冲程是燃气对外做功,其他三个冲程是辅助冲程,靠飞轮的惯性来完成.
用来做有用功的能量和燃料完全燃烧放出的能量的比值,叫做热机的效率.
▲典例探究
题型1关于温度、热量、内能等概念的理解
技巧点拨
[典例1(05重庆)关于温度、热量和内能,下列说法正确的是[]
A、物体的温度越高,所含热量越多
B、温度高的物体,内能一定大
C、0℃的冰块,内能一定为零
D、温度相同的两物体间不会发生热传递
解析热量是过程量,只有在热传递的过程中才能体现出它的大小,不能说一个物体含有多少热量;内能是物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和,它的大小与物体的质量、温度和状态等因素有关,因此温度高的物体内能不一定大;0℃的冰块内的分子仍然在运动,内能不为零;两物体间发生热传递的条件是有温度差,所以温度相同的两物体间不会发生热传递。
答案是D
温度、热量和内能
技巧点拨
是热学的基本概念,中考题多以选择题出现,解决此类题的关键深入理解概念的意义及它们之间的关系,特别注意物质在发生物态变化时有吸放热过程温度不变但内能改变这一特殊情况。
拓展[2004广州]下列说法中正确的是()
A.物体的温度降低,它的热量就减少
B.物体吸收热量,温度一定升高
C.物体的温度升高,其内能一定增加
D.两个物体的温度相等,它们的内能一定相等
答案:
C
题型2改变内能的两中方式:
做功和热传递
[典例2]下列事例中,做功改变物体内能的是()
A.用酒精灯加热烧杯中的水
B.冬天室内使用暖气取暖
C.用锯锯木板,锯条发热
D.盆中的热水温度逐渐降低
解析:
用锯锯木板,锯条克服摩擦做功,温度升高,内能增加;其他是通过热传递的方式改变物体的内能.答案是C
做功和热传递在改变物体内能上的区别在于热传递发生的是能的转移,而做功发生的是能的转化,此题中只有C中是把机械能转化为内能.
拓展[2005年江苏省南通市]炮降低,是用_______的方法减弹里火药燃烧产生的高温高压气体炸开弹壳后温度少了气体的内能.食物放进冰箱后温度降低,是用________的方法减少了食物的内能.
答案做功热传递
[题型3]比热容是物质的一种特性
[典例3]小明家住市中心,奶奶嫌城市夏天太热而不住他家,这激发了他探究城乡温差的原因,其星期天,他请全班同学分别到选定的地步,于中午同一时刻测出各测试点气温,以此绘制出图10-1所示的“区域——温度”坐标图
(1)图10-1中气温最低的区域是__________;简析该地区气温低的主要原因_________________________________
(2)请提出一种降低市中心环境气温的办法:
_____________________
解析
(1)农村平均水量多,水的比热容大,不易升温
(2)增大绿化面积(或建人工湖)
技巧点拨
解决此题的关键是深入理解比热容的物理意义,了解它在生活中和我们的密切联系,理解水的比热容较大,吸收相同的热量升温较慢。
拓展(05年无锡)小明阅读了下表后,得出了一些结论,其中错误的是[]
几种物质的比热容c/[J·(㎏·℃)-1]
水
4.2×103
干泥土
0.84×103
冰
2.1×103
铜
0.39×103
煤油
2.1×103
铅
0.13×103
水银
0.14×103
砂石
0.92×103
A、沿海地区昼夜温差比内陆地区小
B、同种物质在不同状态下,其比热容不同
C、质量相等的铜块和铅块,升高相同的温度,铜块吸热多
D、液体的比热容都比固体大
答案D
[题型4]热机的效率、工作原理及应用
[典例4]热机是将能转化成机械能的机器;图10-2所示是热机的_______冲程;热机工作时对环境造成的污染有_______(填一种污染).
解析:
热机是将内能能转化成机械能的机器,右图活塞向上运动,排气门打开是排气冲程.热机的污染有噪音污染和大气污染.
技巧点拨
判断是哪个冲程时,一看活塞的运动方向,二看气门的关闭情况.热机的污染问题是热点问题,应引起足够的重视.
