机械能和内能.docx
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机械能和内能.docx
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机械能和内能
机械能和内能
14.1内能
1.内能:
在物理学中,把物体内所有的分子动能与分子势能的总和叫做物体的内能。
一切物体在任何情况下都具有内能。
内能的单位是焦(J)
2.影响内能大小的因素之一是:
,越高,分子无规则运动越剧烈,分子动能越大,物体的内能也越多。
这说明,的内能是随的变化而变化的。
3.改变物体内能的方法是:
①;②这两种方式对于改变物体的内能是的。
4.对物体做功,物体的内能,温度;物体对外做功,自身内能,温度
5.热传递发生的条件是:
两个物体有;热传递的方式有:
传导、对流和辐射;发生热传递时,热量(内能)从高温物体传向低温物体,高温物体放出热量,低温物体吸收热量,直到温度相同时,热传递才停止。
6.动能是物体由于运动而具有的能量,决定其大小的因素:
物体越大、越大,动能就越大
7.重力势能是物体由于被举高而具有的能量,物体质量越大、举得越高,势能就越大
14.2热量与热值
1.热量:
在物理学中,把在热传递过程中物体内能改变的多少叫做热量。
物体吸收热量,内能增加;放出热量,内能减少。
2.热量用字母Q表示,单位是焦(J)。
一根火柴完全燃烧放出的热量约为1000J。
3.实验表明:
对同种物质的物体,它吸收或放出的热量跟物体的质量大小、温度的变化多少成正比。
4.热值:
把1kg某种燃料在完全燃烧时所放出的热量叫做这种燃料的热值。
5.热值是燃料的一种属性,与质量、是否完全燃烧等没有关系,只与有关,不同燃料的热值一般不同。
6.燃料完全燃烧放出热量的计算公式:
Q=或Q=7.Q表示热量,单位是焦(J),q表示热值,单位是焦/千克(J/kg)或焦/米3(J/m3);m表示质量,单位是千克(kg);V表示体积,单位是米3
8.氢气的热值很大,为q氢=1.4×108J/m3,表示的物理意义是:
9.提高炉子效率的方法:
①改善燃烧条件,使燃料尽可能充分燃烧;②尽可能减少各种热量损失
14.3研究物质的比热容
1.比热容:
单位质量的某种物质,温度升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的热量,叫这种物质的比热容。
2.比热容是物质的一种属性,与物质的质量、体积等无关,只与有关。
不同物质的比热容一般不同,同种物质的比热容与有关。
3.比热容用字母c表示,单位是:
焦/(千克•℃),符号是:
J/(kg•℃)
4.水的比热容很大,为c水=4.2×103J/(kg•℃),表示的物理意义是:
5.水的比热容大,在质量和吸收的热量相同时,升高的温度比其它物质小;放出的热量相同时,降低的温度比其它物质小,因而温差变化较小。
6.水的比热容大,在质量和升高的温度相同时,比其它物质吸收的热量多,因而可用水来降温;在降低的温度相同时,比其它物质放出的热量多,因而可用水来取暖。
7.发生热传递时,低温物体吸收的热量计算公式为:
Q吸=;高温物体放出的热量计算公式为:
Q放=
14.4热机与社会发展
1.热机的种类包括有:
蒸汽机、内燃机(汽油机和柴油机)、燃气轮机、喷气发动机、火箭发动机等。
2.热机的共同特点:
将燃料燃烧时的转化为,然后通过,把转化为。
3.汽油机和柴油机工作时,一个工作循环由、、、这四个冲程组成的。
在这四个冲程中,只有是将内能转化为机械能而对外做功,其他三个冲程均为辅助冲程,要靠飞轮的完成。
4.汽油机与柴油机的对比
比较项目:
汽油机;柴油机
燃料:
汽油;柴油
构造:
有火花塞;有喷油嘴
吸气冲程汽油和空气的混合物;空气
压缩冲程:
机械能转化为内能;机械能转化为内能
做功冲程:
点燃式(内能转化为机械能);压燃式(内能转化为机械能)
排气冲程:
应用汽车、飞机、摩托车、小型农业机械;载重汽车、火车、轮船、拖拉机等大型机械
5.热机的效率:
用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,叫做热机的效率。
6.热机对环境造成的污染主要是:
①大气污染;②噪声污
1.
