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第5节 物体的内能
联想情景导入
火的使用是人类迈出了文明的第一步。火给人类带来了光与热,帮助人类驱赶或捕猎野兽,还使人类吃到熟食。在远古时代,“钻木取火”是人类常用的一种取火方法。钻木为什么能够取火呢 这与物体的内能有关。
重点知识详解
一、内能:物体内部大量做热运动的粒子具有的能叫做内能。热能是内能的俗称。无论高温物体还是低温物体,都具有内能。21世纪教育网
二、做功可以改变物体内能:从能的转化看,通过做功改变物体的内能,实质上是其他形式的能与物体的内能相互转化的过程。外界对物体做了多少功,就有多少其他形式的能转化为内能;物体对外界做了多少功,就有多少内能转化为其他形式的能。
三、热传递可以改变内能:从能的转化看,热传递实质上是内能从高温物体传递到低温物体,或者内能从同一物体的高温部分传递到低温部分的过程。热传递过程中,传递能量的多少叫做热量,用Q表示。物体从外界吸收多少热量,内能就增加多少;物体向外界放出多少热量,内能就减少多少。热量的单位也是焦耳。21世纪教育网
四、热量的计算:物体吸收热量的多少等于物体的比热容、质量和升高的温度的乘积。如果以Q表示物体的吸收的热量,C表示物质的比热容,m表示物体的质量。t表示物体加热前的温度,t表示物体加热后的温度,则计算热量的公式可表示为:Q=cm(t-t0)。21世纪教育网
五、燃料的热值:1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量,叫做这种燃料的热值。热值的单位为焦/千克。
常用燃料的热值(焦/千克)
燃料 热值 燃料 热值
干木柴 1.2×107 煤油 4.6×10 7
烟煤 2.9×107 氢 1.4×108
无烟煤 3.4×10 7 煤气(焦/米3) 3.9×10 7
焦 炭 3.0×107 天然气(焦/米3) (7.1~8.8)×107
木炭 3.4×107 酒精 3.0×10 7
柴 油 3.3×10 7
经典例题解析
[例1] 1990年4月7日,我国“长征3号”火箭成功地把“亚洲一号”国际通信卫星发射到预定的轨道。火箭点火后,高温高压燃气迅速膨胀向外喷出,燃气的温度下降,火箭则获得推力高速上升,并达到一定速度。在这个过程中,下列说法正确的是 ( )
A.燃气的大部分内能转化为箭身的机械能
B.燃气的全部内能转化为箭身的机械能
C.燃气的一部分机械能转化为内能21世纪教育网
D.燃气的全部机械能转化为内能21世纪教育网
[解析] 燃料燃烧获得内能有两个重要应用,一是用它来直接加热物体,一是用它来做功,用内能做功的过程就是内能的机械能转化的过程,本事例中燃气的大部分内能,通过做功转化为火箭的机械能。
[答案] A
[例2] “神舟二号”无人飞船环绕地球l08圈,顺利完成空间科学试验任务后,于2001年1月16日在内蒙古中部准确返回,成功着陆,标志着我国载人航天工程第二次飞行实验取得圆满成功,若飞船穿越大气层时,有一段匀速下降的过程,则在此过程中飞船的 ( )
A.机械能不变,内能不变 B.机械能变大,内能不变
C.机械能变小,内能变大 D.机械能变小,内能变小
[解析] 飞船在穿越大气层时,会与空气摩擦生热,内能增大,温度升高。因为飞船是匀速下降所以动能不变,而重力势能减小,因此机械能减小。21世纪教育网
[答案] C
[例3] 质量相等的两块金属在沸水中加热足够长的时间后,取出放在足够大的冰块上,可以判断能使冰块融化较多的那种金属具有 ( )
A.较大的密度 B.较小的比热容
C.较大的比热容 D.较高的熔点
[解析] 质量相等的两块金属在沸水中加热足够长的时间后,两块金属的初温相同,将金属块放在冰块上,金属块要放出热量,冰块因吸收热量而融化。能使冰块融化较多的金属一定是放出热量较多。根据公式Q放=cm(t0一t)得c=Q放/m(t0-t)两金属块的质量相等,温度的变化量相等,则Q放大的金属块其比热容一定大。21世纪教育网
[答案] C
[例4] 一个物体温度升高了,则说明 ( )
A.它含有的热量增加了 B.它吸收了热量
C.一定对物体做了功 D.它的内能增加了
[解析] 热量是表示在热传递的过程中,传递能量的多少,因此不能说物体“含有热量”,A错;一个物体温度升高,它的分子运动一定加快,内能增加,D正确;改变物体内能的方法有两种:做功和热传递,两种方法对改变物体的内能是等效的,因此不能肯定是做功或热传递,B、C也错。
