内能与热机.docx

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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。

❶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

[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

技巧点拨

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％

❷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：