第十三章内能与热机.docx
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第十三章内能与热机
第十三章内能与热机第一节内能
学习目标
1了解内能的概念，知道内能的单位焦耳
2.能简单描述温度与内能的关系。
知道对于同一物体，温度越高，内能越多；温度越低，内能越少。
3.知道做功和热传递方式可以改变物体的内能。
自主学习
一、内能
A物体由于运动而具有的能量叫做，一切物体内部的分子都在不停地做无规则的，所以物体内部的所有分子都具有能。
物体运动的越大，动能越大。
物体的越高，分子热运动的速度，分子动能越。
B黄山上耸立的巨石具有势能。
当它耸立在山顶时，并不能对外做功，但当它下落时，它能够对外做功。
它向下落的原因是因为地球和巨石间存在。
而物体内部的分子间既有又有，所以物体内部的分子也具有能。
C在机械运动中，我们把物体的动能和势能统称为。
而在物体的内部，分子所做的运动叫做运动，我们把物体内部所有分子热运动的能和能的总和，叫做能。
二、影响内能大小的因素
A问题：
物体的内能与什么因素有关？
B我们选取物体内部众多分子中的一个分子为研究对象，来研究这个问题。
C由机械能可知物体的动能取决于物体的质量和速度，同理，该分子的动能取决于分子的质量和热运动的速度，
D物体的重力势能取决于物体的质量和高度，同理，该分子的分子势能取决于分子质量和分子间的间距，由于分子间的间距决定了分子间相互作用力的大小，所以也可以说分子势能的大小取决于分子质量和分子间作用力的大小。
EC、D讨论的只是一个分子的内能，根据内能的定义可知，物体的内能的大小还与分子的个数有关。
FC、D、E所讨论从物体内部即微观角度分析了物体的内能的大小于什么因素有关，即与分子个数、分子质量、分子间距和分子运动的速度有关。
G这些因素在宏观上表现为物体的质量，物体的体积和物体的温度。
H一切物体都具有能。
同一物体，同一状态，温度升高，内能，温度降低，内能
I内能与机械能的关系
机械能与有关。
内能与和有关。
所以内能与机械能是的能量。
三、物体内能的改变
问题：
我们已从微观和宏观两个角度讨论了物体的内能与什么因素有关。
对同一个物体，如何使物体的温度升高，内能增加呢？
1、热传递
A以一根粗铁丝为例，我们如何使它的内能增加呢？
，
B以放到开水中烫为例，铁丝的温度，内能，开水的温度，内能。
我们把这个过程叫做热传递。
C在中，被的能的多少叫做热量。
D从热量的定义可以看出，热量的实质是能。
它特指被的那一部分。
例如一杯开水它具有10000J的内能，粗铁丝具有1000J的内能。
当将铁丝放入开水中时，开水放出1500J的内能。
发生热传递前，开水具有的10000J的内能能否叫做热量？
。
铁丝具有的1000J内能能不能叫做热量？
。
热传递结束后，开水剩有J的内能能否叫做热量？
。
铁丝具有J的内能，能不能叫做热量？
。
因此，热量仅指的内能。
E热传递发生的条件是两个物体间存在。
在什么情况下结束？
。
F举几个日常生活中热传递的例子。
。
G试述热传递的实质。
H热传递的方向是。
I热传递中的“热”指的是什么？
J一个物体只有10J的内能，可能把自己的一部分内能传给10000J的物体吗？
