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第2节 热量与热值
第十二章 内能与热机
沪粤版(2024)九年级上册同步备课
1.知道热量的概念。
2.通过探究水的吸热与温度变化、质量的关系的活动过程,进一步熟悉控制变量法。
3.知道水吸收的热量与其温度变化和质量的关系。
4.知道热值的概念,知道不同燃料的热值不同。会根据热值来计算燃料完全燃烧放出的热量。
我们已经了解,热传递可以改变物体的内能。那么,怎样描述和度量热传递过程中物体内能改变的多少呢?
热传递过程中伴随着温度的变化,内能改变的多少与温度之间有什么关系呢?接下来我们一起进行探究。
热传递方式
传导
对流
辐射
一根火柴完全燃烧放出的热量约为103 J。
在物理学中,把物体在热传递过程中内能改变的多少叫做热量,符号Q。
国际单位制中,热量的单位是焦(J )。
燃烧的火柴
热量与内能的关系:
当仅有热传递时,物体吸收热量,
内能增加;放出热量,内能减少。
热量是个过程量,不能用“含有”描述。
知识点一:热量
热量、内能、温度的影响关系 内能与温度 同一物体温度升高,内能一定增大;但内能增大时,温度不一定升高
内能与热量 物体吸收热量(不考虑对外做功),内能一定增大;但内能增大时,不一定是因为吸收了热量
热量与温度 物体温度升高时,不一定是因为吸收了热量;
而物体吸收热量后,温度也不一定升高
【练一练】下列说法正确的是( )
A.物体的温度越高,所含的热量越多
B.物体吸收热量,内能增加,温度不一定升高
C.物体的内能越大,热量越多
D.热量总是从内能多的物体转移到内能少的物体
B
同种物质吸收或放出的热量与其质量和温度变化有关,它们之间存在怎样的关系呢?
活动1——探究水的吸热与其温度变化、质量的关系
A.探究水的吸热与温度变化的关系
设计如图所示的实验装置,烧杯中盛有100 g水。酒精灯对水加热后,选取一个温度作为起始温度开始计时,并将水每升高相同温度(如3 ℃)所用时间记录在表格中。
探究水的吸热与其温度变化、质量的关系
探究水的吸热与温度变化的关系
数据记录表格:
实验起始温度为______℃,水的质量为100 g
升高的温度Δt/℃ 3 6 9 12 15 …
加热的时间t/min
表明:当质量一定时,水吸收的热量与升高的温度成 。
控制变量法
实验中,水升高的温度相同时,加热的时间基本 。
相等
正比
B.探究水的吸热与水的质量的关系
四个相同的烧杯中分别加入50 g、100 g、150 g、200 g水(可设置更多不同水量),分别利用如图所示的实验装置对水加热,使水升高相同的温度(如20 ℃),将所用时间记录在表格中。
水升高的温度为 20 ℃
水的质量m/g 50 100 150 200 …
加热的时间t/min
表明:当升高的温度相同时,水吸收的热量跟它的质量成 。
实验中,水升高的温度相同时,加热的时间与水的质量成 。
正比
正比
思考:若要探究水的温度降低时放出的热量与其温度变化、质量的关系,能不能利用上述实验装置呢?
可以利用上述实验装置。
提示:将水加热到一定温度后,撤去酒精灯,记录水的温度降低一定值所用时间。
进一步的研究表明,当物体温度升高或降低时,它吸收或放出的热量与物体质量的大小、温度的变化多少成正比。
英国物理学家焦耳经过长期的实验研究得出:1 kg纯水温度升高1 ℃时吸收的热量是4.2×103J;1 kg纯水温度降低1 ℃时放出的热量也是4.2×103J。
英国物理学家焦耳
燃料的分类:
木柴、煤等
固体燃料
汽油、柴油等
液体燃料
天然气等
气体燃料
知识点二:燃料的热值
思考:你能列举出一些常见的燃料吗?它们分别属于哪一类燃料?
生物质燃料、可燃冰等
煤油等
沼气等
属于固体燃料
属于液体燃料
属于气体燃料
1.定义:在物理学中,把某种燃料完全燃烧时所放出的热量与燃料质量的比,叫做这种燃料的热值。
Q放是燃料完全燃烧放出的热量,单位是J
2.物理意义:表示不同燃料完全燃烧时释放热量的能力。
q是热值,单位是焦每千克,符号是J/kg
3.燃料燃烧时的能量转化: 。
化学能→内能
m是燃料的质量,单位是kg
燃料的热值
一些燃料的热值
燃料 热值 燃料 热值
干木柴 1.2×107J/kg 柴油 4.3×107J/kg
烟煤 2.9×107J/kg 煤油 4.6×107J/kg
无烟煤 3.4×107J/kg 汽油 4.6×107J/kg
焦炭 3.0×107J/kg 氢气 1.26×107J/m3
木炭 3.4×107J/kg 煤气 1.8×107J/m3
酒精 3.0×107J/kg 天然气 3.3×107~4.5×107/m3
m=500 g=0.5 kg,Q=qm
=4.6×107 J/kg×0.5 kg
=2.3×107 J
思考:500 g汽油完全燃烧,可以放出多少热量?