[答案] D
[例5] 关于物体的内能与温度的关系,下列说法正确的是 ( )
A.物体的内能与温度有关,物体的内能越大,温度越高
B.物体的内能与温度有关,物体的温度升高,内能增大
C.物体的内能只与温度有关,所以温度高的物体,内能一定大
D.物体的内能与温度有关,内能大的物体,温度一定高
[解析] 物体的内能与温度的关系是本节的难点,从宏观看物体的内能与温度有关,但不是唯一地只和温度有关。物体的内能还与物体的质量、物态、体积等因素也有关,所以一个物体内能大小不能只看温度,物体的温度低,但质量大也可能内能大。当物体的温度升高时,由于其他条件都没变,而物体内部分子的无规则运动剧烈,分子动能增大,所以内能增大。21世纪教育网
[答案] B
[例6] 内能的重要应用,一是可用它直接来___________物体,另一个是用它来___________。对物体做功,可以使物体的内能___________,反过来,物体的内能也可以对外做功,这时内能___________。
[解析] 明确对物体做功,物体内能会增加;物体对外做功,将消耗内能,使物体的内能减少。
[答案] 加热做功增加减少
[例7] 某同学在做“研究影响物体吸收热量的因素”实验时,得到下面的数据:
物 质 实验次数 质量/kg 升高温度/℃ 吸收的热量/J
水 1 0.05 10 2100
2 0.10 10 4200
煤 油 3 0.05 10 1050
4 0.10 10 2100
(1)分析第1、3次或第2、4次实验数据,可归纳得出的结论是______________________
(2)分析第1、2次或第3、4次实验数据,可归纳得出的结论是______________________
(3)他研究这个问题时采用的实验方法是_________________________________。21世纪教育网
[解析] 由实验数据进行分析归纳时,要善于从实验条件和数据中找两次实验的共同点、不同点。如果实验的条件有不同,而实验结果相同,说明结果与这个实验条件无关。如果实验中有一个条件不同,其结果也不同,说明结果与这个条件有关,前提是每次只有一个实验条件是不同的。如果同时有两个不同的实验条件,则无法判断实验结果不同是受哪个条件的影响。所以设计实验时也应注意每次对比实验控制只有一个实验条件不同,这就是控制变量法。第1、3次或第2、4次实验数据中,质量相同、升高温度相同,只有物质种类不同,所以吸收热量不同就是由于是不同物质造成的。第1、2次或第3、4次实验数据中是同种物质升高相同温度,只有质量不同,所以吸收热量不同就是由于质量不同引起。21世纪教育网
[答案] (1)质量相同的不同的物质,当升高温度相同时,吸收的热量一般不同
(2)质量不同的同种的物质,当升高温度相同时,吸收的热量不同,吸收的热量与质量成正比
(3)控制变量法21世纪教育网
[例8] 质量为5千克的水,从20℃加热到标准大气压下沸腾即止,需要吸收多少热量 如果用煤来给这些水加热,已知煤炉的效率为20%,需燃烧多少煤 (煤的燃烧值是3.4×107J/kg)
[解析] 水从20℃加热到标准大气压下沸腾,就是使水从20℃达到l00℃,上升80℃。由水的比热4.2×103焦耳/(千克·℃)可以知道:每一千克的水温度升高(或降低)1℃(时)吸收(或放出)的热量是4.2×103焦耳,则5千克水上升80℃吸收的热量可求。用煤来给这些水加热,煤炉的效率为20%,就是说煤完全燃烧放出的热量有20%供水升温,和水吸收的热量相同。所以水吸收的热量作为有效利用的能量用Q有用表示,占燃烧放热的20%,可求完全燃烧放出的热量Q放=Q有用/20%。由Q放再利用热值公式求燃料质量m。21世纪教育网
[答案] 水吸收的热量为:
Q有用=cm(t2一t1)一4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(100℃-20℃)=1.68×106J
则煤若完全燃烧放出的总的热量:
Q放==8.4×106J
需要燃烧煤的质量为:
m=
答:水需要吸收1.68×106J的热量。用煤炉加热需燃烧0.25千克煤。
考点应试必备
1.关于物质的比热容,下列说法中正确的是 ( )
A.物体吸收热量越多,比热容越大
B.只要温度升高相同,比热容小的物体吸收热量一定少
C.温度高的物体比温度低的物体比热容大
D.比热容是物质的特性之一,每种物质都有自己的比热容
2.汽车发动机常用水作冷却剂,主要是因为水具有 ( )
