浙教版科学九上第8讲物体的内能知识讲解和习题含答案.docx
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浙教版科学九上第8讲物体的内能知识讲解和习题含答案
第八讲物质的内能
[知识新授]
一、物体的内能
1.内能的定义
物体内部所有分子做______________的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。
特别提醒:
一切物体在任何情况下都具有内能,物体的内能不会为零。
因此物体内部分子的热运动永不停止,分子间的相互作用也总是存在。
2.影响内能大小的因素
物体的内能与________有关。
同一个物体,温度越高,分子的热运动越剧烈,它具有的内能就越大。
物体的内能还受________、材料、状态等因素的影响。
特别提醒:
①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。
②在质量、温度、状态相同时,物体的材料不同,内能可能不同。
③在物体的温度、材料、质量相同时,物体存在的状态不同,内能也可能不同。
二、改变物体内能的两种方法
1.做功可以改变内能
外界对物体做功,物体的内能________;物体对外做功,物体的内能会________。
通过做功改变物体的内能,实质上是其他形式的能与物体内能相互转化。
2.热传递可以改变内能
热传递改变物体的内能实质上是内能从________物体传递到________物体或者从同一物体的高温部分传递到低温部分。
在热传递过程中传递的能量的多少叫做热量。
热传递发生的条件是物体之间存在________。
特别提醒:
做功和热传递在改变物体的内能上虽然是等效的,但它们的实质不同,做功改变内能实质是内能和其他形式的能之间的转化,而热传递改变内能实质是不同物体之间或同一物体的不同部分之间内能的转移。
三、热量的计算
1.物体温度升高时吸收的热量Q吸=________。
2.物体温度降低时放出的热量Q放=cm(t0-t)。
c为物质的________。
比热容是指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。
其中,c为物质的比热容,m为物体的质量,t0是初温,t是末温。
如果用Δt表示升高或降低的温度,即用Δt表示t-t0或t0-t,那么物体吸收或放出的热量可以写成Q=cmΔt。
特别提醒:
①比热容跟密度一样,也是物质的一种特性,它不随物质质量的改变而改变,也不随物质吸收(或放出)热量的多少以及温度的变化而变化。
②对于同一种物质,比热容的值还与物质的状态有关,同一物质在同一状态下的比热容是一定的,但在不同状态时,比热容是不相同的。
如:
水的比热容是4.2×103J/(kg·℃),而冰的比热容是2.1×103J/(kg·℃)。
四、热机
1.热机
(1)定义:
把________转化为机械能的机器。
(2)原理:
2.热机的种类
热机
3.热机的四个过程:
吸气、________、________排气。
4.热机曲轴转动两圈对外做功一次。
五、燃料的热值
1.燃料燃烧时能量的转化
燃料的燃烧是一种化学变化,在燃烧过程中,燃料的化学能转化为________,也就是通常所说的释放出热量。
2.燃料的热值
1kg某种燃料________燃烧时放出的热量,叫做这种燃料的________,单位是J/kg,气体燃料的热值单位通常用J/m3。
Q=mq
热值的意义是表示单位质量的燃料在完全燃烧时所放出热量的多少。
同种燃料的热值相同,不同种燃料的热值一般不同。
[经典例题]
[例1]在下列实例中,用热传递的方式来改变物体内能的是( )
A.用砂轮磨菜刀,菜刀的温度升高
B.将冰块放入饮料中,饮料的温度降低
C.用锯锯木头,锯条发热
D.寒冷的冬天,双手互搓,手的温度升高
[例2]下列现象中,属于热传递改变内能的是( )
A.搓手取暖
B.下滑时梯面发热
C.冷水温度升高
D.压缩空气温度升高
[例3]如图所示,在一个配有活塞的厚玻璃筒内放一小团硝化棉,迅速下压活塞,硝化棉燃烧.下列说法正确的是( )
A.迅速向上抽活塞,硝化棉也能燃烧
B.此实验主要是通过热传递改变筒内空气的内能
C.硝化棉燃烧,是因为玻璃筒内空气的温度升高,内能增大
D.下压活塞的过程,空气的内能转化为活塞的机械能
[例4]如图所示,“在金属管内装一些酒精,当迅速来回拉动绕过金属管的粗绳时,筒壁会发热,一会儿,看到紧塞在管口的塞子突然被射出,同时听到“呯”的一声.”根据这些现象,下列说法不正确的是( )
A.来回拉动粗绳时,将机械能转化为内能
B.塞子被射出,将内能转化为机械能
C.筒壁会发热,原因是酒精的化学能转化为内能
D.“呯”的一声,是塞子突然射出时引起空气振动产生的
[例5]如图所示,甲容器内装有水,乙试管内也装有水,并通过甲容器密封盖上的孔插入甲容器的水中,且乙试管与密封盖紧密接触.现给甲容器加热,经过一段时间后,对可能出现的现象有如下几种说法:
①甲容器中的水沸腾,乙试管中的水不会沸腾;②乙试管中的水先沸腾;③甲容器中水的比热容增大;④热传递的方式使乙试管中水的内能增加.