如果有可能，在什么情况下会发生？
【课堂探究】
2、做功
A除热传递的方法可以改变物体的内能外，还以什么方法可以使物体的温度升高内能增加。
冬天，我们常感到手很冷，如果将手放到热水中，可以使手的温度升高，内能增加，我们还常用什么方法？
。
（图16.2-4）
B分析：
在搓手的过程中，两手间存在力，且在力的方向上距离。
所以搓手的过程实际上是一个克服摩擦的过程。
C观察演示实验1。
D当我们把活塞迅速压下去时，我们看到。
火柴头是被点燃的。
这说明当我们迅速向下压活塞时，活塞对下面的空气有力的作用，且在力在方向上前进了一段距离，也就是说活塞对空气，使用空气的内能，温度，达到火柴点的燃点而燃烧。
E这个实验说明；对物体做功，内能。
F观察演示实验2
G当塞子跳起时，我们观察到瓶内出现了。
瓶内上方的水蒸汽是无色透明的，当塞子跳起时，此时出现的雾是（液态/气态），即此时出现了现象。
回忆可知使气体液化的方法有两种和，显然，这里是因为当瓶内气体膨胀时，推动塞子时，对塞子做了功，使瓶内气体的内能，温度，水蒸汽遇冷液化而成。
H这个实验说明；物体对外做功，自身的内能。
I综上所述可知，也可以改变物体的内能。
对比两种改变物体内能的方法，完成下表。
使物体的内能增加
使物体的内能减少
热传递
做功
四、拓展：
不同场合中的“热量”
热量这个词仅在物理学中提到，在日常生活中以及其它学科领域内也经常用到热量这个词。
我们需要注意的是在不同的学科领域内热量这个词是不同的。
在物理学中，热量是仅仅指在热传递的过程中，被传递的内能。
所以我们不能说温度高的物体“具有”、“含有”的热量多。
因为此时能量还没有被传递。
我们只能说物体“具有”的内能多。
换言之，内能它是一个状态量，与过程无关，而热量这个词时伴随着“热传递”这个“过程”的，所以它是一个过程量。
然而，在生活中或者医学领域，我们常说某某食品是“高热量”食品，运动时需要消耗大量的“热量”等。
这里主要时指，它经过化学变化后能够释放出大量的能量。
可见，同一个词，在不同的领域内，有不同的含义，在每一个学科内都有自己严格的定义而已。
其实在前面我们已经接触过这类物体量了，例如“物重”。
【展示交流】
1、关于物体的内能，下列说法错误的是（）
A：
0℃的物体没有内能B：
内能和其他形式的能之间可以相互转化C：
物体间的内能可以转移D：
一切物体都有内能
2、把图钉按在铅笔的一端，手握铅笔使图钉在粗糙的硬纸板上来回摩擦，然后用手感觉图钉温度的变化，并解释这种变化。
3、两个物体之间发生热传递，当热传递停止时（）
A：
两物体内能相等B：
两物体热量相等C：
两物体温度相等D：
以上说法都不对
4、用物理学的术语解释“摩擦生热”和“钻木取火”。
5、下列哪些过程中，是通过做功改变物体内能的（）
A：
饮料中放入一冰块，饮料变凉B：
冬天暖气使房间变暖C：
划火柴，使火柴燃烧D：
用太阳灶加热壶里的水
6、为什么说，同一物体，温度越高，它的内能就越大？
7、以下四种情形，通过热传递方式改变物体内能的是（）
A：
钻木取火B：
烧水水变热C：
锯木头木头发热D：
两手摩擦发热
8、人造卫星进入大气层时，为什么会被烧毁?