拓展[成都2004年]以下提高热机效率的方法中,错误的是()。
(A)尽量减小热机功率
(B)尽量使燃料充分燃烧
(C)保证转动部分良好的润滑(D)尽量减少各种热散失
答案A
[题型5]关于热值、热量的计算
[典例5]一壶中装有质量为2.5kg的水,在液化石油气炉上从20℃加热到95℃,在这过程中,共燃烧了液化石油气50g(壶吸收的热量忽略不计),求:
(1)水共吸收了多少热量?
(2)这些液化石油气完全燃烧共放出多少热量?
(3)炉子的效率.(水的比热c水=4.2×103J/(kg·℃),液化石油气的热值是4.0×107J/kg)
解析:
(1)Q=cm(t2-t1)=4.2×103J/(kg·℃)×2.5kg(95℃-20℃)=9.875×105J
(2)Q=mq=0.05kg×4.0×107J/kg
=2×106J
(3)
技巧点拨
解决炉子的效率问题,关键是理解炉子效率的定义,目的是烧水,则被水吸到的是有用的能量,而燃料完全燃烧放出的热量是总能量,他们的比值是炉子的效率.注意解题过程的规范性.
拓展(05年连云港)学习热学知识后,两位同学设计了一个测定液化气热值的实验:
取500g水放入锅中,用温度计测得水的初始温度为20℃,读出液化气表的示数为12.560m3。
然后用液化气给水加热,当温度计的示数为80℃时,液化气表的示数为12.563m3。
[C水=4.2×103J/(kg·℃),1m3某种气体燃料完全燃烧时所放出的热量叫该种气体燃料的热值]
(1)求实验过程中水吸收的热量Q;
(2)他们用水吸收的热量Q和液化气表的示数差V(即所用液化气的体积),根据q=
计算出了液化气的热值。
请回答这个实验方案是否可行?
并说明理由。
答案
(1)1.26×105J
(2)不可行,热损失太大.
[题型6]热学和电学的综合题
[典例6](05梅州)有一种太阳能、电能两用热水器,它接收太阳能的真空镀膜管的总有效面积约为1.25m2,能将接收的太阳能的40%转化为水的内能。
该电热水器铭牌见下表:
型号
EWH—80B
额定功率
1500W
额定电压
220V
容量
125L
外型尺寸
842×463×415mm3
(1)晴天时,用太阳能加热,每年6月份,梅州地区向着阳光的地方平均每1m2的面积在1h内得到的太阳能为4.2×106J,如果每天接收太阳能的时间以10h计算,可以将125kg、初温为30℃的水加热到多少摄氏度?
[水的比热容c=4.2×103J/(kg·℃)]
(2)如果遇到雨天用电加热,热水器在额定电压下工作时,将上述同样质量、初温的水加热到同样的温度需多长时间?
(假定所消耗的电能全部转化为水的内能)
研析:
解:
(1)依题意可知:
Q吸=4.2×106J/(m2·h)×1.25m2×10h×40%=2.1×107J
∵Q吸=cm(t-t0)
∴t=
+30℃=70℃
∵Q吸=Pt
∴t=
=1.4×104s
答:
(1)可以将125kg、初温为30℃的水加热到70℃m
(2)需1.4×104s
技巧点拨
电流通过电热器做功的过程就是把电能转化成热能的过程,即Q=W,把Q=cmΔt和W=Pt联系起来是解决此题的关键;注意单位的换算。
拓展某电水壶铭牌上标有“220V50HZ1280W”等字样,一同学用这种电水壶将水温是18℃的1kg水烧开(在一个标准大气压下)用时5分50秒,在电路正常工作的情况下,求:
(1)此电水壶工作时的电流
(2)水吸收的热量
(3)该电水壶的效率
答案
(1)电水壶工作时的电流
I=5.8A
(2)水吸收的热量
Q=3.44×105J
(3)电水壶消耗的总能是
W=4.48×l05J,
电水壶的效率
η=76.8%
展示课改新题型
真题1[[2005年湖北省宜昌课改实验区]
随着现代科学技术的突飞猛进,现代家用产品也在不断更新.小明同学家想购买新一代灶具------电磁灶(炉),以取代目前较普遍的燃气灶,为此他通过调查和实验,得到如下数据:
(1)请将表格中的数据填写完整.