A.较高的沸点 B.较低的凝固点 C.较大的比热容 D.较大的密度
3.下列事例中,属于做功改变物体内能的是 ( )
A.冬天晒太阳感觉暖和
B.冬天两手互相摩擦,手感觉暖和
C.冬天围着火炉烤火感觉暖和
D.冬天在暖气房里感觉暖和21世纪教育网
4.下图所示的做法中,属于用做功的方法改变物体内能的是 ( )
5.用两个相同的加热器,分别对质量相等的甲、乙两种液体加热,其温度随时间变化的图线如图所示,由图线可以看出 ( )
A.甲的比热容比乙大21世纪教育网
B.甲的比热容比乙小21世纪教育网
C.甲和乙的比热容相同21世纪教育网
D.开始加热时,甲和乙的比热容为零
6.煤油的燃烧值是4.6×10 7焦耳/千克,它的物理意义是 ( )
A.1千克的煤油完全燃烧时放出的热量是4.6×10 7焦耳/千克
B.1千克的煤油完全燃烧时放出的热量是4.6×107焦耳
C.1千克的煤油燃烧时放出的热量是4.6×107焦耳
D.煤油完全燃烧时放出的热量是4.6×107焦耳/千克
7.寒冷的冬季夜晚,许多人喜欢用热水将脚泡一泡才入睡。在此过程中,脚的内能变化情况是 ( )
A.减小 B.不变 C.增大 D.无法确定
8.爆米花是将玉米放入铁锅内边加热边翻动一段时间后,“砰”的一声变成玉米花。下列说法正确的是 ( )
A.玉米粒主要通过翻动铁锅对其做功,使其内能增加
B.玉米粒主要通过与铁锅间的热传递,使其内能增加
C.玉米粒内水分受热膨胀对粒壳做功爆开,内能不变
D.玉米粒内水分受热膨胀对粒壳做功爆开,内能增加
9.将装有酒精的金属管固定在桌子上,并用塞子塞紧。快速来回拉动绕在管上的绳子,过一会儿塞子跳起来,如图所示。则 ( )
A.拉动绳子过程,金属管温度升高,内能不变
B.拉动绳子过程,管内酒精温度升高,蒸发加快
C.塞子跳起时,管内气体温度升高,内能增加
D.塞子跳起时,管内气体内能全部转化为塞子的机械能
10.下列现象中,通过热传递改变物体内能的是 ( )
A.双手摩擦而发热
B.放进冰箱冷冻室的水变成冰块
C.在汽油机的压缩冲程中,汽缸内的温度升高
D.用手来回弯折铁丝,弯折处铁丝温度升高
11.下列现象中,利用内能做功的是 ( )
A.冬天在户外时两手相互搓一会儿就暖和了
B.刀在砂轮的高速摩擦之下溅出火花
C.火箭在“熊熊烈火”的喷射中冲天而起
D.盛夏在烈日之下的柏油路面被晒熔化了
12.夏季的海边,昼夜温差小,气候宜人,这是由于水的比热容大。下列现象不能反映水的这一特性的是 ( )
A.汽车发动机的冷却循环系统常用水做工作物质
B.炎热的夏天经常在教室的地面上洒水21世纪教育网
C.北方冬天暖气供热设备用水做工作物质21世纪教育网
D.北方春天的晚上,农民往稻田里灌水以防止秧苗冻坏
13.厦门园博苑有“水上大观园”之称。水域辽阔,能有效调节气温。这是由于水的 ( )
A.密度小 B.热值小 C.凝固点低 D.比热容大
14.2008年6月5日19时30分,中央气象台发布了西安和香港两城市在未来24小时内的天气预报:西安,晴,气温21℃~34℃;香港,晴,气温24℃~28℃。造成两地在同一天内气温变化差别较大的原因之一是 ( )
A.水的内能比泥土、砂石的内能大21世纪教育网
B.水的比热容比泥土、砂石的比热容大
C.水的内能比泥土、砂石的内能小21世纪教育网
D.水的比热容比泥土、砂石的比热容小
15.煤炭是一种重要能源。区别优劣煤质最科学的办法是检测下列哪个物理量 ( )
A.比热容 B.密度 C.热值 D.温度
16.救灾汽车正在公路上急驰,突然发现山体滑坡,紧急刹车。此时刹车片和轮胎都变热,汽车的机械能转化为__________能,这一过程是通过__________实现的,但能量的总量是__________。
17.夏天,放入水中的冰很快就融化了。这是通过__________的方式改变了冰的内能。放入冰块将使水分子的运动变__________ (填“剧烈”或“缓慢”)。
18.如右图所示,将铁丝快速地弯折十余次,铁丝弯折处的温度会__________,这是通过__________的方式使其内能增加的。
19.“嫦娥一号”卫星在绕月飞行的1年时间里,可能会遭遇两次月食,月食期间没有太阳光照射,卫星表面的温度会急剧下降,内能__________ (填“增大”“减小”或“不变”),这是通过__________的方式改变物体的内能。