2.
3.
1.定义:
放热:
吸热:
4.热量计算:
2.内然机
热机
1.种类:
②
①
构造和工作原理
①
1.是分子 和 的总和。
2.改变内能的方法
②
分子热运动
3.计算:
2.单位:
比热容
扩散
引力和斥力
内能
热和能
3.燃料的热值
4.热机的效率
易错点
1、一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”如:
山上静止的石头具有能量,但它没有做功,也不一定要做功。
2、探究决定动能大小的因素:
①猜想:
动能大小与物体质量和速度有关;
②实验研究:
研究对象:
小钢球方法:
控制变量;
如何判断动能大小:
如何控制速度不变:
;
如何改变钢球速度:
;
③分析归纳:
保持钢球质量不变时结论:
运动物体质量相同时;速度越大动能越大;
保持钢球速度不变时结论:
运动物体速度相同时;质量越大动能越大;
④得出结论:
物体动能与和有关;速度越大动能越大,质量越大动能也越大。
3、机械能:
动能和势能统称为机械能。
理解:
①有动能的物体具有机械能;②有势能的物体具有机械能;③同时具有动能和势能的物体具有机械能。
4、动能和重力势能间的转化规律:
①质量一定的物体,如果加速下降,则动能增大,重力势能减小,重力势能转化为动能;
②质量一定的物体,如果减速上升,则动能减小,重力势能增大,动能转化为重力势能;
2、动能与弹性势能间的转化规律:
①如果一个物体的动能减小,而另一个物体的弹性势能增大,则动能转化为弹性势能;
②如果一个物体的动能增大,而另一个物体的弹性势能减小,则弹性势能转化为动能。
5、动能与势能转化问题的分析:
⑴首先分析决定动能大小的因素,决定重力势能(或弹性势能)大小的因素——看动能和重力势能(或弹性势能)如何变化。
⑵还要注意动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大——如果除重力和弹力外没有其他外力做功(即:
没有其他形式能量补充或没有能量损失),则动能势能转化过程中机械能不变。
⑶题中如果有“在光滑斜面上滑动”则“光滑”表示没有能量损失——机械能守恒;“斜面上匀速下滑”表示有能量损失——机械能不守恒。
6、一切物体的分子都在不停地做无规则的运动
①扩散:
不同物质在相互接触时,彼此进入对方的现象。
②扩散现象说明:
A。
B。
③装置下面放二氧化氮这样做的目的是:
防止二氧化氮扩散被误认为是的结果。
实验现象:
,结论:
。
④固、液、气都可扩散,扩散速度与有关。
⑤分子运动与物体运动要区分开:
扩散、蒸发等是分子运动的结果,而飞扬的灰尘,液、气体对流是物体运动的结果。
7、分子间有相互作用的引力和斥力。
①固体和液体很难被压缩是因为:
。
③固体很难被拉断,钢笔写字,胶水粘东西都是因为起主要作用。
④当d>10r时,分子之间作用力十分微弱,可忽略不计。
破镜不能重圆的原因是:
8、物体在任何情况下都有内能,无论是高温的铁水,还是寒冷的冰块。
3、影响物体内能大小的因素:
①温度:
在物体的质量,材料、状态相同时,温度越高物体内能越大。
②质量:
在物体的温度、材料、状态相同时,物体的质量越大,物体的内能越大。
③材料:
在温度、质量和状态相同时,物体的材料不同,物体的内能可能不同。
④存在状态:
在物体的温度、材料质量相同时,物体存在的状态不同时,物体的内能也可能不同。
内能是微观的,是物体内部所有分子做无规则运动的能的总和。
内能大小与分子做无规则运动快慢及分子作用有关。
这种无规则运动是分子在物体内的运动,而不是物体的整体运动。
5、热运动:
物体内部大量分子的无规则运动叫做热运动。
现象:
温度越高扩散越快。
说明:
温度越高,分子无规则运动的速度越大。
内能的改变:
1、内能改变的外部表现:
物体温度升高(降低)——物体内能增大(减小)。
物体存在状态改变(熔化、汽化、升华)——内能改变。
反过来,不能说内能改变必然导致温度变化。
(因为内能的变化有多种因素决定)
2、改变内能的方法:
做功和热传递。
A、做功改变物体的内能:
①做功可以改变内能:
对物体做功物体内能会增加。
物体对外做功物体内能会减少。