(2)根据表格中的数据,说出电磁灶(炉)与燃气灶相比有哪些特点?
研析:
⑴(0.1)kW·h;(0.08)m3;(0.05)元;(0.096)元.
⑵三条特点:
①电磁灶加热所用时间短;②电磁灶所需费用少(3)电磁灶无污染
评价:
此题紧密联系生活实际,利用所学的物理知识解决生活中的基本问题,又考查了同学们的环保意识,体现了新课改的命题方向.
真题2[济南市2005年课改区]电视机可以用遥控器关机而不用断开电源,这种功能叫做待机功能;这一功能虽给人们带来了方便,但电视机在待机状态下仍然要消耗电能却鲜为人知。
例如,小明家的一台34吋彩色电视机的待机功率大约是10W。
假如他家每天平均看4h电视,看完电视后总是用遥控器关机而不断开电源。
试计算:
⑴小明家因这台电视机待机一年浪费的电能是多少千瓦时?
⑵如果这些电能全部用来烧水,可以将多少15℃的水加热到40℃?
如果小明同学洗一次澡需要50kg、40℃的水,这些水可供他洗多少次澡?
⑶请你就电视机待机功能的正确使用方法提出建议。
研析
(1)W=Pt=0.01kw×20×365h=73kwh
实验水量
1kg
灶具类别
电磁灶(炉)
燃气灶
耗电功率、输入气量
2kw
0.8m³/h
水沸腾所用时间
3min
6min
耗电量、耗气量
()kW•h
()m³
费用开支
()元
()元
注释
1、燃气费按1.2元/m3计算;
2、电费按0.5元/kW•h计算.
(2)Q=cm(t2-t1)
5×103kg÷50kg=50次
(3)如需要电视机短时间停止工作,可用待机;如需要电视机长时间停止工作,应切断电源,避免浪费。
评价:
此题利用大家生活中经常会出现的一个小错误,很自然的创设了一种情景,考查学生利用物理知识解决实际问题的能力、计算能力,巧妙的考查了综合分析能力,使学生通过解决问题,体会到了节约的意义。
充分反映了新课改物理与生活的联系。
真题3、[2005年黄岗课改实验区]能源问题是现代社会发展的三大基本要素之一.
(1)能源家族中:
柴薪、
煤炭、
石油、
天然气、
水能、
风能、
太阳能、
地热能等,在大量耗用各种能源时,会造成空气污染的有;会造成水土流失和沙漠化的有(填题序号);
(2)黄冈市城区正在进行天然气工程,有人表示赞同,有人表示反对,小刚同学收集如下两组有关数据:
热值q/J·m-3
当地价格/元·m-3
每户月平均用气量/m3
更换灶具费用/元
煤气
约4×107
9
6
0
天然气
约8×107
15
3
70
请你决策:
(选填“A”或“B”)
A.继续使用煤气B.更换使用天然气
简单说明你作出这样决策的理由是:
.
研析:
(1)①②③④;①;
(2)若选A,理由为原灶具浪费,还需要新投入;若选B,理由为从长远看,更经济.
评价:
此题结合热点问题能源问题考查了学生的环保意识和分析数据解决问题的能力;同时,此题是一道开放题,有助于培养学生的多角度的思维能力。
优化考题新演练
A.课标样题集训(100分)
一、填空题(每空2分共18分)
1、(05年无锡)冬天在室外用双手互相摩擦或者用嘴对着手呵气均可使手发热,前者是通过的方式增加了手的内能;后者是通过的方式增加了手的内能。
2、[2005年庐江]“城市热岛”效应的形成主要是城市中人口、汽车和空调等的急剧增加从而使城市聚热,钢筋水泥、土木砖瓦以及纵横交织的道路网,它们的小,在阳光的照射下升温快。
它们取代了原本能降低城市温度的树木和草地,雨水大部分从下水道排走,地面水分的散热作用日益丧失。
再加之城市通风不良,空气难以形成对流,不利于热量向外扩散等原因。
3、(05年北京)木炭的热值是3.4x107J/kg,完全然烧500g木炭,能放出J的热量。
柴油机是工农业生产中常用的热机。
已知某型号柴油机的效率为η,柴油的热值为q。
将质量为m的柴油完全燃烧,能放出的热量Q=______________,这些热量通过该柴油机的转化对外所做的有用功W=_______________.
