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能及其转化
第十章能及其转化
第一节机械能
一、学习要求
1．通过列举实例认识动能、重力势能和弹性势能的概念。
2．知道动能和势能统称为机械能。
3．能用实例说明动能和势能的相互转化。
4．常识性了解水能、风能的利用。
二、思维训练
想一想
1．自然界中蕴藏着丰富的机械能，举出2个实例。
2．图10－1是人们观赏荡秋千的场面。
我们知道荡秋千的人在接近最高点时，通常是站立的姿势，而当他通过最低点时，又采用下蹲的姿势。
从动能和势能相互转化的角度思考一下其中的道理。
图10－1荡秋千
练一练
3．关于能的概念，下列说法中正确的是（）
（A）一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能
（B）一个物体没做功，说明物体一定不具有能
（C）物体做的功越多，说明物体具有的能越多
（D）高山上静止的大石头不具有能
4．如图10－2所示，人造卫星绕地球沿椭圆轨道运行，卫星从远地点向近地点运动时，速度越来越大，这个过程中能量的变化情况是（）
图10－2
（A）动能和势能都增大
（B）动能和势能都减小
（C）动能增大，势能减小
（D）动能减小，势能增大
5．下列所述运动过程，实现动能转化为势能的是（）
（A）滚摆由底部向上回转
（B）跳高运动员过杆后下落
（C）汽车在平直公路上加速行驶
（D）拧紧的钟表发条带动指针走动
6．跳伞运动员从高空中的飞机上跳下后，在降落伞尚未打开之前，他下落过程中，他的（）
（A）动能增大，重力势能减小
（B）动能减小，重力势能增大
（C）动能减小，重力势能减小
（D）动能增大，重力势能增大
7．小明从滑梯上匀速下滑的过程中（）
（A）动能增大，重力势能减小
（B）动能不变，重力势能减小
（C）动能减小，机械能不变
（D）动能增大，机械能增大
8．一个皮球从高处落下，碰地后发生形变，然后又跳起来，关于这个过程中能量的转化下列说法正确的是（）
（A）皮球下落过程是重力势能转化为动能
（B）皮球压扁过程是动能转化为弹性势能
（C）皮球恢复原形过程是弹性势能转化为动能
（D）皮球跳起来的过程是弹性势能转化为重力势能
9．请将下列物体具有的机械能的形式填在线上。
（1）在平直公路上行驶的汽车，具有______。
（2）拉长的皮筋，具有______。
（3）正在从空中下落的冰雹，具有______。
（4）被举高的锤子，具有______。
10．质量较大的喜鹊与质量较小的燕子在空中飞行，如果它们的动能相等，那么______飞得快。
11．把金属小球用细线悬挂起来，将小球拉到一定高度后释放，小球便如图10－3所示左右摆动，在小球由最低点B运动到最高点A的过程中，其机械能的转化情况是______。
图10－3
12．如图10－4所示的实验装置中，物块沿光滑斜槽向下滑时______能转化为______能，当物块接触弹簧继续往右运动时______能转化为______能。
图10－4
13．唐诗中有“不尽长江滚滚来”的诗句，这动人的诗句生动、形象地反映了这条大河蕴藏了大量的______能。
14．人们骑自行车上坡前，总要猛蹬几下脚踏板，这样做的道理是什么呢？
做一做
15．拿一个乒乓球或气比较足的篮球，记下初始时刻球的高度，自然地松开手使球从静止下落，记下球落到水泥地面后跳了几次，每次到达的高度与最初下落高度的关系。
将这个实验重复做几次，看有没有反弹高度能超过初始高度的。
到沙地上重做这个实验，并注意观察沙子形状的变化。
将水泥地和沙地的实验现象做一个比较。
三、问题探究
有一种玩具叫“亲嘴小猪”。
从外表看两只小猪用细线连在一起，小猪肚子里的机关看不到，你不动它们时，两只小猪嘴对嘴靠在一起。
你用手将他俩分开后，一松手，两只小猪又自动靠到一起。
你猜想一下这个玩具的机关是什么？
你也不妨尝试着做一个类似的玩具。
第二节内能
一、学习要求
1．通过观察和实验初步了解分子动理论的基本观点。
2．能用分子动理论的基本观点解释一些热现象。