②做功改变内能的实质是内能和其他形式的能的相互转化
③如果仅通过做功改变内能,可以用做功多少度量内能的改变大小。
(W=△E)
④解释事例:
看到棉花燃烧起来了,这是因为活塞压缩空气做功,使空气内能增加,温度升高,达到棉花燃点使棉花燃烧。
钻木取火:
使木头相互摩擦,人对木头做功,使它的内能增加,温度升高,达到木头的燃点而燃烧。
图2-11看到当塞子跳起来时,容器中出现了雾,这是因为瓶内空气推动瓶塞对瓶塞做功,内能减小,温度降低,使水蒸气液化凝成小水滴。
B、热传递可以改变物体的内能。
①热传递是热量从高温物体向低温物体或从同一物体的高温部分向低温部分传递的现象。
②热传递的条件是有温度差,传递方式是:
传导、对流和辐射。
热传递传递的是内能(热量),而不是温度。
③热传递过程中,物体吸热,温度升高,内能增加;放热温度降低,内能减少。
④热传递过程中,传递的能量的多少叫热量,热量的单位是焦耳。
热传递的实质是内能的转移。
C、做功和热传递改变内能的区别:
由于它们改变内能上产生的效果相同,所以说做功和热传递改变物体内能上是等效的。
但做功和热传递改变内能的实质不同,前者能的形式发生了变化,后者能的形式不变。
D、温度、热量、内能区别:
△温度:
表示物体的冷热程度。
温度升高——→内能增加
不一定吸热。
如:
钻木取火,摩擦生热。
△热量:
是一个过程。
吸收热量不一定升温。
如:
晶体熔化,水沸腾。
内能不一定增加。
如:
吸收的热量全都对外做功,内能可能不变。
△内能:
是一个状态量
内能增加不一定升温。
如:
晶体熔化,水沸腾。
不一定吸热。
如:
钻木取火,摩擦生热
内燃机大概的工作过程
【典例详解】
例1、2003年10月16日,“神州五号”载人飞船成功返航,实现了中国人几千年的“飞天”梦.当飞船减速着陆时,“航天英雄”杨利伟的()
A、动能增加,重力势能减少B、动能减少,重力势能减少
C、动能减少,重力势能不变D、动能不变,重力势能减少
例2、对以下现象解释不正确的是()
A、萝卜放在泡菜坛里会变咸,这个现象说明分子是运动的
B、两块表面干净的铅块压紧后会结合在一起,说明分子间存在斥力
C、两杯质量相同的热水和冷水,往其中各加一块糖,过一会儿品尝,热水较甜--温度越高,热运动越剧烈
例3、甲、乙两个冰块的质量相同,温度均为0℃。
甲冰块位于地面静止,乙冰块静止在10米高处。
这两个冰块()
A.机械能一样大B.乙的机械能大C.内能一样大D.乙的内能大
例4、关于热量、温度、内能之间的关系,下列说法正确的是 ( )
A.物体温度升高,内能一定增加B.物体吸收热量,温度一定升高
C.物体温度不变,一定没有吸热D.物体温度升高,一定吸收热量
例5、一箱汽油用掉一半后,关于它的说法下列正确的是()
A.它的密度变为原来的一半B.它的比热容变为原来的一半
C.它的热值变为原来的一半D.它的质量变为原来的一半
例6、在热传递的过程中,传递的能量总是从
A.质量大的物体传到质量小的物体B.密度大的物体传到密度小的物体
C.温度高的物体传到温度低的物体D.比热大的物体传到比热小的物体
例7、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
例8、关于四冲程汽油机的工作过程有以下几种说法()
①在做功冲程中,是机械能转化为内能
②在做功冲程中,是内能转化为机械能
③只有做功冲程是燃气对外做功
④汽油机和柴油机的点火方式相同
以上说法中正确的是
A.只有②③B.只有①③C.只有②④D.只有②③④
例9、质量为0.5kg的水,温度从60℃降至40℃,会放出______J的热量。
若将这部分热量全部被初温为10℃、质量为0.7kg的酒精吸收,则酒精的温度将上升______℃。
[酒精的比热容为2.4×103J/(kg·℃),水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)]
例10、铝的比热是0.88×103焦/(千克·℃),水的比热是4.2×103焦/(千克·℃).质量为0.3千克的铝锅中放有2千克的水,把它们从20℃加热到80℃时,求:
(1)铝锅需要吸收多少热量?