9、在物理学中，“热”是个多义词，下面四句话里的“热”字各表示什么意思？
（1）天气真热；
（2）摩擦生热；（3）物体放热；（4）电炉很热。
10、开启啤酒瓶的瞬间伴有“嘭”的一声，瓶中有一股“白烟”，试解释这一现象。
11、在使用打气筒给自行车轮胎打气时，用力向下压活塞，对于筒内的气体来说，可以增大的物理量是（）
A：
体积B：
热量C：
内能D：
质量
12、甲、乙两铜块，甲的质量是乙的2倍，把它们在沸水中煮足够长的时间，然后相接触，则（）
A：
热量由甲传给乙B：
热量由乙传给甲C：
甲、乙间无热传递D：
条件不足，无法确定
13、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。
14、一个物体温度升高了，则（）
A：
它一定吸收了热量B：
一定是别的物体对它做了功C：
它的热量增加了D：
它的内能增加了
15、火柴可擦燃也可放在火上点燃，前者是用的方法，使火柴燃烧，后者是用的方法，使火柴燃烧，这两种方法都可以改变物体的内能。
16、同种物质组成的甲、乙两物体，甲物体比乙物体的温度高，这说明（）
A：
甲物体的内能大B：
乙物体的内能大C：
甲、乙两物体的内能一样大D：
甲物体的分子热运动剧烈
17、炮弹里火药燃烧产生的高温高压气体炸开弹壳后温度降低，是用的方法减少了气体的内能。
食物放进冰箱后温度降低，是用的方法减少了食物的内能。
18、以下说法中正确的是（）
A：
温度高的物体比温度低的物体含有的热量多B：
热量从高温物体向低温物体传递
C：
温度从高温物体向低温物体传递D：
热量从热量多的物体向热量少的物体传递
中考一斑窥豹
1、下列现象中，利用做功使物体的内能增加的是（）（2008年吉林中考）
A：
冬天对手“哈气”手会感到暖和B：
来回弯折的铁丝温度会升高
C：
冬季用热水袋取暖D：
自行车轮胎放气时，气门嘴处温度会降低
2、一名同学用锯锯木头，发现锯条发热，这是为什么？
（2007年吉林中考）
课后反思：
第二节科学探究：
物质的比热容（第一课时）
学习目标：
1.知道不同物质的吸热能力不同.
2.知道比热容是物质的一种属性.
3.理解比热容的概念.
4.记住水的比热容.
5.了解生活中利用水的比热容大的实例.
学习重难点：
理解比热容的概念,了解生活中利用水的比热容大的实例,
请回答：
1、烧开一壶水与烧开半壶水需要吸收的热量一样多吗？
说明物体吸热与有关。
2、把一壶水烧开与烧成温水需要的热量一样多吗？
说明物体吸热与有关。
综上说明：
水在温度升高时吸收的热量，跟水的有关，和有关。
3、阅读漫画思考：
我就纳闷了，同在一个太阳下，温度差距咋就这么大呢？
思考：
同样的太阳照射下为什么海水和沙子的温差那么大呢？
沙子好烫脚呀！
还是水中凉爽耶！
猜测：
。
想一想：
什么原因造成的这种现象呢？
。
4、实验设计：
如何研究物质的种类是否影响升温的快慢？
（1）、如何使水和沙子温度升高？
（2）、对水和沙子的质量有什么要求？
（3）、如果加热方法完全相同，意味着单位时间内物质吸收的热量（相同/不相同）
（4）、实验中我们通过观察知道温度的变化。
（5）、如何比较水和沙子哪个升温更快？
你有几种方法？
方法一：
观察物体升高相同的温度所需要的时间（吸收热量）是否相同。
下面是徐楼中学三
（1）
（2）班的兴趣小组做的实验及实验数据：
物质的种类
质量/kg
温度升高10℃所需的时间/S
温度升高20℃所需的时间/S
沙子
1
5s
10s
水
1
10s
20s
分析与论证
质量相等的沙和水升高相同温度时，沙比水需要的时间_____（长/短），升高相同温度时沙比水吸收的热量____（多/少），这说明：
质量相等的不同物质，在升高相同温度时，吸收的热量____（相同/不同）。
方法二：
在加热时间（吸收热量）相同的情况下，观察物体升高的温度是否相同。
下面是徐楼中学三
（1）
（2）班的另一兴趣小组做的实验及实验数据：
物质种类
质量/kg
加热2分钟所升高的温度/℃
加热4分钟所升高的温度/℃
沙子
1
15℃
30℃
水
1
8℃
16℃
分析与论证
质量相等的沙和水加热时间相同时，沙和水吸收的热量_____（相等/不相等），升高的温度沙比水____（多/少），这说明：
质量相等的不同物质，在吸收相等的热量时，升高的温度____（相同/不同）。
总结：
质量相同的不同物质,升高相同的温度,吸收的热量不同（或质量相同的不同物质,吸收相同的热量,升高的温度不同）——反映出物质本身的性质。
物理学中引入了比热容这个物理量，表示各种物质在这种性质上的差别。
比热容的定义：
1、我们把单位质量的某种物质温度升高（）1℃所吸收（）的热量叫做这种物质的比热容，简称比热。
符号：
c。
2、常用单位：
焦耳/（千克·℃）符号：
J/（kg·℃）读作：
焦耳每千克摄氏度
几种物质的比热[J/（kg·℃）]
水
4.2×103
砂石
0.29×103
酒精
2.4×103
铝
0.88×103
煤油
2.1×103
干泥土
0.84×103
蓖麻油
1.8×103
铁、钢
0.46×103
冰
2.1×103
铜
0.39×103
空气
1.0×103
水银
0.14×103
1.哪种物质的比热容最大?