3．了解内能的概念。
4．能描述内能和温度的关系。
5．了解内能的作用。
二、思维训练
想一想
1．在本节，我们研究有关分子运动情况时，采用的方法是：
从观察宏观现象出发，经过分析、推理获得微观结论。
回忆一下，下面两个研究实例中我们观察的宏观现象分别是什么？
得出了什么微观结论？
实验一：
如图10－5所示，在试管内先倒入适量的水，然后用长颈漏斗小心地将硫酸铜溶液注入水的下面。
静置几天后，再观察溶液。
图10－5
宏观现象是：
微观结论是：
实验二：
如图10－6所示，两个玻璃杯分别盛有冷水和热水，小明同学小心地往每杯水中滴入一滴墨水。
宏观现象是：
如图10－6
微观结论是：
2．分子之间有引力，为什么不能把打碎的玻璃恢复原状？
练一练
3．以下对分子运动论的理解中正确的是（）
（A）扩散现象说明了分子都在不停地运动
（B）压缩液体十分困难，说明液体分子间没有空隙
（C）有的固体很难被拉伸，说明这些物体分子间只存在引力
（D）分子间的作用力既有引力又有斥力
4．关于内能，下列说法中正确的是（）
（A）物体的内能增大，一定是吸收了热量
（B）物体的内能增大，一定是外界对它做了功
（C）同一物体，温度越高，它具有的内能就越多
（D）物体的机械能增大，它的内能一定增加
5．下列现象中，不能说明分子运动的是（）
（A）香水瓶打开盖后，满屋充满香味
（B）太阳光下扫地时，能看到尘土飞扬
（C）糖放入水中后不久，整杯水都变甜了
（D）衣箱里的卫生球不断变小，衣服上充满卫生球味
6．下列情况属于分子扩散现象的是（）
（A）把糖放入水中，不久整杯水都变甜了
（B）将泥沙放入水中，水变混了
（C）走近厨房即可闻到炒菜的香味
（D）扫地时，在阳光下可看到灰尘飞扬
7．下列说法正确的是（）
（A）物体温度降为0℃时，内能也减小为零
（B）一切物体都具有内能，但不一定具有机械能
（C）物体温度升高时，内能增大
（D）内能增大，温度一定升高
8．2001年3月，俄罗斯的“和平号”空间站坠落南太平洋，由于跟大气层的摩擦，它的温度升高，使得它的______能逐渐增多。
9．如图10－7所示，当水壶内的水烧开时，壶盖会“跳动”。
这是因为水沸腾时产生的水蒸气膨胀做功，把它的______能转化成了壶盖的______能。
图10－7
10．如图10－8所示，在试管内装一些水，用软木塞塞住，用酒精灯加热试管使水沸腾，水蒸气会把软木塞冲出。
在水蒸气冲出软木塞的过程中，水蒸气的______能减少而软木塞的______能增加。
图10－8
11．烧火煮饭是通过______的方法来改变物体内能的，古人钻木取火是通过______来改变物体内能的。
三、问题探究
1．在公共场所，常常有“禁止吸烟”的标志，从物理学角度分析一些，一个人吸烟，为什么其他人都会被动吸烟。
搜集一些关于吸烟有害健康的证据，对吸烟人提出一些建议。
2．用分子动理论解释液体的蒸发和影响蒸发快慢的因素。
第三节探究——物质的比热容
一、学习要求
1．通过实验了解比热容是反映物质的一种特性的物理量，不同物质比热容一般不同。
2．能用比热容解释一些自然现象。
3．知道在热传递的过程中，物体吸热、放热的多少是内能变化的量度。
4．会根据比热容的概念进行简单的热量计算。
5．知道比热容的单位。
二、思维训练
想一想
1．在我国新疆地区流传这样一句谚语：
“早穿皮袄午披纱，晚围火炉吃西瓜。
”这句谚语描述了西北沙漠地带特有的气候特征和当地民俗。
想一想其中包含了什么物理知识。
2．水的比热容较大这一特点在日常生活、生产中有广泛的应用。
请举出两个实例。
练一练
3．关于物质的比热容，下列说法中正确的是（）
（A）温度高的物体比温度低的物体比热容大
（B）比热容跟物体质量有关，质量大的物体比热容就大
（C）比热容是物质的特性之一，它反映物质吸热或放热本领
（D）不同物质组成的物体升高相同温度，比热容小的物体吸收的热量一定少
4．已知水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），水银的比热容是0.14×103J/（kg·℃），则下面说法中正确的是（）