(2)水需要吸收多少热量?
(3)一共需要吸收多少热量?
课堂小练
1、娄底市境内煤炭资源丰富,矿山工作车昼夜繁忙,其中金竹山煤矿的空中索道是连接山顶矿区和山下火车站的重要通道,当运煤车从山下沿索道匀速上升时
A.动能减少,重力势能增加B.动能减少,重力势能减少
C.动能不变,重力势能增加D.动能增加,重力势能减少
2、荡秋千是一种常见的娱乐休闲活动,也是我国民族运动会的一个比赛项目。
小丽同学荡秋千时在从右侧最高点荡到左侧最高点这一过程中,小丽的
A.动能一直增大,重力势能一直减小B.动能一直减小,重力势能一直增大
C.动能先减小后增大,重力势能先增大后减小
D.动能先增大后减小,重力势能先减小后增大
3、“神舟七号”载人飞船完成各项任务后,在返回的过程中,返回舱进入大气层将通过一段黑障区,这一段时间飞船将“烧成”一个大火球,如图6所示,而飞船内的宇航员和设备则安然无恙,下列说法正确的是
A.飞船“燃烧”是由于高速运动的飞船与大气层摩擦内能转化为机械能
B.飞船“燃烧”是由于高速运动的飞船与大气层摩擦机械能转化为内能
C.飞船“燃烧”是航天员为了消除太空细菌采取的高温消毒措施
D.飞船外壳上的烧蚀层先熔化后汽化,从而放出了大量的热保护了飞船
4、根据表中几种物质的比热容,判断下列说法中不正确的是
A.制作体温计常用水银做介质,原因之一是水银的比热容小
B.北方楼房中的暖气用水做介质,利用了水的比热容大的特性
C.由于水比沙石的比热容大,所以内陆地区的昼夜温差比沿海地区大
D.由于水比冰的比热容大,所以冷却食品时0oC的水比0oC的冰效果好
5、如图所示,是我国选手在第24届世界大学生冬运会女子冰壶比赛中夺冠的一个场景.比赛时两名队员在冰壶前方“刷冰”,通过的方式改变冰的内能,使表面的冰成薄薄的一层水(填物态变化名称),这样就能够减小冰壶与冰面之间的,使冰壶按照运动员预计的运动快慢和方向运动.
6、人们用冷水冷却汽车发动机,用热水取暖,主要是因为水的____较大。
通常情况下,与同等质量的其他物质构成的物体相比,升高或降低相同温度,水吸收或放出的热量较___
(填“多”或“少”)。
7、根据图中提供的信息回答下列问题。
(1)问题:
塞子冲出试管后为什么继续向前运动?
回答:
;
(2)问题:
塞子被推出的过程中,能量是如何转化的?
回答:
;
(3)提出一个与物态变化有关的问题并回答。
问题:
?
回答:
。
8、泰安五岳专用汽车有限公司是一家大型的特种专用汽车生产基地。
该厂某型号专用车在车型测试中,在一段平直的公路上匀速行驶5.6km,受到的阻力是3.0×103N,消耗燃油1.5×10-3m3(假设燃油完全燃烧)。
若燃油的密度ρ=0.8×103kg/m3,热值q=4×107J/kg,求:
(1)专用车牵引力所做的功。
(2)已知热机效率η=
(式中W为热机在某段时间内对外所做的功,Q为它在这段时间内所消耗的燃油完全燃烧所产生的热量),则该专用车的热机效率是多少?