4、(05年长沙)太阳能热水器具有安全、节能、经济和环保等优点,当它吸收太阳能后,水的温度将会________。
某太阳能热水器盛有l00kg的水,若水温由20℃升高到70℃,则水箱里的水吸收了________J的热量〔C水=4.2×103J/(Kg•℃)
二、单选题(每题5分共35分)
5、[2005年襄樊市]在实验里,将一支温度计从酒精中取出,温度计的示数变化情况是
A.一直升高B.一直降低
C.先升高后降低D.先降低后升高
6、(05年北京西城区)下列事例中,用做功方法改变物体内能的是[]
A.酒精涂在手上觉得凉B.冬天晒太阳,人感到暖和C.锯木头时,锯条会发烫D.烧红的铁块温度逐渐降低
7.(05年北京西城区)铜的比热容是铅的比热容的3倍。
质量相同的铜块和铅块,若它们升高的温度之比为1∶2,则它们吸热之比为[]
A.2∶3B.3∶2C.6∶1D.1∶6
8.(05年长沙)现代火箭用液态氢作燃料,是因为它具有[]
A.较大的比热B.较低的沸点C.较大的热值D.较高的凝固点
9、(05十堰)在使用打气筒给自行车轮胎打气时,当用力向下压活塞,对于筒内的气体来说,可以增大的物理量是:
[]
A.体积B.热量C.内能D.质量
10、(05年宿迁)通过内能、热机内容的学习,可知:
[]
A.物体运动的动能和所有分子势能的总和,叫做物体的内能
B.改变物体内能的方式有两种:
做功和热传递C.在热机的一个工作循环中,燃气做功四次
D.在做功冲程中,是机械能转化为内能
11.(05河北课改区)下列关于热机和环境保护的说法中正确的是[]
A热机的大量使用会造成环境污染
B所有的热机都是用汽油作燃料
C汽车排出的尾气都是有毒气体
D热机所产生的噪声,可以被热机上的消声器完全消除
计算于简答
12、(10分)(05年南通)阅读短文,回答问题
微波炉是现代家庭中的烹饪工具.接通电源后微波炉内的磁控管能产生频率很高波长很短的电磁波,故称为微波.微波有以下重要特性:
(1)微波的传播速度等于光速,微波遇到金属物体,会像光遇到镜子一样地发生反射.
(2)微波遇到绝缘材料,如玻璃、塑料等,会像光透过玻璃一样顺利通过.(3)微波遇到含水的食品,能够被其大量吸收,引起食品内部分子发生剧烈的振动,达到加热食品的目的.(4)过量的微波照射对人体有害.
(1)微波在真空中的传播速度为_______m/s.
(2)若一微波束与金属板成30。
角射向金属板,反射时反射角为______。
(3)为防止微波泄漏对人体造成伤害,在玻璃炉门内侧应装有____________.
(4)小明家使用的微波炉功率为1000W,小明用该微波炉加热质量为300g、温度为20℃的
水至沸腾,用时2min,这段时间内微波炉的效率为________。
【c水=4.2×103J/(kg·℃),盛水容器吸热不计,气压为一个标准大气压】
13、(12)[2005年湖北省宜昌]某校师生在学习了能量的转化与守恒以后,组织兴趣小组调查学校几种炉灶的能量利用效率.他们发现学校的一个老式锅炉烧水时,经常冒出大量的黑烟,且烧水时锅炉周围的温度很高,锅炉的效率很低.