（A）质量相同的水和水银，温度都升高1℃，水吸收的热量是水银的30倍
（B）质量相同的水和水银，降低相同的温度，水银放出的热量是水的30倍
（C）质量相同的水和水银，吸收相同的热量，若水银升高1℃，则水要升高30℃
（D）质量相同的水和水银，吸收相同的热量，若水银升高1℃，则水要升高（1/30）℃
5．下列说法中，能反映物体放出热量多少跟物体降低的温度有关的是（）
（A）相同质量的同种物质，降低不同的温度，放出的热量不同
（B）相同质量的不同物质，降低相同的温度，放出的热量一般不同
（C）不同质量的同种物质，降低相同的温度，放出的热量不同
（D）不同质量的同种物质，降低不同的温度，放出的热量一般不同
6．由于海水的比热容比陆地上的泥土、沙石的比热容大，因此在同一纬度的（）
（A）海洋比陆地温度高（B）海洋比陆地更快地升温或降温
（C）海洋比陆地温度低（D）海洋比陆地更缓慢地升温或降温
7．下表列出由实验测定的几种物质的比热容
几种物质的比热容103J/（kg·℃）
水4.2
酒精2.4
煤油2.1
冰2.1
蓖麻油1.8
砂石0.92
铝0.88
干泥土0.84
铁、钢0.46
铜0.39
水银0.14
铅0.13
认真阅读上表，你一定能有所发现。
请写出其中任意三条。
8．在探究水和煤油谁的吸热本领强的实验中，小红取两只相同的烧杯，在烧杯里分别装入质量和初温都相同的水和煤油。
她用两个同样的“热得快”给它们加热，得到了如下表格中的实验数据。
请对实验有关问题加以分析。
（1）实验中小红选用了用两个同样的“热得快”对水和煤油加热，其目的是什么？
（2）小红是如何控制实验条件的？
（选择了哪些量相同？
哪些量不同？
）其目的是什么？
（3）加热相同的时间，水和煤油谁的温度变化大？
（4）水和煤油升高相同的温度，谁加热的时间长？
（5）通过分析下表中的数据，你能够得出什么结论。
加热时间
（min）
0
1
2
3
4
5
6
水的温度
（℃）
20
22
24
26
28
30
32
煤油温度
（℃）
20
24
28
32
36
40
44
9．太阳能热水器具有安全、节能、经济和环保等优点。
太阳能热水器工作时，把太阳能转化为水的______能。
有一太阳能热水器，水箱的容积为160L。
装满水后，若水温由20℃升高到70℃，水箱里的水吸收的热量是______J。
（c水＝4.2×103J/（kg·℃））
10．小明学习了热学的有关知识后，知道水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），他想估算一下自己家每天烧水、做饭需要的热量，于是小明仔细记录了他家每天烧水、煮饭、炒菜需要的时间，并把它折算成烧水时间，相当于每天将30kg、20℃的水烧开。
通过计算分析一下小明家每天烧水做饭大约需要多少热量？
11．一个热水袋内装1kg水，水温从90℃降到20℃，它放出的热量是多少？
（c水＝4.2×103J/（kg·℃））
12．在西部大开发中，国家提出“退耕还林”的伟大举措，对改善西部生态环境有重要意义。
大量植树造林，可调节气温，据资料介绍，一公顷森林每天吸收的太阳能约为1.07×1010J，如果这些能量被面积为一公顷，质量为3.96×106kg干泥土地面吸收，可使地面温度大约升高多少？
（c干泥土＝0.84×103J/（kg·℃））
第四节热机
一、学习要求
1．知道热机工作过程中能量的转化。
2．知道四冲程汽油机和柴油机的基本工作原理。
3．通过分析汽油机和柴油机的构造和工作过程的异同，学习分析和比较的研究方法。
4．了解热机在生产和生活中的应用，感受技术进步在工业文明发展中的重要作用。
二、思维训练
想一想
1．你知道我们生活中在什么地方用到热机吗？
请举出2个实例。
2．内能有两个作用，一个是加热，一个是做功。
热机是利用内能的哪个作用呢？
练一练
3．汽油机在压缩冲程中工作物质被压缩，气缸中气体的（）
（A）压强增大，温度降低