作业
1、下列关于温度、热量和内能的说法中正确的是( )
A.物体温度升高,一定吸收了热量 B.物体放出热量时,温度一定降低
C.物体温度升高,内能一定增加 D.物体内能增加时,温度一定升高
2、关于温度、热量和内能,下列说法正确的是( )
A.温度高的物体内能一定大,温度低的物体内能一定小
B.物体的内能与温度有关,只要温度不变,物体的内能就一定不变
C.内能小的物体也可能将热量传递给内能大的物体
D.物体的温度越高,所含热量越多
3、关于热现象,下列说法正确的是( )
A.烧水时从壶嘴冒出的“白气”,是因为水沸腾产生了水蒸气
B.无烟煤在没有完全燃烧的情况下,热值会有一定减小
C.“破镜难以重圆”是因为分子间存在着斥力
D.夏天用电风扇吹风能使人感到凉爽,不是因为电风扇降低了空气的温度
4、下列说法中不正确的是()
A.温度越高的物体,其内部分子无规则运动的剧烈程度就越大
B.固体很难被压缩也很难被拉长,说明分子间既存在斥力也存在引力
C.非晶体在熔化过程中,分子动能不变,分子势能增大
D.内能增大的物体,其温度可能保持不变
5、“五一”黄金周,吴昊同学和爸爸妈妈一起游览花果山,在他们乘坐旅游车沿盘山公路下山的过程中,发现司机师傅要不时地踩踏刹车踏板,当车行驶至中途还要停下来,让工作人员用水龙头向车轮闸片部位喷水。
吴同学提出了以下几种看法,这些看法符合实际的是( )
①喷水的主要目的是为了降低车闸的温度,以防车闸因温度过高而损坏;②下山过程中,机械能不变;③下山过程中,重力对汽车不做功;④刹车过程中有部分机械能转化为内能
A.①②④ B.①④ C.①③④ D.①②③④
5、把干净的玻璃板吊在弹簧测力计的下面,记下测力计的读数。
如图让玻璃板的下表面接触水面,然后稍稍用力向上拉,则发现弹簧测力计读数( )
A.不变,因为玻璃板重力不变 B.变大,因为玻璃板沾水变重了
C.变小,因为玻璃板受到了浮力
D.变大,因为玻璃板与水的接触面之间存在分子引力
6、质量和初温相同的铁块和铜块(c铁>c铜),放出相同热量后将它们互相接触,则( )
A.热量将由铁块传给铜块B.温度将由铁块传给铜块
C.热量将由铜块传给铁块 D.由于放出相同热量,所以它们之间不会发生热传递
7、将质量相同的甲、乙、丙三块金属加热到相同的温度后,放到上表面平整的冰块上。
经过一段时间之后,冰块形状基本不再变化时的情形如图所示,则三块金属的比热容大小相比是()
A.甲的比热容最大B.乙的比热容最大C.丙的比热容最大D.一样大
8.质量相等、初温相同的水和酒精,分别用两个相同的加热器加热(不计热量损失),加热过程中温度随时间的变化图线如图所示,关于a,b两种液体的鉴别,结论正确的是()
A.a的比热大,是水B.a的比热大,是酒精
C.b的比热大,是水D.b的比热大,是酒精
9.一块0℃的冰熔化成0℃的水的过程中,它的内能的变化情况是()
A.变大B.减小C.不变D.不能确定
10、一杯水由80℃降至20℃放出热量为Q1,它由30℃升高到70℃吸收的热量为Q2,则()
A.Q1<Q2,B.Q1>Q2C.Q1=Q2D.无法比较
11、由Q=cm(t-to)可得。
c=
,关于同一种物质的比热容c,则()
A.若吸收的热量增大一倍,则比热容增大一倍
B.若质量增大一倍,则比热容减至一半
C.若加热前后的温度差增大一倍,则比热容增大一倍
D.无论质量多大,比热容都一样
12、有经验的柴油机维修师,不用任何仪器,只是靠近柴油机排气管口观察和闻一下,并将手伸到排气管口附近感觉一下尾气的温度,就能初步判断这台柴油机的节能效果。
在同样负荷的情况下,关于柴油机的节能效果,下列判断中正确的是()
A.尾气的温度越高,柴油机越节能B.尾气的温度越低,柴油机越节能
C.尾气的柴油味越浓,柴油机越节能D.尾气的颜色越发黑,柴油机越节能
13、在探究物质熔化特点的实验中,实验小组测得1kg某物体的温度随时
间变化的图像如图所示.已知该固体的比热容c1=2.1×103J/(kg·℃),设物质从热源吸热的功率(单位时间内所吸收的热量)恒定不变,根据图像解答下列问题:
(1)在最初2min内,物质温度升高了40℃,则吸收的热量为_____J,吸热功率为_____W.