煤气的热值是 1.8×107J/m3,它所表示的物理意义是:
。
标准状态下1m3的煤气完全燃烧,放出热量是1.8×107J
比如:干木柴的热值是 1.2×107J/kg,它所表示的物理意义是:
。
1kg的干木柴完全燃烧,放出热量是1.2×107J
热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
对于某些气体燃料,其热值在数值上等于在标准状态下1m3燃料完全燃烧放出的热量,单位是焦每立方米,符号是J/m3。
与此对应的热值的表达式 q =
【练一练】对于燃料的热值,下列说法中属于正确理解的是( )
A.容易燃烧的燃料热值大
B.燃料没燃烧时就就没有热值
C.燃料的热值越大,燃料燃烧时放出的热量越多
D.燃料的热值与燃料的质量和是否完全燃烧无关
D
热效率:有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。
热效率低的原因及提高热效率的方法:
即:热效率= ×100%
有效利用的热量
燃料完全燃烧放出的热量
燃料燃烧不充分
热量被工具吸收
热量散失到空气中
低的原因
提高方法
改善燃烧条件,尽量充分
提高导热效率
提高隔热性能
减少热量损失
表达式: η = ×100%
热效率
(1)从燃料热值表所列的固体、液体、气体燃料中,各找出一种热值最大的燃料,并说明它们的热值表示什么意思。
(2)想想自己家里常用到哪种燃料,估算一下一个月需要支付多少燃料费;交流讨论有哪些可以减少燃料费支出的措施。
提示:(1)根据热值的含义解释。
(2)燃气灶、汽车等都需要燃料。
活动2——怎样选择燃料
定义:物体在热传递过程中内能改变的多少叫做热量
单位:焦耳(J)
热
量
与
热
值
热量
热值
物理意义:表示不同燃料完全燃烧时释放热量的能力。
定义:在物理学中,把某种燃料完全燃烧时所放出的热量与燃料质量的比叫做这种燃料的热值。
单位:J/kg或J/m3
表达式: q =
或 q =
探究水的吸热与其温度变化、质量的关系:
热效率:表达式η = ×100%
与物体质量的大小、温度的变化多少成正比
1.南极是世界上最冷的地方,常年平均气温是-25℃。一天,南极的小企鹅豆豆和红红之间发生了一次有趣的对话,他们的部分说法如下,其中正确的是( )
A.豆豆:冰山的温度低,所含热量少
B.红红:这里太冷了,冰山肯定没有内能了
C.豆豆:我们一起跳舞吧,这样能暖和一些
D.红红:唉,反正我现在一点温度也没有了,冻死喽
C
2.如图所示,将热水倒入杯子中,杯子会变热。下列说法正确的是( )
A.水将温度传给杯子
B.热传递过程中水含有的热量减少
C.热传递过程中杯子的内能增大
D.热传递停止时,水和杯子的温度和内能一定都相同
C
3.如图所示是甲、乙两种燃料完全燃烧时的Q-m图像,请问哪种燃料燃烧时释放热量的本领强( )
A. 甲燃料燃烧时释放热量的本领强
B. 乙燃料燃烧时释放热量的本领强
C. 甲、乙燃料燃烧时释放热量的本领一样强
D. 条件不足,无法判断
A
4.食物也是一种燃料,营养成分在人体细胞里与氧结合,提供细胞组织所需的能量,这个过程没有火焰,但 能同样可以转化为内能,因此人的体温保持在37℃左右。一盒标有“能量:360kJ/100mL”的牛奶,其中“能量”的含义跟 (选填“内能”“热量”或“热值”)的含义相似。
化学
热值
5.走进食堂,学生们闻到了浓浓的饭菜香味,这是 现象;已知天然气的热值为3.6×107J/m3,某次炒菜过程中,天然气燃烧释放了9×106J的热量,则至少需要消耗 m3的天然气。
扩散
0.25
6.火箭使用的燃料主要是液态氢,这是利用了氢燃料 大的特性。2t氢完全燃烧释放出的热量是 J,若2t液态氢用去一半,其内能 (选填“变大”、“变小”或“不变”)(q氢=1.4×108J/kg)
热值
2.8×1011
变小