20.下图是小明和小娟为“比较不同物质的吸热能力”而设计的实验装置。左右两装置,除杯内分别装的是质量相等的水和柴油外,其余都相同。完成该实验还必需器材__________,使柴油和水升高相同的温度,加热的时间__________ (每“相同”或“不同”)。21世纪教育网
21.某同学在做“比较不同物质吸热能力”的实验时,使用相同的电加热器给水和煤油加热,用加热时间的长短来表示物质吸收热量的多少。他得到如下数据:21世纪教育网
物 质 次数 质量m/kg 升高的温度t/℃ 加热的时间t/min
水 1 0.1 10 2
2 0.2 10 4
煤油 3 0.1 10 1
4 0.2 10 2
(1)分析第1、2次或第3、4次实验数据,可以得出的初步结论是:同种物质升高相同温度时,吸收热量的多少与物质的__________ 有关。
(2)分析第1、3次或第2、4次实验数据,可以得出的初步结论是:__________________________________________________。
22.阅读下面材料:21世纪教育网
不同物体的传热能力是否相同
小明是个既善于观察又爱动脑筋的学生。他发现在寒冷的冬天,用手摸户外的金属制品和木头制品时,感到金属制品比木头制品凉;吃饭时,放在热汤中的金属勺很快就会变得烫手,而陶瓷勺就不会烫手;把热饭装在陶瓷碗中,要比装在金属碗里凉得慢……小明对上述现象进行分析比较,得出了结论:金属物质的导热能力比非金属的导热能力好。
根据你刚才的阅读,请回答下列问题:
(1)在寒冷的冬天,用手摸户外的金属制品和木头制品时,感到金属制品比木头制品凉,这是为什么
答:因为金属制品的导热能力比木头的__________。当手触摸户外的金属制品时,手上的热__________(填“很容易”或“不容易”)传递出去,使手的__________降低很快,所以感觉金属制品比木头制品凉。
(2)除文中的例子外,请你举出生产生活中利用和防止物体传热的例子各一个。
例一:_______________________________________________________;
________________________________________________________________________________。
例二:_______________________________________________________;
________________________________________________________________________________。
23.“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”是2008年北京奥运的三大主题。其中国家体育馆“鸟巢”工程采用太阳能电力这一绿色能源。令专业建筑专家惊叹的是,“鸟巢”的设计,不仅是能够获得自然通风,而且4.2×10 5kg的钢结构靠自身的24根钢柱支撑。给“鸟巢”工程供电时,若功率为130kW的太阳能发电系统连续正常工作100min,可得到多少焦耳的电能 如果这些电能有42%转化为水的内能,则可以使104kg水温度升高多少摄氏度 [水的比热容c=4.2×103J/(kg·℃)]
24.小星家的太阳能热水器,水箱容积是200L。小星进行了一次观察活动:某天早上,他用温度计测得自来水的温度为20℃,然后给热水器水箱送满水,中午时“温度传感器”显示水箱中的水温为45℃。求:21世纪教育网
(1)水箱中水的质量和水吸收的热量。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]
(2)如果水吸收的这些热量,由燃烧煤气来提供,而煤气灶的效率为40%,求至少需要燃烧多少煤气。(煤气的热值为q=4.2×l07J/kg)
参考答案
1.D 2.C 3.B 4.A 5.B 6.B 7.C 8.B 9.B 10.B 11.C 12.B 13.D 14.B 15.C 16.内 做功 守恒(或不变) 17.热传递 缓慢18.升高做功 19.减小热传递20.温度计不同 21.(1)质量 (2)质量相同的不同物质(或水和煤油)升高相同的温度,吸收的热量不相同(或加热的时间不相同) 22.(1)强 很容易 温度 (2)略23.7.8×108J 7.8℃ 24.(1)200kg 2.1×10 7J(2)1.25kg
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