第5节 物体的内能

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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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