(2)在t2=8min时,物质处于_____状态,从第4min至第8min吸收的热量为_____J.
(3)由图像可知该物质在液态时的比热容为_____J/(kg·℃).
14、 如下图所示,A、B、C三个实验装置 完全相同,燃料的质量都为10g,烧杯内液体的质量都相同。
(1)比较不同燃料的热值应选择 两个装置,比较不同物质的比热容应选择 两个装置
(2)在“比较不同燃料的热值”的实验中,通过观察温度计的 比较燃料燃烧放出热量的多少。
已知酒精的热值为3.0×107J/kg,10g酒精完全燃烧放出的热量是 J。
(3)水的比热容是4.2×103J/(kg·℃),它的物理意义是 。
15、小明用易拉罐完成下列两个实验:
⑴为了探究物质吸热升温的属性,小明在两个易拉罐中分别装入质量相等的水和沙子(图甲),实验中还需要的实验器材是,通过记录相同时间内就可比较水和沙子吸热升温的属性.
⑵小明在另一个易拉罐中注入少量水,并给易拉罐加热至罐口出现白雾,用棉花塞住小孔,把易拉罐倒立于水中,易拉罐很快变瘪,且有较多水冲进易拉罐(图乙).原因是加热使罐内的水经(填“汽化”或“液化”)成水蒸气,排出空气,把易拉罐倒立于水中,罐内的水蒸气发生了现象,水面的大气压(填“>”、“<”或“=”)罐内的气压将水压进罐内。
16、太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之能热水器每小时平均接收4.2×106J的太阳能,在5小时的有效照射时间内,将热水器中质量为100kg、初温为20℃的水温度升高到40℃.求:
(1)热水器
中的水吸收的热量Q;[水的比热容C=4.2×103J/(kg.℃)]
(2)热水器5小时内接收到的太阳能E;
(3)热水器的效率η;
(4)若改用煤气来加热这些水,需要完全燃烧多少千克煤气?
(煤气的热值q=4.2×107J/kg,假设煤气燃烧放出的热量全部被水吸收)
17、人类的祖先钻木取火,为人类文明揭开了新的一页。
钻木取火的一种方法如图所示,将削尖的木棒伸到木板的洞里,用力压住木棒来回拉动钻弓。
木棒在木板的洞里转动时,板与棒互相摩擦,机械能转化为内能,而热集中在洞内,不易散发,提高了木棒尖端的温度,当达到约260℃时木棒便开始燃烧。
因木头是热的不良导体,故受热厚度很薄,木棒受热部分的质量只有0.25克。
已知:
来回拉一次钻弓需1.0秒,弓长为s=0.25米,人拉弓的力为16牛顿,木头比热c=2×103 焦/(千克·℃),室温为20℃,问:
(1)人来回拉一次钻弓克服摩擦力所做的功为多少?
(2)克服摩擦力做功使机械能转化为内能,若其中有25%被木棒尖端吸收,则1秒内可使木棒尖端温度提高多少℃?
(3)请你估算用多长时间才能
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