以上说法中正确的是( )
A.①②B.②④C.③④D.①④
[例6]用热水袋取暖是利用 的方法改变物体的内能;汽车发动机用水作冷却剂,是利用了水的
较大的性质;一辆汽车的水箱中10kg水,如果这些水的温度升高了50℃,则水吸收的热量是
J.[C水=4.2×103J/kg•℃].
[例7]如图1所示是演示点火爆炸的实验装置.按动电火花发生器的按钮,点燃盒内酒精,盒盖会被打出去.此过程中,燃气的 能转化为盒盖的 能,这与四冲程汽油机的 冲程的能量转化相同,图2中的汽油机正处于这一冲程中,此时活塞向 运动(选填:
“上”、“下”).
例8
[例8]如图所示,在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花,快速压下活塞,通过 (填改变内能的方式)使引火仪中气体的内能 (选填“变大”、“变小”或“不变”).当内部棉花着火燃烧,引火仪内部气压增大,向上推动活塞做功,此过程与四冲程汽油机的 冲程的能量转化相同.某台汽油机飞轮的转速为1800r/min,在1min内,汽油机对外做 次功.
[例9]小明和小芳为了研究泡塑料和棉絮的保温性能好坏,两人设计并做了一个实验.他们用这两种材料分别包着装有热水的密闭烧瓶,让她们自然冷却,利用温度计和计时器定时测量两烧瓶中的水温随时间变化的情况.
(1)为了保证实验的准确性,实验前除了取大小、厚度相同的泡沫塑料和棉絮外,还应考虑影响水稳变化的其他因素,即保持烧瓶相同、水的初温相同、环境因素相同和 相同.
(2)按照计划操作,小明和小芳同学把实验测得的时间与温度数据填在下列表格中:
时间
t/min
0
10
20
30
40
…
150
180
泡沫塑料组水温
T1/℃
80
64
55
50
41
…
21
20
棉絮组水温
T2/℃
80
56
43
32
28
…
20
20
分析上表数据可知:
他们实验时的室内温度是 ℃.经过40min后,泡沫塑料包的烧瓶降低了 ℃;而棉絮包的烧瓶水温降低了 ℃.由此可以得出的实验结论是:
.
(3)除了采用相同时间内观察水降低的温度来比较这两种材料的保温性能外,根据上表数据你还可以采用
方法来比较这两种材料的保温性能.
[例10]随着国民经济的发展,汽车已走进家庭.一辆小轿车以某一速度在平直路面上匀速行驶100km,消耗汽油10L.若这些汽油完全燃烧放出的热量有30%用来驱动汽车做有用功,所用汽油的热值为4.6×107J/kg,密度为0.7×103kg/m3,求:
(1)这些汽油完全燃烧放出的热量;
(2)这辆轿车以该速度匀速行驶时受到的阻力.
(3)汽车有很多用途,但也带来很多不利影响,请列举一例,并就如何减小该不利影响提出一条合理化建议.
[例11]国产某种型单缸四冲程汽油机满负荷工作时一个做功冲程对外做功120J,飞轮的转速是1500r/min,每分钟消耗10g汽油.
(1)满负荷工作时该汽油机的功率是多少?