（B）压强减小，温度升高
（C）压强增大，温度升高
（D）压强减小，温度降低
4．汽油机和柴油机相比较，下列叙述中正确的是（）
（A）柴油机吸入气缸的是柴油和空气的混合物，汽油机吸入的是空气
（B）在压缩冲程中它们的压缩程度是一样的
（C）柴油机里推动活塞做功的燃气的压强比汽油机里的高
（D）在压缩冲程末，汽油机气缸内的温度比柴油机的高
5．如图10－9所示，金属制成的气缸中装有汽油和空气的混合物。
下列操作有可能使气缸中汽油燃烧的是（）
图10－9
（A）迅速向里推活塞
（B）迅速向外拉活塞
（C）缓慢向里推活塞
（D）缓慢向外拉活塞
6．在四冲程汽油机的一个工作循环中，完成机械能转化为内能的冲程是（）
（A）吸气冲程（B）压缩冲程（C）做功冲程（D）排气冲程
7．内能的一个重要应用就是直接用来______，它的实质是内能的______；内能的另一个重要应用是用它来______，它的实质是内能____________。
8．热机是将______能转化为______能的机器。
9．内燃机气缸里的高温高压燃气推动活塞做功后，其自身内能______，温度______。
10．内燃机的一个工作循环的四个冲程，图10－10中表示的是其中的______冲程；它将______能转化成______能。
图10－10
11．四冲程汽油机完成一个工作循环，活塞在气缸中往复______次，曲轴转动______周，对外做功______次。
12．一柴油机的飞轮转速为2400r/min，由此可推断，该柴油机每秒做功多少次？
三、问题探究
查找一些关于汽车尾气对城市环境和人类影响的资料并且仔细阅读，就汽车工业飞速发展与其日益严重的负面影响的突出矛盾，谈谈个人的看法。
第五节火箭
一、学习要求
1．知道火箭的基本工作原理。
2．常识性了解火箭的结构。
3．通过信息收集加强从信息中学习的能力。
二、思维训练
想一想
1．现代火箭为什么用液态氢作为燃料？
2．火箭是怎样工作的？
3．喷气式发动机和内燃机的工作原理有什么不同？
练一练
4．火箭也可以看成一种热机，工作时通过燃料燃烧将______能最终转化为火箭的______能。
5．火箭起源的国家是______。
三、问题探究
从网上查询一下有关我国长征系列运载火箭的资料和同学们做个交流。
第六节燃料的利用和环境保护
一、学习要求
1．能从能量转化的角度认识燃料的热值。
2．知道热值是反映燃料在燃烧时将化学能转化为内能的本领大小的物理量。
3．知道热值的单位，并能根据热值的物理意义进行简单的计算。
4．了解炉子的热效率。
5．通过能量的转化和转移，认识热机的效率和燃料的利用率。
二、思维训练
想一想
1．燃料的种类很多，你能说出一些我们生活中经常使用的固体、气体、液体燃料的名字吗？
（固体、液体、气体燃料各举出一种。
）
2．煤油的热值比柴油的热值大，反映了什么物理意义？
（请从能量转化的角度来考虑）
3．日常生活中我们经常用各种燃料烧水、做饭，怎样做才能节约燃料呢？
练一练
4．一瓶酒精用掉一半，剩下酒精的（）
（A）比热容、热值都变为原来的一半
（B）比热容不变、热值变为原来的一半
（C）热值不变，比热容变为原来的一半
（D）比热容、热值都不变
5．通常锅炉的效率是（）
（A）60％（B）90％（C）100％（D）10％
6．酒精的热值是3.0×107J/kg，完全燃烧1kg酒精，放出的热量是______J。
7．燃料燃烧过程中，______能转化为______能。
8．完全燃烧0.5kg酒精放出1.5×107J的热量，则酒精的热值是______J/kg。
9．要得到6×106J的热量，至少需要燃烧______kg木炭。
（木炭的热值为3.4×107J/kg）
10．一个锅炉用无烟煤作燃料，完全燃烧一定量的无烟煤放出的热量为3.4×108J，炉子有效利用的热量为2.04×108J，则该炉子的效率为______。
三、问题探究
1．一般热机效率都很低，蒸汽机的效率为10％左右，汽油机为20％～30％，柴油机为30％～45％。