它为多少?
表示什么意思？
2.砂石的比热容是多少?
它表示什么意思?
结论：
对同种物质来讲,比热容是一个确定的数值（相等的）,跟物体质量的大小,温度改变的多少，物体的形状、体积、位置等无关，它仅与物质的种类和状态有关。
对不同物质来讲，比热容一般是不相同的。
比热容是物质的一种物理属性，同种物质的比热容相同。
1.问:
一滴水和一盆水的比热容谁大？
2.问：
把一根铁丝截为长短不同的两段，哪段铁丝的比热容大些？
3、问:
冰的比热是多大？
问：
水和冰的比热不同说明了什么？
4、下列物质的比热容发生改变的是（）
A一杯水倒掉半杯B水凝固成冰C0℃的水变成4℃的水D将铁块锉成铁球
【展示交流】
一、填空
1、一块冰的比热容为，其物理意义是从中间一分为二后，其比热容为。
2、关于比热容，下列说法中是正确的是（）
A、一块铁的比热容比一个铁钉的比热容大B、50℃的水的比热容比100℃水的比热容小
C、把一桶水由地球移到月球上去比热容会改变D、物质的比热容跟质量和温度无关
3、培育秧苗时，夜间多灌一些水，是利用水的
的特性，放出相同的热量时，温度降低较，使秧苗的温度不致，起到了保护秧苗的作用。
汽车散热器内用水做冷却剂，是因为相同的条件下水能吸收热量，冷却效果好。
4、“早穿皮袄午穿纱，围着火炉吃西瓜”这句民谚反映了我国新疆某些地区夏季昼夜气温变化显著，而沿海地区不像内陆地区昼夜气温变化那么大。
其主要原因是砂石比水具有较小的（）A、热量B、密度C、比热容D、内能
5、在城市修建人工湖，不但可以美化生活环境，而且能有效调节周围环境的气温，这是由于水的大，在同样受热或冷却时，温度变化的缘故。
6、丁萌同学学习了比热容知识后，联想到热水袋，设计了一种水暖背心，冬天将袋内灌满热水，穿在身上可暖胸背，他的设计原理是（）
A、水的比热容大，吸热本领强B、水的比热容大，降温时放热多
C、水资源比较丰富D、水的流动性强，穿起来柔软舒服
7、甲、乙两种不同物质做成的实心体，质量之比为3：
1，吸收相同的热量后，升高的温度之比为2：
3，则甲乙两种物质的比热容之比为
8、初温相同的铁块，甲的质量是乙的2倍，使它们分别放出相同的热量后立即接触，则（）
A、热从甲传到乙B、热从乙传到甲C、甲乙间无热传递发生D、温度由甲传到乙
9、汽车发动机是用水作冷却剂的，这是利用了水的__________________________的性质；一辆汽车的水箱中装有10kg水，如果这些水的温度都升高了50oC，则它吸收的热量是_____________J[C水=4.2×103J/（kg·oC）]。
10、厦门是个美丽的滨海城市，在这座城市里，一年四季如春，日夜温差小，街道干净，花草繁多，环境优美。
其中形成日夜温差小的主要原因是（）
A．地处南方，气温高不寒冷 B．四面环海，海水比热容大，对气温起调节作用
C．街道干净，容易通风散热 D．花草多，植物能起到保温作用，提高环境温度
11、质量相等、初温相同的两种液体a和b，在相同的酒精灯下同时分别加热，它们升高的温度随时间变化的图像如下图所示。
若它们升高的温度相同，加热液体 的时间长，比热容的大小关系是Ca Cb（选填“>”、“=”和“<”）。
12、两个相同的烧杯里分别盛有质量和温度都相同的水和煤油，用两个相同的酒精灯给它们加热，可以看到煤油的温度比水的温度升高的快．若水和煤油的比热分别用C水和C煤油表示，则（ ）
A．C水＞C煤油B．C水＝C煤油C．C水＜C煤油D．条件不足，无法比较
13、如图所示是“比较水和煤油吸热升温特点”的实验装置．
①加热过程中，用搅棒搅动的目的是_____________；水和煤油吸热的多少是通过______________来反映的（选填“温度计示数”或“加热时间”）。