(2)满负荷工作时这种汽油机把内能转化为机械能的效率是多少?
(汽油的热值为4.5×107J/kg)
(3)将其效率提高10%,满负荷工作10小时可以节省汽油 kg.
[例12]图1为四缸发动机工作原理:
内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上,并使各汽缸的做功过程错开,在飞轮转动的每半周里,都有一个汽缸在做功,其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作.
(1)发动机在做功冲程里,高温、高压的燃气推动活塞向下运动,对外做功,同时将 能转化为
能.
(2)图2为发动机在做功冲程中的示意图.下面给出公式W=pV的证明,请将推导过程补充完整(要求各表达式均用S、l或p表示):
设活塞的面积为S,冲程长为l,燃气对活塞的压强为p,则燃气对活塞的压力F= ,燃气对活塞所做的功W= ,又根据数学知识可知发动机的单缸排量V= ,故W=pV.
[课后作业]
1.在标准状况下氢气的热值1.28×107J/m3,又可以是1.43×108J/kg.由此可看出( )
A.同样是氢气,热值可以不同
B.1kg的氢气在标准状况下体积约为11.2m3
C.1kg的氢气燃烧一定放出1.43×108J的热量
D.氢气作为燃料,燃烧时一定会严重污染环境
2.下列说法错误的是( )
A.热值是燃料的一种特性,与燃料是否燃烧无关
B.比热容是物质的一种特性,与质量大小、温度变化量和吸放热多少无关
C.酒精的热值比汽油小,所以当质量相同的酒精和汽油完全燃烧时,汽油放出的热量一定多
D.沙石的比热容比水小,所以当水和沙石的质量相同时,沙石的温度变化量一定比水大
3.在质量为5kg的铁锅中放入3kg水,要把这锅水从20℃加热到90℃[铁的比热容等于0.46×103J/(kg•℃),煤炭的热值等于3.4×107J/kg],至少需要煤炭( )
A.259.4gB.47.7gC.30.68gD.无法确定
4.著名物理学家费米根据侦探小说的内容得知,一具尸体大约需要半天时间才能从体温37℃降至室温25℃.另外他通过实验室提供的数据还了解到:
体重60kg的正常人的比热容与水相当[C水=4.2×103J/(kg•℃)],每千克葡萄糖完全分解释放的热量为1.6×107J.此外,尸体的散热量大约为正常人在相同时间内散热量的60%.根据这些数据估算出一个正常人体内每天必须补充的葡萄糖为( )
A.630gB.63gC.840gD.84g
5.冷水的温度为t1、热水的温度为t2.现要把冷水和热水混合成温度为t3的温水,若不计热损失,则冷水和热水的质量之比为( )
A.
B.
C.
D.
6.有质量和初温都相同的甲、乙两金属球,先将甲投入一杯热水中热平衡后水温降低了△t;把甲取出后,立即又将乙投入这杯水中,热平衡后水温又降低了△t,则甲、乙两金属球的比热容的关系为(不计热损失)( )
A.C甲>C乙B.C甲=C乙C.C甲<C乙D.无法判断
7.两种不同的液体,它们的质量、比热、初温度分别为m1和m2、c1和c2、t1和t2,且t2>t1.若不计热量损失,则把它们混合后的共同温度为( )
A.
B.
C.
D.
8.氢能源具有来源广、无污染等优点,火箭发动机用氢作燃料是因为氢的 很大,氢气的热值为1.4×108J/kg,完全燃烧0.5kg的氢气可放 J的热量;若一罐氢气用去了一半,则剩余氢气的热值 (填“大于”“等于”或“小于”)1.4×108J/kg.
9.如图所示为生活中常用的热水瓶,其外壁采用镀银的双层玻璃,注入一定量的热水后,立即盖上软木塞,软木塞会跳起来.这一过程中瓶内气体的 能转化为软木塞的机械能.汽油机的 冲程也发生同样的能量转化.如果该汽油机飞轮转速是1800r/min,则该汽油机每秒钟内完成 个冲程,对外做功 次.