分析热机工作过程中能量损失的原因，探究一下为什么热机效率都很低。
2．一辆质量为2×103kg的小汽车每百公里耗汽油6.5L，行驶时的平均阻力是车重的0.03倍用字母k表示。
汽油的密度是0.71×103kg/m3，热值可用字母q表示，q＝4.6×107J/kg。
请根据给出的条件算出这辆汽车发动机的热机效率。
（g取10N/kg）
参考答案
第十章能及其转化
第一节机械能
思维训练
1．风能，水能2．在接近最高点时，人是站立的姿势，目的是储存更多的重力势能以便转化为动能；当通过最低点时，为了储存更多的动能，人要采用下蹲的姿势以便将更多的重力势能转化为动能。
3．A4．C5．A6．A7．B8．ABC9．
（1）动能
（2）弹性势能（3）动能和重力势能（4）重力势能10．燕子11．动能转化为重力势能12．重力势，动，动，弹性势13．动（或机械）14．猛蹬几下，增加了人与车的动能，这样可以使车上坡时，获得更多的重力势能。
15．略
问题探究
略
第二节内能
思维训练
1．实验一：
开始可看到明显的界面，静置几天后，界面逐渐模糊不清。
硫酸铜分子和水分子彼此进入对方。
实验二：
墨水在热水中扩散得快。
温度越高，扩散越快，分子无规则运动速度越大。
2．打碎的玻璃碎片之间的分子间距大于分子直径的十倍以上，分子间几乎没有作用力，所以不能把打碎玻璃恢复原状。
3．AD4．C5．B6．AC7．BC8．内9．内，机械10．内，机械11．热传递，做功
问题探究
1．略2．液体中的大量分子在做无规则运动，其中有一些分子的速度较大能克服其他液体分子的引力而逸出液面成为气体分子，这就是蒸发。
液体温度越高，分子无规则运动速度越大，就有更多的液体分子克服其他液体分子的引力而逸出液面成为气体分子，于是蒸发加快。
液体表面积越大，液表的液体分子数越多，相同时间内，从液体分子成为气体分子的就越多，蒸发越快。
当液面上方空气流动速度越快，就能更快地把蒸发出的液体分子带走，同时回到液体中的分子减少，使蒸发加快。
第三节探究——物质的比热容
思维训练
1．新疆沙漠地区由于沙石的比热容较小，一天的气温变化较大。
2．以往汽车水箱用水做冷却剂。
早春，为防止秧苗冻伤，晚间在田里灌上水。
3．C4．AD5．A6．D7．①比热容是物质的一种特性，每种物质都有自己的比热容；②表中物质水的比热容最大；③有个别同种物质，在不同状态下（如冰、水），比热容不同；④有个别不同种物质，它们的比热容相同（如冰、煤油）；⑤液态物质的比热容一般比固态物质的比热容大；⑥在注意一般规律的同时，应注意有个别物质有特殊性。
8．
（1）使水和煤油单位时间吸收的热量相同。
（2）质量相同，升高的温度相同；物质的种类不同，吸热多少不同。
（3）煤油（4）水（5）水的吸热本领比煤油强9．内，3.36×10710．1.0×107J11．2.94×105J12．3.2℃
第四节热机
思维训练
1．汽车、火车2．做功3．C4．C5．A6．B7．加热，转移，做功，转化为机械能8．内，机械9．减小，降低10．做功，内，机械11．2，2，112．柴油机曲轴每转动2周完成一个工作循环，而柴油机每个工作循环只做功一次。
该柴油机飞轮转速为2400r/min＝40r/s，即1s内完成20个工作循环，所以每秒做功20次。
问题探究
略
第五节火箭
思维训练
1．液态氢具有很大的热值，燃烧液态氢可以释放很大的能量，提高火箭的效率。
2．燃料和氧化剂在燃烧室内燃烧产生高温燃气，燃气通过喷管向后高速喷出，对火箭产生推力，把火箭发射出去。
3．喷气式发动机是靠高温燃气向外喷射，获得反冲动力；而内燃机是靠高温气体膨胀推动活塞做功，获得动力。
4．化学，机械5．中国
问题探究
略
第六节燃料的利用和环境保护
思维训练
1．略2．相同质量的煤油和柴油完全燃烧的情况下，煤油放出的热量比柴油多。
3．略4．D5．A6．3.0×107J7．化学，内8．3.0×1079．0.1810．60％
问题探究
1．略2．29％
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