②关于该实验的变量控制，下列要求中不正确的是______________（填字母）
A．采用相同的加热方法（如酒精灯火焰的大小，与烧杯底的距离等）
B．烧杯中分别装入相同体积的水和煤油
C．使用相同的烧杯
14.关于物质的比热容,下列说法中正确的是（）
A一物体切去一半后,剩下部分的比热容减为原来的一半B吸收热量多的物质,比热容一定大
C质量相同的不同物质,吸收相同热量后,温度高的物质比热容大D比热容是物质的一种特性,通过测定比热容可以鉴别物质
15.水的比热容较大的性质,在日常生活中有着广泛的应用,下列事例中哪个不是应用这一性质（）
A北方冬天,用热水循环来供暖B初春傍晚在秧田里灌水可防止秧苗冻坏C用水冷却汽车的发动机D夏天给教室洒水,感觉凉爽
课后反思：
第二节科学探究：
物质的比热容（第二课时）
学习目标
1．加深比热容概念的理解；
2.学会根据比热容进行热量计算。
3．理解热量的计算公式。
学习重难点：
1、进一步理解比热容的物理意义；2、理解热量的计算公式3、较为熟练的用Q=cm△t进行热量的计算。
自主学习
活动1、试写出算式计算下列物质吸收的热量.
例1质量为5千克的水温度从20℃升高到100℃吸收了多少热量？
分析：
根据水的比热容的意义
质量为1kg的水,温度升高1℃所吸收的热量是4.2×103J,那么
①质量为1kg的水,温度升高80℃所吸收的热量是____4.2×103焦×（100-20）=3.36×105焦_________。
②质量是5kg的水,温度升高80℃所吸收的热量是____4.2×103焦×（100-20）×5=1.68×106焦____________。
③小结：
由特殊到一般，如果用Q吸代表物体吸收的热量,c代表物质的比热容,m代表物体的质量,t1和t2分别是加热前后物体的温度,通过以上计算,可以总结出一个计算热量的公式:
Q吸=_______________
④如果要计算物体降温时放出的热量,那么公式又应是Q放=________________.
在物理里我们习惯用△来表示变化的物理量，不管是（t-t0）还是（t0-t）都表示温度的变化量，所以这两个公式可以合并为Q=cm△t
以上三个公式中其中c表示物质的比热，用焦/（千克·℃）作单位；m表示质量，用千克作单位；t表示未温，t0表示初温，t-t0表示物体升高的温度，（t0-t）表示物体降低的温度，用摄氏度作单位；Q吸表示吸收的热量，Q放表示放出的热量，△t表示温度的变化量。
注意：
①单位问题，特别是质量的单位一定要用千克（思考为什么）
②区分开“升高到”和“升高（了）”
③由公式Q=cm△t可以得到三个拓展公式：
c=Q/m△tm=Q/c△t△t=Q/cm
如果条件充分我们可以分别计算出物质的比热容、质量、温度的变化量，甚至物体的初温末温。
我们已经总结出了物体吸收热量的计算公式，那么用这个公式来解决上面的问题就简单多了。
解：
根据吸热公式Q吸=cm（t-t0）得
Q吸=4.2×103焦/（千克·℃）×5千克×（100-20）℃
=1.68×106焦
答：
水吸收了1.68×106焦的热量。
活动2、用热量公式计算热量
[例题2]有一根烧红的铁钉，温度是800℃，质量是1.5克，温度降低到20℃，放出多少热量？
已知：
m=1.5克=1.5×10-3千克，c=0.46×103焦/（千克·℃），t=20℃,t0=800℃
求：
Q放=？
解：
根据题意
Q吸=cm（t0-t）
Q吸=0.46×103焦/（千克·℃）×1.5×10-3千克×（800-20）℃
=538焦耳
答：
铁放出的热量是538焦耳。