10.如图甲所示,A、B是两个底部装有完全相同的加热器的容器,加热器产生的热量90%可以被容器中的液体吸收,已知加热器每秒钟放出热量1000J.现将甲、乙两种液体分别倒入A、B杯中,其中甲液体的质量为200g;让两个加热器同时开始工作,60s后停止加热,然后立即将比热容为0.2×103J/(kg.℃)的合金球迅速放入乙液体中(从球放入到达到热平衡不计热损失),它们的温度随时间变化图象如图乙所示(部分图象未画出).
(1)加热60s时,乙液体吸收的热量为多少;
(2)甲液体的比热容为多少;
(3)合金球的质量为多少?
11.阅读下面的材料,解答问题
向“大气污染宣战”
某环保局研究表明:
“PM2.5来源中,机动车的排放占33.1%,排第一位,燃煤污染排放占第二位”.“减少污染排放,还我一片蓝天”成为每一个公民的责任.下面是有关部门针对“节能减排”采取的部分措施
第三项措施
首批50辆LNG(液化天然气)新能源公交车已经投入运营,如图3所示.为了方便市民出行,市区公交车全面安装“北斗导航系统”,市民可以通过手机(导航系统接收器)查询公交车的动态位置.
天然气汽车和汽油车相比较
据有关资料显示:
尾气中的有害气体排放明显减少:
90%CO、24%CO2、90%SO2、39%NO、无粉尘排放,因此天燃气被称为绿色能源.其它性能指标的比较:
根据下表提供的信息,通过计算说明:
热机效率
热值
价格
天然气发动机
η2=45%
q2=2.3×107J/m3
4.5元/m3
汽油发动机
η1=30%
q1=4.6×107J/kg
9.0元/kg
①天然气车燃烧1m3天然气所做的有用功是多少?
做同样多的有用功,汽油车需要燃烧多少千克汽油?
②若某公交汽车每天消耗100m3的天然气,与用汽油相比,它每天节约的运行成本是多少?
12.小王同学参加了学校物理兴趣小组,在与同学探究“沙子和水谁的吸热本领大”时,用两个相同的容器分别装有质量都是200g的沙子和水,用两只完全相同的酒精灯在相同环境下分别加热.他们绘制出沙子与水的温度随加热时间变化的图象如图所示.已知酒精的热值是3.0×107J/kg;水的比热容是4.2×103J/(kg•℃),设加热时酒精灯平均每分钟消耗0.8g酒精.则:
(1)图中a图是 (填沙子或水)吸热升温的图象
(2)给水加热持续了10min时间,消耗的酒精如果完全燃烧将放出 J的热量.
(3)沙子的比热容为 .
[参考答案]
[经典例题]
1.B.
2.C.
3.C.
4.C.
5.B.
6.热传递;比热容;2.1×106.
7.内;机械;做功;下.
8.做功;变大;做功;900.
9.
(1)热水的质量.
(2)20;39;52;泡沫塑料的保温性能比棉絮好.
(3)降低相同的温度时.
10.
(1)这些汽油完全燃烧放出的热量为3.22×l08J;
(2)这辆轿车以该速度匀速行驶时受到的阻力为966N;
(3)使用汽车会造成噪声污染;可在城区内禁止汽车鸣笛.
11.
(1)满负荷工作时该汽油机的功率是1500W;
(2)满负荷工作时这种汽油机把内能转化为机械能的效率是20%;
(3)2.
12.
(1)内;机械;
(2)pS;pSl;Sl.
[课后作业]
1.B.
2.D.
3.C.
4.A.
5.B.
6.C.
7.B.
8.热值;7×107;等于.
9.内;做功;60;15.
10.
(1)加热60s时,乙液体吸收的热量5.4×104J;
(2)甲液体的比热容为3×103J/(kg•℃);
(3)合金球的质量为5.4kg.
11.①天然气车燃烧1m3天然气所做的有用功是1.035×107J;
做同样多的有用功,汽油车需要燃烧0.75千克汽油;
②若某公交汽车每天消耗100m3的天然气,与用汽油相比,它每天节约的运行成本是225元.
12.
(1)沙子;
(2)2.4×105;(3)0.91×103J/(kg•℃).
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