⑴请你根据调查中发现的现象分析此锅炉效率低的原因,并提出相应的改进措施.
⑵要减少烟气带走的热量,可以采用什么办法?
14、(12分)[2005年广东汕头市]小玲利用家用煤气灶烧水,把为1㎏、15℃的水烧开(在标准大气压下),烧水前后煤气表的示数分别如图10-3甲、乙所示。
(C水=4.2×103J/(㎏·℃))
⑴、煤气的用量是多少立方米?
如果煤气的密度为0.6㎏/m3,烧水时消耗煤气多少千克?
⑵、在此过程中水需要吸收多少热量?
⑶、用额定功率是750W的电热器烧开同样的水,若电能全部转化为热能并且全部被水吸收,则通电时间是多少?
15、(15分)][北京市2005年]在物理实践活动中,小明探究一个电热杯正常工作时烧水的效率。
下表是记录的实验数据。
时间/min
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
水温/℃
8
11
16
22
30
38
48
58
67
76
86
95
95
请对表中的实验数据作分析论证:
(1)在整个加热过程中,每分钟电热杯内水温升高的值是否相同?
(2)O-5min和5-10min内水吸收的热量分别为Q1和Q2,电热杯在这两段时间内产生的热量均为Q,烧水的效率分别为η1和η2。
请比较以及的大小。
(3)要测出某一段时间内电热杯烧水的效率值,除表格内的数据外,还应知道哪些物理量值?
(4)小明发现这个电热杯烧水的效率总是小于1,这是为什么?
B.新课标新题预测
1、家庭中使用的液化石油气储存在钢罐里,钢罐顶部有一个阀门开关,罐内气压大于大气压,石油气泄露时易发生中毒、爆炸和火灾事故,已知石油气热值为3.5×107J/kg,烧水时,设石油气燃烧放出的热量只有60%被水吸收.问:
(1)将质量为5kg,初温为20℃的水加热到100℃,需完全燃烧液化石油气多少克?
(2)当发现家中钢罐内的液化石油气泄漏时,为防止事故的发生你应采取哪些措施?
2、由于怕饭菜太烫,来不及冷却而影响小明的早餐,妈妈总是很早就起床了。
为了让妈妈多睡一会儿,小明就想找到一种让物体快速冷却的方法。
为此小明进行了如下的探究:
小明注意到妈妈是把饭菜放在空气中冷却的,而厨房中适合用来冷却的另一种物质就是水。
水和空气哪个的导热性能好呢?
为此小明用两个相同的牛奶瓶,都装入热牛奶,一个放在温度与室温相同的水中,另一个就放在空气中如图10-4,为了尽量减少其他因素的影响,他把两个瓶都用木块垫起来,放在同一个桌面上.如图所示.实验时他每隔一定的时间记录一次甲、乙两温度计的示数,得到的数据如下表:
时间/min
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
甲的示数/℃
70
60
53
47
42
39
37
35
34
33
乙的示数/℃
70
66
61
58
55
52
50
48
46
44
(1)对甲、乙两个瓶中的牛奶,小明要控制它们哪些量相同?
;
(2)小明通过实验,得到的正确结论是什么?
(3)进一步分析表中甲的示数,小明又发现,在冷却过程中,牛奶冷却的快慢前后并不
一致,是越来越_______的。
小明想用“冷却速度”(用字母V代表)来定量表示冷却的快慢程度,请你给物理量下个定义:
_____________________________叫做冷却速率。
(4)小明又仔细分析了冷却速度变小的原因,认识到这是因为牛奶冷却的快慢还会受到________的影响。
(5)根据(4)中的分析,小明终于找到了
一个用水使物体快速冷却的办法,并且举一反三,明白了工业生产中使用流水喷淋法冷却高温物体的好处:
(1)
(2)
3、随着工业生产的发展和人们生活水平的提高,煤、石油、天燃气等燃料燃烧释放的二氧化碳越来越多,使全球温室效应加剧.许多科学家认为二氧化碳是最主要的温室气体.阳湖中学科技兴趣小组设计了一个实验,探究二氧化碳气体和空
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