练习1一水箱中盛有1t的水，在阳光的照射下，水温升高了30摄氏度，水的内能增加了多少焦耳？
练习2质量是10千克的铁块，温度为720℃，冷却到20℃，铁块放出的热量是多少？
（铁的比热容c=0.46×103焦/（千克·℃））
让两名学生上板演后师生共同讲评
课堂展示：
1、质量为1千克的水，温度升高了80℃，求水吸收的热量。
C水=4.2×103焦/（千克·℃）
2、已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），则1kg的水温度升高50°C吸收 J的热量。
生活中我们经常看到司机往汽车发动机的水箱里灌水，这是因为水的 大，所以在相同条件下水能带走较多的 ，冷却效果好。
3、若以太阳能热水器内装100kg、温度为20℃的水，阳光照射一天后，水温升高到70℃，已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），则热水器内的水吸收了 J的太阳能；这是通过 的方式改变水的内能，若用电热水器给水加热，是将能转化为能，这是用的方式改变水的内能。
4、夏天早晨，田闯禾苗上常看到晶莹的露珠，这是空气中的水蒸气__________（填一种物态变化名称）形成的。
初春培育秧苗时，为了不使秧苗受冻，早晨给水田多排水，傍晚多灌水，这是利用水具有较大的__________这一特性。
5.把质量为2kg,温度为30℃的铝块加热到100℃,铝块吸收的热量是多少?
（已知铝的比热容是0.88×103J/（kg·℃））
6.质量为500g的某中物质,温度从20℃降到30℃,吸收了2.1×104J的热量,则这种物质的比热容是多少?
它可能是什么物质?
7.为了测定某种液体的比热，把质量是100g的铜块从沸腾的水中取出（标准大气压），迅速投入到质量是100g温度为10℃的待测液体中，混合后的共同温度是25℃，若不计热损失，求这种液体的比热容是多少？
（已知C铜＝0.4×103J/（kg·℃）
8、质量100kg的地热水，温度从80℃降低到20℃，放出的热量是多少?
（C水=4.2×103J／（kg·℃）。
9、给0.2Kg铝壶中的2Kg水从20℃加热到70℃，共吸收多少热量Q吸？
若这么多的水吸收8.4×105J的热量，水的温度为多少℃？
[C铝＝0.9×103焦/（千克·℃）]
10、太阳能是一种廉价的清洁能源，从有关资料获悉，在地面地表晴天时垂直于阳光表面接受到的热辐射为2.1×103J/（m2·s）。
有一台太阳能热水器，可将接收到的热辐射40%用来升高水温。
若该热水器接受阳光垂直照射的有效面积始终是2m2，晴天晒了1h，求水箱中质量为50kg的冷水温度最多能升高多少？
11（比值问题）：
干泥沙的比热容是水的1/5,干泥沙与水的质量之比是2：
1，吸收的热量之比是5：
4，则水和干泥沙升高的温度之比是（ ）
A、1：
8 B、8：
1 C、8：
25 D、5：
8
12（简单计算）把500g的水加热到100℃，需要吸收1.68×105J的热量。
问：
水原来的温度是多
13（比热和热值的综合计算）：
小明家最近安装了一台燃气热水器,容积为80L,装满水.
（1）热水器中水的质量是多少?
（2）水温度升高50℃需吸收多少热量?
产生这些热量需要完全燃烧多少煤气?
（C水=4.2×103J/（kg·℃）,q煤气=4.2×107J/kg）
14（加热效率问题）在例3中，若这台热水器加热水时，实际消耗的煤气为0.5m3，则这台热水器的效率是多
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